DE10135257A1 - Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechanischen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten - Google Patents

Abstract

Bekannte Verfahren zur Anzeige und Ermittlung des Bürstenanpressdruckes während des Bürstens sind mechnanische Verfahren, bei welchen die Überschreitung des Anpressdruckes ein Abbiegen bzw. ein Umkippen der Zahnbürste über eine Sollbiegestelle bewirkt. In diesem Fall wird der Anpressdruck der Bürste vermindert. Aber auch elektronische Auswertungen mit Dehnmeßstreifen, Auswerteelektronik und einer Batterie sind bekannte Verfahren. Ein Nachteil dieser Umsetzung ist eine Öffnung in der Zahnbürste zum Wechseln der Batterie. Wartungsöffnungen bei Hygieneartikeln sind immer ein Problem. DOLLAR A Bei der Umsetzung der Erfindung wird ein Sensor eingesetzt, welcher nach dem piezoelektrischen Effekt arbeitet. Das piezoelektrische Element ist Sensor und Energiequelle zugleich. Die Auswerte- und Anzeigeeinheit kann lokal in der Bürste, aber auch abgesetzt durch Nutzung eines Oberflächenwellen-Funksensorsystems, in welchem das piezoelektrische Element als Oberflächenwellensensor ausgeführt ist, platziert sein. Innerhalb der Zahnbürste sind keine Batterien zur Spannungsversorgung notwendig. DOLLAR A Bestimmung des mechanischen Anpressdruckes, der Anpressamplitude, der Putzfrequenz und der Putzdauer für Hygieneartikel, vorzugsweise Zahnbürsten, Reinigungsgeräten. Aber auch die Bestimmung der Montagekraft bei der Handhabung von Montagewerkzeugen mit Anzeige der eingesetzten Kraft und Dauer der einwirkenden Kraft an der Bearbeitungsstelle sind denkbar.

Description

Bei hygienischen Geräten mit optischer oder akustischer Anzeige des me­ chanischen Anpressdruckes, vorzugsweise Zahnbürsten, werden zur Aus­ wertung und Anzeige des Anpressdruckes während des Putzvorganges ei­ nerseits rein mechanische Verfahren zur Anwendung gebracht. So wird über eine Sollbiegestelle beim Überschreiten des Anpressdruckes der Bürste ein Abkippen der Bürste bewirkt, was wiederum zum Vermindern des Anpress­ druckes führt. Aber auch die Integration von Elektronikeinheiten mit passi­ ven Widerstandsdehnmeßstreifen als Sensor und einer im Griff der Bürste integrierten Batterie zur Spannungsversorgung sind bekannte Verfahren. Ein Wechsel der Batterie ist immer nur durch Öffnen des Griffes möglich und stellt ist Hygieneartikeln eine Schwachstelle.

Dem Patentanspruch 1 der Erfindung liegt das Problem zu Grunde, eine Meß- und Anzeigeeinheit für Anpreßdrücke von Hygieneartikeln während deren Benutzung, vorzugsweise für Zahnbürsten bereitzustellen, welche ohne Batterien, Wartungsöffnungen und als Massenartikel anwendbar ist.

Dieses Problem wird durch die in den Patentansprüchen aufgeführten Merk­ male gelöst, daß ein oder mehrere piezoelektrische Elemente, im den Putz­ beanspruchungen ausgesetzten Teil der Bürste, angeordnet werden und die durch den piezoelektrische Effekt generierte Spannung als Spannungsversor­ gung und Meßsignal für eine direkte Anzeige in der Bürste genutzt wird oder der piezoelektrische Effekt in Kombination von Oberflächenwellensen­ sor (OFWS) und Antenne in Verbindung mit einem Funksensorsystem mit abgesetzter Auswerte- und Anzeigeeinheit zur Anwendung kommt. Beide Ansätze bilden ein kostengünstiges System in einer Massenanwendung.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile bestehen im Besonderen darin, daß durch das Einbringen von piezoelektrischen Elementen in den durch den Putzvorgang beeinflußten Teil einer Zahnbürste, die erzeugte piezoelektri­ sche Spannung zum einen als auswertbares Meßsignal für eine Auswerte- und Anzeigeeinheit dient und gleichzeitig als Versorgungsspannung für diese Einheit Verwendung findet oder das piezoelektrische Element als Oberflä­ chenwellensensor in einem Funksensorsystem als Meßwertaufnehmer für den Bürstenanpressdruck, die Putzdauer und die Putzfrequenz dient. So ist in beiden Ausführungsformen mit einer geringen Anzahl von Elementen, welche bei der Herstellung der Zahnbürste mit in das Plastikmaterial luft­ dicht und feuchtigkeitsgeschützt eingearbeitet werden, eine über die Lebens­ dauer der Zahnbürste wartungsfreie Einheit geschaffen.

Bei der mechanischen Gestaltung der Zahnbürste sind keine Grenzen ge­ setzt. Die piezoelektrischen Elemente als Meßwertaufnehmer sollen so im Griff oder im Kopf der Zahnbürste angeordnet werden, daß eine Aufnahme der mechanischen Verbiegungen während des Putzvorganges möglich ist. Dabei kann der Bürstenkopf mit dem piezoelektrischen Element und der An­ zeige und Auswerteeinheit wechselbar gestaltet sein. Auch eine Integration des piezoelektrischen Sensors als Oberflächenwellensensor (OFWS) in den Bürstenkopf oder den Bürstenhals oder Bürstengriff zur Aufnahme der auf­ tretenden mechanischen Putzkräfte ist denkbar. Der Bürstenkopf kann aus­ wechselbar gestaltet werden kann. So kann eine Anpassung des Sensoraus­ gangssignales auf die Bürstenkopfhärte beim Hersteller durch den Einsatz verschiedener piezoelektrischer Elemente abgestimmt sein. Mit einem Wechsel des Bürstenkopfes, welcher in vielen Fällen als Weg-Werf-Kopf konzipiert ist, wird auch das piezoelektrische Element gewechselt.

Das folgende Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine mögliche Umset­ zung der Erfindung. Das piezoelektrische Element zur Bestimmung der me­ chanischen Kräfte während des Putzvorganges wird im oberen Bereich des Bürstenhalses angebracht. Die durch das piezoelektrische Element gene­ rierte und dem Anpressdruck proportionale Meßspannung wird direkt einer optischen Anzeigeeinheit zugeführt, welche im einfachsten Fall aus einer oder einer Gruppe von hochohmig lichtemittierenden Leuchtdioden besteht. Eine Auswertung der Richtung der Putzkraft ist durch den Einsatz von zwei antiparallel geschalteten Leuchtdioden oder Leuchtdiodengruppen möglich. Die piezoelektrische Spannung ist Meßsignal und Versorgungsspannung zu­ gleich. Der Einsatz von LCD Balken ist durch Gleichrichtung und Siebung der Meßspannung und Integration eines Backplanegenerators möglich. Die Höhe der Meßspannung kann durch einen oder mehrere Komparatoren de­ tektiert und auf einem Balkendiagramm der LCD zur Anzeige gebracht wer­ den. Aber auch ein nachfolgender Microprozessor zur weiteren Auswertung ist denkbar.

Ein weiteres Anwendungsbeispiel ist als zweigeteiltes System ausgeführt und besteht auf der einen Seite aus einer Basiseinheit mit Spannungsversor­ gung, Funksystem, und Auswerte- und Anzeigeeinheit und auf der anderen Seite aus der Zahnbürste mit einem im auswechselbaren Bürstenkopf oder auch im Zahnbürstenhals integriertem Oberflächenwellensensor (OFWS), welcher auf dem piezoelektrischen Effekt beruht, und Antenne als Funksen­ sor. Die Basiseinheit, welche in Reichweite des Waschtisches als vorzugs­ weisen Putzort aufgestellt ist, strahlt über ihre Antenne Energieimpulse ab, der OFWS in der Zahnbürste empfängt diese Energieimpulse über seine An­ tenne und wandelt diese in eine Oberflächenwelle um. Diese Welle durch­ läuft den OFWS, nimmt das Meßsignal in Form einer Resonanz-Verstim­ mung oder einer im Basissystem auswertbaren Laufzeitdifferenz zum ursprünglich ausgesendeten Energieimpuls auf und wird durch den OFWS, welcher auf dem piezoelektrischen Effekt beruht wieder in ein elek­ trisches Signal umgewandelt, von dessen Antenne abgestrahlt und von der Basisstation empfangen. So kann die Basisstation über das Funksensorsy­ stem die durch den OFWS, welcher in diesem Ausführungsbeispiel im Bür­ stenkopf der Zahnbürste integriert ist, ermittelte Putzkraft, Putzfrequenz und Putzdauer optisch darstellen, nach einer eingestellten und erreichten Putz­ dauer ein optisches oder akustisches Signal geben. Aber auch die Über­ schreitung einer einstellbaren Andruckkraft beim Bürsten der Zähne ist reali­ sierbar. Duch unterschiedlich empfindliche OFWS, aber auf die Bürsten­ härte genormte OFWS, können verschiedene Härtegrade der Bürste ohne Änderungen in der gleichen Basiseinheit verwendet werden.

Claims (3)

1. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani­ schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere auch in ihrer Achse gedreht angeordnete piezoelektri­ sche Elemente ergänzt durch eine Antenne, als Oberflächenwellensensoren (OFWS) ausgeführt in einem Oberflächenwellen-Funksystem, in dem, den mechanischen Belastungen während des Putzens ausgesetzem Teil der Bür­ ste so platziert werden, das die mechanischen Verbiegungen und Torsionen eine Veränderung der Laufzeiteigenschaft des OFWS für akustische Ober­ flächenwellen oder der Resonanzfrequenz des OFWS bewirken. Ein vom Oberflächenwellen-Funksystem abgestrahlter Energieimpuls wird durch die Antenne des OFWS aufgenommen und in eine akustische Welle durch Nut­ zung des piezoelektrischen Effektes umgewandelt, welche den OFWS durchläuft. Hervorgerufen durch die mechanische Verspannung des OFWS während des Putzvorganges, wird eine Veränderung der Resonanzfrequenz des OFWS oder der Laufzeit für akustische Oberflächenwellen im OFWS erreicht. Durch Nutzung des piezoelektrischen Effektes wird die beeinflußte mechanische Oberflächenwelle rückwärts wieder in elektrische Signal um­ gewandelt, welches durch die Antenne des OFWS abgestrahlt wird, vom Oberflächenwellen-Funksensorsystem empfangen und einer Auswerte- und Anzeigeeinheit für den Anpressdruck während des Putzvorganges zugeführt wird.

2. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani­ schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das piezoelektrische Element ausgeführt als Oberflä­ chenwellensensor (OFWS) in einem auswechselbaren Bürstenkopf einer Zahnbürste integriert ist und bei Verschleiß der Bürste des Bürstenkopfes mit ausgewechselt wird, wobei der OFWS in seinen Sensoreigenschaften an die Bürstenkopfhärte angepaßt ist und damit in der Auswerte- und Anzeige­ einheit des Funksensorsystems keine Änderung der Einstellungen nach ei­ nem Wechsel des Bürstenkopfes notwendig ist.

3. Hygienische Geräte mit optischer oder akustischer Anzeige des mechani­ schen Anpressdruckes vorzugsweise Zahnbürsten, dadurch gekennzeichnet, das ein oder mehrere piezoelektrische Elemente, welche in ihren Achsen ge­ dreht angeordnet sein können, in dem, den mechanischen Belastungen wäh­ rend des Putzens ausgesetztem Teil der Bürste (Bürstenhals, Bürstenkopf), so platziert werden, das diese durch Nutzung des piezoelektrischen Effektes eine, dem schwankenden Anpressdruck der Bürste während des Putzvorgan­ ges quasi proportionale Ausgangsspannung generieren, welche einer in der Bürste integrierten Auswerte- und/oder einer Anzeigeeinheit zugeführt wird und gleichzeitig diese generierte Spannung als Spannungsversorgung der Auswerte- und/oder Anzeigeeinheit dient.