DE102022113821A1

DE102022113821A1 - Verfahren zum Reinigen von Oberflächen

Info

Publication number: DE102022113821A1
Application number: DE102022113821.6A
Authority: DE
Inventors: Bernhard Weiss-Bouslama; Wilhelm Zackl; Bernhard Rieder; Lukas Rösch; Florian Schellnast
Original assignee: Epitome GmbH
Current assignee: Epitome GmbH
Priority date: 2022-06-01
Filing date: 2022-06-01
Publication date: 2023-12-07
Also published as: JP2023177349A; US20230390038A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, wobei um eine zu reinigende Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen geschaffen wird und mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse und eine Erhitzungseinrichtung Dampfbläschen aus Nassdampf oder gesättigtem Dampf und/oder Bläschen aus einem überhitzten Dampf erzeugt und auf die zu reinigende Oberfläche geführt werden, sowie eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens und die Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung für die Reinigung im Mundraum.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen und insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen in einem Mundraum.
Im Bereich der Zahnreinigung wird fortlaufend nach Verbesserungen der Reinigung gesucht. Die herkömmliche Reinigung mit einer Zahnbürste und Zahncreme hat eine Mehrzahl von Nachteilen.
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 durchschnittlichen Lebenserwartung führt dies mittlerweile dazu, dass im Alter Zähne regelrecht kaputtgeputzt sind und hieraus Probleme erwachsen.
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.
Darüber hinaus ist das Putzen mit der Zahnbürste und Zahnpasta aus mundhygienischer Sicht nicht ausreichend, da insbesondere die Zahnzwischenräume (bis zu 40 % der zu reinigenden Oberfläche) und die Zahnfleischtaschen nicht ausreichend gesäubert werden, weil die Zahnbürste diese Stellen nicht erreicht.
Der sich durch bakterielle Prozesse bildende Plaque (=oraler Biofilm), aus welchem 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.
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.
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.
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.
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.
Auf dem Gebiet der berührungslosen Reinigung wurden in letzten Jahren die Reinigungswirkung von implodierenden oder kollabierenden Dampfblasen erörtert. Solche Dampfbläschen wurden entweder durch die Anwendung von Ultraschall, durch punktuelles Aufheizen mittels Laser oder mittels hydrodynamischer Kavitation erhalten. Bei der Implosion der Dampfblasen sollen hydrodynamische Flüssigkeits-Jets entstehen, welche beim Auftreffen auf die Zahnoberfläche den Biofilm mit Hilfe der hohen entstehenden Scherspannungen ablöst.
Die bisherig vorgestellten Ansätze kämpfen mit zwei Arten von Schwierigkeiten: zum einen ist die Größe der entstehenden Dampfblase, welche auch die Reinigungsintensität bestimmt, sehr schwer kontrollierbar. Zum anderen werden die Dampfblasen sehr nahe an einem Aktuator (z.B. vibrierender Skaler) erzeugt, wo sie aufgrund ihrer kurzen Lebensdauer sofort implodieren, was die Reinigungsdistanz minimiert. Dieses Verfahren ermöglicht wiederum eine ausschließlich lokale Anwendung im Segment der professionellen Zahnreinigung.
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.
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.
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.
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.
Hierbei ist nachteilig, dass die eingebrachten Energien so hoch sind, dass eine Schädigung des Gewebes praktisch unausweichlich ist.
Aus der WO2007/060644 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.
Aus der WO2009/077291 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.
Aus der WO2010/076705 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.
Aus der WO2020/212214 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.
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.
Bei den bekannten Verfahren ist von Nachteil, dass sich in Versuchen herausgestellt hat, dass die Reinigung mit durch Ultraschall erzeugten (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.
Zudem konnte festgestellt werden, dass eine Reinigung aller zu reinigenden Oberflächen, das heißt auch der Zahnzwischenräume mit den durch Ultraschall erzeugten Bläschen nicht zuverlässig stattfindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen zu schaffen, welches einfach, schnell und sicher und dazu effektiv und in ungefährlicher Weise den Biofilm ablöst.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Es ist eine weitere Aufgabe eine Vorrichtung zum Reinigen von Oberflächen zu schaffen, welche eine einfache, schnelle und sichere und dazu effektive Reinigung von Biofilm gewährleistet.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruch 33 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfinder haben erkannt, dass durch Ultraschall erzeugte 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. Dies liegt offenbar daran, dass die Strömungsverhältnisse und insbesondere das oft herangezogene und beschriebene Microstreaming für eine zuverlässige Reinigung nicht ausreicht. Zudem konnte festgestellt werden, dass die Wurfweite der Bläschen ungenügend ist und/oder einen zu kleinen Entfernungsbereich abdeckt.
Die Erfindung sieht vor, eine zu reinigende Oberfläche mit einem geschlossenen Flüssigkeitsvolumen zu umgeben. Innerhalb des geschlossenen Flüssigkeitsvolumens werden durch gepulste Erhitzung erzeugte Dampfblasen und insbesondere überhitzte Dampfblasen erzeugt und auf eine zu reinigende Oberfläche gelenkt.
Die Erfindungsgemäßen Bläschen sind etwa 10-mal größer als durch Ultraschall herstellbare Bläschen, insbesondere durch Ultraschall mit einem Energieaufwand, der die Zähne und das Gewebe nicht schädigt.
Erfindungsgemäß kann der Transport der Bläschen über zwei grundsätzliche Verfahrenswege erfolgen, die auch in Kombination verwendbar sind.
Ein erster Weg sieht vor, durch Wärmeeintrag eine Dampfblase zu erzeugen, wobei ein in einer Düsenanaordnung in Ausstoßrichtung vor der Dampfblase liegendes Flüssigkeitsvolumen durch die Expansion ausgestoßen wird. Dieses ausgestoßene Volumen erzeugt insbesondere einen Druckstrahl bzw. Druckimpuls einer vorbestimmten Stärke und Geschwindigkeit in Richtung der zu reinigenden Oberfläche. Durch die Natur der Flüssigkeit bedingt bzw. des flüssigen Mediums bedingt, setzt sich der Druckstoß, welcher ein geringes Volumen an Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen einführt, sich durch die umgebende Flüssigkeit fort zu einer zu reinigenden Oberfläche.
Entsprechend der Fluiddynamik entsteht auf der Rückseite des Druckstoßes ein Unterdruck, so dass die Dampfblase durch diesen Bereich eines geringeren Drucks mitgerissen wird, wobei hinter der Dampfblase mit einem gewissen Druck zu verdampfende Flüssigkeit in den Bereich der Erhitzung und darüber hinaus bis zu einer Ausstoßöffnung gefördert wird. Herauf beginnt der Vorgang mit einer Erhitzung erneut.
Dieser Vorgang kann durch eine entsprechend getaktete Pulsung der Zuführung der zu verdampfenden Flüssigkeit noch unterstützt werden.
Die Dampfblasen können hierbei mit Düsen unterschiedlicher Länge und/oder Durchmesser erzeugt werden, so dass unterschiedlich große Dampfblasen erzeugt werden können die Werden bestimmte Düsengeometrien eingehalten, können die Dampfblasen auch als Torus Ringe erzeugt werden, welche aufgrund der Gesetzmäßigkeiten stabiler sind und eine größere Wurfweite realisieren können.
Ein zweiter Weg sieht vor, die Dampfblasen in einer ersten Düse zu erzeugen. Diese Düse kann von einer Ringdüse umgeben sein, welche einen Flüssigkeitsmantelstrom zur Verfügung stellt oder in einen gemeinsamen Düsenvorraum münden, in den eine Flüssigkeit gepulst oder ungepulst einströmt. Beispielsweise auch über eine Ringleitung um die Dampfdüse oder in sonstiger Weise.
Der Flüssigkeitsmantelstrom oder die Strömung im Düsenvorraum, erzeugt eine gerichtete Strömung, welche ebenfalls geeignet ist, die Dampfblasen mitzureißen und zu der zu reinigenden Oberfläche zu führen.
Auch bei dieser Verfahrensweise kann die Förderung der Dampfblasen durch eine gepulste oder ungepulste Nachführung von Flüssigkeit in die Dampfdüse und oder die umgebende Düse/Leitung unterstützt werden.
In allen Fällen kollabieren die Dampfblasen nach einer gewissen Zeit, da sie durch einen Temperaturabfall und durch die Kühlung durch die umgebende, das abgeschlossene Volumen ausfüllende Flüssigkeit den Aggregatzustand ändern.
Diese verursacht einen Druckausgleich welcher zu einer Strömung führt welche auf den oralen Biofilm eine Scherkraft bz. Scherspannung ausübt, welche für dessen Ablösung sorgt und hierfür ausreichend ist. (Kombination mit Partikel im Fluid.)
Hierbei sind die Scherspannungen durch die Größe der Dampfblasen deutlich höher als bei durch Ultraschall erzeugten Bläschen.
Durch die strömenden Transportflüssigkeiten für die Dampfblasen sind zudem Strömungsverhältnisse vorhanden, welche dafür sorgen, dass der Biofilm sich nicht wieder anlagert, sondern abtransportiert wird.
Die Transportflüssigkeiten haben auch die Aufgabe eine steigende Erwärmung der Flüssigkeit im abgeschlossenen Volumen zu verhindern und dienen, wenn sie dementsprechend temperiert sind sowohl der Kühlung der Erhitzungseinrichtungen als auch der Flüssigkeit im abgeschlossenen Volumen.
Die Düsen, welche die Bläschen und/oder die Flüssigkeit ausstoßen, können hierbei grundsätzlich im Querschnitt kreisrund sein, aber auch jede andere Form besitzen zum Beispiel etwa elliptisch sein oder schmal schlitzförmig, sternförmige oder generell unregelmäßige ausgebildet sein.
Die Düsengeometrie hat auch einen Einfluss darauf, welche Form die Dampfblasen einnehmen. Insbesondere kann es vorteilhaft sein, wenn die Dampfblasen als Torus-Ring ausgestoßen werden.
Für diese Düsengeometrien kann als Ersatzdurchmesser der hydraulische Durchmesser angewandt werden Dh=4*A/P A=Querschnittsfläche, P=benetzter Umfang.
Der kreisrunde Torus-Ring als Dampfblase ist vorteilhaft, weil er besonders stabil ist und sich weit in die Flüssigkeit ausbreitet ohne merkliche Formveränderung.
Die Stabilität anderer Geometrien kann aber durchaus ausreichend für die geforderte Reinigungsdistanz sein und eine Anpassung an die Zahngeometrie ermöglichen.
Es wurde erkannt, dass bei einem Verhältnis der Länge des vor dem Dampfvolumen ausgestoßenen Flüssigkeitszylinders zu seinem Durchmesser bis maximal 4 sich diese Tori bilden.
Bei einem Verhältnis darüber, bis etwa 10 liegt ein Mischbereich vor, wobei die Grenzen hier nicht scharf sind.
Bis wohin genau der Mischbereich geht und wo ein reiner Strahl vorliegt ist fließend und daher nicht genau zu bestimmen.
Es wird verwiesen diesbezüglich auf D.G. Akhmetov „Vortex Rings“ ISBN 978-3-642-05015-2, insbesondere auf die Bilder 3.6 und 3.7.
Bild 3.7 zeigt die Zusammenhänge recht deutlich wobei Up*t die sog. Slug Length, also die Zylinderlänge des ausgestoßenen Fluids ist. Up=Geschwindigkeit des Fluids, t= Ausstoßzeit D=Düsendurchmesser.
Bei Up*t/D=2 sieht man einen klaren Torus, bei 3,8 (etwa 4) ist es immer noch ein Torus während bei 8 bereits eine Mischung aus einem Torus und einem Strahl vorliegt, also eine Mischform, welche auch sekundäre kleinere Wirbel enthält.
3.6 aus demselben Buch zeigt, dass ab Up*t/D=3.8 die Zirkulation praktisch nicht mehr in den Torus geht.
Torus-Ringe haben unter anderem auch den Vorteil, dass sie einen großen Abstandsbereich zwischen Düse und zu reinigender Oberfläche überbrücken können.
Torus-Ringe, welche den Dampf in ihrem Kern transportieren, können auch noch viel größere Distanzen überbrücken als für den hier angegebenen Zweck notwendig sind. In der freien Flüssigkeit legen Torus-Ringe mit Heißdampf bei Düsendurchmessern um 1,5mm bis zu etwa 30 bis 50mm zurück. Dies bedeutet, dass mittels Torus-Ringen eine zu reinigende Oberfläche mit Sicherheit in jedem Fall erreicht wird.
Somit wird ein Verfahren geschaffen, welches die kontaktlose Zahnreinigung mittels des Implodierens gezielt durch Erhitzen erzeugter Dampfblasen erreicht. Dieses Verfahren kann etwa in Form eines Bürstenkopfes, welcher den Zahn umschließt und mit einem Flüssigkeitsvolumen versorgt, an den Zahnoberflächen angewandt werden.
Im Gegensatz zu den gängigen Methoden werden die Dampfblasen dabei mittels der Verdampfung einer Reinigungslösung erzeugt. Die Reinigungslösung kann einerseits gewöhnliches Wasser sein, es kann jedoch auch eine spezielle Flüssigkeit verwendet werden, die in Abhängigkeit der speziellen Zusammensetzung mit Alkoholen etc., mittels einer entsprechenden Verdickung mittels Verdicker oder mittels der Hinzugabe von Reinigungsverstärkern (Partikel, Zellulosefasern, etc.) und mittels ihres Entgasungsgrades and die Reinigungsparameter angepasst wird.
Die Dampfbläschen werden anhand der verwendeten Düsen in einer kontrollierten Größe erzeugt. Die Bläschengröße hat dabei entscheidenden Einfluss auf die Reinigungsintensität und die Größe des Reinigungsspots.
Um die entstehenden Dampfbläschen an den Zahn zu bringen, wird die Dampfblasenerzeugung mit der Erzeugung einer entsprechenden Strömung kombiniert, welche dafür sorgt, dass die Dampfblasen zur Zahnoberfläche und in den Zahnzwischenraum transportiert werden bevor sie implodieren.
Die gesamte Reinigungsintensität wird vor allem mittels der Form und Größe der Dampfblasen, mittels dem Entgasungsgrad der Flüssigkeit, mittels der Viskosität der Flüssigkeit sowie mittels des Einflusses von in der Flüssigkeit eingelagerter Partikel oder Fasern bestimmt.
Die Reinigungswirkung der kollabierenden Dampfblase hängt dabei wesentlich von der Dynamik des Kollapses ab. Um Reinigung von Zahnplaque zu erzielen, sollte die Zeit, welche die Dampfblase zum Zusammenfallen braucht, im Bereich von 0,01 bis 0,5 ms liegen, genauer noch in einer Zeit zwischen 0,050 ms und 0,25 ms.
Bei der Verwendung einer gewählten Reinigungskonfiguration bestehend aus Reinigungsflüssigkeit und Dampfblasengröße ist die Zeit, welche die Dampfblase für den vollständigen Kollaps braucht, so anzupassen, dass einerseits Reinigungswirkung vorhanden ist und andererseits die Zahnoberfläche nicht beschädigt wird. Die resultierende Kollaps Zeit kann dabei mit Hilfe des Entgasungsgrates der Reinigungsflüssigkeit entsprechend eingestellt werden. Eine Erhöhung des Entgasungsgrates verlangsamt dabei die Zeit für den Kollaps.
Erfindungsgemäß ist es in einer Weiterbildung vorgesehen, einen abgeschlossenen Behandlungsraum zu schaffen, wobei ein kissenartiges Element oder Dichtelement ein Reinigungsfluidvolumen vor der Düse schafft, insbesondere durch elastische Dichtlippen, die um die Düsen oder ein Düsen-Array angeordnet sind und zudem elastisch dichtend auf den Zähnen aufliegen. Insbesondere kann sich das Dichtkissen an die Oberflächen anpassen. Hierbei ist mit Abdichten bzw. dem Schaffen eines Flüssigkeitsvolumens nicht gemeint, dass dieses Volumen absolut flüssigkeitsdicht ist, ein Austritt von Flüssigkeit ist in einem gewissen Rahmen unvermeidbar und kann ohne weiteres in Kauf genommen werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, wenn ein Austritt von Flüssigkeit aber nicht von Partikeln in einem gewissen Rahmen stattfindet, weil sich so Partikel im Reinigungsfluidvolumen aufkonzentrieren können, was wiederum zu mehr reinigenden Partikeln pro Puls und Düse führt und damit zu einer besseren Reinigungsleistung führen kann. Die Aufkonzentration kann dabei durch die Dichtlippen geschehen, wenn diese die Partikel stärker zurückhalten als das Fluid. Die Partikel müssen dann nur in geringerer Konzentration mit dem frischen Reinigungsfluid zugeführt werden, was wiederum vorteilhafterweise ein Verstopfen der Zuleitungen erschwert bzw. verhindert.
Dem entsprechend kann das Kissen aufgrund seiner Elastizität zumindest den größten Teil des durch die Düse einströmenden Volumens auffangen, eine vollständige Dichtheit ist im Übrigen auch nicht ausgeschlossen. Im Idealfall verliert somit das geschlossene Volumen zwischen Düse und zu reinigender Oberfläche keine Reinigungsflüssigkeit und idealerweise kann die Reinigungsflüssigkeit durch das Einsaugen und Ausstoßen so unendlich oft wiederverwendet werden, für den jeweiligen zu reinigenden Strahl. Da in der Realität jedoch Verluste des Reinigungsfluides unvermeidlich erscheinen, beispielsweise durch Zahnzwischenräume oder Undichtheiten der Dichtlippen aufgrund der Oberflächenform der zu reinigenden Oberfläche, welche durch einen Zustrom von Reinigungsflüssigkeit ausgeglichen werden müssen, ist der Zustrom insgesamt größer als das Volumen.
Der Zustrom kann hierbei durch die jeweilige Düse, durch die auch die Dampfblase ausgestoßen wird, eine hierfür speziell vorgesehene Flüssigkeits-Düse oder durch eine oder mehrere Düsen innerhalb einer Düsenanordnung mit einer Vielzahl von Düsen erfolgen, so dass durch die Düse oder die Düsen ein mittlerer Fluidstrom fließt. Das abgeschlossene Volumen kann jedoch auch von anderer Stelle aus mit einer ausreichenden Menge an Reinigungsflüssigkeit aufgefüllt werden.
Die Düsenform kann wie bereits ausgeführt von einem kreisrunden Querschnitte abweichen und jede andere Form besitzen. Im Längsschnitt kann de Düse zylindrisch bzw. ohne Divergenz oder Konvergenz der begrenzenden Wände ausgebildet sein, aber auch konisch ausgebildet sein.
Bei der für die Erzeugung des Torus-Ringes notwendigen Pulsung betragen die Antriebsfrequenzen der Pulsung zwischen 1 Hz und 50 kHz, Insbesondere 1 Hz und 30 kHz und insbesondere 1 Hz bis 1 KHz.
Insbesondere bei der Erzeugung von kugeligen Dampfblasen beträgt die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 1kHz, insbesondere 30Hz und 300 Hz bevorzugt >50Hz.
Insbesondere bei der Erzeugung von Heißdampf Torus Ringen beträgt die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 20khz, vorzugsweise 50 Hz bis 1kHz und weiter bevorzugt 50 Hz bis 300 Hz.
Pulsungsfrequenzen von >50Hz sind durchaus sinnvoll, weil man auf diese Weise eine kurze Reinigungszeit bei angenehmer Shuttlegröße (Anzahl der Düsen) erreichen kann.
Die Pulslängen betragen beispielsweise von 0,03 Millisekunden bis 1 Sekunde.
Insbesondere bei der Erzeugung eines Dampfbläschens betragen die Pulslängen 0,3ms-1sec, vorzugsweise 0,3ms - 500ms, weiter bevorzugt 0,3 bis 100ms, noch weiter bevorzugt 0,3 bis 20ms und insbesondere 0,3ms-5ms.
Insbesondere bei der Erzeugung eines Dampfblasen Torus Ringes können die Pulslängen kürzer sein und insbesondere, 0,03ms-3ms, insbesondere 0,07ms bis 0,7ms, bevorzugt 0,1ms bis 0,4ms. Die hängt auch von der Größe des Torus ab.
Bei der Verwendung von Partikeln sind Partikel von 1 µm bis 0,5 mm einsetzbar.
Die angestrebte Partikeldichte im abgeschlossenen Volumen liegt vorzugsweise unter 30 Volumenprozent, insbesondere unter 20 Volumenprozent und insbesondere unter 15 Volumenprozent bezogen auf die Flüssigkeit die sich im abgeschlossenen Volumen befindet.
Die angestrebte Partikeldichte in der Ausgangsreinigungsflüssigkeit welche in der Vorrichtung gefördert wird liegt vorzugsweise unter 10 Volumenprozent, insbesondere unter 5 Volumenprozent, jeweils auf bezogen auf das Volumen der Reinigungsflüssigkeit.
Das erfindungsgemäße abgeschlossene Volumen, welches über entsprechende Dichtlippen oder andere Dichtelemente abgeschlossen werden kann, hat sich für die Erfinder als hilfreich herausgestellt, da es für viele Menschen unangenehm ist, wenn der Mund mit Reinigungsfluid gefüllt ist und insbesondere das Fluidvolumen noch zunimmt und beim Herausnehmen des Gerätes Reinigungsfluid, welches noch vorhanden ist, aus dem Mund läuft oder Kleidung beschmutzt.
Erfindungsgemäß wird dem entsprechend das Reinigungsfluid innerhalb des abgeschlossenen Volumens gehalten, wobei nach der Beendigung des Reinigungsvorganges über die bereits beschriebene erfindungsgemäße Rücksaugung, die im abgeschlossenen Volumen befindliche Reinigungsflüssigkeit auch vollständig abgesaugt werden kann.
Das abgeschlossene Volumen kann hierbei um einen oder mehrere Zähne geschaffen werden, um einen Kieferast geschlossen werden oder beispielsweise abhängig von der Zahnform um unterschiedlich geformte Zähne herum, beispielsweise dass ein Volumen um Backenzähne herum geschaffen wird, ein Volumen im Eckzahnbereich und ein Volumen im Schneidezahnbereich.
Es kann auch ein Gesamtvolumen für einen gesamten Kiefer geschaffen werden mit entsprechenden Düsen-Arrays, wobei jedoch zwischen den unterschiedlich geformten, das Volumen begrenzenden Bereichen, welche auch die Düsen tragen, beispielsweise Trennwände oder Trennstege, insbesondere elastische Trennwände oder Trennstege vorgesehen sind.
Die Ausgestaltung ist somit flexibel möglich, wobei jedoch allen Möglichkeiten gemeinsam ist, dass das abgeschlossene Volumen das Fluid um die Oberfläche hält und die Fluidmenge im Mund in erheblicher Weise reduziert.
Wie bereits ausgeführt, gibt es auch bezüglich der Flüssigkeitsführung eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Varianten.
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, wobei an oder um eine zu reinigende Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen geschaffen wird und mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse und eine Erhitzungseinrichtung Heißdampfbläschen und/oder Bläschen aus einem überhitzten Dampf erzeugt und auf die zu reinigende Oberfläche geführt werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zudem eine Flüssigkeit gepulst ausgestoßen wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Flüssigkeit der Dampfblase voreilend aus derselben oder zumindest einer weiteren Düse ausgestoßen wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Erhitzung der Reinigungsflüssigkeit vor oder in der zumindest einen Düse gepulst mit einer vorgegeben Pulsungsfrequenz erfolgt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Düsen verwendet wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass durch Wärmeeintrag eine Dampfblase in einer Düse erzeugt wird, wobei ein in einer Düsenanaordnung in Ausstoßrichtung vor der Dampfblase liegendes Flüssigkeitsvolumen durch die Expansion ausgestoßen wird, wobei dieses ausgestoßene Volumen einen Druckstrahl bzw. Druckimpuls einer vorbestimmten Stärke und Geschwindigkeit in Richtung der zu reinigenden Oberfläche erzeugt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass entsprechend der Fluiddynamik auf der Rückseite des Druckstoßes ein Unterdruck erzeugt wird, so dass die Dampfblase durch diesen Bereich eines geringeren Drucks mitgerissen wird, wobei hinter der Dampfblase mit einem vorbestimmten Druck zu verdampfende Flüssigkeit in den Bereich der Erhitzung und darüber hinaus bis zu einer Ausstoßöffnung der Düse gefördert wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zu verdampfende Flüssigkeit getaktet gepulst der Düse zugeführt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Düsen bei nicht ebenen Oberflächen oder abhängig von einem Abstand zur Oberfläche so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus den nachfolgenden Maßnahmen in ihrer zeitlich konstanten sowie zeitlich veränderlichen Amplitude geregelt werden: die Pulsstärke der aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit, die Menge der aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit, die Größe der Heißdampfblase, die Geschwindigkeit der Heißdampfblase, die Dampftemperatur des Dampfes der Heißdampfblase.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass bei einem größeren Abstand eines oder mehrere der folgenden Parameter erhöht wird: die Pulsstärke, die Pulsdauer, die Pulsfrequenz, die Fördermenge der Flüssigkeit, die Bläschengröße, die Dampftemperatur.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Pulsstärke zeitlich variiert wird um die Eindringtiefe der vom Flüssigkeitstropfen gezogenen Dampfblase zu vergrößern.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X (Oberflächenhochachse) und/oder Y (Oberflächenquerachse) und/oder Z Richtung (auf die Oberfläche zu) oszilliert.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zumindest eine Düse an der Oberfläche entlanggeführt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Mehrzahl von Düsen zu einer Düsenanordnung zusammengefasst sind, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die eine Richtung der Oberfläche (x oder y) angeordnet sind, wobei die Überdeckung der Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen sich überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass über eine Richtung einer Oberfläche eine unterschiedliche Düsendichte pro Fläche der Anordnung verwendet wird, wobei in den Bereichen, in denen die Anordnung weiter von der zu reinigenden Fläche beabstandet ist, eine höhere Anzahl von Düsen verwendet wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass 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.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Shuttleeinrichtung über die Oberfläche mit einer Bewegungseinrichtung bewegt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass 10 bis 100 Düsen pro Shuttleeinrichtung verwendet werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass Düsen mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher Strömungslänge verwendet werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Dampfbläschen in Form von Torus-Ringen erzeugt werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass mit einer Pulsfrequenz zwischen 50 und 300 Hz gepulst wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Abstand von einer zu reinigenden Oberfläche so eingestellt wird, dass sie zwischen 0,5 mm und 5 mm und max. 7mm in Interdental-Raum liegt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der absolute Eingangsdruck, also der Druck der Flüssigkeit in der Zuführleitung inklusive des Umgebungsluftdruckes der Reinigungsflüssigkeit vor dem Erhitzer in der Düse auf 0,1 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,12 bis 0,6 MPa eingestellt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Reinigungsflüssigkeit 0,1 - 5 Volumen-% Partikel enthält
Eine Weiterbildung sieht vor, dass als Partikel mineralische Partikel oder Partikel auf Basis von Zellulose verwendet werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass Partikel mit einer Partikelgröße von 20 - 120 µm verwendet werden.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass um die Flüssigkeitsmenge im Volumen konstant zu halten ein Anteil der Flüssigkeit aus dem Volumen abgesaugt wird, welche im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse zugeführt wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Partikeldichte im abgeschlossenen Volumen unter 30 Volumenprozent, insbesondere unter 20 Volumenprozent und insbesondere unter 15 Volumenprozent bezogen auf die Flüssigkeit die sich im abgeschlossenen Volumen befindet liegt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Partikeldichte in der Ausgangsreinigungsflüssigkeit welche in der Vorrichtung gefördert wird unter 10 Volumenprozent, insbesondere unter 5 Volumenprozent liegt, jeweils auf bezogen auf das Volumen der Reinigungsflüssigkeit.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zur Reinigung von Biofilm wie Zahnplaque die Zeit, welche die Dampfblase zum Zusammenfallen braucht, im Bereich von 0,01 bis 0,5 ms eingestellt wird, insbesondere zwischen 0,050 ms und 0,25 ms.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass bei der für die Erzeugung von Torus-Ringen notwendigen Pulsung die Antriebsfrequenzen der Pulsung zwischen 1 Hz und 50 kHz, Insbesondere 1 Hz und 30 kHz und insbesondere 1 Hz bis 1 KHz und bei der Erzeugung von kugeligen Dampfblasen die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 1kHz, insbesondere 30Hz und 300 Hz bevorzugt >50Hz beträgt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Pulslängen von 0,03 Millisekunden bis 1 Sekunde betragen, wobei bei der Erzeugung eines Dampfbläschens betragen die Pulslängen 0,3ms-1sec, vorzugsweise 0,3ms - 500ms, weiter bevorzugt 0,3 bis 100ms, noch weiter bevorzugt 0,3 bis 20ms und insbesondere 0,3ms-5ms und bei der Erzeugung eines Dampfblasen Torus Ringes die Pulslängen kürzer sind und insbesondere, 0,03ms-3ms, insbesondere 0,07ms bis 0,7ms, bevorzugt 0,1ms bis 0,4ms betragen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere zum Durchführen des vorbeschriebenen Verfahrens wobei die Vorrichtung ein Flüssigkeitsreservoir aufweist zur Bereitstellung einer Reinigungsflüssigkeit, wobei an zumindest einer zu einer zu reinigenden Oberfläche gerichteten Wandung zumindest eine Durchtrittsöffnungen angeordnet ist, wobei die Durchtrittsöffnung eine Heizeinrichtung aufweist oder innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs benachbart zur Durchtrittsöffnung eine Heizeinrichtung angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Durchtrittsöffnung oder im Flüssigkeitsreservoir vor der Durchtrittsöffnung verdampft.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zumindest eine Durchtrittsöffnungen als Düse ausgebildet ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Durchmesser der Durchströmöffnung 150 µm bis 400 µm beträgt, so dass Dampfblasengrößen von 150 bis 600 µm entstehen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung auf eine zu reinigende Oberfläche zu zumindest ein Dichtelement aufweist, welches sich von der Vorrichtung zu der zu reinigenden Oberfläche erstreckt und ausgebildet ist um an dieser dichtend anzuliegen, wobei das zumindest eine Dichtelement so ausgebildet ist, dass es zwischen der Vorrichtung und der zu reinigenden Oberfläche ein abgeschlossenes Volumen bildet.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das zumindest eine Dichtelement gummielastisch ausgebildet ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass Mittel vorhanden sind mit welchen die Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir unter einem vorbestimmten Druck steht, so dass eine Rückströmung der Dampfblase in das Flüssigkeitsreservoir verhindert wird
Eine Weiterbildung sieht vor, dass zur Sicherstellung einer Entgasung des abgeschlossenen Volumens und/oder zur Vermeidung einer Überfüllung des abgeschlossenen Volumens Mittel vorhanden sind welche es erlauben, Flüssigkeit aus dem abgeschlossenen Volumen oder beim Befüllen Luftblasen aus dem abgeschlossenen Volumen abzusaugen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Vorrichtung im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir im Querschnitt U-förmig mit einem Basiskörper und zwei von diesem abgehenden Flügeln ausgebildet ist, so dass eine dreidimensionale, vorstehenden zu reinigende Oberfläche umgreifbar ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Basiskörper und die Flügel jeweils zumindest eine Durchtrittsöffnung aufweisen das zumindest eine Dichtelement zur zu reinigenden Oberfläche verläuft.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Durchtrittsöffnung mit einer Kerndüse ausgebildet ist welche konzentrisch von einer Manteldüse umgeben ist, welche einen Flüssigkeitsmantelstrom zur Verfügung stellt oder in einem gemeinsamen Düsenvorraum mündet, in den eine Flüssigkeit gepulst oder ungepulst einströmbar ist.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass in der Ringdüse ein Flüssigkeitsmantelstrom erzeugt wird welcher geeignet ist, Dampfblasen, welche in der Kerndüse durch Erhitzung erzeugt werden, mitzureißen und zu der zu reinigenden Oberfläche zu führen oder der Flüssigkeitsstrom in der Kerndüse erzeugt ist und in der Manteldüse die Dampfblase.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass von der Austrittsöffnung beabstandet innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs und dem abgeschlossenen Volumen gegenüberliegend ist die Heizstruktur angeordnet ist, wobei die Heizstruktur ein flächiges Heizelement ist, welches vorzugsweise in Dünnschichttechnik gefertigt ist und beispielsweise ein Glassubstrat und Metallelektroden, wie Platinelektroden, umfasst.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Heizelement ausgebildet ist um Reinigungsflüssigkeit die vor das Heizelement strömt sehr schnell zu erwärmen, so dass sich eine Dampfblase bildet, wobei durch die Ausdehnung der Dampfblase wird der Flüssigkeitsanteil, der sich in der Durchtrittsöffnung befindet, in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche in das abgeschlossene Volumen beschleunigt wird und die Dampfblase durch die Beheizung durch das Heizelement vergrößert wird bis sie sich vom Heizelement ablöst und zusammen mit dem Tropfen in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche sich bewegt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Durchtrittsöffnung zur Erzeugung von Torusringen ein Verhältnis der Länge des vor der Dampfblase ausgestoßenen Flüssigkeitszylinders zu seinem Durchmesser bis maximal 10, vorzugsweise bis maximal 4 ausbildet.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Heizelemente Pulsed Micro Cavity Verdampferelemente sind.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die Verwendung des vorbeschriebene Verfahrens und/oder der vorbeschriebenen Vorrichtung zur Reinigung eines Mundraumes und insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch.
Eine Weiterbildung sieht die Verwendung des Verfahrens vor, wobei die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X (Zahnhochachse) und/oder Y (Zahnquerachse) und/oder Z Richtung (auf den Zahn zu) oszilliert.
Eine Weiterbildung sieht die Verwendung des Verfahrens vor, wobei die zumindest eine Düse an den Zähnen entlanggeführt wird.
Eine Weiterbildung sieht die Verwendung des Verfahrens vor, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches reichen.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei:

1: eine einseitige Reinigungsvorrichtung am Zahn mit mehreren Düsen und Dichtlippen;
2: ein den Zahn umschließendes U-Shuttle mit mehreren Düsen und Dichtlippen;
3: die Bewegung von Dampfblase und vorauseilendem Tropfen;
4: die Erzeugung von Dampfbläschen Rohr in Rohr;
5: die Erzeugung von Dampfbläschen Rohr in Rohr als Sequenz;
6: Erzeugung von Dampfbläschen mittels Verdampfungsaktuator;
7: Erzeugung von Dampfbläschen mittels Verdampfungsaktuator als Sequenz;
8: der Transport des Dampfes im Torus und durch einen Tropfen im Vergleich;
9: ein dreiseitiges, zahnumschließendes Shuttle mit MEMS Elementen.

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für die Reinigung von Oberflächen, die mit einer vergleichsweise weichen aber gut haftenden Beschichtung belegt sind.
Insbesondere können das erfindungsgemäße Verfahren und die nachfolgend näher beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reinigung im Mundraum und insbesondere von Zähnen und Zahnfleisch verwendet werden.
Wird nachfolgend von Zähnen oder Zahnfleisch als Oberfläche gesprochen ist dies beispielhaft zu verstehen. Andere Oberflächen sind ausdrücklich hiervon umfasst.
Die generellen Aussagen, die zuvor getätigt wurden, insbesondere bezüglich der technischen Ausführung und Spezifikationen gelten für das nachfolgende Beispiel auch, es sei denn es werden ausdrücklich andere Werte oder Parameter genannt.
In 1 ist eine erste mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 stark schematisiert gezeigt. Die Vorrichtung 1 wird hierbei zur Reinigung einer Oberfläche eingesetzt, die an einem Zahn 2 ausgebildet ist, wobei es sich hierbei um eine Zahnflanke handelt.
Die Vorrichtung 1 besitzt hierbei ein Flüssigkeitsreservoir 3. An einer zu der zu reinigenden Oberfläche gerichteten Wandung 4 ist eine Mehrzahl von Durchtrittsöffnungen 5 angeordnet. Die Durchtrittsöffnungen 5 können beispielsweise als Düsen ausgebildet sein und dienen dazu, den Durchtritt, insbesondere von Flüssigkeit, aus dem Flüssigkeitsreservoir 3 in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche 6 zu ermöglichen.
Die Vorrichtung 1 besitzt im Bereich der Wandung 4 Dichtelemente 7 und insbesondere Dichtlippen 7, welche sich von der Vorrichtung1 und insbesondere von einem Bereich der Wandung 4 zu einer zu reinigenden Oberfläche 6 erstrecken und an dieser anliegen. Die Dichtelemente 7 sind dabei so ausgebildet, dass sie zwischen der Vorrichtung 1 bzw. der Wandung 4 der Vorrichtung 1 und der zu reinigenden Oberfläche 6 ein abgeschlossenes Volumen 8 bilden. Dies bedeutet, dass die gezeigten Dichtelemente auch ein einziges Dichtelement sein können und somit eine umlaufende Dichtlippe.
Das Dichtelement 7 ober die Dichtelemente 7 sind dabei insbesondere gummielastisch ausgebildet und können zudem um Unebenheiten der Oberfläche 6 auszugleichen, nach Art eines Faltenbalges mit Falten ausgebildet sein, wobei zudem die Anlagefläche der Dichtelemente 7 an einer zu reinigenden Oberfläche 6 über eine verbreiterte Auflagefläche verfügen kann. Diese verbreiterte Auflagefläche 9 kann beispielsweise über eine Mikrokonturierung, beispielsweise über Lamellen, verfügen, welche die Dichtwirkung verstärken.
Die Durchtrittsöffnungen 5 bzw. Düsen 5 sind dabei so mit einer Erhitzungseinrichtung (nicht gezeigt) ausgebildet, dass sie eine sehr schnelle Erhitzung einer in ihrem Bereich befindlichen Flüssigkeit bis hin zur Dampfphase bewerkstelligen können. Hierdurch gelingt es eine Gasblase 10 zu erzeugen, der ein Flüssigkeitstropfen 11 vorauseilt in Richtung auf die zu reinigende Oberfläche. Diese gerichtete Bewegung der Gasblase 10 und des Flüssigkeitstropfens 11 kann einerseits dadurch bewerkstelligt werden, dass die Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 3 unter einem gewissen Druck steht und gegebenenfalls die Durchtrittsöffnungen 5 eine Form besitzen, die bei der schlagartigen Verdampfung der Flüssigkeit eine vorwärts gerichtete Bewegung auslöst, d.h., dass die Düsen bzw. Durchtrittsöffnungen 5 sich beispielsweise in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche 6 trichterartig erweitern.
Um die Bewegung der Dampfblase 10 und des Tropfens 11 zu bewerkstelligen, ist das abgeschlossene Volumen 8 mit einer Flüssigkeit gefüllt, wobei aus naheliegenden Gründen vorzugsweise die Flüssigkeit im abgeschlossenen Volumen 8 der Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir 3 entspricht, also insgesamt die Reinigungsflüssigkeit, die verdampft wird, sowohl im abgeschlossenen Volumen 8, als auch im Flüssigkeitsreservoir 3 vorliegt.
Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden, dass vor der Inbetriebnahme der Erhitzungseinrichtungen in den Durchtrittsöffnungen 5 bzw. Düsen 5 durch diese Düsen Reinigungsflüssigkeit in das abgeschlossene Volumen 8 gepumpt wird, bis das abgeschlossene Volumen 8 mit der Reinigungsflüssigkeit gefüllt ist. Um eine entsprechende Entgasung des abgeschlossenen Volumens 8 sicherzustellen, kann Reinigungsflüssigkeit im Überschuss eingepumpt werden und über eine Rücksaugeinrichtung (nicht gezeigt) rückgesaugt werden, so dass keine Luftblasen enthalten sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung 1 ist diese umgekehrt U-förmig ausgebildet, wobei das Flüssigkeitsreservoir 3 umgekehrt U-förmig mit einem Basiskörper 3a und zwei von diesem rechtwinklig abgehenden Flügeln 3b und 3c ausgebildet ist. In den zu der zu reinigenden Oberfläche 6 gewandten Wandungen 4a, 4b und 4c sind jeweils zumindest eine Durchtrittsöffnung 5 bzw. eine Düse 5 angeordnet, wobei die Dichtelemente 7 oder das umlaufende Dichtelement 7 von den Wandungen 4b und 4c oder anliegenden Stirnwandungen 12 zur zu reinigenden Oberfläche 6 verlaufen. Mit einer solchen Vorrichtung 1 kann somit allseitig auf eine dreidimensional vorstehende, zu reinigende Oberfläche beispielsweise einen Zahn 2 eingewirkt werden.
3 zeigt eine Sequenz, bei der ein Tropfen 11, der einer Dampfblase 10, von der er aus der Durchtrittsöffnung 5 ausgepresst wurde, vorauseilt. Dieser Tropfen trifft dann auf die zu reinigende Oberfläche 6 auf. Die Bewegungsrichtung auf die zu reinigende Oberfläche 6 zu ist durch den Pfeil 14 verdeutlicht, wobei an der Oberfläche zu dieser Bewegungsrichtung nach dem Auftreffen Querströmungen durch die Pfeile 15 verdeutlicht hinzukommen. Beim Auftreffen auf die Oberfläche 6 der Dampfblase 10, nachdem der Tropfen 11 aufgespreitet ist, kommt es zu Mikroströmungen entsprechend der Pfeile 16, wenn die Gasblase bzw. Dampfblase 10 implodiert, wobei hierdurch die entsprechenden Querströmungen 16 in der Flüssigkeit bewirkt werden, wodurch der bereits diskutierte Reinigungseffekt erzielt wird.
In 4 ist eine Ausführungsform der Durchtrittsöffnung bzw. Düse gezeigt. Hierbei ist eine Kerndüse 5b von einer Ringdüse der Manteldüse 5a umgeben, welche einen Flüssigkeitsmantelstrom zur Verfügung stellt oder in einem gemeinsamen Düsenvorraum mündet (nicht gezeigt), in den eine Flüssigkeit gepulst oder ungepulst einströmt. Der Flüssigkeitsmantelstrom in der Ringdüse 5a erzeugt eine gerichtete Strömung, welche ebenfalls geeignet ist, Dampfblasen 10, welche in der Kerndüse 5b durch Erhitzung erzeugt werden, mitzureißen und zu der zu reinigenden Oberfläche 6 zu führen. Auch hierbei kann die Förderung der Dampfblasen 10 durch eine gepulste oder ungepulste Nachführung von Flüssigkeit in die Dampfdüse und/oder die umgebende Düse unterstützt werden.
Selbstverständlich kann der Dampf auch in der Ringdüse 5a erzeugt werden und der Flüssigkeitsstrom durch die zentrale Kerndüse 5b erfolgen.
Dies ist in der 5 verdeutlicht, bei der zunächst ein Flüssigkeitspuls einen vorauseilenden Tropfen 11 erzeugt, der entsprechend der Pfeilrichtung 14 auf die zu reinigende Oberfläche geführt wird. In der Ringdüse 5a wird zeitlich gestaffelt hierzu bzw. getaktet Dampf erzeugt, welcher dann dem Flüssigkeitstropfen 11 nacheilend bzw. von diesem mitgerissen entsprechen der Pfeilrichtung 14 auf die zu reinigende Oberfläche 6 geführt wird. Anschließend sind die Effekte, die bereits zuvor beschrieben wurden, durch das Aufspreiten des Tropfens 11 und das nachfolgende Auftreffen der Dampfblase 10 und deren Implosion festzustellen.
In 6 ist eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1 stark schematisiert gezeigt. Auch bei dieser Vorrichtung wird ein abgeschlossenes Volumen gebildet vor einer zu reinigenden Oberfläche. Auch bei dieser Ausführungsform ist eine Durchtrittsöffnung 5 vorhanden. Von der Austrittsöffnung 5 beabstandet und dem abgeschlossenen Volumen gegenüberliegend ist eine Heizerstruktur 17 angeordnet, wobei die Heizerstruktur 17 ein flächiges Heizelement 17 ist, welches vorzugsweise in Dünnschichttechnik gefertigt ist und beispielsweise ein Glassubstrat und Metallelektroden, wie Platinelektroden, umfasst. Das Heizelement 17 arbeitet dabei wie folgt: Zunächst strömt Reinigungsflüssigkeit vor das Heizelement 17, diese Reinigungsflüssigkeit wird dann mittels des Heizelements 17 sehr schnell erwärmt, so dass sich eine Dampfblase 10 bildet, die, wie in 7 oben rechts zu sehen, noch an dem Heizerelement haftet. Durch die Ausdehnung der Dampfblase 10 wird der Flüssigkeitsanteil, der sich in der Durchtrittsöffnung 5 befindet, in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche in das abgeschlossene Volumen 8 beschleunigt und die Dampfblase 10 vergrößert sich weiter, bis sie sich, wie in 7 unten links gezeigt, vom Heizelement 17 ablöst und zusammen mit dem Tropfen 11 in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche 6 sich bewegt. Nach dem Ablösen der Gasblase 10 vom Heizelement 17 strömt Reinigungsflüssigkeit wieder zum Heizelement 17 und kann dort erneut erhitzt werden.
Dies kann dadurch unterstützt werden, dass das Heizelement 17 bzw. die Reinigungsflüssigkeit innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs 3, in dem sich das Heizelement 17 befindet, unter einem vorbestimmten Druck steht, so dass das freigewordene Volumen der Dampfblase durch Einströmung ausgeglichen wird. Grundsätzlich ist es angestrebt, den Durchmesser der Durchströmöffnung 5 auf 150 µm bis 400 µm einzustellen, so dass Dampfblasengrößen von 150 bis 600 µm entstehen.
Für die Erzeugung der Dampfbläschen werden die vorgenannten flachen Heizelemente 17 verwendet oder innerhalb der Durchtrittsöffnungen 5 beheizte Nadeln, welche mit Kapillaren, also Durchtrittsöffnungen von 150 bis 400 µm Durchmesser ausgebildet sind. Die Reinigungsflüssigkeit ist vorzugsweise entgast und besitzt einen Entgasungsgrad von 100 % bis 25 %.
Bei entsprechenden Verhältnissen von Länge zu Durchmesser der Düse 5 lassen sich, wie bereits diskutiert, Torusringe erzeugen. Die Erzeugung von Torusringen ist in 8 stark schematisiert gezeigt, wobei in der Wandung 4 die entsprechende Durchtrittsöffnung mit den entsprechenden Parametern ausgebildet ist. Wenn nun eine Dampfblase 10 ein entsprechendes Flüssigkeitsvolumen 11 aus der Düse auspresst, bildet das ausgepresste Flüssigkeitsvolumen 11 rasch einen Torusring 18, welcher aus einer ringförmigen Strömung des Flüssigkeitstropfens 11 besteht, wobei im Kern dieser Ringströmung die ringförmige Gasblase 10 ausgebildet ist.
Es wurde erkannt, dass bei einem Verhältnis der Länge des vor dem Dampfvolumen ausgestoßenen Flüssigkeitszylinders zu seinem Durchmesser bis maximal 4 sich diese Tori bilden.
Bei einem Verhältnis darüber, bis etwa 10 liegt ein Mischbereich vor, wobei die Grenzen hier nicht scharf sind.
Bis wohin genau der Mischbereich geht und wo ein reiner Strahl vorliegt ist fließend und daher nicht genau zu bestimmen.
Bei der für die Erzeugung des Torus-Ringes notwendigen Pulsung betragen die Antriebsfrequenzen der Pulsung zwischen 1 Hz und 50 kHz, Insbesondere 1 Hz und 30 kHz und insbesondere 1 Hz bis 1 KHz.
Insbesondere bei der Erzeugung von kugeligen Dampfblasen beträgt die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 1kHz, insbesondere 30Hz und 300 Hz bevorzugt >50Hz.
Insbesondere bei der Erzeugung von Heißdampf Torus Ringen beträgt die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 20khz, vorzugsweise 50 Hz bis 1kHz und weiter bevorzugt 50 Hz bis 300 Hz.
Pulsungsfrequenzen von >50Hz sind durchaus sinnvoll, weil man auf diese Weise eine kurze Reinigungszeit bei angenehmer Shuttlegröße (Anzahl der Düsen) erreichen kann.
Die Pulslängen betragen beispielsweise von 0,03 Millisekunden bis 1 Sekunde.
Insbesondere bei der Erzeugung eines Dampfbläschens betragen die Pulslängen 0,3ms-1sec, vorzugsweise 0,3ms - 500ms, weiter bevorzugt 0,3 bis 100ms, noch weiter bevorzugt 0,3 bis 20ms und insbesondere 0,3ms-5ms.
Insbesondere bei der Erzeugung eines Dampfblasen Torus Ringes können die Pulslängen kürzer sein und insbesondere, 0,03ms-3ms, insbesondere 0,07ms bis 0,7ms, bevorzugt 0,1ms bis 0,4ms. Die hängt auch von der Größe des Torus ab.
Bei der Verwendung von Partikeln sind Partikel von 1 µm bis 0,5 mm einsetzbar.
Die angestrebte Partikeldichte im abgeschlossenen Volumen liegt vorzugsweise unter 30 Volumenprozent, insbesondere unter 20 Volumenprozent und insbesondere unter 15 Volumenprozent bezogen auf die Flüssigkeit die sich im abgeschlossenen Volumen befindet.
Die angestrebte Partikeldichte in der Ausgangsreinigungsflüssigkeit welche in der Vorrichtung gefördert wird liegt vorzugsweise unter 10 Volumenprozent, insbesondere unter 5 Volumenprozent, jeweils auf bezogen auf das Volumen der Reinigungsflüssigkeit.
In 9 ist eine entsprechende Vorrichtung 1 gezeigt, welche der Vorrichtung entsprechend 2 im Wesentlichen entspricht, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Bei dieser Ausführungsform ist innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs 3, welches wiederum aus drei Unterelementen 3a, 3b und 3c gebildet ist, welche U-förmig um eine dreidimensionale, zu reinigende Oberfläche, in diesem Beispiel ein Zahn 2, angeordnet sind, flächige Heizelemente 17 als sogenannte MEMS-Elemente ausgebildet. Bei diesen MEMS-Elementen handelt es sich um flächige mikro-elektro-mechanische Systeme, welche Logikelemente und mikro-mechanische Strukturen in einem Chip vereinen. Diese Elemente sind in der Lage, eine entsprechende Dampferzeugung zur Herstellung der Dampfbläschen 10 zu bewerkstelligen, insbesondere durch das schlagartige Aufheizen der vor dem MEMS-Element befindlichen Flüssigkeit.
Beispielsweise handelt es sich bei dem MEMS-Element um ein sogenanntes Pulsed Micro Cavity Verdampferelement, welches insbesondere zur gepulsten Arbeitsweise geeignet ist. Hierbei kann das entsprechende Element einerseits eine pulsierende Strömung mechanisch bewirken und zudem parallel den Wasserdampf durch Heizen erzeugen.
Hierbei ist von Vorteil, dass diese Technologie mit geringen Heizleistungen auskommt, so dass eine starke Erwärmung der Reinigungsflüssigkeit nicht zu befürchten steht.
Selbstverständlich können auf diesem Wege auch Torusringe erzeugt werden.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine effektive Reinigung von Oberflächen mittels sehr kleiner Strukturen effektiv möglich ist, wobei Schädigungen der Oberfläche oder anliegender Oberflächen vermieden werden.
Vorteilhafterweise können die Vorrichtung und das Verfahren mit besonderem Erfolg bei der Reinigung im Mundraum verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202016101191 U1 [0013]
US 3401690 A [0014]
US 2005091770 A [0015]
US 20170189149 A1 [0016]
WO 2007060644 A2 [0019]
WO 2009077291 A2 [0020]
WO 2010076705 A1 [0021]
WO 2020212214 A1 [0022]
WO 2020212248 A1 [0023]

Claims

Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, wobei um eine zu reinigende Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen geschaffen wird und mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse und eine Erhitzungseinrichtung Dampfbläschen aus Nassdampf oder gesättigtem Dampf und/oder Bläschen aus einem überhitzten Dampf erzeugt und auf die zu reinigende Oberfläche geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zudem eine Flüssigkeit gepulst ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit der Dampfbase voreilend aus derselben oder zumindest einer weiteren Düse ausgestoßen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhitzung der Reinigungsflüssigkeit vor oder in der zumindest einen Düse gepulst mit einer vorgegeben Pulsungsfrequenz erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Düsen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Wärmeeintrag eine Dampfblase in einer Düse erzeugt wird, wobei ein in einer Düsenanaordnung in Ausstoßrichtung vor der Dampfblase liegendes Flüssigkeitsvolumen durch die Expansion ausgestoßen wird, wobei dieses ausgestoßene Volumen einen Druckstrahl bzw. Druckimpuls einer vorbestimmten Stärke und Geschwindigkeit in Richtung der zu reinigenden Oberfläche erzeugt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entsprechend der Fluiddynamik auf der Rückseite des Druckstoßes ein Unterdruck erzeugt wird, so dass die Dampfblase durch diesen Bereich eines geringeren Drucks mitgerissen wird, wobei hinter der Dampfblase mit einem vorbestimmten Druck zu verdampfende Flüssigkeit in den Bereich der Erhitzung und darüber hinaus bis zu einer Ausstoßöffnung der Düse gefördert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verdampfende Flüssigkeit getaktet gepulst der Düse zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen bei nicht ebenen Oberflächen oder abhängig von einem Abstand zur Oberfläche so betrieben werden, dass eines oder mehrere aus den nachfolgenden Maßnahmen geregelt werden: die Pulsstärke der aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit, die Menge der aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit, die Größe der Dampfblase, die Geschwindigkeit der Dampfblase, die Dampftemperatur des Dampfes der Dampfblase.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem größeren Abstand eines oder mehrere der folgenden Parameter erhöht wird: die Pulsstärke, die Pulsdauer, die Pulsfrequenz, die Fördermenge der Flüssigkeit, die Bläschengröße, die Dampftemperatur.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsstärke zeitlich variiert wird um die Eindringtiefe der vom Flüssigkeitstropfen gezogenen Dampfblase zu vergrößern.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X (Oberflächenhochachse) und/oder Y (Oberflächenquerachse) und/oder Z Richtung (auf die Oberfläche zu) oszilliert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse an der Oberfläche entlanggeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Düsen zu einer Düsenanordnung zusammengefasst sind, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über eine Richtung der Oberfläche (x oder y) angeordnet sind, wobei die Überdeckung der Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen sich überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Höhe eines Zahnes eine unterschiedliche Düsendichte pro Fläche der Anordnung verwendet wird, wobei in den Bereichen, in denen die Anordnung weiter von der zu reinigenden Fläche beabstandet ist, eine höhere Anzahl von Düsen verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Mehrzahl von Düsen in einer Shuttleeinrichtung zusammengefasst sind, wobei die Shuttleeinrichtung zumindest den Bereich eines einer dreidimensionalen Oberfläche umgekehrt U-förmig umgreift.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Shuttleeinrichtung über die Oberfläche mit einer Bewegungseinrichtung bewegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 100 Düsen pro Shuttleeinrichtung verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Düsen mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher Strömungslänge verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfbläschen in Form von Torus-Ringen erzeugt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Pulsfrequenz zwischen 40 und 400 Hz gepulst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von einer zu reinigenden Oberfläche so eingestellt wird, dass sie zwischen 0,5 mm und 5 mm und maximal 7 mm in Interdental-Räumen liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Eingangsdruck der Reinigungsflüssigkeit vor dem Erhitzer in der Düse auf 0,1 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,12 bis 0,6 MPa eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungsflüssigkeit 0,1 - 5 Volumen-% Partikel enthält
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Partikel mineralische Partikel oder Partikel auf Basis von Zellulose verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel mit einer Partikelgröße von 20 - 120 µm verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Flüssigkeitsmenge im Volumen konstant zu halten ein Anteil der Flüssigkeit aus dem Volumen abgesaugt wird, welche im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse zugeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikeldichte im abgeschlossenen Volumen unter 30 Volumenprozent, insbesondere unter 20 Volumenprozent und insbesondere unter 15 Volumenprozent bezogen auf die Flüssigkeit die sich im abgeschlossenen Volumen befindet liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikeldichte in der Ausgangsreinigungsflüssigkeit welche in der Vorrichtung gefördert wird unter 10 Volumenprozent, insbesondere unter 5 Volumenprozent liegt, jeweils auf bezogen auf das Volumen der Reinigungsflüssigkeit.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung von Biofilm wie Zahnplaque die Zeit, welche die Dampfblase zum Zusammenfallen braucht, im Bereich von 0,01 bis 0,5 ms eingestellt wird, insbesondere zwischen 0,050 ms und 0,25 ms.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der für die Erzeugung von Torus-Ringen notwendigen Pulsung die Antriebsfrequenzen der Pulsung zwischen 1 Hz und 50 kHz, Insbesondere 1 Hz und 30 kHz und insbesondere 1 Hz bis 1 KHz und bei der Erzeugung von kugeligen Dampfblasen die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 1kHz, insbesondere 30Hz und 300 Hz bevorzugt >50Hz beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslängen von 0,03 Millisekunden bis 1 Sekunde betragen, wobei bei der Erzeugung eines Dampfbläschens betragen die Pulslängen 0,3ms-1sec, vorzugsweise 0,3ms - 500ms, weiter bevorzugt 0,3 bis 100ms, noch weiter bevorzugt 0,3 bis 20ms und insbesondere 0,3ms-5ms und bei der Erzeugung eines Dampfblasen Torus Ringes die Pulslängen kürzer sind und insbesondere, 0,03ms-3ms, insbesondere 0,07ms bis 0,7ms, bevorzugt 0,1ms bis 0,4ms betragen.
Reinigungsvorrichtung zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) ein Flüssigkeitsreservoir (3) aufweist zur Bereitstellung einer Reinigungsflüssigkeit, wobei an zumindest einer zu einer zu reinigenden Oberfläche (6) gerichteten Wandung (4) zumindest eine Durchtrittsöffnungen (5) angeordnet ist, wobei die Durchtrittsöffnung (5) eine Heizeinrichtung aufweist oder innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs (3) benachbart zur Durchtrittsöffnung (5) eine Heizeinrichtung (17) angeordnet ist, wobei die Heizeinrichtung so ausgebildet ist, dass sie die Reinigungsflüssigkeit innerhalb der Durchtrittsöffnung oder im Flüssigkeitsreservoir (3) vor der Durchtrittsöffnung (5) verdampft.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Durchtrittsöffnungen (5) als Düse ausgebildet ist.
Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Durchströmöffnung (5) auf 150 µm bis 400 µm beträgt, so dass Dampfblasengrößen von 150 bis 600 µm entstehen.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) auf eine zu reinigende Oberfläche (6) zu zumindest ein Dichtelement (7) aufweist, welches sich von der Vorrichtung (1) zu der zu reinigenden Oberfläche (6) erstreckt und ausgebildet ist um an dieser dichtend anzuliegen, wobei das zumindest eine Dichtelement (7) so ausgebildet ist, dass es zwischen der Vorrichtung (1) und der zu reinigenden Oberfläche (6) ein abgeschlossenes Volumen (8) bildet.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (7) gummielastisch ausgebildet ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind mit welchen die Flüssigkeit im Flüssigkeitsreservoir (3) unter einem vorbestimmten Druck steht, so dass eine Rückströmung der Dampfblase (10) in das Flüssigkeitsreservoir verhindert wird
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass zur Sicherstellung einer Entgasung des abgeschlossenen Volumens (8) und/oder zur Vermeidung einer Überfüllung des abgeschlossenen Volumens (8) Mittel vorhanden sind welche es erlauben, Flüssigkeit aus dem abgeschlossenen Volumen oder beim Befüllen Luftblasen aus dem abgeschlossenen Volumen(8) abzusaugen.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) im Querschnitt U-förmig ausgebildet ist, wobei das Flüssigkeitsreservoir (3) im Querschnitt U-förmig mit einem Basiskörper (3a) und zwei von diesem abgehenden Flügeln (3b, 3c) ausgebildet ist, so dass eine dreidimensionale, vorstehenden zu reinigende Oberfläche (6) umgreifbar ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass der Basiskörper (3a) und die Flügel (3b, 3c) jeweils zumindest eine Durchtrittsöffnung (5) aufweisen das zumindest eine Dichtelement (7) zur zu reinigenden Oberfläche 6 verläuft.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung mit einer Kerndüse (5b) ausgebildet ist welche konzentrisch von einer Manteldüse (5a) umgeben ist, welche einen Flüssigkeitsmantelstrom zur Verfügung stellt oder in einem gemeinsamen Düsenvorraum mündet, in den eine Flüssigkeit gepulst oder ungepulst einströmbar ist.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein Flüssigkeitsmantelstrom erzeugt wird, welcher geeignet ist, Dampfblasen (10), welche in der Kerndüse (5b) durch Erhitzung erzeugt werden, mitzureißen und zu der zu reinigenden Oberfläche (6) zu führen oder der Flüssigkeitsstrom in der Kerndüse (5b) erzeugt ist und in der Manteldüse (5a) die Dampfblase (10).
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass von der Austrittsöffnung (5) beabstandet innerhalb des Flüssigkeitsreservoirs (3) und dem abgeschlossenen Volumen (8) gegenüberliegend ist die Heizstruktur (17) angeordnet ist, wobei die Heizstruktur (17) ein flächiges Heizelement (17) ist, welches vorzugsweise in Dünnschichttechnik gefertigt ist und beispielsweise ein Glassubstrat und Metallelektroden, wie Platinelektroden, umfasst.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (17) ausgebildet ist um Reinigungsflüssigkeit die vor das Heizelement (17) strömt sehr schnell zu erwärmen, so dass sich eine Dampfblase (10) bildet, wobei durch die Ausdehnung der Dampfblase (10) der Flüssigkeitsanteil, der sich in der Durchtrittsöffnung (5) befindet, in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche (6) in das abgeschlossene Volumen (8) beschleunigt wird und die Dampfblase (10) durch die Beheizung durch das Heizelement (17)vergrößert wird bis sie sich vom Heizelement (17) ablöst und zusammen mit dem Tropfen (11) in Richtung zur zu reinigenden Oberfläche (6) sich bewegt.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung (5) zur Erzeugung von Torusringen ein Verhältnis der Länge des vor dem Dampfvolumen ausgestoßenen Flüssigkeitszylinders zu seinem Durchmesser bis maximal 10, vorzugsweise bis maximal 4 ausbildet.
Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizelemente (17) Pulsed Micro Cavity Verdampferelemente sind.
Verwendung des Verfahrens und/oder der Vorrichtung nach einem der vorergehenden Ansprüche zur Reinigung eines Mundraumes und insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch.
Verwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 9, wobei die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X (Zahnhochachse) und/oder Y (Zahnquerachse) und/oder Z Richtung (auf den Zahn zu) oszilliert.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die zumindest eine Düse an den Zähnen entlanggeführt wird.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches reichen.