EP1455678A1 - Zahnbürstenantriebswelle und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Zahnbürstenantriebswelle und verfahren zu ihrer herstellung

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Publication number
EP1455678A1
EP1455678A1 EP02796539A EP02796539A EP1455678A1 EP 1455678 A1 EP1455678 A1 EP 1455678A1 EP 02796539 A EP02796539 A EP 02796539A EP 02796539 A EP02796539 A EP 02796539A EP 1455678 A1 EP1455678 A1 EP 1455678A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
winding body
force transmission
piece
drive shaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP02796539A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael DRÖSSLER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Braun GmbH
Original Assignee
Braun GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Braun GmbH filed Critical Braun GmbH
Publication of EP1455678A1 publication Critical patent/EP1455678A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/16—Power-driven cleaning or polishing devices
    • A61C17/22—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like
    • A61C17/222—Brush body details, e.g. the shape thereof or connection to handle
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00—Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/16—Power-driven cleaning or polishing devices
    • A61C17/22—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like
    • A61C17/32—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating
    • A61C17/34—Power-driven cleaning or polishing devices with brushes, cushions, cups, or the like reciprocating or oscillating driven by electric motor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/40—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and oscillating motion

Definitions

  • the present invention relates to a drive shaft for small electrical appliances of personal use.
  • the invention relates to a toothbrush drive shaft with a shaft shaft on which a force transmission piece, in particular an eccentric crank piece, sits in a rotationally fixed manner.
  • the invention relates to a method for producing such a drive shaft, in which the force transmission piece and the shaft shaft are manufactured separately and then joined together.
  • the brush head is usually connected to the electric motor of the toothbrush via a gear mechanism which converts the rotary drive movement of the electric motor into a rotatably oscillating drive movement, so that the brush head is driven back and forth.
  • An output shaft coupled to the brush head is regularly provided, which has an eccentric crank piece, via which it is driven by the engine through a further part of the drive train or the transmission.
  • Such a drive shaft is shown, for example, in EP 0 560 758 B1, according to which a crank plate is seated on the motor-side end of the shaft and carries an eccentric coupling pin arranged parallel to the longitudinal axis of the shaft.
  • this known drive shaft can be improved in various ways.
  • the power transmission piece designed as a crank plate is difficult to manufacture due to the tolerances to be adhered to and is therefore expensive.
  • the coupling pin must be anchored in the correct position on the crank plate.
  • the hole provided for this purpose in the crank plate must be made with the appropriate precision.
  • very small tolerances must also be adhered to in the bore with which the crank plate sits on the shaft shaft in order to obtain the desired press fit and to be able to transmit the necessary torques.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying an improved drive shaft of the type mentioned at the outset and an improved method for its production, avoiding the disadvantages of the prior art and developing the latter in an advantageous manner.
  • an eccentric power transmission piece for the drive shaft that is simple and inexpensive to manufacture is to be created, which nevertheless reliably transmits moments.
  • the force transmission piece has a winding body which wraps around the shaft shaft in a rotationally fixed manner.
  • a crank plate with a receiving bore which sits on the shaft shaft in a press fit
  • a helically looped fastening section is provided, which sits non-positively on the shaft shaft.
  • the force transmission piece including its winding body and a function arm connected to it, can be formed in one piece, in particular consist of bent wire, the force transmission piece can consist of spring steel, so that it is elastic and forms a spring body.
  • a freely projecting crank arm can be provided as the functional arm, with the aid of which a moment can be transmitted from or to the shaft.
  • an eccentrically arranged coupling pin is provided as the crank arm, with which the next component in the gear train can engage.
  • the coupling pin is preferably formed by a protruding end of the wire from which the winding body of the spring element is wound.
  • the spring or winding body can advantageously be produced very inexpensively on a conventional spring winding machine for compression and tension springs.
  • the force transmission piece is thus bent according to the invention from a wire which is bent in sections to the helical winding body and then pushed onto the shaft shaft, so that the winding body is seated on the shaft shaft in a rotationally fixed manner.
  • the bobbin does not necessarily have to be moved to push it onto the shaft.
  • the shaft can also be inserted into the fixed and held winding body.
  • it can be considered to wind the winding body directly on the shaft.
  • it is particularly advantageous to first manufacture the winding body without participation of the shaft with an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the shaft shaft and then the winding body with an expanding tool to a mounting diameter that is at least as large as the outer diameter of the shaft shaft expand and slide onto the shaft.
  • the elastic expansion is reversed by removing the expansion tool, so that the wedge kel emotions resets or tries to reset and thereby stretches around the shaft. As a result, it sits permanently on the shaft shaft in a friction and non-positive manner.
  • alignment means provided on the expansion tool can be used, with the aid of which the functional arm of the force transmission piece and on the other hand the portion of the shaft shaft defining the rotational orientation can be scanned or gripped.
  • the shaft shaft can have a flattened portion or a notch at its end opposite the force transmission piece, due to which it is not completely rotationally symmetrical and the rotational alignment of the force transmission piece is necessary during assembly.
  • a positive connection between the winding body and the shaft shaft could also be provided.
  • an oval cross section of the shaft shaft could be provided in the area of the force transmission piece and, accordingly, an oval contour of the winding body.
  • the winding body is preferably seated on the circular shaft shaft in a force-locking or friction-locking manner. In this way, slipping of the force transmission piece can advantageously be achieved in the event of overloading, without damaging the connection between the force transmission piece and the shaft shaft. In contrast, with conventional crank plates, overloading always leads to permanent damage.
  • Both the winding body and the shaft shaft expediently have the shape of a circular cylinder.
  • the shaft shaft is circular cylindrical at least in its area in which the winding body is arranged.
  • the wrap angle of the winding body can be selected differently depending on the torque to be transmitted. According to the Eytelwein principle With increasing wrap angle, an increase in the transmissible torque can be achieved.
  • the wrap angle is between 4 ⁇ and 12 7, preferably 6 ⁇ to 10 ⁇ .
  • the wrap angle can be approximately 8 ⁇ , that is to say the helical winding body winds around the shaft approximately four times.
  • the wire from which the force transmission piece is wound can be chosen differently with regard to its material thickness, in particular adapted to the diameter of the shaft shaft.
  • the wire diameter can be selected according to the diameter of the coupling pin that is carried by the coupling plate to be replaced. This makes it possible to use the drive shaft as an exchange part without having to change the other parts of the transmission between the electric motor and the toothbrush head.
  • the wire used for the winding body will have a material diameter that is smaller than the diameter of the shaft shaft, preferably approximately% to Va times the shaft shaft diameter.
  • Figure 1 is a sectional view of an electric toothbrush with a motor-driven
  • Output shaft according to a preferred embodiment of the invention, according to which a crank piece with a winding section made of spring steel sits on the output shaft as a force transmission piece,
  • Figure 2 is an enlarged side view of the output shaft with the seated thereon
  • FIG. 3 shows a plan view of the end face of the output shaft from FIG. 2, which shows the rotational orientation of the crank piece relative to the flattened end of the output shaft,
  • FIG. 4 shows an enlarged top view of the crank piece from the previous figures designed as a spring body with a winding section, partial view b) being rotated by 90 ° with respect to partial view a) and partial view c) a section through the spring body along the line AA in partial view a), and
  • FIG. 5 shows a plan view of the end face of the spring body from FIG. 4.
  • the electric toothbrush shown in FIG. 1 has, in a manner known per se, a housing 1 which forms the handpiece of the toothbrush and receives an electric drive for moving a brush attachment (not shown).
  • a housing 1 which forms the handpiece of the toothbrush and receives an electric drive for moving a brush attachment (not shown).
  • an electric motor 2 and a gear 3 driven by it are accommodated, which comprises an output shaft 4 emerging from the end of the housing 1 in order to drive a brush head which can be plugged into the front end of the housing 1 in a rotationally oscillating manner.
  • the output shaft 4 has a flattened portion 5 at its front end and a notch provided opposite the flattened portion in order to be able to be coupled to the drive train on the brush head side.
  • a battery receiving compartment 7 is provided in order to receive batteries for the energy supply of the electric motor 2.
  • the output shaft 4 and the electric motor 2 are arranged with their motor output shaft 8 parallel to one another, but offset.
  • the transmission 3 comprises various engaging and deflecting parts such as crank, coupling and rocker arm and finally the crank piece 9, which is non-rotatably seated on the output shaft 4, as will be explained, in order to rotate the motor output shaft 8 in an oscillating rotary movement implement the output shaft 4 in a manner known per se.
  • the output shaft 4 is rotatable in the housing 1, but axially fixed. It sits with its rear end in a bearing bush 10, which absorbs axial compressive forces.
  • the output shaft 4 can be secured against pulling out by the crank piece 9 firmly seated on the shaft shaft, via which the shaft axially abuts or would abut a bearing shoulder 11 fixed to the housing if tensile forces act on the shaft.
  • the output shaft 4 has a straight, elongated shaft shaft 12 which, apart from its end flattening 5 and the notch 6, is cylindrical with a circular cross section.
  • the shaft shaft can expediently consist of steel or a similarly high-strength material.
  • the crank piece 9 comprises a helical winding body 13 as well as a function arm 14 which is firmly connected to the winding body 13 a crank pin which projects eccentrically from the shaft shaft 12.
  • the crank arm or pin extends essentially parallel to the longitudinal axis of the shaft 12.
  • the winding body 13 and the crank arm 14 are in one piece and form a spring body made of spring steel.
  • the winding body 13 is wound helically in the manner of a cylinder spring.
  • the spring steel runs out to one side into the crank arm 14, which initially extends radially over the circumference of the winding body 13 and is finally bent in the longitudinal direction of the winding body, so that the free end of the crank arm 14 extends parallel to the longitudinal axis of the winding body 13 (cf. Figure 4 a and b).
  • the opposite end of the spring steel, from which the crank piece 9 is wound also runs out slightly in the radial direction, as shown in FIG. 5, which facilitates the spreading of the winding body for its assembly on the shaft shaft, as will be explained below.
  • FIG. 5 shows, the ends of the wire from which the crank piece 9 is wound run out on different sides and form an acute angle to one another in the end view from above.
  • the crank piece 9 with its winding body 13 can advantageously be manufactured very inexpensively on a conventional spring winding machine for compression or tension springs.
  • the number of turns of the winding body 13 can be selected differently and can be adapted to the torque to be transmitted. In the illustrated embodiment, four complete windings are provided, that is, the wrap angle of the winding body 13 is approximately 8 ⁇ .
  • the winding body 13 is first wound on the spring winding machine with an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the shaft shaft 12.
  • the winding body 13 is then slightly widened by means of an expansion tool, not shown, so that the shaft shaft 12 is pushed into the winding body 13 in the axial direction can be until he assumes the position shown in Figure 2.
  • the crank piece 9 assumes the rotational orientation desired with respect to the flat 5.
  • the expanding tool advantageously engages the crank arm 14 of the spring body.
  • the flattening 5 is scanned or gripped by the expanding tool when the shaft shaft 12 is pushed in, so that the crank arm 14 of the crank piece 9 always comes to rest on the shaft shaft in the desired orientation with respect to the flattening 5.
  • crank arm 14 could in principle be bent to different sides. Unlike shown in the figures, the free-running end, which forms the crank arm 14, could be bent back, that is to say bent downwards according to FIG. 4, so that it would extend back over the winding former 13 and opposite the winding former and radially outside the latter , In the embodiment shown in FIG. 4, however, the crank arm 14 extends away from the winding body 13, so that it projects in the axial direction on the end face over the winding body 13. This has the advantage that, with the same lever arm, more air remains in the radial direction between the shaft shaft and the crank arm 14, insofar as the winding body 13 does not extend between them. As a result, the swing arm of the transmission 3 can have more meat around the recess into which the crank arm 14 engages.
  • Spring steel of different diameters can be used for the crank piece 9 and the material thickness can be adapted to the moments to be transmitted or also to the diameter of the shaft shaft.
  • the material thickness of the spring steel from which the winding body 13 is wound is between 1 and 2 mm, preferably between 1 and 1.5 mm.
  • a spring wire with a circular diameter of approximately 1.2 mm is provided.
  • the drive shaft shown in FIG. 2, together with the crank piece 9, which is non-rotatably fastened thereon, is inserted into the housing 1 of the electric toothbrush, so that the drive shaft is held in the bearings provided for this purpose.
  • the crank piece 9 is inserted with its crank arm 14 into the receiving bore provided for this purpose or possibly the longitudinal groove of the rocker immediately following in the drive train, so that it engages with it.
  • the reciprocating movement of the rocker is then transmitted by the crank piece 9 into a rotationally oscillating drive movement of the drive shaft 4.
  • the force transmission piece with the winding body which is non-rotatably seated on the shaft can also be used as a motor eccentric or as a transverse axis on smooth shafts.
  • the previously described force transmission piece preferably forms the crank piece 9 of the output shaft of an electric toothbrush.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zahnbürstenantriebswelle mit einem Wellenschaft, auf dem drehfest ein Kraftübertragungsstück, insbesondere ein exzentrisches Kurbelstück, sitzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebswelle, bei dem das Kraftübertragungsstück und der Wellenschaft separat gefertigt und anschlie-ssend miteinander gefügt werden. Erfindungsgemäss wird das Kraftübertragungsstück aus einem Draht gebogen, der abschnittsweise zu einem wendelförmigen Wickelkörper gebogen und auf den Wellenschaft geschoben wird, so dass er den Wellenschaft umschlingt und auf diesem drehfest sitzt.

Description

Zahnbürstenantriebswelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebswelle für Elektrokleingeräte des persönlichen Bedarfs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zahnbürstenantriebswelle mit einem Wellenschaft, auf dem drehfest ein Kraftübertragungsstück, insbesondere ein exzentrisches Kurbelstück, sitzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebswelle, bei dem das Kraftübertragungsstück und der Wellenschaft separat gefertigt und anschließend miteinander gefügt werden.
Bei elektrischen Zahnbürsten ist der Bürstenkopf mit dem Elektromotor der Zahnbürste in der Regel über ein Getriebe verbunden, das die rotatorische Antriebsbewegung des Elektromotors in eine rotato sch oszillierende Antriebsbewegung umwandelt, so dass der Bürstenkopf hin- und hergehend angetrieben wird. Regelmäßig ist dabei eine mit dem Bürstenkopf gekoppelte Abtriebswelle vorgesehen, die ein exzentrisches Kurbelstück aufweist, über das sie vom Motor her durch ein weiteres Teil des Antriebsstrangs bzw. des Getriebes angetrieben wird.
Eine solche Antriebswelle zeigt zum Beispiel die EP 0 560 758 B1 , wonach auf dem motor- seitigen Ende der Welle eine Kurbelplatte sitzt, die einen parallel zur Längsachse der Welle angeordneten, exzentrischen Kupplungsstift trägt. Diese bekannte Antriebswelle ist jedoch in verschiedener Hinsicht verbesserungsfähig. Das als Kurbelplatte ausgebildete Kraftubertragungsstuck ist aufgrund der einzuhaltenden Toleranzen schwierig und damit teuer zu fertigen. Einerseits muss der Kupplungsstift lagegenau an der Kurbelplatte verankert werden. Die hierzu vorgesehene Bohrung in der Kurbelplatte muss mit entsprechender Präzision gefertigt werden. Zum anderen müssen auch bei der Bohrung, mit der die Kurbelplatte auf dem Wellenschaft sitzt, sehr geringe Toleranzen eingehalten werden, um den gewünschten Presssitz zu erhalten und die notwendigen Drehmomente übertragen zu können.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebswelle der eingangs genannten Art sowie ein verbessertes Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Vorzugsweise soll ein einfach und kostengünstig herzustellendes exzentrisches Kraftübertragungsstück für die Antriebswelle geschaffen werden, das dennoch zuverlässig Momente überträgt.
Die genannte Aufgabe wird durch eine Antriebswelle gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Hinsichtlich des Herstellverfahrens wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren nach Pa- tentanspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Kraftübertragungsstück einen Wickelkörper besitzt, der den Wellenschaft drehfest umschlingt. Anstelle einer Kurbelplatte mit einer Aufnahmebohrung, die im Presssitz auf dem Wellenschaft sitzt, ist ein wendeiförmig geschlungener Befestigungsabschnitt vorgesehen, der kraftschlüssig auf dem Wellenschaft sitzt.
In Weiterbildung der Erfindung kann das Kraftübertragungsstück einschließlich seines Wik- kelkörpers und eines damit verbundenen Funktionsarms einstückig ausgebildet sein, insbesondere aus gebogenem Draht bestehen, das Kraftübertragungsstück kann aus Federstahl bestehen, so dass es elastisch ausgebildet ist und einen Federkörper bildet.
Als Funktionsarm kann insbesondere ein frei auskragender Kurbelarm vorgesehen sein, mit Hilfe dessen ein Moment von der bzw. auf die Welle übertragbar ist. Vorzugsweise ist als Kurbelarm ein exzentrisch angeordneter, zur Wellenlängsachse etwa paralleler Kupplungsstift vorgesehen, mit dem das im Getriebestrang nächste Bauteil in Eingriff stehen kann. Der Kupplungsstift wird dabei vorzugsweise von einem abstehenden Ende des Drahts gebildet, aus dem der Wickelkörper des Federelements gewickelt ist.
Vorteilhafterweise kann der Feder- bzw. Wickelkörper auf einer herkömmlichen Federwik- kelmaschine für Druck- und Zugfedern sehr preiswert hergestellt werden. In verfahrenstechnischer Hinsicht wird also erfindungsgemäß das Kraftübertragungsstück aus einem Draht gebogen, der abschnittsweise zu dem wendeiförmigen Wickelkörper gebogen und sodann auf den Wellenschaft geschoben wird, so dass der Wickelkörper drehfest auf dem Wellenschaft sitzt. Dabei muss nicht zwangsweise der Wickelkörper bewegt werden, um ihn auf den Wellenschaft aufzuschieben. Es kann auch die Welle in den feststehenden und - gehaltenen Wickelkörper eingeschoben werden.
Grundsätzlich kann daran gedacht werden, den Wickelkörper unmittelbar auf den Wellenschaft zu wickeln. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Wickelkörper ohne Beteiligung der Welle zunächst mit einem Innendurchmesser zu fertigen, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Wellenschafts und den Wickelkörper sodann mit einem Aufweitwerkzeug auf einen Montagedurchmesser, der zumindest so groß wie der Außendurchmesser des Wellenschafts ist, elastisch aufzuweiten und auf den Wellenschaft aufzuschieben. Sobald der Wickelkörper auf dem Wellenschaft die gewünschte Lage einnimmt, wird die elastische Aufweitung durch Entfernen des Aufweitwerkzeuges rückgängig gemacht, so dass der Wik- kelkörper sich rückstellt bzw. rückzustellen versucht und sich dabei um den Wellenschaft spannt. Hierdurch sitzt er reibungs- und kraftschlüssig dauerhaft auf dem Wellenschaft.
Um die gewünschte rotatorische Ausrichtung des Kraftübertragungsstücks relativ zur Welle zu erreichen, können an dem Aufweitwerkzeug vorgesehene Ausrichtmittel verwendet werden, mit Hilfe derer einerseits der Funktionsarm des Kraftübertragungsstücks und andererseits der die rotatorische Orientierung definierende Abschnitt des Wellenschafts abgetastet bzw. gegriffen werden. Üblicherweise kann der Wellenschaft an seinem dem Kraftubertragungsstuck gegenüberliegenden Ende eine Abflachung oder eine Kerbe besitzen, aufgrund derer er nicht vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die rotatorische Ausrichtung des Kraftübertragungsstücks bei der Montage notwendig ist.
Alternativ oder zusätzlich zu dem kraftschlüssigen Sitz des Wickelkörpers auf dem Wellenschaft könnte auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wickelkörper und dem Wellenschaft vorgesehen sein. Beispielsweise könnte ein ovaler Querschnitt des Wellenschafts im Bereich des Kraftübertragungsstücks und dementsprechend eine ovale Kontur des Wickelkörpers vorgesehen sein. Vorzugsweise jedoch sitzt der Wickelkörper allein kraft- bzw. reibschlüssig auf dem kreisrunden Wellenschaft. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise bei Überbelastung ein Durchrutschen des Kraftübertragungsstücks erzielt werden, ohne die Verbindung zwischen dem Kraftübertragungsstück und dem Wellenschaft zu beschädigen. Im Gegensatz hierzu führt bei den herkömmlichen Kurbelplatten eine Überbelastung stets zu einer dauerhaften Beschädigung. Das Gleitmoment ist im Falle einer herkömmlichen Kurbelplatte wesentlich geringer als das Lösemoment, so dass bei einer Überbelastung der Verbindung die Baugruppe unbrauchbar ist. Im Gegensatz hierzu bleibt nach einer Überbelastung und einem entsprechenden Durchrutschen eines Kraftübertragungsstücks mit dem erfindungsgemäßen Wickelkörper die entsprechende Baugruppe noch brauchbar. Es ist lediglich eine erneute rotatorische Ausrichtung zwischen dem Wickelkörper bzw. dem Kraftübertragungsstück und dem Wellenschaft notwendig. Bei dem kraftschlüssig auf dem Wellenschaft sitzenden Wickelkörper sind das Löse- und das Gleitmoment weitgehend identisch.
Zweckmäßigerweise besitzen sowohl der Wickelkörper als auch der Wellenschaft Kreiszylinderform. Der Wellenschaft ist dabei zumindest in seinem Bereich, in dem der Wickelkörper angeordnet ist, kreiszylindrisch.
Der Umschlingungswinkel des Wickelkörpers kann in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments verschieden gewählt werden. Entsprechend dem Eytelwein'schen Prinzip kann mit zunehmendem Umschlingungswinkel eine Vergrößerung des übertragbaren Drehmoments erreicht werden. In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung beträgt der Umschlingungswinkel zwischen 4 π und 12 7, vorzugsweise 6 π bis 10 π. Bei den vom Antrieb elektrischer Zahnbürsten üblicherweise zu übertragenden Drehmomenten kann der Umschlingungswinkel etwa 8 π betragen, das heißt der wendeiförmige Wickelkörper windet sich etwa vier Mal um die Welle herum.
Der Draht, aus dem das Kraftübertragungsstück gewickelt wird, kann hinsichtlich seiner Materialstärke verschieden gewählt, insbesondere an den Durchmesser des Wellenschafts angepasst werden. Je nach Anwendungsfall kann der Drahtdurchmesser entsprechend dem Durchmesser des Kupplungsstiftes gewählt werden, der von der zu ersetzenden Kupplungsplatte getragen wird. Hierdurch wird es möglich, die Antriebswelle als Austauschteil zu verwenden, ohne die übrigen Teile des Getriebes zwischen Elektromotor und Zahnbürstenkopf verändern zu müssen.
In Weiterbildung der Erfindung wird der für den Wickelkörper verwendete Draht einen Materialdurchmesser besitzen, der kleiner als der Durchmesser des Wellenschaftes ist, vorzugsweise etwa %- bis Va-mal dem Wellenschaftdurchmesser beträgt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
Figur 1 eine Schnittansicht einer elektrischen Zahnbürste mit einer motorgetriebenen
Abtriebswelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wonach auf der Abtriebswelle als Kraftübertragungsstück ein Kurbelstück mit einem Wickelabschnitt aus Federstahl sitzt,
Figur 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Abtriebswelle mit dem darauf sitzenden
Kurbelstück aus der Zahnbürste gemäß Figur 1 ,
Figur 3 eine Draufsicht auf die Stirnseite der Abtriebswelle aus Figur 2, die die rotatorische Ausrichtung des Kurbelstücks relativ zu dem abgeflachten Ende der Abtriebswelle zeigt,
Figur 4 eine vergrößerte Draufsicht auf das als Federkörper mit Wickelabschnitt ausgebildete Kurbelstück aus den vorhergehenden Figuren, wobei die Teilansicht b) gegenüber der Teilansicht a) um 90° gedreht ist und die Teilansicht c) ein Schnitt durch den Federkörper entlang der Linie A-A in der Teilansicht a) ist, und
Figur 5 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Federkörpers aus Figur 4.
Die in Figur 1 gezeigte elektrische Zahnbürste besitzt in an sich bekannter Weise ein Gehäuse 1 , das das Handstück der Zahnbürste bildet und einen elektrischen Antrieb zur Bewegung eines nicht dargestellten Bürstenaufsatzes aufnimmt. In dem Gehäuse 1 ist ein Elektromotor 2 sowie ein davon angetriebenes Getriebe 3 aufgenommen, das eine stirnseitig aus dem Gehäuse 1 heraustretende Abtriebswelle 4 umfasst, um einen am stirnseitigen Ende des Gehäuses 1 aufsteckbaren Bürstenkopf rotatohsch oszillierend anzutreiben. Die Abtriebswelle 4 besitzt hierzu an ihrem stirnseitigen Ende eine Abflachung 5 sowie eine gegenüberliegend der Abflachung vorgesehene Einkerbung, um mit dem bürstenkopfseitigen Antriebsstrang gekuppelt werden zu können. Am gegenüberliegenden, rückseitigen Ende des Gehäuses 1 ist ein Batterieaufnahmefach 7 vorgesehen, um Batterien zur Energieversorgung des Elektromotors 2 aufzunehmen.
Wie Figur 1 zeigt, sind die Abtriebswelle 4 und der Elektromotor 2 mit seiner Motorausgangswelle 8 zu einander parallel, aber versetzt angeordnet. Das Getriebe 3 umfasst zwischen der Motorausgangswelle 8 und der Abtriebswelle 4 diverse Eingriffs- und Umlenkteile wie Kurbel, Koppel und Schwinge sowie schließlich das drehfest auf der Abtriebswelle 4 sitzende Kurbelstück 9, wie noch erläutert wird, um die Drehbewegung der Motorausgangswelle 8 in eine oszillierende Drehbewegung der Abtriebswelle 4 in an sich bekannter Weise umzusetzen.
Die Abtriebswelle 4 ist im Gehäuse 1 drehbar, jedoch axial fest gelagert. Sie sitzt mit ihrem rückseitigen Ende in einer Lagerbuchse 10, die axiale Druckkräfte aufnimmt. Gegen Herausziehen kann die Abtriebswelle 4 durch das fest auf dem Wellenschaft sitzende Kurbelstück 9 gesichert sein, über das die Welle axial an einem gehäusefesten Lagerabsatz 11 ansteht bzw. anstehen würde, wenn Zugkräfte auf die Welle wirken.
Wie Figur 2 zeigt, besitzt die Abtriebswelle 4 einen geraden, länglichen Wellenschaft 12, der von seiner stirnseitigen Abflachung 5 und der Einkerbung 6 abgesehen zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise kann der Wellenschaft aus Stahl oder einem ähnlich hochfesten Werkstoff bestehen.
Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, umfasst das Kurbelstück 9 einen wendeiförmigen Wickelkörper 13 sowie einen mit dem Wickelkörper 13 fest verbundenen Funktionsarm 14 in Form eines Kurbelstifts, der exzentrisch von dem Wellenschaft 12 auskragt. Wie Figur 2 zeigt, erstreckt sich der Kurbelarm bzw. -stift im wesentlichen parallel zur Längsachse des Wellenschafts 12.
Der Wickelkörper 13 sowie der Kurbelarm 14 sind einstückig und bilden einen Federkörper aus Federstahl. Der Wickelkörper 13 ist nach Art einer Zylinderfeder wendeiförmig aufgewickelt. Zu einer Seite hin läuft der Federstahl dabei in den Kurbelarm 14 aus, der zunächst radial über den Umfang des Wickelkörpers 13 hinausläuft und schließlich in Wickelkörperlängsrichtung abgekröpft ist, so dass das freie Ende des Kurbelarms 14 sich parallel zur Längsachse des Wickelkörpers 13 erstreckt (vgl. Figur 4 a und b). Das gegenüberliegende Ende des Federstahls, aus dem das Kurbelstück 9 gewickelt ist, läuft ebenfalls in radialer Richtung leicht aus, wie Figur 5 zeigt, was das Aufspreizen des Wickelkörpers zu dessen Montage auf den Wellenschaft erleichtert, wie noch erläutert wird. Wie Figur 5 zeigt, laufen die Enden des Drahtes, aus dem das Kurbelstück 9 gewickelt ist, zu unterschiedlichen Seiten aus und schließen in der stirnseitigen Draufsicht zueinander einen spitzen Winkel ein.
Das Kurbelstück 9 mit seinem Wickelkörper 13 kann in vorteilhafter Weise auf einer herkömmlichen Federwickelmaschine für Druck- bzw. Zugfedern sehr preiswert hergestellt werden. Die Anzahl der Windungen des Wickelkörpers 13 kann verschieden gewählt und an das zu übertragende Drehmoment angepasst werden. In der gezeichneten Ausführungsform sind vier vollständige Wicklungen vorgesehen, das heißt der Umschlingungswinkel des Wik- kelkörpers 13 beträgt etwa 8 π.
Der Wickelkörper 13 wird auf der Federwickelmaschine zunächst mit einem Innendurchmesser gewickelt, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Wellenschaftes 12. Mittels einem nicht näher dargestellten Aufweitwerkzeugs wird der Wickelkörper 13 sodann leicht aufgeweitet, so dass der Wellenschaft 12 in axialer Richtung in den Wickelkörper 13 hineingeschoben werden kann, bis er die in Figur 2 gezeigte Lage einnimmt. Dabei ist zu beachten, dass das Kurbelstück 9 die gegenüber der Abflachung 5 gewünschte rotatorische Ausrichtung einnimmt. Vorteilhafterweise greift dabei das Aufweitwerkzeug den Kurbelarm 14 des Federkörpers. Gleichzeitig wird von dem Aufweitwerkzeug beim Einschieben des Wellenschaftes 12 dessen Abflachung 5 abgetastet bzw. gegriffen, so dass der Kurbelarm 14 des Kurbelstücks 9 stets in der gewünschten Ausrichtung zu der Abflachung 5 auf dem Wellenschaft zu liegen kommt.
Die elastische Aufweitung des Wickelkörpers 13 wird sodann aufgehoben, indem das Aufweitwerkzeug entspannt bzw. entfernt wird, der Wickelkörper 13 stellt sich zurück und zieht sich radial in seinem Durchmesser zusammen, sodass er kraftschlüssig drehfest auf dem Wellenschaft 12 zu sitzen kommt.
Der Kurbelarm 14 könnte grundsätzlich zu unterschiedlichen Seiten hin abgekröpft sein. Anders als in den Figuren gezeigt, könnte das frei auslaufende Ende, das den Kurbelarm 14 bildet, zurückgebogen, das heißt gemäß Figur 4 nach unten gebogen sein, so dass es sich über den Wickelkörper 13 zurück und gegenüberliegend dem Wickelkörper und radial außerhalb desselben erstrecken würde. In der gezeichneten Ausführung gemäß Figur 4 erstreckt sich der Kurbelarm 14 jedoch von dem Wickelkörper 13 weg, so dass er in axialer Richtung stirnseitig über den Wickelkörper 13 vorspringt. Dies besitzt den Vorteil, dass bei gleichem Hebelarm in radialer Richtung mehr Luft zwischen dem Wellenschaft und dem Kurbelarm 14 verbleibt, insofern als sich der Wickelkörper 13 nicht dazwischen erstreckt. Hierdurch kann die Schwinge des Getriebes 3 um die Ausnehmung herum, in die der Kurbelarm 14 eingreift, mehr Fleisch besitzen.
Für das Kurbelstück 9 kann Federstahl unterschiedlichen Durchmessers Verwendung finden und die Materialstärke kann an die zu übertragenden Momente bzw. auch an den Durchmesser des Wellenschaftes angepasst werden. Für die üblichen Durchmesser von Zahnbürstenabtriebswellen beträgt die Materialstärke des Federstahls, aus dem der Wickelkörper 13 gewickelt ist, zwischen 1 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 1 ,5 mm. In der gezeichneten Ausführung ist ein Federdraht mit kreisförmigem Durchmesser von etwa 1 ,2 mm vorgesehen.
Die in Figur 2 gezeigte Antriebswelle wird mitsamt dem darauf drehfest befestigten Kurbelstück 9 in das Gehäuse 1 der elektrischen Zahnbürste eingesetzt, so dass die Antriebswelle in den dafür vorgesehenen Lagerstellen gehalten wird. Das Kurbelstück 9 wird mit seinem Kurbelarm 14 in die dafür vorgesehene Aufnahmebohrung oder ggf. Längsnut der im Antriebsstrang unmittelbar folgenden Schwinge eingesteckt, so dass es damit in Eingriff ist. Die hin- und hergehende Bewegung der Schwinge wird sodann von dem Kurbelstück 9 in eine rotatorische oszillierende Antriebsbewegung der Antriebswelle 4 übertragen.
Von der zuvor beschriebenen Ausführungsform abgesehen, kann das Kraftübertragungs- stück mit dem drehfest auf der Welle sitzenden Wickelkörper auch Verwendung als Motorexzenter oder als Querachse auf glatten Wellen Verwendung finden. Vorzugsweise jedoch bildet das zuvor beschriebene Kraftübertragungsstück das Kurbelstück 9 der Abtriebswelle einer elektrischen Zahnbürste.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebswelle für Elektrokleingeräte des persönlichen Bedarfs, insbesondere Zahnbürstenabtriebswelle, mit einem Wellenschaft (12), auf dem drehfest ein Kraftübertragungs- stück (9), insbesondere ein exzentrisches Kurbelstück, sitzt, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftübertragungsstück (9) einen Wickelkörper (13) aufweist, der den Wellenschaft (12) drehfest umschlingt.
2. Antriebswelle nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Kraftübertragungs- stück (9) einschließlich seines Wickelkörpers (13) und eines damit verbundenen Funktionsarms (14) einstückig ausgebildet ist, insbesondere aus gebogenem Draht besteht.
3. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftubertragungsstuck (9) einen Federkörper bildet, der vorzugsweise aus Federstahl besteht.
4. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kraftubertragungsstuck (9) als Funktionsarm einen exzentrisch angeordneten, vorzugsweise zur Wellenschaftlängsachse sich etwa parallel erstreckenden Kupplungsstift (14) besitzt, wobei vorzugsweise der Kupplungsstift (14) sich in axialer Richtung von dem Wickelkörper (13) über dessen Stirnseite vorstehend erstreckt.
5. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkörper (13) unter elastischer Vorspannung allein kraft- bzw reibschlüssig auf dem Wellenschaft gehalten ist.
6. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkörper (13) und der Wellenschaft (12) zumindest in seinem Bereich, in dem er von dem Wickelkörper (13) umschlungen ist, einander entsprechende Querschnittskonturen besitzen, vorzugsweise jeweils kreiszylindrisch ausgebildet sind.
7. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Umschlingungs- winkel des Wickelkörpers (13) um den Wellenschaft (12) im Bereich von 4 π bis 12 π, vorzugsweise 6 π bis 10 π, insbesondere etwa 8 π vorgesehen ist.
8. Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkörper (13) Windungen mit einem Materialdurchmesser besitzt, der kleiner als der Wellenschaft- durchmesser ist, vorzugsweise etwa ΛA- bis Va-mal dem Wellenschaftdurchmesser entspricht.
9. Verwendung der Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum rotato- risch-oszillierenden Antreiben eines Zahnbürstenkopfs.
10. Verfahren zur Herstellung der Antriebswelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Kraftübertragungsstück (9) und der Wellenschaft (12) separat gefertigt und anschließend miteinander gefügt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftubertragungsstuck (9) aus einem Draht gebogen wird, der Abschnittsweise zu einem wendeiförmigen Wickelkörper (13) gebogen und auf den Wellenschaft geschoben wird, so dass der Wickelkörper (13) drehfest auf dem Wellenschaft (12) sitzt.
11. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei der Wickelkörper (13) mit einem Innendurchmesser gefertigt wird, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Wellenschafts (12), wobei der Wickelkörper (13) sodann mit einem Aufweitwerkzeug auf einen Montagedurchmesser, der mindestens so groß wie der Außendurchmesser des Wellenschafts (12) ist, elastisch aufgeweitet und auf den Wellenschaft (12) aufgeschoben wird, und wobei der Wickelkörper schließlich durch Nachlassen bzw. Entfernen des Aufweitwerkzeugs zur elastischen Rückstellung gebracht wird, so dass der Wickelkörper (13) kraftschlüssig mit Vorspannung auf dem Wellenschaft (12) sitzt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Wickelkörper (13) vor dem Aufschieben auf den Wellenschaft und/oder vor seiner elastischen Rückstellung in seinem Verdrehwinkel relativ zu dem Wellenschaft (12) ausgerichtet wird.
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