DE1066319B

DE1066319B - I Zahnärztliches Bohrinstrument

Info

Publication number: DE1066319B
Application number: DENDAT1066319D
Authority: DE
Inventors: Richard W Page Chappaqua N Y Dr (V St A
Original assignee: Chayes Dental Instrument Corporation New York NY (V St A)
Priority date: 1955-09-13
Publication date: 1961-10-12
Also published as: NL210600A; CH344177A; US2917828A; NL103534C; FR1158033A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 066 ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG DEK ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:

DBP 1066 319 kl. 30 b 2/02

INTERNAT. KL. A 61 C 13. SEPTEMBER 1956

1.0 KTO B ER 1959

2. NOVEMBER 1961

WEICHT AB VON

AUSLEGESCHRIFT

Die Erfindung bezieht sich auf Bohrmaschinen für zahnärztliche Zwecke, und sie betrifft insbesondere derartige Bohrmaschinen, die mit hoher Drehzahl arbeiten.

Bei den bisher gebräuchlichen Bohreinrichtungen für zahnärztliche Zwecke ist ein vergleichsweise langsam umlaufender Bohrer vorgesehen; bei diesen Einrichtungen kann man eine Bohrerdrehzahl von 16 000 als typisch bezeichnen; die Kraftübertragung zu der Handhabe des Bohrers erfolgt gewöhnlich über Riemen und Riemenscheiben, während die innenliegende Antriebsverbindung zu dem eigentlichen Bohrer als Zahnradgetriebe ausgebildet ist. Bei Antrieben der vorstehend bezeichneten Art sind der erreichbaren Drehzahl ziemlich enge Grenzen gesetzt. Seit einigen Jahren, d. h. seit der Einführung von Hartmetall- und Diamantbohrern sowie seit der Entwicklung von Luft- und Wasserzuführungssystemen zur Verwendung in Verbindung mit derartigen Bohrern, besteht ein Bedarf nach einer zahnärztlichen Bohrmaschine, die mit sehr hoher Drehzahl arbeitet.

Um hohe Drehzahlen zu erreichen, geht die Erfindung von einem zahnärztlichen Bohrinstrument aus, bei dem der Antrieb des den Bohrer aufnehmenden Futters von einem Arm der Maschine aus erfolgt, und verwendet zum Antrieb des Bohrers, wie dies an sich bekannt ist, einen Riemen, trifft die Anordnung gegenüber bekannten Instrumenten aber so, daß die Antriebsscheibe des Riementriebs um eine zur Achse des Bohrinstruments im wesentlichen parallele Achse umläuft und einen größeren Durchmesser als die mit dem Bohrfutter verbundene angetriebene Riemenscheibe hat. Dabei sind die Achsen der den Riemen von und zu der Antriebsriemenscheibe führenden Umlenkrollen in einem solchen Winkel zueinander angeordnet, daß der Umschlingungswinkel zwischen dem Riemen und der Antriebsscheibe mehr als 180° beträgt. Mit einer derartigen Ausbildung gelingt es, außerordentlich hohe Bohrdrehzahlen zu erreichen, ohne daß ein übermäßig starker Schlupf auftritt; denn die vorgesehene Stellung der Antriebsscheibe ermöglicht die Anwendung eines großen Übersetzungsverhältnisses, und der große Umschlingungswinkel gewährleistet die zuverlässige Mitnahme des Riemens.

Bei dem Arbeiten mit hohen Drehzahlen ist es von Bedeutung, daß die Lager des Bohrfutters gegen das Eindringen von Fremdkörpern geschützt werden. Aus diesem Grunde kann erfindungsgemäß das die Lagerung des Bohrfutters enthaltende Gehäuse an eine Druckluftleitung angeschlossen sein. Die bei einer solchen Anordnung aus undichten Stellen austretende Druckluft verhindert das Eindringen von Fremdkörpern in das Gehäuse in wirksamster Weise.

Es wird festgestellt, daß mit einer Druckluftturbine Zahnärztliches Bohrinstrument

Patentiert für:

Chayes Dental Instrument Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. September 1955

Dr. Richard W. Page, Chappaqua, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

betriebene Handschleifmaschinen bekannt sind, bei denen die oder ein'Teil der die Druckluftturbine verlassenden Luft entlang der Schleifspindel strömt und in der Nähe des vorderen Lagers aus dem Schleifmaschinengehäuse austritt und damit zwangläufig auch das Eindringen von Wasser und Fremdkörpern zu den Lagern der Schleifspindel verhindert.

Es kann eine auf den Luftdruck ansprechende Einrichtung vorgesehen werden, die beim Absperren der Luftzufuhr im Sinne der Unterbrechung des Antriebs wirksam wird.

Es ist bereits eine turbinengetriebene: Handschleifbzw. Bohrmaschine bekannt, bei der eine Einrichtung vorgesehen ist, mit welcher beim Abstellen des Luftzutritts zur Antriebsturbine der Turbinenläufer abgebremst wird.

Damit wenig Luft durch den Wellenspalt zwischen Bohrfutter und Gehäuse verlorengeht, soll der Durchmesser des Spaltes möglichst gering sein. Hierzu ist es zweckmäßig, das innerhalb des Gehäuses angeordnete Bohrfutter, wie für zahnärztliche Bohrinstrumente bekannt, mit einer zum Halten des Bohrers dienenden Auskleidung aus nachgiebigem Material zu versehen. Bei dieser Ausbildung hat das Bohrfutter eine ununterbrochene zylindrische Außenfläche von kleinstmöglicheni Durchmesser. Gleichzeitig wird ein anderer Vorteil erhalten.

Die im allgemeinen unvermeidlichen geringen Abweichungen des Bohrers von der zentralen Lage führen bei Verwendung einer solchen Auskleidung unter der Einwirkung der Fliehkraft zu einer erheblichen Exzentrizität, und eine solche hat den Vorteil, daß der Bohrer bei jeder Umdrehung nur einmal, also nur mit einem seiner Zähne, zur Wirkung kommt, so daß die erforderliche Antriebsleistung gering ist und die Übertragung der Leistung möglich ist, obwohl die mit

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dem Bohrfutter verbundene Riemenscheibe nur einen äußerst geringen Durchmesser hat.

Da beim Arbeiten des Bohrers in weichem Material die erforderliche Antriebsleistung auch dann gering ist, wenn der Bohrer nicht eine¹ exzentrische Lage einnimmt, kann eine Einrichtung vorgesehen werden, die die Drehzahl auf einen Wert herabsetzt, bei dem der Bohrer in der Auskleidung im wesentlichen konzentrisch festgehalten wird.

Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht eines Dentalinstruments, das teilweise weggebrochen gezeichnet ist, um innenliegende Teile erkennen zu lassen;

Fig. 2 ist eine Draufsicht, bei der auch ein Teil des Gehäuses im Schnitt gezeichnet ist, um die im Innern angeordneten Teile sichtbar zu machen;

Fig. 3 ist ein in größerem Maß stäbe gezeichneter Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 ist ein in größerem Maßstabe gezeichnetes Stück von Fig. 7 und zeigt eine Abdichtung in der Nähe des Bohrerlagers;

Fig. 5 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig. 2;

Fig. 6 zeigt im zerlegten Zustand bestimmte Teile der Anordnung nach Fig. 5;

Fig. 7 ist ein in größerem Maßstabe gezeichneter Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 2;

Fig. 8 ist eine teilweise weggebrochen gezeichnete Seitenansicht eines abgeänderten Ausführungsbeispiels ;

Fig. 9 ist eine Stirnansicht des Bohrinstruments nach Fig. 8;

Fig. 10 und 11 zeigen im Grundriß bzw. in Untersicht einen Teil der Anordnung nach Fig. 8;

Fig. 12 ist ein Schnitt längs der Linie 12-12 in Fig. 10;

Fig. 13 ist ein Fig. 7 ähnelnder Schnitt, der jedoch eine abgeänderte Ausbildungsform des den Bohrer aufnehmenden Endes des Instruments zeigt;

Fig. 14 zeigt Einzelheiten der Konstruktion nach Fig. 13.

Das in Fig. 1 bis 7 veranschaulichte Instrument zeigt eine abgewinkelte Konstruktion und eignet sich zur Verwendung in Verbindung mit Bohrmaschinenantriebsarmen üblicher Ausführung, die mit Riemen und Riemenscheiben ausgerüstet sind. Das Instrument umfaßt ein Gehäuse, das aus zwei teleskopartig aus- und einschiebbaren Bauteilen 1 und 2 besteht, die mittels einer Schraube 3 in der gewünschten gegenseitigen Lage gehalten werden, nachdem die Gehäuseteile den Erfordernissen entsprechend eingestellt worden sind. Ein in das Gehäuseteil 2 eingesetzter Klotz 4 trägt eine Achse 5, deren freies Ende durch ein an dem Bohrmaschinenarm befestigtes' Bauteil 6 unterstützt wird. Auf der Achse 5 ist ein drehbares Aggregat gelagert, das eine Riemenscheibe oder Schnurrolle 7 umfaßt, deren Antrieb über einen Riemen 8 des Bohrmaschinenarms erfolgt, sowie eine zusammen mit ihr drehbare Riemenscheibe oder Schnurrolle 9, mittels deren der Bohrer in der nachstehend erläuterten Weise angetrieben wird.

Die konstruktiven Einzelheiten des dem Bohrmaschinenarm benachbarten abgewinkelten Instruments gehen insbesondere aus Fig. 5 und 6 hervor. Man erkennt, daß die Achse 5 in der Nähe ihres äußeren Endes eine Nut 10 aufweist, die mit einer unter Feder spannung stehenden Rastkugel 11 zusammenarbeitet, um die Achse 5 in dem Bauteil 6 des Bohrmaschinenarms lösbar festzuhalten. Die von dem Bohrmaschinenarm aus angetriebene Schnurrolle 7 wird mit dem Bauteil 6 durch einen von einer Nut 13 in dem Bauteil 6 aufgenommenen federnden Ring 12 gekuppelt, und diese Schnurrolle besitzt eine mit Innengewinde versehene Nabe 14, die sich auf einen ein Außengewinde aufweisenden Nabenabschnitt 15 einer Riemenscheibe 9 aufschrauben läßt. Ferner dienen federnde Finger 16, die an einer Seitenfläche der

ίο Riemenscheibe 9 angreifen, zum Zusammenkuppeln dieser Bauteile. In der Nabe der Riemenscheibe.9 ist eine Bohrung 17 vorgesehen, in welcher Kugellager 18 angeordnet sind; ' diese Kugellager sind durch einen Abstandsring 19, der mittels einer Klemmschraube 20

¹S auf der Achse 5 befestigt werden kann, im richtigen gegenseitigen Abstand gehalten; die Klemmschraube 20 ist durch in der Nabe vorgesehene Löcher 21 hindurch zugänglich. Ein in eine Nut 23 eingreifender Sprengring 22 hält die Lager 18 und den Abstandsring 19 innerhalb der Nabe der Riemenscheibe 9 gegen axiale Verschiebungen fest. Der Durchmesser der Riemenscheibe 9 ist vorzugsweise größer als derjenige der Riemenscheibe oder Schnurrolle 7; ein Durchmesserverhältnis von 2 :1 entsprechend Fig. 5 und 6, durch das die Riemengeschwindigkeit gesteigert wird, erweist sich als geeignet.

Der Antrieb innerhalb der abgewinkelten Handhabe ist als Riementrieb ausgebildet, der die Umlenkrollen 30 und 31 sowie eine angetriebene Riemenscheibe 32 (Fig. 3) umfaßt Die angetriebene Riemenscheibe 32 ist mit der den Bohrer aufnehmenden Buchse bzw. dem Bauteil 33 konzentrisch, und die Umlenkrollen 31 (Fig. 2) sind so angeordnet, daß die Riemenstränge zwischen ihnen und der Riemenscheibe 32 rechtwinklig zur Achse der Bohreraufnahmehülse 33 verlaufen, so daß der Riemen die in Fig. 2 eingezeichneten Stränge C₁ bildet. Der Abstand zwischen den Umlenkrollen 31 kann gemäß Fig. 2 so gewählt sein, daß die Riemenstränge C₁ im wesentlichen parallel verlaufen, wobei der Umschlingungswinkel zwischen dem Riemen und der angetriebenen Riemenscheibe 32 180° beträgt. Die Umlenkrollen 30 sind so angeordnet, daß die Riemenabschnitte C₂ zwischen ihnen und den Umlenkrollen 31 parallel verlaufen, während die Riemenabschnitte C₃ zwischen den Umlenkrollen 30 und der Antriebsrolle 9 in einer zur Achse 5 der rechtwinkligen Ebene liegen; hierbei bestimmen die Riemenabschnitte C₃ und C₂ Ebenen, die zu den Drehachsen der Umlenkrollen 30 senkrecht stehen. Man erkennt, daß die Umlenkrollen 30 in einer Einwärtsstellung angeordnet sind, so daß der UnI-schlingungswinkel zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe 9 den Wert von 180° erheblich überschreitet. Der Durchmesser der Riemenscheibe 9 ist ebenfalls im Verhältnis zu demjenigen der Riemenscheibe 32 verhältnismäßig groß, so daß die Drehzahl des Bohrers gesteigert wird. Das Durchmesserverhältnis kann 5 :1 oder 6 : 1 betragen. Beispielsweise be" sitzt die angetriebene Riemenscheibe 32 bei einem praktisch ausgeführten Instrument einen Durchmesser von etwa 4 mm, während die Riemenscheibe 9 einen Durchmesser von etwa 25 mm aufw'eist. Der Treibriemen braucht nicht besonders kräftig zu sein; ein Riemen mit einer Breite von etwa 2,5 mm und einer Dicke von etwa 0,6 mm hat sich als brauchbar erwiesen; die Gesamtlänge des Riemens betrug hierbei etwa 450 mm.

Für den Riemen kann man die verschiedensten Kunststoff- oder Gummimaterialien oder Kombinationen solcher Materialien mit Texiilfasern verwenden;

ein Reibungskoeffizient von normalerweise etwa 0,25 zwischen dem Riemen und dem Metall hat sich als brauchbar erwiesen.

Am bohrerseitigen Ende des Instruments ist die Bohreraufnahmebuchse 33 in zwei Kugellager 40 und 41 eingebaut, und gemäß Fig. 7 befindet sich die Riemenscheibe 32 zwischen den inneren Laufringen dieser Kugellager. Zwischen den äußeren Lauf ringen der Kugellager sind zwei Dichtungsscheiben 42 und

43 angeordnet, zwischen denen sich ein Abstandsring

44 befindet, der durch einen Stift 45 in seiner Lage gehalten werden kann. Die Abschluß- oder Deckelteile

46 und 47 dienen dazu, die genannten Bauteile gegenüber der Bohreraufnahmebuchse 33 in der richtigen axialen Stellung zu halten. Das Lagergehäuse 48 besteht mit dem Gehäuseteil 1 aus einem Stück, oder es ist gemäß Fig. 7 an letzterem befestigt; dieses Lagergehäuse besitzt eine genau bearbeitete zylindrische Innenfläche oder Bohrung 49, in welche die Lager und die Elemente 42 bis 44 eingepaßt bzw. eingebaut sind.

Die Dichtungsringe 42 und 43 sind ringförmig und erstrecken sich vollständig um die Riemenscheibe und die Lager herum, während der Abstandsring 44 gemäß Fig. 3 bei 50 einen Ausschnitt besitzt, durch den die Riemenstränge C₁ hindurchlaufen. Fig. 4 läßt erkennen, auf welche Weise die Riemenscheibe 32 mit dem Dichtungsring 43 zusammenarbeitet, um eine Abdichtung zu bewirken; eine entsprechende Abdichtung ■erfolgt zwischen der Riemenscheibe und dem Dichtungsring 42. Der Riemenscheibenflansch 51 besitzt an seiner Außenfläche 52 eine Aussparung, und der nach innen ragende Teil 53 des Dichtungsrings 43 paßt in diese Aussparung, wobei ein kleines Betriebsspiel gegenüber dem Riemenscheibenflansch 51 sowie gegenüber dem inneren Laufring des Kugellagers 41 vorhanden ist. Gemäß Fig. 7 ist eine Luftzuführungsleitung 55 vorgesehen, mittels deren dem Lagergehäuse ständig Luft zugeführt wird, um das Innere des Gehäuses 49 ständig unter einem geringen Überdruck zu halten und um die Luft bei 56 zwischen der Bphferaufnahmebuchse 33 und dem Verschlußdeckel

47 abzublasen, so daß Schmutz, Zahnteilchen u. dgl. nicht in die Lager eindringen können. Das Bohrfutter umfaßt eine Gummihülse 57, in die sich der Schaft 58 des Bohrers mit Reibungsschluß einsetzen läßt.

Der Antrieb für die Riemenscheibe oder Schnurrolle 7 kann ebenso wie der Treibriemen bzw. die Antriebsschnur 8 in der üblichen Weise ausgebildet sein, und diese Bauteile bieten keine besonderen Schwierigkeiten. Drehzahlen von 15 000 bis 30 000 Umdrehungen in der Minute lassen sich an dieser Stelle ohne weiteres erreichen, wobei man Leerlaufdrehzahlen des Bohrers von 60 000 bis 100000 Umdrehungen in der Minute und sogar noch höhere Drehzahlen erhält.

Die Spannung des Treibriemens C₁ läßt sich leicht dadurch variieren, daß man die Gehäuseteile 1 und 2 mehr oder weniger weit auseinander- oder ineinanderschiebt und die Gehäuseteile dann in der eingestellten Lage mit Hilfe der Schraube 3 festlegt. Eine Riemenspannung von etwas weniger als etwa 225 g-erweist sich als zweckmäßig, und in typischen Fällen beträgt die gesamte Spannung im Ruhezustand etwa 85 bis etwa 110 g. Während des Betriebes scheint der Riemen auf einer Seite gespannt und auf der anderen Seite schlaff, so daß die Spannung in dem antreibenden oder gespannten Riemenstrang vermutlich etwa 85 bis etwa HOg beträgt. .

Die gewünschte Riemenspannung kann man leicht in der Weise einstellen, daß man das Instrument derart senkrecht hält, daß das Griffende zuoberst und der Bohrer zuunterst ist, woraufhin man die Klemmschraube 3 lockert und ein Gewicht bestimmter Größe an dem Bohrer aufhängt. Unter diesen Bedingungen wird die durch das angehängte Gewicht ausgeübte Kraft durch die Spannung in den Riemensträngen ausgeglichen, und man kann diese Riemenspannung aufrechterhalten, indem man die Klemmschraube 3 festzieht und dann das Gewicht entfernt.

Der erfindungsgemäße Antrieb ist von hervorragender Zweckmäßigkeit im Hinblick auf die in Frage kommenden Drehzahlen sotyie hinsichtlich der Größenbegrenzung für bestimmte Bauteile des Antriebs. Wenn die Antriebsriemenscheibe 9 mit etwa 14 000 Umdrehungen in der Minute umläuft (Leerlauf), beträgt die Riemengeschwindigkeit beispielsweise etwa 90 m in der Minute, und obwohl der Riemen beim Hinweglaufen über die Antriebsriemerischeibe ziemlich scharf gebogen wird, zeigt es sich, daß der Riemen nur einem vernachlässigbar kleinen Verschleiß unterworfen ist, der so gering ist, daß man für den Riemen eine längere Haltbarkeit erwarten kann als für die Lager. Bezüglich der Lager hat es sich erwiesen, daß sich ihre Lebensdauer mit derjenigen von Lagern vergleichen läßt, die bei den üblichen, mit Zahnrädern arbehenden Antriebsaggregaten für niedrige Drehzahl verwendet werden.

Stroboskopische Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlmessungen haben gezeigt, daß der Schlupf zwischen " dem Riemen und der angetriebenen Riemenscheibe 32 im Leerlauf etwa 10% beträgt, wobei die angetriebene Riemenscheibe mit etwa 72 000 Umdrehungen in der Minute umläuft, während die theoretische Drehzahl unter Vernachlässigung des Schlupfes etwas oberhalb von 80 000 Umdrehungen in der Minute Hegen würde. Bei der tatsächlichen Benutzung des Bohrers vergrößert sich der Schlupf auf beispielsweise 25%, wobei in manchen Fällen ein Drehmoment ausgeübt wird, das ausreicht, um eine Verlaligsamung der Drehbewegung der Riemenscheibe 9 zu bewirken.

Das erfindungsgemäße Instrument wurde praktisch mit guten Ergebnissen bei Drehzahlen der Antriebs- _: riemenscheibe von 14 000 bis 30000 Umdrehungen in : der Minute betrieben, wobei diese Drehzahlen theore-■: tischen Bohrerdrehzahlen von 81 000 bis 160 000 Umdrehungen in der Minute und darüber entsprachen, während die tatsächlichen Bohrerdrehzahlen unter Be-, ; rücksichtigung des Schlupfes 50 000 bis 100000 Umdrehungen in¹ der Minute betrugen.

Das erfindungsgemäße Instrument scheint imstande zu sein, den größten Teil der Nennleistung des Bohrmaschinenantriebsmotors auf den eigentlichen Bohrer ■zu übertragen; denn das Produkt aus dem Reibungskoeffizienten zwischen dem Riemen und der Riemenscheibe und der linearen Geschwindigkeit des Riemens im Leerlauf überschreitet die Nennleistung der gebräuchlichen Antriebsmotoren für zähnärztliche Bohr-

' maschinen. Ein Absinken der Bohrerdrehzahl unter Last und ein erheblicher Prozentsatz der Leerlauf drehzahl wird daher den Schlupf in einem solchen Ausmaß vergrößern, daß man ein verhältnismäßig hohes Drehmoment und einen hohen Leistungsverbrauch erhält. Es hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Instrument am zufriedenstellendsten arbeitet, wenn man im Gegensatz zu Werkzeugen mit Schleifwirkung ,Schneidwerkzeuge aus Hartmetall od. dgl. benutzt, die deutlich ausgebildete Schneiden aufweisen; bei der erzielten Wirkung scheint es sich um eine echte Meißelwirkung bzw. um ein Abschälen und nicht etwa um einen Schleif Vorgang zu handeln.. Benutzt man einen Bohrer bzw. Fräser mit sechs Schneiden, so kann die

theoretische Zähl von Schnitten 5000 bis 10 000 in der Sekunde betragen; wenn man diese Schnittzahl auf die Menge des Zahnschmelzes bezieht, die bei der Vorbereitung eines Hohlraums in der Sekunde abgetragen wird, so ergeben sich Teilchen einer mittleren Größe, die einem nicht mehr fühlbaren Staub oder einem kolloidalen Material entsprechen. Es zeigt sich jedoch, daß die Späne nicht etwa klein sind und daß die mit dem Bohrer bearbeitete Fläche die charakteristische Oberflächenstruktur einer maschinell ge- ίο frästen Fläche, darbietet, was darauf hindeutet, daß nicht etwa eine Schleifwirkung, sondern eine Schneid- und Abschäl wirkung gegeben ist. Der Zeitbedarf für die Vorbereitung eines Hohlraums geht hierbei erheblich zurück, und das gleiche gilt für die unangenehmen Empfindungen, denen der Patient ausgesetzt ist. Schwingungen führen offenbar ebenfalls nicht zu Schwierigkeiten, und tatsächlich waren manche Patienten nicht in der Lage, festzustellen, ob der Bohrer im Zahn arbeitete oder nicht. '

Fig. 8 bis 13 zeigen ein etwas abgeändertes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesen Figuren sind Teile, die den in Fig. 1 bis 7 gezeigten ähneln, jeweils mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei jedoch der Buchstabe a hinzugefügt ist; soweit die weiter oben gegebene Beschreibung auch für dieses Ausführungsbeispiel gilt, wird sie hier nicht wiederholt. Bei dem abgeänderten Ausführungsbeispiel sind Luft- und Wasserzufühfungsdüsen 60 und 61 sowie eine Leitung 62 zum Zuführen von Luft zu dem Gehäuse für die Lager des Bohrers vorgesehen. Um eine Inbetriebnahme des Instruments zu verhindern, wenn über die Leitung 62 keine Luft zugeführt wird, besitzt diese Leitung gemäß Fig. 12 eine Abzweigung, die zu einer Blase oder einem Balg 63 führt, der am Kopf 64 eines Verriegelungsstiftes 65 angreift, welcher so angeordnet ist, daß er in eine Aussparung 66 der Antriebsriemenscheibe 9 a eingreifen kann. Eine Feder 67 drückt den Stift 65 normalerweise in die Aussparung 66 hinein, so daß sich der Bohrer nicht drehen kann. Wenn dagegen Druckluft durch die Leitung 62 zugeführt wird, wird das Element 63 aufgeblasen, und es hält den Verriegelungsstift außer Eingriff mit der Aussparung 66 der Riemenscheibe 9 a (s. Fig. 12), so daß die Vorrichtung benutzt werden kann. Hierdurch wird gewährleistet, daß das Instrument nicht betrieben wird, ohne daß in dem Gehäuse 48 α für die Bohrerlager ein Luftdruck herrscht, d. h., der Bohrer ist gegen eine Benutzung unter solchen Bedingungen geschützt, unter denen Wasser und Bohrschmant in die Lager eindringen können, da es der Zahnarzt übersehen hat, für eine Zufuhr von Druckluft zu sorgen. Bei diesem abgeänderten Ausführungsbeispiel wird der Bohrerschaft 58 a wie zuvor von einer nachgiebigen Hülse aus Gummi od. dgl. aufgenommen, doch ist diese Hülse mit der Innenfläche der rohrförmigen Buchse 70 fest verbunden; die Buchse 70 paßt ihrerseits in eine Buchse 33 α, in der sie mit Hilfe des Gewindes 71 befestigt wird.

Die nachgiebige Befestigung des Bohrerschaftes in der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt eine geringfügige seitliche Bewegung der Spitze des Bohrers oder Fräsers zu, so daß jeder kleine anfängliche Fluchtungsfehler zwischen dem Bohrer und seiner Lagerung durch die Fliehkräfte vergrößert wird, die bei den durch das Instrument ermöglichten außerordentlich hohen Drehzahlen auftreten. Im Leerlauf dreht sich daher die Bohrerspitze exzentrisch, und die Achse des Bohrerendes bewegt sich auf einem Kegelmantel, dessen Durchmesser am Ende des Bohrers einen erhebliehen Bruchteil der gesamten Breite des Bohrers ausmacht und in extremen Fällen der Breite des Bohrerendes gleichkommen kann. Der Bohrer wird unter Anwendung eines außergewöhnlich geringen Drucks benutzt und erfordert daher im Vergleich zu bisher bekannten Bohreinrichtungen eine etwas andere Bohrtechnik, doch kann man sich diese Technik leicht aneignen; der Bohrdruck liegt in der Größenordnung von etwa 10 g, und dieser Druck ist erheblich niedriger als derjenige, mit dem man bis heute arbeitet. Während bei den bisher üblichen zahnärztlichen Bohrmaschinen eine Vergrößerung des Bohrdrucks im allgemeinen zu einer proportionalen oder sogar noch stärkeren Vergrößerung der Geschwindigkeit der Materialabtragung bei einer gegebenen Betriebsdrehzahl führt, scheint das erfindungsgemäße Instrument bei einer gegebenen Drehzahl eine Schnittgeschwindigkeit aufzuweisen, die im wesentlichen festliegt und sich bei einer Änderung des auf den Bohrer aufgebrachten Drucks nicht ändert; die Wirkung eines Versuchs, den Bohrerdruck zu steigern, führt hierbei zu einer Herabsetzung der Geschwindigkeit der Materialabtragung und nicht etwa zu einer Steigerung.

Der exzentrische Bohrer scheint in der Weise zu arbeiten, daß er bei jeder Umdrehung annähernd einen Schnitt ausführt, so daß ein Bohrer, der mit 120 000 Umdrehungen in der Minute betrieben wird,, etwa 2000 Schnitte in der Sekunde ausführt, während ein mit 60 000 Umdrehungen in der Minute arbeitender Bohrer etwa 1000 Schnitte in der Sekunde ausführt und nicht etwa 12 000 bis 6000 Schnitte in der Sekunde, wie es der Fall wäre, wenn sämtliche aufeinanderfolgenden Zähne oder Schneidkanten eines Bohrers mit sechs Schneiden zur Wirkung kämen. Es sei bemerkt, daß infolge der außerordentlich hohen Bohrerdrehzahl selbst diese Frequenzen von 1000 oder 2000 Schnitten in der Sekunde erheblich oberhalb derjenigen Schwingungsfrequenzen, liegen, die von praktisch allen Patienten am unangenehmsten empfunden werden, d.h. oberhalb von Frequenzen, die etwa bei 200 Schwingungen in der Sekunde liegen und nur selten 600 Schwingungen in der Sekunde überschreiten, dürften; bei dem erfindungsgemäßen Instrument liegen die Schwingungsfrequenzen auch oberhalb der für nahezu alle Patienten gegebenen oberen Empfindungsschwelle für Schwingungen. Es hat sich somit herausgestellt, daß man mit einem exzentrisch umlaufenden Bohrer arbeiten kann, ohne daß unerwünschte Schwingungen auftreten, und daß sich die Schneidwirkung hierbei erheblich verbessert.

Die Vorrichtung wird in Verbindung mit einem Wasserstrahl und vorzugsweise mit einem als Kühlmittel dienenden Luft- und Wassernebel· benutzt, und beim Anbohren eines Zahnes ergeben sich keine auf eine Erwärmung zurückzuführenden Schwierigkeiten. Zwar kann man beim Bohren in Zahnschmelz öder anderem hartem Material in der vorstehend, angegebe-, nen Weise arbeiten, doch kann man den Bohrer auch mit einer verminderten Drehzahl von nur wenigen tausend Umdrehungen in der Minute betreiben, um kariöses Material oder anderes weiches Material zu bohren. Im letzteren Falle werden die Fliehkräfte, die eine exzentrische Drehbewegung des Bohrers hervorrufen, vernachlässigbar klein; der Arbeitsgang spielt sich im wesentlichen in der üblichen Weise ab, und die aufeinanderfolgenden Schneiden des Bohrerendes greifen ebenso wie bei den üblichen Bohrern nacheinander an dem Material an.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich keinerlei Schwierigkeiten, denn der Betrieb spielt

sich im wesentlichen unter zwei völlig voneinander verschiedenen Bohrbedingungen ab, und das Instrument arbeitet unter diesen Bedingungen vollkommen einwandfrei, jedoch aus völlig verschiedenen Gründen. Beim Bohren in weichem Material benötigt man nur eine geringe Energie, und man kann —wie bereits erwähnt — mit niedrigen Drehzahlen arbeiten, obwohl das Drehmomentübertragungsvermögen des Antriebs sehr klein ist. Beim Bohren in hartem Material bei hohen Drehzahlen wird das zur Übertragung der erforderlichen Antriebsleitung benötigte Drehmoment erneut sehr klein, so daß es möglich ist, die benötigte Leistung zu übertragen, obwohl man eine angetriebene Riemenscheibe benutzt, die so klein ist, daß sie in eine Handhabe der üblichen und praktisch verwendbaren Größe paßt.

Die Vorrichtung hat eine geringe oder überhaupt keine Neigung, zum Stillstand zu kommen, wenn sie In der richtigen Weise benutzt wird. Wie erwähnt, arbeitet der Antrieb im wesentlichen mit Schlupf, und hierbei ist das Drehmoment proportional zu der Schlupf geschwindigkeit bzw. dem Unterschied zwischen der linearen Bewegungsgeschwindigkeit des Treibriemens und der Umfangsfläche der das Bohrfutter tragenden angetriebenen Riemenscheibe. Nimmt man das Vorhandensein eines annähernd konstanten Reibungskoeffizienten sowie eine konstante Drehzahl der Antriebsriemenscheibe und des Antriebs in dem Antriebsarm des Instruments an, so erkennt man, daß eine Steigerung des Schlupfes von etwa 10% beim Leerlauf auf etwa 25% während des Betriebes eine Zunahme des Drehmoments um 250% bedingt, während die unter diesen Bedingungen eintretende Verminderung der Drehzahl nur etwa 20 % oder weniger beträgt. Unter den angenommenen Bedingungen ergibt sich hierbei eine Steigerung der von dem Riemen auf die angetriebene Riemenscheibe übertragenen Leistung um etwa 200%. Die Aufteilung der Leistung auf die Reibungsverluste in den Lagern und auf die beim Bohren verbrauchte Leistung ergibt annähernd ein Verhältnis von 1 : 3. Man erkennt, daß man durch die Verwendung eines sehr einfachen Antriebsmechanismus mit einer Riemenscheibe, deren Antrieb durch einen Riemen erfolgt, dessen lineare Bewegungsgeschwindigkeit sich in vertretbaren Grenzen hält, einen Antrieb erhält, der die erwünschten Eigenschaften eines Strömungsmittelantriebs aufweist und keine der Nachteile eines Zahnradantriebs od. dgl. besitzt; ferner läßt sich der erfindungsgemäße Antrieb innerhalb des bei einem zahnärztlichen Bohrinstrument verfügbaren Raums unterbringen und liefert Drehzahlen, die die bisher erreichbaren Drehzahlen bei weitem übersteigen.

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnärztliches Bohrinstrument mit Antrieb des den Bohrer aufnehmenden Futters von einem

Arm der Bohrmaschine aus, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsscheibe (9) des in an sich bekannter Weise zum Antrieb des Bohrers (58) verwendeten Riemens (C₁, C₂, C₃) um eine zur Achse des Instruments im wesentlichen parallele Achse umläuft und einen größeren Durchmesser als die mit dem Bohrfutter (33) verbundene angetriebene Riemenscheibe (32) hat und daß die Drehachsen der den' Riemen von und zu der Riemenscheibe (9) führenden Umlenkrollen (30) einen solchen Winkel einschließen, daß der Umschlingungswinkei zwischen dem Riemen und der Antriebsscheibe (9) mehr als 180° beträgt.

2. Zahnärztliches Bohrinstrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den an der Antriebsscheibe (9) angeordneten Umlenkrollen (30) und dem von dem Riemen angetriebenen Bohrfutter (33) Umlenkrollen (31) angeordnet sind, die den Riemen in einer Ebene halten, die zu den Umfangsflächen der Antriebsscheibe (9) und der mit dem Bohrfutter (33) verbundenen Riemenscheibe (32) tangential liegt.

3. Zahnärztliches Bohr instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (40, 41) des Bohrfutters (33) innerhalb eines Gehäuses (48) angeordnet sind, dem Druckluft zugeführt wird, durch deren Austritt am Wellenspalt (56) zwischen Bohreraufnahmebüchse (33) und Gehäusestirnfläche (47) das Eindringen von Wasser und Fremdkörpern zu den Lagern verhindert wird.

4. Zahnärztliches Bohrinstrument nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine auf den Luftdruck ansprechende Einrichtung (63 bis 66), die beim Absperren der Luftzufuhr im Sinne der Unterbrechung des Antriebs wirksam wird.

5. Zahnärztliches Bohrinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Bohrfutters (33) Wälzlager (40, 41) dienen, deren innere Laufringe zusammen mit der an dem Bohrfutter (33) sitzenden Riemenscheibe (32) umlaufen.

6. Zahnärztliches Bohrinstrument nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das innerhalb des Gehäuses (48) angeordnete Bohrfutter (33), wie bekannt, mit einer zumHalten des Bohrers dienenden Auskleidung (57) aus nachgiebigem Material versehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 84 900, 842 214;
deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 187 322;

USA.-Patentschriften Nr. 2 180 993, 2 369 321,
606 366.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen