Die Erfindung betrifft die Steuerung einer Anzeige zum Anzeigen der
Anwendungsdauer einer elektrischen Zahnbürste mit einem Bürstenkopf dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuerung einen mehrachsigen Neigungssensor umfasst, der sowohl die Ausrichtung
der Bürstenfläche des Bürstenkopfes zu den lateralen Zahnflächen bestimmt, wobei
eine Neigungsgröße (phi) ermittelt wird, als auch den Bewegungsverlauf der Zahnbürstenlängsachse
auf der Transversalebene bestimmt, wobei eine Beschleunigungsgröße (alpha) ermittelt
wird. Ferner betrifft die Erfindung eine elektrische Zahnbürste mit dieser Steuerung.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine
automatische Messung und Kenntlichmachung der Anwendungsdauer zu schaffen, welche
die verschiedenen Zahnflächen vollständig differenziert, welche berücksichtigt,
wie lange ein Anwender eine jeweilige Zahnfläche bereits gereinigt hat und welche
den Anwender darüber in Kenntnis setzt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die Ausführungsformen aus den Patentansprüchen gelöst.
Die Erfindung betrifft somit die Steuerung einer Anzeige zum Sichtbarmachen
der Anwendungsdauer einer elektrischen Zahnbürste mit einem Bürstenkopf dadurch
gekennzeichnet, dass die Steuerung einen mehrachsigen Neigungssensor umfasst, der
sowohl die Ausrichtung der Bürstenfläche des Bürstenkopfes zu den lateralen Zahnflächen
bestimmt, wobei eine Neigungsgröße (phi) ermittelt wird, als auch den Bewegungsverlauf
der Zahnbürstenlängsachse auf der Transversalebene bestimmt, wobei eine Beschleunigungsgröße
(alpha) ermittelt wird.
Der Neigungssensor ist im Zahnbürstengehäuse (Handteil)
eingebaut. Ausgangspunkt der Erfindung ist die – unter EP
04027631.3 beschriebene – empirische Beobachtung, dass man die Bürstenfläche
eines Bürstenkopfes naturgemäß nicht parallel, sondern geneigt an die lateralen
Zahnflächen heranführt. Ursächlich dafür ist die Tatsache, dass ein Anwender beim
Zähneputzen die Lippen möglichst geschlossen hält, um nicht Speichel zu verlieren.
Er führt deswegen die Zahnbürste tendenziell mittig in den Mund und lenkt sie sodann
schräg zu den Zähnen. Infolgedessen legt sich der Bürstenkopf schräg an die lateralen
Zahnflächen. Die Neigungsgröße (phi) reicht als Orientierungsgröße aus, wenn beabsichtigt
wird, die Bewegungen des Bürstenkopfes seiner Lage zu den Zähnen anzupassen (siehe
EP 04027631.3.). Beabsichtigt man, jede
Zahnfläche getrennt zu erfassen, was für eine Auswertung der Putzdauer je Zahnfläche
notwendig ist, muss neben der Neigungsgröße (phi) auch die Beschleunigungsgröße
(alpha) detektiert werden.
Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Steuerung sowohl die
Ausrichtung der Bürstenfläche des Bürstenkopfes zu den lateralen Zahnflächen bestimmt,
wobei eine Neigungsgröße (phi) ermittelt wird, als auch den Bewegungsverlauf der
Zahnbürstenlängsachse auf der Transversalebene bestimmt, wobei eine Beschleunigungsgröße
(alpha) ermittelt wird.
Gemäß den oben stehenden Ausführungen ist in einer bevorzugten Ausführungsform
der Steuerung die Neigungsgröße (phi) der Winkel, der durch Bürstenfläche und lateraler
Zahnfläche gebildet wird, und die Beschleunigungsgröße (alpha) die Beschleunigung,
die durch eine Änderung des Bewegungsverlaufs der Zahnbürstenlängsachse auf der
Transversalebene gebildet wird.
Die lateralen Zahnflächen entsprechen hierbei in etwa der Lage des
Vektors der Schwerkraft, d.h. beim stehenden Probanden entlang der anterior-posterioren
Körperachse, in anderen Worten, vertikal zur Standfläche des Probanden. Vorzugsweise
wird die Neigungsgröße (phi) daher als Ausrichtungswinkel bezogen auf den Vektor
der Schwerkraft bestimmt (siehe EP 04027631.3.).
Die Transversalebene entspricht bei einem stehenden Probanden in etwa der Horizontalebene.
Vorzugsweise wird die Beschleunigungsgröße (alpha) somit als Änderung des Bewegungsverlaufs
der Zahnbürstenlängsachse auf der Horizontalebene bestimmt.
Kennwerte, mittels derer man bestimmen kann, wo im Mund sich der Bürstenkopf
befindet, ergeben sich zum einen aus Grenzwertbereichen, die sich für die Neigungsgröße
(phi) definieren lassen, und zum anderen aus der Änderung des Bewegungsverlaufs
der Zahnbürstenlängsachse auf der Transversalebene, welche durch die Beschleunigungsgröße
(alpha) repräsentiert wird.
Für die Neigungsgröße (phi) können Grenzwertbereiche definiert werden,
da die Bürstenfläche an die rechten und linken (aus Sicht des Anwenders) lateralen
Zahnflächen der Backenzähne des Oberkiefers ebenso wie an die rechten und linken
lateralen Zahnflächen der Backenzähne des Unterkiefers und an die Außenseite der
lateralen Zahnflächen der oberen und unteren Schneidezähne sowie an deren Innenseite
mit einer je spezifischen Schräge herangeführt wird (siehe EP
04027631.3.). Auch die jeweilige Ausrichtung der Bürstenfläche zur Kauflächen
der Oberkieferzähne einerseits und zur Kauflächen der Unterkieferzähne andererseits
lässt sich anhand von Grenzwertbereichen der Neigungsgröße (phi) erfassen. Somit
werden alle Zahnflächen durch Grenzwertbereiche der Neigungsgröße (phi) abgedeckt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für die Neigungsgröße
(phi) deswegen bevorzugt mehrere Grenzwertbereiche definiert.
Im Folgenden wird beschrieben, welche lateralen Zahnflächen welchen
Grenzwertbereichen erfindungsgemäß zugeordnet werden. Die Grenzwertbereiche werden
als graduelle Abweichung vom Vektor der Schwerkraft (0 Grad) ausgedrückt. Mit Bezug
auf den Vektor der Schwerkraft liegt der 1. Grenzwertbereich vorzugsweise zwischen
–10 und 10 Grad. Er gilt für die Außenseite der rechten Unterkiefer-Schneidezähne
und die Außenseite der rechten Oberkiefer-Schneidezähne (hier und im Folgenden stets
aus Sicht des Anwenders gedacht). Der 2. Grenzwertbereich liegt zwischen 20 und
50 Grad und gilt für die Backenseite der rechten Unterkiefer-Backenzähne und die
Zungenseite der linken Unterkiefer-Backenzähne. Der 3. liegt zwischen 130 und 160
Grad und gilt für die Zungenseite der rechten Unterkiefer-Backenzähne und die Backenseite
der linken Unterkiefer-Backenzähne. Der 4. liegt zwischen 170 und 190 Grad und gilt
für die Außenseite der linken Unterkiefer-Schneidezähne und die Außenseite der linken
Oberkiefer-Schneidezähne. Der 5. liegt zwischen 200 und 230 Grad und gilt für die
Gaumenseite der rechten Oberkiefer-Backenzähne und die Backenseite der linken Oberkiefer-Backenzähen.
Der 6. liegt zwischen 310 und 340 Grad und gilt für die Backenseite der rechten
Oberkiefer-Backenzähen und die Gaumenseite der linken Oberkiefer-Backenzähne.
Die laterale Zahnfläche der Gaumen- bzw. Innenseite der Oberkiefer-Schneidezähne
und die laterale Zahnfläche der Zungen- bzw. Innenseite der Unterkiefer-Schneidezähne
werden den Grenzwertbereichen der Kauflächen zugeordnet. Dementsprechend liegt der
7. Grenzwertbereich zwischen 60 und 120 Grad und gilt für die Kauflächen der Unterkieferzähne
und die Zungen- bzw. Innenseite der Unterkiefer-Schneidezähne.
Der 8. Grenzwertbereich liegt zwischen 240 und 300 Grad und gilt für die Kauflächen
der Oberkieferzähne und die Gaumen- bzw. Innenseite der Oberkiefer-Schneidezähne.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind für die Neigungsgröße
(phi) deswegen am meisten bevorzugt acht Grenzwertbereiche definiert.
Vorausgesetzt der Bürstenkopf weist eine Bürstenfläche auf, die ganz
oder teilweise plan ist, bewegt sich die Ausrichtung, mit der ein Anwender die Bürstenfläche
an die Zahnflächen legt, stetig in einem der genannten Grenzwertbereiche. Ist der
Bürstenkopf nur mit einer Bürstenrolle versehen, die um die Längsachse der Zahnbürste
rotiert, verfehlt ein Anwender die naturgemäß schräge Ausrichtung der Bürstenfläche
zu den lateralen Zahnflächen, da ihm die zylinderförmige Oberfläche der Bürstenrolle
keine Anhaltspunkte liefert.
Die Steuerung gehört deswegen zu einer Zahnbürste, die erfindungsgemäß
einen Bürstenkopf umfasst, welcher eine ganz oder teilweise plane Bürstenfläche
aufweist.
Solange die für die Neigungsgröße (phi) definierten Grenzwertbereiche
als einzige Orientierungsgröße fungieren, kann noch nicht vollständig zwischen den
verschiedenen Zahnflächen differenziert werden. Beispielsweise wird noch kein Unterschied
gemacht zwischen der Backenseite der rechten Oberkieferbackenzähne und der Gaumenseite
der linken Oberkieferbackenzähne. Beide lateralen Zahnflächen werden dem gleichen
Grenzwertbereich zugeordnet, weil für beide ein weitgehend ähnlicher Neigungswinkel
(phi) detektiert wird (siehe oben).
Die verschiedenen Zahnflächen differenziert zu erfassen, gelingt,
sobald man die Beschleunigungsgröße (alpha) bestimmt, d.h. die Änderungen des Bewegungsverlaufs
der Zahnbürstenlängsachse auf der Transversalebene. Dabei werden als weitere Orientierungsgrößen
einerseits die Richtung des Bewegungsverlaufs erfasst, wobei zwischen Stillstand,
Links-Rechts-Bewegungen (aus Sicht des Anwenders) und Rechts-Links-Bewegungen unterschieden
wird, und andererseits die Intensität bestimmt, mit der die Bewegungen verläuft,
wobei zwischen zeitlich kurzen und langen Bewegungen unterschieden wird. Alternativ
oder ergänzend kann – was die Intensität der Beschleunigung betrifft –
auch zwischen starken und schwachen Beschleunigungen unterschieden werden.
Bevorzugt sind deswegen für die Beschleunigungsgröße (alpha) mehrere
Änderungen des Bewegungsverlaufs, am meisten bevorzugt vier Änderungen des Bewegungsverlaufs
definiert, wodurch einerseits die Richtung des Bewegungsverlaufs und andererseits
die Intensität der Bewegung repräsentiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung werden die vom
Neigungssensor gelieferten Signale an die Steuerung weitergegeben und dort verarbeitet.
Damit die Sensorsignale von der Steuerung verarbeitet werden können,
ist es günstig, wenn die Steuerung direkt oder indirekt mit dem Neigungssensor verbunden
ist, wenn der Neigungssensor von der Steuerung abfragbar ist und wenn die vom Neigungssensor
gemessenen Neigungswerte in die Steuerung übertragbar sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung ein Speicherelement.
Zur Verarbeitung der Sensorsignale eignet sich erfindungsgemäß ein
Mikrocontroller, der als integriertes Schaltungselement (unter anderem) sowohl über
einen Programmspeicher (ROM) als auch über einen Arbeitsspeicher (RAM) verfügt.
Die Arbeitsweise von Mikrocontrollern mit integrierten Speicherelementen ist dem
Fachmann bekannt und in der Fachliteratur beschrieben.
Da nicht vorhersehbar ist, wo im Mund ein Anwender das Zähneputzen
beginnt, muss zunächst abgewartet werden, bis der Anwender den Bürstenkopf an mehrere
unterschiedliche Zahnflächen gelegt hat (Abtastungsphase). Die dabei anfallenden
Sensorsignale werden in der Steuerung zwischengespeichert. Mittels der durch die
Bewegung des Bürstenkopfes im Mund auftretenden Veränderungen der Beschleunigungsgröße
(alpha) in Verbindung mit den wechselnden Grenzwertbereichen der Neigungsgröße (phi)
lässt sich schrittweise zwischen den unterschiedlichen Zahnflächen differenzieren.
Dabei spielt eine Rolle: 1. von welchem zu welchem Grenzwertbereich
der Neigungsgröße (phi) der Bürstenkopf wechselt, 2. ob der betretene Grenzwertbereich
größer oder kleiner ist als der verlassene – woraus sich auf die Drehrichtung
der Abweichung vom Vektor der Schwerkraft schließen lässt –, 3. ob durch den
Bewegungsverlauf die Beschleunigungsgröße (alpha) positiv, negativ oder unverändert
ausfällt – woraus sich auf die Richtung der Bewegung schließen lässt –
und 4. ob die Beschleunigungsgröße (alpha) eine Bewegung von zeitlich kurzer oder
langer Intensität detektiert – woraus sich auf Bewegungen schließen lässt,
bei denen ein Anwender den Bürstenkopf über mehrere Zahnflächen hinweg von den rechten
Zähne zu den linken oder umgekehrt (aus Sicht des Anwenders) versetzt hat. Vorzugsweise
wird zwischen einer gerichteten Beschleunigung pro Zeit ≤ 6 ds (Dezisekunden)
und einer gerichteten Beschleunigung pro Zeit > 6 ds unterschieden.
Um Sprünge über mehrere Zahnflächen hinweg zu detektieren, kann alternativ zur Bestimmung
der zeitlichen Intensität der Beschleunigungsgröße (alpha) oder ergänzend die Beschleunigungsintensität
als Stärke herangezogen werden.
Bei der Verarbeitung der Beschleunigungsgröße (alpha) durch den Mikrocontroller
wird erfindungsgemäß berücksichtigt, in welchem Grenzwertbereich der Neigungsgröße
(phi) sich der Bürstenkopf befindet, so dass gegebenenfalls die Beschleunigungsgröße
(alpha) invertiert werden kann. Dies ist nötig, wenn die Neigungsgröße (phi) aus
dem Bereich 0 bis 180 Grad in den Bereich 180 bis 360 Grad wechselt, mit anderen
Worten wenn ein Wechsel von den Oberkiefer-Zähnen zu den Unterkiefer-Zähnen oder
umgekehrt stattfindet.
Nach mindestens zwei, maximal vier unterschiedlichen Zahnflächen,
an die der Anwender den Bürstenkopf legt, ist die Abtastungsphase beendet und der
Steuerung steht eine Sequenz an Sensorsignalen zur Verfügung, anhand derer sie –
rückwirkend und weiterhin – alle Zahnflächen während desselben Zahnputzvorgangs
differenziert unterscheiden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerung einen Timer.
Günstig ist, wenn der Timer bereits Bestandteil des Mikrocontrollers ist.
Sobald die Steuerung durch eine ausreichend lange Sequenz an Sensorsignalen
die Zahnflächen, an welche ein Anwender während eines Zahnputzvorgangs den Bürstenkopf
legt, zu differenzieren vermag, wird den einzelnen Zahnflächen – rückwirkend
und weiterhin – jeweils die Dauer zugeordnet, während der ein Anwender den
Bürstenkopf in ihrem Bereich (d.h. im Bereich der jeweiligen Zahnfläche) verweilen
lässt (bzw. verweilen hat lassen). Führt ein Anwender den Bürstenkopf während desselben
Zahnputzvorgangs mehrmals in den Bereich derselben Zahnfläche, addiert die Steuerung
die einzelnen Zeitintervalle zur Gesamtverweildauer des Bürstenkopfes an dieser
Zahnfläche.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuerung
direkt oder indirekt eine digitale Anzeige ansteuert. Bevorzugt besteht die digitale
Anzeige aus mehreren Leuchtdioden (LED) oder aus einer Flüssigkristallanzeige (LCD).
Beide Anzeigen arbeiten Strom sparend und können auf kleinstem Raum eingebaut werden.
Bevorzugt stellt die Anzeige die unterschiedlichen Zahnflächen dar.
Handelt es sich um eine LED-Anzeige, dann sind zur ausreichenden Darstellung
der Zahnflächen vorzugsweise 18 Leuchtdioden vorgesehen. Diese werden erfindungsgemäß
so angeordnet, dass der Anwender jede Leuchtdiode sofort und eindeutig mit einer
Zahnfläche in Verbindung bringen kann. Dabei gilt es, das räumliche Verhältnis der
Zahnflächen zueinander sinngemäß in der Ebene nachzubilden. Gleiches ist bei einer
Flüssigkristallanzeige zu beachten, die anhand ihrer Flüssigkristalle ebenfalls
vorzugsweise 18 unterschiedliche Zeichen darzustellen hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung ist die Anzeige
am Zahnbürstengehäuse oder an der Ladestation angebracht. Eine Anzeige, die am Zahnbürstengehäuse
angebracht ist, wird direkt mit der Steuerung verbunden. Günstig ist, wenn sie auf
der Vorderseite des Zahnbürstengehäuses sitzt, so dass sie ein Anwender, der sich
die Zahnbürste mit der Vorderseite nach oben waagrecht in den Mund hält, mit den
Augen erfassen kann. Ist die Anzeige an der Ladestation angebracht, wird sie entweder
über ein Kabel oder über Funk mit der Steuerung verbunden. Eine an der Ladestation
angebrachte Anzeige hat den Vorteil, dass sie vom Anwender während des Reinigungsvorgangs
ständig im Auge behalten werden kann.
In einer bevorzugten Ausführung der Steuerung ist deswegen vorgesehen,
dass die Steuerung direkt oder über Funk mit der Anzeige verbunden ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerung in Abhängigkeit
der Signale des Neigungssensors, welche die Neigungsgröße (phi) repräsentieren,
und der Signale des Neigungssensors, welche die Beschleunigungsgröße (alpha) repräsentieren,
und in Abhängigkeit der Anwendungsdauer die Anzeige reguliert.
Vorzugsweise lässt die Steuerung eine Leuchtdiode immer dann erleuchten,
wenn die der Leuchtdiode zugeordnete Zahnfläche durch den Anwender länger als eine
vorgegebene Zeit gereinigt wurde. Wann die vorgegebene Zeit erreicht bzw. überschritten
wurde, errechnet sich durch Addition der Zeitintervalle, welche die Steuerung anhand
der Sequenz der Sensorsignale gesondert den Zahnflächen zuordnet. Aus zahnmedizinischer
Sicht ist es sinnvoll, für die Innen- bzw. Gaumenseite der Oberkiefer-Zähne und
die Innen- bzw. Zungenseite der Unterkiefer-Zähne eine längere Zeit vorzugeben,
bevor die Steuerung die jeweiligen Leuchtdioden erleuchten lässt. Eine Flüssigkristallanzeige
wird von der Steuerung in gleicher Weise angesteuert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung umfasst der Neigungssensor
mindestens zwei elektrische Schaltungsanordnung, wobei die eine durch die auf den
Neigungssensor einwirkende räumliche Lage und die andere durch die auf den Neigungssensor
einwirkende Beschleunigung im Raum modulierbar ist.
Unter dem Begriff „modulierbar" ist im Sinne der Erfindung
zu verstehen, dass die Schaltungsanordnung in Abhängigkeit der auf den Neigungssensor
einwirkenden Druckkräfte, bevorzugt Gewichts- bzw. Schwerkraft und Beschleunigung,
so geändert wird, dass ein Signal erzeugt wird. Hierbei kann beispielsweise ein
elektrischer Impuls generiert und geändert, d.h. geschwächt oder gestärkt, werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung umfasst die modulierbare
Schaltungsanordnung modulierbare Schaltungselemente, die durch den neigungswinkelabhängigen
Anteil der Gewichtskraft und durch die Masse des Gewichts moduliert werden.
Besonders bevorzugt ist, dass sowohl aufgrund der Modulierung der
modulierbaren Schaltungselemente in Abhängigkeit der Ausrichtung der Bürstenfläche
zu den Zahnflächen eine spezifische Spannung erzeugt wird, die die Neigungsgröße
(phi) repräsentiert, als auch aufgrund der Verstimmung der modulierbaren Schaltungselemente
in Abhängigkeit des Bewegungsverlaufs der Zahnbürstenlängsachse auf der Transversalebene
eine spezifische Spannung erzeugt wird, die eine Veränderung der Beschleunigungsgröße
(alpha) repräsentiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Steuerung sind die Schaltungselemente
druckelektrische Schaltungselemente oder Piezoelemente.
Bei druckelektrischen (piezoresistiven) Schaltungselementen wird durch
die Modulation (bzw. Deformation der Sensor-Membran) die Leitfähigkeit der Schaltungselemente
verändert, so dass in Abhängigkeit der räumlichen Lage des Sensors bzw. seiner Beschleunigung
im Raum eine je spezifische Spannung gemessen werden kann. Alternativ können die
modulierbaren Schaltungselemente piezoelektrische Elemente sein, die aufgrund ihrer
Modulation (bzw. der Deformation der Sensor-Membran) direkt eine spezifische Spannung
erzeugen. Beide Schaltungselemente haben den Vorteil, Druckkräfte unmittelbar in
elektrische Signale umzuwandeln. Zudem arbeiten sie wartungsfrei und eignen sich
daher für den Langzeitbetrieb. Die genauen Funktionsprinzipien von Neigungssensoren
und geeignete Anordnungen, die modulierbar sind, sind dem Fachmann bekannt und im
Stand der Technik beschrieben.
Die Erfindung betrifft auch eine elektrische Zahnbürste gekennzeichnet
dadurch, dass sie die erfindungsgemäße Steuerung und Anzeige umfasst.
Elektrische Zahnbürsten sind im Stand der Technik beschrieben. Erfindungsgemäß
sind sowohl Handgeräte umfasst, bei denen die Steuerung in einem Handteil (auch
Zahnbürstengehäuse oder Griff genannt) eingebaut ist, als auch solche, bei denen
die Steuerung in einem stationären Teil eingebaut ist. Bei letzteren muss der Neigungssensor
jedoch im Handteil verbaut sein, damit der Neigungssensor seine erfindungsgemäße
Funktion, wie hierein beschrieben, erfüllen kann.