DE4338243C2 - Dentalinstrument mit luftbetriebener Turbine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dentalinstrument mit luftbetriebener Turbine.

Bei derartigen Instrumenten wird die Luft der Turbine durch eine Düse mit kleinem Querschnitt zugeführt und wirkt nach Art einer Peltonturbine aufgrund ihrer kinetischen Energie. Die Abluft wird von einer Stelle wieder abgeführt, die, in Drehrichtung der Turbine gesehen, knapp vor der Einblasdüse liegt.

Eine andere Art von Turbine ist ebenfalls bekannt geworden: Dabei ist auf der axial gesehen einen Seite der Turbine eine Druckkammer vorgesehen, von der die Luft durch mehrere auf einem Umfang liegende Bohrungen in schräger Richtung auf die Turbine geleitet wird. Auf der axial gesehen anderen Seite der Turbine ist eine Sammelkammer von Einbauten frei gehalten, von der die Abluft abgeleitet wird.

Nachteilig ist bei dieser Bauweise die große axiale Baulänge, die Schwierigkeit der Abdichtung der Einlaßkammer und gegebenenfalls der Sammelkammer gegenüber der Turbinenwelle, der axiale Abstand der Einmündungen der Luftleitungen und besonders die Abdichtung zwischen Druckkammer und dem ihr benachbarten Turbinenlager.

Eine wiederum andere Konstruktion ist aus der DE-PS 10 94 921 bekannt geworden: Dabei wird ein Luftstrom auf nicht näher erläuterte Weise einem Turbinenläufer zugeführt, der in einer zylindrischen Kammer rotiert und axial an beiden Enden von Kugellagern getragen wird. Die Abluft tritt durch die Kugellager axial aus und wird von zwei schrägen Sammelkanälen zurück in die Mittelebene und in einen Abluftkanal geleitet.

Dabei ist die Möglichkeit erwähnt, den Läufer exzentrisch im Gehäuse zu lagern. Warum dies geschieht und welche Effekte damit erreicht werden, wird nicht angegeben. Es bildet sich durch die dort dargestellte Exzentrizität ein Ringspalt zwischen Läufer und Gehäuse aus, dessen Breite zuerst zunimmt und dann abnimmt, was zu unerwünschten axialen Rückströmungen aus dem Bereich der Kugellager in den Spaltbereich führt. Bei sämtlichen Ausführungsbeispielen erfolgt eine punktförmige Anströmung und eine axiale Abströmung. Wo immer die Anströmung des Rotors am Umfang erfolgt, ist durch den sichelförmigen Kanal, der auch einen wesentlichen sich erweiternden Bereich (gesehen in Laufrichtung des Rotors) umfaßt, die Ausbildung von Rückströmungen und Verwirbelungen unvermeidlich. Diese Strömungsbilder bewirken einen dramatischen Abfall der Leistung des Rotors und führen darüber hinaus auch zu Vibrationen und Schallemissionen durch die Anfachung in einem weiteren Frequenzbereich (white noise).

Aus der AT-PS 371 329 und der DD-PS 142 940 sind Lamellenmotoren für zahnärztliche Handstücke bekannt geworden, die aber wegen der internen Reibung und dem dadurch bedingten Verschleiß keine große Verbreitung gefunden haben.

Aus der SU-A 1 149 921 ist ein Antrieb bekannt, bei dem ein Reuleaux-Dreieck als Rotor verwendet wird, das spielfrei in einem quadratischen Gehäuse umläuft, wobei seine Achse sich fortwährend verschiebt. Die Luft wird dieser Turbine durch vier Düsen aus einem Kanal mit gleichbleibendem Querschnitt zugeführt.

Die bei der Behandlung mit einem solchen Instrument beim Patienten auftretenden Schmerzen verhindern jeden Einsatz trotz der angeblich verbesserten Bohrleistung.

Aus der DE-AS 11 47 002 ist es zur Verringerung der Geräusche bekannt, die Ausströmöffnung des Treibluftzufuhrkanales zum Rotor so zu gestalten, daß sie sich zumindest über zwei benachbarte Turbinenschaufeln erstreckt. Dadurch kommt es zu einer Absenkung der Spitzenwerte des Schalldruckes beim Vorbeistreifen der Schaufelaußenkanten an der Einströmöffnung und zu einem ruhigeren Lauf des Rotors bzw. einem vibrationsfreieren und ruhigeren Verhalten des Handstückes.

Die DE-PS 29 03 274 zeigt eine Ausbildung, die auf andere Weise zur gleichen Lösung gelangt. Es sind zwei Rotoren axial benachbart zueinander vorgesehen, die um eine halbe Schaufelteilung zueinander versetzt sind und von einer über die axiale Teilung reichenden Einströmöffnung beaufschlagt werden. Es ist somit nicht die Einströmöffnung so ausgebildet, daß sie in Umfangsrichtung über zwei Turbinenschaufeln reicht, sondern es sind die Turbinenschaufeln so versetzt angeordnet, daß immer zwei derart versetzte Schaufelteile im Bereich der Einströmöffnung liegen. Diese Lösung ist durch die spezielle Gestaltung des Rotors in der Herstellung teuer und bringt darüber hinaus durch die Ausgestaltung der Schaufelflächen abwechselnde axiale Impulse in den Rotor, den Rotorschaft und in der Folge das Werkzeug ein, was nicht erwünscht ist.

Die eingangs erläuterten zahnärztlichen Instrumente sind seit vielen Jahren bekannt und haben sich aufgrund ihrer Vorteile weitgehend durchgesetzt. Diese Vorteile sind die Annehmlichkeiten für den Patienten zufolge der extrem hohen Drehzahlen derartiger Turbinen, die dadurch mögliche hohe Arbeitsleistung, die geringe Baugröße u. ähnl.

Es sind diese Instrumente aber auch mit Nachteilen behaftet, die die gleichen Ursachen wie die Vorteile haben und somit systemimmanent sind: Durch die hohe Drehzahl kommt es zu einem hohen und in seiner Tonhöhe unangenehmen Geräuschpegel; zu hohen Ultraschallanteilen im Geräusch, die zwar nicht mehr hörbar, aber für den Benutzer, der regelmäßig und langzeitig mit solchen Instrumenten arbeitet, lästig und zum Teil der Gehörkraft abträglich sind; zu höchstfrequenten Vibrationen mit geringen Amplituden, die unangenehm und für die Gesundheit des Benutzers schädlich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dentalinstrument mit luftbetriebener Turbine zu schaffen, die einen ruhigen Lauf auch bei hoher Drehzahl gewährleistet und bei der das stoßartige Durchlaufen der einzelnen Turbinenschaufeln durch den Antriebsluftstrahl vermieden ist.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale.

Es werden in vorteilhafter Weise die obengenannten Probleme dadurch wesentlich reduziert oder vollständig vermieden, daß die Antriebsluft dem Schaufelkranz der Turbine an mehreren Stellen oder kontinuierlich über einen größeren Umfangsbereich, bevorzugt über fast den gesamten Umfang, zugeführt wird.

Durch diese Maßnahmen wird das periodische Eintreten einer Turbinenschaufel in den Luftstrom vermieden bzw. werden bei Vorsehen mehrerer Lufteintrittsöffnungen die entsprechenden Stöße wesentlich reduziert, was auch eine merkliche Verringerung der Vibrationen im hörbaren und im Ultraschallbereich mit sich bringt, wobei das Drehmoment der Turbine vergleichmäßigt und dadurch die Luftcharakteristik der Turbine verbessert wird, ohne daß die Drehzahl nachteilig beeinflußt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt die

Fig. 1 den Kopf eines dentalen Instrumentes mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Turbine im Schnitt entlang der Linie I-I der Fig. 2, die

Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und die

Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsart in einem Schnitt analog zur Fig. 2.

In Fig. 1 ist der vorderste Teil eines dentalen Instrumentes mit einer Turbine 1 dargestellt. Die Turbine 1, die aus einem Wellenzapfen und einem Laufschaufelkranz besteht, ist in Kugellagern 2, 3 gelagert und wird von einem Luftstrom angetrieben, wobei in Fig. 1 nur der Kanal R für den Rücktransport der abgearbeiteten Luft strichliert dargestellt ist.

Die weiteren in Fig. 1 dargestellten nicht unmittelbar zur Turbine gehörenden Bauteile, wie der Druckknopf, der eine Spannzange im Inneren der Turbinenwelle zum Werkzeugwechsel betätigt und die Austrittsdüsen für Kühlwasser und -luft o. dergl., die schräg zum Werkzeug hin gerichtet sind, sind für die vorliegende Erfindung ohne Interesse und werden daher nicht weiter erläutert.

Als erfindungswesentlicher Teil ist der Kanal 4 im Spalt zwischen der Turbine 1 und dem durch den Instrumentenkopf 5 gebildeten Gehäuse der Turbine zu erkennen.

Wie aus Fig. 2 besser ersichtlich ist, liegt dieser Kanal 4 im Bereich der Schnittebene II-II und bildet eine Fortsetzung des Treibluftkanals 6, in dem der Strom der Treibluft durch den Pfeil T angedeutet ist. Die axiale Höhe des Kanales 4 ist deutlich geringer als die Höhe der Turbine 1 und im wesentlichen gleich der Höhe des Treibluftkanales 6. Der (radiale) Querschnitt des Ringkanals 4, der im Schnitt der Fig. 1 als taschenförmige Ausnehmung erscheint, verengt sich in Richtung der Treibluftströmung sukzessive, so daß die Treibluft kontinuierlich in den Drehbereich der Turbinenschaufeln 7 gedrängt wird.

Durch diese Maßnahme wird die periodisch schlagende Beaufschlagung der Turbinenschaufeln 7, wie sie gemäß dem Stand der Technik, bei dem der Treibluftkanal 6 mit einer einzigen Öffnung in den Turbinenbereich mündete, erfolgte, vollständig vermieden. Die Beaufschlagung erfolgt daher, ohne daß Vibrationen angeregt bzw. angefacht werden.

Das Ende des Ringkanales liegt vor dem Beginn eines Ausströmkanales 8, von dem die abgearbeitete Luft (Pfeil R) in den Rückströmkanal 9 gelangt. Durch diesen Winkelabstand zwischen dem Ringkanal 4 und dem Ausströmkanal 8 wird ein weitgehendes Abarbeiten der in der Treibluft enthaltenen kinetischen Energie sichergestellt.

Fig. 3 ist ein Schnitt analog zum Schnitt der Fig. 2 bei einer Variante eines erfindungsgemäßen Dentalinstrumentes. Bei dieser Variante ist eine Ringwand 12 zwischen dem Ringraum 4 und der Turbine vorgesehen, deren innere Oberfläche etwa in dem Bereich verläuft, in dem bei Turbinen gemäß dem Stand der Technik die innere Oberfläche der Turbinenkammer verläuft.

Zwischen dem Ringraum 4 und der Turbinenkammer sind Verbindungen in Form mehrerer Öffnungen 10 vorgesehen, wobei der Abstand (Umfangswinkel) benachbarter Öffnungen, entsprechend deren Teilung t deutlich verschieden von der Rotorschaufelteilung T sein muß und gegebenenfalls variabel ist. Auf diese Weise werden die Stöße beim Eintritt der Turbinenschaufeln in die einzelnen Luftströme deutlich verringert und zeitlich so versetzt, daß es zu keiner gleichphasigen Addition kommt.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist für einen größeren Luftdurchsatz bei etwas niedrigerer Drehzahl und höherem Drehmoment als die Ausführungsform nach Fig. 3 gedacht.

Claims (6)

1. Dentalinstrument mit luftbetriebener Turbine (1), mit einem Treibluftzufuhrkanal (6) und einem Abluftkanal (9), wobei der Treibluftzufuhrkanal (6) in einen in der Rotormittelebene liegenden, um die Turbine führenden Ringkanal (4) mündet, dessen Querschnitt sich, in Drehrichtung der Turbine (1) gesehen, zum Abluftkanal (9) hin verkleinert.

2. Dentalinstrument nach Anspruch 1, wobei der Ringkanal (4) zur Turbine (1) hin offen ist.

3. Dentalinstrument nach Anspruch 1, wobei zwischen dem Ringkanal (4) und der Turbine (1) eine Ringwand (12) vorgesehen ist, die mehrere Öffnungen (10) aufweist, wobei der als Umfangswinkel gemessene Abstand (t) benachbarter Öffnungen unterschiedlich von der Rotorschaufelteilung (T) ist.

4. Dentalinstrument nach Anspruch 3, wobei die als Umfangswinkel gemessenen Abstände (t) benachbarter Öffnungen (10) der Ringwand (12) unterschiedlich voneinander sind.

5. Dentalinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die axiale Höhe des Ringkanales (4) kleiner als die axiale Höhe der Turbine (1) ist.

6. Dentalinstrument nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich der Ringkanal (4) über zumindest 180° des Turbinenumfanges erstreckt.