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Die
Erfindung betrifft einen Lufscaler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches
1. Ein solcher Luftscaler ist aus der
DE 100 39 198 A1 bekannt.
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Derartige
Luftscaler werden in der Dentalmedizin primär zur Entfernung von Zahnstein,
Plaque und Belägen
aber auch zur spanabhebenden Bearbeitung von Zahnsubstanz verwendet.
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Die
DE 100 39 198 A1 beschreibt
ein dentalmedizinisches Behandlungsinstrument mit einem Schwingstab,
der elastisch in einer Griffhülse
gelagert ist. Der Schwingstab hat einen aus einer Mantelfläche radial
vorstehenden Knebel, an dem beidseitig je ein O-Ring mit einer in
Axialrichtung weisenden Kontaktfläche abgestützt ist. In der entgegengesetzten
Axialrichtung sind die O-Ringe an einer Einsatzhülse abgestützt und zwar in toroidförmigen Ausnehmungen.
Zur Abstützung
des Schwingstabes in radialer Richtung sind zusätzliche Stützringe vorgesehen, die sich
an dem Einsatzteil und einem Dämpfungskörper beziehungsweise
dem Einsatzteil und dem Schwingstab abstützen.
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Es
gibt Scaler, die einen Ultraschallgenerator aufweisen und durch
ihn in Vibrationen versetzt werden, die somit auf Ultraschallbasis
arbeiten, wobei die Scalerspitze in entsprechend hochfrequente Schwingungen
versetzt wird. Weiters gibt es Scaler, die mit einer deutlich niederen
Frequenz schwingen. Sie bestehen im wesentlichen aus einer Griffhülse in deren
rückwärtigen Bereich
ein Anschluß zu
einer Versorgungseinheit zumindest die Versorgung mit Druckluft
ermöglicht
und einer axial verlaufenden Schwingachse, in deren vorderen Endbereich
mittels einer Werkzeugkupplung ein Werkzeug eingespannt werden kann.
Die dem Luftscaler zugeführte
Druckluft versetzt die Schwingachse in Vibration, mit einer Frequenz
im Schallbereich, die auf das Werkzeug übertragen wird.
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Es
bestehen grundsätzlich
verschiedene Möglichkeiten,
die Achse mittels Druckluft zum Schwingen anzuregen. Bei einer häufig angewendeten
Ausführungsform
wird die Druckluft durch den rückwärtigen Teil
der hohlen Schwingachse geführt, tritt
von dort durch Bohrungen aus und trifft auf eine mit geringem Spiel
auf der Achse sitzende Schwinghülse,
die dadurch in Rotation versetzt wird, was zu den gewünschten
Vibrationen der Schwingachse führt.
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Einen
zentralen Aspekt für
die Konstruktion von Luftscalern stellt die Lagerung der Schwingachse
dar, die einerseits die gewünschten
Vibrationen möglichst
effektiv, verlustfrei und geräuscharm
auf das Werkzeug übertragen
soll, andererseits jedoch gut fixiert sein muß, um während des Betriebs des Gerätes und
auch bei einem Werkzeugwechsel und den dabei auftretenden hohen
Kräften,
die notwendig sind um das Werkzeug fest und sicher in die Werkzeugkupplung
einzuspannen (üblicherweise
durch Verschraubung), in der gewünschten
Position zu bleiben bzw. in ihre ursprüngliche Ruhelage zurückzukehren.
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Um
dies zu gewährleisten
wird die Achse sowohl radial als auch axial gelagert: Radial erfolgt
dies an mindestens zwei Punkten durch O-Ringe oder geeignete Aufnahmen
(meist aus Kunststoff), axial durch zwei Fortsätze (Knebel), die von der Schwingachse
radial abstehen und durch die Öffnungen
einer sie umgebenden Hülse
ragen. Die Hülse
wieder um ist an weiteren Bauteilen des Luftscalers befestigt, so daß durch
diese Lagerung das Verdrehen und das axiale Ausziehen der Achse
verhindert werden. Auf beide Knebel wird jeweils ein O-Ring aufgesetzt,
um direkten Kontakt zwischen der Hülse und dem Knebel zu unterbinden.
Dabei berührt
der O-Ring den Knebel „innen", die (bezüglich des
Knebels unbewegliche) Mantelfläche
der Schwingachse „unten", die Hülse „außen" und „oben"; dabei ist „innen" bzw. „außen" auf den O-Ring, „oben" bzw. „unten" auf den nach „oben" abstehenden Knebel,
der „unten" in der Schwingachse
fußt und
aus deren Mantelfläche
ragt, bezogen.
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Nachteilig
bei diesem Aufbau der Lagerung ist, daß es während des Betriebs durch die
Schwingung der Schwingachse zwangsläufig zu einer Relativbewegung
zwischen der Schwingachse bzw. der Hülse und den auf den Knebeln
sitzenden O-Ringen kommt, die zu einer starken Erwärmung und
Abnutzung der O-Ringe führt.
Dadurch ist eine ordnungsgemäße Lagerung
nicht mehr sicher gestellt und es werden regelmäßige, aufwendige Wechsel der O-Ringe
notwendig. Weiters kommt es beim Werkzeugtausch durch das Verschrauben
zu einer Verdrehung der Achse, die auf die O-Ringe eine starke Quetschung
und Abnutzung ausübt.
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Bei
einem bekannten, am Markt befindlichen Luftscaler wird versucht,
dieses Problem dadurch zu lösen,
daß die
Knebel in einen Schwingungsknoten der Achse gelegt werden, um so
die Relativbewegung zwischen Achse und O-Ring zu vermeiden. Weiters
wird zur Vermeidung von quasi punktförmigen Kontakten zwischen der
Mantelfläche
der Achse und dem O-Ring die Mantelfläche im Kontaktbereich abgeplattet.
Dies führt
jedoch nur zu einer geringen Verbesserung, da die Ausdehnung des
Knebels und des O-Rings deutlich größer ist als der punktförmige Schwingungsknoten
und dadurch außerdem
die Notwendigkeit besteht, den O-Ring der radialen Lagerung außerhalb
des Schwingungsknotens anzubringen, so daß daraus wiederum Leistungsverluste
und verstärkte
Abnutzung dieses O-Rings resultieren.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Lagerung
anzugeben, die einfach aufgebaut, langlebig und einfach zu warten
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Der Erfindung liegt somit der Gedanke zu Grunde, jeden Kontakt zwischen
dem O-Ring und der Mantelfläche
der Schwingachse zu vermeiden.
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Es
wird somit der „untere" Kontakt des O-Ringes
(der im Stand der Technik immer auf der Mantelfläche der Schwingachse lag) geändert, beispielsweise
durch eine mit der Griffhülse
verbundene, ringförmige,
Schale, durch die der Knebel berührungsfrei
ragt und die als Kontakt zwischen O-Ring und Gehäuse ausgebildet ist. Der O-Ring
kontaktiert die Schwingachse dann nur indirekt, nämlich über die Knebel.
Durch die Schaffung eines ringförmigen,
gehäusefesten, „unteren" Sitzes für den O-Ring
wird dessen Beanspruchung drastisch verringert und so seine Lebensdauer
stark erhöht.
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Im
Sinne der Erfindung wird unter der in der Folge beschriebenen vierfachen
Kontaktierung die eingangs genannte Einbausituation des O-Ringes verstanden,
die natürlich
auch Situationen umfaßt, bei
denen durch Oberflächengestaltung
zwei oder mehr dieser Sitze zu einem Sitz vereint werden oder bei
denen durch das Vorsehen von Unterbrechungen einer oder mehrere
dieser Sitze in Mehrfachsitze unterteilt werden. Analoges gilt für die Verwendung
von Ringen mit quadratischem oder polygonalen Querschnitt.
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Auf
diese Weise werden überraschenderweise
alle Abnutzungs- und Abriebprobleme beseitigt. Es wird angenommen,
dass für
die im Stand der Technik auftretenden großen Abnutzungserscheinungen
neben den oben genannten der jeweils doppelte Kontakt des O-Rings
einerseits mit dem Knebel und anderseits mit der zylindrischen Oberfläche der Schwingachse
verantwortlich ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist der O-Ring dreifach
mit dem einen Teil und einfach mit dem anderen Teil in Kontakt,
damit wird ein Sitz geschaffen, der die dynamischen Vorgaben bestmöglich und
mit hoher Lebensdauer erfüllt.
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Eine
erste Variante dieser Ausgestaltung ist, wie oben erwähnt, dadurch
gekennzeichnet, dass die Knebel durch Löcher in Halbschalen ragen,
wobei die Löcher
zwei axiale Bereiche aufweisen, einen ersten, näher zur Rohrachse gelegenen
Bereich mit geringem Durchmesser und einen zweiten, weiter ab von der
Rohrachse liegenden Bereich, mit größerem Durchmesser und daß im Bereich
mit größerem Durchmesser
ein O-Ring vorgesehen ist, der mit seinem inneren Bereich den Halteknebel
kontaktiert und mit seinem äußeren Bereich
die Innenwand der Bohrung. Dabei kontaktiert jeder O-Ring mit seiner
oberen Kontaktfläche
einen Teil der Griffhülse,
die ja im Betrieb unbeweglich bezüglich der Halbschalen ist.
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In
einer zweiten Variante, die im wesentlichen einer kinematisch-dynamischen
Umkehr der ersten Variante entspricht, weist jeder Knebel eine Ringnut
auf, in der der O-Ring mit drei Kontaktflächen sitzt, der einzige Kontakt
mit der Griffhülse
besteht auf der Außenseite
mit einer Halbschale, die ja kinematisch der Griffhülse zuzurechnen
ist.
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Die
Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt
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die 1 einen
Schnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Instrument,
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die 2 den
Bereich II der 1 in vergrößertem Maßstab,
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die 3 eine
Lagerschale und
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die 4 eine
Variante der Erfindung.
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In 1 ist
ein in seiner Gesamtheit mit 1 bezeichneter erfindungsgemäßer Luftscaler
im Schnitt dargestellt. Dieser Luftscaler 1 weist in seinem
vorderen Bereich 2 eine Schwingachse 3 auf, die
mit ihrem einen Ende auf die oben allgemein beschriebene Weise im
Handstückteil 4 des
Luftscalers 1 gelagert ist. An ihrem anderen, freien oder
vorderen, Ende trägt
die Schwingachse 3 eine Werkzeugaufnahme 5 und
im Bereich dazwischen, eine die Vibrationen induzierende Hülse 6.
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Der
für die
Erfindung bedeutsame Bereich II ist in 2 in stark
vergrößertem Maßstab dargestellt.
Man erkennt auf der rechten Seite das vordere Ende des Handstückteils 4 und,
darin gelagert, die Schwingachse 3, die in Ruhelage, mit
ihrer Achse 7 fluchtend mit der Handstückachse, dargestellt ist.
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In
der Schwingachse 3 strömt
Luft, die vom Handstück 4 kommt,
um im Bereich der Hülse 6 (1)
radial auszutreten und die Hülse 6 in
Rotation zu versetzen. Um im Bereich der Lagerung der Schwingachse 3 einen
Luftaustritt zwischen dem Handstückteil 4 und
der Schwingachse 3 zu verhindern, ist ein O-Ring 8 vorgesehen,
der die Schwingachse 3 entlang ihres äußeren Umfanges kontaktiert und
abdichtet. Der O-Ring 8 ist handstückseitig in einer Aufsatzhülse 9 gelagert,
die mit dem Handstückteil 4 durch
eine Schraubverbindung verbunden ist. Selbstverständlich kann
auch eine andere Form der Verbindung gewählt werden.
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Von
der Schwingachse 3 ragen zwei Knebel 10 radial
nach außen.
Sie weisen kreiszylindrischen Querschnitt auf und stellen somit
zylindrische Bereiche dar, deren gemeinsame Achse 11 die
Achse 7 im rechten Winkel schneidet. Jeder dieser Knebel 10 ragt
durch eine Öffnung 12 (3)
einer Halteschale 13. Die Öffnung 12 der Halteschale 13 weist
einen radial, bezogen auf die Rohrachse 7, inneren Bereich 12' auf, in dem
der Durchmesser der Öffnung 12 kleiner
ist als in einem radial bezüglich
der Rohrachse 7 äußeren Bereich 12'', in dem der Durchmesser der Öffnung 12 größer ist
als im radial inneren Bereich. Durch diese Durchmesserveränderung
wird eine Schulter 14 ausgebildet, die als Sitz für einen
O-Ring 15 dient,
der mit seinem innersten Bereich mit dem Knebel 10 und
mit seinem äußeren Bereich
mit der zylindrischen Wandfläche
des äußeren Bereiches 12' der Öffnung 12 in
Kontakt steht.
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Die
mit der Griffhülse 4 im
Betrieb fest verbundene Aufsatzhülse 9 dient
mit ihrer inneren Mantelfläche 16 als
Halterung und Fixierung für
die beiden O-Ringe 15, durch die leichte Abnehmbarkeit
der Aufsatzhülse 9 vom
Handstückteil 4 ist
eine Kontrolle und gegebenenfalls ein Austausch der O-Ringe 15 jederzeit
leicht möglich.
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Die
O-Ringe kontaktieren somit die Griffhülse 4 dreifach, nämlich zweimal
die Halteschale 13 und einmal die Aufsatzhülse 9 und
den Knebel einmal, nämlich
nur mit der inneren Kontaktfläche
am zylindrischen Außenmantel
des Knebels 10.
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Dieser
Aufbau ermöglicht
es auch, die Halteschale 13 geteilt auszubilden, wobei
jede der beiden Schalenhälften
im wesentlichen Wannenform aufweist und unabhängig von der anderen Schalenhälfte passend
um und über
den Knebel 10 bzw. das Rohr 3 aufgesetzt und mit
dem zugeordneten O-Ring 15 bis zur Endmontage provisorisch
fixiert werden kann.
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Es
können
in den Stirnflächen
(zumindest in einer der Stirnflächen
einer der Schalenhälften)
Vorsprünge
oder Ausnehmungen vorgesehen sein, die mit entsprechenden Ausnehmungen
bzw. Vorsprüngen
der Aufsatzhülse 9 oder
der Stirnfläche
des Handstückteils 4 korrespondieren,
um die Halteschalen 13 und damit die Schwingachse 3 gegen
unerwünschte
(makroskopische) Verdrehungen zu sichern.
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Wenn
man die erfindungsgemäß erreichte Lagerung
der Schwingachse 3 bezüglich
des Handstückes 4 betrachtet,
so erkennt man, daß im
Rahmen der Deformierbarkeit der O-Ringe 15 eine nahezu
sphärische
Aufhängung
um den Schnittpunkt der Achsen 7 und 11 erreicht
wird und daß diese
Aufhängung
auch die gewünschte
Vibration in Richtung der Rohrachse 7 mit geringer Amplitude
und eine Schwenkbewegung um die Rohrachse 7 zuläßt; und all
dies, ohne dass die O-Ringe 15 die Schwingachse 3 kontaktieren
(die Knebel 10 werden dabei als eigene Teile angesehen,
auch wenn sie einstückig
mit der Schwingachse ausgebildet sind).
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Die
Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern
kann verschiedentlich abgewandelt werden. So muß die Schulter 14,
die ja für
den O-Ring 15 wie ein Boden wirkt, nicht die Form eines
Kreisringes haben, sondern kann jede Form aufweisen die sicherstellt,
dass der O-Ring 15 nicht in Kontakt mit der zylindrischen Oberfläche der
eigentlichen Schwingachse 3 kommt.
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In 4 ist
eine Variante der Erfindung dargestellt, bei der der O-Ring 15 den
Knebel 10, somit den bezüglich der Griffhülse 4 beweglichen
Teil, dreifach kontaktiert, nämlich
entlang dreier kreisförmiger Kontaktzonen 17, 18 und 19,
die durch die Wände
einer Ringnut 21 des Knebels 10 gebildet werden,
den griffhülsenseitigen
Teil aber nur entlang der Kontaktzone 20. Dabei ist der
eigentlich kontaktierte Teil wiederum eine Halbschale 13,
die, anders als bei der Ausführungsform
gemäß der 1,
eine glatte, zylindrische Ausnehmung 12 besitzt.