DE1094921B

DE1094921B - Dental drill handpiece

Info

Publication number: DE1094921B
Application number: DES59964A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Wilhelm Seegers
Original assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Current assignee: Siemens Reiniger Werke AG
Priority date: 1958-09-24
Filing date: 1958-09-24
Publication date: 1960-12-15
Also published as: GB913106A

Description

Zahnärztliches Bohrhandstück Bei zahnärztlichen Bohrhandstücken werden zur Erzielung sehr hoher Drehzahlen des Bohr- od. dgl.Dental drill handpiece For dental drill handpieces, to achieve very high speeds of the drilling od.

Werkzeuges von etwa 200 Umdrehungen und mehr pro Minute Turbinenantriebe benutzt, wobei die Turbine im Kopfteil des in der Regel als Winkelstück ausgebildeten Handstückes angeordnet ist. Das Antriebsmedium für die Turbine, vorzugsweiseDruckluft, wird tangential an den trommelartigen Turbinenläufer herangeführt, der auf seinem Umfang als ebene Platten ausgebildete Turbinenschaufeln in achsparalleler Anordnung aufweist. Die von dem Druckmittelstrom auf die Schaufeln ausgeübte Kraft, die das Drehmoment der Turbine liefert, ist außer von dem ausnutzbaren Druckgefälle des Antriebsmediums und dessen spezifischem Gewicht insbesondere abhängig von der Größe der Umlenkung des zugeführten Druckmittels. Bei den bekannten Turbinenantrieben läßt sich nur eine verhältnismäßig geringe Umlenkung und demzufolge auch nur ein verhältnismäßig kleines Drehmoment erzielen. Dies hat zur Folge, daß schon bei sehr geringem Widerstand für das Werkzeug die Drehzahl absinkt, wodurch das Arbeiten für den Zahnarzt erheblich erschwert wird, da das Gefühl für den mit dem Werkzeug auf die zu behandelnde Stelle ausübbaren Druck verlorengeht.Tool of about 200 revolutions and more per minute turbine drives used, the turbine in the head part of the usually designed as an elbow Handpiece is arranged. The drive medium for the turbine, preferably compressed air, is brought up tangentially to the drum-like turbine runner, which is on his Turbine blades designed as flat plates in an axially parallel arrangement having. The force exerted on the blades by the pressure medium flow that causes the Torque the turbine delivers is beyond the usable pressure gradient of the Drive medium and its specific weight in particular depending on the size the deflection of the supplied pressure medium. With the known turbine drives can only be a relatively small deflection and therefore only one achieve relatively small torque. This has the consequence that already at very low resistance for the tool, the speed drops, which makes the work for the dentist is made considerably more difficult, as the feeling for the one with the tool pressure that can be exerted on the area to be treated is lost.

Im Großturbinenbau sind an sich Volltrommel-Läufer mit peripheren Ausnehmungen der Art bekannt, daß der Druckmittelstrom bis zu 1800 umgelenkt wird. Auch ist es bekannt, die Ausnehmungen taschenartig mit nach außen sich erweiterndem t)ffnungsquerschnitt auszubilden. Die Übernahme dieser bekannten Turbinenläufer für den Kleinstturbinenantrieb in zahnärztlichen Bohrhandstücken ist jedoch, abgesehen von der um Zehnerpotenzen unterschiedlichen Dimensionierung, nicht ohne weiteres möglich, zumal der Druckluftstrom noch weitere Aufgaben erfüllen soll, nämlich die Kühlung und Schmierung der die Turbinenwelle tragenden Kugellager, wozu die Druckluft in an sich bekannter Weise mit einem Olnebel versetzt ist. In large turbine construction, full-drum rotors with peripheral Recesses of the type known that the pressure medium flow is deflected up to 1800. It is also known to have the recesses pocket-like with outwardly widening t) to form the opening cross-section. The takeover of this well-known turbine runner for the small turbine drive in dental drill handpieces is, however, disregarded of the dimensions differing by powers of ten, not without further ado possible, especially since the compressed air flow is supposed to fulfill other tasks, namely the Cooling and lubrication of the ball bearings supporting the turbine shaft, including the compressed air is mixed with an oil mist in a manner known per se.

Die Beseitigung der geschilderten Mängel unter gleichzeitiger Lösung der weiteren Aufgaben ist bei einem zahnärztlichen Bohrhandstück mitLuftturbinenantrieb für das Werkzeug und beidseitig in Kugellagern gelagertem Turbinenläufer, wobei peripher am Läufer angeordnete Turbinenschaufeln durch den Druckluftstrom tangential beaufschlagt sind und eine axiale Ableitung für die Arbeitsluft aus dem Turbinenraum durch die Kugellager hindurch vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der zylindrische Läufer als Turbinenschaufeln periphere Ausnehmungen aufweist, deren vom Druckluftstrom beaufschlagteFläche derart konkav gebogen ist, daß ihre Seitenteile Leitflächen für den Luftstrom bilden, die zu den Stirnseiten des Läufers im spitzen Winkel stehen. Die konkav gebogene Fläche der Ausnehmungen ist zweckmäßigerweise gegenüber der radialen Richtung derart geneigt, daß die aus den Ausnehmungen über die obere Schaufelkante abströmende Luft mit dem ankommenden Luftstrom einen spitzen Winkel bildet. Durch diese Ausbildung der Schaufeln läßt sich ein Optimum in der Umlenkung des Druckmittelstromes von etwa 120 bis 1500 und damit auch ein Optimum des an den Schaufeln erzeugten Drehmomentes erzielen. The elimination of the defects described while at the same time resolving them of the other tasks is with a dental drill handpiece with air turbine drive for the tool and turbine runner mounted on both sides in ball bearings, whereby Turbine blades arranged peripherally on the rotor tangentially due to the compressed air flow are acted upon and an axial discharge for the working air from the turbine chamber is provided through the ball bearings, achieved according to the invention by that the cylindrical rotor has peripheral recesses as turbine blades, whose surface acted upon by the compressed air flow is so concave that its Side parts form guide surfaces for the air flow, the to the face of the runner stand at an acute angle. The concave curved surface of the recesses is expedient with respect to the radial direction inclined so that the out of the recesses over the air flowing out of the upper blade edge with the incoming air flow a point Angle forms. This design of the blades can be an optimum in the Deflection of the pressure medium flow from about 120 to 1500 and thus also an optimum of the torque generated on the blades.

Für die Schaffung günstiger Abströmungsverhältnisse zu den Kugellagern kann bei Ausnehmungen, die schmaler sind als die Breite des Läufers, zwischen dem Läufer und der ihn zentrisch umschließenden Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses ein Ringraum vorgesehen sein, dessen radiale Breite durchgehend etwa 5 bis 100/o des Läuferdurchmessers beträgt. Entsprechende Zwischenräume können zwischen den beiden Stirnseiten des Läufers und den benachharten Stirnseiten der beiden Kugellager vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können auch den Ausnehmungen Öffnungen für einen seitlichen Austritt der abströmenden Arbeitsluft zugeordnet sein, die in den beiden Stirnseiten des Läufers angebracht sind. Das wird auf einfache Weise dadurch erreicht, daß die konkav gebogene Fläche der Ausnehmungen die Stirnseiten des Läufers schneidet. Zweckmäßigerweise bildet die konkav gebogene Fläche einen solchen spitzen Winkel mit den Stirnseiten des Läufers, daß die aus den Stirnseiten des Läufers ausströmende Luft auf den äußeren Laufring der beidseitig des Läufers vorhandenen Kugellager hin gerichtet ist. For creating favorable outflow conditions to the ball bearings can be between the recesses that are narrower than the width of the runner Runner and the inner wall of the tubular housing that surrounds it centrically an annular space can be provided, the radial width of which is continuously about 5 to 100 / o of the rotor diameter is. Corresponding spaces can be between the both end faces of the rotor and the adjacent end faces of the two ball bearings be provided. Advantageously, the recesses can also have openings for a be assigned to the side outlet of the outflowing working air in the two Front sides of the rotor are attached. This is achieved in a simple way by that the concave curved surface of the recesses intersects the end faces of the rotor. The concavely curved surface expediently forms such an acute angle with the front sides of the rotor, that the flowing out of the front sides of the rotor Air on the outer race of the ball bearings on both sides of the rotor is directed towards.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung der in den Fig. 1 bis 8 teilweise im Schnitt veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Further details of the invention are in the description below of the exemplary embodiments illustrated partially in section in FIGS. 1 to 8 explained in more detail.

Das in Fig. 1 in Ansicht dargestellte, als Winkelstück ausgebildete Bohrhandstück weist einen Kopfteil 1 auf, der die Antriebsturbine mit dem Werkzeug2 enthält und mit dem abgewinkelten Teil3 des Schaftes 4 verbunden ist. An den Schaft 4 ist eine Schlauchleitung5 mit Zuleitungen für Druckluft und Druckwasser mittels einer Kupplungsvorrichtung 6 angeschlossen. The shown in Fig. 1 in view, designed as an elbow Drilling handpiece has a head part 1 that connects the drive turbine with the tool 2 and is connected to the angled part 3 of the shaft 4. To the shaft 4 is a hose line 5 with feed lines for compressed air and pressurized water by means of a coupling device 6 connected.

Der Kopfteil 1 weist gemäß Fig. 2 ein Rohrstück auf, in dem die Turbine 7 zentrisch gelagert ist. Der Turbinenläufer 8 ist mittels der Achsstücke9, 10 in beidseitig angeordneten Kugellagern 11, 12 gelagert, deren äußere Laufringe 13 bzw. 14 in das Gehäuse 1 abschließenden Verschlußkappen 15, 16 befestigt sind, während die auf den Achsstücken 9, 10 befestigten inneren Laufringel7, 18 gegen flanschartige Teile 19, 20 der Achsstücke 9, 10 anliegen, wodurch ein fester Abstand der Kugellager vom Turbinenläufer gegeben ist. According to FIG. 2, the head part 1 has a pipe section in which the turbine 7 is mounted centrally. The turbine runner 8 is by means of the axle pieces 9, 10 in ball bearings 11, 12 arranged on both sides, the outer races 13 or 14 in the housing 1 closing caps 15, 16 are attached while the inner race rings 7, 18 fastened on the axle pieces 9, 10 against flange-like Parts 19, 20 of the axle pieces 9, 10 rest, creating a fixed distance between the ball bearings is given by the turbine rotor.

Als Turbinenläufer ist eine Volltrommel vorgesehen, in die taschenartige Ausnehmungen 21 eingearbeitet sind, derart, daß der in Achsrichtung sich erstreckende Querschnitt sich radial und axial in Rich.-tung auf den Umfang erweitert, wobei, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, der Querschnitt derAusnehmung innerhalb der beiden Stirnflächen des Läufers liegt. Die Wandungen der Ausnehmungen werden, wie aus Fig. 3 und 4 hervorgeht, jeweils durch eine im wesentlichen achsparallele Begrenzungsfläche 22 und eine nach einem Kegelmantel gekrümmte Begrenzungsfläche 23 gebildet. Die beiden Wandungen sind unter einem Winkel von etwa 450 gegeneinander geneigt, während die in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 24 und in Fig.3 durch die Kurve24 angedeutete Stoßfläche der beiden Wandungen, die den Schaufelgrund bildet, eine etwa kreisbogenförmige Krümmung aufweist. A full drum is provided as the turbine runner, in the pocket-like Recesses 21 are incorporated, such that the extending in the axial direction Cross-section widens radially and axially in the direction of the circumference, whereby, as can be seen in Figure 2, the cross-section of the recess within the two Faces of the runner lies. The walls of the recesses are, as shown in Fig. 3 and 4 emerge, in each case by an essentially axially parallel boundary surface 22 and a boundary surface 23 curved according to a conical envelope. the both walls are inclined at an angle of about 450 to each other, while that indicated in FIG. 2 by the dashed line 24 and in FIG. 3 by the curve 24 The abutment surface of the two walls, which forms the blade base, is approximately in the shape of a circular arc Has curvature.

Die Wandungen der Ausnehmungen bilden Leitflächen für den in der Regel strahlartig eintretenden Druckmittelstrom, der in Fig. 2 und 4 durch den Pfeil 25 bezeichnet ist. Die Umlenkung des Druckmittelstromes erfolgt in den durch die Pfeile 26 (Fig. 4) und 27 (Fig. 2) angedeuteten Richtungen, wobei die Umlenkung wesentlich größer als 900 ist, gegebenenfalls bis 1800 betragen kann. The walls of the recesses form guide surfaces for the in the Usually jet-like entering pressure medium flow, which in Fig. 2 and 4 by the arrow 25 is designated. The flow of pressure medium is deflected into the through the Arrows 26 (Fig. 4) and 27 (Fig. 2) indicated directions, the deflection is substantially greater than 900, possibly up to 1800.

Der aus den Turbinenschaufeln austretende Druckmittelstrom wird über die beiden Kugellager 11, 12 abgeführt und ist mit einem die Schmierung der Kugellager hewirkenden Olnebel versetzt. Um günstige Strömungsverhältnisse zu schaffen, ist um den Turbinenläufer herum ein Ringraum vorgesehen, dessen radiale Breite 28 (Fig.2) durchgehend etwa 5 bis 100/o des Läuferdurchmessers beträgt. Der Ringraum steht in unmittelbarer Verbindung mit zwischen den Stirnseiten des Läufers und den benachbarten Stirnseiten der Kugellager gebildeten Räumen. Die taschenartigen Ausnehmungen können auch in den beiden Stirnseiten des Turbinenläufers angeordnete Austrittsöffnungen für die aus den Turbinenschaufeln seitlich abströmende Arbeitsluft aufweisen. Die Schmierung der Kugellager wird zum Teil durch den von der Druckluft mitgeführten Olnebel, zum anderen Teil durch das zentrifugal nach außen an die Gehäusewandungen geschleuderte und über die äußeren Laufringe den Kugellagern zugeführte ül bewirkt. Aus den zwischen den Kugellagern 11 bzw. 12 und den Stirnwan- dungen der Abschlußkappen 15, 16 befindlichen Räumen wird die Abluft über Leitungsstücke 29, 30 einer durch den Handstückschaft 4 und die Schlauchleitung5 hindurchgeführten Rückführleitung zugeleitet und aus dieser über eine zweckmäßig am Ende der Schlauchleitung vorgesehene Abströmöffnung abgeführt. The pressure medium flow emerging from the turbine blades is over the two ball bearings 11, 12 discharged and is one of the lubrication of the ball bearings effecting oil mist. To create favorable flow conditions is an annular space is provided around the turbine rotor, the radial width of which is 28 (Fig. 2) is consistently about 5 to 100 / o of the rotor diameter. The annulus is up in direct connection with between the front sides of the rotor and the neighboring ones Front sides of the ball bearings formed spaces. The pocket-like recesses can also arranged in the two end faces of the turbine rotor outlet openings for the working air flowing laterally from the turbine blades. the Lubrication of the ball bearings is partly carried out by the compressed air Oil mist, on the other hand, through the centrifugal outward to the housing walls oil thrown and fed to the ball bearings via the outer races. From the between the ball bearings 11 or 12 and the end wall connections of the end caps 15, 16 located rooms is the exhaust air via line pieces 29, 30 one through the return line passed through the handpiece shaft 4 and the hose line 5 fed and from this via an expediently provided at the end of the hose line Discharge outlet.

Bei dem in Fig. 5 bis 7 veranschaulichten Ausführungsbeispielen weisen die in dem Turbinenläufer 31 die Schaufeln bildenden Ausnehmungen 32 ebenfalls jeweils eine achsparallele Wandung33 und eine kegelig gekrümmte Wandung 34 auf, die unter einem Winkel von 450 gegeneinander geneigt sind, während der Schaufelgrund 35 gemäß Fig.S jeweils in der Ebene der achsparallelen Wandungen 33 kreisbogenförmig gekrümmt ist. In the exemplary embodiments illustrated in FIGS the recesses 32 forming the blades in the turbine runner 31 likewise each an axially parallel wall 33 and a conically curved wall 34, which under are inclined to each other at an angle of 450, while the blade base 35 according to FIG Fig.S each curved in a circular arc shape in the plane of the axially parallel walls 33 is.

Die Umlenkung des Druckmittelstromes 36 erfolgt in ähnlicher Weise, allerdings mit geringerem Betrag von etwa 120 bis 1400, wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 bis 4. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel schneidet gemäß Fig.S bis 7 die gekrümmte Wandung 34 die beiden Stirnflächen des Läufers, so daß seitliche Ausströmöffnungen für die Abluft entstehen, die gemäß Fig. 6 jeweils durch Kanten 37, 38 begrenzt sind. Wie durch die Pfeile 39, 40 angedeutet ist, sind die nach beiden Seiten gerichteten Abluftströme schräg nach hinten gerichtet, so daß sie im wesentlichen unmittelbar auf die äußeren Laufringe der Kugellager auftreffen. Dadurch ist erreicht, daß das der Arbeitsluft beigegebene Schmieröl in der Hauptsache der Laufrille im äußeren Laufring und damit der am stärksten beanspruchten Stelle des Kugellagers zugeführt wird. Hierdurch kann, da jedes Kugellager ein endliches Spiel haben muß und die Kugeln eine beträchtliche Flächenpressung am Außenring auszuhalten haben, durch den infolge der Schmierung sich bildenden Olfilm die Flächenpressung verringert werden. Weiterhin kann dadurch, daß der Luftstrom der Drehrichtung der Lagerkugeln entgegengerichtet wird, die Drehzahl der Kugeln in einem gewissen Maße verringert und auf diese Weise die Fliehkraft und damit auch die Flächenpressung zwischen Kugeln und Laufrille des Außenringes herabgesetzt und der Lagerverschleiß verringert werden. The deflection of the pressure medium flow 36 takes place in a similar way, however with a smaller amount of about 120 to 1400, as in the exemplary embodiment according to FIGS. 2 to 4. Notwithstanding this embodiment, cuts according to FIG to 7 the curved wall 34 the two end faces of the rotor, so that lateral Outflow openings for the exhaust air are created, which according to FIG. 6 are each by edges 37, 38 are limited. As indicated by the arrows 39, 40 are those after both sides directed exhaust air flows obliquely backwards so that they impinge essentially directly on the outer races of the ball bearings. This ensures that the lubricating oil added to the working air is mainly the running groove in the outer race and thus the most heavily stressed point of the ball bearing is supplied. As a result, since each ball bearing has a finite Must have play and the balls can withstand a considerable surface pressure on the outer ring the surface pressure due to the oil film that forms as a result of the lubrication be reduced. Furthermore, the fact that the air flow of the direction of rotation Bearing balls is counteracted, the speed of the balls to a certain extent reduces and in this way the centrifugal force and thus also the surface pressure between the balls and the running groove of the outer ring and the bearing wear be reduced.

An Stelle der zentrischen Lagerung des Turbinenläufers kann, wie in Fig. 8 schematisch angedeutet ist, der Läufer exzentrisch gelagert sein, wobei die Läuferachse 41 gegen die Gehäusemittelachse 42 versetzt ist. Instead of the centric mounting of the turbine rotor, how is indicated schematically in Fig. 8, the rotor can be mounted eccentrically, wherein the rotor axis 41 is offset from the housing center axis 42.

Bei den üblichen kleinen Abmessungen des Turbinenläufers, dessen Durchmesser etwa 7 bis 10 mm beträgt, ist es aus Herstellungsgründen vorteilhaft, Volltrommel-Turbinenläufer zu verwenden und die Ausnehmungen in dem Läufer in einem spanabnehmenden Arbeitsprozeß herzustellen. Es versteht sich indes im Rahmen der Erfindung, daß, sofern es als zweckmäßig erscheinen sollte, Schaufeln von entsprechender Formgebung auf eine Läuferwelle aufgebracht werden können, wobei gleiche oder ähnliche Verhältnisse wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielt werden können. With the usual small dimensions of the turbine rotor, its Diameter is about 7 to 10 mm, it is advantageous for manufacturing reasons, To use full-drum turbine rotor and the recesses in the rotor in one produce chip-removing work process. It goes without saying, however, within the framework of the Invention that, if it should appear expedient, shovels of appropriate Shaping can be applied to a rotor shaft, the same or similar Conditions as in the described embodiments can be achieved.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Dental drill handpiece with air turbine drive for the tool and turbine runner mounted on both sides in ball bearings, whereby Turbine blades arranged peripherally on the rotor tangentially due to the compressed air flow are acted upon and an axial discharge for the working air from the turbine chamber through the ball bearings is provided, characterized in that that the cylindrical rotor has peripheral recesses as turbine blades, whose surface acted upon by the compressed air flow is so concave that its Side parts form guide surfaces for the air flow, which lead to the front sides of the runner stand at an acute angle.

2. drilling handpiece according to claim 1, characterized in that the concave curved surface of the recesses so inclined relative to the radial direction is that the air flowing out of the recesses over the upper blade edge forms an acute angle with the incoming air flow.

3. drilling handpiece according to claim 1, characterized in that the Recesses are narrower than the width of the runner and between the runner and the inner wall of the tubular housing that surrounds it centrally, an annular space is provided, the radial width of which is continuously about 5 to 10 0 / o of the rotor diameter amounts to.

4. drilling handpiece according to claim 1, characterized in that the Recesses Openings for a lateral exit of the outflowing working air are assigned, which are attached to the two end faces of the rotor.

5. drilling handpiece according to claim 4, characterized in that the concave curved surface of the recesses intersects the face of the rotor.

6. drilling handpiece according to claim 4, characterized in that the concave curved surface such an acute angle with the end faces of the rotor forms that the air flowing out of the front sides of the rotor on the outer The running ring of the ball bearings present on both sides of the runner is directed towards.

Documents considered: French patents No. 352 123, 420 724; U.S. Patent No. 1,338,137; Book: »Steam and Gas Turbines« von Stodola, 6th edition, Berlin, 1924, pp. 493 to 495.