Zahnärztliches Bohrhandstück mit Turbinenantrieb
Die Erfindung bezieht sich auf ein zahnärztliches Bohrhandstück, bei dem im Kopfteil als Antrieb für die Werkzeuge eine Druckluftturbine für Umdrehungen von 200000 und mehr pro Minute gehaltert ist.
Bei einem bekannten derartigen Bohrhandstück ist der Turbinenläufer wegen der hohen Drehzahlen auf beiden Seiten in Kugellagern gelagert. Die Kugellager sind in Lagerbuchsen angeordnet, die in den Handstückkopf eingesetzt sind. Da der Kopf des Handstückes beim Bohren in den Mund des Patienten eingeführt werden muss, kann sein Durchmesser höchstens 10 mm betragen. Die Kugellager haben daher einen Aussendurchmesser von nur etwa 6 mm. Solche kleinen Kugellager haben bei den hohen Drehzahlen nur eine verhältnismässig geringe Lebensdauer. In der Regel ist es erforderlich, die Lager nach etwa 100 Betriebsstunden auszuwechsein. Das hat bei der Konstruktion des bekannten Handstückes Veranlassung gegeben, die Kugellager im Handstückkopf so zu befestigen, dass ihre Auswechselung mittels einfacher Werkzeuge auch vom Besitzer des Handstückes vorgenommen werden kann.
Eine Baueinheit, bestehend aus zwei mit einer Klammer zusammengehaltenen Lagerbuchsen, in die der Turbinenläufer mit den äusseren Laufringen seiner fest auf ihm sitzenden Kugellager herausnehmbar eingesetzt ist, ist in den Kopf hineingesteckt. Ein stirnseitiger Verschlussdeckel ist in den Kopf hineinschraubbar. Seine Innenseite drückt gegen die eingesteckte Baueinheit und schiebt sie in ihre richtige Lage im Kopf. Lediglich durch Hineinschrauben des Deckels in den Kopf ist somit die Lage der Einheit im Kopf fixiert.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass dieser leichten Auswechselbarkeit die grosse Gefahr gegenübersteht, dass durch zu geringes Hineinschrauben des Deckels die Baueinheit nicht bis in ihre richtige Lage im Kopf in diesen hineingedrückt wird, oder dass bei ungenügend angezogener Verschraubung des Deckels sich dieser von selbst lockert. In beiden Fällen sind Bewegungen der Einheit im Kopf möglich, die ein einwandfreies Arbeiten der Turbine in Frage stellen und bei den hohen Drehzahlen überdies rasch zu einer Zerstörung der eingesteckten Baueinheit führen. Aber auch eine in ihrer Lage im Kopf durch den Deckel einwandfrei gesicherte Baueinheit wird nur eine sehr geringe Lebensdauer haben, wenn die äusseren Lagerringe in den Lagerbuchsen auch nur ein ausserordentlich geringes Spiel haben, was auch bei grosser Präzision bei der Herstellung der Lagerbuchsen nicht vermeidbar ist.
Die Erfindung bezweckt die Beseitigung dieser Mängel. Erfindungsgemäss sind die den Turbinenläufer im Handstück-Kopfteil lagernden, mit ihren inneren Laufringen auf dem Turbinenläufer festsitzenden Kugellager mit ihren äusseren Ringen mit den Lagerbuchsen durch Haftverbindung fest verbunden, und die Lagerbuchsen durch Haftverbindung fest in den Kopfteil des Handstückes eingefügt.
Unter Haftverbindung kann dabei jede nicht ohne weiteres lösbare feste Verbindung verstanden sein, wie Kleben, Löten, Schrumpfen, Pressen oder dergleichen. Das Kleben kann sich als besonders günstig erweisen, weil es während des Härtungsvorganges des Klebers noch eine Nachjustierung des angeklebten Teiles ermöglicht, und weil mit dem Kleber in gewissem Umfange zu grosse Innenmasse des Kopfteiles und zu kleine Aussenmasse der Lagerbuchsen ausgeglichen werden können. Die Anforderungen an die Masshaltigkeit dieser Teile können daher geringer sein, was bei diesen kleinen Teilen eine durchaus beachtliche Verbilligung bedingt.
Dadurch, dass einerseits die äusseren Laufringe der Kugellager mit den Lagerbuchsen mittels Haftverbindung fest verbunden sind, und anderseits die Lagerbuchsen ebenfalls mittels Haftverbindung im Kopfteil befestigt sind, können sowohl der Zusammenbau von Turbinenläufer, Kugellagern und Lagerbuchsen als auch der Einbau dieser Baugruppe in den Handstückkopf ausschliesslich in der Fabrik, also an einer Stelle erfolgen, die allein die unbedingt erforderlichen hohen Ansprüche an Sorgfalt und Masshaltigkeit bei der Montage erfüllen kann. Die beiden Haftverbindungen können ausserdem Gewähr dafür sein, dass der sehr genaue Zusammenbau der Teile sich weder auf dem Transport des Handstückes von der Fabrik zum Benutzer noch während der Benutzung ändern kann.
Auf diese Weise ist ein Betrieb mit im Bereich des Turbinenantriebes stets genau zueinander fixierten Teilen gesichert, die damit einem geringsten Verschleiss unterliegen können. Die praktischen Erfahrungen mit einem solchen Handstück haben gezeigt, dass die Lebensdauer der Kugellager nennenswert verlängert ist. Der Benutzer kann das ganze Handstück auswechseln und in die Fabrik ein schicken, wenn sich eine Störung in der Lagerung des Turbinenläufers bemerkbar macht. Die Auswechslung des ganzen Handstükkes macht erheblich weniger Arbeit als bei dem bekannten Druckluftturbinen-Handstück die Auswechslung der Turbineneinheit, und die Kosten eines kompletten Ersatzhandstückes sind nicht notwendigerweise erheblich höher als die Kosten für eine Ersatz-Turbineneinheit.
Die Erhöhung der Lebensdauer muss aber nicht unbedingt damit erkauft werden, dass das ganze Handstück ausgewechselt wird. Es kann nämlich eine leicht lösbare Verbindung des Handstückkopfteiles mit dem restlichen Handstückkörper vorgesehen sein, so dass nur der Handstück-Kopfteil ausgetauscht zu werden braucht. Eine solche leichte Lösbarkeit des die Druckluftturbine enthaltenden Kopfteiles kann nicht nur bei der erwähnten Anwendung der beiden Haftverbindungen Bedeutung haben, sondern allgemein dann, wenn es sich als günstig erweist, dass der Ersatz des Turbinenantriebaggregates nur in der Fabrik vorgenommen werden kann.
Von der Erfindung ist in der Zeichnung in Fig. 1 bis 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel dargestellt. Es veranschaulichen:
Fig. 1 Ansicht des zahnärztlichen Bohrhandstückes,
Fig. 2 den vordern Teil des Handstückes mit dem Handstück-Kopfteil, im Schnitt längs der Bohrwerkzeugachse,
Fig. 3 den Handstück-Kopfteil im Schnitt senkrecht zur Bohrwerkzeugachse,
Fig. 4 die Halterungsbuchse für das Bohrwerkzeug im Längsschnitt.
Nach Fig. 1 weist das Bohrhandstück einen Kopfteil 1 auf, in den als Antrieb für ein Bohr- oder dergleichen Werkzeug 2 eine Druckluftturbine für 200000 oder mehr Umdrehungen pro Minute eingebaut ist. Der Kopfteil besitzt einen Stiel 3, der mit dem Handstückkörper 4 verbunden ist. Mittels der Kupplungsvorrichtung 5 ist mit dem Handstückkörper das Rohrstück 6 kuppelbar, das zur Halterung des Schlauches 7 für Druckluft und Druckwasser Zu- und Ableitungen dient.
Der Kopfteil 1 weist gemäss Fig. 2 und 3 den Rohrteil 8 auf, der zur Aufnahme des Turbinenläufers 11 mit dem in dessen Antriebswelle gehalterten Einspannteil 32 für das Bohr- oder dergleichen Werkzeug 2 dient. Den Schaufeln 12 des Turbinenläufers 11 wird mittels der Druckluftzuleitung 13 tangential Druckluft zugeführt.
Der Turbinenläufer 11 ist auf beiden Seiten in den Kugellagern 15, 16 gelagert. Die äusseren Laufringe 17, 18 der Lager sind je in einer topfartigen Lagerbuchse 19 bzw. 20 mittels Haftverbindung, z. B. Kleben, Löten, Schrumpfen oder dergleichen, festsitzend befestigt, während die inneren Laufringe 21, 22 mit der Läuferwelle der Luftturbine durch Pressen, Schrumpfen oder dergleichen festsitzend verbunden sind. Die Lagerbuchsen 19, 20 sind mittels Haftverbindung, z. B. durch Kleben, Löten, Schrumpfen oder dergleichen, fest in den Teil 8 eingefügt. Die beiden deckelartigen Teile 24, 25 der Lagerbuchsen 19, 20 bilden an den beiden Stirnseiten des Kopfteiles 1 gleichzeitig den Abschluss des Rohrteiles 8.
In den Lagerbuchsen 19, 20 sind Durchström öffnungen 26 bzw. 27 vorgesehen, denen im Kopfteil Leitungsteile 28, 29 zugeordnet sind, die in einen gemeinsamen Sammelkanal 30 im Stiel 3 münden. Der zugeführte, nach Abgabe seiner Energie an die Turbinenschaufeln entspannte Druckluftstrom wird über die Kugellager 15, 16 durch die Durchströmöffnungen 26, 27 und über die Leitungsteile 28, 29 zu dem Sammelkanal 30 geführt, der durch den Handstückkörper und den an diesen anschliessenden flexiblen Schlauch 7 hindurch zu einer Ausströmöffnung geführt ist.
Zur Erzielung eines sicheren und zentrischen Sitzes des Werkzeuges 2 in dem Turbinenläufer 11 ist in letzterem eine axiale Bohrung 31 vorgesehen, in die eine federnde Buchse bzw. Hülse 32 eingebracht ist. Gemäss Fig. 4 weist die Hülse mehrere axial sich erstreckende Schlitze 33 auf, wobei die Schlitze längsseitig begrenzende Hülsenwandungsteile nach innen durchgebogen sind. Die Hülse ist in die Bohrung 31 geschoben und mittels eines danach in die Bohrung eingepressten Pfropfens 34 gegen axiale Verschiebung gesichert. Der Pfropfen weist gemäss Fig. 4 eine konische Ausnehmung 35 auf, durch die das eingesetzte Werkzeug an seinem hinteren Ende gefasst und zentrisch geführt ist.
Durch die Durchbiegung der federnden Hülsenwandungsteile wird für das in die Hülse eingeführte Werkzeug 2 ein guter Ausgleich der Werkzeugschaft-Toleranzen erzielt.
Der Stiel 3 des Handstück-Kopfteils 1 ist mit dem Handstückkörper 4 im Sinne einer leichten Auswechselbarkeit des Kopfteils 1 löslich verbunden. Die lösbare Verbindung ist erzielt mit Hilfe einer an dem Teil 4 angeordneten Überwurfmutter 36, die mit einem Ringflansch 36' hinter einen auf dem Teil 4, z. B. durch Aufschrumpfen befestigten Ring 4' greift. Der Ring 4' kann gegebenenfalls auf den Teil 4 aufgeschraubt sein. Die Überwurfmutter ist mit einem an dem Stiel 3 angeordneten Gewinde 37 verschraubt.
Zwischen dem Handstückkörper 4 und dem Stiel 3 sind zur Erzielung dichter Verbindungen der Druckmittelleitungen in an sich bekannter Weise Dichtungsmittel 38 vorgesehen.
Die Druckmittelleitungen für Druckluft und Druckwasser können als Einzelleitungen in einer gemeinsamen Hülle, z. B. im Schlauch 7, angeordnet sein. Anstelle einzelner Leitungen kann ein Mehrkanalschlauch vorgesehen sein, der alle für die Zuführung bzw. Rückführung von Druckmitteln erforderlichen Leitungen enthält.
In dem Deckelteil 25 der Lagerbuchse 20 ist eine Bohrung 39 vorgesehen, die gegenüber dem Turbinenläufer 11 genügend Spiel besitzt. Ein Teil des entspannten und infolgedessen verhältnismässig stark abgekühlten Luftstromes kann durch den Ringspalt austreten und ist unmittelbar auf das freie Ende 10 des Werkzeuges gerichtet. Eine ebenfalls durch den Handstückkörper und den Stiel des Handstück-Kopfteils hindurchgeführte Druckwasserleitung 40 dient zur Abgabe von Druckwasser, wobei die Ausströmdüse 41 so gerichtet ist, dass das Druckwasser ebenfalls unmittelbar auf das Ende 10 des Werkzeuges auftrifft. Durch die Rotation des Bohrers 2 in Verbindung mit der zum Bohrer hin abströmenden Druckluft wird ein sprayartiges Wasser Luft-Gemisch erzeugt, das zur Kühlung des Bohrerkopfes 10 bzw. der Bohrstelle dient.
Dental drill handpiece with turbine drive
The invention relates to a dental drill handpiece in which a compressed air turbine for revolutions of 200,000 and more per minute is held in the head part as a drive for the tools.
In a known drilling handpiece of this type, the turbine runner is mounted in ball bearings on both sides because of the high speeds. The ball bearings are arranged in bearing bushings which are inserted into the handpiece head. Since the head of the handpiece has to be inserted into the patient's mouth when drilling, its diameter cannot exceed 10 mm. The ball bearings therefore have an outside diameter of only about 6 mm. Such small ball bearings only have a relatively short service life at the high speeds. Usually it is necessary to change the bearings after about 100 hours of operation. In the construction of the known handpiece, this gave rise to fastening the ball bearings in the handpiece head in such a way that they can be replaced by the owner of the handpiece using simple tools.
A structural unit, consisting of two bearing bushes held together with a clamp, into which the turbine rotor with the outer races of its ball bearings firmly seated on it is removably inserted, is inserted into the head. A closing cover at the end can be screwed into the head. Its inside presses against the inserted unit and pushes it into its correct position in the head. The position of the unit in the head is fixed simply by screwing the cover into the head.
The invention is based on the knowledge that this easy interchangeability is offset by the great risk that if the cover is screwed in too little, the structural unit will not be pushed into its correct position in the head, or that if the screwing of the cover is insufficiently tightened, the cover will move away itself loosens. In both cases, movements of the unit in the head are possible which jeopardize the proper functioning of the turbine and, at the high speeds, moreover quickly lead to the destruction of the inserted structural unit. But even a structural unit that is properly secured in its position in the head by the cover will only have a very short service life if the outer bearing rings in the bearing bushes have only an extremely small amount of play, which cannot be avoided even with great precision in the manufacture of the bearing bushes .
The invention aims to remedy these deficiencies. According to the invention, the ball bearings that support the turbine runner in the handpiece head part and have their inner races firmly attached to the turbine runner with their outer rings are firmly connected to the bearing bushes by adhesive connection, and the bearing bushes are firmly inserted into the head part of the handpiece by adhesive connection.
Adhesive connection can be understood to mean any fixed connection that is not readily releasable, such as gluing, soldering, shrinking, pressing or the like. Gluing can prove to be particularly beneficial because it allows the glued part to be readjusted during the hardening process of the glue, and because to a certain extent the inside dimensions of the head part that are too large and the outside dimensions of the bearing bushings that are too large can be compensated for. The demands on the dimensional accuracy of these parts can therefore be lower, which means that these small parts are considerably cheaper.
Because on the one hand the outer races of the ball bearings are firmly connected to the bearing bushes by means of an adhesive connection, and on the other hand the bearing bushes are also fastened by means of an adhesive connection in the head part, both the assembly of the turbine rotor, ball bearings and bearing bushes and the installation of this assembly in the handpiece head can only be carried out in the factory, i.e. at a point that alone can meet the absolutely necessary high standards of care and dimensional accuracy during assembly. The two adhesive connections can also ensure that the very precise assembly of the parts cannot change either when the handpiece is transported from the factory to the user or during use.
In this way, operation with parts that are always precisely fixed to one another in the area of the turbine drive and that can therefore be subject to the least amount of wear is ensured. Practical experience with such a handpiece has shown that the service life of the ball bearings is significantly increased. The user can replace the entire handpiece and send it to the factory if a fault in the bearing of the turbine rotor becomes noticeable. The replacement of the entire handpiece makes considerably less work than the replacement of the turbine unit in the case of the known compressed air turbine handpiece, and the costs of a complete replacement handpiece are not necessarily considerably higher than the costs for a replacement turbine unit.
However, the increase in service life does not necessarily have to be paid for by replacing the entire handpiece. An easily detachable connection between the handpiece head and the rest of the handpiece body can be provided, so that only the handpiece head needs to be exchanged. Such easy releasability of the head part containing the compressed air turbine can be important not only in the aforementioned application of the two adhesive connections, but generally when it proves to be favorable that the replacement of the turbine drive unit can only be carried out in the factory.
One embodiment of the invention is shown schematically in the drawing in FIGS. 1 to 4. To illustrate it:
Fig. 1 view of the dental drill handpiece,
2 shows the front part of the handpiece with the handpiece head part, in section along the drilling tool axis,
3 shows the handpiece head part in a section perpendicular to the drilling tool axis,
4 shows the mounting sleeve for the drilling tool in longitudinal section.
According to FIG. 1, the drilling handpiece has a head part 1 in which a compressed air turbine for 200,000 or more revolutions per minute is installed as a drive for a drilling or similar tool 2. The head part has a handle 3 which is connected to the handpiece body 4. By means of the coupling device 5, the pipe section 6, which serves to hold the hose 7 for compressed air and pressurized water supply and discharge lines, can be coupled to the handpiece body.
According to FIGS. 2 and 3, the head part 1 has the tubular part 8 which serves to hold the turbine rotor 11 with the clamping part 32 for the drilling or similar tool 2 held in its drive shaft. The blades 12 of the turbine rotor 11 are supplied tangentially with compressed air by means of the compressed air supply line 13.
The turbine runner 11 is supported on both sides in the ball bearings 15, 16. The outer races 17, 18 of the bearings are each in a cup-like bearing bush 19 and 20 by means of adhesive connection, z. B. gluing, soldering, shrinking or the like, firmly attached, while the inner races 21, 22 are tightly connected to the rotor shaft of the air turbine by pressing, shrinking or the like. The bearing bushes 19, 20 are by means of adhesive connection, for. B. by gluing, soldering, shrinking or the like, firmly inserted into the part 8. The two cover-like parts 24, 25 of the bearing bushes 19, 20 simultaneously form the end of the tubular part 8 on the two end faces of the head part 1.
In the bearing bushes 19, 20 throughflow openings 26 and 27 are provided, to which line parts 28, 29 are assigned in the head part and open into a common collecting channel 30 in the stem 3. The compressed air flow that is supplied, which is relaxed after its energy has been released to the turbine blades, is guided via the ball bearings 15, 16 through the flow openings 26, 27 and via the line parts 28, 29 to the collecting channel 30, which passes through the handpiece body and the flexible hose 7 connected to it is passed through to an outflow opening.
To achieve a secure and centric seat of the tool 2 in the turbine runner 11, an axial bore 31 is provided in the latter, into which a resilient bushing or sleeve 32 is introduced. According to FIG. 4, the sleeve has a plurality of axially extending slots 33, the sleeve wall parts delimiting the slots being bent inwardly. The sleeve is pushed into the bore 31 and secured against axial displacement by means of a plug 34 which is then pressed into the bore. According to FIG. 4, the plug has a conical recess 35 through which the tool used is gripped at its rear end and guided centrally.
The deflection of the resilient sleeve wall parts results in a good compensation of the tool shank tolerances for the tool 2 inserted into the sleeve.
The stem 3 of the handpiece head part 1 is releasably connected to the handpiece body 4 in the sense of easy exchangeability of the head part 1. The detachable connection is achieved with the aid of a union nut 36 arranged on part 4, which is connected to an annular flange 36 'behind a on part 4, e.g. B. by shrink fitting attached ring 4 'engages. The ring 4 'can optionally be screwed onto the part 4. The union nut is screwed to a thread 37 arranged on the handle 3.
Sealing means 38 are provided in a manner known per se between the handpiece body 4 and the handle 3 in order to achieve tight connections of the pressure medium lines.
The pressure medium lines for compressed air and pressurized water can be used as individual lines in a common shell, for. B. in the hose 7, be arranged. Instead of individual lines, a multi-channel hose can be provided which contains all the lines required for the supply and return of pressure media.
In the cover part 25 of the bearing bushing 20, a bore 39 is provided which has sufficient play with respect to the turbine rotor 11. Part of the relaxed and, as a result, relatively strongly cooled air flow can exit through the annular gap and is directed directly at the free end 10 of the tool. A pressurized water line 40 also passed through the handpiece body and the handle of the handpiece head part is used to deliver pressurized water, the discharge nozzle 41 being directed so that the pressurized water also impinges directly on the end 10 of the tool. As a result of the rotation of the drill 2 in connection with the compressed air flowing out towards the drill, a spray-like water / air mixture is generated which serves to cool the drill head 10 or the drilling site.