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.For hygienic devices with visual or acoustic display of the me
Chanian contact pressure, preferably toothbrushes, are becoming a thing of the past
evaluation and display of the contact pressure during the cleaning process
purely mechanical processes are used. So is about
a predetermined bending point when the contact pressure of the brush is exceeded
The brush tilts, which in turn reduces the pressure
pressure leads. But also the integration of electronic units with passi
ven resistance strain gauge as a sensor and one in the handle of the brush
Integrated batteries for power supply are known methods. On
The battery can only be changed by opening the handle
is a weak point.
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.Claim 1 of the invention is based on the problem, one
Measuring and display unit for contact pressure of hygiene articles during
to provide their use, preferably for toothbrushes, which
Can be used without batteries, maintenance openings and as a bulk item.
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.This problem is solved by the Merk listed in the claims
Male solved that one or more piezoelectric elements in the plaster
exposed part of the brush, are arranged and the
voltage generated by the piezoelectric effect as a voltage supply
tion and measurement signal is used for a direct display in the brush
or the piezoelectric effect in combination of surface waves
sor (OFWS) and antenna in connection with a radio sensor system
remote evaluation and display unit is used. Both
Approaches form a cost-effective system in a mass application.
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.
The advantages achieved with the invention are in particular:
that by introducing piezoelectric elements into the through the
Brushing affected part of a toothbrush, the generated piezoelectric
cal voltage on the one hand as an evaluable measurement signal for an evaluation
and display unit serves and at the same time as a supply voltage for this
Unit is used or the piezoelectric element as a surface
Chenwellensensor in a radio sensor system as a sensor for
the brush contact pressure, the cleaning duration and the cleaning frequency. So is
in both embodiments with a small number of elements,
which goes into the plastic material during the manufacture of the toothbrush
be incorporated tightly and protected from moisture, one about life
duration of the toothbrush maintenance-free unit created.
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.There are no limits to the mechanical design of the toothbrush
puts. The piezoelectric elements as transducers should be in
Handle or be placed in the head of the toothbrush that a shot
mechanical bending during the cleaning process is possible.
The brush head with the piezoelectric element and the An
show and evaluation unit be designed interchangeable. An integration too
of the piezoelectric sensor as surface wave sensor (OFWS) in the
Brush head or the brush neck or brush handle to accommodate the
mechanical cleaning forces are conceivable. The brush head can
can be designed interchangeably. So an adjustment of the sensor can
gear signals to the brush head hardness at the manufacturer through the use
be matched to different piezoelectric elements. With a
Replacement of the brush head, which in many cases is a throw-away head
is designed, the piezoelectric element is also replaced.
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.The following embodiment of the invention shows a possible implementation
tion of the invention. The piezoelectric element for determining the me
chanic forces during the cleaning process is in the upper area of the
Brush neck attached. The gene generated by the piezoelectric element
rated and the contact pressure proportional measuring voltage is directly one
supplied optical display unit, which in the simplest case from a
or a group of high-resistance light-emitting LEDs.
An evaluation of the direction of the cleaner is by using two
antiparallel connected LEDs or LED groups possible.
The piezoelectric voltage is measurement signal and supply voltage too
equal. The use of LCD bars is through rectification and screening
the measuring voltage and integration of a backplane generator possible. The
Height of the measuring voltage can de through one or more comparators
tect and displayed on a bar chart on the LCD
the. But also a subsequent microprocessor for further evaluation
is conceivable.
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.Another application example is designed as a two-part system
and consists on one side of a base unit with voltage supply
tion, radio system, and evaluation and display unit and on the other
Page out of the toothbrush with a replaceable brush head or
surface wave sensor (OFWS) integrated in the toothbrush neck,
which is based on the piezoelectric effect, and antenna as a spark
sor. The base unit, which is within easy reach of the washbasin
if the cleaning site is set up, radiates energy pulses via its antenna,
the OFWS in the toothbrush receives these energy impulses via its on
tenne and converts this into a surface wave. This wave through
runs the OFWS, takes the measurement signal in the form of a resonance detuning
tion or a runtime difference that can be evaluated in the basic system
to the originally transmitted energy pulse and is replaced by the
OFWS, which is based on the piezoelectric effect again in an elec
trical signal converted, radiated from its antenna and from the
Base station received. The base station can use the radio sensor
stem by the OFWS, which in this embodiment in the office
head of the toothbrush is integrated, determined cleaning power, cleaning frequency and
Visualize cleaning time after a set and reached cleaning
permanently give an optical or acoustic signal. But also about
an adjustable pressure force when brushing the teeth is reali
sierbar. By differently sensitive OFWS, but on the brushes
standardized OFWS hardness, can use different degrees of hardness of the brush
Changes can be used in the same base unit.