• 专利附录
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  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    Es ist ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Zahnbürste und eine Aufsteckbürste für eine elektrische Zahnbürste beschrieben, die ein Handteil (11) mit einem Oszillationsmotor und eine Aufsteckbürste aufweist, die vom Oszillationsmotor mit einer festen Frequenz angetrieben wird. Die Aufsteckbürste weist einen Bürstenschaft (13) und einen Bürstenkopf (15) auf, an dem Borsten (16) mit einer bestimmten Länge vorhanden sind, die eine um die Zahnbürstenlängsachse oszillierend-rotierende Reinigungsbewegung ausführen, wobei die beweglichen Teile der elektrischen Zahnbürste eine mechanische Resonanzfrequenz aufweisen, die vom Anpreßdruck abhängt, mit dem beim Zähneputzen die Aufsteckbürste gegen die Zähne gedrückt wird. Im Bereich des zahnmedizinisch gewünschten Anpreßdrucks ist die Amplitude der Reinigungsbewegung größer als sonst. Das Massenträgheitsmoment der beweglichen Teile der elektrischen Zahnbürste nimmt nämlich beim zahnmedizinisch gewünschten Anpreßdruck einen solchen Wert an, daß die mechanische Resonanzfrequenz im Bereich der Antriebsfrequenz liegt, weil sich beim Zähneputzen der Bürstenschaft senkrecht zur Zahnbürstenlängsachse verbiegt, sich die Borsten beim Zähneputzen verbiegen, sich eine Federkonstante durch Wirken der Borsten auf Zähne und/oder Zahnfleisch verändert, und sich die oszillierende Masse durch die an den Zähnen feststehenden Borstenenden verringert.
    公开号:DE102004022663A1
    申请号:DE200410022663
    申请日:2004-05-07
    公开日:2005-12-08
    发明作者:Torsten Klemm；Bernhard Dr. Kraus；Hansjörg REICK；Uwe Schober
    申请人:Braun GmbH；
    IPC主号:A46B9-04
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs1 sowie eine elektrische Zahnbürstemit Oszillationsmotor und eine Aufsteckbürste für diese.
    [0002] Ausder US 5 263 218 istein System mit einem Linearmotor beschrieben, bei dem durch Belastungeine Dämpfungentsteht, wodurch die Schwingungsamplitude im Bereich einer Resonanzfrequenz ansteigensoll.
    [0003] Inder Druckschrift US 5,189,751 wirdeine elektrische Zahnbürstemit einem Resonanzsystem beschrieben, bei dem dieses mit einer Antriebsfrequenzvon 150 Hz bis 400 Hz betrieben wird. Um zu erreichen, daß bei einerzu hohen Anpreßkraftder Borsten auf die Zähneund/oder das Zahnfleisch die Vibrationsamplitude automatisch verringertwird, sind ebenfalls Dämpfungsmittelvorgesehen. Weiterhin ist aus dieser Druckschrift bekannt, daß ein natürliches Resonanzverhaltendes Resonanzsystems ausgenutzt werden kann, um ein Absenken derVibrationsamplitude zu erreichen, wenn die Zahnbürste mechanisch nicht belastetwird. Hieraus ist auch bekannt, daß die Bürste sowie alle rotierendenTeile zusammen mit der Federkonstante ein Resonanzsystem bilden,bei dem die Antriebsfrequenz möglichstnah an die Resonanzfrequenz zu bringen ist.
    [0004] Inder Beschreibungseinleitung der US 5,613,259 istdie Lehre der oben genannten Druckschriften US 5 263 218 und US 5,189,751 so beschrieben, daß beim Zähneputzenmit einer elektrischen Zahnbürste,die von einem Oszillationsmotor mit einer festen Ansteuerfrequenzangetrieben wird, bei einer bestimmten mechanischen Belastung (Anpreßdruck)das mechanische System der Zahnbürste mitder elektrischen Ansteuerfrequenz in Resonanz gerät. Die Amplitudeder vom BürstenkopfausgeführtenPutzbewegungen ist somit vom Anpreßdruck abhängig und bei einem bestimmtenAnpreßdruckmaximal. Ansonsten wird in der Druckschrift US 5,613,259 eine Zahnbürste mitOszillationsmotor vorgeschlagen, die einen Oszillationssensor aufweist, dermit einer Steuerschaltung elektrisch verbunden ist. Diese sorgtdafür,daß eineVeränderungdes Resonanzverhaltens infolge mechanischer Belastung durch einenPhasenregelkreis (Phase-locked loop circuity) geregelt wird. DieseZahnbürstewird daher unabhängigvon der beim Zähneputzenauftretenden mechanischen Belastung stets in Resonanz betrieben.Die Antriebsfrequenz ist daher nicht fest. Eine solche Lösung istdurch den Sensor und die zusätzlicheElektronik aufwendig.
    [0005] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreibeneiner elektrischen Zahnbürstesowie eine elektrische Zahnbürsteund eine Aufsteckbürsteanzugeben, die ein optimales Putzergebnis bei größtmöglicher Schonung der Zähne unddes Zahnfleischs ermöglicht.
    [0006] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß durch eineelektrische Zahnbürstegelöst,bei der die Amplitude der Putzbewegung nur im Bereich des zahnmedizinischwünschenswertenAnpreßdrucks,mit dem die Bürstebeim Zähneputzengegen die Zähne gepreßt wird,maximal ist, vgl. Ansprüche1,5 und 8.
    [0007] Einbesonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Zahnbürste besteht darin, daß sie einoptimales und zahnfleischschonendes Putzergebnis ohne aufwendigeRegelungselektronik erreicht. Der Oszillationsmotor führt nämlich Drehschwingungenum die Zahnbürstenlängsachsemit einer festen Frequenz aus, mit der auch die Aufsteckbürste oszilliert.Die Erhöhungder Amplitude beim optimalen Anpreßdruck wird lediglich durchdie Auslegung der oszillierenden Teile der Zahnbürste erreicht. Diese sind nämlich so ausgelegt,daß sichderen Trägheitsmomentum die Zahnbürstenlängsachsemit dem Anpreßdruck ändert, undgerade im zahnmedizinisch gewünschten Bereichdes Anpreßdruckseinen Wert annimmt, bei dem die mechanische Resonanzfrequenz deroszillierenden Teile der Zahnbürstemit der Oszillationsfrequenz des Oszillationsmotors übereinstimmt,d.h. die Zahnbürstegerät imzahnmedizinisch wünschenswertenBereich des Anpreßdrucksin Resonanz, was zu einer entsprechenden Resonanzüberhöhung derAmplitude der Putzbewegung führt.
    [0008] Die Änderungdes Trägheitsmomentsder schwingungsfähigenTeile der elektrischen Zahnbürstebei sich änderndemAnpreßdruckberuht auf mehreren Effekten. So werden beim Zähneputzen die Borsten gekrümmt, wasdazu führt,daß dieeffektive, d.h. die fürdas Trägheitsmomentmaßgebliche Länge derBorsten und damit das Trägheitsmoment verkleinertwird. Außerdemwird beim Zähneputzen derBürstenschaftder Aufsteckbürsteleicht verbogen, was dazu führt,daß dieim unbelasteten Zustand exzentrisch in Bezug auf die Zahnbürstenlängsachseangeordneten Borsten näheran die Zahnbürstenlängsachseheranrücken,und daher ebenfalls das Trägheitsmomentum die Zahnbürstenlängsachseverkleinert wird. Ein weiterer Effekt ist der, daß sich inAbhängigkeitvom Anpreßdruckdie Federkonstante des System ändert.Dies ist dadurch zu erklären,daß dieBorsten wie Federn wirken. Ferner verkleinert sich die oszillierendeMasse mit zunehmendem Anpreßdruck,weil die Borsten zunehmend an den Zähnen anliegen und sich nichtmehr bewegen.
    [0009] Ausgehendvom unbelasteten Zustand sorgt dies alles für eine Erhöhung der mechanischen Resonanzfrequenzder oszillierenden Teile der elektrischen Zahnbürste und zur gewünschtenVergrößerung derPutzamplitude, da mit zunehmendem Anpreßdruck der Unterschied zwischender mechanischen Resonanzfrequenz und der Oszillationsfrequenz kleinerwird. Im Bereich des gewünschtenAnpreßdrucksgerät dieZahnbürstein Resonanz, d.h. die mechanische Resonanzfrequenz stimmt mit der Oszillationsfrequenz überein.Bei noch höheremAnpreßdruckwird der Resonanzbereich wieder verlassen und die Putzamplitudenimmt wieder ab. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Zähne und eineVerletzung des Zahnfleischs verhindert.
    [0010] Besondersvorteilhaft ist es, wenn die oszillierenden Teile der Zahnbürste soausgelegt sind, daß dieAbnahme der Putzamplitude bei höherenals zahnmedizinisch gewünschtenAnpreßdrücken daraufzurückzuführen ist,daß dasTrägheitsmomentin diesem Bereich wieder zunimmt, d.h. das Trägheitsmoment im zahnmedizinischgewünschtenBereich des Anpreßdrucksein relatives Minimum aufweist. Auf diese Weise läßt sicheine erfindungsgemäße Aufsteckbürste bzw.elektrische Zahnbürstenämlich leichtfür verschiedeneAnwendungsfälleoptimieren, beispielsweise kann das Trägheitsmoment einer Aufsteckbürste für Kinderauch unter Belastung so groß sein,daß sicheine entsprechend geringe Putzamplitude einstellt und/oder der Resonanzfallgar nicht erreicht werden kann, was das Verletzungsrisiko geradebei kleineren Kindern weiter verringert. Diese Optimierung kanneinfach durchgeführtwerden, beispielsweise durch Verändernder Materialeigenschaften der Borsten und/oder des Borstenschafts,beispielsweise durch Wahl eines entsprechend geeigneten Kunststoffs.
    [0011] Beieiner vorteilhaften Auslegung der erfindungsgemäßen Zahnbürste ist die Amplitude der Putzbewegungder Aufsteckbürstebei einer Belastung, die dem medizinisch optimierten Anpreßdruck vonvorzugsweise 1 N bis 2,5 N, insbesondere 1,5 N bis 2 N entspricht,am größten, d.h.die Aufsteckbürste überstreichtbeispielsweise einen Winkel von etwa 7° bis 9°.
    [0012] Dieerfindungsgemäße Zahnbürste hatauch den Vorteil, daß beim – versehentlichen – Einschalten derZahnbürsteohne Belastung sich nur eine geringe Schwingungsamplitude einstellt,sodaß dannWasser und Zahnpasta kaum verspritzt werden.
    [0013] Anhandder Figurenbeschreibung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindungsowie weitere Vorteile derselben näher erläutert. Es zeigt:
    [0014] 1 eineschematische Darstellung einer elektrischen Zahnbürste imunbelasteten Zustand, und
    [0015] 2 eineschematische Darstellung einer elektrischen Zahnbürste imbelasteten Zustand.
    [0016] 1 zeigtschematisch eine elektrische Zahnbürste 10 mit einemHandteil 11 und einer an diesem befestigbaren Aufsteckbürste 12.Das Handteil 11 umfaßtein Gehäusemit einem darin befindlichen Akku oder Batterien, einen Oszillationsmotor miteiner Steuerungselektronik sowie einen Aus- und Einschalter. DieAufsteckbürste 12 bestehtaus einem Schaft 13 und einem Bürstenkopf 15 mit Borsten.Der Schaft 13 ist lösbaram Handteil 11 befestigbar, um ein Auswechseln der Aufsteckbürste 12 vornehmenzu können.
    [0017] DerOszillationsmotor ist mit dem Schaft 13 vorzugsweise getriebelosverbunden. Die Aufsteckbürsteführt einerotierend-oszillierende Bewegung um ihre Längsachse aus.
    [0018] Beider erfindungsgemäßen Lösung bildet derOszillationsmotor und die aufgesteckte Aufsteckbürste ein schwingungsfähiges Systemmit einer mechanischen Resonanzfrequenz. Das System gerät bei einerbestimmten mechanischen Belastung in Resonanz, weil dann die mechanischeResonanzfrequenz mit der elektrischen Ansteuerfrequenz zusammenfällt, mitder der Oszillationsmotor betrieben wird. Im Resonanzfall führen dieBorsten 16 daher eine Reinigungsbewegung mit einer Amplitudeaus, die größer istals im Nicht-Resonanzfall, und die somit abhängig ist von der Anpreßkraft beimZähneputzen (vgl.Pfeil in 2).
    [0019] Diemechanische Resonanzfrequenz des Systems ist vom Massenträgheitsmomentund einer Federkonstanten des Schwingungsystems abhängig. DasMassenträgheitsmomenthängt vonder zu bewegenden Masse sowie von der Masseverteilung um die Zahnbürstenlängsachseab.
    [0020] Dieerfindungsgemäße elektrischeZahnbürste 10 wirdmit einer festen Antriebsfrequenz betrieben und weist eine belastungsabhängige mechanischeResonanzfrequenz auf und zwar derart, daß die Amplitude bei mechanischerBelastung, die einem zahnmedizinisch gewünschten Anpreßdruck entspricht,maximal wird, d.h. die Zahnbürstein Resonanz gerät.Ursache dafürist eine Veränderung desMassenträgheitsmomentsder schwingungsfähigenTeile der elektrischen Zahnbürsteum die Zahnbürstenlängsachse,weil sich beim Zähneputzender Bürstenschaftsenkrecht zur Zahnbürstenlängsachse verbiegt,sich die Borsten beim Zähneputzenverbiegen, sich eine Federkonstante durch Wirken der Borsten aufZähne und/oderZahnfleisch verändert, undsich die oszillierende Masse durch die an den Zähnen feststehenden Borstenendenverringert.
    [0021] Wie 2 veranschaulicht,ist der Schaft 12 elastisch, sodaß er sich beim Zähneputzenverbiegt, und die Borstenenden näheran der ZahnbürstenlängsachseZ angeordnet sind. Ohne Belastung befinden sich die Borsten 16 exzentrischaußerhalbder Drehachse bzw. der ZahnbürstenlängsachseZ. Bei Belastung ist daher das Trägheitsmoment des Schwingungssystemsreduziert, wodurch die mechanische Resonanzfrequenz steigt. DieserEffekt wird verstärkt,wenn bei der Belastung die Bewegung der Borstenspitzen reduziertwird.
    [0022] DieAmplitude der Putzbewegung ist beim medizinisch wünschenswertenAnpreßdruckvon 1 N bis 2,5 N, insbesondere von 1,5 N bis 2 N am größten. DieAmplitude ist belastungsabhängigum etwa 20-30% gegenüberdem erreichbaren Amplitudenmaximum veränderbar. Zweckmäßigerweiseist eine Winkelamplitude (Putzamplitude) bei einer rotierend oszillierendenBürstebelastungsabhängigum einen Winkel von mindestens 2-3° gegenüber dem erreichten Amplitudenmaximumveränderbar,wobei das Maximum vorzugsweise bei einem Amplitudenwinkel von etwa7 bis 9° liegt.
    [0023] DieAntriebsfrequenz kann etwa 240 Hz bis etwa 280 Hz, insbesondereetwa 260 Hz betragen, wobei das mechanische Resonanzsystem im unbelastetenZustand eine Resonanzfrequenz von etwa 200 Hz bis etwa 230 Hz, insbesondereetwa 220 Hz aufweist.
    [0024] Nacheiner weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, kann dasTrägheitsmomentbeim Einsatz eines anderen Bürstenkopfesfür eineKinderzahnbürsteerhöhtsein, um eine geringere Amplitude zu bewirken.
    [0025] Dadie Schwingungsamplitude sowohl ohne als auch mit Belastung vomjeweiligen Trägheitsmomenteiner Ersatzbürsteabhängt,ergibt sich bei entsprechend unterschiedlichen Ersatzbürsten einentsprechend verschiedenes Verhalten, was auch für Massagebürsten oder andere Zwecke ausgenutzt werdenkann.
    [0026] DieErfindung ist nicht nur auf die dargestellten Ausführungsformenbeschränkt.Sie umfasst auch gleichwirkende Ausführungsformen im Sinne der erfinderischenLehre. Beispielsweise ist ein gleichwirkende Veränderung der Federkonstante und/oderdes Trägheitsmomentesim Sinne der Erfindung.
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Zahnbürste, dieein Handteil (11) mit einem Oszillationsmotor und eineAufsteckbürsteaufweist, die vom Oszillationsmotor mit einer festen Frequenz angetriebenwird, wobei die Aufsteckbürsteeinen Bürstenschaft(13) und einen Bürstenkopf(15) aufweist, an dem Borsten (16) mit einer bestimmtenLänge vorhandensind, die eine um die Zahnbürstenlängsachseoszillierend-rotierende Reinigungsbewegung ausführen, wobei die beweglichenTeile der elektrischen Zahnbürsteeine mechanische Resonanzfrequenz aufweisen, die vom Anpreßdruck abhängt, mitdem beim Zähneputzendie Aufsteckbürstegegen die Zähnegedrücktwird, wobei bei einem bestimmten Anpreßdruck die Amplitude der Reinigungsbewegunggrößer istals sonst, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenträgheitsmomentder beweglichen Teile im Bereich des zahnmedizinisch wünschenswertenAnpreßdruckseinen solchen Wert annimmt, daß diemechanische Resonanzfrequenz im Bereich der Antriebsfrequenz liegt,weil sich beim Zähneputzender Bürstenschaftsenkrecht zur Zahnbürstenlängsachseverbiegt, sich die Borsten beim Zähneputzen verbiegen, sich eineFederkonstante durch Wirken der Borsten auf Zähne und/oder Zahnfleisch verändert, undsich die oszillierende Masse durch die an den Zähnen feststehenden Borstenendenverringert.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß eineWinkelamplitude einer rotierend oszillierenden Bürste belastungsabhängig umeinen Winkel von 2-3° gegenüber demerreichbaren Amplitudenmaximum veränderbar ist, wobei das Maximum vorzugsweisebei einem Amplitudenwinkel von etwa 7-9° liegt.
    [3] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß dasTrägheitsmomenteiner Aufsteckbürstefür Kinderso groß gewählt wird,daß sichnur eine vergleichsweise geringe Putzamplitude einstellt.
    [4] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, daß dasMassenträgheitsmomenteiner Aufsteckbürstebei einem Anpreßdruckim Bereich des zahnmedizinisch wünschenswertenAnpreßdruckskleiner ist als sonst.
    [5] Aufsteckbürstefür eineelektrische Zahnbürste,die ein Handteil (11) mit einem Oszillationsmotor und eineAufsteckbürsteaufweist, die vom Oszillationsmotor mit einer festen Frequenz antreibbarist, wobei die Aufsteckbürsteeinen Bürstenschaft(13) und einen Bürstenkopf(15) aufweist, an dem Borsten (16) mit einer bestimmtenLänge vorhandensind, die eine um die Zahnbürstenlängsachseoszillierend-rotierende Reinigungsbewegung ausführen, wobei die beweglichenTeile der elektrischen Zahnbürsteeine mechanische Resonanzfrequenz aufweisen, die vom Anpreßdruck abhängt, mitdem beim Zähneputzen dieAufsteckbürstegegen die Zähnegedrücktwird, wobei bei einem bestimmten Anpreßdruck die Amplitude der Reinigungsbewegunggrößer istals sonst, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufsteckbürste so ausgebildetist, daß dasMassenträgheitsmomentder beweglichen Teile bei einem zahnmedizinisch gewünschtenAnpreßdruckeinen solchen Wert annimmt, daß diemechanische Resonanzfrequenz im Bereich der Antriebsfrequenz liegt,weil sich beim Zähneputzender Bürstenschaftsenkrecht zur Zahnbürstenlängsachseverbiegt, sich die Borsten beim Zähneputzen verbiegen, sich eineFederkonstante durch Wirken der Borsten auf Zähne und/oder Zahnfleisch verändert, undsich die oszillierende Masse durch die an den Zähnen feststehenden Borstenendenverringert.
    [6] Aufsteckbürstenach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ohne Anpressen der Aufsteckbürste gegendie Zähnedie Borsten (16) exzentrisch zur Zahnbürstenlängsachse angeordnet sind, und beimAnpressen der Aufsteckbürstegegen die Zähne derBürstenschaft(13) so verbogen wird, daß die Borsten zur Zahnbürstenlängsachsehin verschoben werden.
    [7] Aufsteckbürstenach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Massenträgheitsmomentder Aufsteckbürstebei einem Anpreßdruckim Bereich des zahnmedizinisch wünschenswertenAnpreßdruckskleiner ist als sonst.
    [8] Elektrische Zahnbürstemit einer Aufsteckbürstenach Anspruch 5 oder 6 oder 7.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2005-12-08| OM8| Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law|
    2011-06-01| R012| Request for examination validly filed|Effective date: 20110311 |
    2011-06-01| 8110| Request for examination paragraph 44|
    2016-02-24| R016| Response to examination communication|
    2016-04-06| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2017-04-22| R020| Patent grant now final|
    2020-12-01| R119| Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DE102004022663.6A|DE102004022663B4|2004-05-07|2004-05-07|Elektrische Zahnbürste mit Oszillationsmotor, Aufsteckbürste und Verfahren zum Betreiben der elektrischen Zahnbürste|DE102004022663.6A| DE102004022663B4|2004-05-07|2004-05-07|Elektrische Zahnbürste mit Oszillationsmotor, Aufsteckbürste und Verfahren zum Betreiben der elektrischen Zahnbürste|
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