AT405885B

AT405885B - Vorrichtung zum erfassen der drehzahl von dentalturbinen

Info

Publication number: AT405885B
Application number: AT78598A
Authority: AT
Original assignee: Ott Josef Ing
Priority date: 1998-05-08
Filing date: 1998-05-08
Publication date: 1999-12-27
Also published as: DE19980862D2; ATA78598A; AU3802099A; WO1999058984A1

Description

AT 405 885 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl eines Turbinenlaufrades, insbesondere eines druckluftbetriebenen Turbinenlaufrades eines Dentalgerätes, mit einem Gehäuse, in dem das Turbinenlaufrad läuft, mit einer Zuleitung zum Zuführen von Druckluft zum Turbinenlaufrad, mit einer Rückleitung zum Ableiten von Druckluft aus dem Gehäuse, und mit einem Sensor, der Strömungsschwankungen der pulsierenden Abluft in der Rückleitung erfaßt.

Dentalantriebe und andere Handbearbeitungswerkzeuge werden häufig mit Druckluft betrieben. Wenn die Druckluft mit weitgehend konstantem Druck zugeführt wird, bedingt dies, daß die Leerlaufdrehzahl der Turbinen die Nenndrehzahl weit übersteigt und bei Belastung entsprechend der Last abnimmt. Dies hat zum einen den Nachteil einer unerwünschten Geräuschentwicklung mit störenden hohen Frequenzen im Leerlauf und zum anderen eine bei der Bearbeitung häufig unerwünschte Änderung der Drehzahl bei unterschiedlicher Belastung.

Um eine exakte Bearbeitung, z.B. bei Schleif- oder Bohroperationen bei möglichst konstanter Turbinendrehzahl zu ermöglichen, ist es daher erforderlich, die Drehzahl des Turbinenlaufrades zu erfassen und die Zufuhr von Druckluft so zu verändern, daß sich eine weitgehend konstante Drehzahl ergibt.

Insbesondere bei Dentalturbinen ist ein möglichst kleines Turbinenlaufrad und Gehäuse erforderlich, so daß kaum Platz für einen Drehzahlsensor herkömmlicher Bauart vorhanden ist. Zusätzlich kommt erschwerend hinzu, daß die Turbine sterilisierbar sein muß und damit besonderen Anforderungen hinsichtlich der thermischen Belastung des Sensors und der zugeordneten Elektronik genügen muß. In der Praxis sind Sensoren bekannt, die z.B. nach dem Prinzip einer optischen Lichtschranke arbeiten oder relativ aufwendig anzuordnende Magnete mit einer Spule (Induktionsprinzip), aus der die Drehzahl abgeleitet wird.

Aus der EP 549 910 A zum Beispiel ist es bekannt, im unmittelbaren Bereich des Turbinenrades einen piezoelektrischen Sensor anzuordnen, auf den die vom Turbinenlaufrad abgelenkte, pulsierende Strömung aufprallt, wodurch ein elektrisches Signal erzeugt wird, aus dem die Drehzahl des Turbinenlaufrades abgeleitet werden kann. Nachteilig bei einer derartigen Anordnung ist jedoch, daß die Anordnung eines derartigen piezoelektrischen Sensors im Gehäuse technisch aufwendig ist und dieser durch die unmittelbare Anordnung im Gehäuse neben dem Turbinenlaufrad auch einem gewissen Verschleiß beziehungsweise der Gefahr einer Verschmutzung ausgesetzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die erwähnten Nachteile nicht aufweist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit einer Einrichtung, mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Da der Sensor bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht unmittelbar im Turbinengehäuse angeordnet ist, besteht nicht das Problem, diesen in einem möglichst kleinen Turbinengehäuse unterbringen zu müssen. Des weiteren besteht auch die Möglichkeit, daß der Sensor in einem Bereich angeordnet ist, der nicht sterilisiert werden muß, so daß auch die beim Stand der Technik erforderliche Beständigkeit gegen Temperatur und gegebenenfalls Reinigungslösungen nicht gegeben sein muß.

Der Sensor kann z.B. Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit in der Rückleitung messen. Bevorzugt ist allerdings, daß der Sensor zum Erfassen von Druckschwankungen ausgeführt ist.

Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, daß bei geeigneter Gestaltung des Abströmbereiches der Druckluft aus dem Gehäuse auch in der Rückleitung die Amplituden der Druckluftschwankungen oder Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit so groß sind, daß diese ohne weiteres erfaßt und ausgewertet werden können. Da im Abstand vom Turbinengehäuse auch keine beengten Platzverhältnisse mehr vorliegen, ist es auch möglich, den Sensor so zu gestalten, daß eine sehr sensible Erfassung dieser Schwankungen möglich ist.

Da die Pulsation der Druckluft um so größer ist, je kleiner die Abluftöffnung im Verhältnis zur Turbinenschaufelbreite ist, wird in Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die in Drehrichtung des Turbinenlaufrades gemessene Breite der Spitzen der Turbinenlaufradschaufeln zwischen 50% und 100% der in der gleichen Richtung gemessenen Breite der Anschlußöffnung der Rückleitung im Gehäuse beträgt.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen, in welchen in Hg. 1 und Fig. 2 eine erfindungsgemäße Turbine mit unterschiedlichen Stellungen des Turbinenlaufrades dargestellt ist.

In den Fig. 1 und 2 ist grob schematisch eine Dentalturbine mit einem Turbinenlaufrad 1, einem Gehäuse 3 und einem am Gehäuse angeordneten Griffstück 7 dargestellt. Das im Gehäuse 3 laufende Turbinenlaufrad wird über eine Zuleitung 2 mit Druckluft beaufschlagt. Über die Rückleitung 4 wird der Großteil der Druckluft wieder abgeführt, ein Teil entweicht über Spalte in der Lagerung usw.

Der Abluftstrom in der Rückleitung 4 ist nicht kontinuierlich, sondern pulsiert mit der Frequenz der sich an einer Anschlußöffnung 8 der Rückleitung 4 im Gehäuse vorbeidrehenden Laufradschaufeln 9. Die Druckschwankungen bzw. die Pulsation in der Rückleitung 4 ist umso größer, je kleiner die in Drehrichtung gemessene Breite der Anschlußöffnung 8 im Verhältnis zur in gleicher Richtung gemessenen Breite der 2

Claims

AT 405 885 B Spitzen 10 der Laufradschaufeln 9 ist. Dieser Effekt kommt daher, daß die Anschlußöffnung 8 beim Vorbeibewegen der Laufradschaufeln 9 vorübergehend teilweise verschlossen wird, so daß in der Rückleitung 4 eine pulsierende Luftströmung entsteht. Je größer dabei das Verhältnis von Breite der Schaufelspitze 10 zur Breite der Anschlußöffnung 8 ist, umso größer sind die Druckamplituden. Das Verhältnis der Breite der Schaufelspitze 10 zur Breite der Anschlußöffnung 8 wird üblicherweise zwischen 50% bis 100% liegen, kann aber auch etwa 60%, 70%, 80% oder 90% betragen. Zum Erfassen dieser Druckschwankungen ist im Abstand vom Gehäuse 3 an der Rückleitung 4 eine rohrförmige Abzweigung 6 vorgesehen, an deren Ende ein Sensor 5, z.B. ein Halbleiterdrucksensor oder ein Mikrophon angeordnet ist. Die vom Sensor 5 erzeugten Meßsignale können erforderlichenfalls verstärkt und einer Auswerteschaltung 11 zugeführt werden. Um störende Schwingungen der Luft in der Ableitung 4, die das Maßergebnis verfälschen oder eine exakte Messung überhaupt unmöglich machen könnten, auszufiltern, kann die Auswerteelektronik 11 eine Einheit zur Analyse des Spektrums des Meßsignales des Sensors 5 aufweisen, um Störsignale auszufiltern und ein verwertbares Meßsignal zu erhalten. Die Anordnung des Sensors 5 an einer Ableitung 6 bietet den Vorteil, daß der Sensor 5 nicht direkt der strömenden Druckluft ausgesetzt ist und somit einem geringeren Verschleiß und einer geringeren Gefahr von Verschmutzung ausgesetzt ist. Durch den Umstand, daß der Sensor 5 nicht im Gehäuse 3 bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung angeordnet ist, muß auf seine Baugröße auch nicht so große Rücksicht genommen werden und er ist auch nicht unmittelbar schädlichen Einflüssen beim Sterilisieren der Turbine ausgesetzt, was auch für die allenfalls vorhandene Verstärker- und Auswerteelektronik 11 zutrifft. Der Sensor 5 kann aber auch, falls eine Ableitung 6 unzweckmäßig ist, direkt an bzw. in der Rückleitung 4 angeordnet werden. Der Abstand des Sensors 5 vom Gehäuse 3 richtet sich nach den jeweiligen Umständen und ist in jedem Fall mit Rücksicht darauf festzulegen, daß in der Rückleitung 4 Turbulenzen auftreten können, welche die Messung verfälschen können sowie auf die nach den jeweiligen Gegebenheiten bzw. der Konstruktion der Turbine vorhandenen Amplitude der Druckschwankungen. Auch wenn im Vorstehenden immer von Druckluft als dem das Turbinenlaufrad antreibenden Medium die Rede war, versteht es sich, daß auch jedes andere gasförmige oder flüssige Medium als Antriebsmedium Verwendung finden kann. Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wie folgt beschrieben werden: Zum Messen der Drehzahl eines Turbinenlaufrades 1, insbesondere eines druckluftbetriebenen Turbinenlaufrades eines Dentalgerätes, wird ein Sensor 5 vorgeschlagen, der im Abstand vom Gehäuse pulsierende Druckschwankungen in der Rückleitung 4 erfaßt und diese einer Verstärker- und Auswerteelektronik 11 zuführt. Da der Sensor 5 im Abstand vom Turbinengehäuse 3 und nicht direkt in diesem angeordnet ist, besteht nicht das Problem der sehr beengten Platzverhältnisse im Turbinengehäuse, insbesondere bei Dentalturbinen. Außerdem ist der Sensor 5 nicht in einem Bereich angeordnet, der sterilisiert werden muß, so daß der Sensor auch die beim Stand der Technik erforderliche Beständigkeit gegen Temperatur und gegebenenfalls Reinigungslösungen nicht aufweisen muß. Patentansprüche 1. Vorrichtung zum Erfassen der Drehzahl eines Turbinenlaufrades (1), insbesondere eines druckluftbetriebenen Turbinenlaufrades eines Dentalgerätes, mit einem Gehäuse (3), in dem das Turbinenlaufrad (1) läuft, mit einer Zuleitung (2) zum Zuführen von Druckluft zum Turbinenlaufrad (1), mit einer Rückleitung (4) zum Ableiten von Druckluft aus dem Gehäuse (3), und mit einem Sensor (5), der Strömungsschwankungen der pulsierenden Abluft in der Rückleitung (4) erfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) an der Rückleitung (4) im Abstand von Gehäuse (3) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) zum Erfassen von Druckschwankungen ausgeführt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) ein Halbleiterdrucksensor ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) ein Mikrophon ist. 3 AT 405 885 B Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Sensor (5) ein Verstärkerelement und gegebenenfalls eine Auswerteelektronik (11) nachgeschaltet ist. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteelektronik (11) eine Einheit zum Filtern von Störungen im Meßsignal, insbesondere zur Spektrumanalyse, enthält. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (5) am Ende einer rohrförmigen Abzweigung (6) von der Rückleitung (4) angeordnet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung des Turbinenlaufrades (1) gemessene Breite der Spitzen (10) der Turbinenlaufradschaufeln (9) zwischen 50% und 100% der in der gleichen Richtung gemessenen Breite der Anschlußöffnung (8) der Rückleitung (4) im Gehäuse (3) beträgt. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 4