DE1905624B2

DE1905624B2 - Zahnaerztliches bohrhandstueck

Info

Publication number: DE1905624B2
Application number: DE19691905624
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl.-Ing 8520 Erlangen Krestel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1969-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1977-12-01
Also published as: DE1905624C3; CH498618A; DE1905624A1; GB1246753A; FR2033838A5; US3604960A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein zahnärztliches Bohrhandstück mit einem im Handstück eingebauten, druckluftgekühlten Elektrokleinstmotor. -,o

Bei Handstücken dieser Art wurden Gleichstrommotoren verwendet, die aus einem /nit Ankerwicklungen versehenen Läufer, einem ein konstantes Magnetfeld liefernden Ständer und einem mechanischen Kommutator bestehen, dem über Bürsten oder Kohlen der Strom ■-,, für die Ankerwicklungen des Läufers zugeführt wird. Derartige Motoren haben den Nachteil, daß sie einer dauernden Wartung bedürfen, weil die Bürsten oder Kohlen verschleißen und nach bestimmter Zeit ersetzt werden müssen. Außerdem verursacht insbesondere der ho ständige Kohlenantrieb Lagerverschmutzungen und damit erhöhten Lagerverschleiß. Schließlich ist auch der mechanische Kommutator einem dauernden durch Reibung und Funkenbildung verursachten Abrieb unterworfen, was — nach Verschleiß des Kommutators _h<·, — aufwendige Reparaturen am Handstückmotor notwendig macht.

Es sind nun Gleichstrommotoren bekannt, denen diese Nachteile nicht anhafien. Bei diesen Motoren besteht der Läufer aus einem Permanentmagneten, und der Ständer weist bei einfachstem Aufbau zwei um 90° gegeneinander versetzte Ankerwicklungen auf. Die Steuerung des Stromes in den Wicklungen erfolgt mittels eines sogenannten elektronischen Kommutators, welcher aus elektronischen Schaltmitteln besteht, die in Abhängigkeit von der Läuferdrehung gesteuert werden. Vorteilhaft werden zur Erfassung der Läuferdrehung Hallgeneratoren verwendet, die im Luftspalt zwischen Läufer und Ständer angeordnet sind und vom Magnetfeld des Läufers beeinflußt werden, so daß die auf diese Weise erzeugten Hallspannungen als Steuersignal für die elektronischen Schaltmittel dienen können. Der magnetische Rückschluß wird durch ein die Wicklungen umgebendes Paket aus Blechringen gebildet. Wegen des optimalen Schaltungsaufbaus besitzen nach diesem Prinzip arbeitende kleine Motoren in der Regel vier Ankerwicklungen im Ständer, und zur Regelung des Ankerstromes sind zwei um 90° versetzte Hallgeneratoren vorgesehen.

Es ist bekannt, Motoren dieser Art für Plattenspieler und Tonbandgeräte zu verwenden. Der Einbau des Motors in das Gerät erfolgt dann in der Weise, daß vom Motor aus ein Kabelbaum bis zur Steuerelektronik geführt ist, die mit relativ großen Kühlflächen für die die Ströme in den Wicklungen steuernden Leistungstransistoren versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die ein Motor mit elektronischer Kommutierung aufweist, auch bei den relativ kleinen Dentalbohrhandstücken zu erreichen, ohne in der Bewegungsfreiheit durch einen Kabelbaum bzw. durch entsprechende Kabel belastet zu sein.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einem Dentalbohrhandstück der eingangs genannten Art, bei dem der darin eingebaute Elektrokleinstmotor in an sich bekannter Weise mit einem elektronischen Kommutator versehen ist, die Spaltmittel des elektronischen Kommutators ebenfalls innerhalb des Bohrhandstücks derart unterzubringen, daß sie von der der Kühlung des Motors dienenden Druckluft gekühlt werden.

Durch diese Maßnahmen ist erreicht, daß neben dem Elektrokleinstmotor auch der elektronische Kommutator im Bohrhandstück ohne wesentliche Vergrößerung des Handstückgehäuses Platz findet.weil das Gehäuse der Leistungstransistoren des elektronischen Kommutators und ihre Kühlflächen infolge der Druckluftkühlung klein gehalten werden können.

Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, die Hallgeneratoren des elektronischen Kommutators nicht im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer anzuordnen, sondern an Fangblechen, welche den Streufluß an der Stirnseite des Läufermagneten einfangen, außerhalb des Luftspaltes im Handstückgehäuse zu befestigen. Dadurch kann der Durchmesser des Handstückgehäuses klein gehalten werden. Die das Streufeld einfangenden Fangbleche sorgen dafür, daß die Wirkung des Magnetfeldes des Läufers auf die Hallgeneratoren genügend groß ist, um die Hallspannungen zur Steuerung der Ströme in den Wicklungen verwenden zu können.

Die Bauteile des elektronischen Kuinmuiaiors, die von der Druckluft gekühlt werden sollen, sind zweckmäßig zwischen dem Druckluftanschluß am Handstück und dem Elektrokleinstmotor angeordnet, so daß sie in dem Teil des Kühlluftstromes liegen, der noch

■ J₁J J_6n betriebswarmen Elektromotor erreicht hat. Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung •ollen an Hand der Fig. 1 bis ü erläutert werden. Es

"pig. 1 die Ansicht eines Dentalbohrhandstückes mit Elektrokleinstmotor,

pig.? einen Längsschnitt durch den Teil des Handstückes, in dem der Elektrckleinstmotor mit elektronischem Kommutator gemäß der Erfindung untergebracht ist.

pig. 3 einen Querschnitt nach der Linie lll-lll in ρ ι e 2 mit vier im Handstück eingebauten Transistoren,

ρ i g. 4 den gleichen Querschnitt für den Fall, daß fünf Transistoren im Handstück eingebaut sind, und pig. 5 eine Schaltskizze.

Das Bohrhandstück 1 besteht aus dem abgewinkelten Vorderteil 2 mit dem Bohrerkopf 3, dem schlanken Griffteil 4, dem angebauten, den Elektrokleinstmotor enthaltenden zylindrischen Gehäuseteil 5 und dem Anschlußstück 6, in dem die im Versorgungsschlauch 7 untergebrachten Leitungen für elektrischen Strom und Druckluft enden und das mittels der Überwurfmutter 8 an dem Gehäuseteil 5 angekuppelt werden kann.

Aus der F i g. 2 ist die Anordnung des Elektrokleinsimotors mit elektronischen Kommutator innerhalb des Gehäuseteils 5 ersichtlich. Der Motor besteht aus dem zylindrischen, als Dauermagnet ausgebildeten Läufer 9, der mit seinen Wellenstümpfen 10 und 11 in den Kugellagern 12 und 13 gelagert ist. Mit dem Wellenstumpf 11 ist eine im Griffteil 4 des Handstückes (Fig 1) gelagerte Antriebswelle für den Bohrer mittels einer der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Kupplungsvorrichtung verbunden. Der Ständer des Elektrokleinstmotors besteht aus dem Kunststoffgehäuse 14, auf dem vier Wicklungen 15 aufgebracht sind. Der Motor ist außerdem noch von dem aus Blechringen bestehenden, den magnetischen Rückschluß bildenden Blechpaket 16 umgeben. Mit dem Rückschlußblechpaket 16 sind die Fangbleche 17 und 18 verbunden, zwischen denen der Hallgenerator 19 angeordnet ist. In der F i g. 2 ist nur ein Hallgenerator 19 dargestellt. Da es sich beim Ausführungsbeispiel um einen Motor mit zwei auszusteuernden Ankerwicklungspaaren handelt, ist im Gehäuseteil 5 noch ein weiterer Hallgenerator - um 90° gegenüber dem Hallgenerator 19 versetzt — untergebracht, der der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Zahl der Hallgeneratoren kann bei höherpoligen Wicklungen selbstverständlich entsprechend erhöht werden.

Den Abschluß des Gehäuseteils 5 gegen das Anschlußstück 6 bildet eine Scheibe 20 aus Isoliermaterial, auf der die Stifte 21 und 22 befestigt sind, die mit entsprechenden Buchsen des Anschlußstückes 6 verbunden werden und der Versorgung des Motors mit elektrischem Strom dienen. Außerdem sind in der Scheibe 20 die öffnungen 23 für den Durchtritt der Druckluft vorgesehen. Die Kühlluftführung ist anhand der eingezeichneten Pfeile erkennbar.

Zur Halterung der einzelnen Bausteine des elektronischen Kommutators ist zwischen dem Elektromotor und der Abschlußscheibe 20 ein mit dem Gehäuseteil 5 verbundener, parallel zur Scheibe 20 liegender Ring 24 vorgesehen, auf dem — nahe seinem innerand — vier rechteckige Leiterplatten 25 bis 28 (s. auch Fig. 3) senkrecht dazu befestigt sind. Die Oberkante der Leiterplatten ist mit halbkreisförmigen öffnungen versehen, in denen jeweils ein Leistungstransistor 29 bis 32 befestigt ist. Mit den Transistoren sind jeweils die in das Gehäuseinnnere gerichteten Kühlflächen 3.3 bis 36 verbunden, so daß sie in dem Raum liegen, durch den die Kühlluft für den Elektromotor geführt wird. Auf den Leiterplatten sind außerdem noch in Kunststoff vergossene Verstärker 37 bis 40 angeordnet, die der Verstärkung der Hallspannungen dienen. Mit dem an Handstückgehäuse 5 befestigten Schalter 41 kann die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Seine Funktion wird anhand der F i g. 5 näher erläutert.

Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung der Kühlflächen 33 bis 36. Ihr Querschnitt hat die Form eines gleichschenkligen Dreiecks, das mit einer Seite mit dem Transistor verbunden ist.

Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine weitere Leiterplatte 42 mit dem Transistor 43 und relativ großer Kühlfläche 44 vorgesehen ist.

Fig. 5 zeigt die Schaltskizze für alle innerhalb des Bohrhandstückes 1 untergebrachten elektrischen Einrichtungen. Die beiden Versorgungsleitungen 45 und 46 enden an den Stiften 21 und 22. mit denen die im Versorgungschlauch 7 liegenden elektrischen Leitungen verbunden werden. Die vier Ankerwicklungen des Elektromotors tragen die Bezugszeichen 47 bis 50. Jeweils ein Ende der Wicklungen ist mit dein Pluspol 45 verbunden und die anderen Enden sind jeweils mit dem Kollektor der vier Leistungstransistoren 29 bis 32 verbunden, deren Emitter an dem Minuspol 46 angeschlossen sind. Zur Steuerung des Stromes in den Transistoren 29 bis 32 und damit in den Wicklungen 47 bis 50 sind die Hallgeneratoren 19 und 19a vorgesehen. Die von diesen gelieferten Hallspannungen liegen über die Verstärker 37 bis 40 jeweils an der Basis der Transistoren 29 bis 32, die dann in Abhängigkeit von der Läuferstellung die Wicklungen 47 bis 50 mit Strom versorgen.

Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Drehzahlsteuerung des Motors durch eine nicht dargestellte, in der Dentaleinheit untergebrachte elektronische Steuervorrichtung, und zwar wird eine Drehzahländerung in der Weise bewirkt, daß die den Stiften 21 und 22 durch den Versorgungsschlauch zugeführte Versorgungsspannung verändert wird. Da für die Verstärker 37 bis 40 und für die Hallgeneratoren 19 und 19a eine konstante Versorgungsspnnnung notwendig ist, ist im Bohrhandstück zusätzlich eine einfache Schaltung zur Spannungskonstanthaltung für die Vcrsorung der Bauteile untergebracht. Die Schaltteile hierfür sind in der F i g. 5 innerhalb der strichpunktierten Linie 51 dargestellt. Die Bausteine für diese Schaltung sind auf der fünften in F i g. 4 mit 42 bezeichneten Leiterplatte angeordnet. Da der Transistor 43 stärker belastet wird als die übrigen Transistoren 29 bis 32 ist für ihn eine entsprechende größere Kühlfläche 44 vorgesehen.

Eine Erhöhung der Versorgungsspannung bewirkt zunächst auch eine Erhöhung der Spannung an den Punkten 52 und 53. Eine Erhöhung der Spannung bei 53 und damit an der Basis des Transistors 54 bewirkt aber, daß der Transistor 54 mehr Strom durchläßt, so daß der Spannungsabfall über diesen Transistor 54 kleiner wird. Dadurch wird aber auch die Spannung bei 55 — also auch an der Basis des Transistors 43 — niedriger, so daß dieser Transistor weniger Strom durchläßt. Dadurch eniühi sich der Spannungsabfall über dem Transistor 43. Eine Erhöhung der den Versorgungsleitungen 45 und 46 anliegenden Spannung bewirkt also eine Erhöhung der über dem Transistor 43 abfallenden Spannung und dementsprechend bewirkt auch eine Erniedrigung der Spannung an den Versorgungsleitungen 45 und 46 eine

Erniedrigung des Spannungsabfalles über dem Transistor 43. Die Widerstände 56 bis 58 der Schaltung sind so bemessen, daß die Spannung bei 52 konstant bleibt. Die Verstärker 37 bis 40 und die Hallgeneratoren t9 und 19;; liegen zwischen dem Punkt 52 mit konstanter Spannung und dem Minuspol.

Schließlich ist noch der zweipolige Schalter 4 vorgesehen, mit dem die an den Hallgeneratore liegende Versorgungsspannung umgepolt werden kam Diese liefern dann inverse Hallspannungen, was ein Drehrichtungsumkehr des Motors bewirkt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zahnärztliches Bohrhandstück mit cm im Handstück eingebauten druckluftgekühltcn Elektrokleinstmotor, der über einen elektronischen Kommutator betrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile, insbesondere die Schaltmitte! des elektronischen Kommutators innerhalb des Bohrhandstückes (1) untergebracht sind, und zwar in der Weise, daß sie von der der Kühlung des Motors (9, 14, 15, 16) dienenden Druckluft zumindest teilweise umströmt werden.

2. Bohrhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden des elektronischen Kommutators, die vorzugsweise von Hallgeneratoren (19, t9a) gebildet werden, an einer Stirnseite des Motors (9, 14, 15, 16) angeordnet und mit Fangblcchen (17,18) verbunden sind, welche den Streufluß an der Stirnseite des Läufers erfassen.

3. Bohrhandstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile des elektronischen Kommutators zwischen dem Druckluftanschluß (23) und dem Elektrokleinstmotor (9, 14,15,16) angeordnet sind.

4. Bohrhandstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (29 bis 32) kreisringförmig um eine zentrale Führung für den Druckluftstrom angeordnet sind und ihre vorzugsweise nach innen gerichteten Kühlflächen (33 bis 36, 44) im Druckluftstrom liegen.

5. Bohrhandstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer durch Spannungsänderungen bewirkten Drehzahlregelung, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrhandstück zusätzlich Elemente (43, 54) zur Erzeugung einer konstanten Versorgungsspannung für die Steuerelektroden, z. B. Hallgeneraloren (19, 19a^und zugehörige Verstärker (37 bis 40) untergebracht sind.

6. Bohrhandstück nach einem der vorhergehenden . Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Handstück ein Schalter (41) zur Umkehrung des Versorgungsstromes in den Hallgeneratoren (19, 19a^vorgesehen ist.