WO2022129545A1 - Verfahren und vorrichtung zum reinigen im mundraum - Google Patents

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WO2022129545A1
WO2022129545A1 PCT/EP2021/086522 EP2021086522W WO2022129545A1 WO 2022129545 A1 WO2022129545 A1 WO 2022129545A1 EP 2021086522 W EP2021086522 W EP 2021086522W WO 2022129545 A1 WO2022129545 A1 WO 2022129545A1
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WO
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nozzle
liquid
nozzles
cleaning
volume
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PCT/EP2021/086522
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English (en)
French (fr)
Inventor
Wilhelm Zackl
Andreas RAMBERGER
Lukas RÖSCH
Bernhard WEISS-BOUSLAMA
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epitome GmbH
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Publication date
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/02Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication
    • A61C17/0208Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication combined with means providing suction
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/02Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication
    • A61C17/028Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication with intermittent liquid flow
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C17/00Devices for cleaning, polishing, rinsing or drying teeth, teeth cavities or prostheses; Saliva removers; Dental appliances for receiving spittle
    • A61C17/02Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication
    • A61C17/0211Rinsing or air-blowing devices, e.g. using fluid jets or comprising liquid medication specially adapted for rinsing the teeth of at least one jaw simultaneously

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for cleaning surfaces in the oral cavity, in particular a method for cleaning teeth, interdental spaces and gums in the oral cavity.
  • the toothbrush has the disadvantage that it can damage the gums, particularly if brushed improperly, so that paratontoses are a common problem.
  • the majority of the biofilm that forms the dirt is located directly above or below the gums, which is why cleaning on or next to the gums is of great importance. This is particularly difficult for toothbrushes because the brush comes into contact with the gums and irritates them.
  • a toothbrush is known from US 2005/091,770 A, which works like a normal electric toothbrush, but also has an ultrasonic generator that is intended to introduce acoustic energy into a cleaning liquid.
  • a system is known from US 2017/0189,149 A1, with which teeth are intended to be whitened with an ultrasonic device.
  • a mouthpiece is provided for this purpose, which has a volume for the upper jaw and the lower jaw, wherein ultrasound generators are arranged in the mouthpiece, facing the teeth, which ultrasonic energy can be applied to the surface of the teeth.
  • Ultrasound Streaming This is to create an effect known as Ultrasound Streaming, stating that the temperature must be controlled and also that bubbles must be prevented from forming as these impede the transmission of the ultrasound.
  • a frequency of 20 kHz to 100 kHz should be used, whereby cavitation should be brought about in a targeted manner so that steam bubbles form, which implode on the surface of the tooth, with local temperatures of up to 5000 Kelvin and local pressures of up to 1000 atmospheres are to be created.
  • the disadvantage here is that the energies introduced are so high that damage to the tissue is practically unavoidable.
  • a method and device for removing biofilm by so-called micro streaming is known from WO2007/060644 A2.
  • gas bubbles should be set into resonance by ultrasound, which should lead to a cleaning effect.
  • the ultrasonic excitation causes the gas bubbles to vibrate, which induces an acoustic flow in a small area near the bubble.
  • This acoustic flow is also known as "micro streaming".
  • This micro flow is intended to generate shear forces capable of removing the biofilm.
  • the corresponding gas bubbles can be prefabricated and in particular these vesicles can also be created in a phospholipid or protein environment to stabilize them.
  • WO2009/077291 A2 also discloses a method for bringing antimicrobial reagents to a biofilm, in which case gas bubbles in a plastic casing are introduced into a treatment room, the plastic casing is then destroyed with ultrasound and the bubbles are thus released.
  • the gas bubbles are stimulated by the ultrasonic frequency in such a way that they vibrate and collapse after reaching a maximum amplitude of the vibration, thereby tearing open the biofilm.
  • a toothbrush is known from WO2010/076705 A1 which, in addition to bristles, contains an ultrasound generator which introduces ultrasound into a treatment room, with microbubbles also being introduced. This can, but does not have to be generated cavitation.
  • WO2020/212214 A1 discloses a method in which a toothbrush is to be coupled to a water jet device, the water jet device being controlled in such a way that when the toothbrush is guided past the interdental areas, a water jet rinses the interdental areas. Suitable acceleration, speed or displacement sensors should be used for this.
  • WO 2020/212248 A1 discloses a method in which a water jet device is also coupled to a toothbrush, with a control device being present which makes an assumption as to where the cleaning device is located in the mouth, using predetermined data and user-specific data ,
  • the data include, among other things, data relating to the cleaning activity of the user or the operation of the cleaning device and are used to make an assumption about the location in order to rinse this with the water jet when an interdental area is reached.
  • a disadvantage of the known methods is that tests have shown that cleaning with (imploding) bubbles alone is not sufficient. Either the cleaning performance is too low or the cleaning performance is higher, but with a higher cleaning performance, which by no means has to be sufficient, an energy range becomes achieved, which is not certain, since cavitation can occur in these energy ranges, which can selectively lead to destruction of both the gums and the tooth material. In order to rule out such destruction, this area must be avoided over a large area, which means that the cleaning performance is ineffective.
  • the combination of microbubbles with conventional toothbrushes ultimately only combines the disadvantages of both technologies.
  • DE 42 08 664 A1 discloses a nozzle head arrangement for oral irrigators with a nozzle head forming a tunnel, the nozzle head being designed on the inside with a large number of spray nozzles which are successively supplied with pressurized liquid from a pressure pump by control valves.
  • US 2012/0003601 A1 discloses a tooth cleaning device with a device for generating a spray jet, which pressurizes a liquid by means of a piezo element and can direct it at a tooth to be cleaned, and also a detection device for detecting a dental hygiene marker.
  • the device is very bulky and hardly suitable for end user use.
  • a method for cleaning teeth is known from US 2019/0110875 A1, in which a liquid is to be ejected and sucked in alternately, with the liquid being ejected on one side of a row of teeth and being sucked in alternately on the other side is controlled by valves which alternately open one or the other transport route.
  • the disadvantage of this method is that it does not work, since the rapid alternation that is desired fails due to the inertia of the liquid on the one hand and the frictional resistance in the lines on the other.
  • a mechanically driven oral irrigator is known from US 2019/0236236 A1, in which pulsed liquid jets are generated and guided over the teeth in a conventional manner using a manually guided nozzle.
  • the disadvantage here is that a large number of user errors are possible, which can lead, among other things, to massive damage to the gums.
  • the object of the invention is to provide a method for cleaning surfaces, and in particular of tooth and gum surfaces and interdental spaces, which is simple, fast and safe and effective and safe way to the biofilm of Gums, the interdental spaces and the teeth and is also pleasant to use.
  • the invention provides for sending a surface to be cleaned a pressure jet or pressure pulse of a predetermined strength and speed through at least one nozzle in the direction of the surface to be cleaned, with the nature of the liquid or the liquid medium being due to the pressure surge, which introducing a small volume of liquid into the volume of liquid, propagating through the liquid to a surface to be cleaned.
  • Toroidal closed vortex filaments hereinafter referred to simply as torus or in the plural tori, can be generated via appropriate nozzle geometries on the one hand and compliance with certain boundary conditions with regard to the quantity and speed of an ejected medium.
  • a flow or such a eddy leads to a flow occurring transversely to a surface to be cleaned after the torus has passed through the surrounding medium to the surface to be cleaned.
  • a flow of this type can in itself be capable of causing biofilm or plaque to detach.
  • cold vapor can also form inside the torus.
  • the torus or the cold steam bubbles on the surface will also collapse, which causes a further flow effect due to cross flows.
  • toroidal, closed vortex filaments also exist without cold steam. Particles are also moved along the surface to be cleaned due to their flow resistance. The flow resistance of the particles increases with their size and thus also the shearing forces that act on the biofilm when a particle is moved along its surface.
  • the nozzles can be circular in cross-section, but they can also have any other shape, for example, be elliptical or narrowly slit-shaped, star-shaped or generally irregular.
  • the closed vortex threads are not necessarily circular and thus no tori according to the definition.
  • the circular torus is advantageous because it is particularly stable and extends far into the liquid without any noticeable change in shape.
  • Torus rings also have the advantage, among other things, that they can bridge a large distance between the nozzle and the surface to be cleaned.
  • Torus rings can also bridge much greater distances than are necessary for the purpose stated here.
  • tori lay with cold steam at nozzle decrease in diameter by 1.5mm to around 30 to 50mm. This means that a surface to be cleaned is definitely reached with Tori.
  • the cleaning liquid can be sucked back and reused in the process, with the sucking back taking place via the ejection opening of the nozzle, via sucking back openings arranged adjacent to the nozzle or central sucking back openings and the liquid being returned to the process.
  • the inventors have recognized that without sucking back too much liquid can get into the oral cavity and this can be uncomfortable for the user, and the inventors have also recognized that the method can be operated more efficiently if the liquid is reused in the same process.
  • the nozzles of the same shuttle can also be operated at different times in order to reduce the leakage losses of the sealing lips and to keep the liquid content as constant as possible.
  • the suction can take place inside and or outside the closed volume.
  • the sucking back can take place within the closed volume created and/or outside, ie in the oral cavity; liquid that is present due to unavoidable leaks can be sucked back in the oral cavity.
  • sucking back into the oral cavity can also take place at the end of a treatment.
  • saliva and cleaning fluid can also be sucked out by sucking back out of the oral cavity at the end of the treatment in order to enable the cleaning device to be used safely and without soiling of clothing and fluid running out of the mouth.
  • a cleaning fluid and in particular a cleaning fluid with particles, is periodically sucked in and ejected, with the fluid paths being in the vicinity of the teeth, i.e. in particular at a distance of ⁇ 3 cm from the nozzle to the tooth surface.
  • the aim is to generate a periodic pulsed jet through one or more nozzles, which is directed towards the surface to be cleaned and due to the shape of the Teeth, especially in the area of the interdental spaces, can also be directed orthogonally to tangentially to the tooth by changing the ejection angle.
  • the periodicity refers to the period of the process of always recurring suction and expulsion. This expressly does not mean that this happens with a constant time interval. Aspiration and ejection at regular intervals is just as encompassed by the invention as aspiration and ejection at stochastic time intervals.
  • the sealing cushion can adapt to the surfaces.
  • sealing or creating a volume of liquid does not mean that this volume is absolutely liquid-tight; leakage of liquid is unavoidable to a certain extent and can easily be accepted.
  • the cushion can absorb at least the largest part of the volume flowing in through the nozzle; incidentally, complete tightness cannot be ruled out.
  • the closed volume between the nozzle and the surface to be cleaned does not lose any cleaning liquid and ideally the cleaning liquid can be reused infinitely often by sucking in and ejecting it for the respective jet to be cleaned. Since in reality, however, losses of the cleaning fluid appear unavoidable, for example through interdental If there are gaps or leaks in the sealing lips due to the surface shape of the surface to be cleaned, which must be compensated for by an inflow of cleaning liquid, the inflow is greater overall than the volume.
  • the inflow can take place through the respective nozzle itself or through the respective nozzle array itself, so that a medium fluid stream flows through the nozzle or nozzles.
  • the closed volume can also be filled up from another point with a sufficient quantity of cleaning liquid, in which case the fluid flow through the nozzle averaged over a period is equal to zero.
  • the jet can be ejected via the nozzle and sucked in also via the nozzle, via other nozzles or valves or only via valves or suction openings.
  • the nozzle shape can deviate from a circular cross-section and can have any other shape.
  • the nozzle can be cylindrical or without divergence or convergence of the delimiting walls, but it can also be conical.
  • the drive frequencies of the pulsing are between 1 Hz and 50 kHz, in particular 1 Hz and 30 kHz and in particular 1 Hz to 1 kHz.
  • the pulsing frequency is preferably between 1 Hz and 1 kHz, in particular 30 Hz and 300 Hz, preferably >50 Hz.
  • the pulsing frequency is preferably between 1 Hz and 20 kHz, preferably 50 Hz to 1 kHz and more preferably 50 Hz to 300 Hz. Pulse frequencies of >50Hz make sense because in this way you can achieve a short cleaning time with a comfortable shuttle size (number of nozzles).
  • the pulse lengths are, for example, from 0.03 milliseconds to 1 second.
  • the pulse lengths are 0.3 ms-1 sec, preferably 0.3 ms-500 ms, more preferably 0.3 to 100 ms, even more preferably 0.3 to 20 ms and in particular 0.3 ms-5 ms.
  • the pulse lengths can be shorter and in particular 0.03ms-3ms, in particular 0.07ms to 0.7ms, preferably 0.1ms to 0.4ms. It also depends on the size of the torus.
  • particles When using particles, particles from 1 ⁇ m to 0.5 mm can be used.
  • the total flow speed from the nozzle can be between 15-100 m/s, with jets using speeds of 15-40 m/s, since damage is certain to occur above and cleaning below is not.
  • the speed in the nozzle can be higher and the maximum pressures in the nozzle chamber can also be much higher for a short time, especially with very short pulses, because then the kinetic energy is transferred to the cold vapor bubble and thus the effective speed of the fluid in the Torus and thus on the tooth is much smaller.
  • the desired particle density in the closed volume is preferably below 30 percent by volume, in particular below 20 percent by volume and in particular below 15 percent by volume, based on the liquid in the closed volume.
  • the desired particle density in the initial cleaning liquid which is conveyed in the device is preferably below 10 percent by volume, in particular below 5 percent by volume, in each case based on the volume of the cleaning liquid.
  • the closed volume according to the invention which can be closed off via corresponding sealing lips or other sealing elements, has proven to be helpful for the inventors, since it is uncomfortable for many people when the mouth is cleaned with cleaning fluid. id is filled and in particular the fluid volume is still increasing and when removing the device cleaning fluid which is still present runs out of the mouth or soils clothing.
  • the cleaning fluid is accordingly kept within the closed volume, and after the end of the cleaning process, the cleaning liquid located in the closed volume can also be completely sucked out via the suction back according to the invention already described.
  • the closed volume can be created around one or more teeth, around a jaw branch or, for example, depending on the shape of the tooth around differently shaped teeth, for example that a volume is created around molars, a volume in the canine area and a volume in the incisor area.
  • a total volume for an entire jaw can also be created with corresponding nozzle arrays, but between the differently shaped, volume-limiting areas which also carry the nozzles, for example partitions or partitions, in particular elastic partitions or partitions are provided.
  • the design is therefore flexible, but all options have in common that the closed volume keeps the fluid around the surface and significantly reduces the amount of fluid in the mouth.
  • a jet is ejected from a nozzle opening and, after the jet has been ejected, liquid is sucked back through the nozzle in order to keep the volume within the closed volume or the amount of liquid within the closed volume as constant as possible. Since the jet is ejected as a pressure surge, it follows that sucking back will take a longer time than ejection.
  • the liquid is ejected via the nozzle opening, but there is a suck-back opening adjacent to the nozzle opening, so that when a vacuum is applied to the area of the nozzle, the liquid is sucked back both through the nozzle and through the adjacent suck-back opening becomes.
  • the suck-back opening preferably has a simple membrane valve, for example, which closes the suck-back opening when the liquid is expelled and opens when a negative pressure is applied for the purpose of sucking back.
  • the last-mentioned variant is combined with the second-mentioned variant, so that in these cases one or more inflow openings for filling the volume, at least one nozzle for generating the pressure surge and at least one suck-back opening are present.
  • the aforementioned variants can also be combined with a closing device for the nozzle, which closes the nozzle when either liquid flows in or liquid is sucked back.
  • a closing device for the nozzle which closes the nozzle when either liquid flows in or liquid is sucked back.
  • the use of a valve and also the use of a suitable suck-back opening of a suitable size or a plurality of suck-back openings allows rapid sucking in.
  • the basic cleaning is done through the nozzles.
  • a zone with a pressure that is lower than the pressure surge or even a negative pressure can arise on the rear side of the pressure surge, so that the surface to be cleaned is subjected to a pressure change. It has been shown that this approach not only leads to effective damage to the biofilm, but also to its effective detachment, since the shear forces generated by the Pressure changes are generated are so strong that the biofilm does not stick and does not close again, but is transferred into the cleaning liquid.
  • the pressure surge can be so strong that there is a transition to the vapor phase on the low-pressure side, so that cold vapor bubbles are generated. These collapse as a result of the pressure equalization when they have reached the tooth surface and their volume is refilled with liquid accordingly.
  • the resulting micro-streaming effect is not absolutely necessary for cleaning, but can certainly support it if it occurs.
  • the method can provide for the liquid to be ejected or the pressure pulses to be generated from a plurality of nozzles which are combined in a nozzle shuttle, with such a nozzle shuttle encompassing one or more teeth on all sides, i.e. approximately in an inverted U-shape (molars) or is double-I-shaped (incisors) and this shuttle is guided over the teeth, for example from the wisdom teeth in the direction of the incisors, whereby several shuttles can also be present, so that the incisors are cleaned by a shuttle and the molars by another shuttle.
  • molars inverted U-shape
  • incisors double-I-shaped
  • the invention has the advantage that a simple, safe and gentle cleaning of the teeth, the interdental spaces and the gum area is achieved, which ensures a less abrasive, possibly even non-abrasive, effective cleaning.
  • the invention thus relates in particular to a method for cleaning surfaces, in particular teeth, interdental spaces and gums, with at least one arrangement comprising at least one nozzle applying a pulsed stream of liquid to the surface to be cleaned. ing surface is directed, with at least a proportion of the liquid being sucked back and circulated.
  • the advantage here is that a pressure pulse generated in a volume of liquid by a nozzle that injects a defined amount of liquid into the volume of liquid generates a pressure surge moving through the volume of liquid, which generates shear stresses on a surface to be cleaned.
  • the total amount of liquid present in the oral cavity can be limited and the liquid can also be reused, so that the amount of cleaning liquid used can be limited.
  • a further development provides that the quantity of liquid sucked back essentially corresponds to the quantity of liquid supplied, which is supplied via the at least one nozzle.
  • a further development provides that a surface to be cleaned or a partial area thereof is surrounded by a closed volume of liquid, with one or more nozzles being arranged within this closed volume of liquid.
  • the advantage here is that by creating a closed volume or an enclosed space in the area of a surface to be cleaned or a partial surface thereof, a better and more or less closed liquid circuit is created.
  • directed currents can arise here, which on the one hand improve the cleaning result and the condition of the cleaning liquid in relation to gas bubbles
  • sucking back takes place inside and/or outside the enclosed space, so that the sucking back takes place inside the enclosed space and/or outside, ie in the oral cavity.
  • the sucking back can take place at least in part centrally and then also includes saliva and cleaning fluid that has escaped from unavoidable leaks, so that the oral cavity, especially at the end of the cleaning - can be sucked empty during the cleaning process and/or can be kept at a constant volume that is perceived as comfortable during the cleaning by slow continuous sucking back.
  • the cleaning liquid is advantageously recovered and reused.
  • a further development provides that the quantity of liquid sucked back corresponds to the quantity introduced into the enclosed space through one or more nozzles by a maximum of +/-20% by volume.
  • the advantage here is that the liquid flow can be controlled particularly well, possibly taking into account leaks in the seal of the enclosed space.
  • a jet is generated in the volume of liquid with an area of high pressure and an area of lower pressure that follows, based on the ambient pressure of the liquid in the volume.
  • the pressure pulse is chosen to be so strong that the area of the lower pressure generates and entrains cold vapor bubbles.
  • the advantage here is that the cold steam bubbles created by the negative pressure collapse on the surface to be cleaned as a result of the pressure equalization with the surrounding liquid. As a result, additional shearing forces are generated by microflows of the liquid into the bubble volume, which can increase the cleaning effect.
  • a further development provides that a ratio of jet length of the cylindrical fluid jet to jet diameter of up to 10 and in particular below 6 and in particular below 4 is set, so that torus rings are produced.
  • the advantage here is that torus rings can be used in a particularly good manner in order to bridge different distances from the nozzle to the surface to be cleaned.
  • torus rings have the advantage that although they develop a good cleaning effect, in particular through microstreaming as a result of their own flow and the inflow in the event of a collapse, they are also able to entrain or carry along particles and thus cleaning via shear forces to effect. In the event of a collapse of the cold vapor bubble or bubbles, the torus rings release an energy that is far from damaging.
  • the advantage here is that a larger area can be cleaned at a time.
  • the nozzles are operated in the case of uneven surfaces or depending on a distance from the surface in such a way that the pulse strength and/or the quantity of the liquid ejected from the nozzle is regulated, with the pulse strength and/or the pulse duration and /or the pulse frequency and/or the flow rate is increased.
  • the advantage here is that, for example, the areas between the teeth near the gums are cleaned with more energy or a larger amount of flowing liquid, so that the cleaning effect is adapted to the expected amount of contamination on the one hand or the distance to the nozzle on the other. At the same time, areas that are less spaced, such as the tooth flanks, are subjected to less energy.
  • the at least one nozzle is oscillated around a rest position in the X (vertical axis of the tooth) and/or Y (tooth transverse axis) and/or Z direction (towards the tooth).
  • the advantage here is that an oscillation around the X and/or Y direction increases the coverage by a nozzle on the one hand, and on the other hand it can prevent the energy from being introduced too punctually Oscillation in the Z direction.
  • the at least one nozzle is guided along the teeth and/or the gums.
  • the advantage here is that all surfaces to be cleaned are treated one after the other with the at least one nozzle.
  • a plurality of nozzles are combined to form a nozzle arrangement (shuttle), with the nozzles being arranged in such a way that they are arranged at least over the height of a tooth and the adjacent gum, with the nozzle jet impingement surfaces of the individual nozzles overlapping or in the case of oscillating nozzle arrangements cover themselves.
  • the advantage here is that the entire surface that is to be cleaned is cleaned by at least one cleaning line over the height from the gingival to the occlusal area, with the overlapping ensuring a complete cleaning.
  • a different nozzle density per area of the arrangement is used over the height of a tooth from the gingival to the occlusal area, particularly in the areas in which the arrangement is further away from the surface to be cleaned, such as the periodontal pockets and the spaces between the teeth in the gum area a higher number of nozzles is used in the papillae.
  • the advantage here is that the areas that are more difficult to reach, are deeper or typically have a higher level of dirt are cleaned more intensively.
  • a plurality of nozzles are each combined in a shuttle device, with the shuttle device encompassing at least the region of a tooth and the adjacent gum in an inverted U-shape.
  • the advantage here is that a plurality of nozzles are moved together and are supplied together with the liquid to be pulsed. In addition, this makes it easy to clean the gingival areas as well as the inner and outer tooth flanks, the spaces between the teeth from the inside and outside and the occlusal surface.
  • the shuttle device is moved over the teeth with a movement device.
  • the advantage here is that once one area has been cleaned, the adjacent area is cleaned. As a result, the number of nozzles and supply lines can be limited. For example, two shuttle devices can be used per jaw.
  • the advantage here is that with such a number there is sufficient cleaning performance and the installation space does not become too large.
  • a kinetic input pulse energy of up to 16 mJ for large tori and in particular 10 mJ for jets is used per nozzle.
  • the advantage here is that the energy of the pulse in the oral cavity does not become too high and could damage tissue or tooth material, with the output energy depending on the nozzle shape, friction losses, etc.
  • the total pulse energy per mouthpiece is 200 to 800 mJ, in particular 300 to 600 mJ, in the case of a plurality of shuttle devices or nozzle arrangements and nozzles when generating tori and 200 to 500 mJ, in particular 200 to 300 ml, when generating jets
  • the advantage here is that the total energy is so low that, on the one hand, no tissue damage can occur.
  • the outlay on equipment outside and inside the oral cavity is kept so low that a miniaturized design is possible.
  • the energy per unit of time is between 12,000 and 100,000 mJ/s.
  • the advantage here is that, in addition to the advantages mentioned above, the total energy is so low that the liquid in the oral cavity does not heat up too much during the treatment period.
  • the pulse frequency is between 50 and 200 Hz.
  • the distance between the nozzle and a surface to be cleaned is set in such a way that it is up to 10 mm when using jets and up to 20 mm when using tori.
  • the advantage here is that a good cleaning effect is achieved in this area without stressing the fabric.
  • the angle of incidence of the jet and/or the torus on the surface of the tooth is adjusted in such a way that it ranges from perpendicular to tangential.
  • the advantage here is that a good cleaning effect is achieved since the soiling typically increases away from the occlusal surface.
  • the inlet pressure of the jet liquid is set to 0.1 to 2 MPa, preferably 0.12 to 0.5 MPa, in front of the nozzle when jets are generated; when tori are generated, the inlet pressure of the liquid in front of the nozzle is set to 0 .1 to 4 MPa set.
  • the advantage here is that the nozzles are sufficiently supplied with cleaning liquid, backflow effects at the nozzle are minimized and the pulsing can be operated without too much effort.
  • the cleaning liquid contains 0.1-5% by volume of particles.
  • the advantage here is that such a small amount of particles can lead to a significantly improved cleaning performance. Nevertheless, the amount is so small that there is no abrasive effect on tissue or tooth material.
  • mineral particles are used as particles.
  • the advantage here is that mineral particles have a sufficiently high degree of hardness, are tried and tested and do not pollute the environment.
  • particles with a particle size of 20-120 ⁇ m are used in the production of tori with a particle size of up to 0.5 mm, in particular less than 0.3 mm.
  • the advantage here is that less liquid is introduced into the oral cavity during the cleaning process and the cleaning process is therefore more pleasant for the user.
  • a further aspect of the invention relates to a device for carrying out the aforementioned method, with at least one nozzle or at least one arrangement with a plurality of nozzles being present, with the at least one nozzle being designed for ejecting a jet of liquid and with at least one suck-back device being present which for sucking back at least of a part of the liquid ejected through the at least one nozzle.
  • at least one sealing element is present on at least one nozzle housing. which is designed to abut a surface to be cleaned so that a cushion-like enclosed space is formed in front of the nozzle.
  • the at least one sealing element is formed by one or more elastic sealing lips, which are arranged around the nozzle or the nozzle housing or housings and are also designed to rest on the surface to be cleaned in an elastically sealing manner.
  • sealing element or sealing elements to be arranged on an outer, outlet-side surface of the nozzle body facing the surface to be cleaned, with the sealing elements being designed in several parts or as a single circumferential sealing element and in particular being rubber-elastic.
  • a development provides that a plurality of nozzles are combined to form a nozzle arrangement in a nozzle housing, with the nozzles being arranged in such a way that they are arranged at least over the height of a tooth and the adjacent gum.
  • a development provides that the nozzle jet impingement surfaces of the individual nozzles overlap or overlap in the case of oscillating nozzle arrangements.
  • a development provides that a plurality of nozzles are combined in a nozzle arrangement, with the nozzle arrangement enclosing at least the area of a tooth and the adjacent gum in an inverted U-shape.
  • a development provides that the sealing elements or sealing lips are hollow in order to be inflated with the cleaning liquid or other fluids.
  • the nozzle housing has a plurality of nozzle openings 21 lying one above the other in the (jaw) sides or opposite the tooth flanks and a plurality of nozzle openings lying next to one another on the base, lying opposite a tooth crown.
  • the lateral nozzle housings are articulated on a base nozzle housing by means of elastic or articulated connections, in particular rubber-elastic connections, in order to be adaptable in particular to a set of teeth.
  • a development provides that the nozzle housing is provided with an inlet for cleaning liquid for one or more or all nozzles.
  • the nozzle housing is designed in such a way that there is an inflow channel into which the nozzle opening opens on its rear side, with a return suction opening being provided adjacent to the nozzle opening, with which liquid can be sucked back into the inflow channel from the enclosed space .
  • a further development provides that a valve is provided which blocks the return suction opening when liquid flows in and in particular when liquid is expelled from the nozzle opening, so that the cleaning liquid is only expelled in a controlled manner from the nozzle opening.
  • sealing lips are designed in such a way that particles cannot escape from the enclosed space but cleaning liquid, so that liquid but not particles escape to a certain extent, so that particles are concentrated in the cleaning fluid volume.
  • FIG. 1 a nozzle highly schematized, showing a section through the nozzle outlet opening and the liquid space above it;
  • FIG. 2 the isobars in space, showing the pressure distribution with an overpressure and an underpressure area;
  • FIG. 3 the basic structure of a nozzle
  • FIG. 4 a nozzle with a discharged pressure surge and cold steam generated as a result
  • Figure 5 a plurality of cleaning images showing the cleaning effect according to 2
  • FIG. 6 a diagram showing the cleaning performance with different contents of cleaning particles
  • FIG. 7 an overview showing the cleaning performance after 1 and 2 seconds with a spot jet
  • Figure 8 the cleaning performance in the interdental area.
  • FIG. 9 highly schematized the arrangement of sealing elements around a nozzle arrangement encompassing a row of teeth
  • FIG. 10 a further embodiment of the corresponding arrangement for molars
  • Figure 11 an embodiment of the enclosed space for incisors
  • FIG. 12 the arrangement according to FIG. 11 in different sections and views
  • FIG. 13 highly schematized a nozzle and a closed volume with the liquid directions
  • FIG. 14 the arrangement according to FIG. 13 with a separate inlet
  • FIG. 15 the arrangement according to FIG. 13 with a suck-back opening with a valve flap
  • FIG. 16 the arrangement according to FIG. 15 with a separate feed
  • FIG. 17 a further embodiment of the nozzle with a closing mechanism
  • FIG. 18 the embodiment according to FIG. 17 with a separate inlet
  • FIG. 19 the embodiment according to FIG. 17 with a suction opening
  • FIG. 20 a table with binary codes of the variants of the nozzle arrangement
  • FIG. 21 the suction and ejection through the nozzle in relation to a volume-time curve or pressure-time curve
  • FIG. 22 the pressure-time curve for a nozzle with an existing suction opening or suck-back opening
  • FIG. 23 highly schematized the cleaning mechanism
  • Figure 24a-d the cleaning mechanisms with shearing particles
  • FIG. 25 a highly schematized nozzle arrangement which is driven via a volume accumulator and a bistable spring;
  • Figure 26 the relationship between jet and rotation depending on the duration according to D.G. Akhmetov “Vortex Rings” ISBN 978-3-642-05015-2;
  • Figure 27 the visualization of vortex rings depending on a duration of jet ejection according to D.G. Akhmetov “Vortex Rings” ISBN 978-3-642-05015-2;
  • Figure 28 the layout of a torus generator according to D.G. Akhmetov "Vortex Rings” ISBN 978-3-642-05015-2;
  • Figure 29 the image of a mixed form of beam and torus with particles.
  • FIG. 1 shows the structure of a nozzle 1 in a highly schematic manner, the nozzle 1 being sectioned in the area of the outlet relative to the outlet direction, so that only half a nozzle 1 is shown. Below the inclined surface is the liquid space within the nozzle 1 and above is the liquid volume, which is arranged on a surface to be cleaned.
  • the high pressure initially creates a short, pulse-like displacement effect, which is caused by the pressure pulse.
  • the pressure difference from the ambient pressure to the pressure pulse is effective.
  • the trailing zone of the negative pressure leads to a significantly greater pressure difference on the surface to be cleaned, since the pressure here is lower than the ambient pressure.
  • the pressure equalizes to the ambient pressure again, which also leads to corresponding flows.
  • the pressure pulses are emitted with a frequency of, for example, 50 - 200 Hz from the at least one nozzle 1, such a large number of pressure differences are generated that the biofilm cannot withstand them.
  • the detached biofilm can be swept away with a transverse basic flow within the liquid volume, which, however, does not have its own cleaning effect.
  • FIG. 3 shows the basic structure of a nozzle 1 in a highly schematic manner, the nozzle 1 shown there having a nozzle housing 2 .
  • the nozzle housing 2 has an outlet opening 5 in the area of an outlet-side surface 4.
  • the nozzle housing 2 is designed as a hollow cylinder, with the outlet-side surface 4 closing off the hollow cylinder on the outlet side.
  • An actuating opening 7 is arranged on one of these opposite entry-side surfaces 6 .
  • a cone-like volume 9 adjoins the outlet bore 5 within the nozzle 1 . Opposite the outlet opening 5, the conical volume 9 is closed off by a membrane 10 in the shape of a circular disk.
  • the membrane 10 is held in place by a hollow-cylindrical actuating connection 11 , which is preferably screwed into the nozzle insert 3 from behind, passing through the inlet-side surface 6 and the actuating opening 7 .
  • the bores 12 or the supply pressure lines can also be provided with valves in such a way that the bores 12 are blocked against a backflow during the pressure surge, so that the entire membrane movement, which acts on the conical volume 9, only forces the liquid out of the outlet opening 5 expresses.
  • FIG. 4 shows a perspective view of a nozzle 1, from which a pressure surge is ejected with a subsequent cold steam field, which is created by the negative pressure field, in that steam bubbles are formed as a result of the negative pressure. It can be determined that the speed of the negative pressure field is between 15 and 40 m/s, whereby the cold steam can travel up to 8 mm before collapsing due to pressure equalization.
  • FIG. 5 shows the cleaning performance of the method according to the invention using an example, the liquids ejected from the nozzles 1 that generate the pressure pulse, in this case distilled water, containing 5 g per 100 ml, corresponding to about 4% by volume of mineral particles. It has been found that with a particle concentration in the liquid of 10 - 100 g/l with about 0.4 to 4% by volume and a particle size of 10 to 250 ⁇ m, cleaning is supported without triggering an abrasive effect in such a way that the tooth surface or a gum surface would be adversely affected.
  • the liquids ejected from the nozzles 1 that generate the pressure pulse in this case distilled water, containing 5 g per 100 ml, corresponding to about 4% by volume of mineral particles.
  • FIG. 6 shows the relationship between the quantity of particles of the size already mentioned in relation to the cleaned surface. It can be seen here that with very short cleaning times and an increasing number of particles, the cleaning performance improves significantly, with increasing cleaning times showing that even relatively low levels of particles lead to an increase in cleaning performance.
  • the cleaning performance is greatly increased by the particles, even at low concentrations, while with a particle density of 4 g per 100 ml of liquid, the tooth surface is apparently completely cleaned in the selected time and doubling the particles does not bring any significant improvement capable of cleaning.
  • FIG. 7 shows the results of cleaning tests in which an artificial biofilm was applied to a real tooth and pressure pulses were applied to it using a single nozzle arrangement. It can be clearly seen that after 2 seconds of cleaning, the cleaning performance has increased.
  • FIG. 8 also shows a biofilm on real teeth, in which case the interdental area was affected. You can see that the cleaning performance in the interdental area is clear even after such short cleaning times.
  • a plurality of nozzles 1 can be distributed over the tooth height from the gum area to the occlusal surface. Since biofilm contamination is usually somewhat lower in the area of the chewing surface and the flanks of the teeth than in the area of the tooth necks and the interdental areas as well as the periodontal pockets, the number can also be varied via the height, so that, for example, more nozzles per area in the more heavily soiled areas are arranged.
  • a distance measurement is carried out with suitable sensors, so that with larger distances of the nozzles to a surface to be cleaned and in particular to the interdental areas in the area of the Tooth necks, the nozzles 1 are controlled in a different way and in particular, for example, the frequency is increased or the ejection volume of liquid is increased, so that a greater depth effect and range or throwing distance of the jets or pressure pulses is achieved.
  • Such nozzle arrangements 39 can be arranged, for example, in the form of a so-called shuttle, which surrounds a tooth and the adjacent gums and, after a specified cleaning period or continuously at low speed, is guided, for example, from the molars to the incisors or vice versa, and in this way the teeth, the interdental areas , which sweeps over the interdental areas in the area of the tooth necks and the adjacent gums.
  • FIG. 9 shows a highly schematic embodiment which works with a closed volume in the area of the surface to be cleaned.
  • sealing elements 25 in the form of sealing lips 28 are arranged on a nozzle arrangement 39 , ie a sequence of nozzles 1 .
  • the sealing lips 28 close off the area around the nozzle arrangement 39 so that a liquid cushion is created like an air cushion, but with the difference that liquid should not escape to the outside.
  • a nozzle housing 20 is shown in a highly schematic manner (in section), which has a nozzle opening 21, the nozzle housing 20 being designed here in a simplified manner with a rectangular cross section.
  • sealing elements 25 are provided in the area of outer edges 24 on an outer, outlet-side surface 23 of nozzle housing 20 facing toward surface 22 to be cleaned.
  • the sealing elements 25 can also be designed as a single circumferential sealing element 25 and are designed to be rubber-elastic, so that on the one hand they adapt to the geometry of a surface 22 to be cleaned and on the other hand they are able to withstand a certain internal pressure of the liquid 26 in the enclosed space 27 guarantee.
  • the sealing elements 25 can in particular be designed as peripheral sealing elements 25 or peripheral sealing lips 28 which extend away from the outlet-side surface 23 of the nozzle housing 20 .
  • the sealing elements 25 or sealing lips 28 can be designed with a certain inherent rigidity, so that the basic shape of the enclosed space 27 is formed and maintained.
  • sealing elements 25 or sealing lips 28 can be hollow in order to be inflated with the cleaning liquid 26, for example, so that the sealing elements 24 only have the shape they should have during operation after they have been inflated, for example with the cleaning liquid 26 or by the cleaning liquid 26 or by other fluids that are supplied separately.
  • the nozzle housing 20 has, for example, five nozzle openings 21 lying one above the other in the (jaw) sides or the tooth flanks 29 opposite one another and four nozzle openings 21 lying next to one another on the bottom, one Tooth crown 30 opposite (only indicated) and the corresponding sealing elements 25, which close off the corresponding enclosed space 27.
  • lateral nozzle housings 20 being articulated on a base nozzle housing 31 by means of elastic or articulated connections 32, for example rubber-elastic connections 32, in order to be able to be adapted particularly comfortably to a set of teeth.
  • the incisor area differs in particular by the shape of the sealing elements 25, if applicable, but also by the angling of the nozzle housing 20 and the base nozzle housing 31, in order to achieve an adaptation to the incisor area, as can also be seen in Figure 12.
  • the base nozzle housing 31 can also be designed without nozzles 1 if the nozzle openings 21 in the nozzle housings 20, which are opposite one another, ensure sufficient inflow of an incisor ( Figure 12, right).
  • the suck-back according to the invention is provided in one embodiment.
  • the liquid is ejected through the nozzle 1 or the nozzle opening 21 into the enclosed space 27 and then sucked back through the nozzle opening 21 again.
  • an inlet 36 can be provided in the nozzle housing for one or more or all nozzles 1 according to FIG.
  • the nozzle housing 20 is designed in such a way that there is an inflow channel 33 into which the nozzle opening 21 opens on its rear side 33, which can thus provide the nozzle opening 21 with cleaning fluid 26 ,
  • a suction opening 34 being provided adjacent to the nozzle opening 21, with which liquid 26 can be sucked back from the enclosed space 27 into the inflow channel 33.
  • a valve 35 is provided which blocks the return suction opening 34 when liquid 26 flows in and in particular when liquid 26 is expelled from the nozzle opening 21 so that the cleaning liquid 26 is only expelled from the nozzle opening 21 in a controlled manner. If the flow direction is then reversed in the inflow channel 33 and a negative pressure is thereby generated, liquid 26 is sucked back from the enclosed space 27 into the inflow channel 33 both via the nozzle opening 21 and via the return suction opening 34 .
  • a suction opening 34 can be provided for a nozzle housing 20, which is then optionally larger and optionally embodied in the form of a slit (not shown).
  • one suck-back opening 34 can also be provided adjacent to one or more nozzle openings or to all nozzle openings 21 .
  • a plurality of suck-back openings 34 can also be provided for each nozzle opening 21, which are arranged, for example, in a ring pattern around the nozzle opening 21.
  • inflow channel 33 there is also an inflow channel 33 and a return suction opening 34 with a valve 35, although the inflow channel 33 is designed with a separate inflow channel 36.
  • inlet channel 36 for an entire nozzle housing with one or more nozzle openings 21 or nozzles 1, there can be an inlet channel 36 for one or more or all nozzle openings 21, or there can also be several inlet channels 36 per nozzle opening 21 may be present.
  • a nozzle opening 21 is provided with a closing mechanism 37 which is able to close the nozzle opening 21, the closing mechanism 37 closing the nozzle opening 21, for example from the rear, in order, for example, to control certain nozzles 2 separately or certain Adjust control times between suction and suction.
  • This embodiment according to Figure 17 can also be designed with a separate inlet channel 36 and a separate inlet opening 38 (Figure 18), moreover, this embodiment can also be designed with a suck-back opening 34 with valve 35 according to Figure 19, whereby again the combination with inlet channel 36, inlet opening 38 and return suction opening 34 with valve 35 is possible and accordingly what was said above about the number of inlet and outlet openings applies accordingly.
  • G separate inlet
  • S closer
  • V valve. 0 means not present, 1 means present.
  • FIG. 21 shows a pressure-time curve showing ejection from a nozzle and sucking back over time. The representation is only shown qualitatively, but it is evident that the ejection phase Ta is shorter than the intake phase, so that cleaning pulses cannot be emitted at any desired speed.
  • the suction phase Te is significantly shorter than the ejection phase, so that a larger sequence of cleaning pulses is possible.
  • the suction phase Te is once again significantly shortened, so that an even higher cleaning pulse sequence is possible in this way.
  • This is particularly advantageous because the aim is to carry out the tooth cleaning in the shortest possible time and nevertheless with a high degree of effectiveness in order to provide the user with added value in terms of time compared to conventional tooth cleaning.
  • the arrangement of a return suction opening has a further advantage, namely a flow that is directed on an average over time within the closed space or enclosed space 27 is formed, which flushes out any air bubbles that may be contained in the cleaning liquid more easily.
  • the cleaning performance is also determined by the particles and the particle flow. Since the particles have a higher density than the surrounding fluid, the liquid moves tangentially away from the surface when it hits the surface, but the particles hit the surface and damage the biofilm or plaque and contribute to this for its removal (Figure 23).
  • Figures 24a - 24d Possible cleaning effects are shown in Figures 24a - 24d, where it can be seen how particles and plaque have direct physical contact, with the particle experiencing a flow resistance due to the flow parallel to the surface, which moves the particle further and loosens part of the plaque, when the particle adheres to it.
  • Figure 24b It is also possible that the plaque is first deformed and then partially tears off ( Figure 24b) or the plaque can tear off directly as a result of local contact forces with the particle, which can also have a cutting effect due to sharp particle edges (Figure 24c).
  • Mixed cases can also occur, in which previous particles have damaged the plaque to such an extent (FIG. 24d) that another particle detaches a piece of plaque.
  • the invention has the advantage that the method according to the invention creates a gentle but very effective method for cleaning surfaces, in particular teeth and the adjacent gums, which cleans the teeth and gums in an effective and simple and also faster manner , reliably removes biofilms and is also user-friendly, as this process avoids user errors such as excessive cleaning pressure and the like.

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Abstract

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch, wobei um eine zu reinigende Oberfläche ein Flüssigkeitsvolumen geschaffen wird und mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse ein gepulster Flüssigkeitsstrom auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen im Mundraum
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Oberflächen im Mundraum insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch im 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 reinigende Oberfläche) und die Zahnfleischtaschen nicht ausreichend gesäubert werden weil die Zahnbürste diese Stellen nicht erreicht.
Die sich durch bakterielle Prozesse bildende Plaque (=oraler Biofilm), aus welcher sich in späteren Stadien Zahnstein bildet, ist ein vergleichsweise gut haftender und auch gut aneinanderhaftender Verschmutzungsfilm, der sich nicht ohne weiteres ablösen lässt, selbst wenn er im direkten Kontakt mit der Zahnbürste abgereinigt wird, aber schon gar nicht in den Zahnzwischenräumen, in welche die Zahnbürste nur bedingt bzw. gar nicht vordringen kann.
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. Aus der DE 20 2016 101 191 Ul ist ein Bürsten köpf 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 Al 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 W02007/060644 A2 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Biofilm durch sogenanntes Micro Streaming bekannt. Hierbei sollen Gasbläschen durch Ultraschall in Resonanz versetzt werden, was zu einem Reinigungseffekt führen soll. Durch die Ultraschallanregung sollen die Gasbläschen in eine Vibration versetzt werden, welche eine akustische Strömung in einem kleinen Bereich in der Nähe des Bläschens induziert. Diese akustische Strömung ist auch als „Micro Streaming" bekannt. Diese Microströmung soll Scherkräfte erzeugen, die in der Lage sind, den Biofilm zu entfernen. Die entsprechenden Gasbläschen können vorgefertigt sein und insbesondere können diese Bläschen auch in einer Phosphorlipid- oder Protein-Umgebung erzeugt werden, um sie zu stabilisieren.
Aus der W02009/077291 A2 ist ebenfalls ein Verfahren zum Heranführen von antimikrobiellen Reagenzien an einen Biofilm bekannt, wobei hierbei Gasbläschen in einer Kunststoffumhüllung in einen Behandlungsraum eingebracht werden, die Kunststoffumhüllung anschließend mit Ultraschall zerstört wird und die Bläschen so freigesetzt werden. Die Gasbläschen wiederum werden durch die Ultraschallfrequenz so angeregt, dass sie vibrieren und nach Erreichen einer maximalen Amplitude der Vibration kollabieren und dadurch den Biofilm aufreißen.
Aus der W02010/076705 Al 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 Al 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-, Ge- schwindigkeits- oder Wegsensoren eingesetzt werden.
Aus der WO 2020/212248 Al 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 (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.
Aus der DE 42 08 664 Al ist eine Düsenkopfanordnung für Mundduschen bekannt mit einem einen Tunnel bildenden Düsenkopf, wobei der Düsenkopf innenseitig mit einer Vielzahl von Spritzdüsen ausgebildet ist, die nacheinander durch Steuerventile mit unter Druck stehender Flüssigkeit einer Druckpumpe beaufschlagt werden.
Aus der US 2012/0003601 Al ist eine Zahnreinigungsvorrichtung bekannt mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines Spritzstrahles, welche mittels eines Piezoelements eine Flüssigkeit unter Drucksetzt und auf einen zu reinigenden Zahn richten kann und zudem eine Erkennungseinrichtung zur Erkennung eines Zahnhygiene-Markers. Die Vorrichtung ist hierbei sehr voluminös und kaum für eine Endanwender-Verwendung geeignet.
Aus der US 2019/0110875 Al ist ein Verfahren zum Reinigen von Zähnen bekannt, bei dem eine Flüssigkeit alternieren ausgestoßen und angesaugt werden soll, wobei auf einer Seite einer Zahnreihe die Flüssigkeit ausgestoßen werden soll und auf der anderen Seite alternierend eingesaugt werden soll, wobei dies durch Ventile gesteuert wird, welche wechselnd den einen oder den anderen Transportweg öffnen. Bei diesem Verfahren ist von Nachteil, dass es nicht funktioniert, da die schnelle Alternierung die gewünscht ist an der Trägheit der Flüssigkeit einerseits und dem Reibungswiderstand in den Leitungen andererseits scheitert.
Aus der US 2019/0236236 Al ist eine mechanisch angetriebene Munddusche bekannt, bei der gepulste Flüssigkeitsstrahlen erzeugt werden und mithilfe einer manuell geführten Düse in herkömmlicher weise über die Zähne geführt wird. Hierbei ist wie bei manuell geführten Zahnbürsten der Nachteil, dass eine Vielzahl von Verwenderfehlern möglich sind, welche unter anderem zu einer massiven Schädigung des Zahnfleisches führen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, und insbesondere von Zahn- und Zahnfleischoberflächen und Zahnzwischenräumen zu schaffen, welches einfach, schnell und sicher und dazu effektiv und in ungefährlicher Weise den Biofilm von Zahnfleisch, den Zahnzwischenräumen und den Zähnen ablöst und zudem angenehm in der Anwendung ist.
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 zu schaffen, welche eine effektive Reinigung von Zahn- und Zahnfleischoberflächen und Zahnzwischenräumen zu schaffen, welche einfach, schnell und sicher und dazu effektiv und in ungefährlicher Weise den Biofilm von Zahnfleisch, den Zahnzwischenräumen und den Zähnen ablöst und angenehm in der Anwendung ist.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 33 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung sieht vor, eine zu reinigende Oberfläche einen Druckstrahl bzw. Druckimpuls einer vorbestimmten Stärke und Geschwindigkeit durch zumindest eine Düse in Richtung der zu reinigenden Oberfläche zu senden, wobei durch die Natur der Flüssigkeit bedingt bzw. des flüssigen Mediums bedingt, der Druckstoß, welcher ein geringes Volumen an Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen einführt, sich durch die Flüssigkeit fortpflanzt zu einer zu reinigenden Oberfläche.
In einer vorteilhaften Weiterbildung werden dabei strömungsmechanische Effekte genutzt. , Insbesondere werden hierbei im weitesten Sinne ringförmige Strömungen bzw. Wirbel genutzt. Die Effekte, welche von derartigen Strömungen und Wirbeln erzeugt werden können sollen nachfolgend beschrieben werden. Über entsprechende Düsengeometrien einerseits und die Einhaltung bestimmter Randbedingungen bezüglich der Menge und Geschwindigkeit eines ausgestoßenen Mediums lassen sich torusförmige geschlossene Wirbelfäden, nachfolgend vereinfacht Torus oder in der Mehrzahl Tori genannt erzeugen. Eine derartige Strömung oder ein derartiger Wirbel führt im einfachsten Fall dazu, dass eine Strömung quer zu einer reinigenden Oberfläche auftritt, nachdem der Torus durch das umgebende Medium bis an die zu reinigende Oberfläche gelangt ist. Eine derartige Strömung kann für sich gesehen schon in der Lage sein, ein Ablösen von Biofilm bzw. Plaque zu bewirken.
Befinden sich Feststoffpartikel innerhalb der ausgestoßenen Flüssigkeit und/oder im umgebenden Medium, werden diese mit dem Wirbel bzw. Torus mitgerissen und entsprechend ebenfalls über die zu reinigende Oberfläche bewegt, was den Reinigungseffekt naturgemäß verstärkt. Hierbei können derartige Feststoffpartikel in einfacher Weise mitgerissen werden, oder vom Torus mitgeführt werden, so dass ein Partikel auch mehrfach über eine Oberfläche geführt wird. Hierbei rotiert der Partikel oder rotieren die Partikel mit bzw. in dem Torus oder um den Torus herum. Somit kann ein Partikel mehrfach über die Oberfläche streichen und mittels der Scherkräfte Biofilm entfernen. Dies ist ein Unterscheid zu einem Strahl bzw. Jet, bei dem Ein Partikel nur einmal über die Oberfläche geführt wird.
Je nach Relativgeschwindigkeit durch das umgebende Medium bzw. Rotationsgeschwindigkeit des Torus kann zudem Kaltdampf innerhalb des Torus entstehen. In diesem Fall wird neben den bereits beschriebenen Effekten zusätzlich der Torus bzw. die Kaltdampfbläschen an der Oberfläche kollabieren, was einen weiteren Strömungseffekt durch Querströmungen bewirkt.
Torusförmige geschlossene Wirbelfäden bestehen aber auch ohne Kaltdampf. Partikel werden auch durch ihren Strömungswiderstand an der zu reinigenden Oberfläche entlang bewegt. Der Strömungswiderstand der Partikel steigt mit ihrer Größe und damit steigen auch die Scherkräfte die auf den Biofilm wirken wenn ein Partikel an dessen Oberfläche entlang bewegt wird.
Die Düsen könne 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. Dementsprechend sind auch die geschlossenen Wirbelfäden nicht zwangsweise kreisrund und damit keine Tori nach der Definition.
Für diese Düsengeometrien kann als Ersatzdurchmesser der hydraulische Durchmesser angewandt werden Dh=4*A/P A=Querschnittsfläche, P=benetzter Umfang. Der kreisrunde Torus ist vorteilhaft, weil er besonders stabil ist und sich weit in die Flüssigkeit ausbreitet ohne merkliche Formveränderung.
Die Stabilität der geschlossenen Wirbelfäden 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 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.
Fig.3.6 aus demselben Buch zeigt dass ab Up*t/D=3.8 die Zirkulation praktisch nicht mehr in den Torus geht.
Torusringe haben unter anderem auch den Vorteil, dass sie einen großen Abstandsbereich zwischen Düse und zu reinigender Oberfläche überbrücken können.
Torusringe können auch noch viel größere Distanzen überbrücken als für den hier angegebenen Zweck notwendig sind. In der freien Flüssigkeit legen Tori mit Kaltdampf bei Düsen- durchmessern um 1,5mm bis zu etwa 30 bis 50mm zurück. Dies bedeutet, dass mittels Tori eine zu reinigende Oberfläche mit Sicherhit in jedem Fall erreicht wird.
Erfindungsgemäß kann die Reinigungsflüssigkeit zurückgesaugt und im Prozess wieder verwendet werden, wobei die Rücksaugung über die Ausstoßöffnung der Düse, über benachbart zur Düse angeordnete Rücksaugöffnungen oder zentrale Rücksaugöffnungen erfolgt und die Flüssigkeit dem Prozess wieder zugeführt wird. Die Erfinder haben erkannt, dass ohne eine Rücksaugung zu viel Flüssigkeit in den Mundraum gelangen kann und dies für den Verwender unangenehm sein kann, zudem haben die Erfinder erkannt, dass das Verfahren effizienter betrieben werden kann, wenn die Flüssigkeit im gleichen Prozess wieder verwendet wird.
Die Düsen des selben Shuttle können auch zeitlich versetzt betrieben werden um die Leckageverluste der Dichtlippen zu verringern und den Flüssigkeitsanteil möglichst konstant zu halten.
Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, eine zu reinigende Oberfläche oder einen Teilbereich derselben mit einem geschlossenen Flüssigkeitsvolumen zu umgeben und innerhalb dieses geschlossenen Flüssigkeitsvolumens eine Düse oder mehrere Düsen anzuordnen. Die Rücksaugung kann innerhalb und oder außerhalb des abgeschlossenen Volumens erfolgen. Somit kann die Rücksaugung innerhalb des geschaffenen abgeschlossenen Volumens und/oder außerhalb, also im Mundraum erfolgen, im Mundraum kann Flüssigkeit die aufgrund unvermeidlicher Undichtigkeiten vorhanden ist Rückgesaugt werden.
Zudem kann die Rücksaugung im Mundraum auch am Ende einer Behandlung stattfinden. Insbesondere können mit einer Rücksaugung aus dem Mundraum am Ende der Behandlung auch Speichel und Reinigungsflüssigkeit abgesaugt werden um das Reinigungsgerät sicher und ohne Verschmutzung von Kleidung und aus dem Mund herauslaufender Flüssigkeit zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird ein Reinigungsfluid, und insbesondere ein Reinigungsfluid mit Partikeln periodisch eingesaugt und ausgestoßen, wobei die Fluidwege im Nahbereich der Zähne, d.h. insbesondere mit einem Abstand von < 3cm von der Düse zur Zahnoberfläche liegen.
Ziel ist es, einen periodischen gepulsten Strahl durch einen oder mehrere Düsen zu erzeugen, welcher auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet ist und schon aufgrund der Form der Zähne, insbesondere im Bereich der Zahnzwischenräume aber auch durch eine Veränderung des Ausstoßwinkels orthogonal bis tangential zum Zahn gerichtet sein kann.
Hierdurch werden die Zahnoberfläche aber auch das Zahnfleisch gereinigt, wobei auch die Zahnzwischenräume und die Zahnfleischtaschen gereinigt werden. Die Periodizität bezieht sich hier auf die Periode des Vorganges des immer wiederkehrenden Einsaugens und Ausstoßens. Dies bedeutet ausdrücklich nicht, dass dies mit einem konstanten Zeitabstand geschieht. Ein Einsaugen und Ausstößen in regelmäßigen Intervallen ist genauso von der Erfindung umfasst, wie ein Einsaugen und Ausstößen in stochastischen Zeitintervallen.
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 Ausstößen so unendlich oft wiederverwendet werden, für den jeweiligen zu reinigenden Strahl. Da in der Realität jedoch Verluste des Reinigungsfluides unvermeidlich erscheinen, beispielsweise durch Zahnzwischen- räume 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 selbst erfolgen oder durch das jeweilige Düsen-Array selbst 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, wobei in diesem Fall der über eine Periode gemittelte Fluidstrom durch die Düse gleich Null ist.
Erfindungsgemäß kann der Ausstoß des Strahls über die Düse erfolgen und die Einsaugung ebenfalls über die Düse, über andere Düsen oder Ventile oder nur über Ventile bzw. Einsaugöffnungen.
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.
In Figur 29 ist aus D.G. Akhmetov „Vortex Rings" ISBN 978-3-642-05015-2 beispielsweise ein Torusgenerator abgebildet, welcher eine konische Düse aufweist. Dies kann zu einer besseren Effizienz in der Ablösung führen.
Bei der für die Erzeugung des Torus und oder des Strahles 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 eines Strahles beträgt die Pulsungsfrequenz vorzugsweise zwischen 1Hz und 1kHz, insbesondere 30Hz und 300 Hz bevorzugt >50Hz.
Insbesondere bei der Erzeugung des Torus 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 Strahles betragen die Pulslängen 0,3ms-lsec, 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 Torus 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 pm bis 0,5 mm einsetzbar.
Die Strömungsgeschwindigkeit insgesamt aus der Düse kann zwischen 15-100 m/s liegen, wobei bei Jets Geschwindigkeiten von 15-40m/s verwendet werden, da man darüber sicher schädigt und darunter nicht reinigt.
Bei der Erzeugung von Tori kann die Geschwindigkeit in der Düse höher und auch die maximalen Drücke in der Düsenkammer können kurzfristig viel höher liegen, insbesondere bei sehr kurzen Pulsen, weil ja dann die kinetische Energie in die Kaltdampfblase übergeht und damit die effektive Geschwindigkeit des Fluids im Torus und damit am Zahn viel geringer ist.
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 Reinigungsflu- id 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.
Bei einer ersten Variante wird aus einer Düsenöffnung ein Strahl ausgestoßen und nach erfolgtem Ausstoß des Strahls Flüssigkeit über die Düse zurückgesaugt, um das Volumen innerhalb des geschlossenen Volumens bzw. die Flüssigkeitsmenge innerhalb des geschlossenen Volumens möglichst konstant zu halten. Da der Ausstoß des Strahls als Druckstoß erfolgt, ergibt sich hieraus, dass die Rücksaugung einen längeren Zeitraum in Anspruch nehmen wird als das Ausstößen. Bei einer weiteren Variante ist eine Düsenöffnung vorhanden, durch welche der Flüssigkeitsstrahl ausgestoßen wird, wobei zur Füllung des abgeschlossenen Volumens das Reinigungsfluid zunächst über eine gesonderte Zuströmöffnung eingeführt wird, jedoch das Erzeugen des Druckstoßes und das Rücksaugen der Flüssigkeit erfolgt auch hier über die Düse.
Bei einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform erfolgt der Ausstoß der Flüssigkeit über die Düsenöffnung, wobei jedoch benachbart zur Düsenöffnung eine Rücksaugöffnung vorhanden ist, so dass bei dem Anlegen eines Unterdrucks auf den Bereich der Düse, die Flüssigkeit sowohl durch die Düse als auch durch die benachbarte Rücksaugöffnung zurückgesaugt wird. Die Rücksaugöffnung besitzt hierfür vorzugsweise ein einfaches, beispielsweise Membranventil , welches beim Ausstößen der Flüssigkeit die Rücksaugöffnung verschließt und beim Anlegen eines Unterdrucks zum Zwecke der Rücksaugung öffnet. Anstelle einer Rücksaugöffnung können selbstverständlich auch eine Mehrzahl von Rücksaugöffnungen vorhanden sein, diese können beispielsweise ringförmig oder dergleichen um die Ausstoßdüse herum angeordnet sein.
Bei einer weiteren Variante wird die letztgenannte Variante mit der als zweites genannte Variante kombiniert, so dass in diesen Fällen eine oder mehrere Zuströmöffnungen zum Füllen des Volumens zumindest eine Düse zum Erzeugen des Druckstoßes und zumindest eine Rücksaugöffnung vorhanden sind.
Die vorgenannten Varianten sind darüber hinaus auch mit einer Schließvorrichtung für die Düse kombinierbar, welche die Düse schließt, wenn entweder Flüssigkeit zuströmt oder Flüssigkeit rückgesaugt wird. Grundsätzlich ist es nach der Erfindung erwünscht, dass die Rücksaugung möglichst schnell erfolgt und möglichst nicht viel länger als das Ausstößen, da ansonsten der Reinigungsvorgang zu viel Zeit verbraucht. Insbesondere die Verwendung eines Ventils und zudem die Verwendung einer geeigneten Rücksaugöffnung geeigneter Größe oder einer Mehrzahl von Rücksaugöffnungen erlaubt ein schnelles Einsaugen.
Die grundsätzliche Reinigung erfolgt durch die Düsen. Entsprechend der Fluiddynamik kann bei der Erzeugung von Jets gegebenenfalls auf der Rückseite des Druckstoßes eine Zone eines zum Druckstoß niedrigeren Drucks bis hin zu einem Unterdrück entstehen, so dass die zu reinigende Oberfläche von einem Druckwechsel beaufschlagt wird. Es hat sich gezeigt, dass diese Vorgehensweise nicht nur zu einer wirkungsvollen Beschädigung des Biofilms führt, sondern auch zu dessen wirkungsvollem Ablösen, da die Scherkräfte, die durch den Druckwechsel erzeugt werden, so stark sind, dass der Biofilm nicht haften bleibt und sich nicht wieder schließt, sondern in die Reinigungsflüssigkeit überführt wird.
Der Druckstoß kann hierbei so stark sein, dass es auf der Unterdruckseite zu einem Übergang in die Dampfphase kommt, so dass Kaltdampfbläschen erzeugt werden. Diese kollabieren durch den Druckausgleich, wenn sie die Zahnoberfläche erreicht haben und ihr Volumen wird dem entsprechend wieder mit Flüssigkeit aufgefüllt. Der sich hieraus ergebende Micro- Streaming-Effekt ist für die Reinigung nicht zwingend notwendig, kann sie aber, so er auftritt, durchaus unterstützen.
Es hat sich zudem überraschend herausgestellt, dass eine geringe Menge von organischen oder mineralischen Zugschlag- bzw. Zusatzstoffen den Reinigungseffekt noch verbessert, wobei diese mineralischen Zuschlagstoffe nicht in der Weise abrasiv wirken wie dies bei einer Zahnbürste und mechanischen Reibbewegungen stattfindet, sondern durch ihre kinetische Energie einen Beitrag leisten. Hierbei liegt, wie oben bereits ausgeführt, der Anteil in der Ausgangsreinigungsflüssigkeit unter 10 Vol.-% und in dem abgeschlossenen Volumen unter 30 Vol.-%.
Das Verfahren kann vorsehen, aus einer Mehrzahl von Düsen, die in einem Düsenshuttle zusammengefasst sind, die Flüssigkeit auszustoßen bzw. die Druckpulse zu erzeugen, wobei ein solcher Düsenshuttle ein oder mehrere Zähne allseitig umgreift, also in etwa umgekehrt U-förmig (Backenzähne) oder doppel-I-förmig (Schneidezähne) ausgebildet ist und dieser Shuttle über die Zähne geführt wird, beispielsweise von den Weisheitszähnen in Richtung zu den Schneidezähnen, wobei auch mehrere Shuttle vorhanden sein können, so dass die Schneidezähne von einem Shuttle gereinigt werden und die Backenzähne von einem anderen Shuttle.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass eine einfache, sichere und schonende Reinigung der Zähne, der Zahnzwischenräume und des Zahnfleischbereiches erzielt wird, welche eine weniger abrasive, ggf. sogar nicht abrasive effektive Reinigung gewährleistet.
Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch, wobei mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse ein gepulster Flüssigkeitsstrom auf die zu reini- gende Oberfläche gerichtet wird, wobei zumindest ein Anteil der Flüssigkeit rückgesaugt und im Kreislauf geführt wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass ein Druckpuls, der in einem Flüssigkeitsvolumen durch eine Düse erzeugt wird, die eine definierte Menge einer Flüssigkeit in das Flüssigkeitsvolumen eindüst einen durch das Flüssigkeitsvolumen hindurch sich bewegenden Druckstoß erzeugt, der an einer zu reinigenden Oberfläche Scherspannungen erzeugt. Zudem ist von Vorteil, dass die Gesamtmenge der im Mundraum vorhandenen Flüssigkeit begrenzt werden kann und zudem die Flüssigkeit wieder verwendet werden kann, so dass die Einsatzmenge der Reinigungsflüssigkeit begrenzt werden kann.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die rückgesaugte Flüssigkeitsmenge im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse zugeführt wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass noch besser sichergestellt ist, dass die Flüssigkeitsmenge nicht zu hoch wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine zu reinigende Oberfläche oder ein Teilbereich derselben mit einem geschlossenen Flüssigkeitsvolumen umgeben wird wobei innerhalb dieses geschlossenen Flüssigkeitsvolumens eine Düse oder mehrere Düsen angeordnet werden.
Hierbei ist von Vorteil, dass durch die Schaffung eines abgeschlossenen Volumens oder eines umschlossenen Raumes im Bereich einer zu reinigenden Oberfläche oder einer Teilfläche derselben ein besserer und quasi geschlossener Flüssigkeitskreislauf geschaffen wird. Zudem können sic hierbei gerichtete Strömungen ergeben, die das Reinigungsergebnis einerseits und den Zustand der Reinigungsflüssigkeit bezogen auf Gasbläschen verbessern
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Rücksaugung innerhalb und/oder außerhalb des umschlossenen Raumes erfolgt, so dass die Rücksaugung innerhalb des umschlossenen Raumes und/oder außerhalb, also im Mundraum erfolgt.
Bei einer Rücksaugung außerhalb des umschlossenen Raumes bzw. des abgeschlossenen Volumens ist von Vorteil, dass die Rücksaugung zumindest zum Teil zentral erfolgen kann und dann auch Speichel und aus unvermeidlichen Undichtigkeiten ausgetretene Reinigungsflüssigkeit mit umfasst wird, so dass der Mundraum vor allem auch am Ende des Reini- gungsprozesses leergesaugt werden kann und/oder während der Reinigung durch langsame kontinuierliche Rücksaugung auf einem konstanten als angenehm empfundenen Volumen gehalten werden kann.
Bei der Rücksaugung innerhalb des umschlossenen Raumes wird vorteilhafter Weise die Reinigungsflüssigkeit zurückgewonnen und wieder eingesetzt.
Die Kombination beider Rücksaugungen, also innerhalb des abgeschlossenen Volumens und außerhalb desselben vereint die Vorteile.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Menge der rückgesaugten Flüssigkeit der Menge der durch eine oder mehrere Düsen in den umschlossenen Raum eingebrachten Menge maximal +/- 20 vol.-% entspricht.
Hierbei ist von Vorteil, dass der Flüssigkeitsstrom ggf. unter Berücksichtigung vom Lecks der Dichtung des umschlossenen Raumes besonders gut beherrscht werden kann.
In einer Weiterbildung wird in dem Flüssigkeitsvolumen ein Strahl mit einem Bereich hohen Drucks und einem diesem nacheilenden Bereich niedrigeren Drucks bezogen auf den Umgebungsdruck der Flüssigkeit im Volumen erzeugt.
Hierbei ist von Vorteil, dass offenbar durch den dadurch entstehenden Druckwechsel, Strömungswechsel erzeugt werden welche wiederum Scherspannungen erzeugen können.
In einer Weiterbildung wird der Druckpuls so stark gewählt, dass der Bereich des niedrigeren Drucks Kaltdampfbläschen erzeugt und mitreißt.
Hierbei ist von Vorteil, dass die durch Unterdrück entstanden Kaltdampfbläschen durch den Druckausgleich mit der umgebenden Flüssigkeit an der zu reinigenden Oberfläche kollabieren. Hierdurch werden zusätzliche Scherkräfte durch Mikroströmungen der Flüssigkeit in das Bläschenvolumen erzeugt, welche den Reinigungseffekt verstärken können.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass ein Verhältnis von Strahllänge des zylindrischen Fluidstrahles zu Strahldurchmesser von bis 10 und insbesondere unter 6 und insbesondere unter 4 eingestellt wird, so dass Torusringe erzeugt werden. Hierbei ist von Vorteil, dass Torusringe in besonders guter Weise eingesetzt werden können um unterschiedliche Distanzen von der Düse zur zu reinigenden Oberfläche zu überbrücken. Zudem haben Torusringe im Gegensatz zu Kavitation den Vorteil, dass sie zwar eine gute Reinigungswirkung, insbesondere auch durch Mikrostreaming infolge der Eigenströmung und der Zuströmung im Falle des Kollabierens entfalten, zudem aber auch in der Lage sind Partikel mitzureißen oder Mitzuführen und damit eine Reinigung über Scherkräfte zu bewirken. Im Falle eines Kollabierens der Kaltdampfblase oder -Bläschen setzen die Torusringe eine Energie frei, die weit davon entfernt ist schädigend zu wirken.
In einer Weiterbildung wird eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Düsen verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine größere Fläche pro Zeit gereinigt werden kann.
In einer Weiterbildung werden die Düsen bei nicht ebenen Oberflächen oder abhängig von einem Abstand zur Oberfläche so betrieben werden, dass die Pulsstärke und oder die Menge des aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit geregelt wird, wobei bei einem größeren Abstand die Pulsstärke und/oder die Pulsdauer und/oder die Pulsfrequenz und/oder die Fördermenge erhöht wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass zum Beispiel in den zahnfleischnahen Bereichen der Zahnzwischenräume mit mehr Energie oder einer größeren Menge an strömender Flüssigkeit gereinigt wird, so dass der Reinigungseffekt an die zu erwartende Menge an Verunreinigungen einerseits oder die Entfernung zur Düse andererseits angepasst wird. Gleichzeitig werden Bereiche, die weniger beabstandet sind, wie z.B. die Zahnflanken mit geringerer Energie beaufschlagt.
In einer Weiterbildung wird die zumindest eine Düse um eine Ruhelage herum in X - (Zahnhochachse) und oder Y - (Zahnquerachse) und oder Z Richtung (auf den Zahn zu) oszilliert.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine Oszillation um die X und/oder Y Richtung einerseits die Überdeckung durch eine Düse erhöht, zum anderen kann hierdurch eine zu punktuelle Energieeinbringung vermieden werden, zudem können hierdurch weitere Strömungseffekte und dadurch Scherspannungen erzeugt werden, wie auch durch eine Oszillation in Z-Richtung. In einer Weiterbildung wird die zumindest eine Düse an den Zähnen und/oder dem Zahnfleisch entlanggeführt.
Hierbei ist von Vorteil, dass dadurch mit der zumindest einen Düse nacheinander alle zu reinigenden Flächen behandelt werden.
In einer Weiterbildung werden eine Mehrzahl von Düsen zu einer Düsenanordnung (Shuttle) zusammengefasst, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches angeordnet sind, wobei die Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen sich überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
Hierbei ist von Vorteil, dass die gesamte Fläche, die zu reinigen ist zumindest von einer Reinigungslinie über die Höhe vom gingivalen zum okklusalen Bereich gereinigt wird, wobei durch die Überdeckung eine lückenlose Reinigung sichergestellt ist.
In einer Weiterbildung wird über die Höhe eines Zahnes vom gingivalen zum okklusalen Bereich eine unterschiedliche Düsendichte pro Fläche der Anordnung verwendet, wobei in den Bereichen, in denen die Anordnung weiter von der zu reinigenden Fläche beabstandet ist, wie den Zahnfleischtaschen und den Zahnzwischenräumen im Zahnfleischbereich insbesondere den Papillen eine höhere Anzahl von Düsen verwendet wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass die Bereiche, die schwerer zu erreichen sind, tiefer liegen oder typischerweise eine höhere Verschmutzungsbeladung aufweisen eine intensivere Reinigung erfahren.
In einer Weiterbildung sind je eine Mehrzahl von Düsen in einer Shuttleeinrichtung zusammengefasst sind, wobei die Shuttleeinrichtung zumindest den Bereich eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches umgekehrt U-förmig umgreift.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine Mehrzahl von Düsen gemeinsam bewegt und gemeinsam mit der zu pulsenden Flüssigkeit versorgt werden. Zudem ist es hierdurch einfach möglich, sowohl die gingivalen Bereiche als auch die inneren und äußeren Zahnflanken, die Zahnzwischenräume von innen und außen und die Kaufläche zu reinigen. In einer Weiterbildung wird die Shuttleeinrichtung über die Zähne mit einer Bewegungseinrichtung bewegt.
Hierbei ist von Vorteil, dass hierdurch nach erfolgter Reinigung eines Bereichs, der benachbarte Bereich gereinigt wird. Hierdurch kann die Zahl der Düsen und der Versorgungsleitungen begrenzt werden. Beispielsweise können zwei Shuttleeinrichtungen je pro Kiefer verwendet werden.
In einer Weiterbildung werden 10 bis 100 Düsen bzw. Austrittsöffnungen pro Shuttleeinrichtung verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass mit einer solchen Anzahl eine ausreichende Reinigungsleistung gegeben ist und der Bauraum nicht zu groß wird.
In einer Weiterbildung wird pro Düse eine kinetische Eingangs-Pulsenergie von bis zu 16 mJ bei großen Tori und insbesondere 10 mJ bei Strahlen verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass die Energie des Pulses im Mundraum nicht zu hoch wird und Gewebe oder Zahnmaterial schädigen könnte, wobei die Ausgangsenergie von der Düsenform, Reibungsverlusten etc. abhängt.
In einer Weiterbildung beträgt die gesamte Pulsenergie pro Mundstück bei einer Mehrzahl von Shuttleeinrichtungen bzw. Düsenanordnungen und Düsen bei der Erzeugung von Tori 200 bis 800 mJ, insbesondere 300 bis 600 mJ und bei der Erzeugung von Strahlen 200 bis 500 mJ, insbesondere 200 bis 300 ml
Hierbei ist von Vorteil, dass die Gesamtenergie so niedrig ist, dass einerseits keine Gewebeschäden entstehen können. Zudem wird der apparative Aufwand außerhalb und innerhalb des Mundraumes so gering gehalten, dass eine miniaturisierte Ausbildung möglich ist.
In einer Weiterbildung beträgt die Energie pro Zeiteinheit zwischen 12.000 und 100.000 mJ/s. Hierbei ist von Vorteil, dass neben den oben genannten Vorteilen die Gesamtenergie so niedrig ist, dass während der Behandlungsdauer eine zu starke Erwärmung der Flüssigkeit im Mundraum unterbleibt.
In einer Weiterbildung wird mit einer Pulsfrequenz zwischen 50 und 200 Hz gepulst.
Bei diesen Frequenzen ist von Vorteil, dass eine hohe Einwirkungsdichte und dadurch eine gute Reinigung gewährleistet wird.
In einer Weiterbildung wird der Abstand der Düse zu einer zu reinigenden Oberfläche so eingestellt, dass er bei der Verwendung von Strahlen bis 10 mm und bei der Verwendung von Tori bis 20mm beträgt.
Hierbei ist von Vorteil, dass in diesem Bereich eine gute Reinigungswirkung erzielt wird, ohne das Gewebe zu belasten.
In einer Weiterbildung wird der Auftreffwinkel des Strahles und/oder des Torus auf der Oberfläche am Zahn so eingestellt, dass er von senkrecht bis tangential reicht.
Hierbei ist von Vorteil, dass eine gute Reinigungswirkung erzielt wird, da die Verschmutzungen von der Kaufläche weg typischerweise zunehmen.
In einer Weiterbildung wird der Eingangsdruck der Strahlflüssigkeit bei dem Erzeugen von Strahlen vor der Düse auf 0,1 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,12 bis 0,5 MPa eingestellt, bei der Erzeugung von Tori wird der Eingangsdruck der Flüssigkeit vor der Düse auf 0,1 bis 4 MPa eingestellt.
Hierbei ist von Vorteil, dass die Düsen ausreichend mit Reinigungsflüssigkeit versorgt werden, Rückströmeffekte an der Düse minimiert werden und die Pulsung ohne zu großen Kraftaufwand betrieben werden kann.
In einer Weiterbildung enthält die Reinigungsflüssigkeit 0,1 - 5 Volumen-% Partikel. Hierbei ist von Vorteil, dass eine solch geringe Menge an Partikeln zu einer deutlich verbesserten Reinigungsleistung führen kann. Trotzdem ist die Menge so gering, dass ein abrasiver Einfluss auf Gewebe oder Zahnmaterial ausbleibt.
In einer Weiterbildung werden als Partikel mineralische Partikel verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass mineralische Partikel eine ausreichend hohe Härte besitzen, erprobt und bewährt sind und die Umwelt nicht belasten.
In einer Weiterbildung werden Partikel mit einer Partikelgröße von 20 - 120 pm bei der Erzeugung von Tori mit einer Partikelgröße von bis 0,5mm, insbesondere unter 0,3mm verwendet.
Hierbei ist von Vorteil, dass diese Größe für den Reinigungseffekt einerseits und für eine ausreichende kinetische Energie ausreicht. Zudem ist eine solche Größe nicht störend für den Verwender.
In einer Weiterbildung wird, um die Flüssigkeitsmenge im Volumen konstant zu halten ein Anteil der Flüssigkeit aus dem Volumen abgesaugt, welche im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse zugeführt wird.
Hierbei ist von Vorteil, dass währen des Reinigungsvorganges insgesamt weniger Flüssigkeit in den Mundraum eingebracht wird und dadurch der Reinigungsvorgang für den Verwender angenehmer ist.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des vorgenannten Verfahrens wobei zumindest eine Düse oder zumindest eine Anordnung mit einer Mehrzahl von Düsen vorhanden ist, wobei die zumindest eine Düse ausgebildet ist zum Ausstößen eines Flüssigkeitsstrahles und wobei zumindest eine Rücksaugeinrichtung vorhanden welche zum Zurücksaugen zumindest eines Teiles der durch die zumindest eine Düse ausgestoßenen Flüssigkeit ausgebildet ist. Eine Weiterbildung sieht vor, dass an zumindest einem Düsengehäuse zumindest ein Dichtelement vorhanden ist. welches zum Anliegen an einer zu reinigenden Oberfläche ausgebildet ist so dass ein kissenartiger umschlossener Raum vor der Düse ausgebildet wird.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass das zumindest eine Dichtelement durch eine oder mehrere elastische Dichtlippen ausgebildet ist, die um die Düsen oder das oder die Düsengehäuse angeordnet sind und zudem ausgebildet sind um elastisch dichtend auf der zu reinigenden Oberfläche aufzuliegen.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass an einer äußeren, einer zur reinigenden Oberfläche zugewandten austrittsseitigen Fläche des Düsengrundkörpers das oder die Dichtelemente angeordnet sind, wobei die Dichtelemente mehrteilig oder als ein einziges umlaufendes Dichtelement ausgebildet sind und insbesondere gummielastisch ausgebildet sind.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass eine Mehrzahl von Düsen zu einer Düsenanordnung in einem Düsengehäuse zusammengefasst sind, wobei die Düsen so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches angeordnet sind.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass sich die Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass je eine Mehrzahl von Düsen in einer Düsenanordnung zusammengefasst sind, wobei die Düsenanordnung zumindest den Bereich eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches umgekehrt U-förmig umgreift.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass die Dichtelemente bzw. Dichtlippen hohl ausgebildet sind um mit der Reinigungsflüssigkeit oder anderen Fluiden aufgeblasen zu werden.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass das Düsengehäuse eine Mehrzahl übereinander liegende Düsenöffnungen 21 in den (Kiefer-) Seiten bzw. den Zahnflanken gegenüberliegend und eine Mehrzahl nebeneinander liegende Düsenöffnung am Boden, einer Zahnkrone gegenüber liegend besitzt. Eine Weiterbildung sieht vor,, dass die seitlichen Düsengehäuse an einem Basisdüsengehäuse mittels elastischer oder gelenkiger Verbindungen, insbesondere gummielastischer Verbindungen, angelenkt sind, um insbesondere an ein Gebiss anpassbar zu sein.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass Düsengehäuse für eine oder mehrere oder alle Düsen je ein Zulauf für Reinigungsflüssigkeit vorgesehen ist.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass das Düsengehäuse so ausgebildet ist, dass ein Zuströmkanal vorhanden ist, in den die Düsenöffnung auf ihrer Rückseite mündet, wobei benachbart zur Düsenöffnung eine Rücksaugöffnung vorgesehen ist, mit welcher aus dem umschlossenen Raum Flüssigkeit in den Zuströmkanal rückgesaugt werden kann.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass ein Ventil vorgesehen ist, welches beim Zuströmen von Flüssigkeit und insbesondere dem Ausstößen von Flüssigkeit aus der Düsenöffnung die Rücksaugöffnung sperrt, so dass die Reinigungsflüssigkeit lediglich aus der Düsenöffnung geregelt ausgestoßen wird.
Eine Weiterbildung sieht vor,, dass die Dichtlippen so ausgebildet sind, dass Partikel nicht aus dem umschlossenen Raum gelangen können jedoch Reinigungsflüssigkeit, so dass ein Austritt von Flüssigkeit aber nicht von Partikeln in einem gewissen Rahmen stattfindet, so dass Partikel im Reinigungsfluidvolumen aufkonzentriert werden.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert. Es zeigen hierbei:
Figur 1: eine Düse stark schematisiert, zeigend einen Schnitt durch die Düsenaustrittsöffnung und dem darüber liegenden Flüssigkeitsraum;
Figur 2: die Isobaren im Raum, zeigend die Druckverteilung mit einem Überdruck- und einem Unterdruckbereich;
Figur 3: den grundsätzlichen Aufbau einer Düse;
Figur 4: eine Düse mit ausgetretenem Druckstoß und hierdurch erzeugtem Kaltdampf; Figur 5: eine Mehrzahl von Reinigungsbildern, zeigend die Reinigungswirkung nach 2,
4 und 8 Sekunden;
Figur 6: ein Diagramm, zeigend die Reinigungsleistung mit unterschiedlichen Gehalten an Reinigungspartikeln;
Figur 7: eine Übersicht, zeigend die Reinigungsleistung nach 1 und 2 Sekunden mit einem Punktstrahl;
Figur 8: die Reinigungsleistung im Interdentalbereich.
Figur 9: stark schematisiert die Anordnung von Dichtelementen um eine eine Zahnreihe umgreifende Düsen Anordnung;
Figur 10: eine weitere Ausführungsform der entsprechenden Anordnung für Backenzähne;
Figur 11: eine Ausführungsform des umschlossenen Raumes für Schneidezähne;
Figur 12: die Anordnung nach Figur 11 in unterschiedlichen Schnitten und Ansichten;
Figur 13: stark schematisiert eine Düse und ein abgeschlossenes Volumen mit den Flüssigkeitsrichtungen;
Figur 14: die Anordnung nach Figur 13 mit getrenntem Zulauf;
Figur 15: die Anordnung nach Figur 13 mit einer Rücksaugöffnung mit Ventilklappe;
Figur 16: die Anordnung nach Figur 15 mit einer getrennten Zuführung;
Figur 17: eine weitere Ausführungsform der Düse mit einem Schließmechanismus;
Figur 18: die Ausführungsform nach Figur 17 mit einem getrennten Zulauf;
Figur 19: die Ausführungsform nach Figur 17 mit einer Absaugöffnung; Figur 20: eine Tabelle mit Binärcodes der Varianten der Düsenanordnung;
Figur 21: das Einsaugen und Ausstößen durch die Düse bezüglich eines Volumenzeitverlaufs bzw. Druck-Zeitverlaufs;
Figur 22: der Druck-Zeitverlauf bei einer Düse mit vorhandener Absaugöffnung bzw. Rücksaugöffnung;
Figur 23: stark schematisiert der Reinigungsmechanismus;
Figur 24a-d: die Reinigungsmechanismen bei scherenden Partikeln;
Figur 25: stark schematisiert eine Düsenanordnung, die über einen Volumenspeicher und bistabile Feder angetrieben werden;
Figur 26: der Zusammenhang zwischen Strahl und Rotation abhängig von der Dauer nach D.G. Akhmetov „Vortex Rings" ISBN 978-3-642-05015-2;
Figur 27: die Visualisierung von Vortex Ringen abhängig von einer Dauer der Strahlausstoßung nach D.G. Akhmetov „Vortex Rings" ISBN 978-3-642-05015-2;
Figur 28: das Layout eines Torusgenerators nach D.G. Akhmetov „Vortex Rings" ISBN 978-3-642-05015-2;
Figur 29: das Bild einer Mischform von Strahl und Torus mit Partikeln.
Figur 1 zeigt stark schematisiert den Aufbau einer Düse 1, wobei die Düse 1 im Bereich des Auslasses, bezogen auf die Auslassrichtung, geschnitten ist, so dass nur eine halbe Düse 1 gezeigt ist. Unterhalb der schrägen Fläche befindet sich der Flüssigkeitsraum innerhalb der Düse 1 und darüber befindet sich das Flüssigkeitsvolumen, welches an einer zu reinigenden Oberfläche angeordnet ist.
In Figur 2 sind mit den entsprechenden Linien gleichen Druckes (Isobaren) die unterschiedlichen Druckverhältnisse gezeigt, die in der Flüssigkeit herrschen, wenn ein entsprechender Druckstoß durch die Düse 1 ausgestoßen wird. Man erkennt hierbei, dass ein vorauseilender Bereich hohen Drucks von einem Bereich niedrigerem Drucks gefolgt wird, wobei sich die Drücke hierbei relativ auf den Umgebungsdruck beziehen.
Kommt ein solcher Druckstoß an einer zu reinigenden Oberfläche an, entsteht durch den hohen Druck zunächst ein kurzer pulsartiger Verdrängungseffekt, der durch den Druckpuls hervorgerufen wird. Hierbei ist der Druckunterschied vom Umgebungsdruck zum Druckpuls wirksam.
Die nacheilende Zone des Unterdrucks führt zu einem deutlich stärkeren Druckunterschied an der zu reinigenden Oberfläche, da der Druck hier niedriger als der Umgebungsdruck ist.
Nachdem der Niederdruckbereich der zu reinigenden Oberfläche angekommen ist, folgt anschließend wieder der Druckausgleich auf den Umgebungsdruck, was ebenfalls wieder zu entsprechenden Strömungen führt.
Diese sehr schnelle Folge von vergleichsweise starken Strömungswechseln führt offenbar zu Scherkräften an der Oberfläche, welchen ein Biofilm nicht widerstehen kann, so dass er punktuell geöffnet und abgerissen wird.
Da nicht nur einzelne Druckpulse auf die Oberfläche gerichtet werden, sondern die Druckpulse mit einer Frequenz von beispielsweise 50 - 200 Hz von der zumindest einen Düse 1 ausgesendet werden, wird eine so hohe Anzahl von Druckunterschieden erzeugt, dass der Biofilm dem nicht widerstehen kann.
Der abgelöste Biofilm kann mit einer Quergrundströmung innerhalb des Flüssigkeitsvolumens, die jedoch keinen eigenen Reinigungseffekt bewirkt, fortgeschwemmt werden.
Figur 3 zeigt stark schematisiert den grundsätzlichen Aufbau einer Düse 1, wobei die dort gezeigte Düse 1 ein Düsengehäuse 2 besitzt.
Das Düsengehäuse 2 besitzt im Bereich einer austrittsseitigen Fläche 4 eine Austrittsöffnung 5. Das Düsengehäuse 2 ist hohlzylindrisch ausgebildet, wobei die austrittsseitige Fläche 4 den Hohlzylinder austrittsseitig abschließt. Auf einer dieser gegenüberliegenden eintrittsseitigen Fläche 6 ist eine Betätigungsöffnung 7 angeordnet.
Innerhalb der Düse 1 schließt sich an die Austrittsbohrung 5 ein kegelartiges Volumen 9 an. Gegenüber der Austrittsöffnung 5 wird das kegelförmige Volumen 9 von einer kreisscheibenförmigen Membran 10 abgeschlossen. Die Membran 10 wird an ihrem Platz von einem hohlzylindrischen Betätigungsanschluss 11 gehalten, welcher vorzugsweise von hinten in den Düseneinsatz 3 die eintrittsseitige Fläche 6 und die Betätigungsöffnung 7 durchgreifend eingeschraubt ist.
Um das kegelförmige Volumen 9 mit aus der Austrittsöffnung 5 auszustoßender Flüssigkeit zu versehen, ist zumindest eine, gegebenenfalls jedoch eine Mehrzahl von Bohrungen 12 vorhanden, welche beispielsweise von einer Rückseite der Düse 1 in das kegelförmige Volumen 9 ragen vorhanden. An die Bohrungen 12 sind Druckleitungen (nicht gezeigt) angeschlossen, welche das Düsenvolumen mit unter Druck stehender Flüssigkeit derart versorgen, dass eine das kegelförmige Volumen 9 verkleinernde Bewegung der Membran 10 zu einem Ausstoß von Flüssigkeit mit einem vorgegebenen Druck und einer vorgegebenen Geschwindigkeit führt, die entgegengesetzte Rückbewegung der Membran jedoch vorzugsweise keine Flüssigkeit durch die Austrittsöffnung 5 zurücksaugt.
Hierzu können die Bohrungen 12 oder die zuführenden Druckleitungen auch mit Ventilen derart versehen sein, dass während des Druckstoßes die Bohrungen 12 gegen eine Rückströmung gesperrt sind, so dass die gesamte Membranbewegung, die auf das kegelförmige Volumen 9 wirkt, die Flüssigkeit lediglich aus der Austrittsöffnung 5 ausdrückt.
Figur 4 zeigt perspektivisch eine Düse 1, aus welcher ein Druckstoß ausgestoßen wird mit einem nachfolgenden Kaltdampffeld, welches durch das Unterdruckfeld entsteht, indem entsprechend sich durch den Unterdrück Dampfbläschen bilden. Hierbei kann festgestellt werden, dass die Geschwindigkeit des Unterdruckfeldes etwa zwischen 15 und 40 m/s beträgt, wobei der Kaltdampf vor dem Kollaps durch Druckausgleich bis zu 8 mm zurücklegen kann.
Diese Entfernung ist so groß, dass es gelingt, sofern Kaltdampfbläschen entstehen, diese ebenfalls an die zu reinigende Oberfläche zu führen. Durch die kollabierenden Kaltdampfbläschen wird ein weiterer Strömungseffekt, das sogenannte Micro-Streaming verursacht, welcher die Reinigungswirkung noch verbessern kann. Hierbei ist im Gegensatz zu durch Ultraschall erzeugten Bläschen jedoch von Vorteil, dass der Kollaps der Kaltdampfbläschen ganz erkennbar nicht so viel Energie freisetzt, dass es zu Schäden an der zu reinigenden Oberfläche kommen könnte.
In Figur 5 wird die Reinigungsleistung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand eines Beispiels gezeigt, wobei die aus den Düsen 1 ausgestoßenen Flüssigkeiten, die den Druckpuls erzeugen, in diesem Fall destilliertes Wasser, mit 5 g pro 100 ml entsprechend etwa 4 Volumen-% mineralische Partikel enthielt. Es hat sich herausgestellt, dass bei einer Partikelkonzentration in der Flüssigkeit von 10 - 100 g/l mit etwa 0,4 bis 4 Volumen-% und einer Partikelgröße von 10 bis 250 pm die Reinigung unterstützt wird, ohne einen abrasiven Effekt derart auszulösen, dass die Zahnoberfläche oder einer Zahnfleischoberfläche negativ beeinträchtigt würde.
Bei der Gegenüberstellung wurden in vivo Biofilme verwendet, welche eingefärbt wurden. Hierbei wurden zum Teil die Interdentalbereiche überstrichen und man erkennt, insbesondere in der Mitte oben und in der Mitte unten sowie rechts oben, dass nach jeweils 4 bzw. 8 Sekunden mit dem Testaufbau mit einer Düse 1 eine massive Reinigungsleistung erbracht wurde.
Aus Figur 6 ergibt sich in einem weiteren Beispiel bei unterschiedlichen Reinigungszeiten der Zusammenhang zwischen der Menge an Partikeln der bereits erwähnten Größe gegenüber der gereinigten Fläche. Man erkennt hierbei, dass bei sehr kurzen Reinigungszeiten mit einer zunehmenden Anzahl von Partikeln sich die Reinigungsleistung deutlich verbessert, wobei bei steigenden Reinigungszeiten ersichtlich ist, dass schon relativ geringe Gehalte an Partikeln zu einer Steigerung der Reinigungsleistung führen.
Bei einer Reinigungsdauer von 1000 Millisekunden wird die Reinigungsleistung durch die Partikel schon bei geringen Gehalten sehr stark gesteigert, während sie bei einer Partikeldichte von 4 g auf 100 ml Flüssigkeit offenbar die Zahnoberfläche in der gewählten Zeit komplett gereinigt ist und eine Verdoppelung der Partikel keine nennenswerte Verbesserung der Reinigungsleistung zu leisten vermag.
Hieraus kann geschlossen werden, dass bei einer längeren Reinigungszeit die Partikeldichte in der auszustoßenden Flüssigkeit deutlich abgesenkt werden kann. Figur 7 zeigt die Ergebnisse von Reinigungsversuchen, bei denen ein künstlicher Biofilm auf einem Echtzahn appliziert wurde und mit einer einzelnen Düsenanordnung mit Druckpulsen beaufschlagt wurde. Deutlich ist zu erkennen, dass nach 2 Sekunden Reinigung eine Verstärkung der Reinigungsleistung stattgefunden hat.
In Figur 8 ist ebenfalls ein Biofilm auf Echtzähne dargestellt, wobei hierbei der Interdental bereich beaufschlagt wurde. Man erkennt, dass die Reinigungsleistung auch im Interdental bereich schon nach derart kurzen Reinigungsdauern deutlich ist.
Um die Reinigungsleistung an der Zahnoberfläche und am Zahnfleisch und in den Interdentalbereichen, insbesondere im Bereich der Zahnhälse, zu optimieren, ist es vorteilhaft, wenn eine Mehrzahl von Düsen 1 in einer Düsenanordnung 39 zusammengefasst sind.
Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Düsen 1 vom Zahnfleischbereich bis zur Kaufläche verteilt über die Zahnhöhe angeordnet sein. Da insbesondere im Bereich der Kaufläche und der Zahnflanken die Verschmutzung durch Biofilm üblicherweise etwas geringer ist als im Bereich der Zahnhälse und der Interdentalbereiche sowie der Zahnfleischtaschen, kann die Zahl über die Höhe auch variiert werden, so dass beispielsweise mehr Düsen pro Fläche in den stärker verschmutzen Bereichen angeordnet sind.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann hierzu vorgesehen sein, dass zudem, unabhängig von der Anzahl oder Verteilung der Düsen 1, eine Abstandsmessung mit geeigneten Sensoren durchgeführt wird, so dass bei größeren Abständen der Düsen zu einer zu reinigenden Oberfläche und insbesondere zu den Interdentalbereichen im Bereich der Zahnhälse die Düsen 1 in anderer Weise angesteuert werden und insbesondere beispielsweise die Frequenz erhöht wird oder das Ausstoßvolumen an Flüssigkeit erhöht wird, so dass eine größere Tiefenwirkung und Reichweite bzw. Wurfweite der Strahlen bzw. Druckpulse erzielt wird.
Derartige Düsenanordnungen 39 können zum Beispiel in Form eines sogenannten Shuttles angeordnet sein, welches einen Zahn und das benachbarte Zahnfleisch umgibt und nach einer vorgegebenen Reinigungsdauer oder stetig mit geringer Geschwindigkeit beispielsweise von den Backenzähnen zu den Schneidezähnen geführt wird oder umgekehrt und hierbei die Zähne, die Interdentalbereiche, die Interdental bereiche im Bereich der Zahnhälse und das anliegende Zahnfleisch überstreicht. In Figur 9 ist stark schematisiert eine Ausführungsform zu sehen, welche mit einem abgeschlossenen Volumen im Bereich der zu reinigenden Oberfläche arbeitet. Hierfür sind an einer Düsenanordnung 39, d.h. einer Abfolge von Düsen 1, Dichtelemente 25 in der Form von Dichtlippen 28 angeordnet. Die Dichtlippen 28 schließen den Bereich um die Düsenanordnung 39 hierbei ab, so dass wie bei einem Luftkissen ein Flüssigkeitskissen entsteht, jedoch mit dem Unterschied, dass hierbei Flüssigkeit nicht nach außen austreten soll.
Dem entsprechend ist in dieser vereinfachten Ausführungsform stark schematisiert ein Düsengehäuse 20 gezeigt (im Schnitt), welches eine Düsenöffnung 21 besitzt, wobei das Düsengehäuse 20 hier vereinfacht mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet ist.
An einer äußeren, einer zur reinigenden Oberfläche 22 zugewandten, austrittseitigen Fläche 23 des Düsengehäuses 20 sind im Bereich von Außenkanten 24 entsprechende Dichtelemente 25 vorgesehen. Die Dichtelemente 25 können auch als ein einziges umlaufendes Dichtelement 25 ausgebildet sein und sind gummielastisch ausgebildet, so dass sie sich einerseits der Geometrie einer zu reinigenden Oberfläche 22 anpassen als auch in der Lage sind, einen gewissen Innendruck der Flüssigkeit 26 in dem umschlossenen Raum 27 zu gewährleisten.
Die Dichtelemente 25 können insbesondere als umlaufende Dichtelemente 25 bzw. umlaufende Dichtlippen 28 ausgebildet sein, welche sich von austrittseitigen Fläche 23 des Düsengehäuses 20 weg erstrecken. Die Dichtelemente 25 bzw. Dichtlippen 28 können hierbei mit einer gewissen Eigensteifigkeit ausgebildet sein, so dass die Grundform des umschlossenen Raumes 27 gebildet und gehalten wird.
Darüber hinaus können die Dichtelemente 25 bzw. Dichtlippen 28 hohl ausgebildet sein, um beispielsweise mit der Reinigungsflüssigkeit 26 aufgeblasen zu werden, so dass die Dichtelemente 24 ihre Form, die sie im Betrieb haben sollen, erst nach dem Aufpumpen, beispielsweise mit der Reinigungsflüssigkeit 26 oder durch die Reinigungsflüssigkeit 26 oder durch andere Fluide, die gesondert zugeführt werden, erreichen.
In einer einfachen Ausgestaltung, insbesondere zum Reinigen im Bereich der Backenzähne (Figur 10), besitzt das Düsengehäuse 20 beispielsweise fünf übereinander liegende Düsenöffnungen 21 in den (Kiefer-) Seiten bzw. den Zahnflanken 29 gegenüberliegend und vier nebeneinander liegende Düsenöffnung 21 am Boden, einer Zahnkrone 30 gegenüber liegend (nur angedeutet) und die entsprechenden Dichtelemente 25, welche den entsprechenden umschlossenen Raum 27 abschließen.
In Figur 11 ist dies noch einmal genauer zu sehen, wobei bei einer solchen Ausführungsform die seitlichen Düsengehäuse 20 an einem Basisdüsengehäuse 31 mittels elastischer oder gelenkiger Verbindungen 32, beispielsweise gummielastischer Verbindungen 32, angelenkt sind, um insbesondere angenehm an ein Gebiss anpassbar zu sein.
Im Schneidezahnbereich unterscheidet sich eine solche Ausführungsform insbesondere durch gegebenenfalls die Form der Dichtelemente 25, aber gegebenenfalls auch durch die Winkelung der Düsengehäuse 20 und des Basisdüsengehäuses 31, um eine Anpassung an den Schneidezahnbereich zu erzielen, wie dies auch in Figur 12 ersichtlich ist. Wobei im Schneidezahnbereich gegebenenfalls das Basisdüsengehäuses 31 auch ohne Düsen 1 ausgebildet sein kann, wenn durch die Düsenöffnungen 21 in den Düsengehäusen 20, welche sich hierbei gegenüber liegen, eine ausreichende Anströmung eines Schneidezahns (Figur 12, rechts) gewährleistet ist.
Um erfindungsgemäß den umschlossenen Raum 27 nicht mit Flüssigkeit aufzufüllen, ohne diese Flüssigkeit geregelt wieder abzuführen, ist in einer Ausführungsform die erfindungsgemäße Rücksaugung vorgesehen. Im einfachsten Fall (Figur 13) wird die Flüssigkeit durch die Düse 1 bzw. die Düsenöffnung 21 ausgestoßen in den umschlossenen Raum 27 und anschließend wieder durch die Düsenöffnung 21 rückgesaugt. Um zu ermöglichen, dass der umschlossene Raum 27 nicht allein mit einer oder mehreren Düsen 1 gefüllt werden muss, bevor der eigentliche Reinigungsbetrieb beginnt, kann gemäß Figur 14 im Düsengehäuse für eine oder mehrere oder alle Düsen 1 je ein Zulauf 36 vorgesehen sein.
In einer weiteren Ausführungsform (Figur 15) ist, um die Rückstromleistung zu erhöhen, das Düsengehäuse 20 so ausgebildet, dass ein Zuströmkanal 33 vorhanden ist, in den die Düsenöffnung 21 auf ihrer Rückseite 33 mündet, der somit die Düsenöffnung 21 mit Reinigungsfluid 26 versehen kann, wobei benachbart zur Düsenöffnung 21 eine Rücksaugöffnung 34 vorgesehen ist, mit welcher aus dem umschlossenen Raum 27 Flüssigkeit 26 in den Zuströmkanal 33 rückgesaugt werden kann. Es ist ein Ventil 35 vorgesehen, welches beim Zuströmen von Flüssigkeit 26 und insbesondere dem Ausstößen von Flüssigkeit 26 aus der Düsenöffnung 21 die Rücksaugöffnung 34 sperrt, so dass die Reinigungsflüssigkeit 26 lediglich aus der Düsenöffnung 21 geregelt ausgestoßen wird. Wird anschließend im Zuströmkanal 33 die Strömungsrichtung umgekehrt und dadurch ein Unterdrück erzeugt, wird Flüssigkeit 26 aus dem umschlossenen Raum 27 sowohl über die Düsenöffnung 21 als auch über die Rücksaugöffnung 34 in den Zuströmkanal 33 zurückgesaugt.
Es kann beispielsweise für ein Düsengehäuse 20 eine Rücksaugöffnung 34 vorgesehen sein, welche dann gegebenenfalls größer und gegebenenfalls schlitzförmig ausgebildet ist (nicht gezeigt). Es kann aber auch benachbart zu einer oder mehreren Düsenöffnungen oder allen Düsenöffnungen 21 je eine Rücksaugöffnung 34 vorgesehen sein.
Es können auch für jede Düsenöffnung 21 mehrere Rücksaugöffnungen 34 vorgesehen sein, welche beispielsweise in einem Ringmuster um die Düsenöffnung 21 herum angeordnet sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist ebenfalls ein Zuströmkanal 33, eine Rücksaugöffnung 34 mit Ventil 35 vorhanden, wobei jedoch der Zuströmkanal 33 mit einem getrennten Zulaufkanal 36 ausgebildet ist.
Auch hier gilt, dass in diesem Fall ein Zulaufkanal 36 für ein ganzes Düsengehäuse mit einer oder mehreren Düsenöffnungen 21 bzw. Düsen 1 vorhanden sein kann, ein Zulaufkanal 36 für eine oder mehrere oder alle Düsenöffnungen 21 vorhanden sein kann oder auch mehrere Zulaufkanäle 36 pro Düsenöffnung 21 vorhanden sein können.
Bei wiederum einer weiteren Ausführungsform ist eine Düsenöffnung 21 mit einem Schließmechanismus 37 versehen, welcher in der Lage ist, die Düsenöffnung 21 zu verschließen, wobei der Schließmechanismus 37 beispielsweise von der Rückseite der Düsenöffnung 21 diese verschließt, um beispielsweise bestimmte Düsen 2 getrennt anzusteuern oder gewisse Steuerzeiten zwischen Ansaugen und Absaugen einzustellen.
Diese Ausführungsform gemäß Figur 17 kann auch mit einem getrennten Zulaufkanal 36 und einer getrennten Zulauföffnung 38 ausgebildet sein (Figur 18), darüber hinaus kann diese Ausführungsform auch mit einer Rücksaugöffnung 34 mit Ventil 35 gemäß Figur 19 ausgeführt sein, wobei auch wiederum die Kombination mit Zulaufkanal 36, Zulauföffnung 38 und Rücksaugöffnung 34 mit Ventil 35 möglich ist und entsprechend hier das zuvor über die Zahl der Zulauf- und Abströmöffnung Gesagte sinngemäß gilt. Die entsprechenden Permutationen, die hierbei möglich sind, lassen sich der Tabelle entsprechend Figur 20 entnehmen. Hierbei bedeutet G = getrennter Zulauf, S= Schließer und V = Ventil. 0 bedeutet nicht vorhanden, 1 bedeutet vorhanden.
In Figur 21 ist eine Druck-Zeit-Kurve gezeigt, die das Ausstößen aus einer Düse und das Rücksaugen im zeitlichen Ablauf zeigt. Die Darstellung ist hierbei lediglich qualitativ gezeigt, es ist jedoch ersichtlich, dass die Ausstoßphase Ta kürzer als die Einsaugphase ist, so dass Reinigungsimpulse nicht in einer beliebigen Geschwindigkeit abgegeben werden können.
Bei der Verwendung einer Rücksaugöffnung 34 mit Ventil 35 verkürzt sich die Einsaugphase Te gegenüber der Ausstoßphase signifikant, so dass hierbei eine größere Abfolge von Reinigungsimpulsen möglich ist.
Bei einer Anordnung mit mehreren Rücksaugöffnungen 34 verkürzt sich die Einsaugphase Te noch einmal deutlich, so dass hiermit eine noch höhere Reinigungspulsabfolge möglich ist. Dies ist insbesondere deshalb von Vorteil, da es angestrebt wird, die Zahnreinigung in möglichst kurzer Zeit und trotzdem mit hoher Effektivität durchzuführen, um dem Verwender einen zeitlichen Mehrwert gegenüber herkömmlichen Zahnreinigungen zu leisten.
Zudem hat die Anordnung einer Rücksaugöffnung einen weiteren Vorteil, es wird hierdurch nämlich eine im zeitlichen Mittel gerichtete Strömung innerhalb des abgeschlossenen Raumes oder umschlossenen Raumes 27 gebildet, welcher möglicherweise in der Reinigungsflüssigkeit enthaltene Luftblasen leichter wieder ausspült.
Da insbesondere Partikel enthalten sein können, wird die Reinigungsleistung auch durch die Partikel und den Partikelstrom bestimmt. Da die Partikel eine höhere Dichte haben als das umgebende Fluid, bewegt sich zwar die Flüssigkeit, wenn sie auf die Oberfläche trifft, tangential von der Oberfläche weg, die Partikel hingegen treffen auf die Oberfläche und schädigen den Biofilm bzw. Plaque und leisten hierbei einen Beitrag zu dessen Abtrag (Figur 23).
Mögliche Reinigungseffekte sind in den Figuren 24a - 24d gezeigt, wobei hierbei zu sehen ist, wie Partikel und Plaque direkten physischen Kontakt haben, wobei der Partikel durch die Strömung parallel zur Oberfläche einen Strömungswiderstand erfährt, welcher den Partikel weiterbewegt und einen Teil des Plaque löst, wenn der Partikel an diesem anhaftet. Darüber hinaus kann es auch sein, dass der Plaque erst deformiert wird und dann teilweise abreißt (Figur 24b) oder der Plaque kann direkt durch lokale Kontaktkräfte mit dem Partikel abreißen, welche durch scharfe Partikel kanten auch einen Schneideffekt haben können (Figur 24c). Es können zudem auch gemischte Fälle auftreten, wobei vorhergehende Partikel den Plaque soweit geschädigt haben (Figur 24d), dass ein weiteres Partikel zur Ablösung eines Stücks Plaque führt.
Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren ein sanftes, aber sehr effektives Verfahren zur Reinigung von Oberflächen, insbesondere Zähnen und dem anliegenden Zahnfleisch geschaffen wird, welche in effektiver und einfacher und darüber hinaus auch schneller Weise die Zähne und das Zahnfleisch reinigt, zuverlässig Biofilme entfernt und zudem anwenderfreundlich ist, da dieses Verfahren Anwenderfehler, wie einen zu hohen Putzdruck und ähnliches vermeidet.

Claims

36
Ansprüche Verfahren zum Reinigen von Oberflächen, insbesondere von Zähnen, Zahnzwischenräumen und Zahnfleisch, wobei mit zumindest einer Anordnung umfassend zumindest eine Düse (1) ein gepulster Flüssigkeitsstrom auf die zu reinigende Oberfläche gerichtet wird, wobei zumindest ein Anteil der Flüssigkeit (26) rückgesaugt und im Kreislauf geführt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die rückgesaugte Flüssigkeitsmenge im Wesentlichen der zugeführten Flüssigkeitsmenge entspricht die über die zumindest eine Düse (1) zugeführt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zu reinigende Oberfläche oder ein Teilbereich derselben mit einem geschlossenen Flüssigkeitsvolumen in Form eines umschlossenen Raumes (27) umgeben wird wobei innerhalb dieses umschlossenen Raumes (27) eine Düse (1) oder mehrere Düsen (1) angeordnet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rücksaugung innerhalb und/oder außerhalb des umschlossenen Raumes (27) erfolgen, so dass die Rücksaugung innerhalb des umschlossenen Raumes (27) und/oder außerhalb, also im Mundraum erfolgt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der rückgesaugten Flüssigkeit (26) der Menge der durch eine oder mehrere Düsen (1) in den Umschlossenen Raum (27) eingebrachten Menge maximal +/- 20 vol.-% entspricht. 37
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckpuls so ausgeführt wird, dass in dem Flüssigkeitsvolumen ein Bereich hohen Drucks und ein diesem nacheilenden Bereich niedrigeren Drucks bezogen auf den Umgebungsdruck der Flüssigkeit im Volumen erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckpuls so stark gewählt wird, dass der Bereich des niedrigeren Drucks Kaltdampfbläschen erzeugt und mitreißt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis von Strahllänge des zylindrischen Fluidstrahles zu Strahldurchmesser von bis 10, insbesondere von bis 6 und insbesondere bis 4 eingestellt wird, so dass torusför- mige geschlossene Wirbelfäden erzeugt werden.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anordnung (39) mit einer Mehrzahl von Düsen (1) verwendet wird.
10. 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 die Pulsstärke und oder die Menge des aus der Düse ausgestoßenen Flüssigkeit geregelt wird, wobei bei einem größeren Abstand die Pulsstärke und/oder die Pulsdauer und oder die Pulsfrequenz und/oder die Fördermenge erhöht wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse (1) um eine Ruhelage herum in X (Zahnhochachse) und/oder Y (Zahnquerachse) und/oder Z Richtung (auf den Zahn zu) oszilliert.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Düse (1) an den Zähnen entlanggeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Mehrzahl von Düsen (1) in einer Düsenanordnung (39) die Düsen (1) so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angren- zenden Zahnfleisches angeordnet sind, wobei sich die Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen 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, wie den Zahnfleischtaschen und den Zahnzwischenräumen im Zahnfleischbereich insbesondere den Papillen eine höhere Anzahl von Düsen verwendet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Mehrzahl von Düsen (1) in einer Düsenanordnung (39) zusammengefasst sind, wobei die Düsenanordnung (39) zumindest den Bereich eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches umgekehrt U-förmig umgreift. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenanordnung (39) über die Zähne mit einer Bewegungseinrichtung bewegt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass 10 bis 100 Düsen (1) pro Düsenanordnung (39) verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Düse (1) eine kinetische Eingangs-Pulsenergie von bis zu 16 mJ bei großen Tori und insbesondere 10 mJ bei Strahlen verwendet wird.. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Pulsenergie pro Mundstück bei einer Mehrzahl von Düsenanordnungen (39) und Düsen (39) bei der Erzeugung von Tori 200 bis 800 mJ, insbesondere 300 bis 600 mJ und bei der Erzeugung von Strahlen 200 bis 500 mJ, insbesondere 200 bis 300 mJ beträgt.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie pro Zeiteinheit zwischen 12.000 und 100.000 mJ/s beträgt.
21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Pulsfrequenz zwischen 50 und 200 Hz gepulst wird.
22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung eines Strahles die Pulsungsfrequenz zwischen 1Hz und lkHhz, vorzugsweise 1Hz und 300Hz , weiter bevorzugt 30Hz und 300 Hz und insbesondere 1Hz und 50Hz, insbesondere bevorzugt >50Hz beträgt.
23. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung des Torus die Pulsungsfrequenz zwischen 1Hz und 20khz, vorzugsweise zwischen 1Hz und 5khz , weiter bevorzugt zwischen 1Hz und 3khz und insbesondere zwischen 50 Hz und 1kHz und weiter bevorzugt 50 Hz bis 300 Hz beträgt.
24. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung eines Strahles die Pulslängen 0,3ms-lsec, vorzugsweise 0,3ms - 500ms, weiter bevorzugt 0,3 bis 100ms, noch weiter bevorzugt 0,3 bis 20ms und insbesondere 0,3ms-5ms betragen.
25. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erzeugung eines Torus die Pulslängen insbesondere 0,03ms-3ms, insbesondere 0,07ms bis 0,7ms, bevorzugt 0,1ms bis 0,4ms betragen
26. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von einer zu reinigenden Oberfläche so eingestellt wird, dass er bei der Verwendung von Strahlen bis 10 mm und bei der Verwendung von Tori bis 20mm beträgt.
27. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftreffwinkel des Strahles und/oder des Torus auf der Oberfläche am Zahn so eingestellt wird, dass er von er senkrecht bis tangential reicht.. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingangsdruck der Strahlflüssigkeit bei dem Erzeugen von Strahlen vor der Düse (2) auf 0,1 bis 2 MPa, vorzugsweise 0,12 bis 0,5 MPa eingestellt wird und bei der Erzeugung von Tori wird der Eingangsdruck der Flüssigkeit vor der Düse (2) auf 0,1 bis 4 MPa eingestellt 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 als Partikel mineralische Partikel verwendet werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Partikel mit einer Partikelgröße von 20 - 120 pm bei der Erzeugung von Tori mit einer Partikelgröße von bis 0,5mm, insbesondere unter 0,3mm verwendet werden. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Düse (1) oder zumindest eine Anordnung (39) mit einer Mehrzahl von Düsen (1) vorhanden ist, wobei die zumindest eine Düse (1) ausgebildet ist zum Ausstößen eines Flüssigkeitsstrahles und wobei zumindest eine Rücksaugeinrichtung (21, 34) vorhanden welche zum Zurücksaugen zumindest eines Teiles der durch die zumindest eine Düse ausgestoßenen Flüssigkeit ausgebildet ist. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem Düsengehäuse (20) zumindest ein Dichtelement (25) vorhanden ist. welches zum An- 41 liegen an einer zu reinigenden Oberfläche (22) ausgebildet ist so dass ein kissenartiger umschlossener Raum (27) vor der Düse (1) ausgebildet wird.
35. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Dichtelement (25) durch eine oder mehrere elastische Dichtlippen (28) ausgebildet ist, die um die Düsen (1) oder das oder die Düsengehäuse (20) angeordnet sind und zudem ausgebildet sind um elastisch dichtend auf der zu reinigenden Oberfläche (22) aufzuliegen.
36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass an einer äußeren, einer zur reinigenden Oberfläche (22) zugewandten austrittsseitigen Fläche (23) des Düsengrundkörpers (20) das oder die Dichtelemente (25) angeordnet sind, wobei die Dichtelemente (25) mehrteilig oder als ein einziges umlaufendes Dichtelement (25) ausgebildet sind und insbesondere gummielastisch ausgebildet sind.
37. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Düsen (1) zu einer Düsenanordnung (39) in einem Düsengehäuse (20) zusammengefasst sind, wobei die Düsen (1) so angeordnet werden, dass sie zumindest über die Höhe eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches angeordnet sind.
38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenstrahlauftreffflächen der einzelnen Düsen sich überdecken oder bei oszillierenden Düsenanordnungen sich überdecken.
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Mehrzahl von Düsen (1) in einer Düsenanordnung (39) zusammengefasst sind, wobei die Düsenanordnung (39) zumindest den Bereich eines Zahnes und des angrenzenden Zahnfleisches umgekehrt U-förmig umgreift.
40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtelemente (25) bzw. Dichtlippen (28) hohl ausgebildet sind um mit der Reinigungsflüssigkeit (26) oder anderen Fluiden aufgeblasen zu werden. 42
41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (20) eine Mehrzahl übereinander liegende Düsenöffnungen 21 in den (Kiefer-) Seiten bzw. den Zahnflanken (29) gegenüberliegend und eine Mehrzahl nebeneinander liegende Düsenöffnung (21) am Boden, einer Zahnkrone (30) gegenüber liegend besitzt.
42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlichen Düsengehäuse (20) an einem Basisdüsengehäuse (31) mittels elastischer oder gelenkiger Verbindungen (32), insbesondere gummielastischer Verbindungen (32), angelenkt sind, um insbesondere an ein Gebiss anpassbar zu sein.
43. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 42, dadurch gekennzeichnet, dass Düsengehäuse (20) für eine oder mehrere oder alle Düsen (1) je ein Zulauf (36) für Reinigungsflüssigkeit (26) vorgesehen ist.
44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass das Düsengehäuse (20) so ausgebildet ist, dass ein Zuströmkanal (33) vorhanden ist, in den die Düsenöffnung (21) auf ihrer Rückseite (33) mündet, wobei benachbart zur Düsenöffnung (21) eine Rücksaugöffnung (34) vorgesehen ist, mit welcher aus dem umschlossenen Raum (27) Flüssigkeit (26) in den Zuströmkanal (33) rückgesaugt werden kann.
45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventil (35) vorgesehen ist, welches beim Zuströmen von Flüssigkeit (26) und insbesondere dem Ausstößen von Flüssigkeit (26) aus der Düsenöffnung (21) die Rücksaugöffnung (34) sperrt, so dass die Reinigungsflüssigkeit (26) lediglich aus der Düsenöffnung (21) geregelt ausgestoßen wird.
46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtlippen so ausgebildet sind, dass Partikel nicht aus dem umschlossenen Raum gelangen können jedoch Reinigungsflüssigkeit, so dass ein Austritt von Flüssigkeit aber nicht von Partikeln in einem gewissen Rahmen stattfindet, so dass Partikel im Reinigungsfluidvolumen aufkonzentriert werden.
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