DE2050687C3 - Gerät zur Erzeugung eines pulsierenden Flüssigkeitsstrahls zum Massieren des Zahnfleischs und zur Reinigung der Zähne - Google Patents

Description

As Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges Gerät ist durch die DE-OS 14 66 963 bekanntgeworden, wobei jedoch die Spriizdüse mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen im wesentlichen lediglich den schematischen Figuren zu entnehmen ist und keinerlei numerische Angaben, weder hinsichtlich der Eigenschaften des erzeugten Flüssigkeitsstrahls, noch hinsichtlich der Abmessungen der Spritzdüse und der Austrittsöffnungen gemacht werden.

Durch die DE-PS 5 87 535 ist ein Gera« zur Erzeugung eines pulsierenden Flüssigkeitsstrahl mit Hilfe einer schnellaufenden Kolbenpumpe und einer Düse bekanntgeworden, die nur eine einzige Austrittsöffnung hat und über eine Regelvorrichtung an die

(«■' Pumpe angeschlossen ist. Mit diesem Gerät sollen einerseits Speisereste von den 'Lahnen gelöst und andererseits Massagewirkungen auf das Zahnfleisch ausgeübt werden. Numerische Angaben betreffen lediglich die Geschwindigkeit des die Pumpe antreiben-

<>5 den Motors, den Durchmesser und die Länge von Verbindungsrohren zwischen Pumpe und Regelvorrichtung sowie den Kolbenhub und den Kolbendurcbmesser der Pumpe, nicht jedoch den Druck, die Austrittsmenge

und die Verteilung des Flüssigkeitsstrahls und auch naht die Größe und Form der Düsenöffnung, durch welche ein scharfer, enger und im wesentlichen laminarer Flüssigkeitsstrahl stoßartig auf einen lokal begrenzten, kleiii-'n Bereich des Zahnfleisches gefenkt wird. s

Durch die CH-PS 3 35 799 ist ferner ein Zahnreinigungsgerät bekanntgeworden, bei dem die Reinigungsflüssigkeit durch eine Lochplatte auf die Zähne gespritzt wird und beiderseits ''ieser Lochplatte Wände zum beidseitigen Abdecken der Zähne derart vorgesehen ι υ sind, daß ein Verspritzen der Flüssigkeit gegen den Rachen verhindert wird und das Gerät auf der Zahnreihe entlangführt werden kann. Die Lochdurchmesser der Lochplatte sollen dabei möglichst zwischen 0,3 und 0,8 mm und die Anzahl der Löcher zwischen 20 ι s und 60 liegen. Dieser bekannten Vorrichtung liegt die Idee zugrunde, ein einer gewöhnlichen Zahnbürste ähnliches Gerät /u schaffen, bei dem die austretenden Flüssigkcilsstrahlcn ungefähr wie die Borsten einer Zahnbürste wirken, hin wesentlicher Effekt auf das > <, Zahnfleisch findet jedoch nicht statt.
; Der Konzeption eines weiteren bekannten Geräts /ur 'Mundhygiene, das in der US-PS 32 27 158 beschrieben wird, liegen detaillierte Überlegungen über die Wirksamkeit zugrunde. Danach soll eine Spritzdüse mit einer 2_s einzigen Öffnung, deren Durchmesser zwischen 0,63 und 1,14 mm, vorzugsweise zwischen 0,81 und 0,97 mm liegt, sowie eine Inipulsfolgefrequenz des FJüssigkehssirahls zwischen 800 und 1600 Impulsen je Minute, vorzugsweise 1200 und 1400 Impulsen je Minute, und ferner eine obere Grenze des Flüssigkeitsdrucks von 6,3 kp/cm² vorteilhaft sein. Kin so gestal'eter pulsierender Flüssigkeitsstrahl kleinen Querschnitts soll einerseits eine gute Reinigung bewirken und andererseits in den Impulspausen dem unier der Wirkung der starken Flüssigkeitsimpulse eingedrückten Zahnfleischgewebe genügend Zeit lassen, um wieder »zurückzufedern«, wodurch eine gute Massagewirkung entstehen soll. Die obere Frequenzgrenze des für optimal erachteten Bereichs der Impulsfolgefrequenz des Flüssigkeitsstrahls wird ferner durch das Hinsetzen von Schmerzempfindungen motiviert. Die Erkenntnisse über das Eindrücken und Zurückfedern des Zahnfleisches resultierten, wie in der US-PS 32 27 158 angegeben, aus stroboskopischen Untersuchungen, also lediglich aus oberflächlichen optischen Betrachtungen des Zahnfleischs.

Zur Ermittlung der von verschiedenartigen Flüssigkeiisstrahlen auf das Zahnfleisch erzeugten Effekte wurden nun von der Anmelderin eine völlig neue Untersuchungsmethode entwickelt. Dabei wurde von der Erkenntnis ausgegangen, daß eine bloße Betrachtung des Zahnfleisches, insbesondere seiner Farbe, lediglich sekundäre oder indirekfe Schlüsse auf die Kapillarzirkulation des Blutes zu ziehen erlaubt, welche für die Gesundheit des Zahnfleisches außerordentlich « wichtig ist. Zur Verhinderung einer kapillaren Stagnation, der sog. Stasis, die insbesondere durch Verstopfung der Venen im Zahnfleisch, vor allem als Folge einer Zahnfleischentzündung oder -erkrankung, hervorgerufen wird, ist eine gute Aktivierung der Kapillarzirkula- no tion entscheidend. Die äußere Beschaffenheit und das Aussehen des Zahnfleisches können bei unterschiedlichen Personen sehr verschieden sein und bilden daher kein verläßliches Kriterium zur Beurteilung der Blutzirkulation. Außerdem sind die aus einer solchen <>s Beobachtung zu ziehenden Folgerungen subjektiv, d. h., sie hängen vom Untersuchenden ab.

Um diese Nachteile der nach Kenntnis der Anmelderin bisher ausschließlich angewendeten Betrachtungsweise zu vermeiden, wurde ein den besonderen Erfordernissen angepaßtes Kapillarmikroskop als Untersuchungsgerät in Verbindung mit einer Registriereinrichtung verwendet. Diese Versuchsanordnung erlaubte es nicht nur, die einzelnen Blutkörperchen in den Kapillaren sichtbar zu machen, sondern auch direkt die Geschwindigkeit des Kapillaren-Blutstroms zu messen. Tatsächlich stellen die Geschwindigkeit und die Anzahl der Blutkörperchen, also die Durchflußmenge an Blut durch die Kapillaren, sowie das Nachlassen der Blutzirkulation nach einer Stimulation die objektiven Kriterien dar, welche die Effekte einer Massagebehandlung des Zahnfleischs weitgehend quantitativ und unabhängig von allen subjetiven Einflüssen zu beurteilen erlauben. Außerdem können die bei einer untersuchten Person aufgezeichneten Registrierungen jederzeit reproduziert werden, so daß sich auch andere, unabhängige Beobachter ein direktes Bild machen können. Die Ergebnisse derartiger vergleichender Untersuchungen, die außerdem auch konventionelle Untersuchungen des Zahnfleisches nach einer Massagebehandlung sowie die Ermittlung des Reinigungseffektes verschiedener Flüssigkeitsstrahlen betrafen, sind in einer später angegebenen Tabelle zusammengestellt.

Im Vergleich zu den Ergebnissen, die in der US-PS 32 27 158 angeführt sind und die offenbar lediglich aufgrund einer indirekten äußeren Betrachtung des Zahnfleisches gewonnen wurden, gelangt die Anmelderin aufgrund der oben erläuterten neuen Untersuchungsmethoden zu gänzlich anderen und zum Teil überraschenden Ergebnissen:

Der empfohlene Maximaldruck von 6,3 kp/ern' ist um Größenanordnungen zu hoch. Erfahrungsgemäß hat der Benutzer eines solchen Geräts die Tendern, den stärksten möglichen Flüssigkeitsdruck einzustellen, weil er der Ansicht ist, der größte vorgesehene Druck hätte auch die beste und schnellste Wirkung. Möglicherweise nimmt er dabei auch ein mehr oder weniger starkes Schmerzempfinden in Kauf, weil er glaubt, das gehöre eben zu einer guten Behandlung dazu. Erfahrungsgemäß genügen jedoch bereits verhältnismäßig schwache äußere Einwirkungen, um die dünne, die Kapillaren bildende Zellschicht zu beschädigen, so daß eine Extravasion hervorgerufen wird, d. h. einzelne Blutkörperchen aus den Kapillaren austreten können. Stärkere Einwirkungen auf das Zahnfleisch haben häufig ein Zerreißen der Blutgefäße und damit eine Blutung zur Folge. Flüssigkeitsdrucke von über 1 kp/cm² können die empfindlichen Kapillaren zerreißen.

Die im Hinblick auf eine gute Wirkung empfohlene obere Grenze von 1600 Impulsen je Minute für den Impulsfrequenzbereich ist zu niedrig. Eine Düse mit einer einzigen runden Austrittsöffnung von vorzugsweise 0,9 mm Durchmesser erzeugt einen viel zu engen und konzentrierten Strahl (F i g. 15), dessen Auftrefffläche bei einem Abstand von 1 — 2 cm zwischen Düse und Zahnfleisch größenordnungsmäßig nur ungefähr 1-2mm² beträgt. Dadurch ist nicht nur die lokale Druckwirkung zu stark, sondern es ist praktisch auch ausgeschlossen, daß bei den normalen, vom Benutzer ausgeführten Bewegungen der Düse, die ja nach Art einer Zahnbürste gehandhabt wird, das gesamte Zahnfleisch gleichmäßig während einer minimalen Behandlungszeit erfaßt wird. Vielmehr werden beim horizontalen Entlangstreicben mit der Düse gewissermaßen nur enge »Drucklinien« mit einer Breite in der Größenordnung von 1-2mm erzeugt, die sich nicht

überlappen, weil der Benutzer in der Regel nicht die Sorgfalt und Ausdauer hat, systematisch das gesamte Zahnfleisch mit einer derartigen kleinflächigen Sonde zu behandeln.

Die je Zeiteinheit austretende Flüssigkeitsmenge ist verhältnismäßig groß, was zwei Nachteile mit sich bringt: Einerseits ist eine zu große Wassermenge im Munde für den Benutzer lästig, und andererseits verhindert eine zu große Flüssigkeitsmenge eine wirksame Massage und eine wirksame Reinigung; bei zuviel Flüssigkeit bildet die ständig am Zahnfleisch und an den Zähnen herablaufende Flüssigkei! einen kontinuierlichen Wasserfilm, der stark dämpfend auf die nachfolgenden Fiüssigkeitsimpulse wirkt.

Da das Zahnfleisch lediglich eine dünne und praktisch muskellose Schicht über den harten Kieferknochen und den Zahnwurzeln, dem sog. Parodontium, bildet, und daher, im Gegensatz zu dem übrigen muskelreichen Gewebe des Körpers, nur eine geringe Elastizität hai, kann es kaum »zurückfedern«. Insbesondere stellt eine Kapillare einen »passiven Schlauch« ohne Muskulatur dar, dessen Durchmesser in ungünstigen Fällen nur die Größenordnung der Ausdehnung eines Blutkörperchens (7 —10 Mikron) hat, und der häufig nur von jeweils einem Blutkörperchen mit geringer Geschwindigkeit passiert werden kann. Von einer »elastischen Federung« der Kapillaren kann also keine Rede sein. Es ist aber im wesentlichen diese von Kapillaren durchzogene, verhältnismäßig dünne, auf den Knochen liegende Zahnfleischschicht, welche für eine Massagebehandlung zugänglich ist. Die wesentlich tiefer unter der Zahnfleischobcrflächc liegenden Arterien und Venen, die man als »elastisch federnde Schläuche« auffassen kann, sind einer direkten Massagewirkung durch einen Flüssigkeitsstrahl nicht zugänglich, und der Blutstrom durch diese Arterien und Venen kann nur indirekt durch Aktivierung der Kapillar/rrkula'ion günstig beeinflußt werden. Selbst wenn echte Impulspausen zwischen /wci Ffüssigkeitsimpulsen erzeugt werden könnten, was jedoch praktisch nicht der Fall ist, dann betrüge bei einer Impulsfrequenz von 1600 Impulsen je Minute, gleiche Impuls- und Pausenzeiten vorausgesetzt, die Dauer einer Pause 18,7 Millisekunden. In dieser kurzen Zeitspanne kann ein unter einem Druck von einem oder mehreren kp/cm² eingedrücktes Zahnfieischgewebe niemals voll zurückfedern. Außerdem haben praktische Versuche gezeigt, daß selbst mit speziell zu diesem Zweck entwickelten Pumpen echte Pausen zwischen zwei Flüssigkeitsimpulsen nicht realisierbar sind. Wegen der Trägheit jnd der zeitlichen und örtlichen Veiscbmierung der aus der Düse austretenden Flüssigkeitsimpulse erhält die behandelte Stelle des Zahnfleisches auch in den Druckpausen der Pumpe stets einen Flüssigkeitsstrahl, so daß lediglich Druckverminderungen, jedoch keine Nulldrucke zwischen zwei aufeinanderfolgenden impulsmaxima erzeugbar sind.

Die Versuche der Anmelderin haben gezeigt, daß für die Wirksamkeil der Massage ein »Rückfedern« des Zahnfleisches keine große Rolle spielt. Vielmehr wird die Kapillarzirkulation dann optimal aktiviert, wenn ein innerhalb eines bestimmten Frequenzbereiches fluktuierender Druck ausgeübt wird, der keineswegs bis zum Nulldruck reichende Minima zu haben braucht, und wenn durch eine geeignete Störung des laminaren Flüssigkeitsstrahls dafür gesorgt wird, daß die Flüssigkeitsmasse des Strahles über eine hinreichend große Auftrefffläche versprüht wird, damit nicht die gesamte kinetische Energie eines gebündelten Strahles auf eine praktisch punktförmige Stelle des Zahnfleisches übertragen wird. Wird der »passive Schlauch« einer Kapillare einer optimal dosierten Stoßwirkung durch zeitlich und räumlich heterogen auftreffende Wasscrteilchen ausgesetzt, dann erfolgt einerseits eine rein mechanische Pulsung dieses Schlauches, durch den er geöffnet und die Zirkulation stimuliert wird, während andererseits gleichzeitig eine biochemische Aktivierung stattfindet, durch welche Histamin-ähnlichc Substanzen

ίο freigesetzt werden, weiche die Zirkulation unierstützen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Art zu schaffen, mit welchem erstmals bei größtmöglicher Sicherheit auch für unkundige Benutzer gegenüber einer möglichen Zahnfleischreizung oder -Verletzung eine optimale Aktivierung der Zahnfleisch-Kapillaren bei gleichzeitiger guter Reinigung der Zähne und Zahnzwischenräume erreichbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das Merkmal a) wird eine wirksame Aktivierung der Kapillarzirkulation im Zahnfleisch erreicht, während durch das Merkmal b) ein gut heterogenes Flüssigkeitsbündel und durch das Merkmal c) eine gute Verteilung der Flüssigkeit auf ein hinreichend großes und feines Flüssigkeitsbündel erzielt werden. Durch das Merkmal d) wird verhindert, daß sich im Munde des Benutzers eine zu große Wassermenge ansammelt und

γ> damit ein kontinuierlicher Wasserfilm auf dem Zahnfleisch und den Zähnen die Flüssigkeilsimpulse dämpft: außerdem wird eine hinreichend große Auftrefffläche des Flüssigkeitsbündels erreicht, so daß sichergestellt ist. daß auch bei verhältnismäßig kurzer Behandlungszeit

}s alle Bereiche des Zahnfleisches und der Zähne intensiv behandelt werden. Durch das Merkmal c) werden Reizungen oder par Verletzungen des Zahnfleischs vermieden. Die Kombination alle Merkmale liefert, wie Versuche zeigten, diejenige wohldosierte Stärke und Frequenz einer Flüssigkeitsmassage, bei welcher Verletzungseffekte des Zahnfleischs noch nicht auftreten, jedoch eine wirkungsvolle Kapillarzirkulation stimuliert wird. Auch ergibt sich ein guter Reinigungscffekl, indem auf den Zähnen heftende Verunreinigungen und Bakterien, insbesondere die sich dort ablagernde, materia alba genannte, weißte Schicht mehr oder weniger abgespült und vor allem in den Zahnzwischenräumen festgeklemmte Speisereste gelöst werden, die bei flüchtigem Bürsten mittels einer Zahnbürste im allgemeinen nicht beseitigt werden. Eine sorgfältige Reinigung der Zähne mittels einer üblichen Zahnbürste soll jedoch durch eine Flüssigkeitsbehandlung nicht überflüssig gemacht werden.

Die in den Ansprüche 2, 3 und 4 angegebenen Merkmale betreffen die besonders zweckmäßigen Impulsfolgefrequenzen, austretenden Flüssigkeitsmengen bzw. Maximaldrücke des Flüssigkeitsstrahls, während die Merkmale der Ansprüche 5 bis 14 vorteilhafte konstruktive Ausbildungen der Spritzdüse bzw. des

Oo Spritz/Jüsenkopfes betreffen. Die a/s wünschenswert erkannte Heterogenität des Flüssigkeitsstrahles, welche bereits durch die Anordnung mehrerer nebeneinanderliegender öffnungen in der Düse infolge einer dann auftretenden Turbulenz erzeugt wird, wird noch

r>5 verstärkt, wenn die Düsenöffnungen unrund, vorzugsweise dreieckförmig sind. Die Betriebscharakteristik der Pumpe zur Erzeugung des Flüssigkeitsstrahls, d. h., insbesondere die zeitliche Druckkennlinie der Pumpe

ist, wie sich zeigte, nicht sehr kritisch, da es nicht darauf ankommt, daß zwischen zwei Flüssigkeitsimpulsen wirklich ein Nulldruck erreicht wird.

Eine im Anspruch 15 angegebene Modulation des pulsierenden Flüssigkeitsstrahls kann gegebenenfalls dessen Wirkungen noch verbessern; Mittel zur Erzielung einer geeigneten zusätzlichen Modulation der Druckamplitude bei einem pulsierenden Flüssigkeitsstrahl sind in der älteren deutschen Patentanmeldung gemäß DT-OS 19 36 604 vorgeschalgen worden.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Geräts nach der Erfindung,

Fig.2 —7 verschiedene AusführungsbeispieJe eines im Querschnitt dargestellten Spritzdüsenkopfes,

Fig.8—13 verschiedene Beispiele der Ausbildung des die Düse bildenden perforierten Wandbereichs -eines Spritzdüsenkopfes, wobei in den Fig.8—11 die jeweils obere Hälfte der Darstellung Düsenöffnungen zeigt, weiche durch Einschnitte in den Rand der vorderen Gehäuseschale des Spritzkopfes gebildet sind, iyvährend die jeweils untere Hälfte der Darstellung ,Düsenöffnungen in Form von Einschnitten auf dem Rand des in das Kopfgehäuse eingesetzten Kerns zeigt,

Fig. 14 die schematische Ansicht des sich verbreiternden Flüssigkeitsstrahls aus einem Spritzdüsenkopf nach der Erfindung und

F i g. 15 eine entsprechende schematische Ansicht des stark gebündelten Flüssigkeitsstrahls aus dem Mundstück einer bekannten Vorrichtung.

Nach F i g. 1 besteht das Gerät aus einem mit einer Flüssigkeit F, beispielsweise Wasser, gefüllten Reservoir R, das an eine Druckimpulse mit Frequenzen zwischen 1000 und 3600 Impulsen je Minute liefernde, durch einen Molor angetriebene Flüssigkeitspumpe P angeschlossen ist. Bei dieser Pumpe handelt es sich vorzugsweise um eine nach dem Prinzip der Kolbenpumpe arbeitende Einheit, welche bei einem an ein 50· oder 60-Hertz-Netz angeschlossenen Motor mit einer Drehzahl von 3000 bzw. 3600 Umdrehungen je Minute maximal 3000 bzw. 3600 Impulse je Minute zu iiefern vermag. An den Pumpenauslaß ist über ein Druckeinstellorgan E, von dem eine Parallelieitung B zum Flüssigkeitsreservoir R führt, eine Flüssigkeitsleitung L angeschlossen, die in eine auswechselbar mit der Leitung L zu verbindende Spritzdüse £>mit dem Spritzdüsenkopf Smündet.

Nach F i g. 2 besteht der Spritzdüsenkopf aus einem wenigstens näherungsweise kugelförmigen zweiteiligen Gehäuse. Die hitnere Gehäuseschale 7 bildet ein Teil mit dem an die Flüssigkeitsleitung anzuschließenden Einlaßkanal 1 sowie mit einem das Gehäuseinnere diametral durchsetzenden und senkrecht zur Richtung des Einlaßkanals 1 gerichteten Kern 22. Die vordere Gehäuseschale 3 weist eine dem Querschnitt des Kerns 22 entsprechende Durchbrechung 10 auf, in welche das vordere Ende des Kerns 22 eingreift. Der profilierte Rand der vorderen Gehäuseschale 3 ist bei 19 mit dem Rand der hinteren Gehäuseschale 7 dicht verbunden, entweder durch Kleben, Schweißen oder durch Verschraubung. Längs des Innenumfangs, welcher die Durchbrechung 10 der vorderen Gehäuseschale 3 begrenzt, sind gleichmäßig verteilte Einschnitte 2 angebracht, während außerhalb dieser Einschnitte Gehäuseschale 3 und Kern 22 dicht aufeinanderliegen. Auf diese Weise werden längs eines Kreisumfanges angeordneten Öffnungen 2 gebildet. Der Durchmesser dieses Kreises, also des Kerns im Bereich der Durchbrechung, beträgt vorzugsweise 3-5 mm, während der Durchmesser des durch das Spritzkopfgehäuse definierten Stauraumes Il beispielsweise 7—9 mm beträgt. Der Eintrittskanal 1 hat vorzugsweise einen Durchmesser von 1 —2 mm.

Die durch die Einschnitte gebildeten Düsenöffnungen 2 können beispielsweise die auf den Fig.8—11 dargestellten Formen haben. Die jeweils obere Hälfte der Fig.8—11 betrifft Einschnitte, die auf dem die

ίο Gehäusedurchbrechung begrenzenden innenumfang der Gehäuseschale 3 angebracht sind, während die jeweils untere Hälfte der Fig.8—11 als Variante Einschnitte zeigt, welche auf dem Außenumfang des Kerns 22 wenigstens im Bereich der Gehäusedurchbre-

if cnung angebracht sind, im zuletzt erwähnten Falle ist der die Gehäusedurchbrechung begrenzende Innenumfang der Gehäuseschale 3 zylindrisch. Nach den Fig.8—11 können dreieckförmige Einschnitte 2a, rechteckförmige Einschnitte 2b, halbkreisförmige Einschnitte 2c oder längs bestimmter Umfangsabschnitte verlaufende schlitzförmige Einschnitte 2d vorgesehen sein. Der Querschnitt dieser Einschnitte liegt zwischen 0,02—0,3 mm², vorzugsweise bei 0,07—0,1 mm². Die Anzahl der Öffnungen, die in den betrachteten Ausführungsbeispielen 12 beträgt, und damit der Gesamtaustrittsquerschnitt der Düse wird derart bemessen, daß bei maximal eingestelltem Flüssigkeitsdruck die Austrittsmenge der Flüssigkeit 200—1000 ml/ min, vorzugsweise 250— 500 ml/min, beträgt und die Strahlgeschwindigkeit an der Düse zwischen 10 und 50 m/s, vorzugsweise zwischen f 5 und 30 m/s liegt.

Es hat sich gezeigt, daß derartige Formen und Anordnungen der Düsenöffnungen in Verbindung mit dem Stauraum im Spritzdüsenkopf einen hinreichend heterogenen, sich verbreiternden Flüssigkeitsstrahl erzeugen, welcher in einer Entfernung von 1 —2 cm von der Düse eine Fläche von 15—50 mm² bestreicht und beim Auftreffen auf diese Fläche eine Kraft von 10—30p erzeugt. Fig. 14 zeigt dem nach einer fotografischen Aufnahme skizzierten Strahl aus einer Düie gemäß Fi g. 8 mit dreieckförmigen Öffnungen von je etwa 0,025 mm² Querschnitt, im Maßstab 1 :8 vergrößert. Im Abstand von 15 mm hat dieser Strahl eine Auftreffläche mit einem Durchmesser von etwa 6,5 mm, während der Strahl aus einer bekannten Vorrichtung mit einer Austrittsöffnung von 0,9 mm nach Fig. 15 eine Auftreff fläche von nur etwa 1,2 mm Durchmesser hat.

Wegen der beim Austritt des Strahls aus der Düse erzeugten Turbulenz besteht keine proportionale Beziehung zwischen dem Flüssigkeitsdruck innerhalb des Spritzdüsenkopfes, dem gesamten Austrittsquerschnitt der Düse, der austretenden Flüssigkeitsmenge je Zeit und dem Druck des aus der Düse ausgetretenen Strahls. Vielmehr ist die austretende Flüssigkeitsmenge, verglichen mit dem Fall einer laminaren Strömung, um so geringer, je stärker die Störung der Laminarität durch Gestalt und Anordnung der öffnungen ist. Daher wären auch Angaben über theoretische Förderleistung

ho der Pumpe und den im Innern des Spritzdüsenkopfes erforderlichen Druck nicht ausreichend, um die Bedingungen einer optimalen Massagewirkung zu definieren, da diese selbstverständlich einsig und allein durch die Eigenschaften des Flüssigkeitsstrahles beim

(>5 Auftreffen auf das Zahnfleisch gegeben sind. Diese optimalen Eigenschaften des Flüssigkeitsstrahles wurden durch systematische Untersuchungen, wie erwähnt, ermittelt und können nun, nachdem sie durch die

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AnmeJderin erstmals innerhalb exakter Grenzen angegeben werden, auf mannigfache Weise, z. B. auch empirisch, durch die beschriebenen und die noch im folgenden beschriebenen Spritzdüsenkopfausbüdungen erreicht werden.

Das Beispiel nach Fig.3 unterscheidet sich vom Beispiel nach F i g. 2 lediglich durch eine etwas andere Form der vorderen Gehäuseschale 3 und der hinteren Gehäuseschale 7 mit dem Einlaßkanal 1.

Der Spritzdüsenkopf nach Fi g. 4 weist eine mit dem to Kern 22 ein Teil bildende hintere Gehäuseschale 8 und einen sich in Verlängerung des Einlaßkanals 1 durch das .Gehäuseinnere erstreckenden Stutzen 14 auf, dessen oberer Abschluß ein Teil der Gehäusefläche bildet und an welchem beidseitig die beiden Gehäuseschalen 8 und 3' justiert bei 19, beispielsweise durch Kleben oder Schweißen, befestigt sind. Der im Innern des Gehäuses großflächig ausgeschnittene Stutzen 14 wird vom Kern 22 durchsetzt.

Im Beispiel nach F i g. 5 ist die hintere Gehäuseschale 8' einteilig mit dem Kern 22 ausgebildet und bei 19 mit der vorderen Gehäuseschale 9' verbunden, die einteilig mit dem Einlaßkanal 1 gefertigt ist.

Im Beispiel nach F i g. 6 bildet der Kern 22' ein von der hinteren, mit dem Einlaßkanal 1 ein Teil bildenden Gehäuseschale 6 und der vorderen Gehäuseschale 4 unabhängiges Teil, das sich an seinem rückwärtigen Ende 12 konisch verjüngt und zentriert in einer Ausnehmung 21 der Innenwand der Gehäiiseschale 6 einsetzbar ist. Mittels in entsprechende Ausnehmungen auf der Innenwand der vorderen Gehäuseschale 4 eingreifenden Ansätzen 24 ist der Kern 22' drehfest mit der GehäuseschaJe 4 verbunden, die bei 18 mit der hinteren Gehäuseschale 6 verschraubt ist. Ein Schlitz 17 auf der Vorderseite des Kerns 22' erlaubt das Ein- und Ausschrauben der aus Gehäuseschale 4 und Kern 22' bestehenden Einheit. In einer nicht dargestellten Variante kann auch das hintere Ende 12 des Kerns 22' in der Ausnehmung 21 der hinteren Gehäuseschale yerschraubt sein, während die vordere Gehäuseschale durch den Kern 22' mit ihrem Rand fest gegen den Rand der hinteren Gehäuseschale gedruckt wird.

Die in den Ausführungsbeispielen nach den F i g. 4—6 vorhandenen Einschnitte 2 können wiederum beispielsweise die auf den Fig.8—Ji dargestellten Formen haben.

Im Beispiel nach Fig.7 besteht das Spritzdüsengehäuse aus einer hinteren Gehäuseschale 5 und einer mit dieser bei 19 fest verbundenen, einteilig mit dem Einlaßkanal 1 ausgebildeten vorderen Gehäuse 9 mit einer Durchbrechung 18, in welcher eine Lochscheibe 15 mittels eines einschraubbaren Befestigungsringes 16 gehalten wird. Zu diesem Zwecke sind der Umfang des ■Ringes 16 und der vordere Bereich des Innenumfangs der Durchbrechung 18 mit einem Gewinde versehen, und der Ring 16 hat vorzugsweise Einschnitte 17' zum Einsetzen eines Eindrehwerkzeuges. Die Lochscheibe 15, die vorzugsweise einen Druchmesser von 3,5 mm hat, ist mit ihren im betrachteten Beispiel 36 öffnungen 25, die vorzugsweise eine« Durchmesser von je 0,20 mm haben, auf Fig. 12 dargestellt. Anstelle von runden Öffnungen kann die Scheibe 15 auch radiale Schlitze 26 aufweisen, wie auf Fig. 13 dargestellt. Diese schlitzförmigen Düsenöffnungen nach Fig. 13 können natürlich auch mit Hilfe eines entsprechend eingeschnittenen <>5 Kerns 22 gemäß den Ausführungsbeispielen nach den F J g. 2—6 realisiert werden.

Die überraschend vorteilhaften Effekte, die ein mit dem Gerät nach der Erfindung erzeugter Flüssigkeitsstrahl bewirkt, wurden durch vergleichende Versuche ermittelt. Es wurden die im folgenden mit I—V bezeichneten, verschiedenen Vorrichtungen verwendet, deren wichtigste Daten und deren Wirkungen in der folgenden Tabelle zusammengestellt sind. Es bedeuten:

Erste Spalte I:

Zweite Spalte II:
Spalte JlI-V;

ein handelsübliches Gerät,
welches dem in der US-PS 32 27 158 beschriebenen entspricht,

ein anderes handelsübliches
Gerät,

drei verschiedene Geräte nach der Erfindung.

In den Horizontalreihen der Tabelle erscheinen folgende Angaben:

1. Reihe: Anzahl, Größe bzw. Form der Düsenöffnungen der Geräte. Dabei verteilen sich die bei den Geräten nach der Erfindung IH-V angegebenen Düsenöffnungen über einen kreisförmigen Wandbereich mit einem Durchmesser von etwa 3,5 nun. Die /wolf dreieckförniigen Öffnungen bei dein Gerät IV sind längs des Umfangs eines Kreises verteilt, wie im Beispiel nach Fig.8 angegeben.

2. Reihe: Nennfrequ^nz der Vorrichtungen in Impulsen/min das Gerät V arbeitet außerdem mit einer zusätzlichen Druckmodulation, deren Frequenz angegeben ist.

3. Reihe: Die bei für die betreffenden Geräte zulässigem Maximaldruck tatsächlich gemessenen Impulsfrequenzen in Impulsen/min, die aus der Düse austretende Flüssigkeitsmenge Qm ml/min sowie die vom Flüssigkeitsstrahl an der Auftreffstelle erzeugte Kraft F in Pond, abgekürzt p.

4. Reihe: Diejenigen Impulsfrequenzen in Impulsen/min und diejenige Flüssigkeitsmenge Q in ml/min, die gemessen wurden, wenn die Kraft Fan der Auftreffstelle des Flüssigkeitssirahls auf 10 ρ eingestellt wurde.

5. Reihe: Angaben über den beobachteten Massageef

fekt.

6. Reihe: Angaben über den beobachteten Reinigungs

effekt.

Der Massageeffekt wurde wie folgt untersucht Ufrd bewertet:

Die Geräte wurden bei Versuchspersonen für jeweils und 5 Sekunden bei variierenden Drucken angewendet. Mit dem bereits erwähnten Kapillar-Mikroskop sowie der daran angeschlossenen Aufzeichnungsvorrichtung wurden beobachtet und gemessen:

a) Die Geschwindigkeit ' des Blutstroms in den Kapillaren vor dem Versuch und nach dem Versuch, wobei nach dem Versuch die Beschleunigung des Blutstromes sowie die allmählich langsamer werdende Geschwindigkeit des Blutstromes alle 30 Sekunden wenigstens 5 Minuten lang gemessen wurde.

b) Die Anzahl der geöffneten Kapillaren vor und nach der Behandlung.

c) Die Menge der Bluffüllung, d. h. die Anzahl der in einem bestimmten Augenblick eine Kapillare passierenden Erythrocytes

d) Hinsichtlich der negativen Auswirkungen wurden

die Kapillaren daraufhin untersucht, ob eine Extravasion (Austritt einzelner Blutkörperchen), eine Verletzung oder gar eine Zerstörung stattgefunden hat.

e) Ferner wurden die indirekten Ergebnisse der Massagewirkung in folgender Weise untersucht: Eine Gruppe von zu behandelnden Personen wurde zweimal täglich 21 Tage lang behandelt. Alle 7 Tage wurde das Zahnflehch dieser Personen zyiologisch daraufhin untersucht, ob eine Keratinisation aufgetreten ist oder nicht.

Diese Beobachtungen wurden numerisch durch »positive Punkte« und durch »negative Punkte« abschätztend bewertet, wobei selbstverständlich mehr oder weniger große Streuungen dieser Bewertungspunkte auftreten. Um aus diesen abschätzenden Beobachtungen einen Gütefaktor für die betreffenden i'Geräte abzuleiten, erscheint es plausibel, die mittlere Differenz der positiven und negativen Punkte zugrunde zu legen, wie in der Tabelle angegeben. Setzt man dann ■willkürlich diese mittlere Differenz für die Vorrichtung .il, die den geringsten positiven Effekt zeigte, gleich 1, dann ergeben sich die in der Tabelle angegebenen »relativen Wirkungsfaktoren«, welche die relative .Qualität der einzelnen Geräte ganz gut veranschaulichen.

Der Reinigungseffekt der Behandlungen wurde wie folgt untersucht:

Sowohl bei zu behandelnden Personen als auch an Modellen, mit denen definierte »Anfangsbedingungen« der Verunreinigung erzeugt werden konnten, wurde die Menge an Verunreinigungsteilchen vor und nach einer bestimmten Behandlungszeit gemessen, indem die Menge der durch die Behandlung entfernten Verunreinigungen bestimmt wurde. Der mittlere Prozentsatz der durch die Behandlung entfernten Verunreinigungen ist in Reihe 6 der Tabelle angegeben, und aus diesen Daten wurden wiederum ungefähre »relative Wirkungsfaktoren« bestimmt, wobei der Faktor für die Vorrichtung I gleich 1 gesetzt wurde.

Die in der Tabelle angegebenen Wirkungen der verschiedenen untersuchten Geräte zeigen eindeutig die Überlegenheit der Geräte IH-V nach der Erfindung. Desweiteren lassen sich aus diesen Ergebnissen folgende, allgemeine Schlüsse ziehen:

Die Ergebnisse mit dem Gorät I sind sowohl hinsichtlich des Massageeffektes als auch des Reinigungseffektes nur unbefriedigend. Eine Verringerung der Flüssigkeitsimpulsfrequenz auf den Bereich unter 700 Impulsen/Minute unter sonst gleichen Bedingungen (Gerät H) erhöht zwar gegenüber dem Gerät I den Massageeffekt, jedoch ist der Reinigungseffekt verringert.

Die verbesserte Massagewirkung des Geräts H gegenüber dem Gerät I resultiert, wie die Tabelle zeigt, im wesentlichen aus einer Verringerung der negativen Effekte. Offensichtlich ist daher, bei gleichem stark gebündeltem Strahlquerschnitt und etwa gleichem Auftreffdruck, die VerJetzungsgefabr geringer, wenn man mit wesentlich geringeren Impulsfrequenzen, als bei dem Gerät I empfohlen, arbeitet Die leichte Zunahme der positiven Effekte bei dem Gerät Il hängt möglicherweise mit der bekannten Erfahrungstatsache zusammen, daß allgemein eine Massage dann einen relativen maximalen Effekt liefert, wenn sich die Massagefrequenz der sogenannten Herz-Resonaz bei 60 bis 80 Hertz nähert. Wenn man dakr den

jo Massageeffekt als Funktion der Massagefrequersz aufträgt, findet man bei 60—80 Hertz ein relatives Maximum, eine Verringerung des Effektes mit steigenden Frequenzen und dann jedoch, wie die Ergebnisse mit Geräten nach der Erfindung zeigen, einen erneuten Anstieg der Wirkung, welcher wahrscheinlich auch mit Nervenreaktionen zusammenhängt und der eine genaue Dosierung und hinreichende Verteilung des Flüssigkeitsstrahls derart von:i^r>s-~'.7', ^aR die beschriebenen nachteiligen Wirkungen vermieui.it wh,ü■-.-. ^»c Wirkungen werden insbesondere mit Frequenzen ÜDer 2000 Impulsen/Minute erzielt. Die gegenüber dem Gerät I sprunghafte und auch gegenüber dem Gerät II sehr überraschende Steigerung des positiver Massageeffektes mit den Geräten nach der ErfiriJiwg '-■«<■.?

>5 offenbar auf folgende Faktoren zurückgeführt werden: Infolge der Störung und Aufspaltung des Flüssigkeiis-Strahls (nach Art einer Dusche) wird, verglicher mit den bekannten Geräten, ein wesentlich größerer Zahnfleischbereich mit einer jeweils geringeren Wassermenge behandelt, und ferner bewirkt die höhere Impulsfrequenz einwandfrei eine bessere Aktivierung der Kapillaren. Es ist bemerkenswert, daß die Flüssigkeitsmenge bei den Geräten nach der Erfindung praktisch nur halb so groß ist wie die bei den Geräten I und II. Das

.?5 bedeutet, daß eine mögliche Dämpfung der Flüssigkeitsstöße durch einen stetigen Wasserfilm, der sich bei einer zu großen Flüssigkeitsmenge bildet, praktisch verhindert wird. Die Auftrefffläche des Flüssigkeitsstrahles bei den Geräten III - V nach der Erfindung hat die Größe von ungefähr 25—30mm² (Fig. 14), während die Auftreff fläche beim Flüssigkeitsstrahl nach den Vorrichtungen I und II infolge der Bündelung des Strahles nur etwa 1—4mm² beträgt (Fig. 15). Dementsprechend höher lag auch bei den Geräten I und II der mittlere, auf das Zahnfleisch ausgeübte Druck, weicher insbesondere bei dem Gerät I, wie die hohe negative Punktzahl zeigt, zu nachteiligen Effekten Anlaß gibt.

Auch die Reinigungswirkung bei den Geräten nach der Erfindung III—V ist, verglichen mit den Geräten nach I und II, doppelt so hoch bzw., wenn man zusätzlich noch eine Druckamplitudenmodulation einführt, dreifach so hoch.

Die in der Tabelle angegebenen Ergebnisse beweisen eindeutig die Überlegenheit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Geräts zur Erzeugung eines Flüssigkeitsstrahls, welches trotz der wesentlich besseren Wirkung konstruktiv sehr einfach und wirtschaftlich herstellbar ist.

Bekannt I

Erfindung

(V

DüsenölThungen
Anzahl
Größe
Form

I 11 12 11

0,9 mm 0 0,9 mm 0 0,3 mm 0 0,07 mm¹ 0 0,J mm

Rund Rund Rund Dreieck Rund

%. ft it»» rf !■ iiwW

I'ortsct/unp

	liekannl	Il	I rlinilung	IV	V
	1		IH
Nennfrequenz		701)		3000	3000
ImpuKc/min	1200	-	3000	-	300
Modulalionsmaxima/min	-		-
Betriebsdaten bei Pmax.		590		2570	2590
Impulse/min	1125	-	2575		445
Modulation	-	465	-	215	200
Q in ml/min	450	15	220	13	14
/·' in ρ	15		14
/·"- 10 ρ		705		2590	2615
Impulse/min	1175	385	2600	170	160
Q in ml/min	375		180
Abgeschätzter Massage-EH'ekt		106		148	149
Positive Punkte (±20%)	96	15	145	Il	18
Negative Punkte (+20%)	5«	91	14	137	131
Mittlere Differenz positiv -	neagativ 38	2,4	131	3,6	3,4
Relativer Wirkungsfaktor	1		3,4
Reinigungseffekt		.5%		13%	19%
Mittlerer Wirkungsgrad	7%	1	14%	2	. 3
Relativer Wirkungsfaktor	I	Zeichnungen	2
	Hierzu 9 Blatt

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Gerät zur Erzeugung eines pulsierenden Flüssigkeitsstrahls zum Massieren des Zahnfleischs und zur Reinigung der Zähne mit einer Flüssigkeitsdruckimpulse erzeugenden Pumpe, einer an diese angeschlossenen Spritzdüse mit einer Vielzahl von Austrittsöffnungen, durch welche ein im Winkel zum In den Spritzdüsenkopf mündenden Einlaßkanal orientiertes Bündel von Flüssigkeitsstrahlen austritt, und mit einem Druckeinstellvcntil, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Pumpe (P) dazu eingerichtet ist, einen pulsierenden Flüssigkeitsstrahl mit einer Impulsfolgefrequenz zwischen 1000 und 3600 Impulsen/min zu erzeugen,

b) der Spritzdüsenkopf (S) einen Stauraum einschließt, dessen maximaler Innenqucrsthniii größer ist als der erwähnte Eintrittskanal (I),

c) die Austritisöffnungen (2; 25; 26) einen Durcbflußquerschnitt zwischen 0,02 und 0,3 mrrH haben und auf einem Wandbercich des Spritzdüsenkopfes (S) von i bis 20 mm' verleih angeordnet sind,

d) die Anzahl der Austrittsöffnungen (2; 25; 26) so bemessen und ihre Anordnung so gestaltet sind, daß bei maximal eingestelltem Flüssigkeitsdruck die austretende FJüssigkeitsmenge 200 bis 1000 ml/min betragt und in einem Abstand von

1 bis 2 cm von den Auslrittsöffnungcn eine Fläche von 15 bis 50 mm^! durch die Flüs.sigkcilsslrahlen überstrichen wird und

e) das Druckeinstellvcntil (E)dazu eingerichtet ist, den maximalen Druck der Flüssigkeitsstrahlen an deren Auftreffstelle im Abstand von 1 bis

2 cm auf maximal 0,24 kp/cm² /u begrenzen.

2. Gerät nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (P) dazu eingerichtet ist, einen pulsierenden Flüssigkeitsstrahl mit einer Impulsfolgefrequenz von über 2000 Impulsen/min zu erzeugen.

3. Gerät nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Anzahl und Querschnitt der Austrittsöffnungen (2; 25) so bemessen bzw. gestaltet sind, daß die austretende Flüssigkeitsmenge zwischen 250 und 500 ml/min beträgt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckeinstellventil (E) dazu eingerichtet ist, den maximalen Druck der Flüssigkeitsstrahlen an ihrer Auftreffstelle im Abstand von 1 bis 2 cm auf 0,1 kp/cm² zu begrenzen.

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (2; 25; 26) einen Durchfiußquerschnitl von 0,07 bis 0,1 mm·'haben.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der die Austrittsöffnungen (25; 26) aufweisende Wandbereich des Spritzdüsenkopfes (S) durch eine Loch- oder Schlitzscheibe (15) gebildet ist, welche in einer Durchbrechung (18) des Spritzdüsenkopfes (5, 9) befestigt ist.

7. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (2) längs des Umfangs des Kreises angeordnet sind.

8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens näherungsweise kugelförmige Sprjtzdüscnkupf (3, 7; 3', 8; 4. 6; 8', 9') cine Durchbrechung (lö) aufweist, in welche ein das Kopfinnere durchsetzender und bis zur gegenüberliegenden Kopfinnenwand reichender Kern (22,22') ■» eingesetzt ist, und daß die Austrittsöffnungen (2) durch Einschnitte an wenigstens einem der beiden sich berührenden Ränder der Durchbrechung (10) und des Kerns (22,22') gebildet sind.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, in dadurch gekennzeichnet, daß der Spritzdüsenkopf aus einer vorderen Gehäuseschale (3; 3'; 4;9; 9') und aus einer hinteren Gehäuseschale (5; 6; 7; 8; 8') zusammengesetzt ist.

10. Gerät nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch is gekennzeichnet, daß der Kern (22) ein Teil mit der hinteren Gehäuseschale(7; 8; 8') bildet.

11. Gerät nach den Ansprüchen 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (22') ein unabhängiges Teil ist. welches mit sunem hinteren F.idc in

-<' einer Ausnehmung (21) auf der Innenwand der rückwärtigen Gehäuseschalc (6) eingesetzt ist und durch die vordere Gebäiisesehale (4) geballen wird.

12. Gerät nach Anspruch II, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern (22') drehfesl mit der

^i vorderen Gehüuseschale (4) verbunden ist und die aus Kern und vorderer Gehäuseschale bestehende Einheit durch Verschraubung mil der hinteren Gehäuseschale (6) verbunden ist.

13. Gerät nach einem der Anspräche 1 bis 12, .?» dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (2a, 26, 2c: 2d; 26; 27) eine von der Kreisform abweichende Gestalt haben.

14. Gerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (2:i) drcieckför-

.15 mig sind.

15. Gerät nach einem der Ansprüche I bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es dazu eingerichtet ist, den pulsierenden Flüssigkeitsstrahl zusätzlich hinsichtlich seiner Druckamplitude und/oder seiner

A" Frequenz /u modulieren.