CN108814736B - 用于牙科或外科使用的压缩空气手持件的涡轮 - Google Patents

Abstract

压缩空气手持件，包括连接至容纳涡轮(36)的机头(34)的手柄(32)，所述涡轮(36)包括运动叶轮(38)，从运动叶轮的周缘(40)延伸出多个叶片(42)，所述叶片限定出运动叶轮(38)的外径(44)，所述手持件(30)还包括喷射装置，该喷射装置的功能是将压缩空气流引导至运动叶轮(38)的叶片(42)上，当压缩空气流冲击运动叶轮(38)的叶片(42)时，压缩空气流的气动能量被转化成动能，所述手持件(30)的特征在于，所述喷射装置采用独立的插入件(46)的形式，在该插入件的内部布置有压缩空气流进给管道(48)，并且该插入件被安装在手持件(30)的手柄(32)内部。

Description

用于牙科或外科使用的压缩空气手持件的涡轮

本申请是申请日为2014年12月8日、名称为“牙科或外科用压缩空气手持件以及用于这种手持件的涡轮”的发明专利申请201410743242.X的分案申请。

技术领域

本发明涉及牙科或外科用的压缩空气手持件以及用于这种手持件的涡轮。本发明特别是涉及具有增强的动力的压缩空气手持件。

背景技术

本发明涉及用于牙科或外科用途的手持件领域。有两种手持件：配备有电动马达的反角手持件和包括由压缩空气驱动的涡轮的手持件。

本文涉及压缩空气手持件。简单地说，这些压缩空气手持件包括容纳涡轮的机头。该涡轮包括压缩空气进给管道和在其周缘设置有多个规则间隔的叶片的运动叶轮。进给管道用于迫使压缩空气流作用于涡轮叶片，当压缩空气流撞击运动叶轮的叶片时，所述压缩空气流的气动能量被转化成动能。

本发明的附图1是在与根据现有技术的压缩空气手持件的手柄和机头纵向相交的水平面上的透视剖视图。压缩空气手持件整体以总附图标记1示出，该手持件包括连接至机头4的手柄2，所述机头4容纳涡轮6。涡轮6包括运动叶轮8，从该运动叶轮8的周缘10延伸出多个叶片12，所述叶片限定了运动叶轮8的外径14。

手持件1还包括喷射装置，其功能是将压缩空气流引导至运动叶轮8的叶片12上，当压缩空气流冲击运动叶轮8的叶片12时，该压缩空气流的气动能量转化成动能。压缩空气喷射装置由压缩空气进给管道16形成，该管道利用常规技术在手持件1的手柄2中机加工而成。此外，空气排放管道18也利用常规技术在手持件1的手柄2中机加工而成，大致平行于压缩空气进给管道16并远离压缩空气进给管道16。

图1示出压缩空气进给管道16由布置成延伸至彼此的第一和第二直管道20和22形成，第二直管道22的纵向对称轴线24相对于手持件1的手柄2的纵向对称轴线26稍微倾斜地延伸并与运动叶轮8的外径14的切线28形成非零的角α。清楚的是，难以设想在将倾向于移动至更接近运动叶轮8的外径14的切线28的方向上机加工压缩空气进给管道16，而不存在刺穿空气排放管道1或必须减小管道18的直径的风险。

压缩空气手持件的设计者面对的常发生的问题在于压缩空气的气动能量与运动的涡轮叶轮的动能之间的转化效率。事实上，压缩空气手持件能提供的机械动力取决于该转化效率。该转化效率特别是与穿过手持件的机头的压缩空气的压力和在压缩空气已冲击涡轮叶片之后离开手持件的机头的空气压力之间的压降紧密联系。事实上，该压降越大，气动能量和动能之间的转化越好。如果空气流发生最低程度的湍流并因此损失最小，那么气动能量和动能之间的转化效率也会提高。还试图降低压缩空气手持件的操作噪音并尽可能防止用于致动涡轮的压缩空气进入患者的口腔。

发明内容

本发明的目的是通过提供特别是设置有较高机械动力的手持件而实现上述目的以及其他目的。

因此本发明涉及一种压缩空气手持件，该手持件包括连接至机头的手柄，该机头容纳涡轮，涡轮包括运动叶轮，从运动叶轮的周缘延伸出多个叶片，所述叶片限定出运动叶轮的外径，所述手持件还包括喷射装置，该喷射装置的功能是将压缩空气流引导至运动叶轮的叶片上，当压缩空气流冲击运动叶轮的叶片时，压缩空气流的气动能量被转化成动能，所述手持件还包括排放管道，该排放管道布置在手持件的手柄中，并且空气在冲击运动叶轮的叶片之后通过该排放管道被排放，所述手持件的特征在于，排放管道至少面向压缩空气冲击运动叶轮的叶片的区域。

根据本发明的补充特征，排放管道的截面/部段至少在运动叶轮的叶片的高度上延伸。

根据本发明的另一特征，压缩空气喷射装置布置于手持件手柄的壁中。

由于该特征，本发明提供了一种压缩空气手持件，其中压缩空气在冲击涡轮叶片之后的回流被大大增强，该回流通过增大压缩空气穿过手持件的机头时的力矩与压缩空气离开机头时的力矩之间的压降而改进了压缩空气的气动能量和涡轮的动能之间的转化。然而，可理解的是，事实上，一部分压缩空气流过并驱动涡轮，另一部分压缩空气跳弹在涡轮叶片上并在手持件机头中产生湍流。该湍流极大地阻碍了气动能量和动能之间的转化效率。因而，通过至少面向压缩空气冲击运动叶轮的叶片的区域布置排放管道，本发明有助于排出跳弹在涡轮叶片上的空气并因此能够极大地减少涡轮机头中的湍流。

根据本发明的又一特征，压缩空气喷射装置是插入件的形式，在该插入件的内部布置有压缩空气流进给管道，并且该插入件布置在手持件手柄内部。

根据本发明的又一特征，所述插入件布置在排放管道内部。

根据本发明的又一特征，所述插入件同轴地安装在排放管道内部。

根据本发明的又一特征，所述插入件布置成使得压缩空气流的中心轴线在运动叶轮的外径的切线方向上延伸。

根据本发明的又一特征，所述压缩空气流进给管道由布置成延伸至彼此的第一和第二直管道形成，第二直管道具有在运动叶轮的外径的切线方向上延伸的纵向对称轴线。

由于这些特征，本发明提供了一种手持件，其中，所述喷射装置具有用于安装在手持件手柄的内部的插入件形式。使用独立部件的事实使得与通过传统技术在手持件的体部中机加工空气进给管道的情况相比在与运动叶轮的外径相切的方向上引导空气流变得更容易。事实上，在压缩空气手持件中，涡轮布置于机头中，该机头通常设置在大致直的抓握手柄部分的延伸部的内部，压缩空气进给管道在所述手柄部分的内部机加工而成。除非使用复杂并因而不经济可用的手段，不可能在手持件的抓握手柄部分中使用传统技术加工出折弯部分。因此，如果要求空气流在接近运动叶轮的外径的切线的方向上冲击涡轮叶片，则压缩空气进给管道必须相对于手柄部分的纵向对称轴线倾斜地加工。然而，还必须能够在手持件手柄中加工排放管道，空气在冲击运动叶轮的叶片之后通过该排放管道排放。压缩空气进给管道相对于抓握手柄部分的纵向对称轴线的倾斜因此必须被限制，因为否则压缩空气进给管道将通向排放管道，这在技术上不可行。

根据本发明的另一有利方面，用于推动压缩空气流朝向运动叶轮的叶片流动的插入件被安装在布置于手持件体部中的排放管道的内部，并且空气在冲击运动叶轮的叶片之后通过该排放管道排出。该布置有助于空气回流并因此大大提高了压缩空气在冲击涡轮叶片之前的压力与空气在冲击涡轮叶片之后离开手持件的机头的压力之间的压降。该压降越高，压缩空气的气动能量与涡轮的动能之间的转化就越好。该压降还通过插入件同轴地安装在排放管道内部的事实而被增大。排放管道的直径因此可以增加，这使得能够将手持件机头内部的空气压力降低至接近大气压力的值。最后，由于空气流发生最低程度的湍流并因此损失最小而进一步改进了气动能量和动能之间的转化效率。此外，手持件的操作噪音被降低并且几乎没有空气被排放到患者的口腔内。

根据本发明的另一有利方面，喷射装置推动压缩空气流使得压缩空气流在运动叶轮的外径的切线方向上冲击运动的涡轮叶轮的叶片。因此，这确保了空气流在涡轮叶片上施加了最大力矩，这大大增加了由涡轮提供的动力。根据示例，通过现有压缩空气手持件所提供的动力在13瓦特的数量级，而根据本发明的压缩空气手持件的测量到的动力在20瓦特的数量级。因此，通过根据本发明的压缩空气手持件，操作者享受增强的动力，这允许操作者更快地工作或执行到目前为止由于可用动力不足而使用压缩空气手机很难实现的治疗。

用于牙科或外科使用的压缩空气手持件的涡轮，所述涡轮(36)包括运动叶轮(38)，从该运动叶轮的周缘(40)延伸出多个叶片(42)，所述叶片限定了运动叶轮(38)的外径(44)，压缩空气流(F)落在所述叶片上，涡轮(36)的特征在于，叶片(42)的每一个都由第一表面(60)和第二表面(62)形成，所述第一表面从运动叶轮(38)的外径(44)延伸并通向第二表面(62)，所述第二表面(62)沿着运动叶轮(38)的半径(R)延伸，每个叶片(42)都与同其相关联的叶片通过缺口(64)分开，该缺口(64)在压缩空气流(F)的方向上延伸，从而降低从一个叶片到下一个叶片的传输时间。

根据本发明的优选实施例，所述第一表面从运动叶轮的外径延伸到运动叶轮的半径上的一个位置，第二表面从该位置径向延伸到运动叶轮的外径。

最后，根据本发明的另一特征，叶片以阶梯方式成对地关联，每个叶片都与其对应的叶片通过缺口分开，该缺口在压缩空气流的方向上延伸，使得空气流在到达该缺口的时刻被分成两等份。该缺口的目的是降低从一个叶片到下一个叶片的传输时间从而限制涡轮的机械动力损失。

所述第一表面引导离开喷射装置的压缩空气朝向第二表面。由于第二表面沿着运动叶轮的半径延伸并且压缩空气流在运动叶轮的外径的切线方向上被引导，因此压缩空气流垂直地落在叶片的第二表面上然后转向返回。由涡轮提供的机械动力随着压缩空气的偏离角度的增大而增加。在本发明的情况下，压缩空气的偏离角度是180°，这对应了压缩空气的气动能量和涡轮的动能之间的最佳转化。

附图说明

本发明的其它特征和优点将从下面对根据本发明的压缩空气手持件的一个实施例的详细描述中更加清楚，该示例仅通过非限制性说明的方式参考附图给出，在附图中：

已经提到的图1是在与根据现有技术的压缩空气手持件的手柄和机头纵向相交的水平面上剖开的透视剖视图。

图2是沿着与根据本发明的压缩空气手持件的手柄和机头纵向相交的水平面的剖视图。

图3是根据本发明的压缩空气手持件的机头和手柄的部分透明侧视图。

图4是示出了涡轮叶片的第一和第二表面的示意图。

图5示出了根据本发明的涡轮的改进的变型实施例。

图6是根据本发明的压缩空气手持件机头的背面的视图，其示出了手持件机头连接至手持件手柄的手持件区域。

图7是在穿过根据本发明的压缩空气手持件的机头和部分手柄的纵向对称轴的竖直面上的截面图。

图8是根据本发明的压缩空气手持件的变型实施例的示意图。

具体实施方式

本发明从增加压缩空气手持件可提供的机械动力所需采取的任何手段这样的总的发明思想出发。为此，本发明试图优化压缩空气的气动能量和运动的涡轮叶轮的动能之间的转化效率。事实上，压缩空气手持件可提供的机械动力取决于该转化效率。该转化效率特别是与空气在涡轮机头内部的流动状况有紧密的联系。事实上，已知的是，由于喷射到手持件机头内的部分压缩空气驱动和流过涡轮，另一部分压缩空气仅跳弹在涡轮叶片上并因此倾向于返回而在手持件机头中产生湍流。通过至少在该空气被喷射的区域中布置空气排放装置，本发明有助于排出跳弹在涡轮叶片上并倾向于在手持件机头中产生湍流的压缩空气。气动能量和动能之间的转化效率还与压缩空气冲击涡轮叶片的角度有关。这就是为什么根据第一方面本发明教导了创建放置于手持件内部的插入件形式的压缩空气进给装置。使用附加部件的事实使得与设计者应在手持件手柄中使用传统技术机加工压缩空气进给管道的情况相比设计者能关于定位所述插入件手持件享受大得多的自由度。根据本发明的另一方面，压缩空气进给插入件同轴地放置在压缩空气排放管道内部。这种布置限制了湍流并因此有助于空气返回，这增大了压缩空气在冲击涡轮叶片之前的压力与空气冲击涡轮叶片之后离开手持件机头时的压力之间的压降。压缩空气的气动能量和运动的涡轮叶轮的动能之间的转化效率因此也被优化。为了实现这个效果，本发明还教导了引导压缩空气流沿压缩空气手持件的涡轮的外径的切线方向。因此，压缩空气流垂直于涡轮叶片的表面冲击涡轮叶片，这确保了由空气流在涡轮叶片上施加最大力矩并因此大大增加由涡轮提供的动力。最后，涡轮叶片的每一个都由第一表面和第二表面形成，所述第一表面从运动叶轮的外径延伸并通向第二表面，所述第二表面沿着运动叶轮的半径远离运动叶轮的中心延伸。压缩空气因此垂直地落在叶片的第二表面上并且以180°偏离角被向后驱动。压缩空气流的偏离角越大，施加在涡轮叶片上的力也越大。最后，根据本发明的涡轮的操作噪音被限制，并且在几乎大气压力下进行工作，因此非常少的空气被排放到患者口腔内。

图2是在与根据本发明的压缩空气手持件的手柄和机头纵向相交的水平面上的剖视图。根据本发明的手持件整体上用总的附图标记30表示，并且包括连接至容纳涡轮36的机头34的手柄32。涡轮36包括运动叶轮38，从该运动叶轮的周缘40延伸出多个叶片42，所述叶片限定了运动叶轮38的外径44。

手持件30还包括喷射装置，该喷射装置的功能是将压缩空气流引导至运动叶轮38的叶片42上，当压缩空气流冲击运动叶轮38的叶片42时，所述压缩空气流的气动能量被转化成动能。

为此，压缩空气喷射装置采用的是安装在手持件30内部的独立的插入件46的形式，在其内部布置有压缩空气流进给管道48。通过优选但非限制性的方式，管道48布置成使得压缩空气流的中心轴线50在运动叶轮38的外径44的切线方向上延伸。因此本发明提供了一种手持件30，其中喷射装置推动压缩空气流使得压缩空气流在运动叶轮38的外径44的切线方向上冲击涡轮36的运动叶轮38的叶片42。因此，这确保了通过空气流在涡轮36的叶片42上施加最大力矩，这大大增加了由涡轮36提供的动力。

根据本发明的优选但非限制性的实施例，压缩空气流进给管道48由布置成延伸至彼此/彼此连接/布置在彼此的延伸部中的第一和第二直管道52和54形成，第二直管道54的纵向对称轴线56在运动叶轮38的外径44的切线方向上延伸。

根据本发明的又一特征，用于将压缩空气流推向运动叶轮38的叶片42的插入件46被安装在布置于手持件30的手柄32中的排放管道58内部，空气在冲击运动叶轮38的叶片42之后通过该排放管道被排放。通过优选但非限制性的方式，插入件46同轴地安装在排放管道58内部。

上述布置大大地增加了压缩空气在冲击涡轮36的叶片42之前的压力和空气在冲击涡轮36的叶片42之后离开手持件30的机头34的压力之间的压降。该压降越高，压缩空气的气动能量和涡轮36的动能之间的转化越好。该压降还通过插入件46同轴地安装在排放管道58内部的事实而增大。排放管道58的直径因此可以增加，这有助于空气返回并使得能够将手持件30的机头34中的空气压力降低至接近大气压力的值。最后，由于空气流发生最低程度的湍流并因此损失最小而进一步提高了气动能量和动能之间的转化效率。此外，手持件30的操作噪音被降低并且由于涡轮36的机头34中的压力接近大气压力而几乎不发生空气向患者的口腔内的泄漏。

图3是根据本发明的压缩空气手持件30的机头34和手柄32的部分透明侧视图。如该图所示，涡轮36的叶片42的每一个都由第一表面60和第二表面62形成，所述第一表面60从运动叶轮38的外径44延伸并通向第二表面62，所述第二表面62沿着运动叶轮38的半径R径向延伸。

更具体地(还参见图4)，第一表面60从运动叶轮38的外径44延伸到运动叶轮38的半径R上的位置A，第二表面62从该位置A延伸到运动叶轮38的外径44。第一表面60有利地是平面，而第二表面62具有与运动叶轮38的半径R相切的圆的一段弧的形状的轮廓。优选地，第一表面60与第二表面62形成直角。

最后(见图5)，根据本发明的优选变型实施例，叶片42以阶梯方式成对地关联，每个叶片42都与其相关联的叶片通过缺口64分开，该缺口64在压缩空气流F的方向上延伸，使得空气流F在到达该缺口64的时刻被分成两等份F1。该缺口64的目的是降低从一个叶片到下一个叶片的传输时间从而限制涡轮36的机械动力损失。

从上述描述清楚的是，叶片42的第一表面60引导离开喷射装置的压缩空气朝向第二表面62。由于第二表面62沿着运动叶轮38的半径R延伸并且压缩空气流在运动叶轮38的外径44的切线方向上被引导，因此压缩空气流垂直地落在叶片42的第二表面62上然后通过第二表面62的圆的一段弧的形状的轮廓转向而返回。由涡轮提供的机械动力随着压缩空气的偏离角度(的增大)而增加。在本发明的情况下，压缩空气的偏离角度是180°，这对应了压缩空气的气动能量和涡轮36的动能之间的最佳转化。

图6是根据本发明的压缩空气手持件30的机头34的后视图，示出了手持件30的机头34连接至手持件30的手柄32手持件的区域；以及图7是在穿过根据本发明的压缩空气手持件30的机头34和部分手柄32的纵向对称轴的竖直面上的剖视图。这两个附图清晰示出了用于推动压缩空气流朝向运动叶轮48的叶片42流动的插入件46被安装在布置于手持件30的手柄32中的排放管道58的内部，并且空气在冲击运动叶轮38的叶片42之后通过该排放管道排出。优选地，插入件46同轴地安装在排放管道58内部。因此，排放管道58尽可能大，并且尽可能接近压缩空气流进给管道48，这有助于空气回流并使压降最大化，因此压缩空气的气动能量与涡轮36的动能之间的转化被优化。图7还示出了排放管道58的截面S至少在运动叶轮38的叶片42的高度H上延伸。

根据本发明的又一特征，插入件46包括调节插入件在手持件30的手柄32中的位置的装置。根据纯粹通过非限制性说明方式给出的示例，该调节装置包括调节螺钉66，该螺钉的脚68被接纳在布置在插入件46的周缘的座70中。座70可以由两个平坦部分代替。

不言自明的是，本发明不限于刚刚描述的实施例，本领域技术人员可以设想各种简单的修改和变型而不脱离本发明的由所附权利要求限定的范围。特别是，本发明教导了喷射压缩空气的装置优选地采用安装在手持件30内部的独立的插入件46的形式，并且插入件46内部布置有压缩空气进给管道48。该解决方案的目的是克服本领域技术人员在寻求使用传统技术在例如手持件的不锈钢手柄中倾斜地机加工压缩空气进给管道时遇到的问题。但是还存在由本发明提出的对该问题的另一解决方案。事实上，在手持件由模制材料例如陶瓷制成的情况下，可以设想的是，设计制造模具使得进给管道在排放管道内部同轴地延伸。还可以设想的是，通过注射塑料材料或金属材料来制造手持件，通过注射金属材料来制造手持件的技术更广泛熟知为金属注塑成型或MIM。

根据一变型实施例，压缩空气喷射装置72布置在手持件30的手柄32的壁74中，压缩空气排放装置76占据手柄32的绝大部分。这种类型的布置通常通过三维打印技术获得。

Claims (3)

1.用于牙科或外科使用的压缩空气手持件的涡轮，所述涡轮(36)包括运动叶轮(38)，从该运动叶轮的周缘(40)延伸出多个叶片(42)，所述叶片限定了运动叶轮(38)的外径(44)，压缩空气流(F)落在所述叶片上，

涡轮(36)的特征在于，

叶片(42)的每一个都由第一表面(60)和第二表面(62)形成，所述第一表面从运动叶轮(38)的外径(44)延伸并通向第二表面(62)，所述第二表面(62)沿着运动叶轮(38)的半径(R)延伸，

每个叶片(42)都与同其相关联的叶片通过缺口(64)分开，该缺口(64)在压缩空气流(F)的方向上延伸，从而降低从一个叶片到下一个叶片的传输时间，所述缺口使得在所述压缩空气流(F)到达缺口(64)的时刻该压缩空气流被分成两等份，所述叶片(42)以阶梯方式成对地关联。

2.根据权利要求1所述的用于压缩空气手持件的涡轮，其特征在于，所述第一表面(60)从运动叶轮(38)的外径(44)延伸到运动叶轮(38)的半径(R)上的位置(A)，所述第二表面(62)从该位置(A)径向延伸到运动叶轮(38)的外径(44)。

3.根据权利要求2所述的用于压缩空气手持件的涡轮，其特征在于，所述第一表面(60)是平面，而所述第二表面(62)具有与所述运动叶轮(38)的半径(R)相切的圆的一段弧的形状的轮廓。

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