DE19840684C2

DE19840684C2 - Verfahren zur Kontrolle des Anpreßdrucks einer elektrischen Zahnbürste sowie elektrische Zahnbürste

Info

Publication number: DE19840684C2
Application number: DE1998140684
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Lorenzin; Gerhard Kienzler
Original assignee: Moser Elektrogerate GmbH
Current assignee: Wahl GmbH
Priority date: 1998-09-07
Filing date: 1998-09-07
Publication date: 2001-02-22
Anticipated expiration: 2018-09-08
Also published as: DE19840684A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kontrolle des An preßdruckes einer elektrischen Zahnbürste nach dem Oberbe griff des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Zahnbürste mit einer Anpreßdruckkontrolleinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Bei der Benützung von elektrischen Zahnbürsten sollte aus Verletzungsgründen und aus Gründen der stärkeren Abnützung des Zahnschmelzes der Anpreßdruck der Zahnbürste auf die Zahnoberfläche nicht zu groß werden.

Um dies möglichst sicherzustellen, sind verschiedene Verfah ren sowie elektrische Zahnbürsten bekannt. So ist zum Bei spiel bei einer elektrischen Zahnbürste eine mechanische Schwelle vorhanden, die bei einem Überschreiten eines be stimmten Anpreßdruckes überwunden wird, so daß der Bürsten kopf spürbar ausweicht.

Eine weitere Möglichkeit besteht aus der oben bereits be schriebenen mechanischen Schwelle, wobei zusätzlich noch ein Signalton erzeugt wird, um einem Benutzer die Überschreitung eines fest vorgegebenen Anpreßdrucks mitzuteilen.

Aus der Europäischen Patentanmeldung EP 0 221 296 B1 ist eine Elektro-Zahnbürste bekannt, von der die Erfindung ausgeht. Diese elektrisch angetriebene Zahnbürste enthält eine Vorrichtung zur optischen oder akustischen Anzeige der Einhaltung des gespeicherten, also fest vorgegebenen, optima len Anpreßdruckes während des Zähneputzens. Der während des Zähneputzens ausgeübte Druck wird über die Stromaufnahme des Elektromotors der Zahnbürste gemessen, wobei Abweichungen des in Korrelation mit einem definierten optimalen Druckbereich eingestellten Stromaufnahmewertes über einen Signalgeber dem Benutzer übermittelt werden.

Bei den vorgenannten Ausführungen wird daher stets von einem festen Höchstdruck bei einem Putzvorgang ausgegangen.

Hinzu kommt, daß bei der elektrischen Zahnbürste, von der die Erfindung ausgeht, ein fester Lastwert des Motors als Kennung für einen zu hohen Putzdruck angenommen wird.

Dies kann aber zu stark unterschiedlichen Werten bei der Putzdruckerkennung führen, da die Grundlast eines Elektromo tors aus den verschiedensten Gründen schwanken kann. So ist z. B. die Betriebsdauer einer elektrischen Zahnbürste maßgeb lich dafür, daß sich die Grundlast des Elektromotors stark verändert. Eine gewisse Verschmutzung führt in aller Regel ebenfalls zu einer Veränderung der Grundlast. Auch ist es möglich, daß die Verwendung eines neuen Bürstenkopfes mit noch im Verhältnis zu einem gebrauchten Bürstenkopf härteren Borsten zu einer erhöhten Grundlast führt.

Aus der DE 44 26 446 A1 ist eine Zahnbürste bekannt, bei der die anfängliche Belastung des antreibenden Elektromotors er mittelt wird. Zu dieser Anfangslast wird ein vorgegebener Wert addiert und daraus ein Grenzwert für den maximal zuläs sigen Belastungsdruck gebildet, bei dessen Überschreitung der motorische Antrieb der Zahnbürste abgeschaltet wird.

Bei einem derartigen Verfahren werden Schwankungen der Be triebsbedingungen während des Putzens nicht erfaßt. Derartige Schwankungen können beträchtlich sein, da sich die Antriebs komponenten der elektrischen Zahnbürste erwärmen, wodurch sich die Lagerreibungswerte und die Reibungswerte der übli cherweise vorhandenen Zahnradpaarungen des Getriebes stark verändern. Diese Werte beeinflussen die Grundlast häufig sehr viel stärker als der sich im Laufe der Benutzung einstellende Verschleiß. Eine zuverlässige Überwachung des maximalen An preßdrucks ist somit nicht gewährleistet. Dies führt dazu, daß bei Benutzern von elektrischen Zahnbürsten häufig Schädi gungen, insbesondere des Zahnfleisches beobachtet werden, insbesondere unter stark schwankenden Einsatzbedingungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine elektrische Zahnbürste der eingangs genannten Art anzugeben, die stets einen gewünschten tatsächlichen, vorge gebenen Drucküberschreitungswert erkennen und zur Anzeige bringen können. Insbesondere soll dies auch bei geringsten Schwankungen der Grundlast während des Putzvorgangs möglich sein.

Diese Aufgabe wird bezüglich eines Verfahrens erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Kontrolle des Anpreßdruckes einer elektrischen Zahnbürste, wobei der während des Zähne putzens ausgeübte Druck über die Belastung des Elektromotors ermittelt wird und Überschreitungen eines vorgegebenen Druckbe reichs im Verhältnis zu einer Grundlast des Elektromotors op tisch und/oder akustisch über ein entsprechendes Signal einem Benutzer angezeigt werden, wobei die Grundlast des Elektromo tors zumindest bei Putzbeginn gemessen und dauernd aktuali siert wird, und daß die Lastdifferenz ausgewertet wird.

Bezüglich einer elektrischen Zahnbürste wird die Aufgabe er findungsgemäß gelöst durch eine elektrische Zahnbürste mit einer Anpreßdruckkontrolleinrichtung, die derart ausgelegt ist, daß während eines Putzvorgangs der Anpreßdruck über die Belastung eines Elektromotors ermittelbar ist und Überschrei tungen eines vorgegebenen Druckbereichs im Verhältnis zu ei ner Grundlast des Elektromotors optisch und/oder akustisch anzeigbar sind, wobei eine Einrichtung vorhanden ist zur Er mittlung einer Grundlast zumindest bei Putzbeginn, so daß le diglich eine Lastdifferenz auswertbar ist, sowie eine weitere Einrichtung zur ständigen Aktualisierung der Grundlast wäh rend des Putzens.

Erfindungsgemäß ist es daher möglich, die Fehlerquelle der unterschiedlichen Grundlast zu eliminieren, indem die Grund last des Antriebs gemessen und nur noch die Lastdifferenz ausgewertet wird.

Gemäß vorteilhaften Ausführungsformen ist es möglich, für die Ermittlung der Grundlast die Stromaufnahme oder aber die Drehzahl des Elektromotors zu verwenden.

Damit ein Benutzer nicht schon bei kurzzeitigen Überschrei tungen des optimalen Anpreßdruckes ständig mittels der ent sprechenden Signale davon in Kenntnis gesetzt wird, was häu fig als störend empfunden werden kann, ist es vorteilhaft, ein entsprechendes Signal erst dann zu erzeugen, wenn die Überschreitung des vorgebbaren Druckbereichs länger als eine vorgebbare Zeit andauert.

Um in Abhängigkeit von den individuellen Wünschen des Benut zers den optimalen Anpreßdruck und somit auch die Höchstwerte variieren zu können, ist es vorteilhaft, den Bereich für den Anpreßdruck einstellbar auszugestalten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie den Zeichnungen, auf die bezug genommen wird. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einiger Elemente einer elektri schen Zahnbüste eines Ausführungsbeispiels;

Fig. 2 ein Flußdiagramm für den Ablaufplan der Lastdiffe renzermittlung;

Fig. 3 ein Flußdiagramm des Ablaufplans des Unterprogramms WANDELN von Fig. 1;

Fig. 4 ein Flußdiagramm des Unterprogramms AUSWERTUNG ge mäß Fig. 1;

Fig. 5 ein Flußdiagramm des Ablaufs des Unterprogramms DRUCKPIEPS gemäß Fig. 1;

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Unterprogramms TIMEOUT gemäß Fig. 1; und

Fig. 7 ein Diagramm zur Darstellung unterschiedlicher Druckbereiche.

Anhand der Fig. 1 bis 7 wird lediglich ein Ausführungsbei spiel einer elektrischen Zahnbürste 10 sowie eines Verfahrens zur Kontrolle des Anpressdrucks der elektrischen Zahnbürste 10 exemplarisch erläutert. Die tatsächliche Ausgestaltung ei ner elektrischen Zahnbürste ergibt sich daraus für einen Fachmann, so daß auf eine detaillierte Beschreibung der elek trischen Zahnbürste 10 verzichtet wird.

Das in Fig. 1 gezeigte Blockschaltbild stellt lediglich eini ge Grundelemente der elektrischen Zahnbürste 10 dar.

Wie gezeigt, wird über einen Ein-/Aus-Schalter 12 ein von ei nem Akku 14 gespeister Stromkreis geschlossen, in dem ein Mo tor 16 angeordnet ist.

In dem Stromkreis ist auch noch eine Belastungsmeßeinrichtung 18 vorhanden, die die Gesamtlast des Motors 16 während des Betriebes mißt.

Zu Beginn und auch während des Betriebes wird von einer Grundlastermittlungs-Einrichtung 20 die Grundlast des Motors 16 festgestellt. D. h., die beim Einschalten vorhandene Last stellt den ersten Wert für die Grundlast dar, die dann wäh rend des Betriebes immer wieder korrigiert wird, wenn der ak tuelle Strom die Grundlast unterschreitet.

In einem Knotenpunkt 22 wird die festgestellte Grundlast von der Gesamtlast subtrahiert, und die Lastdifferenz wird einer Auswerteeinrichtung 24 eingegeben, die bei Überschreiten ei ner Ansprechschwelle durch den Strom einen Signalgeber 26 an steuert, um dieses Überschreiten optisch und/oder akustisch anzuzeigen.

Im folgenden wird der Auswertevorgang detaillierter beschrie ben.

Wie sich aus der Fig. 1 ergibt, die den Hauptablauf dar stellt, wird zunächst eine Initialisierung vorgenommen, um alle benötigten Konfigurationen und Register einzustellen. Dabei wird ein interner Oszillator kalibriert sowie ein Timer initialisiert. Des weiteren werden ein GPIO-Port sowie ein Programmstatusregister initialisiert.

Um immer die aktuelle Putzzeit zur Verfügung zu haben wird dabei auch noch der Putzzeittimer gelöscht. Ferner wird der Vorgabewert für den minimalen Motorstrom eingestellt. Für die Überdruckerkennung wird ebenfalls ein Vorgabewert einge stellt, und zwar nach der Formel I-(H/L)-SCHWELLE = I-(H/L)- MIN + STROM-DIFF, wobei STROM-DIFF eine Differenz zwischen minimalem Motorstrom und einer Überdruckerkennungsschwelle vorgibt.

Schließlich werden noch der Zähler (COUNT), der die Anzahl der Stromüberschreitung zählt gelöscht und ein Watchdogtimer initialisiert und gestartet.

In der Fig. 3 ist das Unterprogramm WANDELN dargestellt und wird nun anhand dieser Fig. 2 näher erläutert. Dieses Unter programm WANDELN wird von dem Hauptprogramm aufgerufen. Dabei werden folgende Register verwandt:

- W: - wird allgemein verwandt
- I-H, I-L - für den Wandlerwert, der dem Strom ent spricht (Ausgabewert)
- TEMP, TEMP1 - für die Zeitschleife
- TEMP2, ZAEHLERL, ZAEHLERH - für die Linearisierung durch Wortdivision

Dabei wird ein Zähler in einer Schleife so lange inkremen tiert, bis von einem Komparator das Signal W-EINGANG auf H geht.

Der Wert, den der Zähler nach der Abfrageschleife enthält, ist ein Maß für den Motorstrom.

Da dieser Stromwert aber eine Funktion gemäß der Formel

Zähler = k/Motorstrom

also nicht linear ist, muß noch die Funktion

AD-WERT = k/Zähler

durchgeführt werden, um einen linearen AD-WERT zu erhalten. Die Abfrageschleife hat eine definierte Länge von 50 ms, die unabhängig vom Wandlerwert immer gleich ist.

Die Register I-H und I-L werden bei dem Start des Wandlers auf einen Maximalstrom initialisiert.

Zur Zeitsteuerung wird ein Zeitzähler in TEMP und TEMP1 rea lisiert, wobei der Zeitzähler beim Wandlerstart mit WANDLER- ZEIT initialisiert wird. Dann wird die Wandlerzeit durch Ab wärtszählen von TEMP und TEMP1 realisiert.

Anschließend wird der AD-WANDLER gestartet, und zwar durch Setzen von W-START des GPIO-Ports von H nach L. Von diesem Zeitpunkt des Wandlerstarts an wird der Eingang W-EINGANG laufend abgefragt.

Dabei ist der Eingang W-EINGANG vor und von Beginn an des Wandelvorgangs auf L und geht auf H, wenn die Wandlerschwelle überschritten worden ist.

Der Wandlerwert wird nur so lange bei jedem Schleifendurch lauf erhöht, bis W-EINGANG auf H gegangen ist. Dann bleibt der Wandlerwert konstant.

Der Wandler läuft aber auch nach Erreichen der Wandlerschwel le weiter, bis die Zeitschleife abgelaufen ist.

Erfolgt dabei kein Überschreiten der Wandlerschwelle, wird der Wandlerwert, der nach Ablauf der Zeitschleife erreicht ist, zurückgegeben.

Nach dem Ablaufen der Zeitschleife wird der Wandler wieder angehalten. Dies erfolgt durch das Setzen von W-START von L nach H.

Nach der Erfassung des H-WERTES muß der Wandlerwert noch li nearisiert werden. Das entsprechend linearisierte Ergebnis steht in I-H und in I-L bereit.

Dabei ist es möglich, daß mit der Linearisierung auch noch ein Abgleich erfolgen kann, mit dem die Bauteiletoleranzen ausgeglichen werden können. Der Abgleich erfolgt durch Vari ieren des Zählers bei der Linearsierung. Der Abgleichwert kann nachträglich in den Programmspeicher einprogrammiert werden. Die Wandlerzeit beträgt konstant 50 ms. Das hat zur Folge, daß das Unterprogramm WANDELN erst nach 50 ms wieder aufgerufen werden darf. Dies ist erforderlich, um das Entla den des Wandlerkondensators zu ermöglichen.

Bei dem nächsten Schritt des Hauptprogramms wird nun die Grundlast ermittelt, indem abgefragt wird, ob der momentane Strom I kleiner als der minimale Strom I_min ist, der bei dem Schritt INITIALISIEREN oder bei einer vorausgegangenen Abfra ge ermittelt wurde.

Ist der momentane Strom I kleiner als der minimale Strom I_min wird der momentane Strom I als neuer minimaler Strom I_min festgelegt.

Anhand der Fig. 3 wird nun das Unterprogramm AUSWERTUNG näher erläutert. Dabei werden folgende Register verwendet:

W - wird allgemein verwendet
COUNT - Zählregister für die Anzahl der auf einanderfolgenden Stromüberschreitungen
P-STATUS - Überdruckflag in Status wird beeinflußt
TEMP - Laufzeitkorrektur.

Der momentane Motorstrom wird mit dem im Hauptprogramm ermit telten Schwellenwert für die Putzdruckerkennung verglichen. Wenn der Putzdruck überschritten wurde, wird der Zähler er höht, der anzeigt, wie oft hintereinander der Putzdruck über schritten wurde. Nach wiederholter Überschreitung des Putz druckes wird das Überdruckflag im P-STATUS-Register gesetzt.

Wenn der momentane Motorstrom unter dem Schwellenwert liegt, wird der Zähler für die Stromüberschreitung gelöscht. Des weiteren wird das Überdruckflag in P-STATUS gelöscht.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ein akusti sches Signal zur Putzdrucküberschreitung verwandt. Anhand der Fig. 5 wird nun näher erläutert, wie dieses akustische Signal erzeugt wird.

Das Unterprogramm DRUCKPIEPS wird auch von dem Hauptprogramm aufgerufen. Dabei werden folgende Register aufgerufen:

W - wird allgemein verwendet
TEMP, TEMP1, TEMP2 - für die Zeitschleife.

Der BUZZER-Ausgang des Controllers wird getoggelt, bis ein Zeitzähler abgelaufen ist. Für die Periodendauer wird ein zweiter Zeitzähler benötigt, der jeweils nach der halben Pe riodendauer den BUZZER-Ausgang umschaltet.

Zuerst wird eine Kennung "DRUCK" auf der seriellen Schnitt stelle ausgegeben. Danach wird der Zeitzähler für die Dauer des Piepssignals in TEMP1 und in TEMP2 eingerichtet. Die hal be Periodendauer wird in TEMP abgelegt.

Nun wird der BUZZER-Ausgang umgeschaltet und die halbe Peri odendauer abgewartet. Danach wird der Signaldauerzähler ver ringert und wieder abgefragt.

Diese Schleife wird so lange wiederholt, bis die Piepsdauer beendet ist. Danach wird der BUZZER-Ausgang wieder definiert zurückgesetzt.

Um noch die Anpassung des Putzzeittimers durchzuführen, kann von dem Putztimer folgender Wert abgezogen werden:

Piepsdauer/0,125 s.

Das Unterprogramm TIMEOUT, das ebenfalls von dem Hauptpro gramm aufgerufen wird, wird anhand der Fig. 6 näher erläu tert.

Bei dem Unterprogramm TIMEOUT ruft das Hauptprogramm folgende Register auf:

w - wird allgemein verwandt
TEMP, TEMP1, TEMP2 - für die Zeitschleife TIME-L - Zähler für die Anzahl der Piepstöne im Intervall
TIME-H - dies wird am Ende des Unter programms zusammen mit TIME-L neu initialisiert.

Das Unterprogramm TIMEOUT gibt nach Ablauf der eingestellten Putzzeit ein Piepssignal ab. Es wird der BUZZER-Ausgang des Controllers ein- und ausgeschaltet, um ein Piepssignal zu er zeugen.

Nachdem das Piepssignal ausgegeben worden ist, wird der Putz zeittimer wieder neu initialisiert, damit nach einer weiteren Putzzeitperiode erneut das Piepssignal "TIMEOUT" ausgelöst werden kann. Zuletzt wird noch der momentane Meßwert auf 0 gesetzt und anschließend in das Hauptprogramm zurück gegan gen.

Die Fig. 7 zeigt ein Diagramm des Anpreßdruckes über die Zeit.

Dabei ist deutlich erkennbar, daß unterschiedliche Grundlast werte aufgrund der ständigen Aktualisierung der Grundlast eingenommen werden, da der untere Ausgangswert sich mehrfach ändert.

Das Verfahren ermöglicht daher die Kontrolle des Anpreßdruc kes einer elektrischen Zahnbürste, indem während des Zähne putzens der ausgeübte Anpreßdruck über die Belastung bzw. Grundlast des Elektromotors ermittelt. Überschreitungen des vorgegebenen Druckbereichs im Verhältnis zu der Grundlast des Elektromotors werden optisch und/oder akustisch über ein ent sprechendes Signal einem Benutzer übermittelt. Um immer den gewünschten Druckbereich zur Verfügung zu haben, wird die Grundlast des Elektromotors zumindest bei Putzbeginn, vor teilhafter Weise aber ständig gemessen, so daß nur noch die Lastdifferenz auszuwerten ist.

Obwohl bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Ermitt lung der Grundlast die Stromaufnahme des Elektromotors ver wandt wird, ist es möglich, für die Ermittlung der Grundlast auch die Drehzahl des Elektromotors auszunutzen.

Damit ein Benutzer nicht ständig bei geringfügigen und vor allen Dingen bei kurzzeitigen Überschreitungen des vorgegebe nen Schwellenwertes durch ein Signal belästigt wird, wird dieses Signal erst erzeugt, wenn die Überschreitung der Schwelle länger als 1 Sekunde andauert.

Zur Anpassung an verschiedene, gewünschte Druckwerte ist der Druckbereich für den Anpaßdruck einstellbar.

Bezugszeichenliste

10

elektrische Zahnbüste

12

Ein-/Aus-Schalter

14

Akku

16

Motor

18

Belastungsmeßeinrichtung

20

Grundlastermittlungs-Einrichtung

22

Knoten-Punkt

24

Auswerteeinrichtung

26

Signalgeber

Claims

1. Verfahren zur Kontrolle des Anpreßdruckes einer elek trischen Zahnbürste, wobei der während des Zähneputzens ausgeübte Druck über die Belastung des Elektromotors ermittelt wird und Überschreitungen eines vorgegebenen Druckbereichs im Verhältnis zu einer Grundlast des Elektromotors optisch und/oder akustisch über ein ent sprechendes Signal einem Benutzer angezeigt werden dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlast des Elektromotors bei Putzbeginn ge messen und während des Putzens dauernd aktualisiert wird, und daß die Lastdifferenz ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der Grundlast die Stromaufnahme des Elektromotors verwandt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß für die Ermittlung der Grundlast die Drehzahl des Elektromotors verwandt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein entsprechendes Signal erst erzeugt wird, wenn die Überschreitung des vorgegebenen Druckbereichs län ger als eine vorgebbare Zeit andauert.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckbereich für den Anpreßdruck eingestellt werden kann.

6. Elektrische Zahnbürste (10) mit einer Anpreßdruckkon trolleinrichtung, die derart ausgelegt ist, daß wäh rend eines Putzvorgangs der Anpreßdruck über die Bela stung eines Elektromotors (16) ermittelbar ist und Überschreitungen eines vorgegebenen Druckbereichs im Verhältnis zu einer Grundlast des Elektromotors (16) optisch und/oder akustisch anzeigbar sind, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (20) zur Ermittlung einer Grundlast zumindest bei Putzbeginn, so daß lediglich eine Lastdifferenz auswertbar ist, sowie eine weitere Ein richtung zur ständigen Aktualisierung der Grundlast während des Putzbetriebes.

7. Elektrischen Zahnbürste (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlast des Elektromotors (16) über seine Stromaufnahme ermittelbar ist.

8. Elektrische Zahnbürste (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundlast des Elektromotors (16) über seine Drehzahl ermittelbar ist.

9. Elektrische Zahnbürste (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch eine Verzögerungseinrichtung, die ein Signal erst dann ermöglicht, wenn eine Überschreitung des Anpreßdruckes länger als eine vorgebbare Zeit andauert.

10. Elektrische Zahnbürste (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Einstelleinrichtung zum variablen Festlegen des vorgegebenen Druckbereichs.