CH387872A - Zahnärztliches Handstück - Google Patents

Description

  
 



  Zahnärztliches Handstück    Die e Erfindung bezieht sich auf ein zahnärzt-    liches Hand stück für Bohrer oder andere rotierende Werkzeuge, bei dem im abgewinkelten Kopfteil als Antrieb für das Werkzeug eine Druckluftturbine für 100000 und mehr Umdrehungen pro Minute eingebaut ist.



   Bei derartigen Hand stücken ist bekanntlich die Turbine im Interesse möglichst geringer Reibung auf beiden Seiten in Kugellagern gelagert. Diese Kugellager haben jedoch bei ihren kleinen Abmessungen und der starken Beanspruchung durch die hohen Drehzahlen nur eine verhältnismässig geringe Lebensdauer. Sie verlangen beste Wartung in Gestalt einer Kühlung und   Ölschmierung.    Zu diesem Zweck hat man die staub- und wasserfrei gemachte Treibluft mit einem Ölnebel versetzt und zumindest teil weise durch die Kugellager abgeführt. Man muss dabei in Kauf nehmen, dass mit der in Richtung zum Bohrer abströmenden Luft, die gleichzeitig zum Kühlen des Bohrers und der Behandlungsstelle dient, auch Ölreste auf die Behandlungsstelle treffen. Das setzt voraus, dass nur bestes, für den Atmungsweg indifferentes Öl Verwendung findet.



   Zu diesen aufwendigen Massnahmen für eine möglichste Schonung und Erhaltung der Kugellager kommt als weiterer Nachteil der Kugellager hinzu, dass durch die Drehfrequenz ein Pfeifton angeregt wird, der von manchen Patienten als sehr störend empfunden wird.



   Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch eine Luftlagerung für die Turbine die genannten Mängel vermieden werden können.



   Bei motorischen Antrieben anderer Art als bei einem Druckluftturbinenantrieb sind Gleitlager bekannt, deren axialen Lagerspalten über radiale Spalten Druckluft zugeführt wird.



   Die vorliegende Erfindung besteht einerseits in der Anwendung derartiger Druckluftgleitlager für die radiale Lagerung der Welle des Turbinenrades zu beiden Seiten des Rades. Anderseits besteht die Erfindung darin, dass zur Aufnahme des axialen Bohrdruckes an die beiden Stirnflächen des Turbinenrades radiale Lagerspalte angrenzen, in die die axialen, mit Druckluft gefüllten Lagerspalte übergehen. Dadurch ist erreicht, dass auf jede der Stirnflächen des Turbinenrades in axialer Richtung ein Druck ausgeübt wird. Die beiden einander entgegenwirkenden Axialdrucke halten das Turbinenrad sowohl im Leerlauf als auch bei auftretendem Bohrdruck in seiner Mittelstellung im Turbinenraum fest.



  Dadurch, dass beim Gegenstand der Erfindung sowohl die radiale als auch die axiale Lagerung ausschliesslich mittels Druckluft erfolgt, läuft die Turbine nahezu reibungslos. Die Lager haben daher eine lange Lebensdauer. Ausserdem entfällt die Notwendigkeit einer Ölschmierung. Auch der durch umlaufende Kugeln erzeugte Pfeifton ist vermieden.



   Zweckmässig wird die Antriebsluft für die Turbine auch zur axialen Lagerung benützt. Das ist dadurch erreicht, dass das Turbinenrad zwei zu seiner Mittelebene symmetrisch angeordnete Schaufelreihen aufweist und die Form der Schaufeln und die Richtung der Zuführung der Antriebsluft derart gewählt sind, dass auf das Rad sowohl ein Drehmoment als auch ein von beiden Seiten gegen seine Mittelebene gerichteter Axialdruck ausgeübt wird.



  Diese zusätzliche axiale Druckluftlagerung bewirkt eine Aufnahme auch grösserer axialer Bohrdrucke, wie sie bei zahnärztlichen Laborarbeiten gelegentlich auftreten können.



   Mit Vorteil wird wenigstens ein Teil der in den Lagerspalten befindlichen Druckluft zugleich als An    triebsluft    für die Turbine verwendet, indem die beiden Wellenstümpfe der Turbine mit gewindeähnlichen Drehrillen zum Abströmen der Lagerluft nach den Schaufeln hin versehen sind und der Schaufelgrund mit einer kleinen Ausnehmung in die Welle hinein vertieft ist.



   Einzelheiten eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung werden nachstehend näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein zahnärztliches Winkelhandstück in Seitenansicht,
Fig. 2 einen axialen Längsschnitt durch den Winkelkopf in vergrössertem Massstab,
Fig. 3 den gleichen Schnitt in weiterer Vergrö sserung, jedoch abgebrochen und mit der Turbine in Ansicht,
Fig. 4 einen Querschnitt durch den Winkelkopf nach Linie IV-IV der Fig. 3,    Fig. 5 eine Seitenansicht der Turbine mit t ihren    Lagerteilen nach Entfernen   der    äusseren Hülle des Winkelkopfes.



   Das zahnärztliche Bohrhandstück 1 besteht aus dem Griffteil 2, dem abgewinkelten Stiel 3 mit dem Winkelkopf 4 und dem Bohrer 5, dem die   Druckwasser- und    Druckluftleitungen enthaltenden Schlauchstück 6. In dem zylindrischen Gehäuse des Winkelkopfes befindet sich die Antriebsturbine für das Werkzeug mit dem Turbinenrad 8 und der Turbinenwelle 9, in deren Längsbohrung die Spannhülse 10 als Werkzeughalterung eingesetzt ist. Das zylindrische Gehäuse 7 ist vorn und hinten durch Schraubendeckel 11, 12 abgeschlossen.



   Druckluft wird dem Winkelkopf 4 durch die Leitung 13 zugeführt, die sich kurz vor dem Eintritt in den Winkelkopf für die Luftlagerung der Turbine in zwei Leitungen 14, 15 aufteilt. Der wesentliche Teil der entspannten Arbeitsluft wird durch die Leitung 16 abgeführt. Für die Druckwasserzufuhr zum Bohrer und zur Behandlungsstelle ist eine Leitung 17 vorgesehen, die in einer Ausströmdüse 18 endet.



   Die in den Winkelkopf eingebauten Lagerungsteile für die Turbine setzen sich, im wesentlichen aus fertigungstechnischen Gründen, aus mehreren Teilen zusammen. In das Gehäuse 7 ist ein Ring 19 mit genau planparallelen Stirnflächen eingepresst. Gegen diese Stirnflächen sind die beiden Düsenringe 20, 21 saugend in das Gehäuse 7 eingeführt. In den   Düsen rin gen    sitzen auch wieder saugend bis stramm die Verteilerringe 22, 23, gegen die die ebenfalls saugend eingesetzten Verschlussringe 24, 25 drükken. Die beiden Schraubdeckel 11, 12 sichern axial die Verschlussringe,   Verteilerringe    und Düsenringe.



   Für die radiale Luftlagerung der Turbine befindet sich zwischen den Lagerungsteilen und den   Wel-    lenstümpfen 26, 27 je ein ringförmiger Lagerspalt 28, 29. Diesen axialen Spalten wird die Druckluft von den Leitungen 14, 15 aus radial zugeführt. Zu diesem Zwecke sind die Düsenringe 20, 21 - bei völlig gleichförmiger Ausbildung beider Lagerseiten   sei im folgenden nur noch die eine Seite an n Hand    der Fig. 3 beschrieben - mit einer Ringnut 30 versehen, in deren Bodenfläche, über den ganzen Umfang gleichmässig verteilt, acht radiale Bohrungen 31 angebracht sind, die sich im Verteilerring 22 fortsetzen. Auch in den Verteilerring ist eine Ringnut 32 eingeschnitten, so dass bei der radialen Druckluftzufuhr zum axialen Lagerspalt immer wieder für eine gleichmässige Verteilung der Druckluft über den ganzen Ringumfang gesorgt ist.

   Aus der Bohrung 31 verteilt sich dann die Druckluft in axialer Richtung nach beiden Seiten durch weitere Bohrungen 33, die unter völlig gleichmässiger Druckverteilung in Ringnuten 34 enden. Diese Ringnuten sind in unmittelbarer Ringverbindung mit den ringförmigen, schmalen, senkrecht zum Wellenstumpf 26 und zum axialen Lagerspalt 28 stehenden Luftzufuhrspalten 35, von denen aus die Druckluft in den Ringlagerspalt 28 gelangt. Um einen guten Trageffekt zu erhalten, müssen natürlich die Abmessungen der Lagerspalte und der Zufuhrspalte aufeinander abgestimmt sein. Zweckmässigerweise wird der Querschnitt der   Zufuhrspaite    kleiner gehalten als der der Lagerspalte, etwa im Verhältnis   2 : 3.   



   Um auch die axiale Luftlagerung der Turbine sicherzustellen, sind zwischen den beidseitig am Turbinenrad 8 befindlichen Ringflanschen 43 und den Düsenringen 20, 21 radialstehende Ringspalte 42 vorgesehen. Diese radialen Lagerspalte 42 sind so schmal als möglich gehalten und stehen mit den axialen Lagerspalten 28, 29 in unmittelbarer Verbindung. Die Turbine liegt also radial und axial in Druckluft. Beim Auftreten axialer äusserer Kräfte wird durch Erhöhung des Gegendruckes das zum Ausweichen neigende Turbinenrad in der Mittellage gehalten.



   Das Turbinenrad 8 ist aus einem zylindrischen Werkstück herausgearbeitet, indem zwei symmetrisch nebeneinanderliegende   Schaufel ! reihen    ausgefräst sind.



  Die beiden Reihen sind durch eine beim Ausfräsen der einzelnen Schaufeln 37 längs des Radumfanges stehengebliebene Mittelrippe 36 voneinander getrennt. Die Schaufeln jeder Reihe sind gegenüber der Mittelebene des Turbinenrades in einem von   90o    verschiedenen Winkel   q    (Fig. 3 und 5) geneigt, wobei jeweils der Winkel   a    in beiden Reihen der gleiche ist. Sie können aus zur zugehörigen Stirnfläche des Rades hin offenen Ausnehmungen bestehen, deren Querschnitt vom   Schaufeigrund    zum Radumfang hin zunimmt. Vorteilhafterweise haben die Schaufeln etwa die Form eines Hohlkegelstumpfes mit   völlig    tischem Querschnitt, wobei ein Teil des Stumpfes durch die Stirnflächen des Rades abgeschnitten ist und die kleinere Deckfläche des Stumpfes den Schaufelgrund 38 bildet.

   Die Hauptachse der Ellipse ist zur Turbinenachse im spitzen Winkel geneigt, so dass die Längsachsen benachbarter Schaufeln der beiden Schaufelreihen im stumpfen Winkel zueinander stehen (Fig. 5).  



   Die Zuführung der Antriebsluft zu den Schau  f. ln    erfolgt tangential, wobei die Stromrichtung in einem von   909    verschiedenen Winkel zur Mittel  cbene    36 des Turbinenrades geneigt ist. Gemäss dem Ausführungsbeispiel wird die Antriebsluft in der Ringnut 30 der beiden Düsenringe 20, 21 abgezweigt. Jede der beiden Ringnuten ist durch vier düsenartige Bohrungen 39 mit dem Turbinenraum derart verbunden, dass die durch sie hindurchströmende Druckluft schrägtangential in die Schaufeln 37 zum Schaufelgrund 38 hin einfällt. Ausbildung und Anordnung der Düsen 39 und der Schaufeln 37 sind so aufeinander abgestimmt, dass auch die von beiden Seiten einfallende Antriebsluft zum Festhalten des Turbinenrades in der Mittellage beiträgt.

   Auch der beidseitig der äusseren Teile des Turbinenrades vorhandene Spalt 44 zu den Düsenringen 20, 21 hin wird sehr eng gehalten, und es trifft die aus den Düsen 39 ausströmende Druckluft bei einer etwaigen axialen Verschiebung des Turbinenrades mit grösserem Druck auf die Stellen der gegenseitigen Stirnfläche des Rades auf, die keine Schaufelausfräsungen aufweisen. Es kann eine gerade Zahl von Schaufeln und Düsen gewählt werden, wobei die Schaufelzahl zugleich ein Vielfaches der Düsenzahl betragen kann. Axiale Schwingungen werden dadurch vermieden, dass die Beaufschlagung der Schaufeln von beiden Seiten im gleichen Rhythmus erfolgt und sich die durch äussere Kräfte verursachten axialen Verschiebungen sofort ausgleichen.



   Die im Turbinenraum entspannte Luft tritt durch die Rückführungsleitung 16 über das Handstück 1 und den anschliessenden Schlauch 6 frei aus.



   Auch die in die axialen Lagerspalte 28, 29 hineingedrückte Pressluft trägt zum Antrieb der Turbine bei. Es befinden sich auf den Wellenstümpfen 26, 27 der Turbine gewindeähnliche Drehrillen 40 der Art, dass die Lagerluft beim Drehen der Turbine nach den Schaufeln zu abströmen kann. Die Ausfräsung des Schaufelgrundes 38 läuft bei 41 zur Welle hin aus, so dass dort eine kleine Ausnehmung für ein Sichausdehnen der Lagerluft entsteht.



  Von dort aus strömt die Luft gegen die schräggestellten Schaufeln 37 und trägt so zum Antrieb der Turbine bei.



   Der vordere axiale Lagerspalt 28 ist ausserdem mit dem Ringspalt 45 in der vorderen Abdeckung 11 des Winkelkopfes verbunden, so dass ein Teil der radialen Lagerluft zum Bohrer hin ausströmt. Damit gleiche Druckverhältnisse zu beiden Seiten des Turbinenrades herrschen, muss die gleiche Luftmenge auch an dem rückseitigen Ende des Winkelkopfes irgendwie austreten können. Es kann beispielsweise eine Bohrung 46 (Fig. 2) vorgesehen sein, die den gleichen Querschnitt wie der Ringspalt 45 hat. Diese Bohrung ermöglicht ausserdem ein Ausstossen des Bohrers aus dem Turbinenkopf von der Rückseite aus.



   Beim Einwirken äusserer Kräfte kann ein Anlaufen der Turbine gegen die Lagerflächen vorkommen. Die möglichen Berührungsflächen müssen daher gute   Gleitl aufeigenschaften    haben. Abgesehen von einer äusserst glatten Oberfläche müssen die   Werkstoffe    für die Turbinenwelle und die Anlaufflächen so gewählt sein, dass sie gut aneinander gleiten. Es empfiehlt sich, z. B. den einen Teil aus Teflon mit Molykote oder einem ähnlichen Kunststoff und den anderen Teil aus nichtrostendem Stahl oder Messing zu fertigen. Vorteilhafterweise wird man eine Turbine mit grosser Masse wählen und die   Anlauf-    flächen mit einem Werkstoff mit guten Gleiteigenschaften auskleiden.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Zahnärztliches Handstück für Bohrer oder andere rotierende Werkzeuge, bei dem im abgewinkelten Kopfteil als Antrieb für das Werkzeug eine Druckluftturbine für 100000 und' mehr Umdrehungen pro Minute eingebaut und die Welle des Turbinenrades zu beiden Seiten des Rades radial gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Lager als Druckluftlager ausgebildet sind, deren axiale Lagerspalte (28, 29) in radiale Lagerspalte (42) übergehen, die an die Stirnflächen des Turbinenrades angrenzen, und dass radiale Luftztiführungsspalte (35) zu den beiden axialen Lagerspalten vorhanden sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Zahnärztliches Handstück nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Turbinenrad zwei zu seiner Mittelebene (36) symmetrisch angeordnete Schaufelreihen (37) aufweist und die Form der Schaufeln und die Richtung der Zuführung der Antriebsluft derart gewählt sind, dass auf das Rad sowohl ein Drehmoment als auch ein von beiden Seiten gegen seine Mittelebene gerichteter Axialdruck ausgeübt wird.

   2. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (37) jeder Reihe gegenüber der Mittelebene e (36) des Turbinenrades in einem von 900 verschiedenen Winkel (a) geneigt sind und die Neigungen der Schaufeln beider Reihen symmetrisch zur Mittelebene sind.

   3. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführung der Antriebsluft tangential zu den Schaufeln (37) und in einem von 90O verschiedenen Winkel zur Mittelebene (36) des Turbinenrades geneigt ist.

   4. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (37) gebildet sind durch zur zugehörigen Stirnfläche des Rades hin offene, vom Schaufeigrund (38) zum Radu umfang sich im Querschnitt vergrössernde Ausnehmungen.

   5. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (37) als Hohlkegelstümpfe mit elliptischem Querschnitt ausgebildet sind.

   6. Zahnärztliches Handstück nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Druckluftquelle durch das Handstück herangeführte Druckluft durch zwei Leitungen (14, 15) auf beide Lagerseiten gleichmässig verteilt ist, wobei die beiden Leitungen (14, 15) in je einer Ringnut (30) enden, in deren Bodenfläche, über den Umfang gleichmässig verteilt, radiale Bohrungen (31) vorhanden sind, von denen aus über durch axiale Bohrungen (33) mit ihnen verbundene weitere Ringnuten (34) radialstehende, ringförmige Luftzufuhrspalte (35) die Verbindung zu den axialen Lagerspalten (28, 29) herstellen.

   7. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ringnuten (30) mit dem Turbinenraum durch düsenartige Bohrungen (39) zur schrägtangentialen Beaufschlagung der Schaufeln verbunden sind.

   8. Zahnärztliches Handstück nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der in den axialen Lagerspalten (28, 29) befindlichen Druckluft zugleich als Antriebsluft für die Turbine dient, indem die beiden Wellenstümpfe (26, 27) der Turbine mit gewindeähnlichen Drehrillen (40) zum Abströmen der Lagerluft nach den Schaufeln (37) hin versehen sind und der Schaufelgrund (38) mit einer kleinen Ausnehmung (41) in die Welle hinein vertieft ist.

   9. Zahnärztliches Handstück nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der vordere axiale Lagerspalt (28) verbunden ist mit einem Ringspalt (45) in der vorderen Abdeckung (11) des Winkelkopfes und der hintere axiale Lagerspalt (29) einen Druckluftabfluss nach hinten aufweist.

   10. Zahnärztliches Handstück nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der hinteren Abdeckung (12) des Winkelkopfes eine Boh- rung (46) vorhanden ist, deren Querschnitt der Durchlassöffnung des Ringspaltes (45) entspricht.