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Diese
Erfindung betrifft allgemein Pumpsysteme für Körperpflegeeinrichtungen und
insbesondere ein System, das ein Fluid enthaltendes Patronenelement
und ein Walzen- oder Presselement zum Bewegen des Fluids aus dem
Patronenelement in eine Fluidleitung, die zu einem Arbeitsteil der
Einrichtung führt,
enthält.
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Bei
bestimmten Körperpflegeeinrichtungen wie
z. B. Zahnbürsten
oder Rasierern sowie anderen derartigen Einrichtungen ist wohlbekannt,
dass sie ein System zum Abgeben eines Fluids während des Betriebs der Einrichtung
enthalten, das die Funktion oder die Wirksamkeit der Körperpflegeeinrichtung unterstützen kann.
Viele dieser Fluid abgebenden Einrichtungen enthalten eine Pumpe,
die das Fluid aus einem Patronenelement/Vorratsbehälter zu
einem Arbeitsteil der Einrichtung, z. B. einem Bürstenkopf der Zahnbürste, aktiv
bewegt.
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Ein
Pumpentyp, der in einer derartigen Einrichtung verwendet wird, ist
eine Peristaltikpumpe, d. h. eine Pumpe, die ein Press- oder Kontaktelement enthält, wie
z. B. eine Walze, die im Betrieb auf eine Fluid enthaltende Patrone
in der Weise presst, dass darin enthaltenes Fluid zu einem Austrittspunkt
an einem vorderen Ende der Patrone gedrückt wird, ohne dass das Presselement,
z. B. die Walze, mit dem Fluid in Kontakt gelangt. Peristaltikpumpen
können
aus verschiedenen Gründen
vorteilhaft sein, auch aufgrund der Möglichkeit, die Sterilität des Fluids
zu erhalten. In einigen Fällen
sind Peristaltikpumpen vorgeladen, sodass dann, wenn das Presselement
Fluid aus dem vorderen Ende (Pumpkammerabschnitt) der Patrone drückt, Fluid
aus einem Vorratsbehälterabschnitt
der Patrone hinter das Presselement strömt, während es sich zum Austrittspunkt
der Patrone bewegt, sodass bei Vollendung eines Fluidabgabevorgangs
ein Pumpkammerabschnitt der Patrone gefüllt und für eine weitere Abgabeaktion
bereit ist.
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In
der Praxis gibt es jedoch verschiedene Schwierigkeiten mit vorgeladenen
Peristaltikpumpen. Während
sich das Presselement längs
der Patrone bewegt, bilden sich Knicke im Patronenmaterial, wenn
das Presselement die Patrone flach drückt. Obwohl das Patronenmaterial
flexibel ist, bleiben der Querschnittsumfang der Patrone sowie die
Breite der Patrone in dem Pumpkammerbereich konstant. Da die Breite
konstant bleibt, muss sich das Patronenmaterial falten, wenn die
Patrone gegen übliche
ebene Oberflächen
gedrückt
wird.
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Die
entstehenden Falten können
Schwachstellen im Patronenmaterial bewirken, wobei schließlich ein
Bruch oder ein Leck in der Patronenwand auftreten kann, was zum
Ausfall der Patrone führt.
Peristaltikpumpen sind des Weiteren häufig ineffizient, da wesentlich
weniger als das gesamte in der Patrone enthaltene Fluid abgegeben
wird. Außerdem
kann sich die Pumprate des Fluids bei derartigen Einrichtungen während des
Betriebs verändern,
was unerwünscht
ist.
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Das
Patent
US 6 325 076 offenbart
eine Peristaltikpumpe, bei der es während der Abgabe des Fluids
keinen Kontakt zwischen dem Presselement und dem Fluid gibt, wobei
die Pumprate gleichbleibend ist und sich wenige oder keine Falten
im Patronenelement bilden, während
sich das Presselement längs
seines Verfahrwegs über
das Patronenelement bewegt und Fluid aus diesem abgegeben wird.
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Das
Patent
US 6 325 076 offenbart
insbesondere eine Zahnbürste
mit einem Griff wobei ein Zahnpasta-Vorratsbehälter im Inneren des Griffs
positioniert ist. Mittel zum Abgeben der Zahnpasta aus dem Vorratsbehälter umfassen
ein Rad, das an einer Achse, deren Enden in Schienen angeordnet
sind, angebracht und um diese drehbar ist. Während eines Vorgangs, bei dem
das Rad in eine Richtung zu einer Abgabeöffnung des Vorratsbehälters gerollt
wird, werden aufeinander folgende Abschnitte des Vorratsbehälters, mit
denen das Rad in Kontakt gelangt, gegen eine kreisförmige Innenfläche des
Griffs gepresst, sodass sich die Zahnpasta zwangsläufig in die
Richtung zur Abgabeöffnung
bewegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass Zahnpasta aus dem Vorratsbehälter abgegeben
wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist ein Pumpsystem für eine Körperpflegeeinrichtung, wobei
das Pumpsystem Folgendes umfasst: ein Fluidpatronenelement, das
aus einem flexiblen Material hergestellt ist, wobei das Fluidpatronenelement
einen mit Fluid gefüllten
Abschnitt und eine Austrittsöffnung
für das in
der Patrone befindliche Fluid zur Abgabe an eine Leitung, die mit
einem Arbeitsteil der Einrichtung verbindet, aufweist; ein Basiselement
mit einem ausgeschnittenen Abschnitt, in dem der fluidgefüllte Abschnitt
des Patronenelements passend liegen kann; und ein Presselement,
wobei mindestens ein Einpassabschnitt hiervon eine Konfiguration
aufweist, die mit dem Querschnitt des ausgeschnittenen Abschnitts
des Basiselements im Wesentlichen übereinstimmt, sodass zumindest über einen
wesentlichen Abschnitt der Länge
des ausgeschnittenen Abschnitts der fluidgefüllte Abschnitt und das Presselement
in dem ausgeschnittenen Abschnitt im Wesentlichen passend liegen,
sodass dann, wenn das Presselement im Betrieb über die Patrone nach vorn bewegt
wird, Fluid aus dem fluidgefüllten
Abschnitt durch die Austrittsöffnung
bewegt wird, wobei die flexible Patrone während dieser Aktion flach gedrückt wird,
im Wesentlichen ohne die Patrone zu zerknittern, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Endabschnitt des ausgeschnittenen Abschnitts nach innen
konisch zuläuft,
sodass das Presselement dann, wenn es sich längs seines Wegs bewegt, von
dem Basiselement angehoben und aus dem Einpasskontakt mit dem ausgeschnittenen
Abschnitt gelöst
wird.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht der verbesserten Pumpe der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht einer Variation des Basisabschnitts
der Pumpe, die eine konisch zulaufende Konfiguration besitzt;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des Basisabschnitts
der Pumpe, die einen Rückführungsarm
für das
Presselement aufweist; und
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4 ist
eine Schnittansicht, die eine elektrische Zahnbürste mit der verbesserten Pumpe
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die vorliegende Erfindung ein verbessertes
Pumpsystem, das zum Abgeben von Fluid in bestimmten Körperpflegeeinrichtungen
nützlich
ist und allgemein mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
Körperpflegegeräte umfassen
z. B. eine Zahnbürste,
insbesondere eine elektrische Zahnbürste, bei der ein Zahnputzmittel
oder ein Mundpflegemittel zur Verwendung in der Mundhöhle (insbesondere
für Zähne oder
Zahnfleisch) auf den Bürstenkopf
aufgebracht wird, oder einen elektrischen Rasierer, bei dem ein
Fluid in der Nähe
des Kontakts zwischen dem Rasierer und der Haut abgegeben wird,
um den Rasiervorgang angenehmer zu machen. Weitere ähnliche
Körperpflegeeinrichtungen,
die insbesondere die Haut betreffen, sind bekannt, bei denen ein
Fluid in der Nähe
eines Arbeitsteils der Einrichtung auf den entsprechenden Bereich aufgebracht
wird.
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In 1 ist
ein Fluid enthaltendes Patronenelement allgemein mit dem Bezugszeichen 12 dargestellt.
Das Patronenelement 12 ist aus einem flexiblen Material
hergestellt, wie etwa einem flexiblen Kunststoff oder einem ähnlichen
Material, und enthält einen
allgemein mit dem Bezugszeichen 14 bezeichneten hohlen
Bereich, in dem ein Fluid vorhanden ist. In der gezeigten Ausführungsform
ist der fluidgefüllte Abschnitt 14,
der auch als Pumpkammer bezeichnet werden kann, länglich dargestellt
und kann unterschiedliche Abmessungen aufweisen. In der gezeigten
Ausführungsform
hat der fluidgefüllte
Abschnitt 14 eine Länge
von etwa 2,54 cm, eine Breite von 1,27 cm und eine Höhe von etwa 1,27
cm an seiner höchsten
Abmessung (im gefüllten
Zustand), während
die gesamte Patrone eine Länge
von 7,62 cm und eine Breite von 3,81 cm aufweist. Da das Patronenelement 12 aus
einem flexiblen Material hergestellt ist, neigt der fluidgefüllte Abschnitt 14 dazu,
im Querschnitt etwas oval zu sein, wobei die Abmessung von den beiden
Längskanten
zu einer Mittellinie der größten Abmessung
allmählich
zunimmt.
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Der
fluidgefüllte
Abschnitt besitzt in der gezeigten Ausführungsform einen Austrittshalsabschnitt 15,
der schmaler ist als der restliche fluidgefüllte Abschnitt. Am vorderen
Ende 16 des Halsabschnitts 15 befindet sich eine
Austrittsöffnung 17,
aus der bei einer normalen Pumpaktion Fluid 18 abgegeben
wird.
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In 4,
die eine Pumpe 19 in einer elektrischen Zahnbürste 21 zeigt,
empfängt
ein Fluidrohr 32 Fluid von der Öffnung 17 und erstreckt
sich bis zu einem Bürstenkopf 25.
Die Zahnbürste
enthält
einen Griffabschnitt 23, der ein Antriebssystem 26 für die Zahnbürste und
eine Baugruppe 29 aus angetriebenen Elementen enthält.
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In
der Ausführungsform
von 1 ist die Austrittsöffnung 17 kreisförmig oder
oval mit einer Abmessung von etwa 0,25 cm an ihrem größten Durchmesser.
Bei der Anwendung für
eine Zahnbürste
erstreckt sich das Rohr durch einen Befestigungsarm 20a der
Zahnbürste
und in den Bürstenkopf 25, der
am Ende des Arms 29a angebracht ist. Bei anderen Einrichtungen
gibt es außerdem
irgendeine Art von Verbindungsleitung zwischen der Austrittsöffnung 17 und
dem Arbeitsteil oder Arbeitsbereich der Einrichtung. In der gezeigten
Ausführungsform (1)
ist der fluidgefüllte
Abschnitt 14 innerhalb der Patrone 12 in Fluidverbindung
mit einem größeren Fluidvorratsbehälter 20 hinter
dem fluidgefüllten
Abschnitt 14 dargestellt. Es ist jedoch in der vorliegenden
Erfindung nicht wesentlich, dass die Fluidpatrone einen Fluidvorratsbehälter enthält.
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Obwohl 1 eine
Patrone 12 zeigt, in der der fluidgefüllte Abschnitt 14 wesentlich
weniger als den gesamten Bereich der Patrone 12 umfasst,
sollte klar sein, dass der fluidgefüllte Abschnitt 14 einen größeren Bereich
der Patrone als den gezeigten Abschnitt umfassen und sich in einigen
Fällen über die gesamte
Breite der Patrone erstrecken könnte.
Außerdem
ist der Halsabschnitt 15 nicht erforderlich, obwohl er
die Wirksamkeit und Gleichmäßigkeit
der Abgabe des Fluids verbessern kann. Die Fluidöffnung 17 ist gewöhnlich verhältnismäßig klein.
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Ein
zweiter Abschnitt des Pumpsystems 10 ist ein Basis- oder
Ambosselement 24. Das Basiselement 24 ist aus
einem starren verhältnismäßig unelastischen
Material, wie etwa hartem Kunststoff oder geschlossenporigem Schaumstoff,
und besitzt einen Ausschnitt oder Muldenabschnitt 26, der
so beschaffen ist, dass er der Konfiguration des unteren Abschnitts
des fluidgefüllten
Abschnitts 14 entspricht, sodass der fluidgefüllte Abschnitt
in den ausgeschnittenen Abschnitt 26 passt. Die Ausführungsform
von 1 zeigt, dass der fluidgefüllte Abschnitt 14 in
den ausgeschnittenen Abschnitt passt, während die restliche Patrone
an der oberen Fläche 27 des
Basiselements 24 anliegt. Alternativ könnte die gesamte Patrone, bei
der sich der fluidgefüllte
Abschnitt von einem Rand zum anderen erstreckt, so beschaffen sein,
dass sie in einen übereinstimmenden
ausgeschnittenen Abschnitt 26 passt. Das wesentliche Kennzeichen
besteht darin, dass der fluidgefüllte
Abschnitt 26 in den ausgeschnittenen Abschnitt des Basiselements
passt.
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Der
dritte Abschnitt des Pumpsystems 10 ist das Presselement 32,
das in einigen Fällen
ein Wälzkörper ist,
wenn es beim Pumpbetrieb über
die Länge des
fluidgefüllten
Abschnitts 14 rollen soll. Das Presselement 32 ist
in der Weise angebracht, dass bei seiner Vorwärtsbewegung entweder durch
Rollen oder Gleiten per Hand (manuell) oder durch einen Motor (elektrisch)
das Fluid in dem/der fluidgefüllten Abschnitt/Pumpkammer 14 mit
Druck beaufschlagt und aus der Austrittsöffnung 17 nach vorn
ausgetrieben wird. Das Presselement 32 enthält einen
Einpassabschnitt 36.
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In
der gezeigten Ausführungsform
besitzt der Einpassabschnitt 36 eine Länge, die etwa gleich der Breite
des fluidgefüllten
Abschnitts 14 der Patrone 12 und der Breite des
ausgeschnittenen Abschnitts 26 des Basiselements 24 ist.
Seine Konfiguration von einem Ende zum anderen ist derart, dass
er in den ausgeschnittenen Abschnitt 26 passen kann, d.
h. er krümmt
sich von einem Ende zu anderen, sodass er an die Krümmung des
ausgeschnittenen Abschnitts 26 sowie an die Krümmung des
fluidgefüllten
Abschnitts 14 der Patrone angepasst ist.
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Der
Einpassabschnitt ist in dieser Weise (von einem Ende zum anderen) über zumindest
einen Abschnitt seines Umfangs (nicht notwendigerweise über den
gesamten Umfang) gekrümmt.
Wenn das Presselement 32 über den fluidgefüllten Abschnitt rollt,
ist die gekrümmte
Konfiguration über
den gesamten Umfang des Einpassabschnitts vorhanden, wie in 1 gezeigt,
während
dann, wenn das Presselement über
den fluidgefüllten
Abschnitt gleiten soll, lediglich ein verhältnismäßig kleiner Teil des Umfangs
des Einpassabschnitts eine derartige Konfiguration haben muss. Der
Durchmesser des Einpassabschnitts vergrößert sich von seinen jeweiligen
Enden zu seiner Mitte hin in der Weise, dass er im Wesentlichen
die gleiche Konfiguration wie der ausgeschnittene Abschnitt 26 besitzt.
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Von
den Enden 38 und 40 des Einpassabschnitts 36 erstrecken
sich Befestigungselemente 42 und 44, die in der
gezeigten Ausführungsform
längliche
Stäbe sind.
Im Betrieb werden die Befestigungselemente 42 und 44 über die
Länge des
fluidgefüllten Abschnitts,
entweder durch eine manuelle mechanische Einrichtung wie etwa einen
mit dem Daumen betätigten
Hebel oder durch ein Antriebselement wie etwa einen Motor, nach
vorn geschoben oder gedreht. 4 zeigt
ein mit dem Daumen betätigtes Element.
Die Bewegung der Befestigungselemente 42 und 44 in
Richtung der Austrittsöffnung 17 quetscht
oder presst das Fluid, das zwischen der Austrittsöffnung 17 und
dem Presselement 32 vorhanden ist, an der Austrittsöffnung aus
dem fluidgefüllten
Abschnitt 14 (Pumpkammer).
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Das
Vorhandensein eines Basisabschnitts 24 mit einem ausgeschnittenen
Abschnitt 26, in den sowohl der fluidgefüllte Abschnitt 14 (Pumpkammer) als
auch das Presselement passen, hat ein wirkungsvolles sauberes Auspressen
von Fluid aus der Pumpkammer ohne ein Falten oder Knittern des Materials der
Fluidpatrone zur Folge. Die Presskraft wird über eine Feder 60 oder
andere Pressmittel ausgeübt
oder das Presselement könnte
in einer Schiene laufen, die positioniert ist, um den erforderlichen
Druck zu erzeugen.
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Im
Gebrauch wird der fluidgefüllte
Abschnit 14 einer Patrone in dem ausgeschnittenen Abschnitt des
Basisabschnitts 24 platziert. Das Presselement 32 wird
dann verwendet, um den fluidgefüllten
Abschnitt 14 zu verformen und Fluid aus dem fluidgefüllten Abschnitt
heraus zu bewegen. Das Presselement ist jedoch so geformt, dass,
während
es sich längs des
fluidgefüllten
Abschnitts bewegt, ein konstanter Querschnittsumfang des fluidgefüllten Abschnitts aufrechterhalten
wird, wodurch ein Knittern des Materials verhindert wird.
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Wenn
das Presselement 32 das vordere Ende seines Wegs in der
Nähe der
Austrittsöffnung 17 am
vorderen Ende des Patronenelements erreicht, wird das Presselement 32 angehoben
und zu seiner Ausgangsposition an der Rückseite des/der fluidgefüllten Abschnitts/Pumpkammer
zurückgeführt. In 1 ist
dies gezeigt, indem sich das Presselement längs eines geneigten Wegs, der
mit dem Bezugszeichen 41 angegeben ist, zu einem hinteren Punkt 43 zurück und anschließend am
Bezugszeichen 45 nach unten bewegt, um erneut am fluidgefüllten Abschnitt 14 der
Patrone in Eingriff zu gelangen. Eine genauere Erläuterung
erfolgt später
unter Bezugnahme auf 3.
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Ein
fluidgefüllter
Abschnitt/eine fluidgefüllte Pumpkammer 14 kann
auf verschiedene Arten wiederbefüllt
werden. In einem Lösungsansatz
ist das Material des Patronenelements so steif, dass es zu seiner
ursprünglichen
gekrümmten
Konfiguration an der Rückseite 47 des
Presselements 32 zurückschnellt,
wenn sich das Presselement nach vorn bewegt. Fluid aus dem Vorratsbehälter wird
durch Unterdruckwirkung in die Pumpkammer 14 gesaugt. Dadurch
bleibt Fluid in der Kammer, wenn sich das Presselement 32 längs seines
Wegs bewegt. In einer anderen Anordnung kann ein Druckelement wie
etwa eine Feder, mit dem Bezugszeichen 50 angegeben, verwendet
werden, um eine ausgewählte
Höhe des Drucks
in dem Vorratsbehälter 20 aufrechtzuerhalten,
wodurch Fluid in die Kammer 14 hinter der Walze bewegt
wird, während
sich die Walze über
den fluidgefüllten
Abschnitt 14 nach vorn bewegt, wodurch dieser Abschnitt
mit Fluid wiederbefüllt
wird.
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Bei
einer Variation der oben genannten Anordnung, die in 2 gezeigt
ist, ist der Muldenabschnitt oder ausgeschnittene Abschnitt 56 am
verjüngten
Abschnitt 57 schmaler als die Länge des Presselements 32 am
Anfangspunkt 58 des Wegs des Presselements ausgebildet,
sodass das Presselement einen verhältnismäßig geringen Kontakt mit dem
fluidgefüllten
Abschnitt der Patrone hat, da der Einpassabschnitt nicht in die
Mulde passt. Die Mulde verbreitert sich jedoch rasch auf die Länge des
Einpassabschnitts des Presselements, sodass der Einpassabschnitt
in den fluidgefüllten
Abschnitt der Patrone im ausgeschnittenen Abschnitt des Basiselements
passen kann. Eine Feder- oder Schienenanordnung erzeugt ebenfalls
wie in der Ausführungsform
von 1 die benötigte
Presskraft. Diese Anordnung hat ein allmähliches Ansteigen des Pumpdrucks
oder der Kraft auf den fluidgefüllten
Abschnitt zur Folge, bis der ausgeschnittene Abschnitt 56 seine volle
Breite erreicht, wobei an diesem Punkt das aus dem fluidgefüllten Abschnitt
zur Fluidleitung bewegte Fluid seine maximale Rate erreicht.
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3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, bei der ein vorderer Abschnitt 64 des
ausgeschnittenen Abschnitts 66 des Basiselements 67 sich
einwärts
verjüngt.
Dies kann entweder ein separates Merkmal des ausgeschnittenen Abschnitts 66 sein
oder zusätzlich
zu einem nach außen
konisch zulaufenden Abschnitt 68 im ersten Teil des ausgeschnittenen
Abschnitts vorhanden sein, wie oben unter Bezugnahme auf 2 erläutert. Wenn
sich das Presselement in dieser Ausführungsform längs seines
Wegs bewegt, greift das Presselement zunächst allmählich in dem ausgeschnittenen
Abschnitt am fluidgefüllten
Abschnitt ein, bis zu dem Punkt, an dem es völlig in Eingriff ist und vollständig in
den ausgeschnittenen Abschnitt passt. Längs des weiteren Wegs wird
das Presselement aus dem Kontakt mit dem ausgeschnittenen Abschnitt
und aus dem fluidgefüllten
Abschnitt der Patrone durch den einwärts gerichteten Konus 64 der Mulde
allmählich
nach oben angehoben. In der gezeigten Ausführungsform hat der konische
Ab schnitt 64 zur Folge, dass das Presselement am Ende seines
Wegs in Bezug auf den Basisabschnitt stärker angehoben wird als in
seiner Position am Beginn hiervon.
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Wenn
das Presselement seine vorderste und somit am stärksten angehobene Position
erreicht, wird ein Rückführungsarm 70 durch
eine Druckfeder 72 längs
des ausgeschnittenen Abschnitts in Position geschwenkt und das Presselement
wird durch eine Rückholfeder
(nicht gezeigt) in seine Ausgangsposition zurückgeführt. An seiner Ausgangsposition
wird der Arm 70 durch Federkraft wieder weg vom Presselement
nach außen
bewegt. Es gibt somit eine Vorwärts-
und Rückwärtsbewegung
des Arms 70, die durch verschiedene Federn gesteuert wird,
was zur Folge hat, dass sich das Presselement wieder zu seiner Ausgangsposition
bewegt und für
eine weitere Abgabeaktion bereit ist.
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Es
ist somit ein Pumpsystem zur Verwendung in einer Körperpflegeeinrichtung
beschrieben worden. Die Pumpe ist für eine peristaltische Wirkung mit
einer flexiblen Fluidpatrone eingerichtet. Das System enthält einen
ausgeschnittenen Abschnitt in einem Basiselement und ein in ähnlicher
Weise konfiguriertes Presselement, um ohne die Patrone zu verknittern
sowie in einer gleichmäßigen und
gleichbleibenden Weise Fluid aus dem fluidgefüllten Abschnitt der Patrone,
der in den ausgeschnittenen Abschnitt passt, zu pressen.
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Obwohl
eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung zur Veranschaulichung beschrieben wurde, sollte klar sein,
dass alternative Ausführungsformen
der Erfindung, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist, realisierbar
sind.