DE20321198U1

DE20321198U1 - Gerät zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung in eine Rotationsbewegung mit einer Federanordnung und System zur Feinabstimmung der Federanordnung

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Publication number: DE20321198U1
Application number: DE20321198U
Authority: DE
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-05-03
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2013-04-26
Also published as: CN101297776A; CA2705571A1; WO2003092535A3; EP2263603A1; JP4384973B2; EP2263602B1; CN101297776B; KR100959542B1; EP1503693A2; AU2003224366A8; US20060170293A1; JP2009240155A; CA2705571C; EP2263603B1; CA2484593C; WO2003092535A2; CN1703171A; JP2005525067A; JP2009233347A; CA2705572A1

Abstract

Gerät zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung in eine Rotationsbewegung für einen Werkstückteil eines Elektrogerätes, wobei das Gerät Folgendes umfasst:
ein bewegliches Trägermontagebauteil (40), das mit einer seitlichen Hin- und Herbewegung angetrieben werden kann,
ein getrennt vom Trägerbauteil in einer festen Position angebrachtes Montagebauteil (64), wobei das fest angebrachte Montagebauteil so an Ort und Stelle gehalten wird, dass es sich während des Betriebs des Gerätes nicht bewegt,
ein mit dem beweglichen Trägerbauteil verbundenes und mit dem fest angebrachten Montagebauteil fest verbundenes Federbauteil (60, 62) und
ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Antriebswellenbauteil (28), das gegenüber dem fest angebrachten Montagebauteil rotieren kann, wobei an der Antriebswelle ein Werkstück (20) befestigt ist,
wobei das Federbauteil so konfiguriert und angeordnet ist, dass es einer Verdrehung wesentlich stärker nachgibt als einer Verbiegung und die Verdrehung eine Rotation des Werkstücks bei einer vorgegebenen Frequenz erzeugt.

Description

Die vorliegende Neuerung betrifft allgemein elektrische Kleingeräte, wie zum Beispiel Zahnbürsten, und insbesondere eine Federstruktur zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung in eine Rotationsbewegung eines Werkstücks.
Elektrische Kleingeräte weisen verschiedene Bewegungen eines Werkstücks auf. In manchen Fällen stimmt die Antriebsbewegung mit der Werkstückbewegung überein; in anderen Fällen ist es wünschenswert, eine bestimmte Antriebsbewegung in eine andere Werkstückbewegung umzuwandeln, zum Beispiel eine seitliche Hin- und Herbewegung in eine Rotationsbewegung. Der in der US-Patentschrift 5,189,751 gezeigte Magnetantrieb bewegt ein Ende eines langen schwenkbaren Arms, an dem ein Zahnbürstenbauteil befestigt ist, leicht bogenförmig hin und her (vor und zurück). Das Werkstück vibriert daher auf bestimmte Weise. Die Werkstückbewegung liefert zwar gute Ergebnisse, aus verschiedenen Gründen kann es jedoch wünschenswert sein, dass das Werkstück unter Beibehaltung der seitlichen Hin- und Herbewegung in einem ausgewählten Bogen rotiert (Rotationsbewegung). Hierfür wäre jedoch eine Vorrichtung zur Umwandlung der seitlichen Hin- und Herbewegung in eine Rotationsbewegung erforderlich.
Geräte zur Umwandlung einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung, wie sie beispielsweise durch den elektromagnetischen Antrieb der Patentschrift '751 erzeugt wird, in eine Rotationsbewegung eines Werkstücks sind bekannt. Bei einigen Geräten sind Gestängeanordnungen beteiligt. Solche Gestängeanordnungen haben jedoch häufig ein unerwünschtes Spiel, welches Dämpfung, Schwingungen und Geräusche verursachen kann. Auch Schwenkanordnungen in Kombination mit einem Federbauteil werden verwendet. Zwar können Torsionsfedern verwendet werden, jedoch bestehen diese normalerweise aus Schraubenfedern, die typischerweise die erforderliche radiale Steifigkeit nicht mit einer ausreichend kleinen Torsionsfederkonstante verbinden. Die meisten dieser bekannten Geräte erfordern verschiedene Lagerstrukturen, die oft komplex, geräuschintensiv und unzuverlässig sind. Lager zeichnen sich auch durch ein spezielles Lagerspiel aus.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Neuerung werden Federbauteile auch oft als Teil einer Antriebsanordnung in einem Resonanzsystem wie beispielsweise der Federanordnung der vorliegenden Neuerung verwendet. Diese. Federanordnungen setzen für gewöhnlich entweder eine bestimmte Abstimmung oder sehr enge Fertigungstoleranzen voraus, damit die Resonanzfrequenz der Federanordnung hinreichend nahe der Arbeits- oder Antriebsfrequenz des Gerätes liegt und somit der Wirkungsgrad des Resonanzsystems erhalten bleibt.
In Bezug auf den Aspekt der Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung der vorliegenden Neuerung ist es wünschenswert, dass die Umwandlungsvorrichtung effizient und zuverlässig ist und kostengünstig gefertigt werden kann. In Bezug auf die Abstimmung der Federanordnung ist es wünschenswert, dass die Abstimmung durch ein einfaches Verfahren erfolgt, das während der Fertigung der Anordnung durchgeführt wird, sodass die Fertigungstoleranzen des Elektrogerätes erhöht (größere Toleranzen) werden können und dadurch die Fertigungskosten des Elektrogerätes gesenkt werden und die Anzahl der Ausschussgeräte während der Fertigung wesentlich verringert wird.
Folglich besteht eine Aufgabe der vorliegenden Neuerung darin, ein Gerät und ein entsprechendes Verfahren zur Umwandlung einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung für einen Werkstückteil eines Gerätes bereitzustellen, welches Folgendes umfasst: ein bewegliches Trägermontagebauteil, das mit einer hin- und hergehenden Translationsbewegung angetrieben werden kann; ein getrennt vom Trägerbauteil an einer festen Position angebrachtes Montagebauteil, wobei das fest angebrachte Montagebauteil so angebracht ist, dass es sich während des Betriebs des Gerätes nicht bewegt; ein mit dem Trägerbauteil und dem fest angebrachten Montagebauteil verbundenes Federbauteil; und ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Antriebswellenbauteil, das gegenüber dem fest angebrachten Montagebauteil rotieren kann, mit einem an der Antriebswelle befestigten Werkstück, wobei das Federbauteil so konfiguriert und angeordnet ist, dass es einer Verdrehung stärker nachgibt als einer Verbiegung und die Verdrehung eine Rotation des Werkstücks bei einer vorgegebenen Frequenz erzeugt.
Die 1 und 1A sind Explosionsdarstellungen der Anordnung zur Bewegungsumwandlung der vorliegenden Neuerung in Verbindung mit einer elektrischen Zahnbürste.
2 ist eine perspektivische Ansicht des Teil der Anordnung zur Bewegungsumwandlung von 1.
3 ist ein Aufriss, welcher die Winkelstellung der Antriebswelle und des Bürstenarms gegenüber der Längsachse der Zahnbürste zeigt.
4 zeigt ein modifiziertes System zur Bewegungsumwandlung, das für einen Rasierapparat verwendet wird.
5 zeigt das Ergebnis des Verfahrens der vorliegenden Neuerung zur Frequenzabstimmung bei der Anordnung zur Bewegungsumwandlung von 2.
Die 6 bis 8 zeigen eine alternative Ausführungsform der Neuerung von 2.
Die 9 bis 10 zeigen eine andere alternative Ausführungsform der Neuerung von 2.
11 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform der Neuerung von 2.
Die 1 und 1A zeigen eine elektrische Zahnbürste 10 mit einem Handgriff 12 und einem Kopfteil 14. Der Handgriffteil beinhaltet eine Stromquelle, zum Beispiel eine wiederaufladbare Batterie 16, und eine Antriebsanordnung mit dem Bezugszeichen 18. Der Kopfteil 14 beinhaltet ein Werkstückbauteil, z. B. einen Bürstenkopf 20, das eine Vielzahl in einem ausgewählten Muster angeordneter Borsten umfasst, einen Bürstenkopfarm 22 mit dem darauf befestigten Bürstenkopf 20, eine Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung mit dem Bezugszeichen 26 und eine Montageanordnung 27 für die Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung.
Die Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung 26 bei der gezeigten Ausführungsform wandelt eine lineare Bewegung in eine Rotation der Antriebswelle 28 um, die sich bis in den Bürstenkopfarm 22 erstreckt und mit diesem verbunden ist, damit dieser und der Bürstenkopf 20 rotieren. Der Kopfteil 14 beinhaltet außerdem ein Mutternbauteil 30, welches den Kopfteil 14 mit dem Handgriffteil 12 verbindet und an welchem die Montageanordnung 27 fest angebracht ist.
Bei dem gezeigten Elektrogerät ist die Antriebsanordnung 18 ein Elektromagnet, der eine seitlich hin- und herwirkende Kraft erzeugt und im Betrieb mit zwei an einem beweglichen Endstück 40 am hinteren Ende der Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung 26 angebrachten Permanentmagneten 32 zusammenwirkt, um das Endstück 40 in einer Translationsbewegung leicht bogenförmig hin und her zu bewegen. Unter "hin und her" ist im vorliegenden Zusammenhang eine lineare Hin- und Herbewegung oder ein Hin- und Herweg zu verstehen, der leicht bogenförmig ist. Die Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung 26 wandelt die Antriebsbewegung der Antriebsanordnung durch eine Blattfederanordnung in eine Verdrehungs- oder Rotationsbewegung der Antriebswelle 28 um, die wiederum den Bürstenkopfarm 22 und den Bürstenkopf 20 um die Längsachse A-A der Antriebswelle 28 (2) in Rotation versetzt. Bei der gezeigten Ausführungsform beträgt der vom Bürstenkopf zurückgelegte Rotationswinkel (-bogen) etwa 11°, wobei dieser Winkel jedoch variiert werden kann und keinen wesentlichen Bestandteil der vorliegenden Neuerung darstellt.
Die Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung 26 ist in 2 ausführlich dargestellt. Sie beinhaltet ein bewegliches Endstück 40, das bei der gezeigten Ausführungsart aus einem Kunststoffmaterial besteht und etwa 0,6 in (etwa 15 mm) lang, an der breitesten Stelle etwa 0,6 in (etwa 15 mm) breit und etwa 0,1 in (etwa 2,5 mm) dick ist. Von der Rückseite 44 des Endstücks 40 geht ein kleiner, mittig angeordneter Montagezapfen 46 aus. Am Zapfen 46 ist eine Permanentmagnetanordnung befestigt, welche bei der gezeigten Ausführungsform eine metallische Montageplatte 50 (1) und zwei in einem Abstand voneinander angeordnete rechteckige Permanentmagnete 32-32 umfasst. Die Permanentmagnete 32-32 interagieren so mit dem Elektromagneten 18 im Handgriff 12, dass sich das bewegliche Endstück 40 entlang eines leicht bogenförmigen Pfades hin- und herbewegt. Diese Bewegung wird in der Patentschrift '751, deren Inhalt durch Nennung als hierin aufgenommen betrachtet wird, genauer erläutert. Es ist jedoch klar, dass die seitlich hin- und hergehende Antriebsbewegung durch die Antriebsanordnung 18 lediglich eine mögliche Anordnung darstellt. Zahlreiche andere seitlich hin- und hergehende Antriebe sind bekannt, die bei der Umwandlungsvorrichtung der vorliegenden Neuerung verwendet werden können.
Auf der entgegengesetzten Fläche 56 des beweglichen Endstücks 40 befindet sich ein Montagestück 58, das entweder in das Endstück 40 integriert oder fest an ihm befestigt ist. Vom Montagestück 58 aus erstrecken sich nach vorn zwei langgestreckte Blattfedern 60 und 62. Bei der gezeigten Ausführungsform ist jede Blattfeder 60, 62 etwa 1 in (etwa 25 mm) lang, 0,2 in (etwa 5 mm) breit und etwa 0,02 in (0,5 mm) dick. Die Blattfedern 60, 62 bei der gezeigten Ausführungsform bestehen aus Metall. Jedoch können die Blattfedern auch aus anderen Materialien, zum Beispiel aus Kunststoff, hergestellt werden.
Die beiden Blattfedern 60, 62 bei der gezeigten Ausführungsform sind unter einem Winkel von 70° zueinander angeordnet. Die beiden Blattfedern erstrecken sich zwischen dem beweglichen Endstück 40 und dem fest angebrachten Endstück 64 und sind mit beiden fest verbunden. Das fest angebrachte Endstück 64 ist im Allgemeinen kreisförmig, etwa 0,1 in (etwa 2,5 mm) dick und besteht bei der gezeigten Ausführungsform aus Kunststoff. Es weist an seinem Oberteil bzw. am Unterteil gegenüberliegende Kerböffnungen 67, 69 auf.
Vom Befestigungsteil 58, das sich etwa am hypothetischen Schnittpunkt der beiden Blattfedern 60 und 62, falls diese so weit verlängert würden, befindet, geht die verlängerte Antriebswelle 28 aus. Die Ebenen der beiden Federn 60 und 62 schneiden sich am Rotationsmittelpunkt der Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung, wo sich die Antriebswelle befindet. Bei der gezeigten Ausführungsform besteht die Antriebswelle 28 aus Metall und hat einen rechteckigen Querschnitt. Die Antriebswelle 28 kann jedoch auch andere Konfigurationen haben. Beim Betrieb verdrehen sich die Blattfedern und biegen sich auch ein wenig und erzeugen so eine Rotation der Antriebswelle. Die relative Lage der Federn zueinander und ihre Abmessungen können optimiert werden, um die Spannung jeder Feder einzeln zu verringern.
Die Antriebswelle 28 bei der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich so durch die Kerböffnung 69 im fest angebrachten Endstück 64, dass sie gegenüber dem fest angebrachten Endstück 64 frei rotieren kann. Die Antriebswelle 28 erstreckt sich bis zum Bürstenkopfarm 22 und ist mit diesem so verbunden, dass die durch das Einwirken der Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung erzeugte Rotation der Antriebswelle 28 eine Rotation des Bürstenkopfarms 22 und des an dessen äußerem (distalem) Ende montierten Bürstenkopfes 20 verursacht.
Das fest angebrachte Endstück 64 ist durch die Montageanordnung 27 so fest angebracht, dass es diesem gegenüber nicht rotiert. Ein in der Montageanordnung 27 enthaltener Teil ist ein Ring 72 aus einem Kunststoffmaterial mit zwei gegenüberliegenden Flanschen 74 und 76, die sich von diesem Ring aus nach hinten erstrecken. Die beiden Flansche 74 und 76 erstrecken sich durch die Kerböffnungen 67, 69 im fest angebrachten Endstück 64. Die beiden Flansche 74 und 76 sind so konfiguriert, dass sie in entsprechende (nicht gezeigte) Aufnahmeteile im Handgriff 12 der Zahnbürste passen, um eine sichere Steckverbindung zwischen der Montageanordnung 27 (und einem Kopfteil 14) und dem Handgriff 12 zu erzeugen. Wenn die Flansche 74 und 76 der Montageanordnung 27 richtig in die Aufnahmeteile des Handgriffs 12 eingepasst sind und sich die Mutter 30 wie nachfolgend beschrieben in Position befindet, werden die Montageanordnung 27 und somit das fest angebrachte Endstück 64 sicher von jeder Rotationsbewegung abgehalten, d. h. daran gehindert. Die distalen Enden der beiden Blattfedern 60 und 62 sind fest am Endstück 64 befestigt und somit ebenfalls daran gehindert, sich zu bewegen.
Auf die Montageanordnung 27 und die Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung 26 passt das der Verbindung dienende Mutternbauteil 30. Das verbindende Mutternbauteil hat an seiner Innenfläche Gewindegänge 77, sodass es auf einen Außengewindeteil 67 des Handgriffs 12 geschraubt werden kann. Die Mutter 30 klemmt die Flansche 74 und 76 am Handgriff fest, wobei das fest angebrachte Endstück 64 durch die Flansche 74 und 76 in Position gehalten wird. Am oberen Rand 79 der Mutter 30 befindet sich ein flexibles Verbindungsbauteil 78, das in der gezeigten Ausführungsform aus einem elastomeren Material besteht. Der untere Rand des Verbindungsbauteils 78 schließt bündig mit dem oberen Rand 79 der Mutter 30 ab. Das Bauteil 78 erstreckt sich bis zu einem Dichtungsbauteil 77, das eine Flüssigkeitsabdichtung zwischen dem Bürstenkopfarm 22 und dem oberen Ende des Verbindungsbauteils 78 schafft.
Beim Betrieb erzeugt die durch den elektromagnetischen Antrieb 18 im Handgriff (oder einen beliebigen anderen sich hin- und herbewegenden Antrieb) erzeugte seitliche Hin- und Herbewegung eine leicht bogenförmige Bewegung des beweglichen Endstücks 40, sodass der Bürstenkopf 20 um einen bestimmten Winkel rotiert.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die beiden Blattfedern 60 und 62 und die Antriebswelle 28 so am fest angebrachten und am beweglichen Endstück befestigt, dass sie sich unter einem Winkel α zur Längsachse B-B der Zahnbürste erstrecken (3). Dieser Winkel liegt im Bereich von 5° bis 15° und vorzugsweise bei 10°. Dieser Winkel des Bürstenkopfarms erweitert die Reichweite der Zahnbürste im Mund des Benutzers. Dies ist in vielen Fällen von Vorteil. Ferner befindet sich bei dieser Anordnung das Rotationszentrum auf einer von der Achse des Handgriffs verschiedenen Achse. In dem Maße, wie das Rotationszentrum von der Längsachse des Gerätes weg geneigt ist, nimmt das Trägheitsmoment des restlichen Teils des Gerätes bezüglich der Rotationsachse der Antriebswelle schnell zu und verringert dadurch die Vibrationen des Handgriffs, da die Vibrationen des Elektrogerätes, einschließlich des Handgriffs, umso geringer sind, je größer das Trägheitsmoment ist. Dies ist ein wünschenswerter Vorteil für den Benutzer.
Obwohl die beschriebene Ausführungsform zwei separate Blattfedern beinhaltet, die unter einem bestimmten Winkel (70°) zueinander angeordnet sind, sind zwei separate Blattfedern nicht erforderlich. Der Winkelabstand kann in einem Bereich von 90° ± 40° variieren. Darüber hinaus können mehr als zwei in einem radialen Muster angeordnete Blattfedern verwendet werden, wobei die Ebene der Blattfedern das Rotationszentrum der Antriebswelle schneidet. Die beiden Blattfedern können zu einer einzigen Blattfeder in der Form eines "V" oder eines "U", eines offenen Quadrats oder Rechtecks verbunden werden. Auch andere Konfigurationen sind möglich. Die Antriebswelle muss mit dem beweglichen Endstückteil des Systems mit den Federn verbunden werden. Die Antriebswelle kann mit keinem anderen Teil der Federn verbunden werden. Diese Struktur kann ein einziges Teil bilden. Die wichtigste Strukturanforderung besteht darin, dass das Federbauteil so konfiguriert sein muss, dass es im Wesentlichen einer Verdrehung stärker nachgibt als einer Verbiegung, d. h., dass die seitliche Hin- und Herbewegung des beweglichen Endstücks zu einer Verdrehung der Federn und somit zu einer Rotation der Antriebswelle führt. Die hier gezeigte und beschriebene Anordnung erzeugt eine solche Bewegung. Es können jedoch auch andere Federanordnungen verwendet werden. Darüber hinaus müssen die Federn auch so angeordnet sein, dass der Bürstenkopf nicht nur schlechthin rotiert, sondern bei einer ausgewählten Frequenz rotiert.
Die 6, 7 und 8 zeigen eine alternative Ausführungsform der Anordnung zur Bewegungsumwandlung der 1 bis 3, bei der eine bestimmte Anordnung einer Drahtfeder verwendet wird. Die Umwandlungsvorrichtung beinhaltet eine Montageplatte 120 und Permanentmagnete 122. Eine Läuferwelle 124 ist an der Stützplatte 120 auf dem Zapfen 126 angebracht. Die Welle 124 hat an ihrem äußeren Ende 127 zwei unter einem Winkel von 90° (rechtwinklig) zueinander angebrachte Schlitze 123, 125. Desgleichen sind zwei Drahtfedern 128 und 130, die ebenfalls unter einem Winkel von 90° (rechtwinklig) zueinander angeordnet sind, in die Schlitze 123, 125 eingefügt. Eine Bürstenwelle 129 hat quer stehende Bauteile 131, 133, die in die Schlitze 123, 125 passen und die Drahtfedern zwischen den jeweiligen Enden der Läuferwelle 124 und der Bürstenwelle 129 fixieren.
Am distalen Ende 135 der Bürstenwelle befindet sich ein Trägerbauteil 137 für einen (nicht gezeigten) Bürstenkopf oder ein anderes Werkstück. Von oben ist von der Bürstenwelle ein Ring 136 auf die Läuferwelle gepresst, der wie eine Hülse die Bürstenwelle und die Läuferwelle zusammenhält. Die hinteren Enden der Drahtfedern 128 und 130 sind dann innerhalb einer Federbefestigung 138 fixiert, die an ihrem hinteren Ende 139 Schlitze 141 aufweist, um die Enden der Drahtfedern zu fixieren. Die Federbefestigung 138 ist fest mit dem Gehäuse des Elektrogerätes verbunden. Eine Bewegung der Montageplatte 120, die durch die von der Antriebsanordnung erzeugte seitlich hin- und herwirkenden Kraft verursacht wird, führt zur Rotation der Bürstenwelle 129.
Die 9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform. Die Umwandlungsvorrichtung beinhaltet eine einteilige mehrlagige Feder 140, welche drei einzelne, an einem Ende 148 miteinander verbundene Schenkel 142 bis 144 umfasst. Die Feder 140 ist an einem beweglichen hinteren Bauteil 150 befestigt, in welchem eine Abstimmmasse 151 untergebracht ist, von der zum Abstimmen der Resonanzfrequenz der Federanordnung Material entfernt werden kann. Ein Montageplattenbauteil 152 ist an der Rückfläche des beweglichen hinteren Bauteils 150 angebracht, an welchem Permanentmagnete 154 befestigt sind. Eine an dem beweglichen Bauteil 150 angebrachte Antriebswelle 158 erstreckt sich von dieser aus. Am distalen Ende 155 der Antriebswelle 158 ist ein Werkstück wie beispielsweise ein (nicht gezeigter) Bürstenkopf befestigt. Die freien Enden der Federanordnung 140 sind an einem fest angebrachten Montagebauteil 160 befestigt, durch welches die Antriebswelle 158 ragt. Das Montagebauteil 160 ist am Gehäuse der Zahnbürste befestigt. Die Hin- und Herbewegung des beweglichen Bauteils 150 führt zu einer Rotationsbewegung der Antriebswelle 158 und des Werkstücks.
Außerdem sind auch noch andere Federanordnungen möglich, einschließlich einer Anordnung mit einer Vielzahl von Federbauteilen 161 bis 161, die sich in einer korbförmigen Anordnung vom hinteren beweglichen Montagebauteil 163 zum fest angebrachten Montagebauteil 165 erstrecken. Die Federbauteile 161 bis 161 sind zwischen den beiden Montagebauteilen nach außen abgewinkelt. 11 zeigt eine solche Anordnung mit vier Federn. Es können noch weitere Federn hinzugefügt werden. Die Ebene jeder Feder 161 geht durch das Rotationszentrum der Anordnung. Eine (nicht gezeigte) Antriebswelle am Rotationszentrum der Federanordnung erstreckt sich vom beweglichen Bauteil 163 durch eine Öffnung 167 im fest angebrachten Bauteil 165.
Allen oben angeführten alternativen Konfigurationen ist gemeinsam, dass das Federbauteil einer Verdrehung stärker nachgibt als einer Verbiegung und so als Reaktion auf eine seitlich hin und her gerichtete Antriebskraft eine Rotationsbewegung der Antriebswelle erzeugt.
4 zeigt eine alternative Anwendung für die vorliegende Neuerung. Diese Anwendung betrifft einen elektrischen Rasierapparat 80 und beinhaltet ein bewegliches Endstück 81 mit Permanentmagneten, die durch eine magnetische Antriebsanordnung mit dem Bezugszeichen 82 angetrieben werden. Vom beweglichen Endstück 81 aus erstrecken sich zwei abgewinkelte Blattfedern 84 und 86, die an ihren anderen Enden fest mit einem befestigten Endstück 88 verbunden sind. Von dem befestigten Endstück 81 aus erstreckt sich parallel zu den Blattfedern 84, 86 eine Antriebswelle 90 nach hinten. Die Antriebswelle 90 wird durch Halterungsbauteile 82 durch das bewegliche Endstück 81 gehaltert und erstreckt sich bis unter die Antriebsanordnung 82.
Eine Vielzahl länglicher Schneidklingen 94, deren Außenkanten scharf sind, sind an der Antriebswelle 90 befestigt und erstrecken sich von dieser radial nach außen. Die Außenkanten schmiegen sich an ein gekrümmtes Abdeckungsbauteil 96 des Rasierapparats. Beim Betrieb führt die seitliche Hin- und Herbewegung des Endstücks 81 zu einer Rotation der Antriebswelle 90 und dadurch wiederum zu einer Rotation der Schneidklingen 84 um einen bestimmten Winkel, welche die Schneidwirkung des Rasierapparats bewirkt.
Diese Ausführungsform zeigt, dass die Position und die Anordnung der Antriebswelle, an welcher das Werkstück befestigt ist, verschiedene Konfigurationen gegenüber der Federanordnung zur Bewegungsumwandlung einnehmen kann. In allen Fällen erstreckt sich jedoch eine Federanordnung vom beweglichen Endstück bis zu einem fest angebrachten Endstück und ein bewegliches Endstück wird hin- und herbewegt, was eine Rotationsbewegung der am beweglichen Endstück befestigten Antriebswelle und somit eine Rotationsbewegung des daran befestigten Werkstücks erzeugt.
Vor allem weil sich das Federbauteil nur wenig verbiegt, macht die vorliegende Neuerung sämtliche Lagerbauteile oder flexiblen Bauteile überflüssig. Die Struktur ist jedoch kräftig, zuverlässig und effektiv. Außerdem ist sie eine Resonanzanordnung, die an eine Arbeitsfrequenz (Antriebsfrequenz) des Elektrogerätes angepasst werden kann. Zum Beispiel beträgt bei der Anwendung mit einer Zahnbürste die erwünschte Arbeitsfrequenz etwa 261 Hz. Die Federanordnung kann so angeordnet und aufgebaut werden, dass sie eine Rotationsbewegung bei dieser Frequenz erzeugt.
Die Zahnbürste von 1, einschließlich der Anordnung zur Bewegungsumwandlung, ist wie oben erwähnt ein "Resonanzsystem". Das heißt, die Eigenresonanzfrequenzen der mechanischen Bauteile des Systems sind so gewählt, dass sie mit der Arbeitsfrequenz oder Antriebsfrequenz der Zahnbürste übereinstimmen, die im Fall der vorliegenden Zahnbürste etwa 261 Hz beträgt. Ein solches Resonanzsystem ist effizienter als ein System ohne Resonanz.
Zum Abstimmen der Resonanzfrequenz des Federsystems auf die Arbeitsfrequenz des Elektrogerätes sind wie oben erwähnt zahlreiche Lösungsansätze bekannt. Bei einem Lösungsansatz werden während der Fertigung die Konfiguration und die Anordnung des mechanischen Systems mit ausreichender Genauigkeit eingehalten, damit die Frequenzen ohne Abstimmung in gewünschter Weise miteinander übereinstimmen. Die Fertigungstoleranzen müssen jedoch sehr eng sein (einschließlich der Verwendung präziser gefertigter Teile), und normalerweise wird eine beträchtliche Anzahl von Elektrogeräten ausgesondert, da sie die geforderten strengen Fertigungstoleranzen nicht erfüllen.
Bei einem anderen Lösungsansatz können zum "Abstimmen" oder Verändern der Federstruktur verschiedene Maßnahmen ergriffen werden, um die erforderliche Frequenzanpassung an die Arbeitsfrequenz des Elektrogerätes zu erreichen. Der typische Anpassungsprozess erfordert einen hohen Zeitaufwand und umfangreiches Fachwissen und ist daher in der Regel kostenaufwendig. Eine solche Abstimmung kann während des Fertigungsprozesses oder einige Zeit später erfolgen, sogar erst dann, wenn sich das Elektrogerät im Besitz des Benutzers befindet.
Diese Aufgabe der vorliegenden Neuerung wird dadurch gelöst, dass ein Verfahren zum Abstimmen eines Resonanzfedersystems eines in großen Stückzahlen produzierten Erzeugnisses mittels Blattfedern beschrieben wird. Das vorliegende Verfahren kann entweder zur Erhöhung oder zur Verringerung (höher abstimmen oder tiefer abstimmen) der Resonanzfrequenz der Federanordnung verwendet werden, um diese an die Arbeitsfrequenz anzupassen.
In einem ersten Schritt des Verfahren erfolgt eine Messung der Amplitude des Werkstücks bei einer Testfrequenz oder umgekehrt. Entweder kann eine feste Amplitude vorgegeben und eine variable Frequenz verwendet oder eine feste Frequenz vorgegeben und eine variable Amplitude verwendet werden. Beide Verfahren können zum Abstimmen verwendet werden. Durch die Abstimmung der Federanordnung wird der Arbeitspunkt der Federanordnung auf den Arbeitskennlinien so verschoben, dass er mit der gewünschten Arbeitsfrequenz oder Arbeitsamplitude übereinstimmt.
Der Punkt auf der Arbeitskennlinie kann durch Verringerung der Federkonstanten der Federanordnung nach unten verschoben werden (Verringerung der Frequenz). Alternativ kann der Arbeitspunkt durch Erhöhung der Federkonstanten nach oben verschoben werden (Erhöhung der Frequenz). Da viele Abstimmungssysteme durch Vergrößerung oder Verkleinerung der Masse des Federsystems die Trägheit des Systems erhöhen oder verringern, ist dieser Ansatz oft nicht sehr genau und erfordert eine ziemlich starke Massenverringerung oder -vergrößerung, um die gewünschte Frequenzanpassung zu erzielen. Bei der vorliegenden Neuerung liegt das Schwergewicht auf der Erhöhung oder Verringerung der Federkonstanten (anstatt der Trägheit) durch Änderung der Konfiguration der Federanordnung, bei der es sich im vorliegenden Fall um eine Anordnung von Blattfedern handelt.
Während des Verfahrens zur Verringerung der Federkonstanten werden die einzelnen aus der Fertigung kommenden Blattfedern gemäß 5 beschnitten, um ihre Konfiguration zu ändern, wodurch sich die Federkonstante der Blattfeder ändert, während zur Erhöhung der Federkonstanten Material zu den Federn hinzugefügt werden kann. Bei der gezeigten Ausführungsform verringert der Schnitt 110 die Federbreite mit dem Bezugszeichen 100, wobei der Schnitt im Allgemeinen mittig um einen Punkt ausgeführt wird, der im gleichen Abstand zwischen den beiden Enden 102, 104 des Federbauteils 106 liegt, um das Auftreten von Ermüdungsspannungen zu minimieren. Die Schnitttiefe (über die Breite der Feder hinweg) wird so gewählt, dass die gewünschte Abstimmung erreicht wird. Die Variablen des Schnittes beinhalten die Gesamtlänge des Schnittes, die Konfiguration, d. h. die Krümmung des Schnittes, und die Schnittbreite. Bei der gezeigten speziellen Ausführungsform weist der Schnitt 110 eine gekrümmte Konfiguration auf. Es ist jedoch klar, dass auch andere Schnittkonfigurationen verwendet werden können. Eine Alternative ist ein "fußballähnlicher" Schlitz in der Mitte einer oder beider Federn. Variablen dieses Schnittes beinhalten die Lage des Schlitzes, die Schnittlänge und/oder -breite und die Krümmung des Schlitzes. Der Schnitt kann mit Hilfe einer Anzahl von Verfahren, einschließlich eines Lasers, eines Schleif- oder eines herkömmlichen Schneidwerkzeugs, ausgeführt werden. Die Art und Weise, wie das Material entfernt wird, ist für die Neuerung ohne Belang.
Nach der Ausführung des Schnittes erfolgt ein weiterer Test, um zu bestätigen, dass die Frequenz der Struktur innerhalb der zulässigen Toleranz liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, können weitere Schnitte ausgeführt werden, um das Gerät in den Toleranzbereich zu bringen. Das Ergebnis der Abstimmung des vorliegenden Systems besteht darin, dass die Fertigungstoleranz für solche Elektrogeräte nicht mehr so ausschlaggebend ist wie bisher. Dadurch sinkt die Anzahl der Ausschussprodukte. Außerdem kann die Abstimmung schnell und effizient während der Fertigung erfolgen und die Elektrogeräte brauchen anschließend nicht mehr weiter abgestimmt zu werden.
Somit wurde erstens eine neue Vorrichtung zur Bewegungsumwandlung von einer Hin- und Herbewegung in eine Rotationsbewegung für ein Elektrogerät wie eine Zahnbürste beschrieben, die bei einer bevorzugten Ausführungsform Blattfedern verwendet, die so konfiguriert sind, dass sie einer Verdrehung stärker nachgeben als einer Verbiegung, obwohl die Federanordnung außer der Verdrehung eine gewisse Verbiegung aufweist, um die gewünschte Rotationsbewegung einer Antriebswelle zu erzeugen, an welcher das Werkstück befestigt ist. Durch die Beständigkeit gegenüber Verbiegung werden Lager überflüssig. Die umgewandelte Bewegung wird als seitliche Hin- und Herbewegung bezeichnet und beinhaltet eine geradlinige Bewegung sowie, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, eine leicht bogenförmige Bewegung. Das Werkstück führt eine Rotationsbewegung um die Achse der Antriebswelle aus, an der das Werkstück befestigt ist. Zweitens wurde ein Verfahren zum Abstimmen eines Federanordnungssystems zur Änderung der Resonanzfrequenz des Systems während der Fertigung beschrieben, um die Resonanzfrequenz an die gewünschte Arbeitsfrequenz (Antriebsfrequenz) des Systems anzupassen. Dadurch ist die Anwendung größerer Fertigungstoleranzen möglich.
Obwohl zur Veranschaulichung eine bevorzugte Ausführungsform sowohl des Systems zur Bewegungsumwandlung als auch des Verfahrens zur Abstimmung beschrieben wurde, ist klar, dass an solchen Ausführungsformen verschiedene Änderungen, Modifikationen und Ersetzungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist der Neuerung abzuweichen, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird.

Claims

Gerät zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung in eine Rotationsbewegung für einen Werkstückteil eines Elektrogerätes, wobei das Gerät Folgendes umfasst: ein bewegliches Trägermontagebauteil (40), das mit einer seitlichen Hin- und Herbewegung angetrieben werden kann, ein getrennt vom Trägerbauteil in einer festen Position angebrachtes Montagebauteil (64), wobei das fest angebrachte Montagebauteil so an Ort und Stelle gehalten wird, dass es sich während des Betriebs des Gerätes nicht bewegt, ein mit dem beweglichen Trägerbauteil verbundenes und mit dem fest angebrachten Montagebauteil fest verbundenes Federbauteil (60, 62) und ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Antriebswellenbauteil (28), das gegenüber dem fest angebrachten Montagebauteil rotieren kann, wobei an der Antriebswelle ein Werkstück (20) befestigt ist, wobei das Federbauteil so konfiguriert und angeordnet ist, dass es einer Verdrehung wesentlich stärker nachgibt als einer Verbiegung und die Verdrehung eine Rotation des Werkstücks bei einer vorgegebenen Frequenz erzeugt.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Federbauteil zwei separate, flache, planare Federn umfasst.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Federbauteil aus einer einzelnen planaren Feder besteht.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Federbauteil aus zwei zueinander senkrechten Drahtfedern besteht.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Federbauteil eine Vielzahl von planaren Federbauteilen umfasst, die in gleichmäßigen Abständen zwischen dem Trägermontagebauteil und dem fest angebrachten Montagebauteil angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem die seitliche Hin- und Herbewegung des Trägermontagebauteils durch eine magnetische Antriebsanordnung erzeugt wird, welche Permanentmagnete (32), die an dem beweglichen Trägermontagebauteil angebracht sind, und einen elektromagnetischen Antrieb beinhaltet, der in einem Trägerteil des Elektrogerätes getrennt von den Permanentmagneten angebracht ist.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Elektrogerät eine Zahnbürste ist.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem das Elektrogerät ein Rasierapparat ist.
Gerät nach Anspruch 2, bei welchem die beiden planaren Federn über ihre Länge hinweg um einen ausgewählten Winkel voneinander getrennt sind.
Gerät nach Anspruch 9, bei welchem der Winkel etwa 90° ± 40° beträgt.
Gerät nach Anspruch 9, bei welchem sich das Antriebswellenbauteil an einem Schnittpunkt der jeweiligen Ebenen der beiden Federn befindet.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sich das Antriebswellenbauteil um eine Strecke über das fest angebrachte Montagebauteil hinaus erstreckt und das Werkstück ein Bürstenkopf ist.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sowohl das Federbauteil als auch das Antriebswellenbauteil aus Metall bestehen.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sowohl das Antriebswellenbauteil als auch das Federbauteil unter einem ausgewählten Winkel zur Längsachse des Elektrogerätes angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 1, welches ein Positionierungsbauteil (72, 74, 76) beinhaltet, das eine Bewegung des fest angebrachten Montagebauteils während des Betriebs des Elektrogerätes verhindert, und wobei das Positionierungsbauteil herausragende Teile (74, 76) beinhaltet, die in Aufnahmeteile in einem Handgriff des Elektrogerätes passen und eine Rotation der Positionierungsanordnung verhindern.
Gerät nach Anspruch 14, bei welchem der ausgewählte Winkel innerhalb des Bereichs von 5° bis 15° liegt.
Gerät nach Anspruch 1, bei welchem sich das Antriebswellenbauteil von dem beweglichen Trägerbauteil aus in einer Richtung etwa bis zu dem fest angebrachten Montagebauteil und in der entgegengesetzten Richtung um eine ausgewählte Strecke zur Rückseite des Trägerbauteils erstreckt, wobei sich das Werkstück im Wesentlichen um die Länge des Antriebswellenbauteils erstreckt.
Elektrogerät, welches ein an einer Antriebswelle montiertes Werkstück beinhaltet und Folgendes umfasst: einen Handgriffteil (12), der ein Antriebssystem für das Elektrogerät aufnimmt, eine Vorrichtung (26) zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung des Antriebssystems in eine Rotationsbewegung des Werkstücks, wobei die Vorrichtung ein bewegliches Trägermontagebauteil (40) beinhaltet, welches durch das Antriebssystem durch eine seitliche Hin- und Herbewegung angetrieben wird, ein in einem Abstand vom Trägerbauteil fest angebrachtes Montagebauteil (64), wobei das fest angebrachte Montagebauteil in Position gehalten wird, damit es sich während des Betriebs des Gerätes nicht bewegt, ein mit dem beweglichen Trägerbauteil verbundenes und mit dem fest angebrachten Montagebauteil fest verbundenes Federbauteil (60, 62) und ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Antriebswellenbauteil (28), das gegenüber dem fest angebrachten Montagebauteil rotieren kann und ein am Antriebswellenbauteil befestigtes Werkstück, wobei das Federbauteil so konfiguriert ist, dass es einer Verdrehung wesentlich stärker nachgibt als einer Verbiegung und die Verdrehung eine Rotation des Werkstücks bei einer vorgegebenen Frequenz erzeugt.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem das Federbauteil zwei separate, flache, planare Federn umfasst.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem das Federbauteil eine einzelne planare Feder ist.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem die Hin- und Herbewegung des beweglichen Trägermontagebauteils durch eine magnetische Antriebsanordnung erzeugt wird, welche Permanentmagnete (32), die an dem beweglichen Trägermontagebauteil angebracht sind, und einen elektromagnetischen Antrieb (18) umfasst, der in einem Handgriffteil des Elektrogerätes getrennt von den Permanentmagneten angebracht ist.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem das Elektrogerät eine Zahnbürste ist.
Gerät nach Anspruch 19, bei welchem die beiden planaren Federn über ihre Länge hinweg um einen ausgewählten Winkel voneinander getrennt sind.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem sowohl das Antriebswellenbauteil als auch das Federbauteil unter einem ausgewählten Winkel zur Längsachse des Elektrogerätes angeordnet sind.
Gerät nach Anspruch 18, bei welchem sich das Antriebswellenbauteil von dem beweglichen Trägerbauteil in einer Richtung etwa bis zu dem fest angebrachten Montagebauteil und in der entgegengesetzten Richtung um eine ausgewählte Strecke zur Rückseite des Trägerbauteils erstreckt, wobei sich das Werkstück im Wesentlichen um die Länge des Antriebswellenbauteils erstreckt und wobei das Elektrogerät ein Rasierapparat ist.
Gerät nach Anspruch 18, welches ein Positionierungsbauteil (27) beinhaltet, welches eine Bewegung des fest angebrachten Montagebauteils während des Betriebs des Elektrogerätes verhindert, und wobei das Positionierungsbauteil herausragende Teile (74, 76), die in Aufnahmeteile im Handgriff des Elektrogerätes passen, und außerdem ein Abdeckbauteil (30) beinhaltet, wobei ein Ende des Abdeckbauteils durch Verschraubung mit dem Handgriff verbunden ist und das andere Ende in das proximale Ende eines Gehäuses für das Antriebswellenbauteil passt und wobei das Positionierungsbauteil an einer Innenfläche des Abdeckbauteils montiert ist.
Gerät zum Umwandeln einer seitlich hin- und hergehenden Antriebsbewegung in eine Rotationsbewegung für einen Werkstückteil eines Elektrogerätes, wobei das Gerät Folgendes umfasst: ein bewegliches Trägermontagebauteil (40), das in einer seitlichen Hin- und Herbewegung angetrieben werden kann, ein an einer festen Stelle angebrachtes Montagebauteil (64), wobei das fest angebrachte Montagebauteil so in Position gehalten wird, dass es sich während des Betriebs des Gerätes nicht bewegt, eine mit dem beweglichen Trägerbauteil verbundene und mit dem fest angebrachten Montagebauteil fest verbundene Federanordnung (60, 62) und ein mit dem Trägerbauteil verbundenes Antriebswellenbauteil (28), das sich von dem beweglichen Trägerbauteil und von dem fest angebrachten Montagebauteil aus erstreckt, wobei mit der Antriebswelle ein Werkstück verbunden ist, wobei das Federbauteil so konfiguriert und angeordnet ist, dass es einer Verdrehung wesentlich stärker nachgibt als einer Verbiegung und die Verdrehung eine Rotation des Werkstücks bei einer vorgegebenen Frequenz erzeugt.
Elektrische Zahnbürste, welche Folgendes umfasst: einen Handgriffteil (12), eine im Handgriff befindliche Antriebsanordnung (18) für die Zahnbürste, wobei der Handgriff eine Längsachse hat, und eine Antriebswellenanordnung (26) mit einem Armteil, an welchem ein Bürstenkopf (20) befestigt ist, wobei die Antriebswellenanordnung als Reaktion auf die Antriebsanordnung eine Bewegung des Werkstücks erzeugt und die Antriebswelle zur Längsachse des Handgriffs in einem Winkel innerhalb eines solchen Bereichs geneigt ist, dass das Trägheitsmoment der Zahnbürste gegenüber der Rotationsachse der Antriebswelle groß genug ist, dass Vibrationen eines Handgriffteils der Zahnbürste im Vergleich zu einer Anordnung deutlich verringert werden, bei welcher die Rotationsachse der Antriebswelle mit der Längsachse des Handgriffs übereinstimmt.
Gerät nach Anspruch 28, bei welchem der Winkel innerhalb eines Bereichs von 5° bis 15° liegt.