DE102004019236B4 - Dental hand instrument with a bearing having ceramic components - Google Patents
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Abstract
Zahnärztliches Handinstrument (1, 3) mit mindestens einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager, wobei das Wälzlager mehrere Wälzkörper aufweist, die mittels eines Käfigs (12) geführt sind, wobei der Käfig (12) zumindest im Bereich von Führungsflächen (12.1–12.3) aus Keramik oder Glaskeramik besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (12) Sollbruchstellen für eine zerstörende Demontage aufweist.Dental hand instrument (1, 3) with at least one ceramic bearing roller bearing, the roller bearing having a plurality of rolling elements which are guided by means of a cage (12), the cage (12) at least in the region of guide surfaces (12.1-12.3) made of ceramic or glass ceramic, characterized in that the cage (12) has predetermined breaking points for destructive dismantling.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein zahnärztliches Handinstrument mit einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager. Bei derartigen Wälzlagern sind mehrere Wälzkörper vorhanden, die mittels eines Käfigs geführt und zueinander auf Abstand gehalten sind.The invention relates to a dental hand instrument with a ceramic components having rolling bearings. In such bearings a plurality of rolling elements are present, which are guided by means of a cage and held each other at a distance.
Stand der TechnikState of the art
Käfige aus Kunststoff nach dem Stand der Technik haben zwar eine Lebensdauer, die bei 2.000 bis 5.000 Sterilisationszyklen liegt, weisen aber schlechte Notlaufeigenschaften auf. Darüber hinaus begrenzt die Temperaturbeständigkeit der Käfigmaterialien aus Kunststoff das Sterilisationsverfahren auf die Wasserdampfsterilisation bei üblichen Temperaturen von 134°C bzw. bei einer Heissluftsterilisation bis 180°C.Although plastic cages according to the prior art have a life span of 2,000 to 5,000 sterilization cycles, they have poor emergency running properties. In addition, the temperature resistance of the plastic cage materials limits the sterilization process to steam sterilization at usual temperatures of 134 ° C or hot air sterilization up to 180 ° C.
Der Ausfall typischer bekannter Käfige aus Kunststoff lässt sich auf lokale Temperaturerhöhungen durch Reibung zurückführen, die den Käfig schädigen, in dem Partikel abgelöst oder abgeschmolzen werden, wodurch unter anderem Anlagerungen an die Wälzkörper entstehen können, die den weiteren Verschleiß begünstigen.The failure of typical known cages made of plastic can be attributed to local temperature increases due to friction, which damage the cage, are detached or melted in the particles, which may occur among other deposits on the rolling elements, which favor further wear.
Aus der
Aus der
Aus der
Das grundsätzliche Problem bei käfiglosen Wälzlagern besteht darin, dass im Kontaktbereich zwischen zwei Wälzkörpern aufgrund der unterschiedlichen Richtungskomponenten der sich berührenden Wälzkörper die doppelten Geschwindigkeiten erreicht werden und damit eine besondere Anfälligkeit für Verschleiß vorliegt.The fundamental problem with cageless roller bearings is that in the contact area between two rolling elements due to the different directional components of the contacting rolling elements twice the speeds are achieved and thus there is a particular susceptibility to wear.
Die
Aus der
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Lebensdauer eines Wälzlagers eines zahnärztliches Handinstrumentes weiter zu verbessern. Darüber hinaus soll insbesondere die Sterilisierbarkeit des Wälzlagers berücksichtigt werden und ebenso die Problematik der Schmierung des Wälzlagers.The object of the invention is to improve the life of a rolling bearing of a dental hand instrument on. In addition, in particular the sterilizability of the bearing should be considered and also the problem of lubrication of the bearing.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
Erfindungsgemäß ist ein zahnärztliches Handinstrument mit mindestens einem keramische Bauelemente aufweisenden Wälzlager mit mehreren, mittels eines Käfigs geführter Wälzkörpern, wobei der Käfig zumindest im Bereich von Führungsflächen aus Keramik besteht. Der Käfig weist Sollbruchstellen auf, die eine Demontage erleichtern.According to the invention, a dental hand instrument with at least one ceramic bearing having rolling elements with a plurality, guided by a cage rolling elements, wherein the cage is at least in the range of guide surfaces made of ceramic. The cage has predetermined breaking points, which facilitate disassembly.
Keramik ist typischerweise bruchempfindlich und kann zur Demontage leicht zerstört werden. Gegenüber den bislang verwendeten typischen Käfigen aus Kunststoff ist weiterhin die Temperaturbeständigkeit erhöht und der Verschleiß reduziert, insbesondere dann, wenn Mangelschmierung vorliegt oder auf eine Schmierung insgesamt verzichtet wird. Die Führung des Käfigs kann am Innenring oder am Außenring oder durch die Wälzkörper erfolgen.Ceramic is typically fragile and can be easily destroyed for disassembly. Compared with the typical cages made of plastic used so far, the temperature resistance is further increased and the wear is reduced, in particular when lack of lubrication is present or lubrication altogether is dispensed with. The leadership of the cage can be done on the inner ring or on the outer ring or by the rolling elements.
Durch die Verwendung von auf den Anwendungsfall angepasster Keramik ist es insbesondere auch möglich, gute Gleiteigenschaften bereit zu stellen und die Reibung zu reduzieren. Insbesondere in der Materialpaarung Keramik/Stahl für Käfig/Kugel bzw. Käfig/Lagerring führt das gute Reibungsverhalten zu einem stark reduzierten Verschleiß im Bereich der Käfigführung, aber auch im Bereich der Kugelführung innerhalb des Käfigs.By using adapted to the application of ceramics, it is also possible in particular to provide good sliding properties and reduce friction. Especially in the material combination ceramic / steel cage / ball or cage / bearing ring, the good friction behavior leads to a greatly reduced wear in the cage guide, but also in the ball guide within the cage.
Die Verwendung eines Käfigs, der vollständig aus Keramik besteht, hat darüber hinaus den Vorteil, dass bei Verwendung der Wälzlager innerhalb eines Magnetfeldes keine durch den Käfig hervorgerufenen Wirbelstromverluste entstehen, wie dies etwa bei Metallkäfigen der Fall wäre. Insofern werden hier die positiven Eigenschaften eines Kunststoffkäfigs vollständig erreicht. Zudem kann die Herstellung derartiger Käfige einfacher sein.The use of a cage, which is made entirely of ceramic, also has the advantage that when using the bearings within a Magnetic field caused by the cage eddy current losses, as would be the case with metal cages. In this respect, the positive properties of a plastic cage are completely achieved here. In addition, the production of such cages can be simpler.
Ein weiterer Vorteil ist die Sterilisationsbeständigkeit von Keramik. Keramik ist unter den gegebenen Sterilisationsbedingungen weitestgehend chemisch inert und den mechanischen Beanspruchungen durch Dampf und Hitze gewachsen.Another advantage is the sterilization resistance of ceramics. Ceramic is largely chemically inert under the given sterilization conditions and has cope with the mechanical stresses caused by steam and heat.
Vorteilhafterweise wird eine Keramik verwendet, deren Dichte geringer ist als die von Metall, und hier insbesondere von Stahl. Nicht nur die Dichte geht in die Berechnung des Massenträgheitsmoments ein, sondern die geometrische Ausbildung der Käfigkonstruktion hat ebenfalls einen Einfluss. Lässt sich das Bauvolumen verringern, kann dies entscheidende Vorteile haben. So werden die dynamischen Eigenschaften beim Beschleunigen und Abbremsen verbessert.Advantageously, a ceramic is used whose density is lower than that of metal, and in particular of steel. Not only the density is included in the calculation of the mass moment of inertia, but the geometric design of the cage construction also has an influence. If the volume of construction can be reduced, this can have decisive advantages. This improves the dynamic properties during acceleration and deceleration.
Ist eine elektrische Isolierung mittels des Wälzlagers angestrebt, wozu beispielsweise gemäß dem Stand der Technik die Wälzkörper oder die Laufringe oder alles zusammen aus Keramik ausgeführt sein kann, lässt sich bei der Verwendung eines Keramikkäfigs gegenüber einem Metallkäfig die Luft- und Kriechstrecke vergrößern. Mit Kohlenstoff verstärkte Kunststoffkäfige haben hingegen den Nachteil, dass sie keine so guten Isolierungseigenschaften aufweisen.If an electrical insulation by means of the rolling bearing is desired, for which purpose the rolling elements or the races or all together can be made of ceramic, for example, the air gap and creepage distance can be increased when using a ceramic cage compared to a metal cage. On the other hand, carbon-reinforced plastic cages have the disadvantage that they do not have such good insulating properties.
Auch bei Belastung weist die Keramik einen Elastizitätsmodul auf, der zumindest dem von Stahl entspricht, in der Regel jedoch sogar noch höher liegt.Even under load, the ceramic has a modulus of elasticity which at least corresponds to that of steel, but is usually even higher.
Vorteilhafterweise ist das zahnärztliche Handinstrument mit einem Käfig ausgestattet, dessen keramische Beschichtung oder Käfigmaterial aus Siliziumnitrid (Si3N4) besteht. Silizumnitrid erweist sich hinsichtlich seiner physikalischen und chemischen Eigenschaften für den Einsatz im zahnärtlichen Umfeld als besonders geeignet.Advantageously, the dental hand instrument is equipped with a cage whose ceramic coating or cage material consists of silicon nitride (Si 3 N 4 ). Silicon nitride proves to be particularly suitable for use in the dental environment in terms of its physical and chemical properties.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die verwendete Keramik zumindest an der Oberfläche des Käfigs im Bereich der Führungsflächen porös, um Schmierstoff aufzunehmen. Dieser Schmierstoff wird im Betrieb abgegeben und beugt einer Mangelschmierung vor.According to an advantageous development, the ceramic used is porous at least on the surface of the cage in the region of the guide surfaces to receive lubricant. This lubricant is released during operation and prevents deficient lubrication.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Käfig zumindest im Bereich der Führungsflächen mit einer Beschichtung versehen, die härter als unerwünschte Fremdteile wie z. B. metallische Partikel oder Kohlepartikel des antreibenden Elektromotors ausgebildet ist, so dass eine Anlagerung der Partikel an die Führungsfläche vermieden werden kann und es aufgrund der Härte der Keramik nicht zu einer Einlagerung in die Oberfläche kommt. Es kann sich hier also insgesamt um eine einlagige oder mehrlagige Beschichtung handeln. Die metallischen Partikel können beispielsweise durch Abrieb freigesetzt werden.According to an advantageous development of the cage is provided at least in the region of the guide surfaces with a coating harder than unwanted foreign parts such. B. metallic particles or carbon particles of the driving electric motor is formed so that an attachment of the particles to the guide surface can be avoided and it does not come to an embedding in the surface due to the hardness of the ceramic. It may therefore be a total of a single-layer or multi-layer coating here. The metallic particles can be released, for example, by abrasion.
Die Verwendung von Käfigen, die keramische Komponenten beinhalten, hat darüber hinaus den Vorteil, dass die Wärmeausdehnung der Keramik durch geschickte Wahl der Werkstoffzusammensetzung so beeinflusst werden kann, dass sich die Führungsspalte der Wälzlager und der Käfigführung bei Wärmeänderungen in gewünschter Weise verändern bzw. konstant bleiben, dass also insbesondere der Spalt nicht zu groß, aber auch nicht zu klein wird.The use of cages containing ceramic components has the further advantage that the thermal expansion of the ceramic can be influenced by skillful choice of material composition so that the guide gaps of the bearings and the cage guide change as desired in heat changes or remain constant in that, in particular, the gap is not too large, but not too small.
Vorteilhafterweise weist der Käfig weitere Bohrungen auf, die nicht zur Führung der Wälzkörper dienen. Derartige Bohrungen tragen zu einer Gewichtsreduktion und zu einer Verringerung der Massenträgheit bei.Advantageously, the cage has further holes, which do not serve to guide the rolling elements. Such holes contribute to a weight reduction and a reduction in inertia.
Vorteilhafterweise kann der Käfig mit einem oder mehreren nichtkeramischen Ringen verstärkt werden, um den Fliehkräften entgegen zu wirken. Dies ist insbesondere bei einem vollkeramischen Käfig von Vorteil. Die Ringe können an dem Außenumfang des Käfigs angeordnet sein. Die Verstärkungsringe sind in diesem Fall bevorzugt aus Metall gefertigt.Advantageously, the cage can be reinforced with one or more non-ceramic rings to counteract the centrifugal forces. This is particularly advantageous for a full ceramic cage. The rings can be arranged on the outer circumference of the cage. The reinforcing rings are preferably made of metal in this case.
Darüber hinaus kann es sinnvoll sein, wenn die Verstärkungsringe unter Vorspannung stehen, so dass sichergestellt ist, dass der Käfig stets einer Druckspannung ausgesetzt ist, auch bei hohen Drehzahlen.In addition, it may be useful if the reinforcing rings are under prestress, so that it is ensured that the cage is always exposed to a compressive stress, even at high speeds.
Vorteilhafterweise ist das zahnärztliche Handinstrument mit einer Turbine angetrieben und das Wälzlager ist mit mindestens 200.000 U/min (3.333 1/s) betreibbar. Dadurch kann ein zahnärztliches Handinstrument mit einem keramische Bauelemente aufweisenden Lager an bestehenden Behandlungsplätzen eingesetzt werden, die Druckluft bereit stellen.Advantageously, the dental hand instrument is powered by a turbine and the rolling bearing is operable at at least 200,000 rpm (3333 1 / s). As a result, a dental hand instrument can be used with existing ceramic bearing bearing at existing treatment stations that provide compressed air.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung des zahnärztlichen Handinstruments besteht darin, dass das Handinstrument zum Antrieb einen elektrischen Motor aufweist und das Wälzlager im Bereich des Motors angeordnet ist und mit Umdrehungen bis zu 50.000 U/min (833 1/s) betreibbar ist. Dies ermöglicht den Betrieb eines zahnärztlichen Handinstruments, wenn ein turbinenbetriebenes Handinstrument nicht betrieben werden kann oder nicht erwünscht ist.Another advantageous embodiment of the dental hand instrument is that the hand instrument for driving has an electric motor and the rolling bearing is arranged in the region of the motor and with revolutions up to 50,000 rev / min (833 1 / s) is operable. This allows the operation of a dental hand instrument when a turbine-operated hand instrument can not operate or is undesirable.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Wälzlager zur Lagerung der Antriebswellen dient. Hier kommen seine Vorzüge gegenüber herkömmlichen Wälzlagern zum Tragen.It is particularly advantageous if the rolling bearing serves to support the drive shafts. Here Its advantages compared to conventional bearings come to fruition.
Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt die:In the drawings, embodiments of the invention are shown. It shows the:
Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention
Die
Die
Die
Die
Die
Die
Die Reibwerte der Reibpartner des Wälzlagers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- zahnärztliches Handinstrument mit TurbinenantriebDental hand instrument with turbine drive
- 22
- Kopfteilheadboard
- 33
- zahnärztliches Handinstrument mit ElektromotorenantriebDental hand instrument with electric motor drive
- 44
- Wälzlagerroller bearing
- 55
- Wälzkörper, ausgebildet als KugelRolling element, designed as a ball
- 66
- Innenringinner ring
- 77
- Aussenringouter ring
- 88th
- KäfigCage
- 8.18.1
- seitliche Führungsflächenlateral guide surfaces
- 8.28.2
- radiale Führungsflächeradial guide surface
- 8.38.3
- Führungsfläche in UmfangsrichtungGuide surface in the circumferential direction
- 99
- keramische Beschichtung (zum Innenring weisend)ceramic coating (facing the inner ring)
- 1010
- keramische Beschichtung (zum Wälzkörper weisend)ceramic coating (facing the rolling element)
- 1111
- Wellewave
- 1212
- KäfigCage
- 12.112.1
- seitliche Führungsflächenlateral guide surfaces
- 12.212.2
- radiale Führungsflächeradial guide surface
- 12.312.3
- Führungsfläche in UmfangsrichtungGuide surface in the circumferential direction
- 1313
- Wälzkörperführungrolling body
- 1414
- SollbruchstelleBreaking point
- 14'14 '
- Bohrungdrilling
- 1515
- Verstärkungsringreinforcement ring
- 1616
- Grundmaterial des KäfigsBase material of the cage
- 1717
- Porepore
Claims (11)
Priority Applications (4)
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