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Winkelstückkopf für zahnärztliche Zwecke Zum Abstützen der äußeren
Laufringe von Kugellagern im Maschinenbau ist es bekannt, elastische Ringe aus Gummi
od. dgl. vorzusehen, die durch Verformung ihres Querschnittes beim Einbau des Kugellagers
gegen den äußeren Kugellagerring drücken und diesen an einer Drehung hindern, wobei
zwischen dem äußeren Kugellagerring und dem tragenden Teil der Lageranordnung ein
Spalt verbleibt, so daß die im Kugellager abgestützte Welle innerhalb der Lageranordnung
im Ausmaß des Spaltes frei schwingen kann.
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Für mehrfach gelagerte Wellen wurden zur Begrenzung ihrer Längsbewegungen
und zur Verringerung der zwischen den tragenden Teilen und den Außenlaufringen stirnseitig
vorgesehenen Spalte elastische Zwischenringe vorgesehen, die mechanische Schwingungen
oder Vibrationen zwischen den Lagerkörpern und der Welle dämpfen und die bekannten
Metalldistanzringe vermeiden sollen.
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Die Erfindung betrifft einen Winkelstückkopf für zahnärztliche Zwecke
mit einem im Kopfgehäuse zum Antrieb des Werkzeuges dienenden Turbinenläufer, der
auf Kugellagern abgestützt ist, deren äußere Laufringe gegen Drehung gesichert sind.
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Turbinengetriebene Winkelstücke sind bekanntlich mit Hochgenauigkeitslagern
sehr kleiner Abmessung ausgerüstet, deren präziser Einbau in die hierfür vorgesehenen
Lagersitze des Kopfes die wichtigste Voraussetzung für das Erreichen der gewünschten
Drehzahl bis 400 000 T/min und einer annehmbaren Lebensdauer ist. Die den Turbinenläufer
tragenden Lager sollen dabei mit genauer Passung in die Lagerbohrungen eingesetzt
und die Außenlaufringe der Kugellager überdies durch geeignete Mittel in möglichst
einfacher Weise gegen Mitlauf gesichert sein.
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Eine weitere Bedingung für den störungsfreien Lauf ist die einwandfreie
Achsflucht der eingebauten Lager sowie deren zur gemeinsamen Mittelachse genau lotrechte
Anordnung. Schließlich wird aus Gründen der leichten Austauschbarkeit verlangt,
daß der Turbinenläufer samt seinen Lagern möglichst mühelos, ohne Anwendung von
Werkzeugen, aus dem Kopf genommen und ebenso einfach wieder eingebaut werden kann.
Aus dem Bestreben, das Instrument wirtschaftlich herstellen zu können, wird ferner
getrachtet, für die Ausbildung der Lagerung eine sehr einfache Lösung zu finden,
welche dennoch allen Bedingungen entspricht.
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Die einleitend erwähnten bekannten Lageranordnungen und deren Abstützung
der Außenlaufringe in radialer bzw. axialer Richtung gegen die Gummiringe und deren
Tragteile sind für die Lagerung eines schnellaufenden Luftturbinentriebes nicht
geeignet.
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Die wesentlichste Voraussetzung für eine derartige Ultra-Hochtourenlagerung
ist, daß die Kugellager mit größter Genauigkeit und unveränderlich in einer Achse
angeordnet und die Außenringe der Lager gegen Mitlauf gesichert und so gehalten
sind, daß jegliche Deformierung der vom Außendurchmesser des Lagers her bestimmten
Kreisbahn der Laufrille verhindert wird. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
dadurch gelöst, daß die äußeren Laufringe von in Nuten oder in Ringstufen ihrer
Stützflächen im Kopfgehäuse und in einem in dieses Gehäuse eingesetzten Lagerträger
liegenden elastischen Ringen vorzugsweise aus Gummi, in an sich bekannter Weise
umfaßt sind, deren Querschnittsform vor dem Einsetzen der Laufringe über den Querschnitt
der Nuten bzw. der von der Ringstufe und dem äußeren Kugellagerring gebildeten Nut
etwas vorspringt. Durch die Aufnahme der Kugellager in einem präzise und mit genauester
Passung bearbeiteten metallischen Sitz ist die Austauschbarkeit des Turbinenläufers
samt Lagern bei Vermeidung eines Preßsitzes ermöglicht, wobei die Außenlaufringe
durch die elastischen Ringe gegen Mitlaufen gesichert sind. Im Gegensatz zu den
bekannten Lageranordnungen dient daher der elastische Ring weder zur Aufnahme der
Lager, noch zu deren elastischen Abstützung mit dem Ziel einer Schwingungs- und
Geräuschdämpfung oder genaue
Lagerpassungen zu ersparen, sondern
bloß dem Zweck, die äußeren Laufringe bei exakter zentrischer Lagerung in den Stützflächen
des Kopfgehäuses bzw. des Lagerträgers gegen ein Mitlaufen zu hindern, wobei sich
ein Preßsitz zwischen den äußeren Laufringen und den zylindrischen Stützflächen
im Kopfgehäuse zur Vermeidung von Deformierungen der empfindlichen Lagerringe beim
Einsetzen erübrigt.
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Auch die mit Schiebesitz in den Winkelstückkopf eingesetzten und
überdies axial durch eine auf den Winkelstückkopf aufgeschraubte Verschlußkappe
verspannten äußeren Laufringe der Kugellager werden häufig durch ihre dünnwandige
Ausbildung deformiert, weshalb schon vorgeschlagen wurde, sie mit einer Stirnnut
zu versehen, in die in ihren Halterungsteilen eingesetzte Stifte eingreifen oder
die Sicherung gegen ein Mitdrehen durch ineinandergreifende Stirnverzahnungen der
äußeren Laufringe sowie der Halterungsteile zu bewirken. Diese Ausbildungen haben
jedoch den schwerwiegenden Nachteil, daß an Stelle der handelsüblichen Kugellager
besonders ausgebildete Lager verwendet werden müssen, was die Herstellungskosten
wesentlich erhöht. Bei der Kleinheit der Bauteile ist es überdies schwierig, Fixierstifte
einzubauen, um die Drehungssicherung der äußeren Laufringe zu erzielen und auch
die wirtschaftliche Herstellung solcher Lager, um ihre achsengleiche Lage zu erreichen,
ist schwierig. Sind die Kugellager in besonderen Halteringen des Winkelstückkopfes
eingesetzt und durch Umbördeln deren Ränder gehalten und die äußeren Laufringe der
Kugellager in den Halteringen gegen Mitlaufen durch axiale Stifte gesichert, so
ist das Austauschen der Kugellager durch den Bördelrand der Halteringe, wenn nicht
überhaupt unmöglich, sehr erschwert. Die Bauart ist überdies noch dadurch verwickelter,
daß die mit den Lagern auszutauschenden Halteringe ihrerseits durch Umbördem der
Ränder des Turbinenkopfes fixiert sind, was den Ausbau zusätzlich erschwert.
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Es ist auch schon ein Winkelstückkopf bekannt geworden, bei dem im
Kopfgehäuse ein auf Kugellagern abgestützter Turbinenläufer vorgesehen ist, der
jedoch nicht unmittelbar, sondern zur Geräuschdämpfung beim Antrieb in eine in das
Kopfgehäuse eingesetzte Kunststoffhülse eingesetzt ist. Die äußeren Laufringe der
mit Paßsitz in die Kunststoffhülse eingesetzten Kugellager haben daher einen größeren
Durchmesser als der Turbinenläuf er, wodurch der Winkelstückkopf im Bereich des
Werkzeuges größer ausgebildet werden muß, was eine Verschlechterung der Sicht auf
das Werkzeug bedingt. Beim Ein- und Ausbau des Turbinenläufers samt seinen Kugellagern
muß das vordere Kugellager durch die ganze Länge der Kunststoffhülse gepreßt werden
und beim Einführen des zweiten Kugellagers zusätzlich auch der Druck zum Einpressen
dieses Lagers aufgewendet werden, so daß zum Austausch einer Turbine ein beträchtlicher
Kraftaufwand erforderlich ist. Das bringt für die sehr empfindlichen Bestandteile
des Turbinenläufers die Gefahr einer Beschädigung mit sich, insbesondere dann, wenn
der Austausch in der Praxis von ungeübter Hand und ohne Hilfswerkzeuge vorgenommen
wird. Wird an Stelle des Paßsitzes für die Kugellager hingegen nur ein schwacher
Haftsitz in der Kunststoffhülse gewählt, so besteht die Gefahr des Mitlaufens der
Kugellagerringe.
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In Ausgestaltung der Erfindung ragt die über die von der Ringstufe
und dem äußeren Laufring gebil-
dete Nut vorstehende Stirnfläche des Ringes gegen
die Bodenfläche des Verschlußdeckels des Kopfgehäuses, wodurch beim Festschrauben
des Verschlußdeckels eine Sicherung desselben gegen Drehung durch Verformung des
Gummiringes und gleichzeitig die Klemmung des Laufringes bewirkt wird.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einer beispielsweisen
Ausführungsform dargestellt.
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F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Kopf eines Winkelstückes;
die F i g. 2 und 3 zeigen den oberen bzw. den unteren Teil des Winkelstückkopfes
vor dem Aufsetzen des Verschlußdeckels bzw. vor dem Einführen des Turbinenläufers
samt Kugellager in das vordere Ende des Kopfgehäuses.
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Das Kopfgehäuse 1 des Winkelstückes 2 ist an seiner Innenfläche stufenförmig
abgesetzt, wobei die Zylinderfläche 3 größeren Durchmessers das Gehäuse der Turbine
und die kleinere Zylinderfläche4 die Sitzfläche des vorderen Kugellagers für den
Turbinenläufer 5 bildet. Die Zylinderfläche 4 weist ungefähr in ihrer Mitte eine
ringförmige Nut 6 auf, in die ein Gummiring 7 eingesetzt ist, dessen Querschnitt
größer als jener der Nut 6 ist, so daß er mit einer Wölbung 8 (F i g. 3) über die
Zylinderfläche 4 vorragt. Der Turbinenläufer 5 hat zwei Lagerzapfen 9 und 10, welche
die inneren Laufringe der Kugellager 11 bzw. 12 tragen, während die äußeren Laufringe
11', 12' mit einer Bewegungspassung einer Toleranz von etwa 0,005 mm in die Zylinderfläche
4 bzw. einer Zylinderfläche 13 eines Lagerträgers 14 einführbar sind. Der Lagerträger
14 weist an seiner äußeren Stirnfläche eine Ringstufe 15 auf, die mit dem äußeren
Laufring 12' des Kugellagers 12 eine Ringnut bildet, in die ein Gummiring 16 unter
Pressung-eingeführt ist, so daß er mit einer Wölbungl7 (Fig.2) über die außenliegenden
Seitenflächen der Laufringe des Kugellagers 12 und die Stirnfläche des Lagerträgers
14 vorsteht, der durch einen in eine Längsnutl8 des Kopfgehäuses 1 eingreifenden
Stift 19 gegen Drehung gesichert ist. Das Kopfgehäuse trägt am oberen Ende Außengewinde
für einen Verschlußdeckel 20.
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Beim Einsetzen des Turbinenläufers 5 (F i g. 3) verdrängt der bloß
mit Gleitsitz in die Zylinderfläche eingeführte äußere Laufringll' des Kugellagers
11 den vorgewölbten Teil des Gummiringes 7, der damit unter zusätzliche Druckspannung
gesetzt wird und den äußeren Laufring 11' des Kugellagers 11 gegen eine Drehbewegung
sichert.
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Der äußere Laufring 12' des oberen Kugellagers 12 wird beim Aufschrauben
des Verschluß deckels 20 gleichfalls durch den in die Ringstufe 15 zurückgedrängten
und dadurch unter Pressung gehaltenen Gummiring 16 an einer Drehbewegung gehindert.
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Der von den Gummiringen 7 und 16 ausgeübte Druck gegen die äußeren
ohne Preßwirkung in ihren Lagerstellen sitzenden Laufringe 11', 12' genügt, um diese
gegen ein Mitlaufen zu sichern. Das Einführen der kleinen, hochempfindlichen Lager
in das Kopfgehäuse bzw. in den Lagerträger ohne Druckanwendung schützt diese gegen
Formänderungen, so daß durch die erfindungsgemäße Ausbildung keine Verformungskräfte
auf die Kugellager einwirken, und die eingangs geschilderten Mängel gänzlich beseitigt
sind.
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Breitere Laufringe 11', 12' können gegebenenfalls auch durch zwei
in Ringnuten liegende Gummiringe gehalten sein, die auch von in das Gehäuse einsetzbaren
Stützkörpern getragen sein können.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Winkelstückkopfes werden
wesentliche Vorteile erzielt, und zwar erfolgt die Klemmung der Kugellager nur auf
einem Teil der Lagerlänge, was mit Sicherheit jede Möglichkeit einer Verformung
der Kugellagerringe ausschließt, da sie auf der verbleibenden Mantellänge im Schiebesitz
der metallischen Aufnahmebohrungen zentriert sind. Beim Einbau der Turbine ist das
Aggregat bis zum Angriff des vorderen Kugellagers auf den zugeordneten Klemmring
leicht einzuführen, so daß nur auf eine Restlänge von etwa 1,5 mm nachgedrückt werden
muß, um die Einbaustellung zu erreichen. Dadurch ist sowohl der Einals auch der
Ausbau des Turbinenaggregates sehr leicht von Hand durchzuführen und jede Beschädigung
ausgeschlossen. Es können handelsübliche, einen kleineren Durchmesser als der Turbinenläufer
aufweisende Kugellager verwendet und der Winkelstückkopf sehr klein ausgebildet
werden. Die Herstellung der Ausnehmungen für die Klemmringe ist einfach und das
Austauschen der Klemmringe, welche nicht in sich geschlossen sein müssen, kann rasch
erfolgen.
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Die Außenringe werden durch radiale Pressung gehalten, so daß sich
eine axiale Verspannung der äußeren Kugellagerringe erübrigt. Die Klemmung des rückwärtigen
Lagers erfolgt erst nach Festschrauben des Verschlußdeckels, weshalb beim Einbau
der Turbine vorerst lediglich die Kraft zur Verformung bloß des vorderen Klemmringes
notwendig ist. Der Klemmring 16 wirkt gegen die Verschlußkappe 20 als Drehungssicherung,
die daher nur mäßig angezogen
werden braucht, womit eine Streckung des Kopfgehäuses
vermieden ist.