AT413792B - Luftscaler - Google Patents

Description

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AT 413 792 B

Die Erfindung betrifft einen Luftscaler mit einer Schwingachse, die mittels Knebeln, die aus der Mantelfläche der Schwingachse ragen, und diese Knebel kontaktierende O-Ringe im Handstück gelagert ist. Derartige Luftscaler werden in der Dentalmedizin primär zur Entfernung von Zahnstein, Plaque und Belägen aber auch zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnsubstanz 5 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 hochfrequente Schwingungen versetzt wird. Weiters gibt es Scaler, die mit einer deutlich niederen io Frequenz schwingen. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Griffhülse in deren rückwärtigen Bereich ein Anschluß zu einer Versorgungseinheit zumindest die Versorgung mit Druckluft ermöglicht und einer axial verlaufenden Schwingachse, in deren vorderen Endbereich mittels einer Werkzeugkupplung ein Werkzeug eingespannt werden kann. Die dem Luftscaler zugeführte Druckluft versetzt die Schwingachse in Vibration, mit einer Frequenz im Schallbereich, 15 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 20 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 Luftscalem stellt die Lagerung der Schwingachse dar, die einerseits die gewünschten Vibrationen möglichst effektiv, verlustfrei und ge-25 räuscharm 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 einzuspannen (üblicherweise durch Verschraubung), in der gewünschten Position zu bleiben bzw. in ihre ursprüngliche Ruhelage zurückzukehren. 30

Die US 6,086,369 beschreibt einen Scaler mit einer Schwingachse, die magnetisch induzierte Ultraschallschwingungen auf das Werkzeug überträgt. Die Schwingachse wird über einen O-Ring, der in einer entlang des äußeren Umfanges der Schwingachse ausgebildeten Rille angeordnet ist, im Handstück gelagert. Der an den Werkzeugaufsatz angrenzende Bereich der 35 Schwingachse ist von einer Hülse umgeben und weist ebenfalls eine Rille zur Aufnahme von O-Ringen auf. Der Nachteil eines derartigen Scalers liegt darin, dass durch den unmittelbaren Kontakt der Schwingachse mit dem Handstück bzw. der Hülse der Verschleiß der O-Ringe aufgrund von Abwetzung und Erwärmung sehr groß ist, was teure Reparaturen bzw. Wartungsarbeiten erfordert. Ein weiterer Nachteil des oben beschriebenen Scalers ergibt sich daraus, 40 dass die Schwingachse radial, aber nicht axial gelagert ist, was einerseits zu einer ineffizienten Fixierung der Schwingachse führt andererseits zu unerwünschten Geräuschentwicklungen.

Um diese Probleme zu beseitigen, wird die Achse sowohl radial als auch axial gelagert: Radial erfolgt dies an mindestens zwei Punkten durch O-Ringe oder geeignete Aufnahmen (meist aus 45 Kunststoff), 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 direkten Kontakt zwischen der Hülse und dem Knebel zu unterbinden. Dabei berührt der so 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 und aus deren Mantelfläche ragt, bezogen. 55 Nachteilig bei diesem Aufbau der Lagerung ist, daß es während des Betriebs durch die Schwin- 3

AT 413 792 B gung der Schwingachse zwangsläufig zu einer Relativbewegung zwischen der Schwingachse bzw. der Hülse 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 not-5 wendig. Weiters kommt es beim Werkzeugtausch 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 io Relativbewegung zwischen Achse und O-Ring zu vermeiden. Weiters wird zur Vermeidung von quasi punktförmigen Kontakten zwischen der Mantelfläche der Achse und dem O-Ring die Mantelfläche im Kontaktbereich abgeplattet. Dies führt jedoch nur zu einer geringen Verbesserung, da die Ausdehnung des Knebels und des O-Rings deutlich größer ist als der punktförmige Schwingungsknoten und dadurch außerdem die Notwendigkeit besteht, den O-Ring der radia-15 len 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. 20

Die erfindungsgemäße Lösung ist dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kontaktflächen der O-Ringe Abstand von der Mantelfläche der Schwingachse aufweist. Der Erfindung liegt somit der Gedanke zu Grunde, jeden Kontakt zwischen dem O-Ring und der Mantelfläche der Schwingachse zu vermeiden. 25

Es wird somit der „untere“ Kontakt des O-Ringes (der im Stand der Technik immer auf der Mantelfläche der Schwingachse lag) geändert, beispielsweise durch eine mit der Griffhülse verbundene, ringförmige, Schale, durch die der Knebel berührungsfrei ragt und die als Kontakt zwischen O-Ring und Gehäuse ausgebildet ist. Der O-Ring kontaktiert die Schwingachse dann 30 nur indirekt, nämlich über die Knebel. Durch die Schaffung eines ringförmigen, gehäusefesten, „unteren“ Sitzes für den O-Ring wird dessen Beanspruchung drastisch verringert und so seine Lebensdauer stark erhöht.

Im Sinne der Erfindung wird unter der in der Folge beschriebenen vierfachen Kontaktierung die 35 eingangs genannte Einbausituation des O-Ringes verstanden, die natürlich auch Situationen umfaßt, bei denen durch Oberflächengestaltung 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. Analoges gilt für die Verwendung von Ringen mit quadratischem oder polygonalen Querschnitt. 40

Auf diese Weise werden überraschenderweise alle Abnutzungs- und Abriebprobleme beseitigt. Es wird angenommen, dass für die im Stand der Technik auftretenden großen Abnutzungserscheinungen neben den oben genannten der jeweils doppelte Kontakt des O-Rings einerseits mit dem Knebel und anderseits mit der zylindrischen Oberfläche der Schwingachse verantwort-45 lieh 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 bestmöglich und mit hoher Lebensdauer erfüllt.

Eine erste Variante dieser Ausgestaltung ist, wie oben erwähnt, dadurch gekennzeichnet, dass so 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 größerem Durchmesser ein O-Ring vorgesehen ist, der mit seinem inneren Bereich den Halteknebel kontaktiert und mit seinem äußeren Bereich die Innenwand der Boh-55 rung. Dabei kontaktiert jeder O-Ring mit seiner oberen Kontaktfläche einen Teil der Griffhülse, 4

AT 413 792 B die ja im Betrieb unbeweglich bezüglich der Halbschalen ist.

In einer zweiten Variante, die im wesentlichen einer kinematisch-dynamischen Umkehr der ersten Variante entspricht, weist jeder Knebel eine Ringnut auf, in der der O-Ring mit drei Kon-5 taktflächen sitzt, der einzige Kontakt mit der Griffhülse besteht auf der Außenseite mit einer Halbschale, die ja kinematisch der Griffhülse zuzurechnen ist.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt io die Fig. 1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Instrument, die Fig. 2 den Bereich II der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab, die Fig. 3 eine Lagerschale und die Fig. 4 eine Variante der Erfindung. 15 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 induzie-20 rende Hülse 6.

Der für die Erfindung bedeutsame Bereich II ist in Fig. 2 in stark vergrößertem Maßstab dargestellt. Man erkennt auf der rechten Seite das vordere Ende des Handstückteils 4 und, darin gelagert, die Schwingachse 3, die in Ruhelage, mit ihrer Achse 7 fluchtend mit der Handstück-25 achse, 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 Schwing-30 achse 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. 35 Von der Schwingachse 3 ragen zwei Knebel 10 radial nach außen. Sie weisen kreiszylindrischen 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 (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 40 ist als in einem radial bezüglich der Rohrachse 7 äußeren Bereich 12", in dem der Durchmesser der Öffnung 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. 45

Die mit der Griffhülse 4 im Betrieb fest verbundene Aufsatzhülse 9 dient mit ihrer inneren Mantelfläche 16 als Halterung und Fixierung für die beiden O-Ringe 15, durch die leichte Abnehm-barkeit der Aufsatzhülse 9 vom Handstückteil 4 ist eine Kontrolle und gegebenenfalls ein Austausch der O-Ringe 15 jederzeit leicht möglich. 50

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. 55 Dieser Aufbau ermöglicht es auch, die Halteschale 13 geteilt auszubilden, wobei jede der

Claims (6)

1. 5 AT 413 792 B beiden Schalenhälften im wesentlichen Wannenform aufweist und unabhängig von der anderen Schalenhälfte passend um und über den Knebel 10 bzw. das Rohr 3 aufgesetzt und mit dem zugeordneten O-Ring 15 bis zur Endmontage provisorisch fixiert werden kann. 5 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) Verdrehungen zu sichern. 10 Wenn man die erfindungsgemäß erreichte Lagerung der Schwingachse 3 bezüglich des Handstückes 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 11 erreicht wird und daß diese Aufhängung auch die gewünschte Vibration in Richtung der Rohrachse 7 mit 15 geringer Amplitude und eine Schwenkbewegung um die Rohrachse 7 zuläßt; und all 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 20 verschiedentlich 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. 25 In Fig. 4 ist eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der der O-Ring 15 den Knebel 10, somit den bezüglich der Griffhülse 4 beweglichen Teil, dreifach kontaktiert, nämlich entlang dreier kreisförmiger Kontaktzonen 17, 18 und 19, die durch die Wände einer Ringnut 21 des Knebels 10 gebildet werden, den griffhülsenseitigen Teil aber nur entlang der Kontaktzone 20. Dabei ist der eigentlich kontaktierte Teil wiederum eine Halbschale 13, die, anders als bei der Ausfüh-30 rungsform gemäß der Fig. 1, eine glatte, zylindrische Ausnehmung 12 besitzt. Patentansprüche: 1. Luftscaler mit einer Schwingachse (3), die mittels Knebeln (10), die aus der Mantelfläche der Schwingachse ragen, und diese Knebel kontaktierende O-Ringe (15) im Handstück (4) gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kontaktflächen der O-Ringe (15) Abstand von der Mantelfläche der Schwingachse aufweist.
2. 2. Luftscaler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder O-Ring an seiner oberen und unteren Kontaktfläche und einer seiner seitlichen Kontaktflächen, der inneren oder der äußeren, das Handstück (4) bzw. handstückfeste Bauteile (9, 13) oder den Knebel (10) kontaktiert und auf der jeweils verbleibenden anderen, seitlichen, Kontaktfläche den Knebel (10) bzw. das Handstück (4) bzw. handstückfeste Bauteile (9,13) kontaktiert. 45
3. 3. Luftscaler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Knebel (10) durch zugeordnete Ausnehmungen (12) in zumindest einem handstückfesten Bauteil (13) ragen und dass die Ausnehmungen (12) in axialer Richtung zumindest zwei Abschnitte aufweisen, wobei der näher zur Schwingachse (3) liegende Abschnitt (12') einen kleineren Quer- 50 schnitt aufweist als der weiter von der Schwingachse liegende Abschnitt (12").
4. 4. Luftscaler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Knebel (10) eine Ringnut (21) aufweist, in der der O-Ring (15) mit drei Kontaktflächen (17, 18, 19) sitzt, und dass der O-Ring (15) die Griffhülse (4) an seiner äußeren Kontaktfläche (20) an einem 55 handstückfesten Bauteil (13) kontaktiert. 6 AT 413 792 B
5. 5. Luftscaler nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der handstückfeste Bauteil aus zwei Halbschalen (13) besteht.
6. 6. Luftscaler nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Halb- 5 schale (13) formschlüssig gegen Verdrehung gegenüber dem Handstück (4) gesichert ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55