DE10060152A1

DE10060152A1 - Mit Luft betriebene Rotations- und Schneidevorrichtung zur Verwendung bei medizinischen und zahnmedizinischen Prozeduren

Info

Publication number: DE10060152A1
Application number: DE10060152A
Authority: DE
Inventors: Nobuo Hashimoto; Yoshihiko Kinoshita; Minoru Hayashida
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1999-12-03
Filing date: 2000-12-04
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2020-12-05
Also published as: US20010002975A1; JP3672781B2; JP2001162416A; US6676374B2; DE10060152B4

Abstract

Eine luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung oder ein Handstück (10) verfügt über einen Doppelradrotor (102). Das Handstück (10) weist Verbindungskanäle (144) auf, um Luft von ersten Turbinenschaufeln (112) zur zweiten Turbinenschaufel (124) zu leiten. Jeder der Kanäle (144) ist nur durch Flächen (148, 150) sowie durch eine Fläche bestimmt, die in Richtung der Drehachse (22) des Rotors (152) weist. Dies ermöglicht es, die Verbindungskanäle (144), ausgehend von nur einer Richtung, parallel zu der Drehachse (22) auszuformen oder maschinell auszubilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Drehen eines Schneidewerkzeugs unter Verwen dung von Druckluft. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für eine mit Luft betriebene Rotations- und Schneidevorrichtung, wie beispielsweise ein Bohrer, wie er bei medizinischen und zahn medizinischen Prozeduren und maschinellen Bearbeitungsvorgängen verwendet wird.

In der japanischen Patentanmeldung JP 10-123746 (A), die im Namen der J. Morita Mfg. Corporation ein gereicht wurde, wird eine mit Luft betriebene Rotations- und Schneidevorrichtung oder ein Handstück für medizinische und zahnmedizinische Prozeduren und die maschinelle Bearbeitung von Werkstücken offen bart. Bei der Vorrichtung wird ein Doppelradrotor eingesetzt, um auf effektive Weise pneumatische Ener gie in eine Rotationskraft umzusetzen. Der Doppelradrotor hat eine Nabe in Form eines Rings, der an sei ner äußeren Peripherie erste und zweite Turbinenräder aufweist. Das erste Turbinenrad umfasst eine Mehr zahl von ersten Turbinenschaufeln, die sich jeweils radial nach außen von der Mitte der Nabe erstrecken. In ähnlicher Weise umfasst das zweite Turbinenrad eine Mehrzahl von zweiten Turbinenschaufeln, die sich gleichfalls radial und nach außen von der Mitte der Nabe aus erstrecken.

An seinem Kopf ist das Handstück mit einer Kammer versehen, in welcher ein inneres Gehäuse mit zylind rischer Außenkonfiguration, die der Innenform der Kammer entspricht, aufgenommen ist. Das innere Ge häuse wiederum nimmt den Rotor und einen Lagermechanismus zum drehbaren Abstützen des Rotors auf. Der Kopf und das innere Gehäuse sind mit einem Luftzufuhrdurchlass zum Ausstoßen von komprimierter Luft in Richtung auf das erste Turbinenrad des Rotors sowie mit einem Luftauslassdurchlass zum Abfüh ren der Luft von dem zweiten Turbinenrad ausgebildet. Das innere Gehäuse ist mit einem Verbindungs durchlass versehen, um die unter Druck stehende Luft von dem ersten Turbinenrad zu dem zweiten Turbi nenrad zu leiten. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass die von dem Zuführdurchlass ausgestoßene unter Druck stehende Luft auf die ersten Turbinenschaufeln des ersten Turbinenrades auftrifft. Dann strömt die unter Druck stehende Luft durch den Verbindungsdurchlass zu dem zweiten Turbinenrad, wo sie auf die zweiten Turbinenschaufeln auftrifft, um dann durch den Auslassdurchlass in die Atmosphäre entweichen zu können.

Das oben beschriebene Handstück mit dem Doppelradrotor erlaubt es, die Energie der unter Druck stehen den Luft auf höchst effektive Weise an den beiden Turbinenrädern zu verwenden. Dies führt dazu, dass der Bohrer mit hoher Drehzahl und mit einem höheren Drehmoment als bei einem konventionellen Handstück mit einem einstufigen Rotor gedreht werden kann.

Bei diesem Handstück mit dem Doppelradrotor verfügt der zylindrische Teil des inneren Gehäuses über eine Mehrzahl von Schlitzen, die in einem vorgegebenen Umfangsbereichs desselben ausgebildet sind, um die Verbindungsdurchlässe des inneren Gehäuses zu bestimmen. Die Schlitze sind mittels eines Verschlus ses in Form eines Rings, der das innere Gehäuse umgibt, nach außen hin verschlossen. Die Vorrichtung ist insofern nachteilig, als der zusätzliche Verschluss oder Ring benötigt wird. Außerdem sollten, um den Ring an dem zylindrischen Gehäuse zu befestigen, Schraubengewinde in gegenüberliegende Außen- und Innen flächen des zylindrischen Gehäuses bzw. des Rings eingearbeitet werden. Darüber hinaus führt ein mögli cher Spalt zwischen dem zylindrischen Gehäuse und dem Ring zu einer Leckage der unter Druck stehenden Luft, wodurch eine effektive Verwendung der von der unter Druck stehenden Luft eingebrachten Energie und somit die Stabilität hinsichtlich der Drehzahl und des Drehmoments des Rotors verschlechtert werden.

Das Handstück führt selbst bei hohen Drehzahlen zu einem höheren Drehmoment. Obschon dies bedeutet, dass der Doppelradrotor die effektivste Vorrichtung für zahnärztliche Handstücke ist, bei welchen das Schneidewerkzeug mit etwa 300.000 bis 500.000 Umdrehungen pro Minute gedreht werden soll, ergab sich andererseits der Bedarf, die Drehzahl bei Beibehaltung des hohen Drehmoments leicht zu senken.

Beispielsweise führt bei dem zahnärztlichen Handstück eine geringfügige Abnahme der Drehzahl zu ver schiedenen Vorteilen. Beispielsweise nimmt die bei dem Schneiden eines Zahns erzeugte Wärme ab, wo durch Zahnschmerzen, wie sie möglicherweise durch die Wärme hervorgerufen werden, gedämpft werden können und wobei ferner Pulpitis vermieden wird, die möglicherweise durch einen Wärmeanstieg der Pulpa hervorgerufen werden kann. Ferner nehmen auch die beim Schneiden erzeugten Geräusche sowie die Ge räusche mit höheren Frequenzen ab. Insbesondere können Geräusche, die bei Rotationen des Rotors und des Schneidewerkzeugs während der Behandlung hervorgerufen werden, insbesondere Geräusche mit hohen Frequenzen, bei dem Patienten Angstgefühle hinsichtlich der Prozedur hervorrufen. Ferner können Hoch geschwindigkeitsrotationen bei beispielsweise 300.000 bis 500.000 U/min das langgestreckte zahnärztliche Schneidewerkzeug selbst dann beschädigen, wenn bei dem Schneiden des Zahns eine geringfügige Last zunahme auftritt. Andererseits wird die Möglichkeit einer Beschädigung selbst bei einer geringfügigen Ab nahme der Drehzahl um beispielsweise 10.000 bis 50.000 U/min beträchtlich gesenkt. Ferner führt eine geringfügige Abnahme der Drehzahl des Schneidewerkzeugs von beispielsweise etwa 300.000 bis 500.000 U/min um etwa 10.000 bis 50.000 U/min zu einer beträchtlichen Verlängerung der Dauerhaftigkeit des Lagermechanismus, insbesondere eines Kugellagers, des zahnärztlichen Schneidewerkzeugs.

Ferner sind bei dem oben beschriebenen Doppelradrotor das erste und das zweite Turbinenrad entlang der zentralen Achse des Rotors angeordnet, was zu einer Vergrößerung des Kopfs des Handstücks in dieser Richtung führt. Die Größe des Kopfes in dieser Richtung ist jedoch bei Handstücken für Kinder und ältere Personen beschränkt. Dies bedeutet, dass eine andere Technik entwickelt werden muss, um ein Handstück mit hoher Drehzahl und hohem Drehmoment zu realisieren, welches einen kleinen, mit dem Doppelradrotor ausgestatteten Kopf aufweist.

Darüber hinaus ist bei dem Handstück mit dem Doppelradrotor der Durchlass für die Zufuhr von Luft zu dem Rotor durch eine Mehrzahl von Teilen bestimmt. Dies führt dazu, dass eine Mehrzahl von Teilen her gestellt und dann im Zuge der Fertigung des Handstücks zusammengebaut werden muss. Hierdurch werden außerdem kleine Spalte zwischen benachbarten Teilen hervorgerufen, was zu einer Leckage der unter Druck stehenden Luft und außerdem zu einer Verschlechterung der Effizienz in der Energieumsetzung von der unter Druck stehenden Luft in die Rotation des Rotors führt.

Die geschilderten Probleme werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gelöst, wie sie insbesondere im Anspruch 1 angegeben ist. Hierbei weist eine mit Luft betriebene Rotations- und Schneidevorrichtung einen Rotor auf, der eine Rotationsachse hat und ein Schneidewerkzeug in der Rotationsachse lösbar hält. Der Rotor ist mit einem ersten und einem zweiten Turbinenrad versehen. Das erste und das zweite Turbi nenrad weisen erste bzw. zweite Schaufeln auf. Jede der ersten Schaufeln bestimmt mit einer benachbarten ersten Schaufel dazwischen einen ersten Kanal, und jede der zweiten Schaufeln bestimmt mit einer benach barten zweiten Schaufel dazwischen einen zweiten Kanal. Die Vorrichtung umfasst ferner ein Gehäuse zur Aufnahme des Rotors für eine Rotation um die Rotationsachse. Das Gehäuse verfügt über Kanäle zum Herstellen einer Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen, so dass Luft von den ersten Kanälen durch die Verbindungskanäle zu den zweiten Kanälen geleitet wird, wenn sich der Rotor dreht. Jeder der Verbindungskanäle ist wird durch eine Öffnung, die in einer Richtung parallel zu der Drehachse ausgebildet wurde, sowie einem Oberflächenbereich bestimmt, der durch Erweitern der Öffnung in einer Richtung entlang der Drehachse herausgearbeitet wurde.

Bei dieser Anordnung werden die Verbindungskanäle einzig von der Richtung parallel zu der Rotations achsenrichtung geformt oder maschinell herausgearbeitet, ohne die Arbeitsrichtung zu verkippen oder zu ändern, so dass der Kopf mit den Verbindungskanälen problemlos und damit kostengünstig gefertigt wer den kann. Bei dem konventionellen Gehäuse verlaufen Schlitze zwischen den Innen- und Außenflächen, wodurch die Festigkeit des Gehäuses und somit dessen Standzeit verringert werden. Im Gegensatz dazu verfügt gemäß der vorliegenden Erfindung das Gehäuse, das frei von solchen Schlitzen ist, über eine grö ßere Festigkeit als das konventionelle Gehäuse. Außerdem wird bei der konventionellen Vorrichtung der Verbindungskanal von zwei separaten Bauteilen gebildet (d. h. dem inneren Gehäuse und dem Ring), die zu sammenzubauen sind. Die Verbindungskanäle bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung hingegen werden von einem einzigen Bauteil gebildet. Auf diese Weise kann die Vorrichtung einfacher hergestellt werden, und die unter Druck stehende Luft wird an einer Leckage gehindert, wodurch die Drehzahl und das Dreh moment des Rotors stabilisiert werden.

Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer luftgetriebenen Rotations- und Schneidevorrichtung (Handstück) gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittansicht der Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung;

Fig. 3 einen Querschnitt des in Fig. 2 gezeigten Kopfes;

Fig. 4 einen Querschnitt des Handstückes entlang der Linie III-III in Fig. 2;

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht des in Fig. 2 gezeigten Kopfes;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Kopfes gemäß einer anderen Ausführungsform;

Fig. 7 eine Querschnittansicht eines Antriebsmechanismus des in Fig. 2 gezeigten Handstücks;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht des Rotors bei einem in Fig. 2 gezeigten Handstück;

Fig. 9 eine Querschnittsansicht des Führungsrings zur Verwendung mit dem in Fig. 2 gezeigten Hand stück entlang der Linie VIII-VIII in Fig. 10;

Fig. 10 eine Querschnittsansicht des Führungsrings zur Verwendung mit dem in Fig. 2 gezeigten Hand stück entlang der Linie IX-IX in Fig. 9;

Fig. 11 eine Querschnittsansicht eines anderen Führungsrings gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht des Führungsrings zur Verwendung mit dem Handstück aus Fig. 2 entlang der Linie XI-XI aus Fig. 13;

Fig. 13 eine Querschnittsansicht eines Führungsrings zur Verwendung mit dem Handstück gemäß Fig. 2 entlang einer Linie XII-XII aus Fig. 12;

Fig. 14 eine Querschnittsansicht eines Führungsrings zur Verwendung mit dem Handstück gemäß Fig. 2 entlang einer Linie XIII-XIII aus Fig. 15;

Fig. 15 eine Querschnittsansicht eines Führungsrings zur Verwendung mit dem Handstück gemäß Fig. 2 entlang einer Linie XIV-XIV aus Fig. 14;

Fig. 16 eine Querschnittsansicht eines weiteren Führungsrings;

Fig. 17 eine Querschnittsansicht des Handstückes gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 18 eine Querschnittsansicht entlang der Linie XVII-XVII aus Fig. 17;

Fig. 19 eine perspektivische Ansicht des Rotors zur Verwendung mit dem in Fig. 17 gezeigten Hand stück; und

Fig. 20 eine Rückansicht des in Fig. 17 gezeigten Handstücks.

In den Zeichnungen werden gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet.

Bezugnehmend auf die Zeichnungen werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nachstehend erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass die nachfolgende Beschreibung sich auf spezifische Ausführungsformen bezieht, im welchen die vorliegende Erfindung auf eine zahnärztliche, luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung (im folgenden als "Handstück" bezeichnet) angewendet wird. Die vor liegende Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt und kann in gleicher Weise auf chirurgische Instru mente und andere Vorrichtungen für die Herstellung oder Bearbeitung von Materialien und Werkstücken verwendet werden.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht des Handstückes gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Zeichnung ist das Handstück generell mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und ver fügt über einen Griffbereich 12, an dem ein Bediener das Handstück während einer zahnärztlichen Behandlung greift. Wie bei konventionellen Handstücken verfügt der Griffbereich 12 an seinem einen Ende über einen Verbindungsbereich 13 für eine Verbindung mit einem Versorgungsrohr 15, durch welches ein Hydraulikfluid wie beispielsweise Luft oder Wasser zugeführt wird. Das andere Ende des Griffbereichs 12 ist mit einem einstückigen Halsbereich 11 sowie mit einem von dem Griffbereich 12 abliegenden Kopfbereich 14 versehen. Der Kopfbereich 14 nimmt ein Schneidwerkzeug 72 auf, so dass das Schneidwerkzeug 72 erforderlichenfalls herausgenommen werden kann.

Die Fig. 2 bis 6 zeigen vergrößerte Schnittansichten des Kopfes 14. Wie in den Zeichnungen dargestellt ist, sind an dem Kopfbereich 14 ein Kupplungsbereich 16, der an dem distalen Ende des Griffbereichs 12 angeordnet ist, und ein zylindrisches Gehäuse 18 einstückig ausgebildet, in welchem ein Schneidwerkzeug 72 sowie ein Antriebsmechanismus 70 zum Antreiben des Schneidwerkzeugs 72 untergebracht sind. Insbe sondere ist das zylindrische Gehäuse 18 so ausgerichtet, dass eine durch eine imaginäre Linie 22 angedeu tete zentrale Achse die zentrale Achse des Kupplungsbereichs 16, die als eine imaginäre Linie 20 angedeu tet ist, im wesentlichen unter einem rechten Winkel schneidet. Da die zentrale Achse 22 der Drehachse des Schneidwerkzeugs entspricht, wird diese im folgenden, wo es zweckmäßig erscheint, auch als "Drehachse" bezeichnet.

Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, verfügt der Kupplungsbereich 16 des Kopfbereichs 14 über einen reduzierten Bereich 24, der so bemessen und geformt ist, dass er abnehmbar in eine entsprechende Öffnung eingeführt werden kann, die an dem distalen Bereich des zylindrischen Griffbereichs 12 ausgebildet ist. Wie am besten der Fig. 3 zu entnehmen ist, ist an dem Kupplungsbereich 16 ferner eine Mehrzahl von Öffnun gen ausgebildet, die sich von einen hinteren Endfläche 26 (in der Zeichnung die rechte Endfläche), die dem Griffbereich 12 gegenüberliegt, zu einer vorderen Endfläche (linke Endfläche), die einer von dem zylindri schen Gehäuse 18 gebildeten inneren Kammer 54 gegenüberliegt, verlaufen und für eine Fluidverbindung dazwischen sorgen. Die Öffnungen umfassen einen Zufuhrdurchlass 30, durch den unter Druck stehende Luft zu einem Mechanismus 70 zugeführt wird, welcher das Schneidwerkzeug antreibt sowie zu einem Auslassdurchlass 32, durch welchen die unter Druck stehende Luft von dem Antriebsmechanismus 70 abgeführt wird.

Der Zufuhrdurchlass 30 steht an seinem hinteren Ende in Fluidverbindung mit einer Leitung oder einem Rohr, das in und entlang der Längsrichtung des Griffbereichs 12 angeordnet ist und von dem Verbindungs bereich 13 des in Fig. 1 gezeigten Zufuhrrohrs 15 nach hinten verläuft. Wie am besten der Fig. 4 zu ent nehmen ist, wird das distale Ende des Zufuhrdurchlasses 30 durch Bohren von der hinteren Stirnseite 26 benachbart dem Griffbereich 12 sowie von der Umfangsfläche des reduzierten Bereichs 24 gebildet. Be zugnehmend auf Fig. 4 wird insbesondere ein Hauptzufuhrdurchlass 34 von der hinteren Fläche 26 aus ge bohrt und parallel zu der Griffaches 20 erweitert. Sodann wird ein oder werden mehrere Zwischenzufuhr durchlässe 36 und 38 an der Innenfläche des Hauptzufuhrdurchlasses gebohrt und entlang einer Ebene (Zu fuhrlevel) erweitert, die senkrecht zu der Drehachse 22 und entlang der zentralen Achse des Hauptzufuhr durchlasses 34 verläuft. Vor oder nach dem Ausbilden der Zwischenzufuhrdurchlässe 36 und 38 wird eine Mehrzahl von Durchlässen 41, die als Zufuhrdüsen 42 dienen, von der äußeren Umfangsfläche 40 des ver minderten Bereichs 24 und von der Innenfläche des Hauptzufuhrdurchlasses 34 und, falls erforderlich, der hinteren Endfläche 26 ausgebildet, so dass sie die Zwischenzufuhrdurchlässe 36 und 38 oder den Haupt zufuhrdurchlass 34 schneiden und sich zur vorderen Endfläche 28 des Kupplungsbereichs hin öffnen. Dies ermöglicht es, die unter Druck stehende Luft von dem Zufuhrrohr 15 durch den damit verbundenen Verbin dungsbereich 13 zu der hinteren Öffnung des Hauptzufuhrdurchlasses 34 zuzuführen. Ferner ist jede der Zufuhrdüsen 42, die ausgehend von der äußeren Peripherie 40 des reduzierten Bereichs 24 ausgebildet wer den, mittels einer in diese hinein gepressten Dichtkugel, beispielsweise einer Stahlkugel 44, dicht verschlossen. Die Düsen 42 sind so angeordnet, dass jede der Düsen 42 einen größeren Winkel mit der Mittelachse 20 des Kupplungsbereichs 16 einschließt als eine andere Düse 42, die stromab bezüglich der Drehrichtung 44 des Rotors 102 angeordnet ist.

Vorzugsweise sind die Luftzufuhrdüsen 42 so ausgerichtet, dass das in dem zylindrischen Gehäuse 18 auf genommene Schneidwerkzeug durch die von den Düsen 42 ausgestoßene unter Druck stehende Luft um die Drehachse 22 in der mittels des Pfeils 44 angegebenen Richtung gedreht wird (d. h. in Fig. 4 im Uhrzeiger sinn).

Stärker bevorzugt ist, wie es in Fig. 4 dargestellt ist, jede der Zufuhrdüsen 42 so ausgelegt, dass ihre Längsachse einen Winkel (Düsenwinkel) α von etwa 10 bis 50° bezüglich einer tangentialen Linie bildet, die durch einen Schnittpunkt der Innenfläche des zylindrischen Gehäuses 18 und die Längsachse der Ver sorgungsdüse verläuft.

Vorzugsweise ist jede der Versorgungsdüsen 42 mit einem Bereich 52 versehen, der sich in einem gewissen Abstand von der Innenfläche 28 in Richtung auf die Fläche 28 verjüngt, so dass die gesamte Öffnungs fläche an den Verbindungsstellen zu den Zwischenzufuhrdurchlässen 36 und 38 größer ist als diejenige der Mündungen 50, die sich zur Fläche 28 hin öffnen.

Vorzugsweise ist die effektive Fläche, die dem Gesamtquerschnitt der Mündungen 50 entspricht, kleiner als die effektive Fläche des Hauptzufuhrdurchlasses 34 und der effektiven Fläche der Zwischenzufuhrdurch lässe 36 und 38. Es sei angemerkt, dass dann, wenn einer der Zwischenzufuhrdurchlässe 36 und 38 einen Teil des anderen darstellt, die effektive Fläche der Zwischenzufuhrdurchlässe 36 und 38 dadurch bestimmt wird, dass die gemeinsame Querschnittsfläche von der Summe der entsprechenden Querschnitte abgezogen wird.

Während die Querschnittskonfiguration der Zufuhrdüse 42, d. h. die Mündung 50, kreisförmig ist, ist sie nicht hierauf beschränkt und kann, wie es in Fig. 6 gezeigt ist, auch eine rechteckige Form aufweisen.

Ferner ist bei dieser Ausführungsform der Hauptzufuhrdurchlass 34 parallel zu der Griffachse 20 des Kupplungsbereichs 14 ausgebildet. Dies ist für eine effektive Verwendung eines Raumes benachbart zu der hinteren Endfläche 26 gegenüber Fällen vorteilhaft, wo der Hauptzufuhrdurchlass unter einem Winkel zu der Griffachse 20 verläuft. Wie es in den Fig. 5 und 6 gezeigt ist, erlaubt dies, die Düsen auf einfachere Weise senkrecht zu der Drehachse 22 auszubilden.

Wie am besten den Fig. 2 und 3 zu entnehmen ist, wird der Auslassdurchlass 32, der unterhalb der Zufuhrdurchlässe angeordnet ist, von einem durchgehenden Loch bestimmt, welches sich von der hinteren Endfläche 26 zu der vorderen Endfläche 28 des Kupplungsbereichs erstreckt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, ist in dem zylindrischen Gehäuse 18 des Kopfbereichs 14 eine zylind rische Kammer 54 ausgebildet. Die Kammer 54 verfügt über eine spezifische Größe und Form entspre chend der Außenform des Antriebsmechanismus 70, der die unter Druck stehende Luft von dem Zuführ durchlass 30 als Drehkraft für das Schneidwerkzeug verwendet. Die Kammer 54 ist an ihren oberen und unteren Öffnungen 56 und 58 offen, so dass der Antriebsmechanismus 70 durch die obere Öffnung 56 darin aufgenommen wird. Der Antriebsmechanismus 70 verfügt über einen Werkzeughalter 74 zum lösbaren Halten des Schneidwerkzeugs 72, welches in diesen durch die untere Öffnung 58 eingesetzt wird. Um den in der Kammer 54 angeordneten Antriebsmechanismus 70 zu schützen, verfügt die obere Öffnung 56 über einen lösbaren Deckelhaltering 60, an welchem ein Deckel 62 (siehe Fig. 6) lösbar montiert wird. Bei dieser Ausführungsform, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, ist im Inneren des Deckels 62 eine Vorspannfeder 64 ange ordnet, so dass der Deckel 62 durch die Vorspannkraft der Feder 64 in der in der Zeichnung gezeigten Position gehalten wird. Der Deckel 62 ist mechanisch mit dem Werkzeughalter 74 verbunden, so dass, sobald der Deckel 62 nach unten gedrückt wird, der Werkzeughalter 74 das Schneidwerkzeug zwecks Aus wechseln desselben freigibt.

Wie es am bestem in den Fig. 2 und 7 dargestellt ist, verfügt der Antriebsmechanismus 70 zum Antreiben des Schneidwerkzeugs 72 über den Werkzeughalter 74 zum Halten des Schneidwerkzeugs 72 in der Dreh achse 22 der Kammer 54. In dem Werkzeughalter 74 ist eine Öffnung (Werkzeughalteöffnung) 76 vorgese hen, die ausgehend von einem Endbereich (d. h. in Fig. 6 dem unteren Bereich) ausgebildet wurde. Der Werkzeughalter 74 verfügt ferner über einen nicht dargestellten Futtermechanismus zum Halten des in die Werkzeughalteöffnung 76 eingeführten und darin angeordneten Schneidwerkzeugs 72. Der Futtermecha nismus, bei welchem es sich um einen konventionellen Futtermechanismus handeln kann, ist so ausgelegt, dass dann, wenn der Decke 62 von seiner ursprünglichen Stellung aus nach unten gedrückt wird, der Fut termechanismus das Schneidwerkzeug 72 zwecks Auswechseln desselben entriegelt und dass dann, wenn der Deckel 62 in seiner ursprünglichen Stellung gehalten wird, der Futtermechanismus das Schneidwerk zeug 72 verriegelt.

Wie am besten in den Fig. 2 und 7 veranschaulicht ist, ist der Werkzeughalter 74 für eine Drehung um die Drehachse 72 mittels eines oberen und eines unteren Lagers 78 bzw. 80 abgestützt, welches oberhalb bzw. unterhalb des Werkzeughalters angeordnet ist. Das obere und das untere Lager 78 und 80 verfügen über eine gleiche Struktur und sind bei dieser Ausführungsform als Kugellager ausgeführt. Das Lager kann auch ein Lager eines anderen Typs sein, wie beispielsweise ein Gleitlager oder ein Fluidlager (Luftlager).

Insbesondere verfügt das Kugellager 82 des oberen Lagers 78 über einen inneren Ring 84, einen äußeren Ring 86, der koaxial zu dem inneren Ring 84 angeordnet ist, sowie eine Mehrzahl von Kugeln 88, die zwi schen dem inneren und dem äußeren Ring angeordnet sind. Der innere Ring 86 ist um den Werkzeughalter 74 festgelegt. Der äußere Ring 86 ist an dem in die Kammer 54 des zylindrischen Gehäuses 18 eingeführten oberen Gehäuse 90 angebracht. Das obere Gehäuse 90 ist aus einem ringförmigen Bauteil hergestellt, wel ches eine Außenform hat, die der Innenform eines Teils der Kammer entspricht, wo das obere Gehäuse 90 aufgenommen wird. Ein peripherer Bereich des ringförmigen Bauteils verfügt über einen oder mehrere Anschläge oder Vorsprünge die, wenn das obere Gehäuse 90 in die Kammer 54 eingeführt ist, mit entspre chenden Anschlägen (z. B. Nuten, die parallel zu der Drehachse verlaufen), die an der die Innenseite der Kammer 54 bildenden Fläche ausgebildet sind, in Eingriff treten, wodurch eine Drehung des oberen Gehäu ses 90 in der Kammer 54 verhindert wird. Gegenüberliegende Bereiche des äußeren Rings 86 und des obe ren Gehäuses 90 sind mit ähnlichen Anschlägen versehen, um eine relative Drehung derselben zu verhin dern, auch wenn dies nicht dargestellt ist. Falls erforderlich, kann ferner eine geeignete Dichtungsstruktur, beispielsweise eine Gummidichtung, zwischen beispielsweise dem oberen Gehäuse 90 und dem äußeren Ring 86, dem oberen Gehäuse 90 und dem Deckelstützring 64 sowie dem äußeren Gehäuse 90 und dem zylindrischen Gehäuse 18 vorgesehen sein, um eine Leckage der unter Druck stehenden Luft zu vermeiden.

Im allgemeinen hat das untere Lager 80 die gleiche Struktur wie das obere Lager 78. Insbesondere ist das Kugellager 92 des unteren Lagers 80 ähnlich wie das Kugellager 82 des oberen Lagers 78 aus einem inne ren Ring 94, einem äußeren Ring 96 und einer Mehrzahl von zwischen dem innen und dem äußeren Ring angeordneten Kugeln 98 aufgebaut. Der innere Ring 94 ist um den Werkzeughalter 74 festgelegt. Der äußere Ring 96 ist an einem unteren Gehäuse 100 angebracht. Das untere Gehäuse 100 besteht aus einem ringförmigen Bauteil mit einer Außenform, die einem Teil der Innenform der Kammer entspricht, wo das untere Gehäuse und der Rotor aufgenommen sind. Die Außenfläche des unteren Gehäuses 100 und die Innenfläche der Kammer 54 sind mit entsprechenden Anschlägen ausgestattet, die miteinander in Eingriff treten, um eine Rotation des unteren Gehäuses 100 mit Bezug auf das zylindrische Gehäuse 18 zu verhin dern. Beispielsweise sind die Anschläge von einer oder mehreren Nuten, die in der Kammer 54 ausgebildet sind, sowie von Vorsprüngen, die in dem unteren Gehäuse 100 ausgebildet sind, gebildet. Falls nötig, kann eine geeignete Dichtungsstruktur, beispielsweise eine Gummidichtung, zwischen benachbarten Bauteilen, beispielsweise dem unteren Gehäuse 100 und dem zylindrischen Gehäuse 18, vorgesehen sein, um eine Leckage der unter Druck stehenden Luft zu verhindern.

Unter erneuter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 7 ist der Doppelradrotor 102 zwischen dem oberen und dem unteren Lager 78 bzw. 80 vorgesehen, um den Werkzeughalter 74 und damit das Schneidwerkzeug 72 durch Verwendung des Drucks der von dem Zufuhrdurchlass 30 ausgestoßenen Luft zu drehen. Wie im einzelnen in Fig. 8 dargestellt ist, besteht der Rotor 102 aus einem ringförmigen Bauteil, in welchem eine zentrale durchgehende Öffnung 104 ausgebildet ist. Der Innendurchmesser der durchgehenden Öffnung 104 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser eines mittleren Bereichs des Werkzeughalters 74, der den Rotor 102 hält. Eine Nabe 106, in welcher die durchgehende Öffnung 104 ausgebildet ist, weist ein oberes erstes Turbinenrad 108 und ein unteres zweites Turbinenrad 122 auf.

Das erste Turbinenrad 108 verfügt über eine zylindrische obere Wand 110, die sich radial und nach außen vom oberen Ende der Nabe 106 aus erstreckt, sowie eine Anzahl von (beispielsweise 18) Vorsprüngen oder ersten Turbinenschaufeln 112, die sich jeweils von der Unterseite der oberen Wand 110 nach unten und ra dial nach außen von der Umfangsfläche der Nabe 106 aus erstrecken. Die ersten Turbinenschaufeln 112 sind in gleichem Abstand entlang dem Umfang der Nabe 106 angeordnet. Zwischen benachbarten ersten Turbinenschaufeln 112 befindet sich ein erster Luftkanal 120, der von drei Flächen gebildet wird, nämlich einer ersten Seitenfläche der Schaufel (d. h. einer aktiven Fläche 114, die stromauf mit Bezug auf die Rota tionsrichtung des Rotors 102 liegt), der gegenüberliegenden Seitenfläche der benachbarten Schaufel (d. h. einer Leitfläche 116, die stromab mit Bezug auf die Drehrichtung des Rotors angeordnet ist) und einen peripheren Flächenbereich 118 der Nabe zwischen der aktiven Fläche und der dieser gegenüberliegenden Leitfläche. Die Position des ersten Luftkanals 120 in einer Richtung parallel zu der Drehachse ist so be stimmt, dass dann, wenn der Rotor 102 in der Kammer 54 angeordnet ist, die von den Zufuhrdüsen 42 aus gestoßene unter Druck stehende Luft in einen oberen Teil entsprechender Luftkanäle 120 geleitet wird. Der Umfangsflächenteil 118 der Nabe 106 ist ausgehend von dem oberen Umfangsrand der oberen Wand 110 nach unten gekrümmt, wie dies am besten in Fig. 2 zu sehen ist, so dass die in den Kanal 120 ausgestoßene unter Druck stehende Luft nach unten entlang der gekrümmten Oberfläche 118 mit minimaler Reibung zu dieser strömt. Wie in Fig. 8 zu sehen ist, erstreckt sich jede der Turbinenschaufeln 112 von der oberen Wand aus 110 so, dass sie etwas in Richtung auf die stromab liegende Seite bezüglich der Rotationsrichtung 44 des Rotors 102 geneigt ist, um sich dann an einem Zwischenbereich der stromauf liegenden Seite zuzuwenden.

Das zweite Turbinenrad 122 verfügt über eine untere Wand 123, deren Umfangsrand von den innersten unteren Rändern der ersten Kanäle 120 und einer Zahl von (beispielsweise 18) in gleichem Abstand ange ordneten Vorsprüngen oder zweiten Turbinenschaufeln 124 gebildet wird, die sich von der Unterseite der unteren Wand 123 gerade nach unten und von der Umfangsfläche der Nabe 106 radial nach außen erstre cken. Auf diese Weise wird zwischen jeweils benachbarten zweiten Turbinenschaufeln 124 ein zweiter Kanal 132 gebildet. Insbesondere wird der zweite Kanal 132 von drei Flächen bestimmt, nämlich einer ersten Seitenfläche einer Schaufel (d. h. einer aktiven Fläche 126, die stromauf mit Bezug auf die Dreh richtung des Rotors 102 angeordnet ist), der gegenüberliegenden Seite der benachbarten Schaufel (d. h. einer Leitfläche 128, die stromab mit Bezug auf die Drehrichtung des Rotors angeordnet ist) und einem Umfangsflächenbereich 130 der Nabe zwischen der aktiven Fläche und der Leitfläche. Der Umfangs flächenbereich 130 der Nabe 106, der den zweiten Kanal 132 teilweise mit bestimmt, ist ausgehend von dem äußeren Umfangsrand der oberen Wand 123 nach innen und unten gekrümmt, wie dies am besten der Fig. 2 zu entnehmen ist so dass die in den Kanal 132 ausgestoßene unter Druck stehende Luft nach unten entlang der gekrümmten Fläche 130 mit minimaler Reibung geleitet wird. Ferner ist der zweite Kanal 132 so angeordnet, dass dann, wenn der Rotor 102 in der Kammer 54 montiert ist, die unterste Endöffnung des Kanals 132 im wesentlichen auf dem gleichen Pegel angeordnet ist, wie der Auslassdurchlass 32.

Wie am besten in Fig. 8 zu sehen ist, sind die ersten Kanäle 120 in Rotationsrichtung 44 des Rotors 102 mit Bezug auf die zweiten Kanäle 132 versetzt. Insbesondere sind die unteren Endöffnungen der ersten Kanäle 120 gegenüber den oberen Endöffnungen der zweiten Kanäle 132 mit Bezug auf die Drehrichtung des Rotors 102 verschoben.

Ferner ist der Rotor 102 so aufgebaut, dass die zweiten Turbinenschaufeln 124 und die zweiten Kanäle 132 parallel zu der Drehachse 22 ausgerichtet sind, so dass es möglich ist, die zweiten Turbinenschaufeln und die zweiten Kanäle 132 aus nur einer Richtung, die parallel zu der Drehachse 22 verläuft, maschinell her auszuarbeiten. Auf diese Weise kann der Rotor einfacher und kostengünstiger als der konventionelle Rotor hergestellt werden, bei welchem sowohl die ersten als auch die zweiten Turbinenschaufeln gekrümmt sind.

Bezugnehmend auf Fig. 7 ist ein Luftleitring 140 oder ein inneres Gehäuse um den Rotor 102 vorgesehen. Der Leitring 140 bestimmt Verbindungskanäle 144, die jeweils als ein Führungsbereich zum Leiten der unter Druck stehenden Luft von dem Zufuhrdurchlass 30 radial nach innen in die ersten Kanäle 120 und dann von den ersten Kanälen 120 in die zweiten Kanäle 132 dienen. Obschon der Leitring 140 einstückig mit dem unteren Gehäuse 100 ausgebildet ist, kann er auch separat von dem unteren Gehäuse gefertigt werden. Ferner kann der Leitring 140 in den Kopfbereich 14 integriert werden. In diesem Fall bestimmt ein Innenflächenbereich des Leitrings 140 einen Teil der Kammer 54. Diese Struktur erlaubt es, den Leitring zusammen mit dem Kopf in kostengünstiger Weise durch Verwendung eines geeigneten Harzwerkstoffes oder eines gesinterten Metalls auszuformen.

Das untere Gehäuse 100 mit dem Leitring 140 ist in einem Bereich 300 mit einem Einlass 142 versehen, welchem, wenn das untere Gehäuse 100 in einer vorbestimmten Position mit Bezug auf die Kammer 54 an geordnet ist, die Zufuhrdüsen 42 des Zufuhrdurchlasses 30 gegenüberliegen, so dass die von den Zufuhrdüsen 42 ausgestoßene unter Druck stehende Luft von dem Einlass 142 radial nach innen in die ersten Ka näle 120 strömt. Wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, kann der Einlass 142 durch eine einzelne langgestreckte Öffnung gebildet sein, die sich in Umfangsrichtung erstreckt, oder aber durch eine Mehrzahl von kleinen Öffnungen, die in Umfangsrichtung angeordnet sind und mit entsprechenden Versorgungsdüsen 42 in Fluidverbindung stehen.

Bezugnehmend auf die Fig. 9 und 10 sind unterhalb des Lufteinlasses 142 die Verbindungskanäle 144 so ausgelegt, dass sie den unteren Öffnungen der ersten Kanäle 120 gegenüberliegen. Bei dieser Ausführungs form sind in einem Bereich 302, der sich über einen Umfangswinkel von etwa 120 Grad erstreckt und der den Bereich 300 einschließt, in dem der Lufteinlass 142 angeordnet ist, neun Kanäle 144 ausgebildet. Die Verbindungskanäle 144 sind durch vertikale Wände 146 unterteilt. Wie gezeigt, umfasst jeder Verbin dungskanal 144 einen konkaven Bereich 151, der von drei Wänden bestimmt ist, nämlich einer Seitenfläche der vertikalen Wand 146 stromauf mit Bezug auf die Drehrichtung 44 des Rotors 102 (erste Fläche oder stromauf liegende Fläche 148), einer weiteren Seitenwand der gegenüberliegenden vertikalen Wand 146 stromab der vorherigen vertikalen Wand (zweite Fläche oder stromab liegende Fläche 150) und einer zwi schen den gegenüberliegenden Seitenflächen angeordneten und nach unten und innen gekrümmten Fläche (dritte Fläche 152) (siehe Fig. 7). Eine obere Endöffnung 154 des Kanals 144, die von den oberen Rändern der drei Flächen 148, 150 und 152 bestimmt wird, ist mit den unteren Öffnungen der ersten Kanäle 120 verbunden. Außerdem ist eine innere Endöffnung 156, die von den Innenrändern der drei Flächen 148, 150 und 152 bestimmt wird, mit der äußeren Umfangsöffnung des zweiten Kanals 132 verbunden.

Vorzugsweise sind, wie dies in Fig. 9 gezeigt ist, die Ecken oder Verbindungsbereiche zwischen den strom auf liegenden und stromab liegenden Flächen 148 und 150 und den benachbarten gekrümmten Flächen 152 gekrümmt, um die Reibungskräfte der Luft zu minimieren. Vorzugsweise beträgt der Krümmungsradius der gekrümmten Ecke 0,1 mm oder mehr.

Wie am besten in Fig. 9 zu sehen ist, erstreckt sich jede der senkrechten Wände 146 diagonal in der Dreh richtung 44 des Rotors 102, so dass sie einen bestimmten Winkel mit einer Linie einschließt, die durch die Mittelachse 22 verläuft, bestimmt. Bei dieser Ausführungsform wird zwischen der senkrechten Wand 146 (d. h. der stromauf liegenden Fläche 148), und der durch den inneren Rand der stromauf liegenden Fläche verlaufenden Tangente ein Winkel von etwa 45 bis 60 Grad eingeschlossen.

Entsprechend den Fig. 9 und 10 verfügt der Leitring 140 über eine Auslassöffnung oder einen Auslass 158, der darin so ausgebildet ist, dass dann, wenn der Rotor 102 in dem Leitring 140 angeordnet ist, der Auslass 148 den zweiten Kanälen 132 gegenüberliegt. Wenn der Leitring 140 in der Kammer 54 montiert ist, liegt deshalb der Auslass 148 dem Auslassdurchlass 32 gegenüber so dass die Luft von den zweiten Kanälen 132 durch den Auslass 158 in den Auslassdurchlass 32 abgegeben wird.

Vorzugsweise werden der Leitring 140 sowie das untere Gehäuse 110 und der obere Leitring 90 mittels konventioneller maschineller Techniken hergestellt, wie beispielsweise mittels eines Fräsers oder mittels Funkenerosion (EDM). Darüber hinaus kann jeder der in dem Leitring 140 ausgebildeten Verbindungs kanäle 144, da er nur von Ebenen (d. h. den Flächen 148, 150 und 152), die in der Axialrichtung verlaufen, bestimmt ist, von einer Richtung aus angegangen und dann herausgearbeitet werden, d. h. in Fig. 10 von oben durch die obere Öffnung. Im Gegensatz hierzu hat das innere Gehäuse, wie es bei der konventionellen, luftgetriebenen Rotations- und Schneidevorrichtung verwendet wurde, eine oder mehrere Wände, die jeweils mindestens teilweise von einer im wesentlichen senkrecht zu der Mittelachse verlaufenden Fläche gebildet wird bzw. werden, weshalb während dem Herstellungsverfahren die Bearbeitungsmaschine in unterschied liche Richtungen verkippt oder angewinkelt werden muss, was nachteilig ist.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird beim Bohren eines Zahns unter Verwendung des so aufgebauten Handstückes ein geeignetes Schneidewerkzeug 72 ausgewählt und dann an dem Werkzeughalter 74 befestigt. Dann wird von einer nicht gezeigten Druckluftquelle unter Druck stehende Luft durch das Zufuhrrohr 15 in den Hauptzufuhrdurchlass 30 eingeleitet. Die Luft wird dann von dem Hauptzufuhrdurchlass 30 über die Zwi schenzufuhrdurchlässe 36 und 38 auf die Zufuhrdüsen 42 verteilt, wo sie aufgrund des Vorhandenseins der verminderten Bereiche 42 beschleunigt wird. Die beschleunigte Luft wird durch den Einlass 142 des Leit rings 140 in einer Richtung stromab mit Bezug auf die Drehrichtung 44 des Rotors 102 ausgestoßen und in der Richtung senkrecht zu der Drehachse 22. Wenn sich der Rotor 102 dreht, wird die Luft über die äußere Umfangsöffnung, die dem Einlass 142 gegenüberliegt und diesen passiert, in jeden der Luftkanäle 120 ein gespeist, wodurch der Rotor 102 zu einer Rotation in der Drehrichtung 44 veranlasst wird (siehe Fig. 8).

Bezugnehmend auf die Fig. 7, 9 und 10 strömt die unter Druck stehende Luft in dem ersten Kanal 120 zwischen den ersten Turbinenschaufeln 112 nach unten. Wenn jeder Kanal 120 die Verbindungskanäle 144 des Leitrings 140 entsprechend der Rotation des Rotors 102 erreicht und diesen gegenüberliegt, strömt die Luft durch die untere Öffnung des Kanals 120 in die Verbindungskanäle 144. Die Luft in dem Verbin dungskanal 144 strömt nach unten und dann nach innen entlang der senkrechten Wände 146 und der ge krümmten Wand 152 in die zweiten Kanäle 132 des Rotors 102. Dann wird die Luft in dem zweiten Kanal 132 durch die gegenüberliegenden zweiten Turbinenschaufeln 124 und die innere gekrümmte Fläche 130 nach unten geleitet und durch den Auslass 158 in den Auslassdurchlass 32 abgeführt. Schließlich wird die Luft in dem Auslassdurchlass 32 in das Rohr 15 gefördert, durch welche sie an die Atmosphäre freigesetzt wird.

Da bei dem oben beschriebenen Handstück 10 die ersten Turbinenschaufeln 112 des Rotors 102 in der Drehrichtung 44 gekrümmt sind, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, wirkt die unter Druck stehende Luft, die in die ersten Kanäle 120 eingespeist wird, am effizientesten auf die ersten Turbinenschaufeln 112. Dadurch wird eine Rotation des Rotors mit hoher Drehzahl und hohem Drehmoment gewährleistet.

Die zweiten Turbinenschaufeln 124 verlaufen in Axialrichtung 22, was zu einer geringen Verminderung der herbeigeführten Drehzahl- und Drehmomentzunahme führt. Diese Verminderung ist jedoch recht gering, und gewährleistet immer noch eine Rotation des Rotors mit hoher Drehzahl und hohem Drehmoment. Die Drehmomentverminderung kann durch eine Erhöhung der Zahl der Verbindungskanäle 144 in dem Leitring 140 im wesentlichen kompensiert werden. Folglich kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Handstück, das einen einfachen Aufbau und damit entgegen dem konventionellen Handstück, welches den in JP 10- 23746 (A), insbesondere in den Fig. 14 und 15, offenbarten Rotor aufweist, in einfacher Weise gefertigt werden. Bei dem so erhaltenen Handstück dreht sich der Rotor etwas langsamer als bei dem konventionel len Handstück, ohne dass jedoch eine Reduktion des Drehmoments erfolgt.

Fig. 11 zeigt eine Modifikation des Leitrings, insbesondere der Verbindungskanäle. Der modifizierte Leit ring 140 verfügt über mehr Verbindungskanäle 144 über seine gesamte Umfangsfläche. Mit einem solchen Leitring 140 gewährleistet der Rotor 102 im wesentlichen das gleiche Drehmoment wie der konventionelle und eine geringere Drehzahl als die erste Ausführungsform.

Der von der senkrechten Wand 146 in dem Leitring 140 und der Tangente gebildete Winkel β steht in enger Beziehung zu der Drehzahl und dem Drehmoment des Rotors 102. Beispielsweise führt eine Abnahme (Zu nahme) des Winkels β zu einer Zunahme (Abnahme) der Drehzahl. Theoretisch ist, falls der Winkel β gleich oder größer als 90 Grad ist, sind Drehzahl und das Drehmoment des Rotors geringer als diejenigen Werte, die nur von den ersten Turbinenschaufeln 112 hervorgerufen werden. Um die Drehzahl ohne Ab nahme des Drehmoments zu senken, ist, wie es in den Fig. 12 und 13 gezeigt ist, jede der vertikalen Wände 146 des Leitrings 140 vorzugsweise direkt auf die zentrale Achse 22 hin ausgerichtet. Eine weitere Abnahme der Drehzahl des Rotors kann erreicht werden, indem der Winkel β auf mehr als 90 Grad einge stellt wird.

Um die Drehzahl ohne Reduktion des Drehmoments zu senken, sind gemäß den Fig. 14 und 15 die verti kalen Wände 146 in dem Bereich 302, der den Bereich 300 einschließt, in welchem der Einlass 142 liegt, in der Rotationsrichtung so ausgerichtet, dass sie einen Winkel β₁ von beispielsweise etwa 45 Grad mit ihren Tangentiallinien einschließen, während andere vertikale Wände in dem verbleibenden Bereich 304 in Rich tung auf die zentrale Achse 22 ausgerichtet sind, so dass sie einen Winkel β₂ von etwa 90 Grad mit ihren Tangentiallinien einschließen. Fig. 16 zeigt eine weitere Modifikation, bei welcher die Winkel β₁ und β₂ Werte von 90 bzw. 135 Grad haben. In diesen Fällen strömt, selbst wenn die Drehzahl des Rotors aufgrund der Schneidelast abnimmt, ein Großteil der Luft durch den Bereich 300, wodurch eine wesentliche Ab nahme des Drehmoments verhindert wird. Wenn andererseits der Rotor keine oder nur eine geringe Last erfährt, strömt die Luft nicht nur durch den Bereich 300, sondern auch durch den Bereich 302, wodurch die Drehzahl des Rotors etwas abgesenkt wird, ohne dass eine Abnahme des Drehmoments erfolgt.

In den Fig. 17 bis 20 ist eine weitere luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Wie es am besten der Fig. 19 zu entneh men ist, hat bei dieser Schneidevorrichtung 10' der zwischen den gegenüberliegenden zweiten Turbinen schaufeln 124 bestimmte zweite Kanal 132 innere und äußere Öffnungen. Außerdem bestimmen die ring förmig angeordneten zweiten Turbinenschaufeln 124 einen ringförmigen Luftdurchlass 160 (vierter Durch lass) um den Werkzeughalter 74. Die zweiten Turbinenschaufeln 124 sind an der Unterseite der Nabe 106 des ersten Turbinenrades 108 ausgebildet.

Während in den Fig. 17 und 19 die zweiten Turbinenschaufeln 124 in Richtung auf die Drehachse 22 des Rotors ausgerichtet sind, können sie auch diagonal ausgerichtet sein. Beispielsweise können zwecks einer Erhöhung des Drehmoments die Innenränder der Schaufeln 124 entgegen der Drehrichtung versetzt sein oder sie können zwecks einer Abnahme der Drehzahl in Drehrichtung versetzt sein.

Obschon dies die Herstellung des Rotors erschwert, können die Turbinenschaufeln in der Drehrichtung ge krümmt sein, wodurch der Luftstrom entlang den Schaufeln geglättet und damit das Drehmoment erhöht wird. Das Bezugszeichen 162 bezeichnet eine Blattfeder, um den Deckel 60 in Position zu halten.

Bei der luftgetriebenen Rotations- und Schneidevorrichtung wird Luft von dem Durchlass 30 durch die ersten Kanäle 120, die Verbindungskanäle 144 und die zweiten Kanäle 132 zu dem vierten Kanal 160 ge leitet. In dem vierten Kanal 160 bewegt sich die Luft in der Drehrichtung 44 des Rotors 102 und strömt dann erneut durch den Kanal 132 in den Auslassdurchlass 32. Dreht sich der Rotor 102 beispielsweise im Uhrzeigersinn, wie dies in Fig. 17 gezeigt ist, so wird die Luft von dem Zuführdurchlass 30 in die ersten Kanäle 120 in dem Bereich ausgestoßen, der sich zwischen etwa 1 und 3 Uhr, d. h. über den Winkelbereich von etwa 15 bis 45 Grad, erstreckt. Andererseits wird die Luft von dem vierten Durchlass 160 in den Aus lassdurchlass 32 ebenfalls in dem Bereich zwischen etwa 1 und 3 Uhr, d. h. dem Winkelbereich von etwa 15 bis 45 Grad, abgegeben. Dies bedeutet, dass die in die Kanäle gespeiste Luft im wesentlichen einen voll ständigen Umlauf um die zentrale Achse ausführt.

Wie oben erwähnt, bewegt sich in der Kammer 54 die Luft zweimal an den dritten Durchlässen 132 vorbei. Dies bremst den Rotor 102, wodurch die Drehzahl des Rotors, beispielsweise bei dem zahnärztlichen Handstück, um etwa 10.000 bis 50.000 U/min gesenkt wird. Daher können der Rotor sowie die Schneide vorrichtung in der Axialrichtung klein bemessen werden.

Obschon Komponenten der Schneidevorrichtung gewöhnlich aus Stahl gefertigt sind, können diese, sofern in der vorstehenden Beschreibung kein Material hierfür angegeben wurde, auch aus anderen Werkstoffen wie beispielsweise nichtferritischen Metallen und Kunststoffen gefertigt sein, vorausgesetzt, dass sie keine schädlichen Effekte auf die Komponenten (beispielsweise eine Abnahme der Standzeit) haben.

Claims

1. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung (10), versehen mit
einem Rotor (102) mit einer Drehachse (22), der lösbar ein Schneidewerkzeug (72) entlang seiner Drehachse (22) hält, wobei der Rotor (102) erste und zweite Turbinenräder (108, 122) aufweist, wo bei das erste und das zweite Turbinenrad (108, 122) erste bzw. zweite Schaufeln (112, 124) aufwei sen, wobei jede der ersten Schaufeln (112) zusammen mit einer benachbarten ersten Schaufel (112) dazwischen einen ersten Kanal bildet und jede der zweiten Schaufeln (124) mit einer benachbarten zweiten Schaufel (124) dazwischen einen zweiten Kanal bildet; und
einem Gehäuse (18) zur Aufnahme des Rotors (102) zwecks einer Rotation um die Drehachse (22), wobei das Gehäuse (140) Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (120, 132) aufweist, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbindungs kanäle (144) zu den zweiten Kanälen (132) geleitet wird, um den Rotor (102) anzutreiben;
dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Verbindungskanäle (144) von einer parallel zu der Richtung der Drehachse (22) ausgebildeten Öffnung und einem Oberflächenbereich (148, 150, 152) gebildet ist, der durch Erweitern dieser Öffnung (154) in einer Richtung entlang der Drehachse (22) ausgebil det wurde.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die in dem zweiten Turbinenrad (12) vorgesehenen zwei ten Schaufeln (124) parallel zu der Drehachse (22) verlaufen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Oberflächenbereich (148, 150, 152) des Verbin dungskanals (144) eine (152) umfasst, die sich von der zu der Drehachse (22) parallelen Öffnung aus erstreckt und radial nach innen in Richtung auf die Drehachse (22) gekrümmt ist, sowie von zwei gegenüberliegenden Flächen (148, 150), die parallel zu der Drehachse (22) verlaufen und auf gegen überliegenden Seiten der (152) liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei sich die gegenüberliegenden Flächen (148, 150) radial zu der Drehachse (22) erstrecken.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die gegenüberliegenden Flächen (148, 150) unter einem Winkel zu einer Linie angeordnet sind, welche die Drehachse (22) schneidet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher ein Verbindungsbereich der Umfangsfläche und der gegenüberliegenden Flächen (148, 150, 152) gekrümmt ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei welcher der gekrümmte Verbindungsbereich einen Krümmungs radius von 0,1 mm oder mehr hat.

8. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung (10), versehen mit
einem Rotor (102) mit einer Drehachse (22), der lösbar ein Schneidewerkzeug (72) entlang der Dreh achse (22) hält, wobei der Rotor (102) erste und zweite Turbinenräder (108, 122) aufweist, wobei das erste und das zweite Turbinenrad (108, 122) erste bzw. zweite Schaufeln (112, 124) aufweisen, wobei jede der ersten Schaufeln (112) zusammen mit einer benachbarten ersten Schaufel (112) dazwischen einen ersten Kanal bildet und jede der zweiten Schaufeln (124) mit einer benachbarten zweiten Schaufel (124) dazwischen einen zweiten Kanal bildet; und
einem Gehäuse (18) zur Aufnahme des Rotors (102) zwecks einer Rotation um die Drehachse (22), wobei das Gehäuse (140) Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (120, 132) aufweist, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbindungs kanäle (144) zu den zweiten Kanälen (132) geleitet wird, um den Rotor (102) anzutreiben;
dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangsbereich (302), in welchem die Verbindungskanäle (144) ausgebildet sind, größer als der Bereich (300) ist, in welchem ein Einlass (142) vorgesehen ist, durch welchen Luft gegen die ersten Schaufeln ausgestoßen wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei welcher sich der Umfangsbereich (302) der Verbindungskanäle (144) über den gesamten Umfang des Gehäuses (18) erstreckt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8,
bei welcher der Umfangsbereich (302), in welchem die Verbindungskanäle (144) ausgebildet sind, einen ersten Bereich (300) aufweist, in welchem der Einlass (142) angeordnet ist, durch welchen die Luft gegen die ersten Schaufeln (112) ausgestoßen wird, sowie einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereichs (300),
wobei der Oberflächenbereich (148, 150, 152) des Verbindungskanals (144) über eine Umfangs fläche (152) verfügt, die von der Öffnung (154) parallel zu der Drehachse (22) verläuft und radial nach innen in Richtung auf die Drehachse (22) gekrümmt ist, sowie zwei gegenüberliegende Flächen (148, 150), die parallel zu der Drehachse (22) verlaufen und auf gegenüberliegenden Seiten der Um fangsfläche (152) angeordnet sind und
wobei jede der gegenüberliegenden Flächen (148, 150) in dem ersten Bereich (300) einen ersten Winkel β₁ mit einer Linie einschließt, welche die Drehachse (22) schneidet, und wobei jede der gegenüberliegenden Flächen (148, 150) in dem zweiten Bereich einen zweiten Winkel β₂ mit der be sagten Linie einschließt, wobei sich der zweite Winkel β₂ von dem ersten Winkel β₁ unterscheidet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8,
bei welcher der Umfangsbereich (302), in welchem die Verbindungskanäle (144) gebildet sind, einen ersten Bereich (300) einschließlich eines Einlasses (142), durch welchen die Luft gegen die ersten Schaufeln (112) ausgestoßen wird, und einen zweiten Bereich außerhalb des ersten Bereichs (302) einschließt,
wobei der Oberflächenbereich (148, 150, 152) des Verbindungskanals (144) über eine Umfangs fläche (152), die von der Öffnung (154) parallel zu der Drehachse (22) und radial nach innen in Richtung auf die Drehachse (22) gekrümmt verläuft, sowie über zwei gegenüberliegende Flächen (148, 150) verfügt, die parallel zu der Drehachse verlaufen und auf gegenüberliegenden Seiten der Umfangsfläche (152) angeordnet sind; und
wobei in dem ersten Bereich (302) jede der gegenüberliegenden Flächen (148, 150) so ausgerichtet ist, dass eine Linie, die von ihrem am weitesten innen liegenden Ende aus nach innen in Richtung der Drehachse verlängert ist, mit einer tangentialen Linie, die von dem am weitesten innen liegenden Ende in einer Drehrichtung des Rotors (102) verlängert ist, einen ersten Winkel β₁ einschließt, und wobei in dem zweiten Bereich jede der gegenüberliegenden Flächen (148, 150) so ausgerichtet ist, dass eine Linie, die von ihrem am weitesten innen liegenden Ende aus nach innen in Richtung der Drehachse verlängert ist, mit einer tangentialen Linie, die von dem am weitesten innen liegenden Ende in einer Drehrichtung des Rotors verlängert ist, einen zweiten Winkel β₂ einschließt, der größer als der erste Winkel β₁ ist.

12. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung, versehen mit:
einem Rotor (102) mit einer ringförmigen Nabe (106), die sich um eine Drehachse (22) des Rotors (102) erstreckt und lösbar ein Schneidwerkzeug (72) in der ringförmigen Nabe (106) hält, wobei die Nabe mit ersten und zweiten Turbinenrädern (108, 122) versehen ist, wobei die ersten und zweiten Turbinenräder (108, 122) mit ersten bzw. zweiten Schaufeln (112, 124) versehen sind, wobei jede der ersten Schaufeln (112) mit einer benachbarten ersten Schaufel (112) dazwischen einen ersten Kanal (120) bestimmt und wobei jede der zweiten Schaufeln (124) mit einer benachbarten zweiten Schaufel (124) dazwischen einen zweiten Kanal (132) bestimmt, wobei jede der zweiten Schaufeln (124) parallel zu der Drehachse (22) verläuft; und
einem Gehäuse (18) zum Aufnehmen des Rotors (102) zwecks einer Drehung um die Drehachse (22), wobei das Gehäuse (18) über Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (120, 132) verfügt, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbin dungskanäle (144) zu den zweiten (132) Kanälen geführt wird, um den Rotor (102) zu drehen.

13. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung, versehen mit:
einem Rotor (102) mit einer ringförmigen Nabe (106), die sich um eine Drehachse (22) des Rotors (102) erstreckt und lösbar ein Schneidwerkzeug (72) in der ringförmigen Nabe (106) hält, wobei die Nabe mit ersten und zweiten Turbinenrädern (108, 122) versehen ist, wobei die ersten und zweiten Turbinenräder (108, 122) mit ersten bzw. zweiten Schaufeln (112, 124) versehen sind, wobei jede der ersten Schaufeln (112) mit einer benachbarten ersten Schaufel (112) dazwischen einen ersten Kanal (120) bestimmt und wobei jede der zweiten Schaufeln (124) mit einer benachbarten zweiten Schaufel (124) dazwischen einen zweiten Kanal (132) bestimmt, wobei die zweiten Turbinenschau feln (124) in einer Stirnfläche der ringförmigen Nabe (106) ausgebildet sind; und
einem Gehäuse (18) zum Aufnehmen des Rotors (102) zwecks einer Drehung um die Drehachse (22), wobei das Gehäuse (18) über Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (120, 132) verfügt, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbin dungskanäle (144) zu den zweiten (132) Kanälen geführt wird, um den Rotor (102) zu drehen.

14. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung, versehen mit:
einem Rotor (102) mit einer ringförmigen Nabe (106), die sich um eine Drehachse (22) des Rotors (102) erstreckt und lösbar ein Schneidwerkzeug (72) in der ringförmigen Nabe (106) hält, wobei die Nabe (106) mit ersten und zweiten Turbinenrädern (108, 122) versehen ist, wobei die ersten und zweiten Turbinenräder (108, 122) mit ersten bzw. zweiten Schaufeln (112, 124) versehen sind, wobei jede der ersten Schaufeln (112) mit einer benachbarten ersten Schaufel (112) dazwischen einen ersten Kanal (120) bestimmt und wobei jede der zweiten Schaufeln (124) mit einer benachbarten zweiten Schaufel (124) dazwischen einen zweiten Kanal (132) bestimmt, wobei die zweiten Turbi nenschaufeln (124) einen dritten Kanal (160) bestimmen, der in Umfangsrichtung um die Drehachse (22) verläuft; und
einem Gehäuse (18) zum Aufnehmen des Rotors (102) zwecks einer Drehung um die Drehachse (22), wobei das Gehäuse (18) über Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und zweiten Kanälen (120, 132) verfügt, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbin dungskanäle (144) zu den zweiten (132) und dann den dritten Kanälen (160) geführt wird, um den Rotor (102) zu drehen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei welcher jeder der zweiten Kanäle (124) an seinem inneren und seinem äußeren Ende offen ist.

16. Luftgetriebene Rotations- und Schneidevorrichtung, versehen mit:
einem Rotor (102) mit einer Drehachse (22), der ein Schneidwerkzeug (72) entlang seiner Drehachse (22) lösbar hält, wobei der Rotor (102) mit ersten und zweiten Turbinenrädern (108, 122) versehen ist, wobei das erste und das zweite Turbinenrad (108, 122) erste bzw. zweite Kanäle (120, 132) aufweisen; und
einem Kopf (14) mit einem Gehäusebereich (18) und einem Kupplungsbereich (16), wobei der Ge häusebereich (18) zur Aufnahme des Rotors (102) zwecks Drehung desselben um die Drehachse (22) ausgebildet ist, wobei der Gehäusebereich (18) über Kanäle (144) für eine Fluidverbindung zwischen den ersten und den zweiten Kanälen (120, 132) versehen ist, so dass Luft von den ersten Kanälen (120) durch die Verbindungskanäle (144) zu den zweiten Kanälen (132) geführt wird, um den Rotor (102) zu drehen, und wobei der Kupplungsbereich (16) über einen Hauptluftzufuhrdurchlass (34) vertilgt, der sich entlang einer Mittelachse (20) des Kupplungsbereichs (16) erstreckt, wobei mit dem Hauptluftzufuhrdurchlass (34) Düsen (42) in Fluidverbindung stehen, so dass von dem Hauptluft zufuhrdurchlass (34) zugeführte Luft in einer Richtung senkrecht zu der Drehachse (22) des Rotors (102) auf das erste Turbinenrad (108) ausgestoßen wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher der Kupplungsbereich (16) des Kopfes (14) ferner einen oder mehrere Zwischendurchlässe (36) für eine Verbindung zwischen dem Hauptluftzufuhrdurchlass (34) und den Düsen (42) aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher die effektive Querschnittsfläche der Zwischendurchlässe (36) größer als die der Düsen (42) ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher jede der Düsen (42) über einen Bereich (52) verfügt, dessen Querschnittsfläche vermindert ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher der verminderte Bereich (52) verjüngt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei welcher die Düsen (42) so angeordnet sind, dass jede der Düsen (42) einen größeren Winkel mit der Mittelachse (20) des Kupplungsbereichs (16) einschließt als eine andere Düse (42), die stromab mit Bezug auf die Drehrichtung (44) des Rotors (102) angeordnet ist.