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