EP4680144A1 - Einheit zum nachrüsten einer beleuchtung an einem zahntechnischen handstück, sowie zahntechnisches handstück mit einer solchen einheit - Google Patents

Einheit zum nachrüsten einer beleuchtung an einem zahntechnischen handstück, sowie zahntechnisches handstück mit einer solchen einheit

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Publication number
EP4680144A1
EP4680144A1 EP24712785.5A EP24712785A EP4680144A1 EP 4680144 A1 EP4680144 A1 EP 4680144A1 EP 24712785 A EP24712785 A EP 24712785A EP 4680144 A1 EP4680144 A1 EP 4680144A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
permanent magnet
cap
unit according
handpiece
drive shaft
Prior art date
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Pending
Application number
EP24712785.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Neff
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Individual
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Individual
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Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP4680144A1 publication Critical patent/EP4680144A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/08—Machine parts specially adapted for dentistry
    • A61C1/088—Illuminating devices or attachments

Definitions

  • the invention relates to a unit for retrofitting lighting to a dental handpiece with the features of claim 1 and to a dental handpiece with such a unit with the features of claim 16.
  • handpieces are used to carry out extremely precise and delicate work on teeth, dental prostheses and the like, whereby the contour, surface or geometry of the tooth or dental prosthesis is designed using a rotary cutting, grinding, milling, drilling or polishing tool.
  • the invention is based on the idea of retrofitting handpieces in use that have no or only inadequate integrated lighting with a powerful lighting device. Improved lighting in the area of the tool enables the user of the handpiece to carry out work on the tooth, a dental prosthesis and the like more precisely, so that the quality of the processing can be increased and a better work result achieved.
  • a particularly advantageous feature is that thanks to the invention, no new handpiece needs to be purchased in order to obtain a powerful lighting device, but the existing handpieces in a practice can be used. Handpieces can be expanded to include the functionality of powerful lighting. This makes the invention stand out in terms of both desirable economic efficiency and sustainability.
  • the permanent magnet consists of a neodymium-iron-boron alloy.
  • Such permanent magnets are characterized by a high magnetic field strength even with small dimensions and thus allow a compact design of the unit according to the invention in the smallest of spaces.
  • the arrangement of a soft magnetic material such as ferrite, nickel-zinc or manganese-zinc in the area of the coils proves to be advantageous in order to improve the inductance of the coils and thus enable a reduction in the coil size.
  • the permanent magnet is circular in shape, which on the one hand allows the permanent magnet to be easily pushed onto the drive shaft of the handpiece and at the same time leads to a mass concentration as close as possible to the axis of rotation. In this way, an imbalance of the permanent magnet is counteracted.
  • the permanent magnet can have a casing on its outside and in particular on its outer circumference, for example made of plastic, which absorbs the centrifugal forces at high speeds of the tool partly as ring tensile forces.
  • the inner circumference of the permanent magnet is matched to the outer circumference of the drive shaft in such a way that a tight fit is achieved, so that both centering and Power transmission in the circumferential contact joint between the drive shaft and the permanent magnet.
  • means are arranged in the contact joint between the drive shaft and the permanent magnet to increase the frictional connection.
  • Such means can be surface profiling that leads to micro-toothing of the surfaces, or glue or adhesive coatings that create a material-tight connection.
  • a preferred means of increasing the frictional connection is the arrangement of one or more elastic ring elements in one or more circumferential ring grooves on the inner circumference of the through hole of the permanent magnet.
  • the radial contact pressure exerted by an elastic ring element on the drive shaft improves the frictional connection and thus reduces the risk of slippage in the contact joint.
  • a further embodiment of the invention provides that the rotor is rotatably mounted on the unit according to the invention and is connected to it via the rotary bearings.
  • the unit according to the invention therefore has no loose parts, which makes it considerably easier to handle and prevents errors when retrofitting.
  • any imbalances that may be present are absorbed directly by the unit according to the invention via the rotary bearings and are not directly introduced into the drive shaft of the handpiece.
  • an advantageous development of the invention provides that the electrical coils are formed by conductor tracks that are applied to circuit boards, preferably printed on them.
  • the circuit boards can be flexible and follow the inner circumference of the cap.
  • light-emitting diodes are preferably used as the lighting means, but without excluding other lighting means.
  • the light-emitting diodes are preferably arranged on a lighting means carrier, which simultaneously functions as a circuit board with integrated circuits.
  • the dual function of the lighting means carrier also promotes a compact structure of a unit according to the invention.
  • Fig. 1 a view of a dental handpiece without integrated lighting
  • Fig. 2 is a longitudinal section through the area marked II in Fig. 1 in the state with retrofitted lighting by means of a first embodiment of a unit according to the invention
  • Fig. 3 a detail of the rotor shown in Fig. 2 in the area of the permanent magnet
  • Fig. 4 is a cross-section through the handpiece shown in Fig. 2 along the line IV - IV therein,
  • Fig. 5 is a cross-section through the handpiece shown in Fig. 2 along the line V - V therein, and
  • Fig. 6 is a longitudinal section through the area marked II in Fig. 1 in the state with retrofitted lighting by means of a further embodiment of a unit according to the invention.
  • Fig. 1 shows a view of a known handpiece 1 as it is used in the dental field for processing teeth, dental prostheses and the like.
  • the handpiece 1 is equipped with a processing tool 2 such as a Drill, milling cutter, grinding head or the like, which projects axially beyond the housing 4 of the handpiece 1 at the front end 3 in the area marked II.
  • the handpiece 1 accommodates a drive shaft 17 rotating about an axis 5 with a chuck for detachably fastening the processing tool 2, which is described in detail in Figs. 2 to 5.
  • the front end 2 of the handpiece 1 is formed by a protective cap 8, which prevents dust and dirt from entering the clamping area.
  • the protective cap 8 is detachably attached to the housing 4 of the handpiece 1, for example via a thread, so that the clamping area is accessible after the cap 8 is removed.
  • a drive unit 10 with an electric motor and power supply 11 is coupled to the rear end 9 of the handpiece 1.
  • the electric motor directly drives the drive shaft 17, with the rotation axis of the electric motor running coaxially to the drive shaft 17.
  • the drive unit is arranged separately from the handpiece and both are force-coupled via a flexible shaft.
  • Fig. 2 the front area II of the housing 4 of the handpiece 1 can be seen, the longitudinal axis 12 of which coincides with the axis of rotation 5.
  • the housing 4 encloses a cavity 13 that is rotationally symmetrical to the axis 12 and in which a work spindle 14 is rotatably mounted in front roller bearings 15 and rear roller bearings 16.
  • the work spindle 14 essentially consists of a drive shaft 17 with a through hole 18 and with external diameters that are stepped differently over the length.
  • the work spindle 17 forms a collet holder 19 with the longitudinal section that protrudes beyond the front roller bearing 15, into which an axially movable collet 21 is inserted.
  • the through hole 18 of the drive shaft 17 widens to form an inner cone 20.
  • the collet 21 consists of a radially slotted sleeve with a slotted clamping cone 22 at the end, which is used to clamp the tool with the Inner cone 20 cooperates.
  • the collet 21 is moved in the axial direction relative to the collet holder 19 via a pulling device 23, whereby the shaft of the machining tool 2 is clamped or released due to the corresponding conicities of the inner cone 20 and the clamping cone 22.
  • the handpiece 1 shown in Fig. 2 to 5 differs, as mentioned, from that of Fig. 1 by the replacement of the protective cap 8 with a unit 30 according to the invention for retrofitting a lighting system.
  • the unit 30 comprises, among other things, a cap 31 with an approximately hollow-cylindrical longitudinal section 32, which can be connected at its free peripheral edge 33 with the aid of fastening means to the housing 4 of the handpiece 1 coaxially to the axis 5.
  • the hollow-cylindrical longitudinal section 32 of the cap 31 is adjoined by an approximately hollow-conical longitudinal section 34 with a central opening 35 for the passage of the processing tool 2.
  • the fastening means consist of an internal thread 36 on the inner circumference of the longitudinal section 32, which interacts with the existing external thread on the housing 4 of the handpiece 1.
  • an annular seal 37 is arranged on the opposite outer circumference of the longitudinal section 32, which ensures a tight connection with a connection groove on the housing 4.
  • the interior of the cap 31 accommodates a lighting device 38 and a device 39 for generating electrical energy.
  • the lighting device 38 comprises several lighting devices 40 such as light-emitting diodes, which are arranged at a uniform circumferential distance on a ring-shaped lighting device carrier 41.
  • the lighting device carrier 41 is formed by a circuit board on which the associated electronics are arranged in addition to the light-emitting diodes.
  • the lamp carrier 41 is attached coaxially and perpendicularly to the rotation axis 5 with its outer circumference to the inner circumference of the cap 31, preferably in the area of the hollow cone-shaped longitudinal section 34.
  • the lamps 40 are seated on the front ring disk surface and cast their light through axial openings 42 in the cap 31.
  • the openings 42 can be closed with a translucent material, which preferably ends flush with the outside of the cap 31.
  • the device 39 for generating electrical energy comprises a stator 43 which interacts with a rotor 44 rotating within the stator 43.
  • the stator 43 consists of several coils 45, each with a plurality of turns 46 made of electrically conductive wire, which are arranged concentrically to the axis of rotation 5 on the inner circumference of the hollow cylindrical longitudinal section 32 of the cap 31 and extend approximately over its entire axial length. In this way, the coils 45 define an annular space 47 surrounding the axis of rotation 5.
  • the coils 45 can additionally have a core made of ferromagnetic material (not shown).
  • the lighting means 40 are supplied with the electrical current generated in the device 39 via electrical lines 48.
  • the rotor 44 of the device 39 essentially consists of a ring-shaped permanent magnet 49 with a length that corresponds approximately to the axial length of the coils 45 or the hollow cylindrical longitudinal section 32.
  • the inner diameter of the central through-opening 50 in the permanent magnet 49 corresponds to the outer diameter of the collet holder 19, so that the permanent magnet 49 can be axially plugged onto the collet holder 19 with a positive fit.
  • the outer diameter of the permanent magnet 49 is smaller than the annular space 47 enclosed by the coils 45, which creates a circumferential air gap 51 with a small radial width.
  • the permanent magnet 49 is designed as a dipole diametrically opposed to the rotation axis 5, so that one half of the circumference of the permanent magnet 49 represents the magnetic north pole N and the other half of the circumference represents the magnetic south pole S (Fig. 4).
  • the permanent magnet 49 is seated with a tight fit on the collet holder 19.
  • the inner circumference of the through hole 50 is in contact with the outer circumference of the collet holder 19, with the transmission of the rotational movement to the permanent magnet 49 taking place via friction forces in the contact joint.
  • friction-enhancing means may be arranged, such as surface profiling and/or adhesive layers applied to one or both contact surfaces.
  • FIG. 3 shows the seat of the permanent magnet 49 on the collet holder 19 on a larger scale in longitudinal section.
  • a circumferential annular groove 24 into which a frictional engagement ring 25 is inserted, which protrudes slightly beyond the inner circumference of the permanent magnet 49.
  • the frictional engagement ring 25 consists of an elastic material such as rubber or silicone, which is radially compressed when the permanent magnet 49 is placed on the collet holder 19, thereby generating a radial contact pressure that improves the frictional connection. This effect can be further increased by providing several such frictional engagement rings 25.
  • Fig. 6 is a further embodiment of a unit 30' according to the invention, which largely corresponds to that described in Figs. 1 to 5, so that identical reference numerals are used to the extent of the correspondence and reference is made to the explanations therein in order to avoid repetition.
  • the special feature of this embodiment is that the rotor 44 is rotatably mounted on the unit 30' and connected to it.
  • the permanent magnet 49 with its through-opening 50 is seated in a rotationally fixed manner on a coaxial bearing bush 26.
  • the outer diameter of the bearing bush 26 essentially corresponds to the inner diameter of the through-opening 50, so that a rotationally fixed fit is obtained.
  • means for increasing the frictional connection can be provided in the joint, for example adhesive means or friction or form-fitting means.
  • the bearing bush 26 and the permanent magnet 50 can also be monolithic, i.e. consist of one piece. It is also possible for the bearing bush 26 itself to be magnetic.
  • the bearing bush 26 has a greater axial length than the permanent magnet 50.
  • the permanent magnet 50 Due to the central arrangement of the permanent magnet 50 on the bearing bush 26, its ends each form an axial projection over the permanent magnet 50
  • a rotary bearing 27 is arranged on each of the projections, for example in the form of a roller bearing, the inner ring 28 of which sits rotationally on the bearing bush 26 and the outer ring 29 of which is rigidly connected to the inner circumference of the cap 31.
  • the inner circumference of the cap 31 is formed by a ring element 6 into which the coils 45 are integrated, for example by casting.
  • the inner diameter of the bearing bush 26 is slightly larger than the outer diameter of the drive shaft 17. In this way, an annular gap 7 is created between the bearing bush 26 and the drive shaft 17.
  • means 52 for transmitting rotational forces to the bearing bush 26 and thus to the permanent magnet 49 are arranged in the annular gap 7.
  • Suitable means 52 can, for example, be elements that are elastically deformable in the radial direction and which transmit the forces of the rotating drive shaft 17 to the bearing bush 26 and thus to the rotor 44 by means of friction.
  • Such means 52 can, for example, be formed from felt or fleece or consist of a plastic or rubber-like material that is preferably connected to the inner circumference of the bearing bush 26.
  • the means 52 can fill the annular gap 7 completely or only partially in the manner of a ring.
  • the permanent magnet 49 rotating with the drive shaft 17, in conjunction with the coils 45, generates electrical current which is fed via the electrical lines 48 to the lamps 40 of the lighting device 38. Their light is radiated into the working area of the tool 2 via the openings 42.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einheit (30, 30') zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem zahntechnischen Handstück (1), dessen Gehäuse (4) an einem Ende mit einer lösbaren Schutzkappe (8) abschließt, wobei innerhalb des Gehäuses (4) eine angetriebene Welle (17) rotierbar gelagert ist, die sich in den Bereich der Schutzkappe (8) erstreckt und die ein Bearbeitungswerkzeug (2) antreibt, umfassend eine sich entlang einer Achse (12) erstreckenden Kappe (31), insbesondere Staubschutzkappe, mit Anschlussmitteln zur Befestigung an dem zahntechnischen Handstück (1), eine innerhalb der Kappe (31) angeordnete Einrichtung (39) zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Stator (43) und einem Rotor (44), und Leuchtmittel (40), insbesondere Leuchtdioden (LED), wobei der Stator (43) mindestens eine elektrische Spule (45) besitzt, deren Windungen (46) am Innenumfang der Kappe (31) angeordnet sind und die elektrisch mit den Leuchtmitteln (40) verbunden sind, und wobei der Rotor (44) einen Permanentmagneten (49) aufweist, der innerhalb der Kappe (31) um die Achse (12) drehbar und im lichten radialen Abstand und mit axialer Überlappung zu der mindestens einen Spule (45) anordenbar und antreibbar ist. Die Erfindung betrifft ferner ein zahntechnisches Handstück (1) mit einer solchen Einheit (30, 30').

Description

Beschreibung
Bezeichnung der Erfindung
EINHEIT ZUM NACHRÜSTEN EINER BELEUCHTUNG AN EINEM ZAHNTECHNISCHEN HANDSTÜCK, SOWIE ZAHNTECHNISCHES HANDSTÜCK MIT EINER SOLCHEN EINHEIT
Gebiet der Technik
Die Erfindung betrifft eine Einheit zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem zahntechnischen Handstück mit den Merkmalen das Anspruchs 1 sowie ein zahntechnischen Handstücken mit einer solchen Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Stand der Technik
Handstücke dienen auf dem Gebiet der Zahnmedizin oder Zahntechnik der Ausführung äußerst präziser und filigraner Arbeiten an Zähnen, Zahnprothese und dergleichen, wobei mit einem drehangetriebenen Trenn-, Schleif-, Fräs-, Bohr- oder Polierwerkzeug die Kontur, Oberfläche oder Geometrie des Zahns bzw. der Zahnprothese gestaltet wird.
Die Feingliedrigkeit der Bearbeitung setzt eine optimale Ausleuchtung des Arbeitsbereichs voraus, wozu ein Arbeitsplatz im allgemeinen mit Leuchten ausgestattet ist, die in der Peripherie des Einsatzortes fest installiert sind und deren Licht mit Hilfe eines Reflektors auf den Zahn oder die Zahnprothese gerichtet ist. Als problematisch erweist sich dabei jedoch, dass ein Schattenwurf entsteht, wenn der Bediener des Hand- oder Winkelstücks mit seinem Körper zwischen Lichtquelle und Zahn bzw. Zahnprothese gerät. Um dem vorzubeugen sind Hand- oder Winkelstücke im Einsatz, in die die Leuchtmittel integriert sind. Durch die Anordnung der Leuchtmittel in der Nähe des rotierenden Werkzeugs, trifft deren Licht direkt und hindernisfrei auf den Zahn bzw. die Zahnprothese und ermöglicht aufgrund der optimalen Ausleuchtung eine bestmögliche und qualitativ hochwertige Bearbeitung.
Bei vielen der heutzutage in Gebrauch befindlichen Handstücke ist eine integrierte Beleuchtung nicht vorhanden. Wollen die Benutzer solcher Handstücke in den Vorteil einer verbesserten Beleuchtung kommen, müssten sie ihre alten Werkzeuge durch neue Handstücke ersetzen. Im Sinne eines wirtschaftlichen und nachhaltigen Handelns ist dies zumindest bei voll funktionsfähigen Handstücken kaum zu vertreten.
Zusammenfassung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bei Arbeiten mit Handstücken eine verbesserte Beleuchtung des Zahns oder der Zahnprothese zu erreichen, insbesondere bei Handstücken ohne eigene Lichtquelle.
Diese Aufgabe wird durch eine Einheit zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem dentalen Handstück mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst sowie durch ein Handstück mit den Merkmalen des Anspruchs 16.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, in Gebrauch befindliche Handstücke, die über keine oder nur unzureichende integrierte Beleuchtung verfügen, nachträglich mit einer leistungsfähigen Beleuchtungseinrichtung zu ertüchtigen. Durch eine verbesserte Ausleuchtung im Bereich des Werkzeugs wird der Benutzer des Handstücks in die Lage versetzt, Arbeiten am Zahn, an einer Zahnprothese und dergleichen präziser auszuführen, so dass die Qualität der Bearbeitung gesteigert werden kann und ein besseres Arbeitsergebnis erzielt wird.
Als besonders vorteilhaft erweist sich dabei, dass dank der Erfindung keine Neuanschaffung eines Handstücks erforderlich ist, um eine leistungsfähige Beleuchtungseinrichtung zu erhalten, sondern die in einer Praxis bereits vorhandenen Handstücke um die Funktionalität einer leistungsstarken Beleuchtung erweitert werden können. Damit zeichnet sich die Erfindung sowohl im Hinblick auf eine wünschenswerte Wirtschaftlichkeit als auch Nachhaltigkeit aus.
Aufgrund der besonderen Konstruktion und einfachen Handhabung einer erfindungsgemäßen Einheit, lässt sich das Nachrüsten eines Handstücks ohne große Zusatzkosten schnell und vom Nutzer selbst durchführen, was die Wirtschaftlichkeit der Erfindung weiter steigert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Permanentmagnet aus einer Neodym-Eisen-Bor Legierung. Solche Permanentmagnete zeichnen sich durch eine hohe magnetische Feldstärke selbst bei kleinen Abmessungen aus und gestatten so eine kompakte Ausbildung der erfindungsgemäßen Einheit auf engstem Raum.
In entsprechender Weise erweist die Anordnung eines weichmagnetischen Materials wie zum Beispiel Ferrit, Nickel-Zink oder Mangan-Zink im Bereich der Spulen als vorteilhaft, um die Induktivität der Spulen zu verbessern und so eine Reduktion der Spulengröße zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist der Permanentmagnet kreisringförmig ausgebildet, was einerseits ein einfaches Aufschieben des Permanentmagneten auf die Antriebswelle des Handstücks ermöglicht und gleichzeitig zu einer Massenkonzentration möglichst nahe an der Rotationsachse führt. Auf diese Weise wird einer Unwucht des Permanentmagneten entgegengewirkt.
Der Permanentmagnet kann an seiner Außenseite und insbesondere an seinem Außenumfang eine Umhüllung aufweisen, beispielsweise aus Kunststoff, die die Zentrifugalkräfte bei hohen Drehzahlen des Werkzeugs zum Teil als Ringzugkräfte aufnimmt.
In einer einfachen Ausführungsform der Erfindung ist der Innenumfang des Permanentmagneten derart auf den Außenumfang der Antriebswelle abgestimmt, dass sich ein Passsitz ergibt, so dass sich sowohl eine Zentrierung als auch Kraftübertragung in der umlaufenden Kontaktfuge zwischen Antriebswelle und Permanentmagneten einstellt.
In vorteilhafter Weiterbildung dieser Ausführungsform sind in der Kontaktfuge zwischen Antriebswelle und Permanentmagnet Mittel angeordnet, die den Kraftschluss erhöhen. Solche Mittel können Flächenprofilierungen sein, die zu einer Mikroverzahnung der Oberflächen führen, oder Kleber bzw. adhäsive Beschichtungen, die einen stoffschlüssige Verbindung herstellen.
Ein bevorzugtes Mittel zur Erhöhung des Kraftschlusses ist die Anordnung eines oder mehrerer elastischer Ringelemente in einer oder mehreren umlaufenden Ringnuten am Innenumfang der Durchgangsbohrung des Permanentmagneten. Der von einem elastischen Ringelement auf die Antriebswelle ausgeübte radiale Anpressdruck verbessert den Kraftschluss und vermindert so die Gefahr eines Schlupfes in der Kontaktfuge.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Rotor an der erfindungsgemäßen Einheit drehbar gelagert und über die Drehlager mit dieser verbunden ist. Die erfindungsgemäße Einheit weist somit keine losen Teile auf, was deren Handhabung erheblich vereinfacht und Fehlern beim Nachrüsten vorbeugt. Gleichzeitig werden gegebenenfalls vorhandene Unwuchten über die Drehlager direkt von der erfindungsgemäßen Einheit aufgenommen und nicht unmittelbar in die Antriebswelle des Handstücks eingetragen.
Mit Blick auf eine Miniaturisierung der Konstruktion ist in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die elektrischen Spulen von Leiterbahnen gebildet sind, die auf Leiterplatten aufgebracht sind, vorzugsweise aufgedruckt sind. Die Leiterplatten können dabei flexibel ausgebildet sein und dem Innenumfang der Kappe folgen.
Als Leuchtmittel kommen gemäß der Erfindung bevorzugt Leuchtdioden zum Einsatz, ohne jedoch andere Leuchtmittel auszuschließen. Vorzugsweise sind die Leuchtdioden auf einem Leuchtmittelträger angeordnet, der gleichzeitig als Platine mit integrierten Schaltkreisen fungiert. Die Doppelfunktion des Leuchtmittelträgers fördert zusätzlich einen kompakten Aufbau einer erfindungsgemäßen Einheit. Ohne sich darauf zu beschränken wird die Erfindung nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Soweit möglich werden dabei für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen gleichlautende Bezugszeichen verwendet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigt
Fig. 1 eine Ansicht auf ein zahntechnisches Handstück im Zustand ohne integrierte Beleuchtung,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereich im Zustand mit nachgerüsteter Beleuchtung mittels einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einheit,
Fig. 3 ein Detail des in Fig. 2 dargestellten Rotors im Bereich des Permanentmagneten,
Fig. 4 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Handstück entlang der dortigen Linie IV - IV,
Fig. 5 einen Querschnitt durch das in Fig. 2 dargestellte Handstück entlang der dortigen Linie V - V, und
Fig. 6 einen Längsschnitt durch den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereich im Zustand mit nachgerüsteter Beleuchtung mittels einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einheit.
Beschreibung der Ausführungsformen
Fig. 1 zeigt eine Ansicht auf ein bekanntes Handstück 1 wie es im zahntechnischen Bereich zur Bearbeitung von Zähnen, Zahnprothesen und dergleichen eingesetzt wird. Zu diesem Zweck ist das Handstück 1 mit einem Bearbeitungswerkzeug 2 wie einem Bohrer, Fräser, Schleifkopf oder dergleichen ausgerüstet, das an dem vorderen Ende 3 im mit II gekennzeichneten Bereich axial über das Gehäuse 4 des Handstücks 1 übersteht. In seinem Inneren nimmt des Handstücks 1 eine um eine Achse 5 rotierende Antriebswelle 17 mit Spannfutter zur lösbaren Befestigung des Bearbeitungswerkzeugs 2 auf, was im Einzelnen unter den Fig. 2 bis 5 beschrieben ist. Das vordere Ende 2 des Handstücks 1 wird von einer Schutzkappe 8 gebildet, die ein Eindringen vor Staub und Schmutz in den Spannbereich verhindert. Die Schutzkappe 8 ist beispielsweise über ein Gewinde lösbar am Gehäuse 4 des Handstücks 1 befestigt, so dass der Spannbereich nach Abnahme der Kappe 8 zugänglich ist.
An das hintere Ende 9 des Handstücks 1 ist eine Antriebseinheit 10 mit Elektromotor und Stromzufuhr 11 angekoppelt. Der Elektromotor treibt direkt die Antriebswelle 17 an, wobei die Rotationsachse des Elektromotors koaxial zur Antriebswelle 17 verläuft. Bekannt sind auch Ausführungsformen, bei denen die Antriebseinheit vom Handstück getrennt angeordnet ist und beide über eine biegsame Welle kraftgekoppelt sind.
Der nähere Aufbau des in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Bereichs ist in größerem Maßstab in den Fig. 2 bis 5 wiedergegeben, mit dem Unterschied, dass die Schutzkappe 8 gemäß Fig. 1 durch eine erfindungsgemäße Einheit 30 zum Nachrüsten einer Beleuchtung ausgetauscht ist.
In Fig. 2 erkennt man den vorderen Bereich II des Gehäuses 4 des Handstücks 1 , dessen Längsachse 12 mit der Rotationsachse 5 zusammenfällt. Das Gehäuse 4 umschließt einen zur Achse 12 rotationssymmetrischen Hohlraum 13, in dem eine Arbeitsspindel 14 in vorderen Wälzlagern 15 und hinteren Wälzlagern 16 drehbar gelagert ist. Die Arbeitsspindel 14 besteht im Wesentlichen aus einer Antriebswelle 17 mit Durchgangsbohrung 18 und mit über die Länge unterschiedlich gestuften Außendurchmessern. Im Bereich des vorderen Endes 3 bildet die Arbeitsspindel 17 mit dem über das vordere Wälzlager 15 überstehenden Längsabschnitt eine Spannzangenaufnahme 19, in die eine axial verschiebliche Spannzange 21 eingesetzt ist. Zum Ende der Spannzangenaufnahme 19 hin weitet sich die Durchgangsbohrung 18 der Antriebswelle 17 zu einem Innenkegel 20.
Die Spannzange 21 besteht aus einer radial geschlitzten Hülse mit endseitigem ebenfalls geschlitztem Spannkegel 22, der zum Spannen des Werkzeugs mit dem Innenkegel 20 zusammenwirkt. Dabei wird die Spannzange 21 über eine Zugeinrichtung 23 in axialer Richtung relativ zur Spannzangenaufnahme 19 bewegt, wodurch aufgrund entsprechender Konizitäten von Innenkegel 20 und Spannkegel 22 der Schaft des Bearbeitungswerkzeugs 2 geklemmt bzw. gelöst wird.
Das in Fig. 2 bis 5 gezeigte Handstück 1 unterscheidet sich wie gesagt von demjenigen nach Fig. 1 durch den Austausch der Schutzkappe 8 gegen eine erfindungsgemäße Einheit 30 zum Nachrüsten einer Beleuchtung.
Die Einheit 30 umfasst unter anderem eine Kappe 31 mit einem etwa hohlzylindrischen Längsabschnitt 32, der an seinem freien umlaufenden Rand 33 mit Hilfe von Befestigungsmitteln mit dem Gehäuse 4 des Handstücks 1 koaxial zur Achse 5 verbindbar ist. Zum vorderen Ende 3 hin schließt an den hohlzylindrischen Längsabschnitt 32 der Kappe 31 ein etwa hohlkegelförmiger Längsabschnitt 34 mit zentraler Öffnung 35 für den Durchtritt des Bearbeitungswerkzeugs 2.
Die Befestigungsmittel bestehen im vorliegenden Fall aus einem Innengewinde 36 am Innenumfang des Längsabschnitts 32, das mit dem vorhandenen Außengewinde am Gehäuse 4 des Handstücks 1 zusammenwirkt. Zusätzlich ist am gegenüberliegenden Außenumfang des Längsabschnitts 32 eine Ringdichtung 37 angeordnet, die mit einer am Gehäuse 4 vorhandenen Anschlussnut einen dichten Anschluss gewährleistet.
Mit ihrem Inneren nimmt die Kappe 31 eine Beleuchtungseinrichtung 38 und eine Einrichtung 39 zur Erzeugung elektrischer Energie auf. Die Beleuchtungseinrichtung 38 umfasst mehrere Leuchtmittel 40 wie zum Beispiel Leuchtdioden, die in einheitlichem Umfangsabstand auf einem ringscheibenförmigen Leuchtmittelträger 41 angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Leuchtmittelträger 41 von einer Leiterplatte gebildet, auf der neben den Leuchtdioden auch die dazugehörige Elektronik angeordnet ist.
Der Leuchtmittelträger 41 ist koaxial und senkrecht zur Rotationsachse 5 mit seinem Außenumfang am Innenumfang der Kappe 31 befestigt, vorzugsweise im Bereich des hohlkegelförmigen Längsabschnitts 34. Dabei sitzen die Leuchtmittel 40 auf der vorderen Ringscheibenfläche und werfen ihr Licht durch axiale Öffnungen 42 in der Kappe 31. Um das Eindringen von Partikeln ins Innere der Kappe 31 zu verhindern, können die Öffnungen 42 mit einem lichtdurchlässigen Material verschlossen sein, das vorzugsweise flächenbündig mit der Außenseite der Kappe 31 abschließt.
Die Einrichtung 39 zur Erzeugung elektrischer Energie umfasst einen Stator 43, der mit einem innerhalb des Stators 43 drehenden Rotor 44 zusammenwirkt. Der Stator 43 besteht aus mehreren Spulen 45 mit jeweils einer Vielzahl von Windungen 46 aus elektrisch leitendem Draht, die konzentrisch zur Rotationsachse 5 am Innenumfang des hohlzylindrischen Längsabschnitts 32 der Kappe 31 angeordnet sind und sich etwa über dessen gesamte axiale Länge erstrecken. Auf diese Weise definieren die Spulen 45 einen die Rotationsachse 5 umgebenden Ringraum 47. Zur Steigerung der Induktivität können die Spulen 45 zusätzlich einen Kern aus ferromagnetischem Material aufweisen (nicht dargestellt). Über elektrische Leitungen 48 werden die Leuchtmittel 40 mit dem in der Einrichtung 39 erzeugten elektrischen Strom versorgt.
Der Rotor 44 der Einrichtung 39 besteht im Wesentlichen aus einem ringförmigen Permanentmagneten 49 mit einer Länge, die etwa der axialen Länge der Spulen 45 bzw. des hohlzylindrischen Längsabschnitts 32 entspricht. Der Innendurchmesser der zentralen Durchgangsöffnung 50 im Permanentmagneten 49 entspricht dem Außendurchmesser der Spannzangenaufnahme 19, so dass der Permanentmagnet 49 mit Formschluss auf die Spannzangenaufnahme 19 axial aufsteckbar ist. Der Außendurchmesser des Permanentmagneten 49 ist kleiner als der von den Spulen 45 umschlossene Ringraum 47, wodurch ein umlaufender Luftspalt 51 geringer radialer Weite entsteht.
Der Permanentmagnet 49 ist als ein zur Rotationsachse 5 diametraler Dipol ausgebildet, so dass die eine Umfangshälfte des Permanentmagneten 49 den magnetischen Nordpol N verkörpert und die andere Umfangshälfte den magnetischen Südpol S (Fig. 4).
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sitzt der Permanentmagnet 49 mit Passsitz auf der Spannzangenaufnahme 19. Der Innenumfang der Durchgangsöffnung 50 liegt dabei unter Kontakt am Außenumfang der Spannzangenaufnahme 19, wobei die Übertragung der Rotationsbewegung auf den Permanentmagneten 49 über Reibkräfte in der Kontaktfuge erfolgt. Zur Verbesserung der Kraftübertragung können in der Kontaktfuge zwischen Spannzangenaufnahme 19 auf Permanentmagneten 49 kraftschlusserhöhende Mittel angeordnet sein wie zum Beispiel an einer oder beiden Kontaktflächen aufgebrachte Oberflächenprofilierungen und/oder adhäsive Schichten.
Eine alternative oder auch kumulative Maßnahme hierzu ist in Fig. 3 dargestellt, die den Sitz des Permanentmagneten 49 auf der Spannzangenaufnahme 19 in größerem Maßstab im Längsschnitt zeigt. Man sieht am Innenumfang der Durchgangsöffnung 50 des Permanentmagneten 49 eine umlaufende Ringnut 24, in die ein über den Innenumfang des Permanentmagneten 49 geringfügig überstehender Reibschlussring 25 eingesetzt ist. Der Reibschlussring 25 besteht aus einem elastischen Material wie zum Beispiel Gummi oder Silikon, das beim Aufstecken des Permanentmagneten 49 auf die Spannzangenaufnahme 19 radial gestaucht wird und dabei einen radialen Anpressdruck erzeugt, der den Kraftschluss verbessert. Durch Vorsehen mehrerer solcher Reibschlussringe 25, kann dieser Effekt weiter gesteigert werden.
Gegenstand von Fig. 6 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einheit 30', die in weiten Teilen der unter den Fig. 1 bis 5 beschriebenen entspricht, so dass im Umfang der Übereinstimmungen gleichlautende Bezugszeichen Verwendung finden und zur Vermeidung von Wiederholungen auf die dortigen Ausführungen verwiesen wird.
Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Rotor 44 an der Einheit 30' drehbar gelagert und mit dieser verbunden ist. Zu diesem Zweck sitzt der Permanentmagnet 49 mit seiner Durchgangsöffnung 50 drehfest auf einer koaxialen Lagerbüchse 26. Der Außendurchmesser der Lagerbüchse 26 entspricht im Wesentlichen dem Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 50, so dass sich ein drehfester Passsitz ergibt. Alternativ oder kumulativ können in der Fuge den Kraftschluss erhöhende Mittel vorgesehen sein, beispielsweise adhäsive Mittel oder Reib- oder Formschlussmittel. Alternativ können Lagerbüchse 26 und Permanentmagnet 50 auch monolithisch ausgebildet sein, also aus einem Stück bestehen. Ebenso ist es möglich, dass die Lagerbüchse 26 selbst ebenfalls magnetisch ist.
Die Lagerbüchse 26 besitzt eine größere axiale Länge als der Permanentmagnet 50.
Aufgrund der mittigen Anordnung des Permanentmagneten 50 auf der Lagerbüchse 26 bilden deren Enden jeweils einen axialen Überstand über den Permanentmagneten 50 aus. Auf den Überständen ist jeweils ein Drehlager 27 angeordnet, beispielsweise in Form eines Wälzlagers, dessen Innenring 28 drehtest auf der Lagerbüchse 26 sitzt und dessen Außenring 29 starr an den Innenumfang der Kappe 31 anschließt. Der Innenumfang der Kappe 31 wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem Ringelement 6 gebildet, in das die Spulen 45 integriert sind, beispielsweise durch Verguss.
Damit ein problemfreies Aufstecken der Einheit 30' auf die Antriebswelle 17 sowie die freie Drehbarkeit des Rotors 44 in den Drehlagern 27 gewährleistet ist, ist der Innendurchmesser der Lagerbüchse 26 geringfügig größer als der Außendurchmesser der Antriebswelle 17. Auf diese Weise entsteht zwischen Lagerbüchse 26 und Antriebswelle 17 ein Ringspalt 7. Um dennoch eine Kraftübertragung von der Antriebswelle 17 auf den Rotor 44 zu ermöglichen, sind in dem Ringspalt 7 Mittel 52 zur Übertragung von Rotationskräften auf die Lagerbüchse 26 und damit den Permanentmagneten 49 angeordnet. Geeignete Mittel 52 können beispielsweise in radialer Richtung elastisch verformbare Elemente sein, die die Kräfte der rotierenden Antriebswelle 17 mittels Reibung auf die Lagerbüchse 26 und damit den Rotor 44 übertragen. Derartige Mittel 52 können beispielsweise von einem Filz oder einem Vlies gebildet sein oder aus einem Kunststoff oder gummiartigen Material bestehen, das vorzugsweise mit dem Innenumfang der Lagerbüchse 26 verbunden ist. Die Mittel 52 können den Ringspalt 7 vollständig ausfüllen oder nach Art eines Ringes auch nur teilweise.
Zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem zahntechnischen Handstück 1 wird nach Entfernen des Werkzeugs 2 in einem ersten Schritt die vorhandene Schutzkappe 8 abgenommen und so die Zugänglichkeit zum frei auskragenden Endabschnitt der Antriebswelle 17 erreicht, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel von der Spannzangenaufnahme 19 gebildet wird. In einem weiteren Schritt wird dann der Permanentmagnet 49 mit seiner Durchgangsöffnung 50 axial auf die Antriebswelle 17 aufgeschoben. Aufgrund passgenauer Flächenpaarungen und/oder der Anordnung reibschlusserhöhender Mittel in der Kontaktfuge ergibt sich ein kraftschlüssiger Sitz des Permanentmagneten 49 auf der Antriebswelle 17, so dass der Permanentmagnet 49 im Betrieb des Handstücks 1 mit der Antriebswelle 17 mitrotiert. Im Weiteren wird die erfindungsgemäße Kappe 31 anstelle der ursprünglichen Schutzkappe 8 am Gehäuse 4 des Handstücks 1 angebracht. In diesem Zuge nehmen die am Innenumfang der Kappe 31 angeordneten Spulen 45 eine Lage ein, in der sie den Permanentmagneten 49 unter Einhaltung eines geringen lichten radialen Abstands umlaufen.
Das Nachrüsten eines Handstücks 1 mit einer Einheit 30' gestaltet sich demgegenüber noch einfacher, indem nach Abnehmen der vorhandenen Schutzkappe 8 lediglich die Einheit 30' axial auf die Antriebswelle 17 des Handstücks 1 aufgesteckt und mit dem Gehäuse 4 verbunden wird.
Im Betrieb des Handstücks 1 erzeugt der mit der Antriebswelle 17 rotierende Permanentmagnet 49 im Zusammenwirken mit den Spulen 45 elektrischen Strom, der über die elektrischen Leitungen 48 den Leuchtmitteln 40 der Beleuchtungseinrichtung 38 zugeführt wird. Über die Öffnungen 42 wird deren Licht in den Arbeitsbereich des Werkzeugs 2 gestrahlt.
Das Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Erfindung anhand einer Einheit zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem zahntechnischen Handstücks 1. Im Rahmen der Erfindung liegt aber ebenso die erfindungsgemäße Nachrüstung anderer Geräte wie zum Beispiel eines Dremels, einer Handstabfräse und dergleichen.

Claims

Ansprüche
1. Einheit zum Nachrüsten einer Beleuchtung an einem zahntechnischen Handstück (1), dessen Gehäuse (4) an einem Ende mit einer lösbaren Schutzkappe (8) abschließt, wobei innerhalb des Gehäuses (4) eine angetriebene Welle (17) um eine Achse (5) rotierbar gelagert ist, wobei sich die Welle (17) in den Bereich der Schutzkappe (8) erstreckt und ein Bearbeitungswerkzeug (2) antreibt, umfassend
- eine sich entlang einer Achse (12) erstreckende Kappe (31), insbesondere Staubschutzkappe, mit Anschlussmitteln zur Befestigung an dem zahntechnischen Handstück (1),
- eine innerhalb der Kappe (31) angeordnete Einrichtung (39) zur Erzeugung elektrischer Energie mit einem Stator (43) und einem Rotor (44), und
- Leuchtmittel (40), insbesondere Leuchtdioden (LED), wobei
- der Stator (43) mindestens eine elektrische Spule (45) besitzt, deren Windungen (46) am Innenumfang der Kappe (31) angeordnet sind und die elektrisch mit den Leuchtmitteln (40) verbunden sind, und wobei
- der Rotor (44) einen Permanentmagneten (49) aufweist,
- der innerhalb der Kappe (31) um die Achse (12) drehbar und im lichten radialen Abstand und mit axialer Überlappung zu der mindestens einen Spule (45) anordenbar und antreibbar ist.
2. Einheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) eine zentrale Durchgangsöffnung (50) besitzt und mit der Durchgangsöffnung (50) auf die Welle (17) des Handstücks (1) aufsteckbar und mit dieser drehfest verbindbar ist.
3. Einheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) eine zentrale Durchgangsöffnung (50) besitzt und mit der Durchgangsöffnung (50) auf die Antriebswelle (17) des Handstücks (1) aufschiebbar ist, wobei der Permanentmagnet (49) über mindestens ein Drehlager (27) drehbar an der Kappe (31) gelagert ist und an dem Permanentmagneten (49) Mittel (52) zur Übertragung von Rotationskräften auf den Permanentmagneten (49) angeordnet sind.
4. Einheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (44) eine Lagerbüchse (26) aufweist, auf die der Permanentmagnet (49) mit seiner Durchgangsöffnung (50) aufsteckbar ist, wobei das mindestens eine Drehlager (27) mit seinem Innenring (28) drehfest auf der Lagerbüchse (26) sitzt und mit seinem Außenring (29) drehfest an die Kappe (31) anschließt.
5. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) als diametraler Dipol ausgebildet ist.
6. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) aus einer Neodym-Eisen-Bor Legierung besteht.
7. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) kreisringförmig ausgebildet ist.
8. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsöffnung (50) des Permanentmagneten (49) derart auf die rotierende Welle (17) des Hand- oder Winkelstücks (1) abgestimmt ist, dass der Permanentmagnet (49) mit Passsitz auf der Antriebswelle (17) des Handstücks (1) anordenbar ist.
9. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) im Bereich der Durchgangsöffnung (50) Mittel zur Erhöhung eines Kraftschlusses aufweist.
10. Einheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel von einer Flächenprofilierung, einem Kleber oder einer adhäsiven Beschichtung gebildet sind.
11. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (49) im Bereich der Durchgangsöffnung (50) eine umlaufende Ringnut (24) aufweist, in welcher ein elastisches Ringelement (25) angeordnet ist.
12. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Spule (45) einen ferromagnetischen Kern besitzt.
13. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrische Spule (45) von Leiterbahnen gebildet ist, die auf Leiterplatten angeordnet sind.
14. Einheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (40) auf einem ringscheibenförmigen Leuchtmittelträger (41) angeordnet sind, der am Innenumfang der Kappe (31) befestigt ist.
15. Einheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leuchtmittel (40) von Leuchtdioden gebildet sind und der Leuchtmittelträger (41) von einer Platine, auf der die Leuchtdioden mit integrierten Schaltkreisen angeordnet sind.
16. Zahntechnisches Handstück mit einem Gehäuse (4), in dem eine um eine Achse (5) rotierenden Antriebwelle (17) in Lagern (15, 16) drehbar gehalten ist, wobei an dem vorderen Ende der Antriebswelle (17) eine Spannzange (21) zur Aufnahme und zum Antrieb eines Werkzeugs (2) koaxial zur Achse (5) angeordnet ist, und wobei die Antriebswelle (17) bzw. die Spannzange (21) einen axialen Überstand über das vordere Lager (15) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass
- im Bereich des axialen Überstands von Antriebswelle (17) bzw. Spannzange (21) eine Einheit (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 15 angeordnet ist, wobei
- der Permanentmagnet (49) innerhalb der Kappe (31) um die Achse (5) drehbar gelagert und im lichten radialen Abstand und mit axialer Überlappung zu der mindestens einen Spule (45) angeordnet ist, und
- die Kappe (31) mittels lösbarer Anschlussmittel koaxial am Gehäuse (4) befestigt ist.
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