WO2023020713A1 - Hand-held medical or dental instrument - Google Patents

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WO2023020713A1
WO2023020713A1 PCT/EP2022/025372 EP2022025372W WO2023020713A1 WO 2023020713 A1 WO2023020713 A1 WO 2023020713A1 EP 2022025372 W EP2022025372 W EP 2022025372W WO 2023020713 A1 WO2023020713 A1 WO 2023020713A1
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turbine
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tesla turbine
tesla
housing
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PCT/EP2022/025372
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Robert Laux
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Robert Laux
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    • A61CDENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C1/00Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
    • A61C1/02Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design characterised by the drive of the dental tools
    • A61C1/05Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design characterised by the drive of the dental tools with turbine drive
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B17/00Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/16Bone cutting, breaking or removal means other than saws, e.g. Osteoclasts; Drills or chisels for bones; Trepans
    • A61B17/1613Component parts
    • A61B17/1628Motors; Power supplies
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    • A61C1/05Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design characterised by the drive of the dental tools with turbine drive
    • A61C1/052Ducts for supplying driving or cooling fluid, e.g. air, water
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    • A61C1/00Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
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    • A61B2017/00535Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets pneumatically or hydraulically operated
    • A61B2017/00553Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets pneumatically or hydraulically operated using a turbine

Definitions

  • the invention relates to a medical or dental medical hand-held instrument with a rotating tool.
  • EP 2 752 167 A1 discloses a fluid-operated dental handpiece with a turbine impeller, which has a plurality of curved turbine blades on a hub and is used to drive a tool in the dental handpiece.
  • a drive fluid is supplied to the turbine wheel, which impinges on the turbine blades and drives the turbine wheel, which also drives the tool.
  • the rear side of the turbine blades has a concave surface which is curved towards the front side of the turbine blades.
  • the object of the invention is to create a hand-held medical or dental instrument of simple construction with a rotatably mounted turbine and a rotating tool, the instrument being characterized by a high level of efficiency.
  • This object is achieved according to the invention with the features of claim 1 .
  • the dependent claims indicate expedient developments.
  • the medical or dental hand-held instrument is particularly suitable for processing soft or hard human or animal tissue, which is processed using a rotating tool in the instrument.
  • the hand-held instrument is, for example, a handpiece or angle piece, in particular a dental turbine such as a drill, in particular a dental drill with a drilling tool.
  • the instrument has a rotating or rotatably mounted tool, which is coupled to a rotatably mounted turbine and driven by the turbine.
  • the tool and the turbine can be mounted coaxially and connected to one another in a torque-proof manner.
  • a non-coaxial mounting of tool and turbine is also possible, for example with parallel offset axes of rotation or with axes of rotation aligned at an angle to one another.
  • the tool and the turbine are directly rotationally connected, so that no transmission element, such as a gear wheel, is arranged between the tool and the turbine.
  • the drive movement of the turbine is transmitted to the tool via a transmission with at least one moving component in between, such as a gearwheel.
  • the turbine is driven by a fluid jet that is guided through a housing of the instrument.
  • the fluid is either a liquid or a gaseous fluid, preferably air, in which case the gaseous fluid can be designed as an aerosol and correspondingly enriched with water droplets.
  • the turbine of the hand-held instrument according to the invention is designed as a Tesla turbine, which has one or more discs on a turbine body rotatably mounted in the housing, the plane of the discs being orthogonal to the axis of rotation.
  • the disk or disks of the Tesla turbine are tangentially flown by the fluid jet.
  • the oncoming flow transfers energy from the fluid jet to the disk or disks through viscosity and adhesion, driving the Tesla turbine.
  • the drive movement is transferred from the Tesla turbine to the tool so that the tool rotates about its axis of rotation.
  • the Tesla turbine design has the advantage that a high level of efficiency can be achieved.
  • the efficiency is usually higher than that of a turbine with turbine blades, which is driven solely by a fluid jet impinging on the turbine blades.
  • the Tesla turbine produces less noise due to the even power transmission at the same speed.
  • Turbine blades on the other hand, produce pulsating sound at high speeds with uncomfortable high frequencies, which is not the case with the Tesla turbine.
  • the Tesla turbine is preferably designed without blades.
  • blades can also be arranged on the Tesla turbine, onto which the fluid jet impinges and via which the Tesla turbine is additionally driven.
  • the fluid flow is decelerated and deflected in the direction of the center of the pane.
  • the fluid spirals inwards; kinetic energy continues to be transferred to the disk or disks.
  • the turbine body which is the carrier of the disc or discs, can be designed as a shaft whose longitudinal axis is formed by the axis of rotation.
  • the shaft is designed as a hollow shaft, openings can be made in the wall of the hollow shaft, through which the fluid of the fluid stream flows into the interior of the hollow shaft, whereupon the fluid is discharged axially through the hollow shaft.
  • the Tesla turbine has a simple structural design and can be manufactured correspondingly inexpensively.
  • the disk or disks on which the fluid jet flows tangentially have a simple structure that is easy to manufacture. No complex three-dimensional shapes are required as in turbine blades.
  • a turbine body which is mounted rotatably in the housing and forms the axis of rotation, and the disk or disks of the Tesla turbine are designed in one piece.
  • the one-piece execution of Turbine bodies and the disc or discs can be produced, for example, using CNC laser technology.
  • the fluid flow is slowed down considerably after it hits the pane or panes, which facilitates a targeted outflow and forwarding of the fluid.
  • the kinetic energy of the fluid jet which is released when braking, is converted into rotational energy of the Tesla turbine.
  • Tesla turbine rotates at high speeds.
  • this high speed can be transmitted directly from the Tesla turbine to the drilling tool.
  • the Tesla turbine it is sufficient for the Tesla turbine to have only one disk, the side surface of which is subjected to the flow of fluid jet in the tangential direction.
  • the fluid jet runs parallel or approximately parallel to the plane with the surface of the disk against which the flow occurs, with a small angle between the fluid jet hitting the surface of the disk and the surface of the disk being possible, which is preferably a maximum of 10° or a maximum of 20°.
  • a plurality of disks are arranged parallel to one another and spaced apart from one another, for example five or more disks, with a fluid jet being guided through each gap between two disks.
  • the disks of the Tesla turbine are rigidly connected to the turbine body forming a shaft, with the planes of the disks being orthogonal to the axis of rotation of the Tesla turbine.
  • efficiency is further increased because the jet of fluid directed into the spaces between the disks drives both immediately adjacent disks.
  • the diameter of the disk or disks of the Tesla turbine is, for example, 9 or 10 mm, in particular a maximum of 9 mm or a maximum of 10 mm or a maximum of 12 mm, the distance between two adjacent disks is, for example, at least 0. 1 mm, optionally at 0 . 3mm or 0 . 4 mm, and the disc thickness, for example, 0 . 3mm .
  • the shaft-shaped turbine body forming the axis of rotation, on which the disk or disks are arranged, has a diameter of 3 mm, for example.
  • An overall Tesla turbine diameter of 12mm or 15mm is also possible, particularly in the event that the diameter of the turbine body is added to the functional disc diameter.
  • the Tesla turbine with the turbine body and the discs is advantageously designed as a one-piece component and can be produced by removing material, in particular by turning, milling or drilling.
  • the Tesla turbine consists, for example, of metal such as titanium or stainless steel, of ceramic, for example zirconium, of glass fiber or of a fiber-reinforced plastic, in particular a plastic reinforced with carbon fibers.
  • the Tesla turbine With the aforementioned relatively small diameter of, for example, 9 mm or 10 mm, the Tesla turbine produce well as a one-piece component and in material removal. For example, a slice spacing of 0 . 3 mm or 0 . 4 mm can easily be produced in the material-removing manufacturing process up to a radial depth of, in particular, 5 mm or 6 mm.
  • the use of metal, ceramics or composites enables production as a one-piece component. A deeper radial removal for the production of larger components is not achievable in terms of production technology within the scope of an economical production.
  • the production of the Tesla turbine using the 3D printing process is usually not effective because the desired high speeds cannot be achieved without damage from the materials intended for this purpose. This limits the use of the Tesla turbine on this scale in the prior art to use as a pump.
  • the Tesla turbine can operate in a speed range of the order of 200 . 000 revolutions per minute (rpm) or more, preferably at least 50 . 000 rpm or at least 100 . 000 rpm .
  • a supply channel for the fluid is advantageously introduced, which drives the disc or discs of the Tesla turbine as a fluid jet.
  • the feed channel is oriented at an angle which, with the disk or disks in the Tesla turbine, is at most 10° or at most 20°, but preferably at 0 ° lies . This ensures that the fluid jet, with which the fluid exits the supply channel and flows against the disk or disks of the Tesla turbine, is exactly tangential, or at least is directed approximately tangentially to the disk or disks.
  • the housing has a housing handle and a housing head, the housing handle receiving the supply channel and the housing head receiving the Tesla turbine and the rotating tool that is driven by the Tesla turbine.
  • a discharge channel is arranged in or on the housing, via which the fluid can be discharged downstream of the disk or disks.
  • the discharge channel preferably branches off on the side of the housing facing away from the tool and can either run inside the housing or on the outside of the housing, but is firmly connected to it.
  • the discharge channel can be arranged parallel to the supply channel in the housing in the further course, which connects to the branch downstream of the Tesla turbine. In the case of a dental bur or any other bur, the discharge channel runs in sections parallel to the supply channel in the housing handle.
  • the discharge channel has an orifice opening on its side facing away from the Tesla turbine, which points in the direction of the tool. Accordingly, the fluid is directed downstream of the Tesla turbine in the direction of the object to be processed. The fluid hits the object to be processed and cools it.
  • connecting webs are distributed over the circumference between the Disks of the Tesla turbine arranged.
  • the tie bars stabilize and support the position of the disks on the turbine body and ensure consistent spacing between the disks.
  • the connecting webs are hit by the fluid jet as it flows, which exerts an additional impulse on the discs, which contributes to the drive of the Tesla turbine.
  • the Tesla effect via which the turbine is mainly driven, remains unaffected or at least largely unaffected.
  • the connecting webs can have only a partial extent in the radial direction, based on the radius of the discs. Accordingly, the radial extent of the connecting webs is smaller than the disk radius.
  • the connecting webs can, for example, be designed in such a way that at least two connecting pieces are arranged radially one behind the other between the discs, with a radial passage being located between the connecting webs. The fluid can flow in the direction of the center of the disk through this radial passage.
  • the direction of flow of the driving fluid can be reversed to reverse the direction of rotation of the Tesla turbine, so that the fluid is supplied via the discharge channel and discharged via the supply channel.
  • This execution and procedure is particularly suitable for the case that supply and Drainage channel run parallel to each other in the housing.
  • the reversal of the direction of rotation allows additional processing options, on the other hand, the rotating tool wears more evenly, which increases its service life.
  • Fig. 1 a section through a dental drill with a Tesla turbine for driving a drilling tool
  • Fig. 4 is a perspective view of the Tesla turbine
  • FIG. 5 another perspective view of a Tesla
  • Fig. 6 shows a section through a dental drill with a drainage channel for draining the fluid that drives the Tesla turbine in the direction of the drilling tool, with the drainage channel branching off axially on the side opposite the drilling tool
  • Fig. 7 shows a section through another embodiment variant of a dental drill, in which the discharge channel branches off in the side area of the Tesla turbine.
  • a dental drill 1 as a dental instrument, which has a housing 2 which includes a housing handle 2a and a housing head 2b. Housing handle 2a and housing head 2b are made in one piece.
  • a supply channel 3 for supplying a fluid is introduced into the housing grip 2a, which is guided in the form of a fluid jet 4 in the direction of a Tesla turbine 5 according to the arrow shown.
  • the fluid that is introduced via the supply channel 3 is, for example, an aerosol consisting of air with water droplets attached.
  • the Tesla turbine 5 is rotatably mounted in the housing head 2b.
  • a tool in the form of a drilling tool 6 is connected in a torque-proof manner to the lower section of the Tesla turbine 5, with the drilling tool 6 protruding downwards from the housing head 2b.
  • the Tesla turbine 5 is mounted in the housing head 2b via two axially spaced bearing points 7 and 8, in which a turbine body 10 of the Tesla turbine 5 is rotatably received.
  • the Tesla turbine 5 has a plurality of discs 9 which are axially superimposed and spaced apart from one another and between which there is a small space into which the fluid jet 4 can penetrate. Total are in From exemplary embodiment 8 superimposed disks 9 are arranged in the Tesla turbine 5 .
  • the disks 9 are connected in a torque-proof manner to the turbine body 10 of the Tesla turbine 5, with the turbine body 10 being designed as a shaft which is supported and mounted at the bearing points 7 and 8 in the housing head 2b.
  • the discs 9 are firmly connected to the turbine body 10 .
  • the feed channel 3 makes a small angle of approximately 10° with the plane of the disks 9 . Accordingly, the fluid jet 4 also hits the disk package with the disks 9 at an angle of approximately 10° and enters the interspaces between adjacent disks 9 at this angle. In the interstices, the fluid jet 4 moves tangentially in relation to the longitudinal axis 11 of the Tesla turbine 5 and the drilling tool 6 and thus also parallel to the disk plane of the disks 9 . The fluid jet 4 transfers its kinetic energy to the disks 9 through viscosity and adhesion, thereby driving the Tesla turbine 5 and thus also the drilling tool 6 .
  • the shaft-shaped turbine body 10 can be designed as a hollow shaft, at least in the area of the discs 9 and in the axial section opposite the tool holder, it being possible for openings to be introduced in the wall in the area of the discs 9 through which the fluid passes.
  • the fluid inside the hollow shaft 10 can then be discharged axially upwards, for example.
  • FIG. 5 shows an embodiment variant of a Tesla turbine 5 which has the same basic structure with a plurality of disks 9 arranged parallel to one another and spaced apart on a shaft-shaped turbine body 10 .
  • several connecting webs 12 are arranged between the disks 9 , distributed over the circumference, which extend axially over the entire disk assembly and ensure additional stabilization and a constant spacing between the disks 9 .
  • the connecting webs 12 can either extend in the radial direction up to the shaft 10 or, as shown in the left-hand area of the image, two or more connecting webs 12 are arranged one behind the other in the radial direction, but overall they have a smaller radial extent than the disk 9, so that an intermediate Gap between the connecting webs 12 is located.
  • the connecting webs 12 also serve as turbine blades on which the fluid jet 4 impinges, as a result of which an additional momentum transfer from the fluid jet 4 to the Tesla turbine 5 is provided.
  • Fig. 6 shows an embodiment variant of a dental drill 1, in which a discharge channel 13 branches off axially from the housing head 2b of the housing 2 and is guided through the housing grip 2a, but is offset laterally to the supply channel 3 in order to prevent the fluid flows in the supply channel 3 and the To avoid discharge channel 13.
  • the diversion of the discharge duct 13 takes place immediately after the shaft-shaped turbine body 10 on the side facing away from the drilling tool 6 in the axial direction. So it can Fluid downstream of the disks 9 can be derived from the shaft 10 into the discharge channel 13 .
  • the discharge channel 13 On its side opposite the branch, the discharge channel 13 has an orifice opening in the side region of the housing handle 2a, the orifice opening 14 facing the drilling tool 6 .
  • the fluid emerges from the dental drill 1 via the orifice 14 and hits the object to be machined by the drilling tool 6, as a result of which it is cooled.
  • FIG. 7 shows a further variant embodiment of a dental drill 1, in which the discharge channel 13 is arranged in an alternative way.
  • the drainage channel 13 is fully integrated into the housing handle 2 .
  • the discharge channel 13 branches from the radial side area of the Tesla turbine 5 at the level of the discs 9 and receives the outflowing fluid, which is then guided downwards and thus transversely to the longitudinal extent of the housing handle 2a in the direction of the drilling tool 6.
  • the discharge channel 13 is guided completely within the housing handle 2a and the housing head 2b.
  • the discharge channel 13 does not open out in the direction of the drilling tool 6, but is led back parallel to the supply channel 3 through the housing handle 2a.

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Abstract

A hand-held medical or dental instrument has a rotating tool that is coupled to a turbine for rotation, the turbine being rotatably mounted and being driven by a fluid jet. The turbine is a Tesla turbine and the fluid jet flows tangentially against one or more disks of the Tesla turbine.

Description

Medi zinisches oder zahnmedi zinisches handgeführtes Instrument Medical or dental handheld instrument
Die Erfindung bezieht sich auf ein medi zinisches oder zahnmedi zinisches handgeführtes Instrument mit einem rotierenden Werkzeug . The invention relates to a medical or dental medical hand-held instrument with a rotating tool.
Die EP 2 752 167 Al of fenbart ein fluidbetriebenes dentales Handstück mit einem Turbinenlaufrad, das mehrere gekrümmte Turbinenschaufeln an einer Nabe aufweist und zum Antrieb eines Werkzeugs im dentalen Handstück dient . Dem Turbinenlaufrad wird ein Antriebs fluid zugeführt , das auf die Turbinenschaufeln tri f ft und das Turbinenlaufrad antreibt , wodurch auch das Werkzeug angetrieben wird . Zur Wirkungsgradverbesserung weist die Rückseite der Turbinenschaufeln eine konkave Fläche aufweist , welche zur Frontseite der Turbinenschaufeln gekrümmt ist . EP 2 752 167 A1 discloses a fluid-operated dental handpiece with a turbine impeller, which has a plurality of curved turbine blades on a hub and is used to drive a tool in the dental handpiece. A drive fluid is supplied to the turbine wheel, which impinges on the turbine blades and drives the turbine wheel, which also drives the tool. In order to improve efficiency, the rear side of the turbine blades has a concave surface which is curved towards the front side of the turbine blades.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein einfach aufgebautes medi zinisches oder zahnmedi zinisches handgeführtes Instrument mit einer drehbar gelagerten Turbine und einem rotierenden Werkzeug zu schaf fen, wobei sich das Instrument durch einen hohen Wirkungsgrad aus zeichnet . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst . Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an . The object of the invention is to create a hand-held medical or dental instrument of simple construction with a rotatably mounted turbine and a rotating tool, the instrument being characterized by a high level of efficiency. This object is achieved according to the invention with the features of claim 1 . The dependent claims indicate expedient developments.
Das medi zinische oder zahnmedi zinische handgeführte Instrument eignet sich insbesondere zur Bearbeitung von weichem oder hartem menschlichen oder tierischen Gewebe , das mithil fe eines rotierenden Werkzeugs im Instrument bearbeitet wird . Bei dem handgeführten Instrument handelt es sich beispielsweise um ein Hand- oder Winkelstück, insbesondere eine zahnärztliche Turbine wie einen Bohrer, insbesondere einen Zahnbohrer mit einem Bohrwerkzeug . The medical or dental hand-held instrument is particularly suitable for processing soft or hard human or animal tissue, which is processed using a rotating tool in the instrument. The hand-held instrument is, for example, a handpiece or angle piece, in particular a dental turbine such as a drill, in particular a dental drill with a drilling tool.
Das Instrument weist ein rotierendes bzw . rotierend gelagertes Werkzeug auf , das mit einer drehbar gelagerten Turbine gekoppelt und von der Turbine angetrieben ist . Werkzeug und Turbine können koaxial gelagert und drehfest miteinander verbunden sein . Möglich ist aber auch eine nicht-koaxiale Lagerung von Werkzeug und Turbine , beispielsweise mit parallel versetzten Drehachsen oder mit winklig zueinander ausgerichteten Drehachsen . Vorteilhafterweise sind Werkzeug und Turbine direkt drehverbunden, so dass kein Übertragungselement wie beispielsweise ein Zahnrad zwischen Werkzeug und Turbine angeordnet ist . In alternativer Aus führung erfolgt die Übertragung der Antriebsbewegung der Turbine auf das Werkzeug über ein Getriebe mit mindestens einem zwischenliegenden beweglichen Bauteil wie beispielsweise einem Zahnrad . The instrument has a rotating or rotatably mounted tool, which is coupled to a rotatably mounted turbine and driven by the turbine. The tool and the turbine can be mounted coaxially and connected to one another in a torque-proof manner. However, a non-coaxial mounting of tool and turbine is also possible, for example with parallel offset axes of rotation or with axes of rotation aligned at an angle to one another. Advantageously, the tool and the turbine are directly rotationally connected, so that no transmission element, such as a gear wheel, is arranged between the tool and the turbine. In an alternative embodiment, the drive movement of the turbine is transmitted to the tool via a transmission with at least one moving component in between, such as a gearwheel.
Die Turbine ist von einem Fluidstrahl angetrieben, der durch ein Gehäuse des Instruments geführt ist . Bei dem Fluid handelt es sich entweder um ein flüssiges oder ein gas förmiges Fluid, vorzugsweise Luft , wobei das gas förmige Fluid als Aerosol ausgebildet und entsprechend mit Wassertröpfchen angereichert sein kann . The turbine is driven by a fluid jet that is guided through a housing of the instrument. The fluid is either a liquid or a gaseous fluid, preferably air, in which case the gaseous fluid can be designed as an aerosol and correspondingly enriched with water droplets.
Die Turbine des erfindungsgemäßen handgeführten Instruments ist als eine Tesla-Turbine ausgebildet , die an einem drehbar im Gehäuse gelagerten Turbinenkörper eine oder mehrere Scheiben aufweist , wobei die Ebene der Scheiben orthogonal zur Drehachse steht . Die Scheibe oder die Scheiben der Tesla- Turbine sind tangential von dem Fluidstrahl angeströmt . Durch die Anströmung wird durch Viskosität und Adhäsion Energie vom Fluidstrahl auf die Scheibe oder Scheiben übertragen, wodurch die Tesla-Turbine angetrieben wird . Die Antriebsbewegung wird von der Tesla-Turbine auf das Werkzeug übertragen, so dass das Werkzeug um seine Drehachse rotiert . The turbine of the hand-held instrument according to the invention is designed as a Tesla turbine, which has one or more discs on a turbine body rotatably mounted in the housing, the plane of the discs being orthogonal to the axis of rotation. The disk or disks of the Tesla turbine are tangentially flown by the fluid jet. The oncoming flow transfers energy from the fluid jet to the disk or disks through viscosity and adhesion, driving the Tesla turbine. The drive movement is transferred from the Tesla turbine to the tool so that the tool rotates about its axis of rotation.
Die Aus führung als Tesla-Turbine hat den Vorteil , dass ein hoher Wirkungsgrad erreicht werden kann . Der Wirkungsgrad liegt üblicherweise höher als bei einer Turbine mit Turbinenschaufeln, die ausschließlich durch einen auf die Turbinenschaufeln auf tref f enden Fluidstrahl angetrieben wird . The Tesla turbine design has the advantage that a high level of efficiency can be achieved. The efficiency is usually higher than that of a turbine with turbine blades, which is driven solely by a fluid jet impinging on the turbine blades.
Außerdem ist bei der Tesla-Turbine durch die gleichmäßige Kraftübertragung bei gleicher Drehzahl eine geringere Lärmentwicklung gegeben . Turbinenschaufeln erzeugen dagegen bei hoher Drehzahl pulsierenden Schall mit unangenehmen hohen Frequenzen, was bei der Tesla-Turbine nicht der Fall ist . In addition, the Tesla turbine produces less noise due to the even power transmission at the same speed. Turbine blades, on the other hand, produce pulsating sound at high speeds with uncomfortable high frequencies, which is not the case with the Tesla turbine.
Die Tesla-Turbine ist vorzugsweise schaufellos ausgebildet . Alternativ können auch Schaufeln an der Tesla-Turbine angeordnet sein, auf die der Fluidstrahl tri f ft und über die die Tesla-Turbine zusätzlich angetrieben wird . Bei der Anströmung der Scheibe oder Scheiben wird der Fluidstrom abgebremst und in Richtung zur Scheibenmitte hin abgelenkt . Das Fluid strömt spiral förmig nach innen; hierbei wird weiterhin Bewegungsenergie auf die Scheibe oder Scheiben übertragen . The Tesla turbine is preferably designed without blades. Alternatively, blades can also be arranged on the Tesla turbine, onto which the fluid jet impinges and via which the Tesla turbine is additionally driven. When the flow hits the pane or panes, the fluid flow is decelerated and deflected in the direction of the center of the pane. The fluid spirals inwards; kinetic energy continues to be transferred to the disk or disks.
Der Turbinenkörper, der Träger der Scheibe oder Scheiben ist , kann als Welle ausgebildet sein, deren Längsachse von der Drehachse gebildet ist . Bei einer Aus führung der Welle als Hohlwelle können in die Wandung der Hohlwelle Öf fnungen eingebracht sein, durch die das Fluid des Fluidstroms in das Innere der Hohlwelle einströmt , woraufhin das Fluid axial durch die Hohlwelle abgeführt wird . The turbine body, which is the carrier of the disc or discs, can be designed as a shaft whose longitudinal axis is formed by the axis of rotation. When the shaft is designed as a hollow shaft, openings can be made in the wall of the hollow shaft, through which the fluid of the fluid stream flows into the interior of the hollow shaft, whereupon the fluid is discharged axially through the hollow shaft.
Vorteilhaft ist es außerdem, dass die Tesla-Turbine einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und entsprechend kostengünstig hergestellt werden kann . Die Scheibe oder Scheiben, welche von dem Fluidstrahl tangential angeströmt werden, weisen einen einfachen und einfach herzustellenden Aufbau auf . Es sind keine komplexen dreidimensionalen Formen wie bei Turbinenschaufeln erforderlich . It is also advantageous that the Tesla turbine has a simple structural design and can be manufactured correspondingly inexpensively. The disk or disks on which the fluid jet flows tangentially have a simple structure that is easy to manufacture. No complex three-dimensional shapes are required as in turbine blades.
In einer zweckmäßigen Aus führung sind ein drehbar im Gehäuse gelagerter Turbinenkörper, der die Drehachse bildet , und die Scheibe oder Scheiben der Tesla-Turbine einteilig ausgebildet . Dies stellt einen geringeren Fertigungsaufwand dar als die einzelne Herstellung und nachträgliche Verbindung von Turbinenkörper und Scheibe oder Scheiben und kann aufgrund der verhältnismäßig kleinen Dimensionen der Tesla-Turbine in der Verwendung im medi zinischen oder zahnmedi zinischen Instrument ohne weiteres realisiert werden . Die einteilige Aus führung von Turbinenkörper und die Scheibe oder Scheiben kann beispielsweise mittels CNC-Lasertechnik hergestellt werden . In an expedient embodiment, a turbine body, which is mounted rotatably in the housing and forms the axis of rotation, and the disk or disks of the Tesla turbine are designed in one piece. This represents a lower production cost than the individual production and subsequent connection of the turbine body and disk or disks and can be easily implemented due to the relatively small dimensions of the Tesla turbine when used in medical or dental instruments. The one-piece execution of Turbine bodies and the disc or discs can be produced, for example, using CNC laser technology.
Desweiteren ist es vorteilhaft , dass der Fluidstrom nach dem Auftref fen auf die Scheibe oder Scheiben erheblich verlangsamt wird, wodurch ein zielgerichtetes Abströmen und Weiterleiten des Fluids erleichtert wird . Die kinetische Energie des Fluidstrahls , die beim Abbremsen frei wird, wird in Rotationsenergie der Tesla-Turbine umgesetzt . Furthermore, it is advantageous that the fluid flow is slowed down considerably after it hits the pane or panes, which facilitates a targeted outflow and forwarding of the fluid. The kinetic energy of the fluid jet, which is released when braking, is converted into rotational energy of the Tesla turbine.
Vorteilhaft ist es außerdem, dass die Tesla-Turbine mit hohen Drehzahlen umläuft . Diese hohe Drehzahl kann beispielsweise im Falle eines Zahnbohrers unmittelbar von der Tesla-Turbine auf das Bohrwerkzeug übertragen werden . It is also advantageous that the Tesla turbine rotates at high speeds. In the case of a dental drill, for example, this high speed can be transmitted directly from the Tesla turbine to the drilling tool.
Es genügt grundsätzlich, dass die Tesla Turbine nur eine Scheibe aufweist , deren Seitenfläche von dem Fluidstrahl in Tangentialrichtung angeströmt wird . Bei der tangentialen Anströmung verläuft der Fluidstrahl parallel oder annähernd parallel zur Ebene mit der angeströmten Scheibenfläche , wobei gegebenenfalls ein kleiner Winkel zwischen dem auf die Scheibenfläche auf tref f enden Fluidstrahl und der Scheibenfläche möglich ist , der vorzugsweise maximal 10 ° oder maximal 20 ° beträgt . In principle, it is sufficient for the Tesla turbine to have only one disk, the side surface of which is subjected to the flow of fluid jet in the tangential direction. In the case of tangential flow, the fluid jet runs parallel or approximately parallel to the plane with the surface of the disk against which the flow occurs, with a small angle between the fluid jet hitting the surface of the disk and the surface of the disk being possible, which is preferably a maximum of 10° or a maximum of 20°.
Gemäß einer bevorzugten Aus führung sind mehrere Scheiben parallel zueinander angeordnet und zueinander beabstandet , beispielsweise fünf oder mehr Scheiben, wobei durch j eden Spalt zwischen zwei Scheiben ein Fluidstrahl geführt ist . Die Scheiben der Tesla-Turbine sind fest mit dem eine Welle bildenden Turbinenkörper verbunden, wobei die Scheibenebenen orthogonal zur Drehachse der Tesla-Turbine liegen . Im Fall von zwei oder mehr benachbarten Scheiben der Tesla- Turbine ist der Wirkungsgrad weiter erhöht , da der Fluidstrahl , der in die Zwischenräume zwischen den Scheiben geführt wird, beide unmittelbar benachbarte Scheiben antreibt . According to a preferred embodiment, a plurality of disks are arranged parallel to one another and spaced apart from one another, for example five or more disks, with a fluid jet being guided through each gap between two disks. The disks of the Tesla turbine are rigidly connected to the turbine body forming a shaft, with the planes of the disks being orthogonal to the axis of rotation of the Tesla turbine. In the case of two or more adjacent disks of the Tesla turbine, efficiency is further increased because the jet of fluid directed into the spaces between the disks drives both immediately adjacent disks.
Der Durchmesser der Scheibe oder der Scheiben der Tesla- Turbine beträgt beispielsweise 9 oder 10 mm, insbesondere maximal 9 mm oder maximal 10 mm oder maximal 12 mm, der Abstand zwischen zwei benachbarten Scheiben beispielsweise bei mindestens 0 . 1 mm, gegebenenfalls bei 0 . 3 mm oder 0 . 4 mm, und die Scheibendicke beispielsweise 0 . 3 mm . Der wellenförmige , die Drehachse bildende Turbinenkörper, an dem die Scheibe oder Scheiben angeordnet sind, weist beispielsweise einen Durchmesser von 3 mm auf . The diameter of the disk or disks of the Tesla turbine is, for example, 9 or 10 mm, in particular a maximum of 9 mm or a maximum of 10 mm or a maximum of 12 mm, the distance between two adjacent disks is, for example, at least 0. 1 mm, optionally at 0 . 3mm or 0 . 4 mm, and the disc thickness, for example, 0 . 3mm . The shaft-shaped turbine body forming the axis of rotation, on which the disk or disks are arranged, has a diameter of 3 mm, for example.
Ein Gesamtdurchmesser der Tesla-Turbine von 12 mm oder 15 mm ist ebenfalls möglich, insbesondere für den Fall , dass der Durchmesser des Turbinenkörpers dem funktionellen Scheibendurchmesser hinzugerechnet wird . An overall Tesla turbine diameter of 12mm or 15mm is also possible, particularly in the event that the diameter of the turbine body is added to the functional disc diameter.
Die Tesla-Turbine mit dem Turbinenkörper und den Scheiben ist vorteilhafterweise als einteiliges Bauteil ausgeführt und kann durch Materialabtrag hergestellt werden, insbesondere durch Drehen, Fräsen oder Bohren . Die Tesla-Turbine besteht beispielsweise aus Metall wie zum Beispiel Titan oder Edelstahl , aus Keramik, zum Beispiel Zircon, aus Glas faser oder aus einem faserverstärkten Kunststof f , insbesondere einem mit Carbonfasern verstärkten Kunststof f . The Tesla turbine with the turbine body and the discs is advantageously designed as a one-piece component and can be produced by removing material, in particular by turning, milling or drilling. The Tesla turbine consists, for example, of metal such as titanium or stainless steel, of ceramic, for example zirconium, of glass fiber or of a fiber-reinforced plastic, in particular a plastic reinforced with carbon fibers.
Bei dem vorgenannten verhältnismäßig kleinen Durchmesser von beispielsweise 9 mm oder 10 mm lässt sich die Tesla-Turbine gut als einteiliges Bauteil und im Materialabtrag herstellen . Ein Scheibenabstand von beispielsweise 0 . 3 mmm oder 0 . 4 mm kann im materialabtragenden Herstellungsverfahren bis zu einer radialen Tiefe von insbesondere 5 mm oder 6 mm problemlos erzeugt werden . Besonders die Nutzung von Metall , Keramik oder Verbundstof fen ermöglicht die Herstellung als einteiliges Bauteil . Ein tieferes radiales Abtragen zur Herstellung größerer Bauteile ist fertigungstechnisch im Rahmen einer wirtschaftlichen Herstellung nicht erreichbar . Die Herstellung der Tesla-Turbine im 3D-Druckverf ahren ist in der Regel nicht ziel führend, weil die angestrebten hohen Drehzahlen von den dafür vorgesehenen Materialien nicht schadlos erreicht werden können . Dies begrenzt den Einsatz der Tesla-Turbine in dieser Größenordnung im Stand der Technik auf die Nutzung als Pumpe . With the aforementioned relatively small diameter of, for example, 9 mm or 10 mm, the Tesla turbine produce well as a one-piece component and in material removal. For example, a slice spacing of 0 . 3 mm or 0 . 4 mm can easily be produced in the material-removing manufacturing process up to a radial depth of, in particular, 5 mm or 6 mm. In particular, the use of metal, ceramics or composites enables production as a one-piece component. A deeper radial removal for the production of larger components is not achievable in terms of production technology within the scope of an economical production. The production of the Tesla turbine using the 3D printing process is usually not effective because the desired high speeds cannot be achieved without damage from the materials intended for this purpose. This limits the use of the Tesla turbine on this scale in the prior art to use as a pump.
Die Tesla-Turbine kann in einem Drehzahlbereich in der Größenordnung von 200 . 000 Umdrehungen pro Minute (U/min) oder mehr betrieben werden, vorzugsweise bei mindestens 50 . 000 U/min oder bei mindestens 100 . 000 U/min . The Tesla turbine can operate in a speed range of the order of 200 . 000 revolutions per minute (rpm) or more, preferably at least 50 . 000 rpm or at least 100 . 000 rpm .
In das Gehäuse des handgeführten Instruments ist vorteilhafterweise ein Zufuhrkanal für das Fluid eingebracht , das als Fluidstrahl die Scheibe oder Scheiben der Tesla- Turbine antreibt . Der Zufuhrkanal weist im Bereich seiner Mündung auf der der Tesla-Turbine zugewandten Seite eine Ausrichtung auf , die mit der Scheibe oder den Scheiben in der Tesla-Turbine einen Winkel einnimmt , der maximal 10 ° oder maximal 20 ° beträgt , bevorzugt j edoch bei 0 ° liegt . Hierdurch ist sichergestellt , dass der Fluidstrahl , mit dem das Fluid aus dem Zufuhrkanal austritt und die Scheibe oder Scheiben der Tesla-Turbine anströmt , exakt tangential oder zumindest annähernd tangential zu der Scheibe oder den Scheiben gerichtet ist . In the housing of the hand-held instrument, a supply channel for the fluid is advantageously introduced, which drives the disc or discs of the Tesla turbine as a fluid jet. In the region of its mouth, on the side facing the Tesla turbine, the feed channel is oriented at an angle which, with the disk or disks in the Tesla turbine, is at most 10° or at most 20°, but preferably at 0 ° lies . This ensures that the fluid jet, with which the fluid exits the supply channel and flows against the disk or disks of the Tesla turbine, is exactly tangential, or at least is directed approximately tangentially to the disk or disks.
Das Gehäuse weist , gemäß weiterer zweckmäßiger Aus führung, einen Gehäusegri f f und einen Gehäusekopf auf , wobei der Gehäusegri f f den Zufuhrkanal aufnimmt und der Gehäusekopf die Tesla-Turbine sowie das rotierende Werkzeug, das von der Tesla-Turbine angetrieben ist . According to another expedient embodiment, the housing has a housing handle and a housing head, the housing handle receiving the supply channel and the housing head receiving the Tesla turbine and the rotating tool that is driven by the Tesla turbine.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Aus führung ist im oder am Gehäuse ein Ableitungskanal angeordnet , über den das Fluid stromab der Scheibe oder Scheiben ableitbar ist . Der Ableitungskanal zweigt vorzugsweise auf der dem Werkzeug abgewandten Seite am Gehäuse ab und kann entweder innerhalb des Gehäuses verlaufen oder auf der Außenseite des Gehäuses , j edoch fest mit diesem verbunden . Der Ableitungskanal kann im weiteren Verlauf , der sich an die Abzweigung stromab der Tesla-Turbine anschließt , parallel zum Zufuhrkanal im Gehäuse angeordnet sein . Im Fall eines Zahnbohrers oder eines sonstigen Bohrers verläuft der Ableitungskanal abschnittsweise parallel zum Zufuhrkanal im Gehäusegri f f . According to yet another advantageous embodiment, a discharge channel is arranged in or on the housing, via which the fluid can be discharged downstream of the disk or disks. The discharge channel preferably branches off on the side of the housing facing away from the tool and can either run inside the housing or on the outside of the housing, but is firmly connected to it. The discharge channel can be arranged parallel to the supply channel in the housing in the further course, which connects to the branch downstream of the Tesla turbine. In the case of a dental bur or any other bur, the discharge channel runs in sections parallel to the supply channel in the housing handle.
In einer alternativen Aus führung weist der Ableitungskanal auf seiner der Tesla-Turbine abgewandten Seite eine Mündungsöf fnung auf , die in Richtung des Werkzeugs zeigt . Dementsprechend wird das Fluid stromab der Tesla-Turbine in Richtung auf den zu bearbeitenden Gegenstand geleitet . Das Fluid tri f ft auf den zu bearbeitenden Gegenstand und kühlt diesen . In an alternative embodiment, the discharge channel has an orifice opening on its side facing away from the Tesla turbine, which points in the direction of the tool. Accordingly, the fluid is directed downstream of the Tesla turbine in the direction of the object to be processed. The fluid hits the object to be processed and cools it.
Gemäß noch einer weiteren vorteilhaften Aus führung sind über den Umfang verteilt mehrere Verbindungstege zwischen den Scheiben der Tesla-Turbine angeordnet . Die Verbindungsstege stabilisieren und stützen die Position der Scheiben auf dem Turbinenkörper und sorgen für einen gleichbleibenden Abstand zwischen den Scheiben . Die Verbindungsstege werden beim Anströmen von dem Fluidstrahl getrof fen, wodurch ein zusätzlicher Impuls auf die Scheiben ausgeübt wird, der zum Antrieb der Tesla-Turbine beiträgt . Der Tesla-Ef fekt , über den die Turbine hauptsächlich angetrieben wird, bleibt hierbei unbeeinträchtigt oder zumindest weitgehend unbeeinträchtigt . According to yet another advantageous embodiment, several connecting webs are distributed over the circumference between the Disks of the Tesla turbine arranged. The tie bars stabilize and support the position of the disks on the turbine body and ensure consistent spacing between the disks. The connecting webs are hit by the fluid jet as it flows, which exerts an additional impulse on the discs, which contributes to the drive of the Tesla turbine. The Tesla effect, via which the turbine is mainly driven, remains unaffected or at least largely unaffected.
Es kann zweckmäßig sein, dass die Verbindungsstege in Radialrichtung nur eine Teilerstreckung aufweisen, bezogen auf den Radius der Scheiben . Dementsprechend ist die Radialerstreckung der Verbindungsstege kleiner als der Scheibenradius . Dies hat den Vorteil , dass das Fluid, welches aufgrund des Tesla-Ef fekts in Richtung der Scheibenmitte strömt , an den Verbindungsstegen vorbeiströmen kann und zumindest weitgehend unbeeinträchtigt von den Verbindungsstegen bleibt . Die Verbindungsstege können beispielsweise so ausgeführt sein, dass radial hintereinanderliegend mindestens zwei Verbindungsstücke zwischen den Scheiben angeordnet sind, wobei zwischen den Verbindungsstegen ein radialer Durchlass liegt . Durch diesen radialen Durchlass kann das Fluid in Richtung der Scheibenmitte strömen . It can be expedient for the connecting webs to have only a partial extent in the radial direction, based on the radius of the discs. Accordingly, the radial extent of the connecting webs is smaller than the disk radius. This has the advantage that the fluid, which flows in the direction of the center of the pane due to the Tesla effect, can flow past the connecting webs and remains at least largely unaffected by the connecting webs. The connecting webs can, for example, be designed in such a way that at least two connecting pieces are arranged radially one behind the other between the discs, with a radial passage being located between the connecting webs. The fluid can flow in the direction of the center of the disk through this radial passage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Aus führung kann zur Umkehrung der Drehrichtung der Tesla-Turbine die Fließrichtung des antreibenden Fluids umgekehrt werden, so dass das Fluid über den Ableitungskanal zugeführt und über den Zufuhrkanal abgeleitet wird . Diese Aus führung und Vorgehensweise eignet sich insbesondere für den Fall , dass Zufuhr- und Ableitungskanal parallel zueinander im Gehäuse verlaufen . Die Umkehrung der Drehrichtung erlaubt zum einen zusätzliche Bearbeitungsmöglichkeiten, zum andern wird das rotierende Werkzeug gleichmäßiger abgenutzt , wodurch die Haltbarkeit verlängert wird . According to a further advantageous embodiment, the direction of flow of the driving fluid can be reversed to reverse the direction of rotation of the Tesla turbine, so that the fluid is supplied via the discharge channel and discharged via the supply channel. This execution and procedure is particularly suitable for the case that supply and Drainage channel run parallel to each other in the housing. On the one hand, the reversal of the direction of rotation allows additional processing options, on the other hand, the rotating tool wears more evenly, which increases its service life.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Aus führungen sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen . Es zeigen : Further advantages and expedient designs can be found in the further claims, the description of the figures and the drawings. Show it :
Fig . 1 einen Schnitt durch einen Zahnbohrer mit einer Tesla- Turbine zum Antrieb eines Bohrwerkzeugs , Fig. 1 a section through a dental drill with a Tesla turbine for driving a drilling tool,
Fig . 2 die Tesla-Turbine in Einzeldarstellung, Fig. 2 the Tesla turbine in detail,
Fig . 3 die Tesla-Turbine mit eingesetztem Bohrwerkzeug, Fig. 3 the Tesla turbine with the drilling tool inserted,
Fig . 4 eine perspektivische Ansicht der Tesla-Turbine , Fig. 4 is a perspective view of the Tesla turbine,
Fig . 5 eine weitere perspektivische Ansicht einer Tesla-Fig. 5 another perspective view of a Tesla
Turbine in einer Aus führungsvariante mit Verbindungsstegen zwischen den Scheiben der Tesla- Turbine , Turbine in a design variant with connecting webs between the discs of the Tesla turbine,
Fig . 6 einen Schnitt durch einen Zahnbohrer mit einem Ableitungskanal zur Ableitung des Fluids , welches die Tesla-Turbine antreibt , in Richtung auf das Bohrwerkzeug, wobei der Ableitungskanal axial auf der dem Bohrwerkzeug gegenüberliegenden Seite verzweigt , Fig . 7 einen Schnitt durch eine weitere Aus führungsvariante eines Zahnbohrers , bei der der Ableitungskanal im Seitenbereich der Tesla-Turbine verzweigt . Fig. 6 shows a section through a dental drill with a drainage channel for draining the fluid that drives the Tesla turbine in the direction of the drilling tool, with the drainage channel branching off axially on the side opposite the drilling tool, Fig. 7 shows a section through another embodiment variant of a dental drill, in which the discharge channel branches off in the side area of the Tesla turbine.
In den Figuren sind gleiche Bauteile mit gleichen Bezugs zeichen versehen . In the figures, the same components are provided with the same reference symbols.
In Fig . 1 ist als zahnärztliches Instrument ein Zahnbohrer 1 dargestellt , der ein Gehäuse 2 aufweist , welches einen Gehäusegri f f 2a und einen Gehäusekopf 2b umfasst . Gehäusegri f f 2a und Gehäusekopf 2b sind einteilig ausgeführt . In den Gehäusegri f f 2a ist ein Zufuhrkanal 3 für die Zufuhr eines Fluids eingebracht , das in Form eines Fluidstrahls 4 gemäß dem eingetragenen Pfeil in Richtung auf eine Tesla-Turbine 5 geführt ist . Bei dem Fluid, das über den Zufuhrkanal 3 eingeführt wird, handelt es sich beispielsweise um ein Aerosol , bestehend aus Luft mit beigefügten Wassertröpfchen . In Fig. 1 shows a dental drill 1 as a dental instrument, which has a housing 2 which includes a housing handle 2a and a housing head 2b. Housing handle 2a and housing head 2b are made in one piece. A supply channel 3 for supplying a fluid is introduced into the housing grip 2a, which is guided in the form of a fluid jet 4 in the direction of a Tesla turbine 5 according to the arrow shown. The fluid that is introduced via the supply channel 3 is, for example, an aerosol consisting of air with water droplets attached.
Die Tesla-Turbine 5 ist im Gehäusekopf 2b drehbar gelagert . Mit dem unteren Abschnitt der Tesla-Turbine 5 ist ein Werkzeug in Form eines Bohrwerkzeugs 6 drehfest verbunden, wobei das Bohrwerkzeug 6 aus dem Gehäusekopf 2b nach unten hinausragt . Die Lagerung der Tesla-Turbine 5 im Gehäusekopf 2b erfolgt über zwei axial zueinander beabstandete Lagerstellen 7 und 8 , in denen ein Turbinenkörper 10 der Tesla-Turbine 5 drehbar auf genommen ist . The Tesla turbine 5 is rotatably mounted in the housing head 2b. A tool in the form of a drilling tool 6 is connected in a torque-proof manner to the lower section of the Tesla turbine 5, with the drilling tool 6 protruding downwards from the housing head 2b. The Tesla turbine 5 is mounted in the housing head 2b via two axially spaced bearing points 7 and 8, in which a turbine body 10 of the Tesla turbine 5 is rotatably received.
Wie Fig . 1 in Verbindung mit den weiteren Fig . 2 bis 4 zu entnehmen ist , weist die Tesla-Turbine 5 mehrere axial übereinanderliegende und zueinander beabstandete Scheiben 9 auf , zwischen denen j eweils ein kleiner Zwischenraum liegt , in den der Fluidstrahl 4 eindringen kann . Insgesamt sind im Aus führungsbeispiel 8 übereinanderliegende Scheiben 9 in der Tesla-Turbine 5 angeordnet . Die Scheiben 9 sind drehfest mit dem Turbinenkörper 10 der Tesla-Turbine 5 verbunden, wobei der Turbinenkörper 10 als Welle ausgebildet ist , die an den Lagerstellen 7 und 8 im Gehäusekopf 2b abgestützt und gelagert ist . Die Scheiben 9 sind fest mit dem Turbinenkörper 10 verbunden . As Fig . 1 in conjunction with the other Figs. 2 to 4, the Tesla turbine 5 has a plurality of discs 9 which are axially superimposed and spaced apart from one another and between which there is a small space into which the fluid jet 4 can penetrate. Total are in From exemplary embodiment 8 superimposed disks 9 are arranged in the Tesla turbine 5 . The disks 9 are connected in a torque-proof manner to the turbine body 10 of the Tesla turbine 5, with the turbine body 10 being designed as a shaft which is supported and mounted at the bearing points 7 and 8 in the housing head 2b. The discs 9 are firmly connected to the turbine body 10 .
Der Zufuhrkanal 3 nimmt mit der Ebene der Scheiben 9 einen kleinen Winkel von annähernd 10 ° ein . Dementsprechend tri f ft auch der Fluidstrahl 4 unter einem Winkel von annähernd 10 ° auf das Scheibenpaket mit den Scheiben 9 und tritt mit diesem Winkel in die Zwischenräume zwischen benachbarten Scheiben 9 ein . In den Zwischenräumen bewegt sich der Fluidstrahl 4 tangential , bezogen auf die Längsachse 11 von Tesla-Turbine 5 und Bohrwerkzeug 6 und damit auch parallel zur Scheibenebene der Scheiben 9 . Der Fluidstrahl 4 überträgt seine kinetische Energie durch Viskosität und Adhäsion auf die Scheiben 9 und treibt hierdurch die Tesla-Turbine 5 und somit auch das Bohrwerkzeug 6 an . The feed channel 3 makes a small angle of approximately 10° with the plane of the disks 9 . Accordingly, the fluid jet 4 also hits the disk package with the disks 9 at an angle of approximately 10° and enters the interspaces between adjacent disks 9 at this angle. In the interstices, the fluid jet 4 moves tangentially in relation to the longitudinal axis 11 of the Tesla turbine 5 and the drilling tool 6 and thus also parallel to the disk plane of the disks 9 . The fluid jet 4 transfers its kinetic energy to the disks 9 through viscosity and adhesion, thereby driving the Tesla turbine 5 and thus also the drilling tool 6 .
Bei der Anströmung der Scheiben 9 der Tesla-Turbine 5 wandert das Fluid, das im Fluidstrahl 4 herangeführt wird, spiral förmig nach innen in Richtung Längsachse 11 , wobei weiterhin Bewegungsenergie auf die Scheiben 9 übertragen wird . Der wellenförmige Turbinenkörper 10 kann als Hohlwelle ausgebildet sein, zumindest im Bereich der Scheiben 9 sowie in dem der Werkzeugaufnahme gegenüberliegenden axialen Abschnitt , wobei in die Wandung im Bereich der Scheiben 9 Öf fnungen eingebracht sein können, durch die das Fluid hindurchtritt . Anschließend kann das Fluid im Inneren der Hohlwelle 10 beispielhaft axial nach oben abgeleitet werden . In Fig . 5 ist eine Aus führungsvariante einer Tesla-Turbine 5 dargestellt , die den gleichen Grundaufbau mit mehreren, zueinander parallel angeordneten und beabstandeten Scheiben 9 an einem wellenförmigen Turbinenkörper 10 aufweist . Zusätzlich sind über den Umfang verteilt mehrere Verbindungsstege 12 zwischen den Scheiben 9 angeordnet , die sich axial über das gesamte Scheibenpaket erstrecken und für eine zusätzliche Stabilisierung und konstanten Abstand zwischen den Scheiben 9 sorgen . Die Verbindungsstege 12 können sich entweder in Radialrichtung bis zur Welle 10 erstrecken oder, wie im linken Bildbereich dargestellt , es sind in Radialrichtung hintereinanderliegend zwei oder mehr Verbindungsstege 12 angeordnet , die insgesamt j edoch eine geringere Radialerstreckung als die Scheibe 9 aufweisen, so dass eine zwischenliegende Lücke zwischen den Verbindungsstegen 12 liegt . Die Verbindungsstege 12 dienen zusätzlich zur Stabilisierung der Scheiben 9 auch als Turbinenschaufeln, auf die der Fluidstrahl 4 auftri f ft , wodurch eine zusätzliche Impulsübertragung von Fluidstrahl 4 auf die Tesla-Turbine 5 gegeben ist . When the disks 9 of the Tesla turbine 5 are flowed against, the fluid that is supplied in the fluid jet 4 migrates spirally inwards in the direction of the longitudinal axis 11 , kinetic energy continuing to be transmitted to the disks 9 . The shaft-shaped turbine body 10 can be designed as a hollow shaft, at least in the area of the discs 9 and in the axial section opposite the tool holder, it being possible for openings to be introduced in the wall in the area of the discs 9 through which the fluid passes. The fluid inside the hollow shaft 10 can then be discharged axially upwards, for example. In Fig. 5 shows an embodiment variant of a Tesla turbine 5 which has the same basic structure with a plurality of disks 9 arranged parallel to one another and spaced apart on a shaft-shaped turbine body 10 . In addition, several connecting webs 12 are arranged between the disks 9 , distributed over the circumference, which extend axially over the entire disk assembly and ensure additional stabilization and a constant spacing between the disks 9 . The connecting webs 12 can either extend in the radial direction up to the shaft 10 or, as shown in the left-hand area of the image, two or more connecting webs 12 are arranged one behind the other in the radial direction, but overall they have a smaller radial extent than the disk 9, so that an intermediate Gap between the connecting webs 12 is located. In addition to stabilizing the discs 9 , the connecting webs 12 also serve as turbine blades on which the fluid jet 4 impinges, as a result of which an additional momentum transfer from the fluid jet 4 to the Tesla turbine 5 is provided.
In Fig . 6 ist eine Aus führungsvariante eines Zahnbohrers 1 dargestellt , in der ein Ableitungskanal 13 axial vom Gehäusekopf 2b des Gehäuses 2 verzweigt und durch den Gehäusegri f f 2a geführt ist , j edoch seitlich versetzt zum Zufuhrkanal 3 , um eine Vermischung der Fluidströme im Zufuhrkanal 3 und dem Ableitungskanal 13 zu vermeiden . Die Abzweigung des Ableitungskanals 13 erfolgt unmittelbar anschließend an den wellenförmigen Turbinenkörper 10 auf der dem Bohrwerkzeug 6 axial abgewandten Seite . Somit kann das Fluid stromab der Scheiben 9 aus der Welle 10 in den Ableitungskanal 13 abgeleitet werden. In Fig. 6 shows an embodiment variant of a dental drill 1, in which a discharge channel 13 branches off axially from the housing head 2b of the housing 2 and is guided through the housing grip 2a, but is offset laterally to the supply channel 3 in order to prevent the fluid flows in the supply channel 3 and the To avoid discharge channel 13. The diversion of the discharge duct 13 takes place immediately after the shaft-shaped turbine body 10 on the side facing away from the drilling tool 6 in the axial direction. So it can Fluid downstream of the disks 9 can be derived from the shaft 10 into the discharge channel 13 .
Der Ableitungskanal 13 weist auf seiner der Abzweigung gegenüberliegenden Seite eine Mündungsöffnung im Seitenbereich des Gehäusegriffs 2a auf, wobei die Mündungsöffnung 14 dem Bohrwerkzeug 6 zugewandt ist. Das Fluid tritt über die Mündungsöffnung 14 aus dem Zahnbohrer 1 aus und trifft auf den vom Bohrwerkzeug 6 zu bearbeitenden Gegenstand, wodurch dieser gekühlt wird. On its side opposite the branch, the discharge channel 13 has an orifice opening in the side region of the housing handle 2a, the orifice opening 14 facing the drilling tool 6 . The fluid emerges from the dental drill 1 via the orifice 14 and hits the object to be machined by the drilling tool 6, as a result of which it is cooled.
In Fig. 7 ist eine weitere Ausführungsvariante eines Zahnbohrers 1 dargestellt, bei der der Ableitungskanal 13 in einer alternativen Weise angeordnet ist. Der Ableitungskanal 13 ist vollständig in den Gehäusegriff 2 integriert. Der Ableitungskanal 13 verzweigt vom radialen Seitenbereich der Tesla-Turbine 5 in Höhe der Scheiben 9 und nimmt das abströmende Fluid auf, das im weiteren Verlauf nach unten und somit quer zur Längserstreckung des Gehäusegriffs 2a in Richtung auf das Bohrwerkzeug 6 geführt wird. Der Ableitungskanal 13 ist vollständig innerhalb des Gehäusegriffs 2a und des Gehäusekopfes 2b geführt. FIG. 7 shows a further variant embodiment of a dental drill 1, in which the discharge channel 13 is arranged in an alternative way. The drainage channel 13 is fully integrated into the housing handle 2 . The discharge channel 13 branches from the radial side area of the Tesla turbine 5 at the level of the discs 9 and receives the outflowing fluid, which is then guided downwards and thus transversely to the longitudinal extent of the housing handle 2a in the direction of the drilling tool 6. The discharge channel 13 is guided completely within the housing handle 2a and the housing head 2b.
In noch einer weiteren alternativen Ausführung mündet der Ableitungskanal 13 nicht in Richtung des Bohrwerkzeugs 6, sondern wird durch den Gehäusegriff 2a parallel zum Zufuhrkanal 3 zurückgeführt. In yet another alternative embodiment, the discharge channel 13 does not open out in the direction of the drilling tool 6, but is led back parallel to the supply channel 3 through the housing handle 2a.

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Medizinisches oder zahnmedizinisches handgeführtes Instrument, mit einem rotierenden Werkzeug (6) , das mit einer drehbar gelagerten Turbine drehverbunden ist, welche von einem Fluidstrahl (4) angetrieben ist, der durch ein Gehäuse (2) des Instruments geführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Turbine als Tesla-Turbine (5) ausgebildet ist, wobei eine oder mehrere Scheiben (9) der Tesla-Turbine (5) tangential von dem Fluidstrahl (4) angeströmt sind. 1. Medical or dental hand-held instrument with a rotating tool (6) which is rotatably connected to a rotatably mounted turbine which is driven by a fluid jet (4) which is guided through a housing (2) of the instrument, characterized in that that the turbine is designed as a Tesla turbine (5), one or more discs (9) of the Tesla turbine (5) being tangentially flown by the fluid jet (4).
2. Instrument nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tesla-Turbine (5) mehrere, insbesondere mindestens fünf Scheiben (9) aufweist, die zueinander parallel angeordnet sind und die auf Abstand zueinander liegen. 2. Instrument according to claim 1, characterized in that the Tesla turbine (5) has a plurality, in particular at least five discs (9) which are arranged parallel to one another and which are spaced apart from one another.
3. Instrument nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Zufuhrkanal (3) für das die Tesla- Turbine (5) antreibende Fluid aufweist, wobei der Zufuhrkanal (3) mit der Ebene der Scheibe oder Scheiben (9) der Tesla- Turbine (5) einen Winkel einnimmt, der maximal 10° beträgt. 3. Instrument according to claim 1 or 2, characterized in that the housing (2) has a supply channel (3) for the Tesla turbine (5) driving fluid, wherein the supply channel (3) with the plane of the disk or disks (9) of the Tesla turbine (5) occupies an angle which is a maximum of 10°.
4. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im oder am Gehäuse (2) ein Ableitungskanal (13) angeordnet ist, über den das Fluid stromab der Scheibe oder Scheiben (9) der Tesla-Turbine (5) ableitbar ist. 4. Instrument according to one of claims 1 to 3, characterized in that a discharge channel (13) is arranged in or on the housing (2), via which the fluid can be discharged downstream of the disk or disks (9) of the Tesla turbine (5). is.
5. Instrument nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungskanal (13) auf der dem Werkzeug (6) abgewandten Seite am Gehäuse (2) abzweigt. 5. Instrument according to claim 4, characterized in that the discharge channel (13) branches off on the side facing away from the tool (6) on the housing (2).
6. Instrument nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mündungsöffnung (14) des Ableitungskanals (13) auf der der Tesla-Turbine (5) abgewandten Seite in Richtung des Werkzeugs (6) weist. 6. Instrument according to claim 4 or 5, characterized in that the orifice (14) of the discharge channel (13) on the side facing away from the Tesla turbine (5) points in the direction of the tool (6).
7. Instrument nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ableitungskanal (13) zumindest abschnittsweise parallel zum Zufuhrkanal (3) im Gehäuse (2) angeordnet ist. 7. Instrument according to claim 4 or 5, characterized in that the discharge channel (13) is arranged at least in sections parallel to the supply channel (3) in the housing (2).
8. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über den Umfang verteilt mehrere Verbindungsstege (12) zwischen den Scheiben (9) der Tesla-Turbine (5) angeordnet sind . 8. Instrument according to any one of claims 1 to 7, characterized in that distributed over the circumference a plurality of connecting webs (12) between the discs (9) of the Tesla turbine (5) are arranged.
9. Instrument nach Anspruch 8, 17 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstege (12) in Radialrichtung nur eine Teilerstreckung bezogen auf den Radius der Scheiben (9) aufweisen . 9. Instrument according to claim 8, 17 characterized in that the connecting webs (12) in the radial direction only have a partial extension based on the radius of the disks (9).
10. Instrument nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass radial hintereinanderliegend mindestens zwei Verbindungsstege (12) zwischen den Scheiben (9) angeordnet sind, wobei zwischen den Verbindungsstegen (12) ein radialer Durchlass liegt. 10. Instrument according to claim 9, characterized in that at least two connecting webs (12) are arranged radially one behind the other between the discs (9), with a radial passage lying between the connecting webs (12).
11. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein drehbar im Gehäuse gelagerte Turbinenkörper (10) der Tesla-Turbine (5) und die Scheibe oder Scheiben (9) einteilig ausgebildet sind. 11. Instrument according to one of claims 1 to 10, characterized in that a rotatably mounted in the housing turbine body (10) of the Tesla turbine (5) and the disc or discs (9) are integrally formed.
12. Instrument nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Tesla-Turbine (5) durch Materialabtrag hergestellt ist . 12. Instrument according to claim 11, characterized in that the Tesla turbine (5) is produced by material removal.
13. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zur Umkehrung der Drehrichtung der Tesla-Turbine (5) das Fluid über den Ableitungskanal (13) zuführbar und über den Zufuhrkanal (3) ableitbar ist. 13. Instrument according to one of claims 1 to 12, characterized in that to reverse the direction of rotation of the Tesla turbine (5), the fluid can be supplied via the discharge channel (13) and can be derived via the supply channel (3).
14. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine Ausführung als Zahnbohrer (1) . 18 14. Instrument according to any one of claims 1 to 13, characterized by an embodiment as a dental drill (1). 18
15. Instrument nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Tesla-Turbine (5) aus Metall, insbesondere aus Titan gefertigt ist. 15. Instrument according to any one of claims 1 to 14, characterized in that the Tesla turbine (5) is made of metal, in particular titanium.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990015581A1 (en) * 1989-06-13 1990-12-27 Black, Richard, A. Dental system
EP2752167A1 (en) 2013-01-07 2014-07-09 W & H Dentalwerk Bürmoos GmbH Turbine impeller for a medical, in particular dental handpiece
EP3260066A1 (en) * 2013-05-17 2017-12-27 Interscope, Inc. Insertable endoscopic instrument for tissue removal

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19833249A1 (en) 1998-07-23 2000-01-27 Kaltenbach & Voigt Turbine handpiece, in particular for medical or dental purposes
WO2020081422A1 (en) 2018-10-15 2020-04-23 The Regents Of The University Of Michigan Optimizing pumping of variable viscosities via microtextured miniaturized tesla pump

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990015581A1 (en) * 1989-06-13 1990-12-27 Black, Richard, A. Dental system
EP2752167A1 (en) 2013-01-07 2014-07-09 W & H Dentalwerk Bürmoos GmbH Turbine impeller for a medical, in particular dental handpiece
EP3260066A1 (en) * 2013-05-17 2017-12-27 Interscope, Inc. Insertable endoscopic instrument for tissue removal

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RHETTA JACOBSON ED - INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS: "THE TESLA BLADELESS PUMPS AND TURBINES", AEROSPACE POWER SYSTEMS. BOSTON, AUG. 4 - 9, 1991; [PROCEEDINGS OF THE INTERSOCIETY ENERGY CONVERSION ENGINEERING CONFERENCE], NEW YORK, IEEE, US, vol. 4, 4 August 1991 (1991-08-04), pages 445 - 450, XP000326073, ISBN: 978-0-89448-163-5 *

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