-
Zahnärztliches Bohrhandstück mit Druckluftmotor Die Erfindung betrifft
ein zahnärztliches Handstück für Bohrer und andere rotierende Werkzeuge mit einem
höchsttourigen Druckluftmotor als Antrieb für das Werkzeug, bei dem die Rotorwelle
in Druckluft gelagert ist.
-
Bekanntlich hat man zwecks Erleichterung der Arbeit des Zahnarztes
und Herabsetzung des Schmerzempfindens des Patienten beim Bohren einen Turbinen
antrieb für zahnärztliche Handstücke entwickelt, mit dem 200 000 U/min und mehr
erreichbar sind. Die Welle der Turbine hat man dabei beidseitig in Kugellagern gelagert,
die infolge der geringen Abmessungen des Handstückkopfes äußerst klein gewählt werden
müssen und daher bei der hohen Tourenzahl einem großen Verschleiß unterliegen, also
oft auszuwechseln sind. Auch stört das unangenehme Pfeifgeräusch beim Arbeiten,
das zumindest zum Teil auf die Kugellager zurückzuführen ist.
-
Man ist daher dazu übergegangen, die Kugellager durch beidseitig des
Treibrades angeordnete Druckluftlager zu ersetzen. Es ist bekannt, diese Druckluftlager
so auszubilden, daß die um die beiden Wellenstümpfe des Turbinenrades herum vorhandenen
axialen Lagerspalten in radiale Lagerspalten übergehen, die an die Stirnflächen
des Turbinenrades angrenzen.
-
Bei derartigen Turbinenbohrhandstücken treten aber insofern neue
Schwierigkeiten auf, als der beim Bohren zusätzlich entstehende radiale und axiale
Arbeitsdruck auch von den Druckluftlagern aufgefangen werden muß. Wenn der Zahnarzt
aus der Gewohnheit heraus, bei anderen Handstücken stark aufdrücken zu müssen, beim
Arbeiten mit Turbinenhandstücken über die nur erforderliche sanfte Berührung mit
dem Zahn hinausgeht, kann es leicht zum Anliegen des Turbinenrotors an den Lagerschalen
und anderen Teilen des Kopfgehäuses kommen, die wieder Schleifschäden zur Folge
haben oder sogar zum Stillstand des Rotors führen können.
-
Es besteht also ein Mißverhältnis zwischen der vom Rotor erzeugten
und der bei einseitiger Abbremsung abforderbaren Leistung. Der Versuch, durch Verwendung
eines größeren die Druckluft liefernden Kompressors den Druck in den Lagern zu erhöhen,
verteuert das Gerät, ohne wirkungsvolle Abhilfe zu bringen, da man ja den Handstückkopf
selbst nicht vergrößern kann.
-
Um aus diesen Schwierigkeiten herauszukommen, ist in Kenntnis der
Tatsache, daß bei Verwendung von Kugellagern keine Schwierigkeiten bezüglich des
beim Bohren auftretenden Axialdruckes bestehen, bereits vorgeschlagen worden, das
dem Werkzeug nächstliegender Lager als ringförmiges Druckluftlager, das andere Lager
als Kugellager auszubilden.
-
Das Druckluftlager nimmt dann die Radialkräfte, das Kugellager vorzugsweise
die Axialkräfte auf, ein Kompromiß, der nicht gerade befriedigt.
-
Man hat sich daher die Aufgabe gestellt, Mittel und Wege zu finden,
um die Tragkraft der Druckluftlager ohne Verstärken des Kompressors und Vergrößern
des Handstückkopfes derart zu erhöhen, daß die vom Rotor erzeugte und an sich ausreichende
Leistung auch bei einseitiger Abbremsung am Zahn weitgehend ausgenutzt werden kann.
Die Erfinder haben bei ihren Untersuchungen beobachtet, daß die beiden Lagerschalen
für die beiden Wellenstümpfe des Rotors infolge ihrer Herstellungstoleranzen und
der Toleranzen der elastischen Dichtringe, die die Lagerschalen im Kopfgehäuse halten,
normalerweise nicht fluchten. Für das Ausrichten der Lagerschale beim Einschalten
der Turbine geht ein Teil der Tragkraft der Lager verloren. Weitere Verluste an
Tragkraft treten ein, wenn infolge des axialen Arbeitsdruckes der Rotor mit der
Innenseite der rückwärtigen Abschlußkappe des Turbinenkopfes in Berührung kommt.
Da letztere mit Sicherheit in ihrer Planparallelität zur Rotorstimseite Toleranzen
aufweist und außerdem die Lage des Rotors durch die elastische Halterung der Lagerschalen
im Kopfgehäuse nicht eindeutig bestimmt ist, kann eine einseitige Abstützung an
der Abschlußkappe eintreten, die die axiale und radiale Tragkraft des Luftlagers
beeinträchtigt.
-
Auf Grund dieser Beobachtungen sind die Erfinder zu dem Schluß gekommen,
daß alles getan werden muß, um die Luftlager zu verbessern, notfalls sogar auf Kosten
der vom Rotor erzeugten Leistung.
-
Es ist daher bei einem zahnärztlichen Handstück für Bohrer und andere
rotierende Werkzeuge mit einem höchsttourigen Druckluftmotor als Antrieb für das
Werkzeug, bei dem die Rotorwelle in Druckluft ge-
lagert ist, erfindungsgemäß
für die Lagerung der Rotorwelle im Handstückkopf eine einen einzigen axialen Lagerspalt
zum Rotor hin bildende einzige, insbesondere hohlzylindrische Lagerschale von den
Abschlußkappen des Kopfgehäuses fest gehalten, der axiale Lagerspalt geht in an
sich bekannter Weise in durch Teile der Stirnflächen des Rotors und durch zu diesen
Stirnflächen parallelliegende Lagerteile begrenzte radiale Lagerspalte über, und
es ist ein Treibrad an einem oder beiden Enden der Welle oder auch etwa mittig angeordnet.
Die einzige Lagerschale ist in an sich bekannter Weise mit radialen Düsenkränzen
versehen. Es empfiehlt sich, an beiden Stirnseiten der Lagerschale zumindest auch
je einen axialen Düsenkranz vorzusehen.
-
Zum Stand der Technik ist noch festzuhalten, daß eine durch Druckluft
gelagerte und angetriebene Turbine bekannt ist, bei der der Rotor in einem aus offenbar
einem Stück hergestellten Zylinder angeordnet ist. Abgesehen davon, daß es sich
um größere Maschinen mit entsprechend größeren Abmessungen handelt, fehlen vor allem
neben dem axialen Lagerspalt radiale Lagerspalte, die den bei zahnärztlichen Handstücken
auftretenden axialen Arbeitsdruck auffangen können.
-
Weiter sind luftgelagerte Kleinstturbinen mit einem Turbinenrad von
30 mm Durchmesser und wohl einem axialen und zwei radialen Lagerspalten bekannt,
die zum Antrieb von Spiegelrädern, Zentrifugen usw. dienen sollen. Abgesehen von
den ganz anderen Abmessungen bestehen bei diesen Geräten die oben geschilderten
Probleme der zahnärztlichen Handstücke hinsichtlich des axialen und radialen Arbeitsdruckes
überhaupt nicht.
-
Bei zahnärztlichen Bohrhandstücken gemäß der Erfindung mit nur einer
einzigen hohlzylindrischen Lagerschale und ihrer festen Anordnung im Handstückkopf
wird erreicht, daß die Schwierigkeiten hinsichtlich des Fluchtens der bisherigen
beiden getrennten Lagerschalen beseitigt sind, die Zahl der Toleranzen herabgesetzt
und dadurch die Tragkraft des Luftlagers erheblich gesteigert ist und unkontrollierbare
Verschiebungen des Einbauteiles im Winkelkopf nicht mehr möglich sind.
-
Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
festgehalten, in den Zeichzungen sind einige Ausführungsbeispiele dargestellt.
-
Es zeigt Fig. 1 ein zahnärztliches Winkelstück in Seitenansicht, und
weiter im vergrößerten Maßstab, Fi g. 2 einen axialen Längsschnitt durch einen Winkelkopf
mit einer einzigen Lagerschale und je einem Treibrad an den beiden Enden des Rotors,
F i g. 3 eine zweite Ausführung im axialen Längsschnitt durch den Winkelkopf, bei
der nur an dem einen Ende des Rotors ein Treibrad vorhanden, am anderen Ende das
Luftlager durch eine Scheibe etwa gleichen Durchmessers abgedeckt ist, F i g. 4
eine weitere Ausführung im axialen Längsschnitt mit nur einem Treibrad an dem einen
Rotorende, wobei der axiale Druckausgleich durch beidseitiges Zuführen von Tragluft
zum Treibrad gewährleistet ist, Fig. 5 noch eine andere Ausführung im axialen Längsschnitt
mit etwa mittig zur Rotorwelle vorhandenem Treibrad und axialem Druckausgleich durch
Einwirken von Tragluft auf die Stirnflächen der Welle. -
Das in der F i g. 1 gezeigte
zahnärztliche Winkelhandstück 1 besteht aus dem Griffteil 2, dem abgewinkelten Stiel
3 mit dem zylindrischen Winkelkopf 4 und dem BohrerS, dem Druckwasser- und Druckluftleitungen
umhüllenden Schlauch 6.
-
Gemäß F i g. 2 endet der Stiel 3 des Handstücks 1 in einem Hohlzylinder
7, in dem als Druckluftmotor eine Turbine untergebracht ist. Der Hohlzylinder7 ist
auf der Vorderseite durch eine Abschlußkappe 8, auf der Rückseite durch eine Kappe
9 abgeschlossen.
-
Die Abschlußkappen können in den Zylinder eingepreßt, eingeklebt oder
eingeschraubt sein. Durch die beiden Kappen wird die hohlzylindrische Lagerschale
10 im Winkelkopf 4 festgehalten. Die beiden elastischen Ringell, 12 dienen lediglich
noch zur Abdichtung. Die von einem Kompressor gelieferte Tragluft wird durch das
Handstück und den Kanal 13 der Lagerschale zugeführt und tritt durch beispielsweise
sechs über den Umfang verteilte Bohrungen 14 in den in der Lagerschale vorhandenen
Ringkanal 15 ein. Von dort gelangt die Druckluft durch radiale Düsenkränze 16 in
den axialen Lagerspalt 17 zwischen der Lagerschale 10 und der Rotorwelle 18.
-
Zwei axiale Düsenkränze 19 bringen Tragluft in die radialen Lagerspalten
20, die sich zwischen den Stirnflächen der Lagerschale und den beiden Treibrädern
21 befinden. Die Düsenkränze setzen sich beispielsweise aus sechs bzw. acht Düsen
zusammen, die gleichmäßig über den ganzen Umfang verteilt sind.
-
Der axiale Lagerspalt 17 ist mit den radialen Lagerspalten 20 unmittelbar
verbunden. Die beiden Treibräder 21 sind beidseitig auf die verjüngten Enden 18
a der Rotorwelle aufgepreßt. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind in den
Umfang der beiden Treibräder Nuten 22 schräg nach innen zu so eingeschnitten, daß
die Kanten der Nuten etwa senkrecht zu den beiden Kanälen23 stehen, durch die Treibluft
den Rädern zugeführt wird. Die Innenseite der beiden Treibräder 21 ist durch je
eine Scheibe 24 abgedeckt, damit die aus den axialen Düsen 19 austretende Tragluft
auf eine vollkommen geschlossene Fläche auftrifft. Trag- und Treibluft treten zu
einem geringen Teil durch den Ringspalt 25 nach vorn und durch die Öffnung 26 in
der Abschlußkappe 9 nach hinten aus, der bei weitem größere Teil der Abluft wird
durch einen Kanal (nicht dargestellt) zum Handstück und teilweise weiter durch den
Schlauch 6 zum Gerät zurückgeführt.
-
An Stelle der schrägverzahnten Treibräder können natürlich auch Schaufelräder
mit taschen ähnlichen Schaufeln an sich bekannter Art vorgesehen sein.
-
Schließlich sei der Vollständigkeit halber noch erwähnt, daß in an
sich bekannter Weise in einer Bohrung der Rotorwelle eine Spannzange untergebracht
ist, in die das jeweils zu verwendende Werkzeug eingesetzt wird.
-
Die Ausführung nach Fig.3 unterscheidet sich von der bisher beschriebenen
Ausführung im wesentlichen dadurch,-daß ein einziges Treibrad in Gestalt eines Schaufelrades
27 an dem einen Ende der Rotorwelle 18 vorhanden ist, während auf das andere verjüngte
Ende der Rotorwelle nur eine Scheibe 28 mit einem dem Schaufelrad 27 etwa gleichen
Durchmesser aufgesetzt ist. Taschenähnliche Schaufeln 29 sind in den Umfang des
Rades so eingeschnitten, daß sie zur senkrecht zur Drehachse stehenden Mittenebene
des Rades symmetrisch sind. Dieser Aufbau hat den Vorteil, daß die überwiegende
Masse des Rotors auswuchtbar
ist und nur eine dünne, gewichtsgeringe,
relativ genau herstellbare Scheibe nach dem Einführen des Rotors in die Lagerschale
auf der Rotorwelle zu befestigen ist.
-
Die Ausführung nach F i g. 4 unterscheidet sich von der vorherigen
dadurch, daß auch die Gegenscheibe zum Schaufelrad 27 fortgelassen ist. Dafür ist
für den axialen Tragluftausgleich ein axialer Düsenkranz 30 auf der der Lagerschale
10 abgekehrten Seite des Schaufelrades angeordnet, dessen Düsen in einem dem radialen
Lagerspalt 20 entsprechenden, gleichbemessenen radialen Lagerspalt 31 enden. Als
Druckluftbehälter für diesen Düsenkranz ist in die hintere Abschlußkappe 9 a des
Winkelkopfes ein Ringkanal 32 eingeschnitten, der durch den Kanal 13 a mit Druckluft
gespeist wird. Dieser Aufbau bringt bei zwar etwas komplizierterer Ausbildung der
Abschlußkappe den Vorteil mit sich, daß der Rotor insgesamt auswuchtbar ist und
ein Aufpressen bzw.
-
Aufkleben zusätzlicher Teile nicht erforderlich ist.
-
Bei der Ausführung nach F i g. 5 sitzt an dem Stiel 3 des Handstücks
1 ein topfförmiges Kopfgehäuse33, das auf der Rückseite des Handstückkopfes durch
eine Schraubkappe 34 abgeschlossen ist. Durch diese Schraubkappe wird der ganze
Innenaufbau des Kopfes fest zusammengehalten. Bei diesem Aufbau ist der für den
Antrieb des Rotors vorgesehene Schaufelkranz 35 etwa mittig zur Rotorwelle 18 angeordnet.
Ein gewisser Unterschied in der Länge der vorderen und der hinteren Lagerfläche
ist in der unterschiedlichen Belastung bei radialem Arbeitsdruck begründet. Der
Durchmesser des Schaufelkranzes 35 ist gleich dem Durchmesser des Rotors 18. Auch
bei dieser Ausführung wird die Druckluft gemeinsam dem Kopf zugeführt und dann als
Tragluft auf die Kanäle 13 und den Kanal 23 für die Treibluft verzweigt. Die Treibluftkanäle
13 enden in Ringkanälen 15 der Lagerschale 10, von denen aus durch radiale Düsenkränze
16 die Tragluft in den axialen Lagerspalt 17 gelangt. Um den nötigen Raum für die
Treibluft zu schaffen, ist die Lagerschale 10 im Bereich des Schaufelkranzes bei
36 ausgedreht und entsprechend mit einem Außenflansch 37 versehen, der eine enge
Passung zur Innenwand des Kopfgehäuses 33 hat, so daß auf diese Weise die Lagerschale
im Kopfgehäuse festgehalten wird. An den beiden Enden der Lagerschale 10 sind Außenflansche
38 vorgesehen, die auch wieder enge Passung zum Kopfgehäuse haben und bei radialem
Arbeitsdruck ein etwaiges Verkanten der Lagerschale 10 verhindern sollen. Die Lagerschale
ist beidseitig durch Ringscheiben 39 mit enger Passung zum Kopfgehäuse abgeschlossen.
In diesen Ringscheiben sitzt je ein axialer Düsenkranz 19 zum radialen Lagerspalt
20 hin, der durch die jeweilige Stirnfläche der Rotorwelle und die Innenwand der
Ringscheiben gebildet wird. Dabei ist Wert darauf gelegt, daß die radialen Lagerspalten
auf beiden Seiten der Rotorwelle gleich bemessen sind. Auf der der Rotorwelle abgekehrten
Seite der Ringscheiben befindet sich je ein ringförmiger Tragluftraum 40, dessen
Versorgung mit Tragluft durch Ausbrüche 41 bzw. 42 in den Endflanschen 38 der Lagerschale
und dem Randstreifen der Ringscheiben 39 von den Ringkanälen 15 aus erfolgt.
-
Es können so viele Ausbrüche41, 42 vorgesehen sein, daß ohne besondere
Beachtung des Fluchtens der Ausbrüche der erforderliche Durchlaß vorhanden ist.
Trag- und Treibluft entweichen zum Teil durch
den Ringspalt 25 nach vorn und die
Öffnung 26 in der Schraubkappe 34 nach hinten, der bei weitem größere Teil der Abluft
fließt jedoch durch den gestrichelt angedeuteten Kanal 43 zum Handstück zurück.
-
Der für die Antriebsluft im Kopf erforderliche Raum kann auch dadurch
geschaffen sein, daß an Stelle der Ausdrehung der Lagerschale eine Eindrehung des
Rotors vorgenommen wird. Auch könnten die Ringscheiben 39 fest mit der Lagerschale
10 verbunden sein. Die in Fig. 5 dargestellte Ausführung hat jedoch den Vorzug der
einfacheren Herstellbarkeit und der leichteren Montage: der gesamte Einsatz kann
der Reihe nach, beginnend mit der vorderen Ringscheibe, dann folgend die Lagerschale,
der Rotor und die hintere Ringscheibe, in den topfförmigen Kopf von hinten eingeschoben
und das Ganze durch die Schraubkappe miteinander fest verschraubt werden. Durch
enge Passung zwischen dem mittleren Teil der Lagerschale und dem Kopfgehäuse ist
dafür Sorge getragen, daß keine Verbindung zwischen den Ringkanälen für die Tragluft
und dem Rückluftkanal besteht. Abgesehen von dem relativ einfachen Turbinenaufbau
und der besonders langen Lagerungsfläche ist als Vorteil noch zu erwähnen, daß der
Rotor in seiner Gesamtheit auswuchtbar ist.