CH621477A5

CH621477A5 -

Info

Publication number: CH621477A5
Application number: CH63478A
Authority: CH
Inventors: Kenzo Kataoka; Takahiko Nose
Original assignee: Morita Mfg
Priority date: 1977-01-25
Filing date: 1978-01-20
Publication date: 1981-02-13
Also published as: JPS6028502B2; JPS5392595A; DE2802712A1; US4153993A

Description

Die Erfindung betrifft ein Dentalhandstück gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei derartigen Dentalhandstücken steht der Turbinenrotor mit einem Werkzeug, das gewöhnlich ein Schneidwerkzeug ist, in Eingriff und ist derart luftgelagert, dass ein Spalt in Richtung des Lagerdrucks und ein zweiter Spalt in radialer Richtung entsteht. Wie die nicht erfindungsgemässe Fig. 1 zeigt, wird ein Schneidwerkzeug 2 so mit dem Ende eines Handstücks 1 verbunden, dass sich das Werkzeug 2 beim Arbeiten mit hoher Geschwindigkeit'dreht. Die hohe Geschwindigkeit ist zur Verringerung der Schmerzen des Patienten und zur Steigerung der Lebensdauer und Wirksamkeit des Werkzeugs beim Arbeiten erforderlich. Aus Sicherheitsgründen ist aber eine bestimmte Geschwindigkeitsbeschränkung erforderlich. Gewöhnlich beträgt die maximale Geschwindigkeit ohne Last etwa 500 000 U./min. Um diese Anforderung zu erfüllen, sind Handstücke mit Luftlagerung entwickelt worden, die den Patienten stärker von seinen Schmerzen befreien und den Nutzeffekt stärker erhöhen als bei kugelgelagerten Handstücken.

Die bekannten Dentalhandstücke (Fig. 2, nicht erfindungs-gemäss) weisen dafür einen Turbinenrotor 3 mit einstückig angeformten Wellen 32, 32' auf, die sich auf beiden Seiten eines Schaufelelements 31 längs seiner Drehachse erstrecken, ferner Lager 42, 42', die die Wellen 32, 32' auf beiden Seiten abstützen und mittel O-Ringen 51, 52 in einem Gehäuse 5 fest abgestützt sind. Das hat den Nachteil, dass die Lager 42, 42' infolge der Verdrehung oder von Dimensionsabweichungen der O-Ringe 51, 52 axial bewegt werden, wodurch die Druckverteilung in den Radialspalten 34, 34' ungleichförmig wird. Letztere befinden sich zwischen den Wellen 32, 32' des Turbinenrotors 3 und den Lagern 42, 42'. Der genannte Mangel verringert die Belastbarkeit der Lager. Da ferner die axiale Länge der Spalte 34, 34' verhältnismässig kurz ist, wird die Druckverteilung in beiden Spalten 34, 34' in Achsrichtung der letzteren parabolisch. Das trägt zu einer weiteren Verringerung der Lagerbelastbarkeit bei, so dass selbst die kleinste Drehlast die Anzahl der Umdrehungen verringert.

In der JA-PS 856 133 ist ein Dentalhandstück beschrieben, das diesen Nachteilen abhilft und nur eine Welle 32 aufweist. Letztere ist auf einer Seite dem Schaufelelement 31 gleichachsig angeformt (Fig. 3, nicht erfindungsgemäss). Die Welle 32 ist luftgelagert, und zwar mittels eines Radialspalts Rg und zweier Axialspalte Tg, Tg', welche vor bzw. hinter dem Schaufelelement 31 ausgebildet sind. Der Radialspalt Rg befindet sich zwischen der Welle 32 und den Lagern 42, die mittels O-Ringen 51 im Innern des Gehäuses so angeordnet sind, dass sie die Welle 32 abstützen. Auf diese Weise lässt sich eine ideale Anzahl von Umdrehungen beim Arbeiten erzielen (mehr als 400 000 U./min). Selbst wenn eine Verdrehung oder eine Dimensionsabweichung der O-Ringe 51 auftritt, endet sie nur auf einer Seite, so dass keine Möglichkeit besteht, dass sich die Drehachse der Welle 32 während deren Drehung bewegt. Auf diese Weise wird der Schmerz des Patienten verringert, und es werden ausgezeichnete Dreheigenschaften erzielt.

Bei dieser Bauweise ist es jedoch unmöglich, die die Axialspalte Tg, Tg' begrenzenden Lagerflächen zu vergrössern, so dass eine neue Schwierigkeit aufgetaucht ist. Wenn eine Bedienungsperson beim Arbeiten das Dentalhandstück stärker gegen einen Zahn drückt, können die genannten Lagerflächen der axialen Druckbelastung keinen ausreichenden Widerstand leisten. Mit anderen Worten ist die axiale Lagerbelastbarkeit, die ausschliesslich durch die Lufpolster im Innern der Axialspalte Tg, Tg' bestimmt ist, begrenzt. Bei Grenzüberschreitung kommt die hintere Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 bei der Drehbewegung in Berührung mit der Innenwand der Abdeckung 53, wobei starke Reibung und Verschleiss erzeugt werden. Dadurch wird aber die Lebensdauer des Dentalhandstücks und/oder die Anzahl der Umdrehungen des Turbinenrotors 3 stark begrenzt. Das mit dem Turbinenrotor 3 gekoppelte und sich synchron mit ihm drehende Schneidwerkzeug wird bezüglich seines Drehmoments in radialer Richtung beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dentalhandstücks der eingangs genannten Art, das die Nachteile bekannter Ausführungen nicht aufweist und bei dem insbesondere der Turbinenrotor der axialen Belastung in Richtung des Lagerdrucks genügend Widerstand leistet, wobei dei Dreheigenschaften des Turbinenrotors zugleich verbessert werden sollen, ohne dass die radiale Ausdehnung der Axialspalte vergrössert werden muss. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 definierten Massnahmen gelöst.

Besonder vorteilhafte Ausgestaltungen des Dentalhandstücks sind in den Ansprüchen 2 und 3 umschrieben.

Bei einem solchen Dentalhandstück werden also zwei Magnetvorrichtungen so angeordnet, dass die beiden Axialspalte der JA-PS (Fig. 3) zwischen die Magnete zu liegen kommen. Da die einander zugewandten Abschnitte der Magnete die gleiche Polarität haben, entsteht eine magnetische Abstosswirkung in Axialrichtung, wodurch beim Arbeiten mit dem Dentalhandstück der Widerstand des Turbinenrotors gegen axiale Belastungen zusätzlich vergrössert wird.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemässen Dentalhandstücks wird nachfolgend anhand der Fig. 4 näher s

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beschrieben, die ein Dentalhandstück ausschnittsweise im Schnitt zeigt.

Das Dentalhandstück der Fig. 4 weist zwei Magnetvorrichtungen 6, 6'; 7, 7' und einen Turbinenmotor 3 mit einem Schaufelelement 31 auf, das sich bei Druckluftbeaufschlagung mit hoher Geschwindigkeit dreht. Einstückig mit einer Seite des Schaufelelements 31 ist gleichachsig in axialer Richtung eine Welle 32 verbunden. Ferner sind eine Lagereinrichtung 4, in der die Welle 32 luftgelagert ist, sowie ein Gehäuse 5 vorhanden, das die Lagereinrichtung 4 und eine Abdeckung 53 des Gehäuses 5 so aufnimmt, dass der Turbinenrotor 3 optimal gelagert ist, wenn man Druckluft in einen Radialspalt Rg zwischen der Welle 32 und der Lagereinrichtung 4 sowie in zwei Axialspalte Tg, Tg' einführt, die vor bzw. hinter dem Schaufelelement 31 angeordnet sind. Dabei ist besonders zu beachten, dass die zwei Magnetvorrichtungen 6, 6'; 7, 7' so orientiert sind, dass bei jedem Magnetpaar die Abschnitte mit derselben Polarität einander zugekehrt sind, und zwischen der Abdek-kung 53 und der hinteren Stirnfläche 41 der Lagereinrichtung 4 angeordnet ist, wobei die Abdeckung 53 und die Lagereinrichtung 4 auf das Schaufelelement 31 abgestimmt sind und wobei die beiden Axialspalte Tg bzw. Tg' zwischen dem Schaufelelement 31 und der Abdeckung 53 bzw. und der hinteren Stirnfläche 41 der Lagereinrichtung 4 angeordnet sind, so dass die Abstosswirkung der Magnetvorrichtungen 6, 6'; 7, 7' der Axiallast entgegenwirkt, welche die Luftpolster in den beiden Axialspalten Tg, Tg' in Schubrichtung zusammenzudrücken sucht. Die Abstosswirkung der Magnete 6, 6' ; 7, 7' in Axialrichtung des Lagerdrucks vergrössert den Widerstand des Turbinenrotors 3 gegen axiale Belastungen beim Arbeiten mit dem Dentalhandstück.

Eine Werkzeugwelle 21 des Schneidwerkzeugs ist mittels einer nicht dargestellten Spannvorrichtung fest an die Welle 32 gekoppelt, und zwar gleichachsig zum Schaufelelement 31. Auf diese Weise wird das Schneidwerkzeug mit hoher Geschwindigkeit synchron zum Turbinenrotor 3 in Drehung versetzt. Letzterer wird mittels eines nicht dargestellten Kompressors durch Druckluft gedreht, die aus einem Luftzufuhrkanal P einem Zweigkanal Pt zugeführt wird, von wo sie direkt auf das Schaufelelement 31 prallt. Das erlaubt Drehgeschwindigkeiten von 400 000 bis 500 000 U./min (ohne Belastung) zu erzielen. Die Abluft kann durch geeignete Führung zur Speisung aller Luftpolster verwendet werden. In Fig. 4 ist jedoch zur zusätzlichen Speisung des Radialspalts Rg ein zweiter Zweigkanal P2 vorhanden, der mit Öffnungen 42 in der Lagereinrichtung 4 zusammenwirkt. Ein dritter Zweigkanal P3 dient zur zusätzlichen Speisung des hinteren Axialspalts über Düsen P4. Auf diese Weise wird der Turbinenrotor 3 angetrieben und in Radial- und Axialrichtung luftgelagert.

Das Schaufelelement 31 weist eine Schaufelwelle 311'" auf, die sich bis zum hinteren Ende der Welle 32 erstreckt, wobei ein Befestigungsring 31' und Schaufeln 31" an der Aussenseite des Rings 31' mit bestimmten Abständen in radialer Richtung vorhanden sind. Das Lager 4 hat Zylinderform, ist am vorderen und hinteren Ende offen, weist in Richtung seiner Wanddicke eine Vielzahl von Luftlöchern 42 auf und ist mit der inneren Umfangswand des Gehäuses 5 über elastische O-Ringe 51 verbunden. Der vordere Axialspalt Tg befindet sich zwischen dem Magneten 7', der an der vorderen Stirnflä621 477

che 311 der Schaufeln 31" befestigt ist, und der hinteren Stirnfläche 41 der Lagereinrichtung 4. Der Magnet 7 ist dagegen bündig an der hinteren Stirnfläche 41 befestigt. Der hintere Axialspalt Tg' befindet sich zwischen der vorderen Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 und der hinteren Stirnfläche 312 der Schaufelwelle 311'".

Die Magnete 6, 6' sind hier als ringförmige Permanentmagnete ausgebildet, die so einander gegenüberliegen, dass sie mit der vorderen Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 bzw. der hinteren Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 bündig sind. Die Magnete 7, 7' sind hier ebenfalls als ringförmige Permanentmagnete ausgebildet, die so einander gegenüberliegen, dass sie mit der hinteren Stirnfläche 41 der Lagereinrichtung 4 bzw. mit der vorderen Stirnfläche 311 des Schaufelelements 31 bündig sind.

Die Wirkungsweise ist folgende:

Wenn die Bedienungsperson beim Bohren das Schneidwerkzeug mittels des Dentalhandstücks gegen den Zahn drückt, wird der Turbinenrotor 3 einer schweren Axialbelastung unterworfen. Die zwischen dem Schaufelelement 31 und der Abdeckung 53 bzw. und der Stirnfläche der Lagereinrichtung 4 paarweise angeordneten Magnete 6, 6' bzw. 7, T bewirken jedoch, dass die magnetische Abstosswirkung die axiale Belastbarkeit des Turbinenrotors 3 beträchtlich vergrössert. Da die Abstossungskraft umgekehrt proportional zum Quadrat der Spaltbreite ist, wird, wenn auf den Turbinenrotor 3 ein Druck in Axialrichtung ausgeübt und die Breite des hinteren Axialspalts Tg' verkleinert wird, die magnetische Abstossungskraft in zunehmendem Masse vergrössert. Auf diese Weise entfällt praktisch die eingangs erwähnte Möglichkeit, dass die vordere Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 (mit dem Magneten 6') und die hintere Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 (mit dem Magneten 6) beim Arbeiten mit dem Dentalhandstück miteinander in Berührung kommen. Dementsprechend bleiben das Drehmoment des Turbinenrotors 3 und somit auch das des synchron mitrotierenden Schneidwerkzeugs frei von allen unerwünschten Einflüssen; auch die Drehzahl wird nicht verringert, so dass der Patient unbehelligt bleibt.

Wenn der Turbinenrotor 3 in den Luftlagern gelagert ist, wird auch sein normales Drehverhalten durch die Ausgleichung des Luftdrucks im vorderen und im hinteren Axialspalt Tg bzw. Tg' erzielt. Weil die beiden Magnetvorrichtungen 6, 6'; 7, T einander gegenüberliegen, werden zusätzlich durch das Zusammenwirken a) der Abstosswirkung der hinteren Magnetvorrichtung 6, 6' im hinteren Axialspalt Tg' mit b) der Abstosswirkung der vorderen Magnetvorrichtung 7, 7' im vorderen Axialspalt Tg und c) die gleichzeitige Verbesserung der Stabilität des Radialspalts Rg ideale Luftlagerungseigenschaften erzielt, ohne dass das Dentalhandstück grösser gebaut zu werden braucht als bisher. Es liegt auf der Hand, dass jede Vergrösserung der Abmessungen des Dentalhandstücks nicht nur dessen Gewicht vergrössert, sondern vor allem die Handhabung erschwert.

Das Dentalhandstück hat den Vorteil, dass mit sehr geringem apparativem Mehraufwand nicht nur seine Lebensdauer, sondern auch sein Leistungsvermögen ganz erheblich verbessert werden.

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2 Blatt Zeichnungen

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1. Dentalhandstück mit Luftlagerung und Luftturbinenantrieb, wobei eine Lagervorrichtung einen Turbinenrotor (3) mit einem Schaufelelement (31) aufweist, das sich bei Druckluftbeaufschlagung mit hoher Geschwindigkeit dreht, ferner eine Welle (32), die gleichachsig mit dem Schaufelelement (31) und in Achsrichtung desselben einstückig mit einer Seite desselben verbunden ist, eine Lagereinrichtung (4) zur Luftlagerung der Welle (32) des Turbinenrotors (3), ein Gehäuse (5) zur Aufnahme der Lagereinrichtung (4) und eine Abdeckung (53) für das Gehäuse (5), wobei der Turbinenrotor (3) in Richtung des Lagerdrucks derart gelagert ist, dass Druckluft sowohl in den Radialspalt (Rg) zwischen der Welle (32) und der Lagereinrichtung (4) als auch in die beiden Axialspalte (Tg, Tg') vor bzw. hinter dem Schaufelelement (31) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaufelelement (31) in Richtung des Lagerdrucks nicht nur durch die Luftpolster in beiden Axialspalten (Tg, Tg'), sondern auch durch magnetische Abstosswirkung gelagert ist, die der Axiallast entgegenwirkt, welche die Luftpolster in den beiden Axialspalten (Tg, Tg') in Schubrichtung zusammenzudrücken sucht.

2. Dentalhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Magnetvorrichtungen (6, 6'; 7, 7') so orientiert sind, dass bei jedem Magnetpaar die Abschnitte mit derselben Polarität einander zugekehrt sind, und zwischen der Abdeckung (53) und der hinteren Stirnfläche (41) der Lagereinrichtung (4) angeordnet ist, wobei die Abdeckung (53) und die Lagereinrichtung (4) auf das Schaufelelement (31) abgestimmt sind und wobei die beiden Axialspalte (Tg bzw. Tg') zwischen dem Schaufelelement (31) und der Abdeckung (53) bzw. und der hinteren Stirnfläche (41) der Lagereinrichtung (4) angeordnet sind, so dass die Abstosswirkung der Magnetvorrichtungen (6, 6'; 7, 7') der Axiallast entgegenwirkt, welche die Luftpolster in den beiden Axialspalten (Tg, Tg') in Schubrichtung zusammenzudrücken sucht.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Dentalhandstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetvorrichtungen (6, 6'; 7, 7') je eine ringartige Form haben.