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Die Erfindung betrifft einen Luftscaler mit einer Schwingachse, die mittels Knebeln über vier- fach kontaktierte O-Ringe im Handstück gelagert ist. Derartige Luftscaler werden in der Dentalme- dizin primär zur Entfernung von Zahnstein, Plaque und Belägen aber auch zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnsubstanz verwendet.
Es gibt Scaler, die einen Ultraschallgenerator aufweisen und durch ihn in Vibrationen versetzt werden, die somit auf Ultraschallbasis arbeiten, wobei die Scalerspitze in entsprechend hochfre- quente Schwingungen versetzt wird. Weiters gibt es Scaler, die mit einer deutlich niederen Fre- quenz schwingen. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Griffhülse in deren rückwärtigen Be- reich ein Anschluss zu einer Versorgungseinheit zumindest die Versorgung mit Druckluft ermöglicht und einer axial verlaufenden Schwingachse, in deren vorderen Endbereich mittels einer Werk- zeugkupplung ein Werkzeug eingespannt werden kann. Die dem Luftscaler zugeführte Druckluft versetzt die Schwingachse in Vibration, mit einer Frequenz im Schallbereich, die auf das Werkzeug übertragen wird.
Es bestehen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten, die Achse mittels Druckluft zum Schwingen anzuregen. Bei einer häufig angewendeten Ausführungsform wird die Druckluft durch den rückwärtigen Teil der hohlen Schwingachse geführt, tritt von dort durch Bohrungen aus und trifft auf eine mit geringem Spiel auf der Achse sitzende Schwinghülse, die dadurch in Rotation versetzt wird, was zu den gewünschten Vibrationen der Schwingachse führt.
Einen zentralen Aspekt für die Konstruktion von Luftscalern stellt die Lagerung der Schwing- achse dar, die einerseits die gewünschten Vibrationen möglichst effektiv, verlustfrei und geräusch- arm auf das Werkzeug übertragen soll, andererseits jedoch gut fixiert sein muss, um während des Betriebs des Gerätes und auch bei einem Werkzeugwechsel und den dabei auftretenden hohen Kräften, die notwendig sind um das Werkzeug fest und sicher in die Werkzeugkupplung einzu- spannen (üblicherweise durch Verschraubung), in der gewünschten Position zu bleiben bzw. in ihre ursprüngliche Ruhelage zurückzukehren.
Um dies zu gewährleisten wird die Achse sowohl radial als auch axial gelagert: Radial erfolgt dies an mindestens zwei Punkten durch O-Ringe oder geeignete Aufnahmen (meist aus Kunst- stoff), axial durch zwei Fortsätze (Knebel), die von der Schwingachse radial abstehen und durch die Öffnungen einer sie umgebenden Hülse ragen. Die Hülse wiederum ist an weiteren Bauteilen des Luftscalers befestigt, so dass durch diese Lagerung das Verdrehen und das axiale Ausziehen der Achse verhindert werden. Auf beide Knebel wird jeweils ein O-Ring aufgesetzt, um den Kontakt zwischen der Hülse und dem Knebel zu unterbinden.
Dabei berührt der O-Ring den Knebel innen, die (bezüglich des Knebels unbewegliche) Mantelfläche der Schwingachse #unten", die Hülse aussen und #oben"; dabei ist "innen" bzw. #aussen" auf den O-Ring, #oben" bzw. "unten" auf den nach "oben" abstehenden Knebel, der #unten" in der Schwingachse fusst, bezogen.
Nachteilig bei diesem Aufbau der Lagerung ist, dass es während des Betriebs durch die Schwingung der Schwingachse zu einer Relativbewegung zwischen der Schwingachse und den auf den Knebeln sitzenden O-Ringen kommt, die zu einer starken Erwärmung und Abnutzung der O-Ringe führt. Dadurch ist eine ordnungsgemässe Lagerung nicht mehr sicher gestellt und es werden regelmässige, aufwendige Wechsel der O-Ringe notwendig. Weiters kommt es beim Werk- zeugtausch durch das Verschrauben zu einer Verdrehung der Achse, die auf die O-Ringe eine starke Quetschung und Abnutzung ausübt.
Bei einem bekannten, am Markt befindlichen Luftscaler wird versucht, dieses Problem dadurch zu lösen, dass die Knebel in einen Schwingungsknoten der Achse gelegt werden, um so die Rela- tivbewegung zwischen Achse und O-Ring zu vermeiden. Dies führt jedoch nur zu einer geringen Verbesserung, da die Ausdehnung des Knebels und des O-Rings deutlich grösser ist als der punkt- förmige Schwingungsknoten und dadurch ausserdem die Notwendigkeit besteht, den O-Ring der radialen Lagerung ausserhalb des Schwingungsknotens anzubringen, so dass daraus wiederum Leistungsverluste und verstärkte Abnutzung dieses O-Rings resultieren.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden und eine Lagerung anzugeben, die einfach aufgebaut, langlebig und einfach zu warten ist.
In einer Grundidee ist vorgesehen, statt des Kontaktes zwischen der Schwingachse und dem O-Ring, der ja eigentlich punktförmig ist, da die Schwingachse zylinderförmig und der O-Ring torusförmig ist, einen richtigen unteren Sitz für den O-Ring zu schaffen, sei es durch eine Abplat- tung der Schwingachse, sei es durch eine Schulter des Knebels, sei es durch eine mit der Griff-
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hülse verbundene, ringförmige, Schale, durch die der Knebel berührungsfrei ragt. Durch die Schaf- fung eines ringförmigen, unteren, Sitzes für den O-Ring wird dessen Beanspruchung drastisch verringert und so seine Lebensdauer stark erhöht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der vierfach kontaktierte O-Ring an seiner oberen und unteren Kontaktfläche und einer seiner seitlichen Kontaktflächen, der inneren oder der äusseren, die Hülse oder den Knebel und auf der jeweils verbleibenden anderen seitlichen Kontaktfläche den Knebel bzw. die Hülse kontaktiert.
Im Sinne der Erfindung wird unter vierfacher Kontaktierung die eingangs genannte Einbausi- tuation des O-Ringes verstanden, die natürlich auch Situationen umfasst, bei denen durch Oberflä- chengestaltung zwei oder mehr dieser Sitze zu einem Sitz vereint werden oder bei denen durch das Vorsehen von Unterbrechungen einer oder mehrere dieser Sitze in Mehrfachsitze unterteilt werden.
Auf diese Weise werden überraschenderweise alle Abnutzungs- und Abriebprobleme beseitigt.
Es wird angenommen, dass für die im Stand der Technik auftretenden grossen Abnutzungserschei- nungen neben den oben genannten der jeweils doppelte Kontakt des O-Rings einerseits mit dem Knebel und anderseits mit der zylindrischen Oberfläche der Schwingachse verantwortlich ist. Durch die erfindungsgemässe Lösung ist der O-Ring dreifach mit dem einen Teil und einfach mit dem anderen Teil in Kontakt, damit wird ein Sitz geschaffen, der die dynamischen Vorgaben bestmög- lich und mit hoher Lebensdauer erfüllt.
Eine erste Variante dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Knebel durch Löcher in Halbschalen ragen, wobei die Löcher zwei axiale Bereiche aufweisen, einen ersten, näher zur Rohrachse gelegenen Bereich mit geringem Durchmesser und einen zweiten, weiter ab von der Rohrachse liegenden Bereich, mit grösserem Durchmesser und dass im Bereich mit grösse- rem Durchmesser ein O-Ring vorgesehen ist, der mit seinem inneren Bereich den Halteknebel kontaktiert und mit seinem äusseren Bereich die Innenwand der Bohrung. Dabei kontaktiert jeder O-Ring mit seiner oberen Kontaktfläche einen Teil der Griffhülse, die ja im Betrieb unbeweglich bezüglich der Halbschalen ist.
In einer zweiten Variante, die im wesentlichen einer kinematisch-dynamischen Umkehr ent- spricht, weist jeder Knebel eine Ringnut auf, in der der O-Ring mit drei Kontaktflächen sitzt, der einzige Kontakt mit der Griffhülse besteht auf der Aussenseite mit einer Halbschale, die ja kinema- tisch der Griffhülse zuzurechnen ist.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäss ausgebildetes Instrument, die Fig. 2 den Bereich 11 der Fig. 1 in vergrössertem Massstab, die Fig. 3 eine Lagerschale und die Fig. 4 eine Variante der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter erfindungsgemässer Luftscaler im Schnitt dargestellt. Dieser Luftscaler 1 weist in seinem vorderen Bereich 2 eine Schwingachse 3 auf, die mit ihrem einen Ende auf die oben allgemein beschriebene Weise im Handstückteil 4 des Luftscalers 1 gelagert ist. An ihrem anderen, freien oder vorderen, Ende trägt die Schwingachse 3 eine Werkzeugaufnahme 5 und im Bereich dazwischen, eine die Vibrationen induzierende Hülse 6.
Der für die Erfindung bedeutsame Bereich 11 ist in Fig. 2 in stark vergrössertem Massstab darge- stellt. Man erkennt auf der rechten Seite das vordere Ende des Handstückteils 4 und, darin gela- gert, die Schwingachse 3, die in Ruhelage, mit ihrer Achse 7 fluchtend mit der Handstückachse, dargestellt ist.
In der Schwingachse 3 strömt Luft, die vom Handstück 4 kommt, um im Bereich der Hülse 6 (Fig. 1) radial auszutreten und die Hülse 6 in Rotation zu versetzen. Um im Bereich der Lagerung der Schwingachse 3 einen Luftaustritt zwischen dem Handstückteil 4 und der Schwingachse 3 zu verhindern, ist ein O-Ring 8 vorgesehen, der die Schwingachse 3 entlang ihres äusseren Umfanges kontaktiert und abdichtet. Der O-Ring 8 ist handstückseitig in einer Aufsatzhülse 9 gelagert, die mit dem Handstückteil 4 durch eine Schraubverbindung verbunden ist. Selbstverständlich kann auch eine andere Form der Verbindung gewählt werden.
Von der Schwingachse 3 ragen zwei Knebel 10 radial nach aussen. Sie weisen kreiszylindri- schen Querschnitt auf und stellen somit zylindrische Bereiche dar, deren gemeinsame Achse 11 die Achse 7 im rechten Winkel schneidet. Jeder dieser Knebel 10 ragt durch eine Öffnung 12
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(Fig. 3) einer Halteschale 13. Die Öffnung 12 der Halteschale 13 weist einen radial, bezogen auf die Rohrachse 7, inneren Bereich 12' auf, in dem der Durchmesser der Öffnung 12 kleiner ist als in einem radial bezüglich der Rohrachse 7 äusseren Bereich 12", in dem der Durchmesser der Öff- nung 12 grösser ist als im radial inneren Bereich.
Durch diese Durchmesserveränderung wird eine Schulter 14 ausgebildet, die als Sitz für einen O-Ring 15 dient, der mit seinem innersten Bereich mit dem Knebel 10 und mit seinem äusseren Bereich mit der zylindrischen Wandfläche des äusseren Bereiches 12' der Öffnung 12 in Kontakt steht.
Die mit der Griffhülse 4 im Betrieb fest verbundene Aufsatzhülse 9 dient mit ihrer inneren Man- telfläche 16 als Halterung und Fixierung für die beiden O-Ringe 15, durch die leichte Abnehmbar- keit der Aufsatzhülse 9 vom Handstückteil 4 ist eine Kontrolle und gegebenenfalls ein Austausch der O-Ringe 15 jederzeit leicht möglich.
Die O-Ringe kontaktieren somit die Griffhülse 4 dreifach, nämlich zweimal die Halteschale 13 und einmal die Aufsatzhülse 9 und den Knebel einmal, nämlich nur mit der inneren Kontaktfläche am zylindrischen Aussenmantel des Knebels 10.
Dieser Aufbau ermöglicht es auch, die Halteschale 13 geteilt auszubilden, wobei jede der bei- den Schalenhälften im wesentlichen Wannenform aufweist und unabhängig von der anderen Schalenhälfte passend um und über den Haltestummel 10 bzw. das Rohr 3 aufgesetzt und mit dem zugeordneten O-Ring 15 bis zur Endmontage provisorisch fixiert werden kann.
Es können in den Stirnflächen (zumindest in einer der Stirnflächen einer der Schalenhälften) Vorsprünge oder Ausnehmungen vorgesehen sein, die mit entsprechenden Ausnehmungen bzw.
Vorsprüngen der Aufsatzhülse 9 oder der Stirnfläche des Handstückteils 4 korrespondieren, um die Halteschalen 13 und damit die Schwingachse 3 gegen unerwünschte (makroskopische) Verdre- hungen zu sichern.
Wenn man die erfindungsgemäss erreichte Lagerung der Schwingachse 3 bezüglich des Hand- stückes 4 betrachtet, so erkennt man, dass im Rahmen der Deformierbarkeit der O-Ringe 15 eine nahezu sphärische Aufhängung um den Schnittpunkt der Achsen 7 und 11erreicht wird und dass diese Aufhängung auch die gewünschte Vibration in Richtung der Rohrachse 7 mit geringer Ampli- tude und eine Schwenkbewegung um die Rohrachse 7 zulässt ; undall dies, ohne dass die O-Ringe 15 die Schwingachse 3 kontaktieren (die Knebel 10 werden dabei als eigene Teile angesehen, auch wenn sie einstückig mit der Schwingachse ausgebildet sind).
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern kann ver- schiedentlich abgewandelt werden. So muss die Schulter 14, die ja für den O-Ring 15 wie ein Boden wirkt, nicht die Form eines Kreisringes haben, sondern kann jede Form aufweisen die sicherstellt, dass der O-Ring 15 nicht in Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche der eigentlichen Schwingachse 3 kommt.
In Fig. 4 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der der O-Ring 15 den Knebel 10, der eine Ringnut 21 aufweist, somit den bezüglich der Griffhülse 4 beweglichen Teil, dreifach kontak- tiert, nämlich entlang dreier kreisförmiger Kontaktzonen 17,18 und 19, den griffhülsenseitigen Teil aber nur entlang der Kontaktzone 20. Dabei ist der eigentlich kontaktierte Teil wiederum eine Halbschale 13, die, anders als bei der Ausführungsform gemäss der Fig. 1, eine glatte, zylindrische Ausnehmung 12 besitzt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Luftscaler mit einer Schwingachse (3), die mittels Knebeln (10) über vierfach kontaktierte
O-Ringe (15) im Handstück (4) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kon- taktflächen des O-Ringes im wesentlichen ringförmig verläuft.