Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entfernung von Zahnbelag mittels Ultraschall.

Im Bereich der Zahnmedizin und insbesondere bei zahnmedizinischen Prophylaxebehand¬ lungen hat sich der Einsatz von Ultraschallgeräten zur Entfernung von Zahnbelag und Zahnstein in großem Maße durchgesetzt. Durch eine derartige Behandlung wird die Bildung von Karies an den Zähnen vermieden.

Ultraschallgeräte erzeugen mechanische Ultraschall-Druckschwingungen, die in einem Frequenzbereich oberhalb von 20 kHz liegen und damit für das menschliche Ohr nicht mehr wahrnehmbar sind. Ultraschall kann sich in der Luft oder in einem Fluidmedium fortpflanzen.

Eine reinigende Wirkung von Ultraschall ist seit langem bekannt, wobei eine Übertragung des Ultraschalls durch die Luft, d. h. die Erzeugung von Ultraschalldruckschwankungen in der Luft, für eine Reinigungswirkung nur bedingt anwendbar ist, da die durch die Luft über¬ tragene Energie sehr schnell an Intensität verliert. Zu Reinigungszwecken mittels Ultraschall wird daher vorzugsweise ein flüssiges Übertragungsmedium verwendet, wie beispielsweise Wasser. Ein derartiges Reinigungsverfahren mit Ultraschall hat sich in vielen verschiedenen Bereichen in Form von Reinigungsbädern durchgesetzt. So werden beispielsweise elektro¬ nische Leiterplatten mit Ultraschall von Zinnresten und Lötflußmittelresten befreit, oder Schmuck wird in einem Reinigungsbad gereinigt. Auch können Wäsche und Textilien in einem solchen Reinigungsbad gesäubert werden.

Zum Zwecke der Mundhygiene und der Zahnpflege und insbesondere bei der Entfernung von Zahnbelag oder Zahnstein werden Ultraschallgeräte heute nur im Bereich von Zahnarztpraxen

eingesetzt. Es handelt sich dabei um technisch aufwendige, großvolumige, stationäre Geräte, die nur von geschulten Fachkräften betrieben werden können. Typischerweise werden diese Ultraschallgeräte im Bereich einer Frequenz von etwa 150 kHz betrieben. Schließlich er¬ fordert auch die hohe abgegebene Leistung des Ultraschallgeräts eine fachkundige Bedie¬ nungsperson.

Durch die Erfindung soll demgegenüber ein Ultraschallgerät zur Entfernung von Zahnbelag geschaffen werden, das von jedermann ohne aufwendige fachliche Unterrichtung oder Überwachung im Heimgebrauch verwendet werden kann. Ein solches Gerät soll demnach einfach aufgebaut, tragbar und leicht bedienbar sein.

Diese Anforderung erfüllt eine Vorrichtung zur Entfernung von Zahnbelag mittels Ultraschall gemäß Anspruch 1. Sie besteht aus einem Ultraschallgeber und einer elektronischen Steuer¬ schaltung für den Ultraschallgeber. Der Ultraschallgeber besteht wiederum aus einem Ultraschallkopf und einem Gehäuse. In dem Ultraschallgeber sind ein eine Ultraschall¬ schwingung erzeugendes Element und eine elektrische Spule zur Anregung des die Ultra¬ schallschwingung erzeugenden Elements untergebracht. Die elektronische Steuerschaltung dient zum Erzeugen, Einschalten und Steuern der Ultraschallschwingung.

Bevorzugte und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Durch die Erfindung wird damit ein kompaktes, kostengünstiges Ultraschallgerät geschaffen, das von jedermann unproblematisch und einfach verwendet werden kann, um Ablagerungen. Zahnbelag oder Zahnstein auf sanfte Weise von den Zähnen zu entfernen. Das Gerät kann insbesondere im Rahmen der Körperpflege im Hausgebrauch eingesetzt werden. Dazu hat es vorzugsweise ein geringes Gewicht, ist tragbar und kann von aufladbaren Akkumulatoren angetrieben werden. Durch den nicht-mechanischen Kontakt zwischen Gerät und Zahn wird eine Beschädigung des Zahnschmelzes durch mechanische Einwirkungen während der Behandlung vermieden. Ein zwischen Ultraschallkopf und Zahn befindliches Medium, beispielsweise im Mund befindliches Wasser, dient zur Übertragung der Ultraschall¬ schwingungen. Neben der Ablösung von Zahnbelag und Zahnstein und der damit einher¬ gehenden Vermeidung von Karies an den Zähnen besteht eine günstige Nebenwirkung des Geräts darin, daß das Zahnfleisch massiert wird, wodurch die Durchblutung gefördert und damit einer Paradontose entgegengewirkt wird.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele anhand der beigefügten Figuren.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2a zeigt den Ultraschallgeber von der Seite.

Fig. 2b zeigt den Ultraschallgeber von hinten.

Fig. 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Ultraschallkopfes im Querschnitt.

Fig. 4 zeigt ein Ausfiihrungsbeispiel der elektronischen Steuerschaltung.

Das erfindungsgemäße Ultraschallgerät besteht aus einem tragbaren Ultraschallgeber 10, der von der Bedienungsperson bequem in einer Hand gehalten werden kann. Der Ultraschallgeber 10 hat einen Ultraschallkopf 20, der im Betrieb in den Mund eingeführt wird und der die Ultraschallschwingungen aussendet. Das Gehäuse 12 des Ultraschallgebers 10 ist in Form einer Kapsel ausgeführt (Fig. 2a und 2b). In dem Ultraschallgeber 10, d.h. je nach Aus¬ fuhrungsform entweder in dem Ultraschallkopf 20 oder in dem Gehäuse 12, ist ein eine Ultraschallschwingung erzeugendes Element 21 untergebracht, das entweder eine frei schwin¬ gende Metallmembran oder alternativ ein piezoelektrisches Quarzbauelement sein kann. Außerdem enthält der Ultraschallgeber 10 eine elektrische Spule 22, die die frei schwingende Metallmembran bzw. das piezoelektrische Quarzbauelement zu Schwingungen anregt.

Das piezoelektrische Quarzbauelement kann ein solches Bauelement sein, wie es häufig in Uhren verwendet wird, um deren Ganggenauigkeit zu gewährleisten. Dabei erregt ein elek¬ trischer Strom den Quarzbaustein, der auf diese Erregung durch ein Ausdehnen oder Kon¬ trahieren im Mikrometerbereich reagiert. Je nach Art des Quarzbausteins kann diese Bewe¬ gung häufiger als 30.000 mal pro Sekunde wiederholt werden. Auf diese Weise erzeugt der piezoelektrische Quarz eine Ultraschallschwingung.

Im Fall der Metallmembran 21 wird die Ultraschallschwingung durch Schwingungen der Metallmembran erzeugt. Dazu wirkt ein elektromagnetisches Wechselfeld auf die Metallmem¬ bran 21 ein und versetzt diese in Schwingungen. Das elektromagnetische Wechselfeld wird durch die elektrische Spule 22 erzeugt, die mit einem Permanentmagneten 23 zusammen-

geschaltet ist (Fig. 3). Durch die Zuführung von elektrischem Wechselstrom in die Spule 22 wird hier ein Magnetfeld wechselnder Polarität gebildet. Je nach momentaner Polarität dieses magnetischen Wechselfelds wird dieses Feld zu dem Magnetfeld des Permanentmagneten addiert oder von diesem subtrahiert. Haben die Magnetfelder des Permanentmagneten und der elektrischen Spule gleiche Polarität, so ist das Gesamtmagnetfeld maximal, haben die Magnet¬ felder des Permanentmagneten und der elektrischen Spule entgegengesetzte Polarität, so ist das Gesamtmagnetfeld minimal. Ob das Gesamtmagnetfeld anziehend oder abstoßend auf die Metallmembran wirkt, hängt von deren magnetischen Eigenschaften und der Polarität des Permanentmagneten ab. Beispielsweise kann das maximale Gesamtmagnetfeld eine maximale Anziehungskraft auf die Membran ausüben und diese in Richtung zu dem Permanentmagneten hin auslenken. Wenn der elektrische Strom durch die Spule in diesem Fall ausgeschaltet wird oder entgegengesetzte Polarität annimmt, verringert sich das auf die Membran wirkende Magnetfeld und sie entfernt sich wieder von dem Permanentmagneten.

Damit die Metallmembran 21 wie beschrieben frei schwingen kann, befindet sich zwischen ihr und dem mit der elektrischen Spule 22 zusammengeschalteten Permanentmagneten 23 ein Luftspalt 24, der beispielsweise 0,2 bis 0,3 mm breit sein kann. Außerdem muß die Metall¬ membran aus einem magnetischen Werkstoff bestehen, beispielsweise einem Eisenmetall wie Chrom-Stahl. Gute Schwingungseigenschaften hat eine Metallmembran mit einer Dicke von 0,2 bis 0,3 mm.

Wie Fig. 3 zeigt, sind die Metallmembran 21, die elektrische Spule 22 und der Permanent¬ magnet 23 in den Ultraschallkopf 20 integriert. Zum Schutz der Membran 21 ist eine Ab¬ deckung 25 vorgesehen, die den Ultraschallkopf nach außen hin abschließt. Die Abdeckung 25 kann beispielsweise aus Aluminium hergestellt sein. An ihrem Rand 28 ist die Abdeckung 25 umgebördelt und greift unter den Rand der Metallmembran 21 und unter einen Rand des Gehäuses 29 des Ultraschallkopfes 20. Dadurch wird die Membran fixiert und der Ultraschall¬ kopf 20 verschlossen.

Die Abdeckung 25 hat eine Öffnung 26. durch die das Übertragungsmedium für die Ultra¬ schallschwingung, beispielsweise Wasser, eintreten kann. Bei der Anwendung des Ultraschall¬ geräts wird der Mund zunächst mit Wasser gefüllt und anschließend der Ultraschallkopf 20 in den Mund eingeführt. Das Wasser tritt dann durch die Öffnung 26 in den Ultraschallkopf ein und gelangt direkt an die Metallmembran 21. Die von der Membran abgegebenen Ultraschall-Druckwellen breiten sich durch das Wasser zu den Zähnen hin aus und umspülen

diese so lange, bis sich die dort befindlichen Ablagerungen ablösen. Da der Zahnschmelz der Zähne ein besonders hartes Material ist, kann er durch die Ultraschall-Druckwellen nicht angegriffen werden. Er stellt somit gewissermaßen einen Widerstand gegen die Druckwellen dar, während der vergleichsweise weiche Zahnbelag die Schwingungen absorbiert und durch diese Energieaufnahme schließlich von dem Zahn abgelöst wird. Die Haut der Mundhöhle, die Zunge und die Schleimhäute im Mundbereich sind demgegenüber ein wesentlich weiche¬ res Material, das die Ultraschall-Druckschwingungen durch seine Elastizität ausgleichen kann.

Die Erzeugung der für die Erzeugung der Ultraschallschwingung erforderlichen elektrischen Wechselspannung und das Einschalten der Ultraschallschwingung wird durch die elektro¬ nische Steuerschaltung 30 gesteuert. Ein Ausführungsbeispiel dieser Steuerschaltung ist in Fig. 4 gezeigt. Die dort angegebenen Zahlenwerte zur Dimensionierung der einzelnen elektro¬ nischen Bauelemente sind nur als beispielhaft zu verstehen. Es ist auch jede andere zur Erzielung des erfindungsgemäßen Zwecks geeignete Auslegung und Dimensionierung der Bauelemente möglich. Im gegebenen Beispiel kann für den Kondensator Cx' ein geeigneter Wert zwischen 470 pF und 2,2 nF gewählt werden, um eine Frequenz der Ultraschallschwin¬ gung von etwa 30 kHz zu erzielen. Der Widerstand Rx' muß je nach erwünschter maximaler Leistungsabgabe im Bereich von 1,5 bis 33 Ohm gewählt werden.

Die elektronische Steuerschaltung 30 kann entweder direkt in den Ultraschallgeber 10 integriert sein, oder alternativ können der Ultraschallgeber 10 und die elektronische Steuer¬ schaltung 30 getrennte Einheiten sein, die über ein Kabel 40 miteinander verbunden sind, wie es schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Die erstgenannte Variante ist für einen mobilen Einsatz und den Hausgebrauch des Ultraschallgeräts zu bevorzugen.

Die elektronische Steuerschaltung 30 enthält eine Oszillatorschaltung, die die für die Erzeu¬ gung der Ultraschallschwingung erforderliche elektrische Wechselspannung erzeugt. Die Oszillatorschaltung weist dazu einen Zeitgeber- oder "Timer"-Schaltkreis auf, beispielsweise vom Typ N555 oder einem ähnlichen anderen Typ.

Die elektronische Steuerschaltung 30 enthält darüber hinaus eine Sensorschaltung. die für das Ein- und Ausschalten des Ultraschallgeräts, das heißt der Ultraschallschwingung, zuständig ist. Diese Einschaltsensorik aktiviert die Oszillatorschaltung zur Erzeugung der Ultraschall¬ schwingung, wenn der Anwender den Ultraschallgeber 10 in einer Hand hält und den Ultra¬ schallkopf 20 in den Mund einführt. Dabei wird ein Stromkreis geschlossen, der durch den

Körper des Anwenders verläuft, wobei der Körperwiderstand zwischen Kopf und Hand des Anwenders genutzt wird. Der hier fließende Strom liegt im Mikroampere-Bereich und stellt daher kein Risiko für den Anwender dar. Der geschlossene Stromkreis verläuft weiter über den Punkt P3 der elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Spule 22 und der Abdeckung 25 des Ultraschallkopfs 10 in die Steuerschaltung 30 (siehe Fig. 3 und 4), und von dort weiter über den Punkt P4 zu elektrisch leitenden Kontaktflächen 16, 16 auf der Außenseite des Gehäuses 12 (siehe Fig. 2a, 2b und 4). Um den Stromkreis zu schließen, müssen die Kontaktflächen 16, 16 von einer Hand des Anwenders berührt werden. Die Kontaktflächen 16, 16 bestehen aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise aus einem leitenden Gummi oder einem Metallfilm. Das Gehäuse 12 selbst ist nicht elektrisch leitend. Zusätzlich kann an dem Gehäuse 12 eine Leuchtdiode 18 vorgesehen sein, die leuchtet, um anzuzeigen, daß das Gerät in Betrieb ist.

Wenn der Anwender den Ultraschallkopf 20 aus dem Mund entfernt und das Gerät ablegt, wird der Stromkreis unterbrochen und das Gerät somit automatisch ausgeschaltet. Durch die beschriebene Einschaltvorrichtung kann somit auf einen herkömmlichen Schalter zum Ein- und Ausschalten des Ultraschallgeräts verzichtet werden. Das bewirkt den Vorteil, daß beim Ein- und Ausschaltvorgang keine Überhitzung und damit keine Zerstörung der Metallmem¬ bran 21 mehr erfolgen kann, beispielsweise durch hohe Spannungsimpulse, wie es bei her¬ kömmlichen Schaltern häufig auftritt. Je nach Anwendungsfall kann es aber dennoch bevor¬ zugt werden, einen herkömmlichen Schalter zu verwenden.

Alternativ zu dem beschriebenen Ein-/ Ausschaltverfahren mittels der Einschaltsensorik kann das Ultraschallgerät so ausgebildet sein, daß es bereits eingeschaltet wird, wenn Wasser als Übertragungsmedium in den Ultraschallkopf 20 eintritt. In diesem Fall ist ein Kontakt mit dem Körper des Anwenders nicht erforderlich.

Für eine Versorgung mit elektrischer Energie kann die elektronische Steuerschaltung 30 entweder an elektrische Akkumulatoren 14 oder an ein Netzteil 32 angeschlossen sein. Die von diesen gelieferte Versorgungsspannung muß in jedem Fall der elektronischen Steuer¬ schaltung angemessen dimensioniert sein. Bei Verwendung der Metallmembran 21 in Verbin¬ dung mit der elektrischen Spule 22 kann die Versorgungsspannung beispielsweise eine Gleichspannung von 12 Volt sein. Bei Verwendung des piezoelektrischen Quarzbauelements kann hingegen eine wesentlich höhere Versorgungsspannung erforderlich sein.

Im Fall des Netzteils 32. das in die Steuerschaltung 30 integriert sein kann, steht beispiels¬ weise zunächst eine Spannung von 220 Volt Wechselstrom zur Verfügung, die in bekannter Weise durch einen Transformator auf ein niedrigeres Spannungsniveau abgesenkt werden kann. Diese Wechselspannung kann in der Steuerschaltung 30 in ein Gleichstrom-Spannungs¬ signal umgewandelt werden.

Im Fall der Akkumulatoren 14 wird die Steuerschaltung 30 mit Gleichstrom gespeist. Die Akkumulatoren 14 können in dem Gehäuse 12 des Ultraschallgebers 10 untergebracht sein und über eine Ladestation (nicht dargestellt) elektrisch aufgeladen werden, was für den mobilen Einsatz des Geräts von besonderem Vorteil ist, da kein Kabel zwischen Gerät und Energiequelle erforderlich ist. Der Ladevorgang mittels Ladestation erfolgt über an dem Gehäuse 12 vorgesehene Kontakte (Punkte P5 und P6; siehe Fig. 2a und 4). Dabei kann beispielsweise P6 den Minuspol der Ladestation auf 0 Volt und P5 den Pluspol der Lade¬ station auf 6.4 Volt bezeichnen. Bedingt durch die Baugröße des Ultraschallgeräts ist die Größe und damit die Kapazität der Akkumulatoren begrenzt. Typischerweise beträgt die Kapazität ungefähr 1 Amperestunde, was einen Dauerbetrieb von circa einer Stunde er¬ möglicht.

Der Ultraschallgeber 10 ist derart ausgelegt, daß er eine Leistung von etwa 0,5 Watt pro Quadratzentimeter abgibt. Diese Leistung ist so gering, daß das Ultraschallgerät gefahrlos von jedermann bedient werden kann und daß auch bei unsachgemäßem Gebrauch keine Gefahr einer Schädigung besteht.

Die von dem Ultraschallgeber 10 abgegebene Ultraschallschwingung hat eine Frequenz von etwa 30 kHz. Diese Frequenz hat sich als optimal zur Entfernung von Zahnbelag und zur Bakterienbekämpfung als Vorbeugungsmaßnahme gegen Kariesbildung erwiesen. Auch aufgrund dieser im Vergleich zu herkömmlichen Ultraschallgeräten niedrigen Frequenz kann mit dem erfindungsgemäßen Ultraschallgerät kein Schaden verursacht werden, selbst nicht bei unsachgemäßer Benutzung.

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