Zahnbürstenantriebswelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebswelle für Elektrokleingeräte des persönlichen Bedarfs. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Zahnbürstenantriebswelle mit einem Wel- lenschaft, auf dem drehfest ein Kraftübertragungsstück, insbesondere ein exzentrisches Kurbelstück, sitzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Antriebswelle, bei dem das Kraftübertragungsstück und der Wellenschaft separat gefertigt und anschließend miteinander gefügt werden.

Bei elektrischen Zahnbürsten ist der Bürstenkopf mit dem Elektromotor der Zahnbürste in der Regel über ein Getriebe verbunden, das die rotatorische Antriebsbewegung des Elek- tromotors in eine rotatorisch oszillierende Antriebsbewegung umwandelt, so dass der Bür- stenkopf hin-und hergehend angetrieben wird. Regelmäßig ist dabei eine mit dem Bürsten- kopf gekoppelte Abtriebswelle vorgesehen, die ein exzentrisches Kurbelstück aufweist, über das sie vom Motor her durch ein weiteres Teil des Antriebsstrangs bzw. des Getriebes an- getrieben wird.

Eine solche Antriebswelle zeigt zum Beispiel die EP 0 560 758 B1, wonach auf dem motor- seitigen Ende der Welle eine Kurbelplatte sitzt, die einen parallel zur Längsachse der Welle angeordneten, exzentrischen Kupplungsstift trägt. Diese bekannte Antriebswelle ist jedoch in verschiedener Hinsicht verbesserungsfähig. Das als Kurbelplatte ausgebildete Kraftübertra- gungsstück ist aufgrund der einzuhaltenden Toleranzen schwierig und damit teuer zu ferti- gen. Einerseits muss der kupplungsstift lagegenau an der ICurbelplatte verankert werden.

Die hierzu vorgesehene Bohrung in der Kurbelplatte muss mit entsprechender Präzision gefertigt werden. Zum anderen müssen auch bei der Bohrung, mit der die Kurbelplatte auf dem Wellenschaft sitzt, sehr geringe Toleranzen eingehalten werden, um den gewünschten Presssitz zu erhalten und die notwendigen Drehmomente übertragen zu können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Antriebs- welle der eingangs genannten Art sowie ein verbessertes Verfahren zu ihrer Herstellung anzugeben, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Vorzugsweise soll ein einfach und kostengünstig herzustellendes ex- zentrisches Kraftübertragungsstück für die Antriebswelle geschaffen werden, das dennoch zuverlässig Momente überträgt.

Die genannte Aufgabe wird durch eine Antriebswelle gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Hin- sichtlich des Herstellverfahrens wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren nach Pa- tentanspruch 10 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass das Kraftübertragungsstück einen Wickelkörper besitzt, der den Wellenschaft drehfest umschlingt. Anstelle einer Kurbelplatte mit einer Auf- nahmebohrung, die im Presssitz auf dem Wellenschaft sitzt, ist ein wendelförmig geschlun- gener Befestigungsabschnitt vorgesehen, der kraftschlüssig auf dem Wellenschaft sitzt.

In Weiterbildung der Erfindung kann das Kraftübertragungsstück einschließlich seines Wik- kelkörpers und eines damit verbundenen Funktionsarms einstückig ausgebildet sein, insbe- sondere aus gebogenem Draht bestehen, das Kraftübertragungsstück kann aus Federstahl bestehen, so dass es elastisch ausgebildet ist und einen Federkörper bildet.

Als Funktionsarm kann insbesondere ein frei auskragender Kurbelarm vorgesehen sein, mit Hilfe dessen ein Moment von der bzw. auf die Welle übertragbar ist. Vorzugsweise ist als Kurbelarm ein exzentrisch angeordneter, zur Wellenlängsachse etwa paralleler Kupplungs- stift vorgesehen, mit dem das im Getriebestrang nächste Bauteil in Eingriff stehen kann. Der Kupplungsstift wird dabei vorzugsweise von einem abstehenden Ende des Drahts gebildet, aus dem der Wickelkörper des Federelements gewickelt ist.

Vorteilhafterweise kann der Feder-bzw. Wickelkörper auf einer herkömmlichen Federwik- kelmaschine für Druck-und Zugfedern sehr preiswert hergestellt werden. In verfahrenstech- nischer Hinsicht wird also erfindungsgemäß das Kraftübertragungsstück aus einem Draht gebogen, der abschnittsweise zu dem wendelförmigen Wickelkörper gebogen und sodann auf den Wellenschaft geschoben wird, so dass der Wickelkörper drehfest auf dem Wellen- schaft sitzt. Dabei muss nicht zwangsweise der Wickelkörper bewegt werden, um ihn auf den Wellenschaft aufzuschieben. Es kann auch die Welle in den feststehenden und- gehaltenen Wickelkörper eingeschoben werden.

Grundsätzlich kann daran gedacht werden, den Wickelkörper unmittelbar auf den Wellen- schaft zu wickeln. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, den Wickelkörper ohne Beteiligung der Welle zunächst mit einem Innendurchmesser zu fertigen, der kleiner ist als der Außen- durchmesser des Wellenschafts und den Wickelkörper sodann mit einem Aufweitwerkzeug auf einen Montagedurchmesser, der zumindest so groß wie der Außendurchmesser des Wellenschafts ist, elastisch aufzuweiten und auf den Wellenschaft aufzuschieben. Sobald der Wickelkörper auf dem Wellenschaft die gewünschte Lage einnimmt, wird die elastische Aufweitung durch Entfernen des Aufweitwerkzeuges rückgängig gemacht, so dass der Wik- kelkörper sich rückstellt bzw. rückzustellen versucht und sich dabei um den Wellenschaft spannt. Hierdurch sitzt er reibungs-und kraftschlüssig dauerhaft auf dem Wellenschaft.

Um die gewünschte rotatorische Ausrichtung des Kraftübertragungsstücks relativ zur Welle zu erreichen, können an dem Aufweitwerkzeug vorgesehene Ausrichtmittel verwendet wer- den, mit Hilfe derer einerseits der Funktionsarm des Kraftübertragungsstücks und anderer- seits der die rotatorische Orientierung definierende Abschnitt des Wellenschafts abgetastet bzw. gegriffen werden. Üblicherweise kann der Wellenschaft an seinem dem Kraftübertra- gungsstück gegenüberliegenden Ende eine Abflachung oder eine Kerbe besitzen, aufgrund derer er nicht vollständig rotationssymmetrisch ausgebildet ist und die rotatorische Ausrich- tung des Kraftübertragungsstücks bei der Montage notwendig ist.

Alternativ oder zusätzlich zu dem kraftschlüssigen Sitz des Wickelkörpers auf dem Wellen- schaft könnte auch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Wickelkörper und dem Wellenschaft vorgesehen sein. Beispielsweise könnte ein ovaler Querschnitt des Wellen- schafts im Bereich des Kraftübertragungsstücks und dementsprechend eine ovale Kontur des Wickelkörpers vorgesehen sein. Vorzugsweise jedoch sitzt der Wickelkörper allein kraft- bzw. reibschlüssig auf dem kreisrunden Wellenschaft. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise bei Überbelastung ein Durchrutschen des Kraftübertragungsstücks erzielt werden, ohne die Verbindung zwischen dem Kraftübertragungsstück und dem Wellenschaft zu beschädigen.

Im Gegensatz hierzu führt bei den herkömmlichen Kurbelplatten eine Überbelastung stets zu einer dauerhaften Beschädigung. Das Gleitmoment ist im Falle einer herkömmlichen Kur- belplatte wesentlich geringer als das Lösemoment, so dass bei einer Überbelastung der Verbindung die Baugruppe unbrauchbar ist. Im Gegensatz hierzu bleibt nach einer Überbe- lastung und einem entsprechenden Durchrutschen eines Kraftübertragungsstücks mit dem erfindungsgemäßen Wickelkörper die entsprechende Baugruppe noch brauchbar. Es ist lediglich eine erneute rotatorische Ausrichtung zwischen dem Wickelkörper bzw. dem Kraftübertragungsstück und dem Wellenschaft notwendig. Bei dem kraftschlüssig auf dem Wellenschaft sitzenden Wickelkörper sind das Löse-und das Gleitmoment weitgehend iden- tisch.

Zweckmäßigerweise besitzen sowohl der Wickelkörper als auch der Wellenschaft Kreiszy- linderform. Der Wellenschaft ist dabei zumindest in seinem Bereich, in dem der Wickelkör- per angeordnet ist, kreiszylindrisch.

Der Umschlingungswinkel des Wickelkörpers kann in Abhängigkeit des zu übertragenden Drehmoments verschieden gewählt werden. Entsprechend dem Eytelwein'schen Prinzip kann mit zunehmendem Umschlingungswinkel eine Vergrößerung des übertragbaren Drehmoments erreicht werden. In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung beträgt der Um- schlingungswinkel zwischen 4# und 12 ru, vorzugsweise 6 77 bis 10 77. Bei den vom Antrieb elektrischer Zahnbürsten üblicherweise zu übertragenden Drehmomenten kann der Um- schlingungswinkel etwa 8 7w betragen, das heißt der wendelförmige Wickelkörper windet sich etwa vier Mat um die Welle herum.

Der Draht, aus dem das Kraftübertragungsstück gewickelt wird, kann hinsichtlich seiner Materialstärke verschieden gewählt, insbesondere an den Durchmesser des Wellenschafts angepasst werden. Je nach Anwendungsfall kann der Drahtdurchmesser entsprechend dem Durchmesser des Kupplungsstiftes gewählt werden, der von der zu ersetzenden Kupplung- platte getragen wird. Hierdurch wird es möglich, die Antriebswelle als Austauschteil zu ver- wenden, ohne die übrigen Teile des Getriebes zwischen Elektromotor und Zahnbürstenkopf verändern zu müssen.

In Weiterbildung der Erfindung wird der für den Wickelkörper verwendete Draht einen Mate- rialdurchmesser besitzen, der kleiner als der Durchmesser des Wellenschaftes ist, vorzug- weise etwa 1/4- bis 1/2-mal dem Wellenschaftdurchmesser beträgt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles und zu- gehöriger Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Figur 1 eine Schnittansicht einer elektrischen Zahnbürste mit einer motorgetriebenen Abtriebswelle gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, wo- nach auf der Abtriebswelle als Kraftübertragungsstück ein Kurbelstück mit ei- nem Wickelabschnitt aus Federstahl sitzt, Figur 2 eine vergrößerte Seitenansicht der Abtriebswelle mit dem darauf sitzenden Kurbelstück aus der Zahnbürste gemäß Figur 1, Figur 3 eine Draufsicht auf die Stirnseite der Abtriebswelle aus Figur 2, die die rotato- rische Ausrichtung des Kurbelstücks relativ zu dem abgeflachten Ende der Abtriebswelle zeigt, Figur 4 eine vergrößerte Draufsicht auf das als Federkörper mit Wickelabschnitt aus- gebildete Kurbelstück aus den vorhergehenden Figuren, wobei die Titan- sicht b) gegenüber der Teilansicht a) um 90° gedreht ist und die Teilansicht c) ein Schnitt durch den Federkörper entlang der Linie A-A in der Teilansicht a) ist, und Figur 5 eine Draufsicht auf die Stirnseite des Federkörpers aus Figur 4.

Die in Figur 1 gezeigte elektrische Zahnbürste besitzt in an sich bekannter Weise ein Ge- häuse 1, das das Handstück der Zahnbürste bildet und einen elektrischen Antrieb zur Bewe- gung eines nicht dargestellten Bürstenaufsatzes aufnimmt. In dem Gehäuse 1 ist ein Elek- tromotor 2 sowie ein davon angetriebenes Getriebe 3 aufgenommen, das eine stirnseitig aus dem Gehäuse 1 heraustretende Abtriebswelle 4 umfasst, um einen am stirnseitigen Ende des Gehäuses 1 aufsteckbaren Bürstenkopf rotatorisch oszillierend anzutreiben. Die Ab- triebswelle 4 besitzt hierzu an ihrem stirnseitigen Ende eine Abflachung 5 sowie eine gegen- überliegend der Abflachung vorgesehene Einkerbung, um mit dem bürstenkopfseitigen An- triebsstrang gekuppelt werden zu können. Am gegenüberliegenden, rückseitigen Ende des Gehäuses 1 ist ein Batterieaufnahmefach 7 vorgesehen, um Batterien zur Energieversor- gung des Elektromotors 2 aufzunehmen.

Wie Figur 1 zeigt, sind die Abtriebswelle 4 und der Elektromotor 2 mit seiner Motoraus- gangswelle 8 zu einander parallel, aber versetzt angeordnet. Das Getriebe 3 umfasst zwi- schen der Motorausgangswelle 8 und der Abtriebswelle 4 diverse Eingriffs-und Umlenkteile wie Kurbel, Koppel und Schwinge sowie schließlich das drehfest auf der Abtriebswelle 4 sit- zende Kurbelstück 9, wie noch erläutert wird, um die Drehbewegung der Motorausgangs- welle 8 in eine oszillierende Drehbewegung der Abtriebswelle 4 in an sich bekannter Weise umzusetzen.

Die Abtriebswelle 4 ist im Gehäuse 1 drehbar, jedoch axial fest gelagert. Sie sitzt mit ihrem rückseitigen Ende in einer Lagerbuchse 10, die axiale Druckkräfte aufnimmt. Gegen Her- ausziehen kann die Abtriebswelle 4 durch das fest auf dem Wellenschaft sitzende Kurbel- stück 9 gesichert sein, über das die Welle axial an einem gehäusefesten Lagerabsatz 11 ansteht bzw. anstehen würde, wenn Zugkräfte auf die Welle wirken.

Wie Figur 2 zeigt, besitzt die Abtriebswelle 4 einen geraden, länglichen Wellenschaft 12, der von seiner stirnseitigen Abflachung 5 und der Einkerbung 6 abgesehen zylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise kann der Wellenschaft aus Stahl oder einem ähnlich hochfesten Werkstoff bestehen.

Wie die Figuren 2 und 3 zeigen, umfasst das Kurbelstück 9 einen wendelförmigen Wickel- körper 13 sowie einen mit dem Wickelkörper 13 fest verbundenen Funktionsarm 14 in Form eines Kurbelstifts, der exzentrisch von dem Wellenschaft 12 auskragt. Wie Figur 2 zeigt, erstreckt sich der Kurbelarm bzw.-stift im wesentlichen parallel zur Längsachse des Wet- lenschafts 12.

Der Wickelkörper 13 sowie der Kurbelarm 14 sind einstückig und bilden einen Federkörper aus Federstahl. Der Wickelkörper 13 ist nach Art einer Zylinderfeder wendelförmig aufge- wickelt. Zu einer Seite hin läuft der Federstahl dabei in den Kurbelarm 14 aus, der zunächst radial über den Umfang des Wickelkörpers 13 hinausläuft und schließlich in Wickelkörper- längsrichtung abgekröpft ist, so dass das freie Ende des Kurbelarms 14 sich parallel zur Längsachse des Wickelkörpers 13 erstreckt (vgl. Figur 4 a und b). Das gegenüberliegende Ende des Federstahis, aus dem das Kurbelstück 9 gewickelt ist, läuft ebenfalls in radialer Richtung leicht aus, wie Figur 5 zeigt, was das Aufspreizen des Wickelkörpers zu dessen Montage auf den Wellenschaft erleichtert, wie noch erläutert wird. Wie Figur 5 zeigt, laufen die Enden des Drahtes, aus dem das Kurbelstück 9 gewickelt ist, zu unterschiedlichen Sei- ten aus und schließen in der stirnseitigen Draufsicht zueinander einen spitzen Winkel ein.

Das Kurbelstück 9 mit seinem Wickelkörper 13 kann in vorteilhafter Weise auf einer her- kömmlichen Federwickelmaschine für Druck-bzw. Zugfedern sehr preiswert hergestellt wer- den. Die Anzahl der Windungen des Wickelkörpers 13 kann verschieden gewählt und an das zu übertragende Drehmoment angepasst werden. In der gezeichneten Ausführungsform sind vier vollständige Wicklungen vorgesehen, das heißt der Umschlingungswinkel des Wink- kelkörpers 13 beträgt etwa 8 zz.

Der Wickelkörper 13 wird auf der Federwickelmaschine zunächst mit einem Innendurchmes- ser gewickelt, der kleiner ist als der Außendurchmesser des Wellenschaftes 12. Mittels ei- nem nicht näher dargestellten Aufweitwerkzeugs wird der Wickelkörper 13 sodann leicht aufgeweitet, so dass der Wellenschaft 12 in axialer Richtung in den Wickelkörper 13 hinein- geschoben werden kann, bis er die in Figur 2 gezeigte Lage einnimmt. Dabei ist zu beach- ten, dass das kurbelstück 9 die gegenüber der Abflachung 5 gewünschte rotatorische Aus- richtung einnimmt. Vorteilhafterweise greift dabei das Aufweitwerkzeug den Kurbelarm 14 des Federkörpers. Gleichzeitig wird von dem Aufweitwerkzeug beim Einschieben des Wet- lenschaftes 12 dessen Abflachung 5 abgetastet bzw. gegriffen, so dass der Kurbelarm 14 des Kurbelstücks 9 stets in der gewünschten Ausrichtung zu der Abflachung 5 auf dem Wellenschaft zu liegen kommt.

Die elastische Aufweitung des Wickelkörpers 13 wird sodann aufgehoben, indem das Auf- weitwerkzeug entspannt bzw. entfernt wird. der Wickelkörper 13 stellt sich zurück und zieht sich radial in seinem Durchmesser zusammen, sodass er kraftschlüssig drehfest auf dem Wellenschaft 12 zu sitzen kommt.

Der Kurbelarm 14 könnte grundsätzlich zu unterschiedlichen Seiten hin abgekröpft sein. An- ders als in den Figuren gezeigt, könnte das frei auslaufende Ende, das den Kurbelarm 14 bildet, zurückgebogen, das heißt gemäß Figur 4 nach unten gebogen sein, so dass es sich über den Wickelkörper 13 zurück und gegenüberliegend dem Wickelkörper und radial au- ßerhalb desselben erstrecken würde. In der gezeichneten Ausführung gemäß Figur 4 er- streckt sich der Kurbelarm 14 jedoch von dem Wickelkörper 13 weg, so dass er in axialer Richtung stirnseitig über den Wickelkörper 13 vorspringt. Dies besitzt den Vorteil, dass bei gleichem Hebelarm in radialer Richtung mehr Luft zwischen dem Wellenschaft und dem Kurbelarm 14 verbleibt, insofern als sich der Wickelkörper 13 nicht dazwischen erstreckt.

Hierdurch kann die Schwinge des Getriebes 3 um die Ausnehmung herum, in die der Kur- belarm 14 eingreift, mehr Fleisch besitzen.

Für das Kurbelstück 9 kann Federstahl unterschiedlichen Durchmessers Verwendung finden und die Materialstärke kann an die zu übertragenden Momente bzw. auch an den Durch- messer des Wellenschaftes angepasst werden. Für die üblichen Durchmesser von Zahnbür- stenabtriebswellen beträgt die Materialstärke des Federstahis, aus dem der Wickelkörper 13 gewickelt ist, zwischen 1 und 2 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 1, 5 mm. In der gezeich- neten Ausführung ist ein Federdraht mit kreisförmigem Durchmesser von etwa 1, 2 mm vor- gesehen.

Die in Figur 2 gezeigte Antriebswelle wird mitsamt dem darauf drehfest befestigten Kurbel- stück 9 in das Gehäuse 1 der elektrischen Zahnbürste eingesetzt, so dass die Antriebswelle in den dafür vorgesehenen Lagerstellen gehalten wird. Das Kurbelstück 9 wird mit seinem Kurbelarm 14 in die dafür vorgesehene Aufnahmebohrung oder ggf. Längsnut der im An- triebsstrang unmittelbar folgenden Schwinge eingesteckt, so dass es damit in Eingriff ist. Die hin-und hergehende Bewegung der Schwinge wird sodann von dem Kurbelstück 9 in eine rotatorische oszillierende Antriebsbewegung der Antriebswelle 4 übertragen.

Von der zuvor beschriebenen Ausführungsform abgesehen, kann das Kraftübertragungs- stück mit dem drehfest auf der Welle sitzenden Wickelkörper auch Verwendung als Motor- exzenter oder als Querachse auf glatten Wellen Verwendung finden. Vorzugsweise jedoch bildet das zuvor beschriebene Kraftübertragungsstück das Kurbelstück 9 der Abtriebswelle einer elektrischen Zahnbürste.