Beschreibung
Zahnbürste mit Exzenterantrieb
Die Erfindung betrifft eine Zahnbürste mit einem Bürstenkopf gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Zahnbürsten sind in großer Zahl und in verschiedenen Ausführungsvarianten im Handel erhältlich. Sie sind mit einem in der Regel auswechselbaren Bürstenkopf versehen, welcher einen die Borsten oder Borstenbüschel aufnehmenden, weitgehend rotationssymetrischen Bürstenkörper aufweist. Der Bürstenkörper ist in einem mit dem Gehäuse der Zahnbürste gekoppelten Gehäuseabschnitt um eine Rotationsachse drehbar gelagert und wird von einem Elektromotor angetrieben. Ein derartiger Antrieb ist beispielsweise in der WO 91/07116 beschrieben .
Eine weite Verbreitung haben in diesem Zusammenhang Exzen- terantriebe gefunden, die den Bürstenkörper reversierend antreiben. Der Bürstenkörper vollführt hierbei eine abwechselnd in beide Drehrichtungen weisende Rotationsbewegung mit einem Rotationswinkel, der beispielsweise 130° betragen kann. Derartige Exzenterantriebe sind u. a. aus der US 4,845,795, der US 5,504,959 oder der US 5,617,601 bekannt.
In der WO 96/37 164 ist eine weitere Variante eines Exzenterantriebs für eine Zahnbürste beschrieben. Bei dieser Variante wird die umlaufende Drehbewegung des Antriebsmotors unmittelbar auf eine Antriebswelle übertragen, die den Bürstenkörper durchsetzt und ein gekröpftes Ende aufweist. Dieses gekröpfte Ende greift in eine korrespondierende Führungsnut am Borstenträger ein, wodurch dieser in eine reversieren- de Rotationsbewegung versetzt wird. Auf diese Weise lässt sich ein mechanisch einfach aufgebauter und verschleißarmer Antrieb realisieren. Auch ist der Platzbedarf äußerst gering, so dass sich ein schlanker und kompakter Aufbau des Gehäuses
erreichen lässt.
Obwohl sich derartige Zahnbürsten m der Praxis bestens bewährt haben, verlangen neuere Erkenntnisse m der Zahnpflege weitere Verbesserungen. Insbesondere wird die reine Rotationsbewegung des Bürstenkörpers als nicht ausreichend empfunden, um eine zuverlässige Reinigung der Zahnoberflächen zu bewirken.
Aus diesem Grund wurde dazu übergegangen, der rotatorischen Bewegung eine unterschiedlich geartete Schwenkbewegung zu überlagern. Derartige Ausführungsvarianten, basierend auf Exzenterantriebe, sind beispielsweise der DE 44 33 914 AI oder der WO 96/31171 zu entnehmen.
Dennoch hat sich gezeigt, dass die Reinigungswirkung solcher Zahnbürsten nicht optimal ist. Weiter nachteilig ist, dass derartige Zahnbürsten aufgrund ihrer komplizierten Bauweise fertigungstechnisch große Probleme aufwerfen.
Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Zahnbürste der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, die eine verbesserte Reinigungswirkung gegenüber den bisher bekannten Zahnbürsten mit rotierendem Antrieb ermög- licht und konstruktiv einfach gestaltet ist.
Gelost wird dieses Problem bei einer gattungsgemäßen Zahnbürste mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind m den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung basiert auf der Idee, der reversierenden Rotationsbewegung eine zusätzliche Schwenkbewegung zu überlagern. Hierdurch werden die vom Burstenkorper aufgenommenen Borsten mit hoher Frequenz pulsierend gegen die Zahnoberfläche gedrückt. Es entsteht ein im Wesentlichen senkrecht zur Zahn-
Oberfläche wirkender Vibrationseffekt, der das Lösen von Verschmutzungen unterstützt, vergleichbar m etwa mit einer Ultraschallbehandlung .
Konkret wird dies dadurch erreicht, dass der Bürstenkörper nicht nur an einem Gehäuseabschnitt drehbar, sondern zusätzlich an dem Gehäuseabschnitt schwenkbar gelagert ist.
Zum Erzeugen der der Rotationsbewegung überlagerten Schwenk- bewegung ist m einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante ein Mitnehmerzapfen des Exzenterantriebs am Burstenkorper im Eingriff und zwar m Umfangs- und Axialrichtung wirkend.
Alternativ sieht die Erfindung m einer zweiten Ausführungs- Variante zum Erzeugen der der Rotationsbewegung überlagerten Schwenkbewegung vor, dass ein an dem Gehauseabschnitt des Gehäuses der Zahnbürste angebrachter Lagerzapfen mit dem Bürstenkörper m Umfangsriehtung und m Axialrichtung wirkend im Eingriff ist .
Durch diese konstruktiv einfachen Maßnahmen gelingt es, den überlagerten Bewegungsablauf zu realisieren.
Eine dritte bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass der Exzenterantrieb eine m einer Richtung umlaufende Exzenterwelle aufweist, die orthogonal zur Rotationsachse des Borstenträgers und den Bürstenkörper zentral durchsetzend angeordnet ist. Es ist dabei vorgesehen, dass diese umlaufende Exzenterwelle stirnseitig den Mitnehmerzapfen trägt. Auf die- se Weise lässt sich ein mechanisch einfach aufgebauter und verschleißarmer Antrieb realisieren. Auch ist der Platzbedarf äußerst gering, so dass sich ein schlanker und kompakter Aufbau des Gehäuses erreichen lässt .
Eine vierte bevorzugte Ausführungsvaπante sieht vor, dass der Burstenkorper eine mit der Drehbewegung umlaufende Kippbewegung vollführt. Hierzu kann der Bürstenkörper an einem
Lagerzapfen abgestützt sein, welcher axial abstehend an einem Gehäuseabschnitt des Gehäuses angebracht ist. Korrespondierend hierzu besitzt der Burstenkorper auf seiner den Borsten abgewandten Stirnseite eine axial nach innen weisende, konus- förmige Ausnehmung. Der Lagerzapfen stützt somit den Burstenkorper m axialer Richtung ab. Die Konusform der Ausnehmung erlaubt die vom Exzenter erzeugte Schwenkbewegung, wobei der Konuswinkel wenigstens so groß bemessen werden muß, dass eine ungehinderte Schwenkbewegung vollzogen werden kann. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß der Lagerzapfen die auftretenden Axialkräfte m jeder Winkelstellung des Bürstenkόrpers aufnehmen kann.
Eine besonders einfache Umsetzung des Bewegungsablaufs der rotierenden Exzenterwelle auf den Bürstenkopf ergibt sich, wenn der Bürstenkörper eine radial nach innen weisende konus- fόrmige Ausnehmung aufweist, m die der Mitnehmerzapfen der Exzenterwelle unmittelbar hineingeführt ist. In diesem Fall schneiden sich die Rotationsachsen des Bürstenkörpers und der Exzenterwelle orthogonal.
Eine fünfte Ausführungsvaπante sieht vor, die Schwenk- oder Kippbewegung des Bürstenkörpers nicht umlaufend, sondern um eine definierte Achse verlaufen zu lassen. Damit kann bei- spielsweise eine oszillierende Linearbewegung mit der rever- sierenden Rotationsbewegung kombiniert werden.
Bevorzugt ist im Bürstenkörper eine m axialer Richtung verlaufende Führungsnut vorhanden, m die der Mitnehmerzapfen der Exzenterwelle geführt ist. Die Schwenkbewegung wird nun dadurch erzeugt, dass der Mitnehmerzapfen die Führungsnut durchläuft und eweils an ihrem Ende zur Anlage gelangt, wodurch der Bürstenkörper m axialer Richtung mitgenommen wird. Gegenüber der vierten Ausführungsvariante wird der Bürsten- kόrper lediglich während bestimmter Winkelsektoren des Umlaufs des Mitnehmerzapfens angelenkt . Die Längserstreckung der Führungsnut bestimmt somit die Auslenkung des Bürstenkör-
pers m axialer Richtung.
Die Führungsnut kann direkt im Bereich der Umfangsflache des Bürstenkörpers angeformt sein. Hierfür kommen eine Reihe Mόg- lichkeiten m Betracht, wie im Folgenden beispielhaft dargelegt wird.
Bevorzugt ist dabei, dass die Führungsnut unmittelbar m den Borstentrager eingeformt is . Der Mitnehmerzapfen greift da- bei direkt m diese Führungsnut ein und ist dabei zwischen einem vorderen und einem hinteren Umkehrpunkt hm und her bewegbar, so dass eine Kraftübertragung über die m axialer Richtung verlaufenden Seiten der Führungsnut stattfindet und der Borstenträger dabei reversierend antreibbar ist.
Diese Variante kommt mit einer geringen Anzahl an beweglichen Emzelbauteilen aus, ist daher geräuscharm und insbesondere für hochfrequente Anwendungen, sogenannte schneilaufende Zahnbürsten geeignet.
Bevorzugt ist ferner, dass die Führungsnut Bestandteil eines Kulissenstems ist, der m den Burstenkorper eingesetzt ist. Der Kulissenstem kann direkt oder mittels eines Trägers m eine axial verlaufende Ausnehmung im Burstenkorper e ge- schoben sein, wodurch sich die Montage vergleichsweise einfach und kostengünstig realisieren lässt. Der Kulissenstem hat gegenüber einer direkt eingebrachten Nut den Vorteil, dass er im Falle eines Verschleißes auswechselbar ist. Insbesondere ist dadurch eine freizügige Materialwahl unabhängig vom Werkstoff des Bürstenkörpers möglich, so dass eine optimale und auf das Verschleißverhalten abgestimmte Ausführung möglich ist.
In einer weiteren Variante ist vorgesehen, einen Kulissen- stein m der Führungsnut axial verschieblich zu lagern, wobei der Kulissenstem eine Mitnehmerbohrung aufweist, m die der Mitnehmerzapfen eingreift. Eine derartige Lagerung hat den
Vorteil, dass der Bürstenkopf die korrespondierende Bewegung des Exzenterzapfens m axialer Richtung nicht während des gesamten Umlaufs des Mitnehmerzapfens vollzieht, sondern beispielsweise lediglich unmittelbar vor den jeweiligen Um- kehrpunkten. Die die Schwenkbewegung verursachende Axialkomponente ist auf diese Weise nahezu beliebig "dosierbar" .
Letztgenannten Varianten ist gemeinsam, dass der Kulissenstem und die korrespondierende Ausnehmung bzw. Führungsnut am Borstenträger derart gestaltet sind, dass eine der Rotationsbewegung des Borstenkόrpers gegenläufige Rotations- bzw. Schwenkbewegung des Kulissenste s möglich ist, damit der darin eingreifende Mitnehmerzapfen keiner Biegebeanspruchung ausgesetzt ist.
Die Kulissenste e sind hierzu aller Regel zylindrisch ausgestaltet, wodurch sich eine sichere Lagerung m der Ausnehmung bzw. Führungsnut ergibt. Eine bevorzugte Variante sieht vor, den Kulissenstem kugelförmig zu gestalten. Dies hat den Vorteil, dass die zwischen dem Kulissenstem und der Ausnehmung bzw. der Führungsnut auftretenden Reibungskräfte minimal sind.
Die Festlegung der vorstehend erwähnten Schwenk- oder Kipp- achse erfolgt beispielsweise durch zwei an dem Gehäuseab- schnitt des Burstenkopfs angebrachte, radial abstehende Lagerzapfen. Diese greifen m korresponierende Lagernuten ein, die sich m Umfangsπchtung verlaufend am Burstenkorper befinden. Aus herstellungstechnischen Gründen kann eine um- laufende Lagernut vorgesehen sein, auch ist es möglich, lediglich m Umfangsπchtung begrenzte Lagernuten vorzusehen, die dem jeweiligen Lagerzapfen zugeordnet sind. Die Erstreckung m Umfangsπchtung muss so groß gewählt sein, dass die Rotationsbewegung des Burstenkorpers ungehindert voll- zogen werden kann.
Ein mechanisch besonders einfacher Aufbau zur Erzeugung einer
Schwenkbewegung lässt sich erfindungsgemäß dadurch realisieren, dass der Bürstenkörper eine der Exzenterwelle gegenüber liegend angeordnete Lagernut aufweist, die längs eines Um- fangsabschnittes und m axialer Richtung im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Symmetrieebene des Bürstenkörpers V- oder U-förmig ausgebildet am Bürstenkörper angebracht ist und dass am Gehäuseabschnitt wenigstens ein Lagerzapfen angebracht ist, der m diese Lagernut führend im Eingriff ist.
Die Erfindung sieht ferner vor, die Reinigungswirkung einer derartigen Zahnbürste dadurch weiter zu steigern, dass der reversierenden Rotationsbewegung und der zwangsgeführten Schwenkbewegung zusätzlich eine Auf- und Abbewegung des Bürstenkopfs aufgezwungen wird. Eine derartige Bewegung ist einer Taumelbewegung angenähert.
Erfindungsgemäß wird eine für diese Taumelbewegung notwendige Auf- und Abbewegung des Bürtenkopfes dadurch erzeugt, dass der Borstenträger axial verschieblich am Gehäuseabschnitt gelagert ist und wenigstens eine Lagernut aufweist, die längs eines Umfangsabschnittes und axialer Richtung geneigt am Borstenträger angebracht ist, wobei am Gehäuseabschnitt wenigstens ein Lagerzapfen angebracht ist, der m die Lagernut führend im Eingriff ist. Eine derartige Axialverschiebung des Borstenträgers wird also dadurch hervorgerufen, dass er m axialer Richtung die korrespondierende Bewegung des Mitnehmerzapfens zwischen den beiden Umkehrpunkten zwangsgekoppelt vollzieht .
Es wird darauf hingewiesen, dass im Sinne einer kinematischen Umkehr auch eine invertierte Anordnung von Mitnehmer- /Lagerzapfen zu den Führungs-/Lagernuten möglich ist. Konkret heißt das, dass die Lagerzapfen auch am Bürstenkopf angebracht sein können und die entsprechenden Nuten am Gehäuseabschnitt. Ebenso ist es möglich, ohne Funktlonsverlust den Mitnehmerzapfen am Bürstenkopf anzubringen und eine entsprechende Bohrung an der Exzenterwelle vorzusehen.
Obwohl die vorstehend beschriebenen Konzepte ganz allgemein für Zahnbürsten anwendbar sind, eignen sie sich ganz besonders für sogenannte Schnellaufende Zahnbürsten, für deren Bezeichnung sich auch der Begriff Ultrasonic-Bürsten eta- bliert hat. Bei derartigen Zahnbürsten rotiert die Exzenterwelle mit einer Drehzahl im Bereich zwischen etwa 15.000 bis 25.000 Umdrehungen pro Minute. Bei derartig hohen Drehzahlen sind die Bauteile besonders hohen Belastungen ausgesetzt, die insbesondere auch durch die permanente Drehrichtungsumkehr des Bürstenkorpers bedingt sind. Es kommt deshalb darauf an, den Antrieb möglichst konstruktiv einfach zu halten, wie es durch die vorstehend beschriebenen Maßnahmen optimal gegeben ist .
Die Erfindung wird nachstehend nunmehr anhand der den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 einen Bürstenkopf gemäß einer ersten Ausführung- πante im Axialschnitt, Bürstenkörper m einer ersten Stellung,
Fig. 2 den Bürstenkopf gemäß Fig. 1, Burstenkorper m einer zweiten Stellung,
Fig. 3 den Bürstenkopf gemäß Fig. 1 m Draufsicht,
Bürstenkörper m einer dritten Stellung,
Fig. 4 einen Bürstenkopf gemäß einer zweiten Ausfüh- rungsvariante im Axialschnitt,
Fig. 5 den Bürstenkopf gemäß Fig. 4, Draufsicht.
Fig. 6 einen Bürstenkopf gemäß einer dritten Ausfüh- rungsvariante ( "Taumelkopfbürste" ) , a) Ansicht von unten, b) Ansicht von rechts,
c) Ansicht von vorn, d) Schnittansicht längs A-A,
Fig. 7 einen Bürstenkopf gemäß einer vierten Ausfüh- rungsvariante ("Taumelkopf"), a) Ansicht von unten, b) Ansicht von rechts, c) Ansicht von vorn, d) Schnittansicht längs A-A,
Fig. 8 den Bürstenkopf gemäß Fig 6 m perspektivischer Ansicht ,
Fig. 9 eine Zahnbürste mit dem Bürstenkopf nach Fig. 6 m Sprengdarstellung,
Fig. 10 die Zahnbürste mit dem Bürstenkopf nach Fig. 6 m Längsschnittdarstellung - Schnittebene = Spiegel- symmetπeebene ,
Fig. 11 einen axialen Lagerzapfen für den Bürstenkopf nach Fig. 6 und Fig. 7,
Fig. 12 eine Schnittdarstellung eines Antriebs gemäß einer fünften Ausführungsvariante,
Fig. 13 eine Schnittdarstellung eines Antriebs gemäß einer sechsten Ausführungsvariante,
Fig. 14 eine Schnittdarstellung eines Antriebs gemäß einer siebten Ausführungsvariante,
Die erste Ausfύhrungsvariante der erfindungsgemäßen Zahnbürste ist durch die Fig. 1 bis Fig. 3 dargestellt.
Em Bürstenkopf 1 weist einen Bürstenkörper 10 auf, an dem stirnseitig em mit Borsten 22 versehener Borstenträger 20
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melbewegung ausführt.
Hiervon unterscheidet sich die Kinematik der zweiten Ausführungsvariante, wie sie in den Fig. 4 und Fig. 5 dargestellt ist. Wiederum ist ein Bürstenkopf 100 mit einem Bürstenkörper 110 vorhanden. Stirnseitig ist am Bürstenkörper 110 ein Borstenträger 120 angebracht, der Borsten 122 aufnimmt. Gegenüberliegend ist eine konusförmige axiale Ausnehmung 114 vorhanden, über die der Bürstenkörper 110 an einem Lagerzapfen 34 abgestützt ist, welcher senkrecht abstehend an einem Gehäuseabschnitt 30 angebracht ist.
Weiterhin ist eine Exzenterwelle 50 mit einem Mitnehmerzapfen 52 vorhanden, die umlaufend rotierend antreibbar ist . Inso- weit besteht Übereinstimmung mit der vorstehend beschriebenen Ausführungsvariante .
Der Unterschied besteht nun darin, dass am Gehäuseabschnitt 30 zwei in radialer Richtung abstehende Lagerzapfen 38 vor- handen sind, die in eine auf der Umfangsflache 116 umlaufende Lagernut 118 eingreifen.
Weiterhin ist am Bürstenkörper 110 eine Aufnahmeöffnung 124 vorgesehen, in die ein an einem Träger 134 befestiger Kulis- senstein 130 eingesetzt ist. Der Kulissenstein 130 ist mit einer Führungsnut 132 versehen, in die der Mitnehmerzapfen 52 eingreift. Es ergibt sich somit folgender Bewegungsablauf:
Durch die Lagerzapfen 38 ist der Bürstenkörper 110 lediglich in der in Fig. 4 dargestellten Ebene um die gehäusefeste Achse G schwenkbar, nicht jedoch in der durch Fig. 5 dargestellten Schnittebene.
Der Bürstenkörper 110 wird bei einem vollen Umlauf U der Ex- zenterwelle 50 ausgehend von der in Fig. 4 dargestellten, mit nach unten um den Kippwinkel K verschwenkten Position in eine hier nicht dargstellte, nach oben um den Kippwinkel K ver-
schwenkte Position gebracht, um schließlich wieder m die Ausgangspositon gemäß Fig. 4 zurückzukehren. Es findet also ausschließlich eine Schwenkbewegung um eine orthogonal zur Blattebene verlaufende Achse statt. Der Burstenkorper 110 wird hierbei wechselweise durch das Anliegen des Mitnehmerzapfens 52 am jeweiligen Ende der Führungsnut 132 bewegt, so dass die Längserstreckung der Führungsnut 132 m Verbindung mit der Positionierung des Mitnehmerzapfens 52 m Bezug auf die Exzenterwelle 50 den maximal möglichen Verschiebeweg und damit den Kippwinkel K, vorgibt.
Aus dem vorstehenden ergibt sich, dass durch konstruktiv einfache Maßnahmen eine Kombination von Rotations- und Schwenkbewegung realisierbar ist, die ein optimales Putzergebnis ermöglicht.
Die dritte Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Zahnbürste ist durch die Fig. 6 sowie die Fig. 8 bis 11 dargestellt .
Gemäß der Fig. 6 weist em derartiger Bürstenkopf 200 einen Burstenkorper 210 auf, an dem ein mit Borsten versehener Borstenträger 220 angebracht ist. Der Übersichtlichkeit halber sind die Borsten m der Zeichnung nicht dargestellt.
Der Burstenkorper 210 weist an seiner Stirnseite 212 eine m axialer Richtung verlaufende nach innen weisende Ausnehmung 214 auf, welche m einen Konus 215 mündet, wobei sich dem Konus 215 em m axialer Richtung nach innen verlaufender Hohlraum 213 anschließt.
An der Umfangsflache 216 des Bürstenkörpers 210 sind Lagernuten, im Beispiel mit Lagernut zweiter Art 217 und Lagernut dritter Art 219 bezeichnet, eingeformt. Die Lagernut zweiter Art 217 ist einer Führungsnut 232 gegenüberliegend angeordnet. Im Bezug auf eine durch diese Lagernut zweiter Art 217 und die Führungsnut 232 verlaufende gedachte Spiegelsym-
metrieebene sind zwei Lagernuten dritter Art 219 - ebenfalls m gegenüberliegender Anordnungan - angebracht.
Der Verlauf der Lagernut zweiter Art 217 ist im Wesentlichen U- formig ausgebildet, wobei die beiden Schenkel der U-Form spiegelsymmetrisch im Bezug auf die oben angegebene Spiegel - symmetrieebene angeordnet sind. Die Lagernuten dritter Art 219 verlaufen ebenfalls längs eines Umfangsabschnittes und sind m axialer Richtung geneigt am Borstentrager angebracht.
Die Fig. 7 zeigt einen Bürstenkopf gemäß einer vierten Ausführungsvariante, wobei die Figuren 8, 9, 10 und 11 analog der dritten Ausführungsvariante als Darstellungen der erfindungsgemäßen Zahnbürste heranzuziehen sind.
Der Bύrstenkopf 300 gemäß der Fig. 7 weist folgende Merkmale des Bürstenkopfs 200 gemäß der Fig. 6 m Übereinstimmung auf:
Der Bürstenkopf 300 weist einen Burstenkorper 310 auf, dessen Stirnseite 312 eine axiale Ausnehmung 314 aufweist. Diese axiale Ausnehmung 314 geht m einen Konus 315 über, welcher schließlich m einen Hohlraum 313 mündet. Die Umfangsflache 316 des Bürstenkorpers 310 weist, wie der Bύrstenkopf 200 des vorangegangenen Ausführungsbeispiels , eine Lagernut zweiter Art 317 und zwei Lagernuten dritter Art 319, auf. Die Lagernuten dritter Art 319 sind wiederum m gegenüberliegender Anordnung angebracht und die Lagernut zweiter Art 317 gegenüber einer Führungsnut 332 liegend. Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist der an dem Burstenkorper 310 ange- brachte Borstenträger 320 der Übersichtlichkeit halber wiederum ohne Borsten dargestellt.
Wie im vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist der Verlauf der Lagernut zweiter Art 317 m der Umfangsfl che 316 des Bürstenkorpers 310 U-fόrmig ausgebildet. Die Lagernuten dritter Art 309 sind, wie im vorangegangenen Beispiel, m axialer Richtung geneigt, wobei sich jedoch, anders als im vorange-
gangenen Beispiel, der Neigungswinkel in Umfangsrichtung ändert .
Die Fig. 8 zeigt den Bürstenkopf gemäß einer dritten Ausfüh- rungsvariante in perspektivischer Darstellung. Der Fig. 8 sind die nachfolgend beschriebenen Merkmale zu entnehmen:
Der Bύrstenkopf 400 basiert auf einem Burstenkorper 410, einem auf dem Burstenkorper 410 aufsitzenden Borstentrager 420, welcher mit Borsten 422 versehen ist. Der Burstenkorper 410 weist eine im Wesentlichen zylindrische Form mit annähernd elliptischer Grundfläche auf. Die Stirnseite 412 des Bürstenkörpers 410 weist m axialer Richtung eine Ausnehmung 414 auf, welche im Beispiel zylmderformig ausgebildet ist. Diese zylmderfόrmige axiale Ausnehmung 414 läuft nach innen konisch zu. Dieser Konus ist mit dem Bezugszeichen 415 versehen. Diesem Konus 415 schließt sich em Hohlraum 413 an.
Die "Schmalseiten" des zylmderförmigen Bürstenkorpers 410 mit elliptischer Grundfläche weisen m gegenüberliegender Anordnung eine Führungsnut 432 und eine hier lediglich angedeutete Lagernut zweiter Art 417 auf. Die Führungsnut 432 ist als eine nach innen konisch zulaufende Aufnahmeöffnung 424 und einen an diese Aufnahmeoffnung 424 anschließenden nach innen aufgeweiteten Hohlraum 426 ausgebildet.
Die "Längsseiten" des zylindrischen Bürstenkorpers 410 weisen ebenfalls m gegenüberliegender Anordnung zwei Lagernuten dritter Art 419 oben beschriebener Ausführung auf. Die Lagernuten zweiter und dritter Art 417 und 419 sind im Beispiel derart den zylindrischen Burstenkorper eingeformt, dass sie m den Hohlraum 413, welcher sich dem Konus 415 und damit der axialen Ausnehmung 414 anschließt, hineinreichen.
Zur Demonstration, wie em solcher Bürstenkopf gemäß der Fig. 6 bzw. gemäß der Fig. 7 m das Gehäuse einer Zahnbürste eingesetzt wird, zeigt die Fig. 9 eine derartige Zahnbürste mit
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Exzenterwelle 650 nach Fig. 6 m Längsschnittdarstellung. Als Schnittebene ist die Spiegelsymmetrieebene der Zahnbürste 601 gewählt .
Dargestellt ist em Bürstenkopf 600 mit im Wesentlichen senkrecht zur Achsrichtung des Gehäuses 660 der Zahnbürste 601 ausgerichteter Rotationsachse. Dargestellt sind der m die Führungsnut eingreifende Mitnehmerzapfen 652, den m die axiale Ausnehmung eingreifende axialen Lagerzapfen 668 und den am Gehauseabschnitt 662 angebrachte und m die Lagernut zweiter Art eingreifende radialen Lagerzapfen 664.
Die Kinematik der dritten Ausfύhrungsvaπante und die Kinematik der vierten Ausfύhrungsvariante, wie sie m den Fig. 6 bis 10 dargestellt sind, sind im Wesentlichen identisch. Zum Erzeugen einer Taumelbewegung des Bύrstenkopfs der elektrischen Zahlburste sind die folgenden drei Bewegungen überlagert :
1. eine reversierende Rotationsbewegung,
2. eine Schwenkbewegung,
3. eine Auf- und Abbewegung.
Die reversierende Rotationsbewegung wird dadurch hervorgeru- fen, daß der Mitnehmerzapfen 552 und 652, welcher m die axiale Ausnehmung 214, 314, 414 eingreift, aufgrund der Rotationsbewegung der Exzenterwelle 550 bzw. 650 zwischen zwei Umkehrpunkten hm und her bewegt wird. Die axiale Ausnehmung 214, 314, 414 ist dabei m axialer Richtung derart ausge- dehnt, dass allem aufgrund der Rotationsbewegung der Exzenterwelle 550, 650 nur eine Kraftübertragung und damit eine reversierende Rotationsbewegung senkrecht zur Rotationsachse stattfindet .
Die Schwenkbewegung des Bürstenkopfs 200, 300, 400, 500, 600 wird dadurch erzeugt, dass die reversierende Rotationsbewegung aufgrund des Antriebs der Exzenterwelle durch den die
Lagernut zweiter Art 217, 317, 417 eingreifenden radial angeordneten Lagerzapfen 564 bzw. 664 zwangsgefύhrt ist. Der Burstenkopf vollzieht aufgrund des m der Lagernut zweiter Art 217, 317 bzw. 417 laufenden radialen Lagerzapfens 564 bzw. 664 eine Kippbewegung, um eine m der Spiegelsymmetπe- ebene des Burstenkopfs liegenden Achse.
Eine Auf- und Abbewegung des Bύrstenkopfs 200, 300, 400, 500, 600 wird dadurch erzeugt, dass zwei spiegelsymmetrisch zu der oben erwähnten Spiegelsymmetneebene angeordnete m radialer Richtung verlaufende Lagerzapfen 566 m entsprechende im Burstenkorper 210, 310, 410 m Umfangsπchtung axial geneigte Lagernuten dritter Art 219, 319 und 419 während der rever- sierenden Rotationsbewegung eingreifen.
Je nach Neigungswinkel der Lagernuten dritter Art 219, 319 bzw. 419 ist die Hub- bzw. Auf- und Abbewegung des Burstenkopfs mehr oder weniger stark. Bei dem m der Fig. 6 dargestellten Burstenkopf gemäß der dritten Ausführungsvariante findet eine vom Verdrehwinkel unabhängige Auf- und Abbewegung statt . Beim Bύrstenkopf gemäß der vierten Ausführungsvariante (Fig. 7) ist aufgrund dem einer Richtung zunehmenden Neigungswinkel eine vom Drehwinkel bei der reversierenden Rotationsbewegung abhangiger Hub gegeben. Konkret bedeutet dies für den vorliegenden Fall, dass sich der Burstenkopf bei einem eine Linksdrehung vollziehenden Bύrstenkopf vom rechten Anschlag ausgehend zunächst sehr stark nach oben bewegt und die zweite Hälfte der Drehung nur noch eine geringe Hubbewegung vollzieht. Vom linken Anschlag aus bei der Rechtsdrehung des Bύrstenkopfs ist die Geschwindigkeit der Abwärtsbewegung des Bύrstenkopfs gerade umgekehrt. Eine derartige Hubbewegung mit unterschiedlicher Auf- und Abbewegungsgeschwmdigkeit des Bύrstenkopfs fuhrt dazu, dass beim Reinigungsvorgang eines Zahns der Anpressdruck der Zahnbürste auf dem Zahn variiert . Auf diese Weise wird das Putzergebnis gegenüber einer Aus- fύhrungform basierend auf einem reversierend schwenkenden Burstenkopf weiter verbessert .
Aufgrund dieser drei sich überlagernder Bewegungen sind hohe konstruktive Anforderungen sowie hohe Anforderungen an die mechanische Belastbarkeit des axialen Lagerzapfens 568 bzw. 668 zu stellen, da dieser zum einen die Bewegung des Bürsten- kopfs in alle o. a. Richtungen ermöglichen und zum anderen auch die entsprechenden auftretenden Kräfte aufnehmen muss .
Die Ermόglichung dieser Bewegungsabläufe wird durch einen axialen Lagerzapfen 768 gewährleistet, wie er der Fig. 11 dargestellt ist. Er besteht im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rumpf 774, einem auf dem zylindrischen Rumpf 774 aufsitzenden zylindrischen Hals 772 mit gegenüber dem Rumpf 774 reduzierter Querschnittsfläche und einem auf dem zylindrischen Hals 772 aufsitzenden im Wesentlichen kugelför- migen Kopf 770.
Der Rumpf 774 ist dazu vorgesehen, m eine an dem Gehäuseabschnitt 662 bzw. 562 angebrachte Bohrung eingefügt zu werden. Die Abmessungen des Kopfs 770 sind so gewählt, dass er m den m der Fig. 6 bzw. der Fig. 7 dargestellten Hohlraum
213, 313, 413 der axialen Ausnehmung 214, 314 bzw. 414 mit geringem Spiel einfuhrbar ist. Die Länge des Halses 772, des axialen Lagerzapfens 768 ist so gewählt, dass die aufgrund der Führung der m die Lagernuten dritter Art 219, 319 bzw. 419 eingreifenden radialen Lagerzapfen 566 hervorgerufene
Auf- und Abbewegung des Bürstenkopfs 200, 300, 400, 500, 600 ohne mechanische Biegebeanspruchung des Lagerzapfens 768 möglich ist. Der Konus 215, 315 bzw. 415 der axialen Ausnehmung
214, 314 bzw. 414 im Burstenkorper 210, 310 bzw. 410 des Bür- stenkopfs 200, 300, 400, 500 bzw. 600 bewegt sich dabei zwischen dem kugelförmigen Kopf 770 und der Oberkante des Rumpfs 774 längs dem Hals 772 des axialen Lagerzapfens 768.
Die Fig. 12 bis 14 zeigen Schnittdarstellungen verschiedener Antriebe gemäß weiterer Ausführungsvaπanten. Insbesondere soll mit Hilfe dieser Figuren gezeigt werden, wie eine reversierende Rotationsbewegung aus einer umlaufenden Rota-
tionsbewegung der Exzenterwelle umsetzbar ist.
Die Ausführungsvariante der Zahnbürste 801 gemäß der Fig. 12 zeigt zunächst, wie eine reversierende Rotationsbewegung un- ter Zuhilfenahme eines m eine am Bürstenkörper angebrachte Führungsnut eingesetzten Kulissensteins erzeugbar ist.
Die Zahnbürste 801 besteht aus einem Gπffteil 880 mit aufsteckbarem Gehäuse 860 mit Burstenkopf 800. Im Griffteil 880 ist em Motor 890 angeordnet, welcher über em entsprechendes Getriebe mit einer Exzenterwelle 850 verbunden ist, welche innerhalb des Gehäuses 860 geführt wird. Das Gehäuse 860 weist m dessen vorderen Abschnitt einen Gehäuseabschnitt 862 auf, m welchen der Burstenkopf 800 einsetzbar ist.
Der Bύrstenkopf 800 ist mit Hilfe eines axialen Lagerzapfens 868 und eines radialen Lagerzapfens 864 m dem Gehäuseab- schnitt 862 m der voran beschriebenen Weise beweglich gelagert .
Der Borstenträger 820 weist nun eine Führungsnut 832 auf, m der em Kulissenstem 830 axial verschieblich aufgenommen ist. E Mitnehmerzapfen 852 der Exzenterwelle 850 greift m eine Mitnehmerbohrung 836 am Kulissenstem 830 em. Somit ist der Kulissenstem 830 mit dem Mitnehmerzapfen 852 zwangsgekoppelt und ist innerhalb der Führungsnut 832 zwischen zwei Umkehrpunkten hm und her bewegbar.
Die Mitnehmerbohrung 836 nimmt den Mitnehmerzapfen 852 weit- gehend spielfrei auf, wobei zur Mmimierung von Reibungsverlusten eine weitgehend ungehinderte Relativbewegung des Mitnehmerzapfens 852 m Höhenrichtung und m Drehrichtung realisiert ist.
Wie sich insbesondere aus der vergrößerten Darstellung X ergibt, befindet sich der Mitnehmerzapfens 852 m der gewählten Schnittdarstellung am linken Umkehrpunkt. Mit einsetzender
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H
Φ tr
Ω tr
LQ
Φ J
LQ
Φ
H ω
Der Kulissenstem 930 weist eine Mitnehmerbohrung 936 auf, in die ein Mitnehmerzapfen 952 an der Exzenterwelle 950 eingreift .
Insoweit stimmt der grundsätzliche Aufbau mit der in Verbindung mit Fig. 12 beschriebenen Ausführungsvariante überein. Der Unterschied besteht nur darin, dass der Kulissenstein 930 kugelförmig gestaltet ist.
Die in Fig 14 dargestellt Variante einer Zahnbürste mit einem Bürstenkopf 1000 ist in weitgehender Übereinstimmung mit den in den Fig. 12 und 13 dargestellten Varianten.
Wiederum ist ein Bürstenkörper 1010 mit einem Borstenträger 1020 einen Bürstenkopf 1000 bildend abgebildet. Der Borstenträger 1020 mit den Borsten 1022 ist, wie in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen mit Hilfe des mit der axialen Ausnehmung 1014 zusammenwirkenden Lagerzapfens drehbar (und längsverschieblich) gelagert. Die axiale Ausnehmung 1014 be- steht, wie oben bereits detailliert beschrieben, zu diesem Zweck aus dem Konus 1015 und dem sich daran anschließenden Hohlraum 1013. Eine zwangsgeführte Bewegung des Bürstenkopfs 1000 in dem Gehäuseabschnitt 1060 ist durch den in eine Lagernut 1017 eingreifenden radialen Lagerzapfen 1064 reprä- sentiert.
Insoweit stimmt der grundsätzliche Aufbau mit den in Verbindung mit den Fig. 12 und 13 beschriebenen Ausführungsvarian- ten überein. Der Unterschied besteht nun darin, dass der Mit- nehmerzapfen 1052, welcher von der Exzenterwelle 1050 motorisch in Rotationsbewegung versetzbar ist, direkt und unmittelbar in einen Führungsnut 1032 eingreift.
Es ergibt sich folgende Kinematik:
Der Exzenterzapfen 1052 bewegt sich infolge des motorischen Antriebs der Exzenterwelle 1050 frei in dieser Führungsnut
t M h-1 h-1
O cπ o LΠ
Bezugszeichenliste
1 Burstenkopf
10 Burstenkorper
12 Stirnseite
14 axiale Ausnehmung 16 Umfangsflache 8 radiale Ausnehmung 0 Borstenträger 2 Borsten 0 Gehäuseabschnitt 4 axialer Lagerzapfen 8 radialer Lagerzapfen 0 Exzenterwelle 2 Mitnehmerzapfen
00 Bürstenkopf 10 Bürstenkörper 12 Stirnseite 14 axiale Ausnehmung 16 Umfangsflache 18 Lagernut erster Art 20 Borstenträger 22 Borsten 24 Aufnahmeöffnung 30 Kulissenstein 32 Führungsnut 34 Träger
00 Bürstenkopf 10 Bürstenkörper 12 Stirnseite 13 Hohlraum 14 axiale Ausnehmung
215 Konus
216 Umfangsflache
217 Lagernut zweiter Art 219 Lagernut dritter Art 220 Borstenträger
232 Führungsnut
300 Burstenkopf
310 Bürstenkörper 312 Stirnseite
313 Hohlraum
314 axiale Ausnehmung
315 Konus
316 Umfangsflache 317 Lagernut zweiter Art
319 Lagernut dritter Art
320 Borstenträger 332 Führungsnut
400 Bürstenkopf
410 Bürstenkörper
412 Stirnseite
413 Hohlraum
414 axiale Ausnehmung 415 Konus
416 Umfangsflache
417 Lagernut zweiter Art
419 Lagernut dritter Art
420 Borstenträger 422 Borsten
424 Aufnahmeöffnung
426 Hohlraum
432 Führungsnut
500 Bürstenkopf
501 Zahnbürste
550 Exzenterwelle
552 Mitnehmerzapfen 560 Gehäuse 562 den Bύrstenkopf aufnehmender Gehäuseabschnitt 564 radialer Lagerzapfen 566 radialer Lagerzapfen 568 axialer Lagerzapfen
600 Bύrstenkopf
601 Zahnbürste
650 Exzenterwelle
652 Mitnehmerzapfen
660 Gehäuse 662 Gehäuseabschnitt
664 radialer Lagerzapfen
668 axialer Lagerzapfen
768 axialer Lagerzapfen 770 Kopf
772 Hals
774 Rumpf
800 Bürstenkopf 801 Zahnbürste
820 Borstenträger
830 Kulissenstem
832 Führungsnut
836 Mitnehmerbohrung 850 Exzenterwelle
852 Mitnehmerzapfen
860 Gehäuse
862 Gehäuseabschnitt
864 radialer Lagerzapfen 868 axialer Lagerzapfen
880 Gπffteil
890 Motor
900 Bürstenkopf
910 Bürstenkörper
914 axiale Ausnehmung 920 Borstenträger
922 Borsten
930 Kulissenstein
932 Führungsnut
936 Mitnehmerbohrung 950 Exzenterwelle
952 Mitnehmerzapfen
960 Gehäuse
962 Gehäuseabschnitt
964 radialer Lagerzapfen 968 axialer Lagerzapfen
1000 Bürstenkopf
1010 Bürstenkörper
1013 Hohlraum 1014 axiale Ausnehmung
1015 Konus
1017 Lagernut zweiter Art
1020 Borstenträger
1022 Borsten 1024 Aufnahmeöffnung
1026 Hohlraum
1032 Führungsnut
1050 Exzenterwelle
1052 Mitnehmerzapfen 1060 Gehäuse
1062 Gehäuseabschnitt
1064 radialer Lagerzapfen
1068 axialer Lagerzapfen
ax axiale Richtung r radiale Richtung u Umfangsriehtung
K Kippwinkel
R Rotationsbewegung
Bürstenkörper U Rotationsbewegung
Exzenterwelle G Rotationsachse