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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch.
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Im Bereich der Zahnreinigung wird fortlaufend nach Verbesserungen der Reinigung gesucht. Die herkömmliche Reinigung mit einer Zahnbürste und Zahncreme hat eine Mehrzahl von Nachteilen.
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Die üblichen Zahncremes besitzen bis zu 20% abrasive Bestandteile, wobei die abrasiven Bestandteile zusammen mit einem zu hohen Andruck der Bürste durch den Verwender zu einem massiven Abtrag von Zahnmaterial im Laufe der Zeit führen können. Bei der steigenden durchschnittliche Lebenserwartung führt dies mittlerweile dazu, dass im Alter Zähne regelrecht kaputtgeputzt sind und hieraus Probleme erwachsen.
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Zudem hat die Zahnbürste den Nachteil, dass hierdurch insbesondere bei nicht sachgerechtem Putzen das Zahnfleisch geschädigt werden kann, so dass Paratontose ein häufiges Problem ist. Der überwiegende Teil des die Verschmutzung ausbildenden Biofilms befindet sich unmittelbar oberhalb bzw. unterhalb des Zahnfleisches, weshalb die Reinigung am bzw. neben dem Zahnfleisch eine große Bedeutung hat. Diese ist für Zahnbürsten besonders schwierig weil die Bürste mit dem Zahnfleisch in Kontakt kommt und dieses irritiert.
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Darüber hinaus ist das Putzen mit der Zahnbürste und Zahnpasta aus mundhygienischer Sicht nicht ausreichend, da insbesondere die Zahnzwischenräume (bis zu 40 % der zu reinigende Oberfläche) und die Zahnfleischtaschen nicht ausreichend gesäubert werden weil die Zahnbürste diese Stellen nicht erreicht.
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Die sich durch bakterielle Prozesse bildende Plaque (=oraler Biofilm), aus welcher sich in späteren Stadien Zahnstein bildet, ist ein vergleichsweise gut haftender und auch gut aneinanderhaftender Verschmutzungsfilm, der sich nicht ohne weiteres ablösen lässt, selbst wenn er im direkten Kontakt mit der Zahnbürste abgereinigt wird, aber schon gar nicht in den Zahnzwischenräumen, in welche die Zahnbürste nur bedingt bzw. gar nicht vordringen kann.
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Die herkömmliche Reinigung mit der Zahnbürste macht daher zusätzliche Reinigungsmaßnahmen notwendig, beispielsweise die Verwendung von Zahnseide oder Zwischenzahnbürsten, um in den Zahnzwischenräumen, insbesondere die Bereiche, an denen die Zähne aneinander stehen, zu reinigen, aber auch die Zahnzwischenräume. Auch bei der Verwendung von Zahnseide ist jedoch eine gewisse Fehlanwendungsmöglichkeit gegeben, denn insbesondere kann auch mit Zahnseide das Zahnfleisch verletzt werden, insbesondere im Bereich der Interdentaltaschen, in denen die bakterielle Belastung besonders hoch ist. Dies kann unter anderem zu Zahnfleischentzündungen führen.
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In der Vergangenheit wurde eine Vielzahl von Anläufen unternommen, eine Reinigung in anderer Weise zu gestalten. So ist es zum Beispiel bekannt, die Zwischenräume auch mit Wasserstrahlgeräten zu reinigen. Hierbei hat sich gezeigt, dass die Wasserstrahlgeräte früherer Zeiten zwar eine Reinigung bewirken konnten, jedoch durch die Härte des Strahls das Zahnfleisch leicht beschädigt werden konnte. Heutige Geräte sind bezüglich der Strahlleistung deutlich reduziert worden, so dass eine Schädigung des Zahnfleisches nicht mehr unmittelbar herbeigeführt wird, jedoch ist die Reinigungsleistung hierdurch auch so schlecht geworden, dass diese Geräte weitgehend unwirksam sind.
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Darüber hinaus wurden viele Versuche unternommen sogenannte Ultraschallbürsten zur Verfügung zu stellen, bei denen eine Schwingung der Zahnbürste, welche der Reinigung dient und letztlich zusammen mit Zahnpaste wiederum eine abrasive Reinigung bewirkt, mit Ultraschwingungen überlagert wird, welche angeblich einen Reinigungseffekt bewirken sollen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass derartige Zahnbürsten nicht in der Lage sind, den Ultraschall so im Mundraum einzukoppeln, dass eine Putzwirkung überhaupt nachweisbar wäre. Derartige sogenannte Ultraschallzahnbürsten sind somit gegenüber einer üblichen Handzahnbürste nicht wesentlich besser.
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Andere elektrische Zahnbürsten, bei denen der Bürstenkopf kreisende oder vibrierende Bewegungen macht, haben zwar häufig eine Andruckkontrolle, letztlich führen aber auch diese Bewegungen zu einem abrasiven Putzen.
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Aus der
DE 20 2016 101 191 U1 ist ein Bürstenkopf für eine elektrische Zahnbürste bekannt, der den Zahn allseitig umgreifen soll und an dem Borsten für die Reinigung angeordnet sind. Aus der
US 3,401,690 A ist eine Reinigungsvorrichtung bekannt, bei der Ultraschall über eine Klampe, welche zumindest einen Zahn übergreift, über eine Flüssigkeit auf eine Oberfläche aufgebracht wird.
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Aus der
US 2005/091,770 A ist eine Zahnbürste bekannt, welche wie eine normale elektrische Zahnbürste arbeitet, aber zudem noch einen Ultraschallerzeuger besitzt, der akustische Energie in eine Reinigungsflüssigkeit einbringen soll.
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Aus der
US 2017/0189,149 A1 ist ein System bekannt, mit dem Zähne mit einer Ultraschallvorrichtung aufgehellt werden sollen. Hierfür ist ein Mundstück vorgesehen, welches jeweils ein Volumen für den Oberkiefer und den Unterkiefer aufweist, wobei in dem Mundstück, den Zähnen zugewandt Ultraschallerzeuger angeordnet sind, welche Ultraschallenergie auf die Zahnüberfläche aufbringen können.
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Hierdurch soll ein Effekt erzeugt werden, der als Ultrasound Streaming bekannt ist, wobei ausgeführt wird, dass die Temperatur kontrolliert werden muss und zudem auch verhindert werden muss, dass sich Bläschen bilden, da diese die Übertragung des Ultraschalls behindern. Hierbei soll eine Frequenz von 20 kHz bis 100 kHz angewendet werden, wobei hier gezielt eine Kavitation herbeigeführt werden soll, so dass sich Dampfbläschen bilden, welche an der Oberfläche des Zahnes implodieren, wobei hierbei lokale Temperaturen von bis zu 5000 Kelvin und lokale Drücke bis 1000 Atmosphären entstehen sollen.
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Hierbei ist nachteilig, dass die eingebrachten Energien so hoch sind, dass eine Schädigung des Gewebes praktisch unausweichlich ist.
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Aus der
W02007/060644 A2 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Biofilm durch sogenanntes Micro Streaming bekannt. Hierbei sollen Gasbläschen durch Ultraschall in Resonanz versetzt werden, was zu einem Reinigungseffekt führen soll. Durch die Ultraschallanregung sollen die Gasbläschen in eine Vibration versetzt werden, welche eine akustische Strömung in einem kleinen Bereich in der Nähe des Bläschens induziert. Diese akustische Strömung ist auch als „Micro Streaming“ bekannt. Diese Microströmung soll Scherkräfte erzeugen, die in der Lage sind, den Biofilm zu entfernen. Die entsprechenden Gasbläschen können vorgefertigt sein und insbesondere können diese Bläschen auch in einer Phosphorlipid- oder Protein-Umgebung erzeugt werden, um sie zu stabilisieren.
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Aus der
W02009/077291 A2 ist ebenfalls ein Verfahren zum Heranführen von antimikrobiellen Reagenzien an einen Biofilm bekannt, wobei hierbei Gasbläschen in einer Kunststoffumhüllung in einen Behandlungsraum eingebracht werden, die Kunststoffumhüllung anschließend mit Ultraschall zerstört wird und die Bläschen so freigesetzt werden. Die Gasbläschen wiederum werden durch die Ultraschallfrequenz so angeregt, dass sie vibrieren und nach Erreichen einer maximalen Amplitude der Vibration kollabieren und dadurch den Biofilm aufreißen.
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Aus der
W02010/076705 A1 ist eine Zahnbürste bekannt, die neben Borsten einen Ultraschallerzeuger enthält, der Ultraschall in einen Behandlungsraum einbringt, wobei zusätzlich Microbläschen eingebracht werden. Hierbei kann, muss jedoch keine Kavitation erzeugt werden.
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Aus der
W02020/212214 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine Zahnbürste mit einer Wasserstrahleinrichtung gekoppelt sein soll, wobei die Wasserstrahleinrichtung derart gesteuert sein soll, dass beim Führen der Zahnbürste an den Interdentalbereichen vorbei ein Wasserstrahl die Interdentalbereiche spült. Hierzu sollen geeignete Beschleunigungs-, Geschwindigkeits- oder Wegsensoren eingesetzt werden.
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Aus der
WO 2020/212248 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ebenfalls eine Wasserstrahleinrichtung mit einer Zahnbürste gekoppelt ist, wobei eine Steuerungseinrichtung vorhanden ist, welche eine Annahme trifft, wo sich das Reinigungsgerät im Mund befindet, wobei vorbestimmte Daten und verwenderspezifische Daten verwendet werden, wobei die Daten unter anderem Daten bezüglich der Reinigungstätigkeit des Verwenders oder des Betriebes des Reinigungsgerätes umfassen und dazu verwendet werden, eine Annahme über den Ort zu treffen um beim Erreichen eines Interdentalbereiches diesen mit dem Wasserstrahl zu spülen.
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Bei den bekannten Verfahren ist von Nachteil, dass sich in Versuchen herausgestellt hat, dass die Reinigung mit (implodierenden) Bläschen alleine nicht ausreichend ist. Entweder ist die Reinigungsleistung zu gering oder die Reinigungsleistung ist höher, allerdings wird bei einer höheren Reinigungsleistung, die keineswegs ausreichend sein muss, ein Energiebereich erreicht, der nicht sicher ist, da bei diesen Energiebereichen Kavitation auftreten kann, welche punktuell zu einer Zerstörung sowohl des Zahnfleisches als auch des Zahnmaterials führten kann. Um eine solche Zerstörung auszuschließen, muss dieser Bereich recht weiträumig vermieden werden, wodurch die Reinigungsleistung ineffektiv ist. Bei der Kombination von Microbläschen mit herkömmlichen Zahnbürsten werden letztlich nur die Nachteile beider Technologien kombiniert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, und insbesondere von Zahn- und Zahnfleischoberflächen und Zahnzwischenräumen zu schaffen, welches einfach, schnell und sicher und dazu effektiv und in ungefährlicher Weise den Biofilm von Zahnfleisch, den Zahnzwischenräumen und den Zähnen ablöst.
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Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfinder haben erkannt, dass manche Arten von Mikrobläschen zwar dazu geeignet sind, den Biofilm zu schädigen, allerdings hat sich herausgestellt, dass der Biofilm - gleichsam einem Klettverschluss - sehr schnell wieder dazu neigt, sich zu schließen und wieder aneinander und an einer Zahnoberfläche zu haften, so dass der Biofilm zwar zunächst gelockert, aber nicht abgelöst oder entfernt werden kann.
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Die Erfindung sieht vor, eine zu reinigende Oberfläche mit einem geschlossenen Flüssigkeitsvolumen zu umgeben und innerhalb dieses geschlossenen Flüssigkeitsvolumens einen Druckstrahl bzw. Druckimpuls einer vorbestimmten Stärke und Geschwindigkeit durch eine Düse in Richtung der zu reinigenden Oberfläche zu senden, wobei durch die Natur der Flüssigkeit bedingt bzw. des flüssigen Mediums bedingt, der Druckstoß, welcher ein geringes Volumen an Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen einführt, sich durch die Flüssigkeit fortpflanzt zu einer zu reinigenden Oberfläche.
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Entsprechend der Fluiddynamik entsteht auf der Rückseite des Druckstoßes ein Unterdruck, so dass die zu reinigende Oberfläche zunächst von einem Druckstoß und von einem Unterdruck erreicht wird. Es hat sich gezeigt, dass diese Vorgehensweise nicht nur zu einer wirkungsvollen Beschädigung des Biofilms führt, sondern auch zu dessen wirkungsvollem Ablösen, da die Scherkräfte, die durch den Druck-/Unterdruckwechsel erzeugt werden, so stark sind, dass der Biofilm nicht haften bleibt und sich nicht wieder schließt, sondern in die Reinigungsflüssigkeit überführt wird.
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Der Druckstoß kann hierbei so stark sein, dass es auf der Unterdruckseite zu einem Übergang in die Dampfphase kommt, so dass Kaltdampfbläschen erzeugt werden. Diese kollabieren durch den Druckausgleich, wenn sie die Zahnoberfläche erreicht haben und ihr Volumen wird dem entsprechend wieder mit Flüssigkeit aufgefüllt. Der sich hieraus ergebende Micro-Streaming-Effekt ist für die Reinigung nicht zwingend notwendig, kann sie aber, so er auftritt, durchaus unterstützen.
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Es hat sich zudem überraschend herausgestellt, dass eine geringe Menge von organischen oder mineralischen Zugschlag- bzw. Zusatzstoffen den Reinigungseffekt noch verbessert, wobei diese mineralischen Zuschlagstoffe nicht in der Weise abrasiv wirken wie dies bei einer Zahnbürste und mechanischen Reibbewegungen stattfindet, sondern durch ihre kinetische Energie einen Beitrag leisten. Hierbei ist jedoch der Anteil äußerst gering und liegt zwischen 0,1 und 5 Volumen-% der Reinigungsflüssigkeit, die aus den Düsen ausgestoßen wird.
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Das Verfahren kann vorsehen, aus einer Mehrzahl von Düsen, die in einem Düsenshuttle zusammengefasst sind, die Flüssigkeit auszustoßen bzw. die Druckpulse zu erzeugen, wobei ein solcher Düsenshuttle ein oder mehrere Zähne allseitig umgreift, also in etwa umgekehrt U-förmig (Backenzähne) oder doppel-I-förmig (Schneidezähne) ausgebildet ist und dieser Shuttle über die Zähne geführt wird, beispielsweise von den Weisheitszähnen in Richtung zu den Schneidezähnen, wobei auch mehrere Shuttle vorhanden sein können, so dass die Schneidezähne von einem Shuttle gereinigt werden und die Backenzähne von einem anderen Shuttle.
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Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine einfache, sichere und schonende Reinigung der Zähne, der Zahnzwischenräume und des Zahnfleischbereiches erzielt wird, welche eine weniger abrasive, ggf. sogar nicht abrasive effektive Reinigung gewährleistet.
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Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch, wobei um eine zu reinigende Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen geschaffen wird und mit zumindest einer Anordnung, umfassend zumindest eine Düse ein gepulster Flüssigkeitsstrom auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass ein Druckpuls, der in einem Flüssigkeitsvolumen durch eine Düse erzeugt wird, die eine definierte Menge einer Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen eindüst einen durch das Flüssigkeitsvolumen hindurch sich bewegenden Druckstoß erzeugt, der an einer zu reinigenden Oberfläche Scherspannungen erzeugt.
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In einer Weiterbildung wird in dem Flüssigkeitsvolumen ein Bereich hohen Drucks und ein diesem nacheilender Bereich niedrigeren Drucks bezogen auf den Druck der Flüssigkeit im Volumen erzeugt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass offenbar durch den dadurch entstehenden Druckwechsel, die Scherspannungen durch die Umkehr der Wirkungsrichtung besonders wirksam reinigen. In einer Weiterbildung wird der Druckpuls so stark gewählt, dass der Bereich des niedrigeren Drucks Kaltdampfbläschen erzeugt und mitreißt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die durch Unterdruck entstanden Kaltdampfbläschen durch den Druckausgleich mit der umgebenden Flüssigkeit an der zu reinigenden Oberfläche kollabieren. Hierdurch werden zusätzliche Scherkräfte durch Mikroströmungen der Flüssigkeit in das Bläschenvolumen erzeugt, welche den Reinigungseffekt verstärken können.
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In einer Weiterbildung wird eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Düsen verwendet.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine größere Fläche pro Zeit gereinigt werden kann. In einer Weiterbildung werden die Düsen bei nicht ebenen Oberflächen oder abhängig von einem Abstand zur Oberfläche so betrieben werden, dass die Pulsstärke und oder die Menge des aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit geregelt wird, wobei bei einem größeren Abstand die Pulsstärke und/oder die Pulsdauer und/oder die Pulsfrequenz und/oder die Fördermenge erhöht wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass zum Beispiel in den zahnfleischnahen Bereichen der Zahnzwischenräume mit mehr Energie oder einer größeren Menge an strömender Flüssigkeit gereinigt wird, so dass der Reinigungseffekt an die zu erwartende Menge an Verunreinigungen einerseits oder die Entfernung zur Düse andererseits angepasst wird. Gleichzeitig werden Bereiche, die weniger beabstandet sind, wie z.B. die Zahnflanken mit geringerer Energie beaufschlagt. In einer Weiterbildung wird die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X - (Zahnhochachse) und oder Y - (Zahnquerachse) und oder Z Richtung (auf den Zahn zu) oszilliert.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine Oszillation um die X und/oder Y Richtung einerseits die Überdeckung durch eine Düse erhöht, zum anderen kann hierdurch eine zu punktuelle Energieeinbringung vermieden werden, zudem können hierdurch weitere Strömungseffekte und dadurch Scherspannungen erzeugt werden, wie auch durch eine Oszillation in Z-Richtung.
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In einer Weiterbildung wird die zumindest eine Düse an den Zähnen und/oder dem Zahnfleisch entlanggeführt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass dadurch mit der zumindest einen Düse nacheinander alle zu reinigenden Flächen behandelt werden.
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In einer Weiterbildung werden eine Mehrzahl von Düsen zu einer Düsenanordnung (Shuttle) zusammengefasst, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches angeordnet sind, wobei die Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen sich überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die gesamte Fläche, die zu reinigen ist zumindest von einer Reinigungslinie über die Höhe vom gingivalen zum okklusalen Bereich gereinigt wird, wobei durch die Überdeckung eine lückenlose Reinigung sicher gestellt ist.
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In einer Weiterbildung wird über die Höhe eines Zahnes vom gingivalen zum okklusalen Bereich eine unterschiedliche Düsendichte pro Fläche der Anordnung verwendet, wobei in den Bereichen, in denen die Anordnung weiter von der zu reinigenden Fläche beabstandet ist, wie den Zahnfleischtaschen und den Zahnzwischenräumen im Zahnfleischbereich insbesondere den Papillen eine höhere Anzahl von Düsen verwendet wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Bereiche, die schwerer zu erreichen sind, tiefer liegen oder typischerweise eine höhere Verschmutzungsbeladung aufweisen eine intensivere Reinigung erfahren.
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In einer Weiterbildung sind je eine Mehrzahl von Düsen in einer Shuttleeinrichtung zusammengefasst sind, wobei die Shuttleeinrichtung zumindest den Bereich eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches umgekehrt U-förmig umgreift.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine Mehrzahl von Düsen gemeinsam bewegt und gemeinsam mit der zu pulsenden Flüssigkeit versorgt werden. Zudem ist es hierdurch einfach möglich, sowohl die gingivalen Bereiche als auch die inneren und äußeren Zahnflanken, die Zahnzwischenräume von innen und außen und die Kaufläche zu reinigen.
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In einer Weiterbildung wird die Shuttleeinrichtung über die Zähne mit einer Bewegungseinrichtung bewegt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass hierdurch nach erfolgter Reinigung eines Bereichs, der benachbarte Bereich gereinigt wird. Hierdurch kann die Zahl der Düsen und der Versorgungsleitungen begrenzt werden. Beispielsweise können zwei Shuttleeinrichtungen je pro Kiefer verwendet werden.
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In einer Weiterbildung werden 10 bis 100 Düsen bzw. Austrittsöffnungen pro Shuttleeinrichtung verwendet.
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Hierbei ist von Vorteil, dass mit einer solchen Anzahl eine ausreichende Reinigungsleistung gegeben ist und der Bauraum nicht zu groß wird.
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In einer Weiterbildung wird pro Düse eine kinetische Eingangs-Pulsenergie von bis zu 10 mJ verwendet.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Energie des Pulses im Mundraum nicht zu hoch wird und Gewebe oder Zahnmaterial schädigen könnte, wobei die Ausgangsenergie von der Düsenform, Reibungsverlusten etc. abhängt.
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In einer Weiterbildung beträgt die gesamte Pulsenergie pro Mundstück bei einer Mehrzahl von Shuttleeinrichtungen und Düsen 200 bis 500 mJ, insbesondere 200 bis 300 mJ.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Gesamtenergie so niedrig ist, dass einerseits keine Gewebeschäden entstehen können. Zudem wird der apparative Aufwand außerhalb und innerhalb des Mundraumes so gering gehalten, dass eine miniaturisierte Ausbildung möglich ist.
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In einer Weiterbildung beträgt die Energie pro Zeiteinheit zwischen 12.000 und 100.000 mJ/s.
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Hierbei ist von Vorteil, dass neben den oben genannten Vorteilen die Gesamtenergie so niedrig ist, dass während der Behandlungsdauer eine zu starke Erwärmung der Flüssigkeit im Mundraum unterbleibt.
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In einer Weiterbildung wird mit einer Pulsfrequenz zwischen 50 und 200 Hz gepulst.
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Hierbei ist von Vorteil, dass mit derartigen Frequenzen ausreichend Scherspannungen erzeugt werden und eine starke Reinigungswirkung erzielbar ist.
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In einer Weiterbildung wird der Abstand der Düse zu einer zu reinigenden Oberfläche so eingestellt, dass er zwischen 0,5 mm und 5 mm liegt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass in diesem Bereich eine gute Reinigungswirkung erzielt wird, ohne das Gewebe zu belasten.
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In einer Weiterbildung wird der Auftreffwinkel des Strahles auf der Oberfläche am Zahn so eingestellt, dass er senkrecht oder leicht in Richtung Zahnfleisch auftrifft.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine gute Reinigungswirkung erzielt wird, da die Verschmutzungen von der Kaufläche weg typischerweise zunehmen.
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In einer Weiterbildung wird der Eingangsdruck der Strahlflüssigkeit vor der Düse auf 0,1 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,12 bis 0,5 MPa eingestellt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass die Düsen ausreichend mit Reinigungsflüssigkeit versorgt werden, Rückströmeffekte an der Düse minimiert werden und die Pulsung ohne zu großen Kraftaufwand betrieben werden kann.
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In einer Weiterbildung wird als mit der oder den Düsen zu fördernde Flüssigkeit eine Flüssigkeit verwendet, die Reinigungspartikel enthält, wobei die Partikelkonzentration in der Flüssigkeit 10 g bis 100 g/l beträgt.
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Hierbei ist von Vorteil, dass derartige Partikel durch ihre kinetische Energie neben den Scherkräften einen sanft abrasiven Effekt auf vorhandene Verschmutzungen ausüben, ohne jedoch das Zahnmaterial anzugreifen.
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In einer Weiterbildung enthält die Reinigungsflüssigkeit 0,1 - 5 Volumen-% Partikel.
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Hierbei ist von Vorteil, dass eine solch geringe Menge an Partikeln zu einer deutlich verbesserten Reinigungsleistung führen kann. Trotzdem ist die Menge so gering, dass ein abrasiver Einfluss auf Gewebe oder Zahnmaterial ausbleibt.
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In einer Weiterbildung werden als Partikel mineralische Partikel verwendet.
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Hierbei ist von Vorteil, dass mineralische Partikel eine ausreichend hohe Härte besitzen, erprobt und bewährt sind und die Umwelt nicht belasten.
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In einer Weiterbildung werden Partikel mit einer Partikelgröße von 20 - 120 µm verwendet. Hierbei ist von Vorteil, dass diese Größe für den Reinigungseffekt einerseits und für eine ausreichende kinetische Energie ausreicht. Zudem ist eine solche Größe nicht störend für den Verwender.
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In einer Weiterbildung wird, um die Flüssigkeitsmenge im Volumen konstant zu halten ein Anteil der Flüssigkeit aus dem Volumen abgesaugt, welche im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse zugeführt wird.
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Hierbei ist von Vorteil, dass währen des Reinigungsvorganges insgesamt weniger Flüssigkeit in den Mundraum eingebracht wird und dadurch der Reinigungsvorgang für den Verwender angenehmer ist.
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Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
- 1: eine Düse stark schematisiert, zeigend einen Schnitt durch die Düsenaustrittsöffnung und dem darüber liegenden Flüssigkeitsraum;
- 2: die Isobaren im Raum, zeigend die Druckverteilung mit einem Überdruck- und einem Unterdruckbereich;
- 3: den grundsätzlichen Aufbau einer Düse;
- 4: eine Düse mit ausgetretenem Druckstoß und hierdurch erzeugtem Kaltdampf;
- 5: eine Mehrzahl von Reinigungsbildern, zeigend die Reinigungswirkung nach 2, 4 und 8 Sekunden;
- 6: ein Diagramm, zeigend die Reinigungsleistung mit unterschiedlichen Gehalten an Reinigungspartikeln;
- 7: eine Übersicht, zeigend die Reinigungsleistung nach 1 und 2 Sekunden mit einem Punktstrahl;
- 8: die Reinigungsleistung im Interdentalbereich.
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1 zeigt stark schematisiert den Aufbau einer Düse, wobei die Düse im Bereich des Auslasses, bezogen auf die Auslassrichtung, geschnitten ist, so dass nur eine halbe Düse gezeigt ist. Unterhalb der schrägen Fläche befindet sich der Flüssigkeitsraum innerhalb der Düse und darüber befindet sich das Flüssigkeitsvolumen, welches an einer zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist.
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In 2 sind mit den entsprechenden Linien gleichen Druckes (Isobaren) die unterschiedlichen Druckverhältnisse gezeigt, die in der Flüssigkeit herrschen, wenn ein entsprechender Druckstoß durch die Düse ausgestoßen wird. Man erkennt hierbei, dass ein vorauseilender Bereich hohen Drucks von einem Bereich niedrigerem Drucks gefolgt wird, wobei sich die Drücke hierbei relativ auf den Umgebungsdruck beziehen.
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Kommt ein solcher Druckstoß an einer zu reinigenden Oberfläche an, entsteht durch den hohen Druck zunächst ein kurzer pulsartiger Verdrängungseffekt, der durch den Druckpuls hervorgerufen wird. Hierbei ist der Druckunterschied vom Umgebungsdruck zum Druckpuls wirksam.
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Die nacheilende Zone des Unterdrucks führt zu einem deutlich stärkeren Druckunterschied an der zu reinigenden Oberfläche, da der Druck hier niedriger als der Umgebungsdruck ist. Nachdem der Niederdruckbereich der zu reinigenden Oberfläche angekommen ist, folgt anschließend wieder der Druckausgleich auf den Umgebungsdruck, was ebenfalls wieder zu entsprechenden Strömungen führt.
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Diese sehr schnelle Folge von vergleichsweise starken Druckwechseln führt offenbar zu starken Scherkräften an der Oberfläche, welchen ein Biofilm nicht widerstehen kann, so dass er punktuell geöffnet und abgerissen wird.
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Da nicht nur einzelne Druckpulse auf die Oberfläche gerichtet werden, sondern die Druckpulse mit einer Frequenz von 50 - 200 Hz von der zumindest einen Düse ausgesendet werden, wird eine so hohe Anzahl von Druckunterschieden erzeugt, dass der Biofilm dem nicht widerstehen kann.
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Der abgelöste Biofilm kann mit einer Quergrundströmung innerhalb des Flüssigkeitsvolumens, die jedoch keinen eigenen Reinigungseffekt bewirkt, fortgeschwemmt werden.
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3 zeigt stark schematisiert den grundsätzlichen Aufbau einer Düse, wobei die dort gezeigte Düse 1 ein Düsengehäuse 2 besitzt.
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Das Düsengehäuse 2 besitzt im Bereich einer austrittsseitigen Fläche 4 eine Austrittsöffnung 5.
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Das Düsengehäuse 2 ist hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die austrittsseitige Fläche 4 den Hohlzylinder austrittsseitig abschließt. Auf einer dieser gegenüberliegenden eintrittsseitigen Fläche 6 ist eine Betätigungsöffnung 7 angeordnet.
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Innerhalb der Düse 2 schließt sich an die Austrittsbohrung 5 ein kegelartiges Volumen 9 an. Gegenüber der Austrittsöffnung 5 wird das kegelförmige Volumen 9 von einer kreisscheibenförmigen Membran 10 abgeschlossen. Die Membran 10 wird an ihrem Platz von einem hohlzylindrischen Betätigungsanschluss 11 gehalten, welcher vorzugsweise von hinten in den Düseneinsatz 3 die eintrittsseitige Fläche 6 und die Betätigungsöffnung 7 durchgreifend eingeschraubt ist.
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Um das kegelförmige Volumen 9 mit aus der Austrittsöffnung 5 auszustoßender Flüssigkeit zu versehen, ist zumindest eine, gegebenenfalls jedoch eine Mehrzahl von Bohrungen 12 vorhanden, welche beispielsweise von einer Rückseite der Düse 2 in das kegelförmige Volumen 9 ragen vorhanden. An die Bohrungen 12 sind Druckleitungen (nicht gezeigt) angeschlossen, welche das Düsenvolumen mit unter Druck stehender Flüssigkeit derart versorgen, dass eine das kegelförmige Volumen 9 verkleinernde Bewegung der Membran 10 zu einem Ausstoß von Flüssigkeit mit einem vorgegebenen Druck und einer vorgegebenen Geschwindigkeit führt, die entgegengesetzte Rückbewegung der Membran jedoch vorzugsweise keine Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung 5 zurücksaugt.
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Hierzu können die Bohrungen 12 oder die zuführenden Druckleitungen auch mit Ventilen derart versehen sein, dass während des Druckstoßes die Bohrungen 12 gegen eine Rückströmung gesperrt sind, so dass die gesamte Membranbewegung, die auf das kegelförmige Volumen 9 wirkt, die Flüssigkeit lediglich aus der Austrittsöffnung 5 ausdrückt.
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4 zeigt perspektivisch eine Düse, aus welcher ein Druckstoß ausgestoßen wird mit einem nachfolgenden Kaltdampffeld, welches durch das Unterdruckfeld entsteht, indem entsprechend sich durch den Unterdruck Dampfbläschen bilden. Hierbei kann festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit des Unterdruckfeldes etwa zwischen 15 und 40 m/s beträgt, wobei der Kaltdampf vor dem Kollaps durch Druckausgleich bis zu 8 mm zurücklegen kann.
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Diese Entfernung ist so groß, dass es gelingt, sofern Kaltdampfbläschen entstehen, diese ebenfalls an die zu reinigende Oberfläche zu führen. Durch die kollabierenden Kaltdampfbläschen wird ein weiterer Strömungseffekt, das sogenannte Micro-Streaming verursacht, welcher die Reinigungswirkung noch verbessern kann. Hierbei ist im Gegensatz zu durch Ultraschall erzeugten Bläschen jedoch von Vorteil, dass der Kollaps der Kaltdampfbläschen ganz erkennbar nicht so viel Energie freisetzt, dass es zu Schäden an der zu reinigenden Oberfläche kommen könnte.
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In 5 wird die Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt, wobei die aus den Düsen ausgestoßenen Flüssigkeiten, die den Druckpuls erzeugen, in diesem Fall destilliertes Wasser, mit 5 g pro 100 ml entsprechend etwa 4 Volumen-% mineralische Partikel enthielt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Partikelkonzentration in der Flüssigkeit von 10 - 100 g/l mit etwa 0,4 bis 4 Volumen-% und einer Partikelgröße von 10 bis 250 µm die Reinigung unterstützt wird, ohne einen abrasiven Effekt derart auszulösen, dass die Zahnoberfläche oder einer Zahnfleischoberfläche negativ beeinträchtigt würde.
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Bei der Gegenüberstellung wurden in vivo Biofilme verwendet, welche eingefärbt wurden. Hierbei wurden zum Teil die Interdentalbereiche überstrichen und man erkennt, insbesondere in der Mitte oben und in der Mitte unten sowie rechts oben, dass nach jeweils 4 bzw. 8 Sekunden mit dem Testaufbau mit einer Düse eine massive Reinigungsleistung erbracht wurde.
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Aus 6 ergibt sich bei unterschiedlichen Reinigungszeiten der Zusammenhang zwischen der Menge an Partikeln der bereits erwähnten Größe gegenüber der gereinigten Fläche. Man erkennt hierbei, dass bei sehr kurzen Reinigungszeiten mit einer zunehmenden Anzahl von Partikeln sich die Reinigungsleistung deutlich verbessert, wobei bei steigenden Reinigungszeiten ersichtlich ist, dass schon relativ geringe Gehalte an Partikeln zu einer Steigerung der Reinigungsleistung führen.
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Bei einer Reinigungsdauer von 1000 Millisekunden wird die Reinigungsleistung durch die Partikel schon bei geringen Gehalten sehr stark gesteigert, während sie bei einer Partikeldichte von 4 g auf 100 ml Flüssigkeit offenbar die Zahnoberfläche in der gewählten Zeit komplett gereinigt ist und eine Verdoppelung der Partikel keine nennenswerte Verbesserung der Reinigungsleistung zu leisten vermag.
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Hieraus kann geschlossen werden, dass bei einer längeren Reinigungszeit die Partikeldichte in der auszustoßenden Flüssigkeit deutlich abgesenkt werden kann.
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7 zeigt die Ergebnisse von Reinigungsversuchen, bei denen ein künstlicher Biofilm auf einem Echtzahn appliziert wurde und mit einer einzelnen Düsenanordnung mit Druckpulsen beaufschlagt wurde. Deutlich ist zu erkennen, dass nach 2 Sekunden Reinigung eine Verstärkung der Reinigungsleistung stattgefunden hat.
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In 8 ist ebenfalls ein Biofilm auf Echtzähne dargestellt, wobei hierbei der Interdentalbereich beaufschlagt wurde. Man erkennt, dass die Reinigungsleistung auch im Interdentalbereich schon nach derart kurzen Reinigungsdauern deutlich ist.
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Um die Reinigungsleistung an der Zahnoberfläche und am Zahnfleisch und in den Interdentalbereichen, insbesondere im Bereich der Zahnhälse, zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Düsen in einer Düsenanordnung zusammengefasst sind.
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Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Düsen vom Zahnfleischbereich bis zur Kaufläche verteilt über die Zahnhöhe angeordnet sein. Da insbesondere im Bereich der Kaufläche und der Zahnflanken die Verschmutzung durch Biofilm üblicherweise etwas geringer ist als im Bereich der Zahnhälse und der Interdentalbereiche sowie der Zahnfleischtaschen, kann die Zahl über die Höhe auch variiert werden, so dass beispielsweise mehr Düsen pro Fläche in den stärker verschmutzen Bereichen angeordnet sind.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung kann hierzu vorgesehen sein, dass zudem, unabhängig von der Anzahl oder Verteilung der Düsen, eine Abstandsmessung mit geeigneten Sensoren durchgeführt wird, so dass bei größeren Abständen der Düsen zu einer zu reinigenden Oberfläche und insbesondere zu den Interdentalbereichen im Bereich der Zahnhälse die Düsen in anderer Weise angesteuert werden und insbesondere beispielsweise die Frequenz erhöht wird oder das Ausstoßvolumen an Flüssigkeit erhöht wird, so dass eine größere Tiefenwirkung und Reichweite bzw. Wurfweite der Strahlen bzw. Druckpulse erzielt wird.
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Derartige Düsenanordnungen können zum Beispiel in Form eines sogenannten Shuttles angeordnet sein, welches einen Zahn und das benachbarte Zahnfleisch umgibt und nach einer vorgegebenen Reinigungsdauer oder stetig mit geringer Geschwindigkeit beispielsweise von den Backenzähnen zu den Schneidezähnen geführt wird oder umgekehrt und hierbei die Zähne, die Interdentalbereiche, die Interdentalbereiche im Bereich der Zahnhälse und das anliegende Zahnfleisch überstreicht.
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Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein sanftes, aber sehr effektives Verfahren zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere Zähnen und dem anliegenden Zahnfleisch geschaffen wird, welche in effektiver und einfacher und darüber hinaus auch schneller Weise die Zähne und das Zahnfleisch reinigt, zuverlässig Biofilme entfernt und zudem anwenderfreundlich ist, da dieses Verfahren Anwenderfehler, wie einen zu hohen Putzdruck und ähnliches vermeidet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202016101191 U1 [0011]
- US 3401690 A [0011]
- US 2005091770 A [0012]
- US 2017/0189149 A1 [0013]
- WO 2007/060644 A2 [0016]
- WO 2009/077291 A2 [0017]
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- WO 2020/212214 A1 [0019]
- WO 2020/212248 A1 [0020]
