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.