DE4320532C1 - Zahnärztlicher Turbinenantrieb mit Mitteln zur selbsttätigen Drehzahlregelung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zahnärztlichen Turbinen­ antrieb, der ein in Lagern geführtes Laufrad enthält, welches am Umfang eine Vielzahl von Turbinenschaufeln aufweist, die nach dem bekannten Freistrahlprinzip über eine Düse mit Druckluft beaufschlagbar sind und der im Strömungsweg der Abluft ein Stellmittel zur Einstellung der Turbinendrehzahl aufweist. (DE-PS 8 45 092)

Turbinenantriebe werden bei zahnärztlichen Turbinenhand­ stücken seit langem eingesetzt und zeichnen sich gegenüber anderen Antrieben durch einen relativ einfachen Aufbau sowie eine vergleichsweise einfache Versorgung aus. Allerdings sind sie mit dem Nachteil einer relativ geringen Abtragleistung und einer in der Regel zu hohen Leerlaufdrehzahl (bis maximal 400 000 Upm), die bei Belastung durch ein äußeres Moment abrupt stark absinkt, behaftet. Ebenfalls Folge der zu hohen Drehzahl ist ein relativ hoher Verschleiß der Lager (Gleit- oder Kugellager). Außerdem besteht die Gefahr, daß das abgetragene Material (Zahnsubstanz) bei der relativ hohen Drehzahl unzulässig stark erwärmt wird oder gar verbrennt.

Aus der DE-PS 8 45 092 ist ein zahnärztlicher Turbinenantrieb bekannt, bei dem man durch Änderung des Querschnitts von Auslaßöffnungen für die von der Turbine abströmende Druckluft die Drehzahl der Turbine verändern kann. Der Auslaßkanal wird dabei durch zwei konzentrisch zueinander angeordnete zylin­ drische Teile gebildet, welche beide am Umfang mehrere Öffnungen aufweisen. Eine Querschnittsveränderung der Aus­ laßöffnungen wird durch Verschieben des äußeren zylindrischen Teiles erzielt. Die Öffnungen der beiden zylindrischen Teile werden dadurch mehr oder weniger stark zur Deckung gebracht. Das Verschieben des äußeren zylindrischen Teils erfolgt von Hand mittels eines Hebels, der sich längsseits der Außenseite des Handstückes erstreckt.

Die vorgenannte Druckschrift beschreibt eine Möglichkeit, eine vom Benutzer des Handstückes gewünschte Drehzahl einzu­ stellen, dagegen keine Maßnahmen für ein selbsttätiges Regeln der Drehzahl in Abhängigkeit von der Belastung.

In der US-PS 3 865 505 wird eine Regeleinrichtung für eine Dental-Turbine beschrieben, bei der im Zuleitungskanal der Antriebsdruckluft ein Ventil angeordnet ist, welches in Ab­ hängigkeit vom Volumendurchsatz der Rückluft gesteuert wird. Sinkt durch ein äußeres Moment (bei Belastung) die Drehzahl der Turbine, so wird das Ventil im Zuleitungskanal geöffnet und dadurch ein größeres Luftvolumen zum Laufrad der Turbine geleitet. Die von der Rückluft abhängige Regelung des Zuluft­ stromes kann bei der bekannten Turbine auf verschiedene Weise erfolgen, u. a. über einen federbelasteten Schieber im Rück­ luftkanal, der das Ventil im Zuluftkanal steuert oder über eine im Rückluftkanal angeordnete Membran/Druckdose, die einen den Durchfluß in der Zuleitung steuernden Kolben ver­ stellt. Mit dieser bekannten Regeleinrichtung kann die Dreh­ zahl lastunabhängig konstant gehalten werden. Die Einrichtung ist u. a. mit dem Nachteil behaftet, daß zur Drosselung des gesamten Luftstromes relativ große Kräfte notwendig sind, die sich im Abluftkanal nur unter Einsatz von Volumen und Masse aufbringen lassen. Damit wird aber ein instabiles Regelverhalten der Turbine geschaffen. Des weiteren bedingt die bekannte Einrichtung einen relativ großen Aufbau innerhalb des Turbinenhandstückes, wodurch es zu Einbauproblemen kommen kann.

Die US-PS 3 578 872 beschreibt einen für den Antrieb chirur­ gischer Werkzeuge vorgesehenen zweistufigen Turbinenantrieb, bei dem Maßnahmen vorgesehen sind, um einerseits die maximale Drehzahl der Turbine zu begrenzen, um dadurch ein sogenanntes Überdrehen der Turbine zu vermeiden und andererseits, um das Drehmoment bei Belastung zu erhöhen.

Die hierzu vorgesehenen Maßnahmen bestehen aus einem mit dem Turbinenrad umlaufenden ringförmigen Teil, welches an der Peripherie abgewinkelt ist und so zwischen dem abgewinkelten Teil und der Ringnabe des Teils einen Raum bildet, in dem ein elastischer Ring eingelegt ist. Der elastische Ring dehnt sich mit zunehmender Drehzahl infolge der Zentrifugalkraft aus und verschließt dadurch stirnseitig des Teils vorgesehene Öffnungen, wodurch der Durchsatz der Treibluft verringert wird. Durch diese Maßnahmen kann der wirksame Querschnitt verändert und letztlich die maximale Drehzahl der Turbine begrenzt werden.

Die Einstellung bzw. Veränderung der Drehzahl erfolgt hier in bekannter Weise durch Veränderung des Volumens der zugeführ­ ten Luft mittels eines zusätzlichen, nicht dargestellten, von Hand betätigbaren Steuerventils.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen zahnärztlichen Turbinenantrieb anzugeben, der hinsichtlich der Maßnahmen für eine selbsttätige Drehzahlre­ gelung in Abhängigkeit von Laständerungen gegenüber dem Stand der Technik einfacher aufgebaut ist, weniger Platz benötigt und eine hohe Zuverlässigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin­ dung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zwei Ausführungs­ beispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeich­ nung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 bis 3 eine erste Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Turbinenantriebes und

Fig. 4 und 5 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsge­ mäßen Turbinenantriebes.

Die Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt eines zahnärztlichen Turbi­ nenhandstückes, bei dem im Kopfgehäuse 1 in bekannter Weise eine Turbinenantriebseinheit 2 gelagert ist. Die Antriebsein­ heit 2 enthält ein Laufrad 3, welches in bekannter Weise auf einer in Lagern 4 gelagerten Welle 5 aufgesetzt ist und am Umfang eine Vielzahl von Turbinenschaufeln aufweist, die nach dem bekannten Freistrahlprinzip über eine Düse 16 aus einem Zufuhrkanal 7 mit Druckluft beaufschlagt werden. Eine solche Turbineneinheit ist beispielsweise in DE-12 77 516 oder DE-12 38 311 offenbart. Die gesamte Antriebseinheit 2 ist mit O-Ringen 6 schwingungsgedämpft im Kopfgehäuse 1 fixiert. Die zugeführte Druckluft wird nach Durchströmen der Turbinen­ schaufeln des Laufrades über einen Abströmkanal 8 in einen Rückluftkanal 9 geleitet. Im Gegensatz zu bisher bekannten Konstruktionen mündet der Abströmkanal 8 in einen Abluft­ kanal, welcher sich außerhalb des durch Laufrad 3 und Laufradgehäuse begrenzten Turbinenraumes befindet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß der bekannterweise auftreffende Rücksaugeffekt bei auslaufender Turbine vermieden wird.

Das Laufrad 3 enthält, dem Abströmkanal 8 zugewandt, eine konzentrisch zur Welle verlaufende Ausnehmung 10, in der ein Stellmittel in Form einer topfförmigen federnden Scheibe 11 zur selbsttätigen Drehzahlregelung angeordnet ist. Die Scheibe 11 ist in Fig. 3 perspektivisch dargestellt. Sie meist eine Vielzahl von sternförmig gerichteten Schlitzen 12 auf, die der Scheibe eine besondere Elastizität geben. Die Scheibe 11 ist, wie aus Fig. 1 ersichtlich, auf der Welle 6 so aufgesetzt, daß der hochgezogene Rand 13 nach innen in die Ausnehmung greift. Die Federscheibe 11 begrenzt zusammen mit einer in die Fig. 1 mit 14 bezeichneten ringförmigen Gehäuse­ wand den wirksamen Querschnitt, über den die Druckluft ab­ strömen kann.

In Betrieb, also bei Rotation des Laufrades, wirkt auf die Scheibe 11 die Zentrifugalkraft, und zwar derart, daß sich die Scheibe mit dem freien Ende vom Laufrad weg biegt (Fig. 2). Dadurch verengt sich der Querschnitt (Spalt) zwischen Laufrad und Laufradgehäuse. Da der abströmende Luftstrom diesen Spalt passiert, kann durch geeignete Dimensionierung von Spalt und Scheibe 11 der Luftstrom gedrosselt und so eine erwünschte reduzierte Leerlaufdrehzahl eingestellt werden. Bei Belastung während einer Präparation sinkt die Drehzahl. Ein zu starker Abfall wird aber verhindert, da bei absinken­ der Drehzahl die Auslenkung der Scheibe zurückgeht, wodurch der Spalt und damit auch der durchgehende Luftstrom größer wird.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform. Das Stellelement ist hier ein elastischer O-Ring 15, dessen Elastizität so gewählt ist, daß sich seine Form und/oder Lage in der Ausnehmung durch die Wirkung der Zentrifugalkraft so ändert, daß bei hohen Drehzahlen der Querschnitt im Abström­ kanal 8 verkleinert, bei zurückgehender Drehzahl dagegen vergrößert wird. Der O-Ring ist hierzu in der Ausnehmung 10 so eingelegt, daß er an die Außenwand der Aussparung gepreßt wird. Dabei verformt sich sein im Ruhezustand kreisförmiger Querschnitt (Fig. 4) zu einem Oval (Fig. 5), wodurch sich, wie bereits erwähnt, der Spalt zwischen Laufrad und Gehäuse verringert.

Die Stellmittel sind vorteilhafterweise nur an einer Stirn­ seite des Laufrades angeordnet; denkbar und im Rahmen der Erfindung liegt es, entsprechende Stellmittel auch an der gegenüberliegenden Stirnseite anzuordnen.

Claims (7)

1. Zahnärztlicher Turbinenantrieb enthaltend ein in Lagern (4) geführtes Laufrad (3), welches am Umfang eine Vielzahl von Turbinenschaufeln aufweist, die nach dem bekannten Freistrahlprinzip über eine Düse (16) mit Druckluft beauf­ schlagbar sind und ein im Strömungsweg der Abluft angeordnetes Stellmittel zur Einstellung der Turbinendrehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel (11, 15) im Abströmkanal (8) zwischen Laufrad (3) und Laufradgehäuse (14) am rotierenden Teil des Laufrades (3) angeordnet ist, wobei der Querschnitt des Abströmkanals (8) von dem Stellmittel (11, 15) und einer ringförmigen Gehäusewandung (14) begrenzt ist und das Stellmittel (11, 15) so ausgebildet ist daß es bei Rotation des Laufrades seine Form und/oder Lage infolge Zentrifugalkraft derart ändert, daß der wirksame Querschnitt mit steigender Drehzahl abnimmt und mit sinkender Drehzahl zunimmt.

2. Turbinenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stellmittel (11, 15) in einer stirnseitigen Ausnehmung (10) des Laufrades (3) angeordnet ist.

3. Turbinenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel eine topfförmig ausgebildete Federscheibe (11) vorgesehen ist, die mit ihrem abgewinkelten Rand (13) dem Laufrad (3) zugewandt in der Ausnehmung (10) des Laufrades (3) angeordnet ist.

4. Turbinenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federscheibe (11) durch eine Vielzahl von Schlitzen (12) federelastische Segmente bildet.

5. Turbinenantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze (12) sternförmig angeordnet sind.

6. Turbinenantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Stellmittel ein konzentrisch zur Achse des Laufrades (3) in der Ausnehmung (10) angeordneter, elastisch verformbarer Ring (O-Ring 15) vorgesehen ist, dessen äußere Stirnfläche zusammen mit einer Gehäusewandung (14) den Abströmquerschnitt begrenzt, wobei die Elastizität des Ringes so gewählt ist, daß sich seine Form und/oder Lage in der Ausnehmung (10) durch die Zentrifugalkraft im Sinne der Änderung der Strö­ mungsquerschnitte verändern kann.

7. Turbinenantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmkanal (8) in einen außerhalb des durch das Laufrad (3) und das Laufradgehäuse begrenzten Turbinenraumes angeordneten Abluftkanal (9) mündet.