Handstück für zahnärztliche Maschinen mit pneumatisch gelagerter Werkzeughalterwelle
Die Erfindung betrifft ein Handstück für zahnärztliche Maschinen mit einer Werkzeughalterwelle, die pneumatisch gelagert und mit radialen Antriebsturbinenschaufeln versehen ist, mit einem Gaseinlasskanal, über den ein Treibgasstrahl auf die Vorderflächen der Turbinenschaufeln richtbar ist, mit weiteren Gaseinlasskanälen zur Zufuhr von Pressgas in den mindestens einen Abschnitt der Werkzeughalterwelle umfassenden Lagerspalt sowie mit einem sich zu den Rückflächen der Turbinenschaufeln hin öffnenden Gasauslasskanal zur Abführung des Treibgases in die freie Atmosphäre.
Es ist bei derartigen Handstücken bekannt, einen Treibluftstrahl auf die Turbinen schaufeln der Werkzeug- halterwelle aufzublasen, um das Werkzeug rotieren zu lassen, und gleichzeitig Pressluft in den zwischen der Werkzeughalterwelle und den Lagerflächen der Welle gebildeten Lagerspalt einzuführen, so dass die Werkzeughalterwelle während ihrer Drehung auf dem in dem Lagerspalt ausgebildeten Luftpolster schwimmt. Um die Drehung des Werkzeuges einzuleiten oder anzuhalten, kann die Pressluftzufuhr einfach ein- bzw. abgeschaltet werden. Nach Abschalten der Pressluftzufuhr kommt die rotierende Werkzeughalterwelle jedoch nicht augenblicklich zum Stillstand, sondern dreht sich infolge ihrer Trägheit während einer gewissen Zeitspanne, beispielsweise für 12 bis 15 Sekunden, weiter.
Während dieser auf Trägheitskräfte zurückzuführenden Drehung arbeiten die Turbinenschaufeln als Gebläse, das den Druck im Lagerluftspalt negativ mit Bezug auf den Atmosphärendruck macht. Infolgedessen kann von aussen Luft in den Lagerspalt eingesaugt werden. Enthält diese Luft Staub oder kleine Abriebteilchen, dei beim Schleifen, Bohren oder Schneiden des Zahnes anfallen, können die Lagerflächen beschädigt werden, wodurch die Lagereigenschaften nachteilig beeinflusst werden. Ausserdem besteht die Gefahr, dass das auf Grund von Trägheitskräften weiterrotierende zahnärztliche Werkzeug Hautverletzungen bewirkt, wenn es unbeabsichtigt mit dem Zahnfleisch des Patienten in Berührung kommt. Infolgedessen ist es erwünscht, die auf Trägheitskräfte zurückzuführende Drehung des Werkzeuges möglichst gering zu halten. Vorschläge dafür wurden jedoch noch nicht bekannt.
Der Erfindung liegt dementsprechend in erster Linie die Aufgabe zu Grund, ein Handstück für zahnärztliche Maschinen mit Turbinen antrieb und pneumatischer Lagerung zu schaffen, bei dem die Trägheitsbewegung der Werkzeughalterwelle nach Abschalten der Pressgaszufuhr wesentlich herabgesetzt ist. Gleichlaufend damit soll verhindert werden, dass im Lagerspalt ein Unterdruck entsteht, auf Grund dessen Luft von aussen in den Lagerspalt eingesaugt wird.
Erfindungsgemäss wird dies bei einem Handstück der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass zum Anhalten der Drehbewegung der Werkzeughalterwelle Pressgas über den Gasauslasskanal gegen die Rückflächen der Turbinenschaufeln blasbar ist. Das über den Gasauslasskanal eingeblasene Pressgas bremst die Werkzeughalterwelle ab. Es sorgt ferner für einen Überdruck im Lagerspalt, so dass in diesen Luft von aussen nicht eindringen kann. Das auf diese Weise eingeblasene Pressgas wird zweckmässig über den normalerweise als Gaseinlass dienenden Kanal in die freie Atmosphäre abgeführt.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäss aufgebauten Handstückes,
Fig. 2 ein Schaltbild des Steuerstromkreises zur Steuerung der Drehbewegung der Werkzeughalterwelle des Handstückes nach Figur 1 und
Fig. 3 e ine abgewandelte Ausführungsform des Steuerstromkreises.
Das Handstück nach Figur 1 weist ein Gehäuse 1 auf, in dem eine drehbare Welle 2 mit einer Turbine 4 sitzt, die mit mehreren Radialsehaufeln 3 versehen ist.
Die Welle 2 besitzt eine Axialbohrung 2' zur Aufnahme eines nicht veranschaulichten, mit der Welle mitdrehbaren zahnärztlichen Werkzeugs, z. B. eines Bohrers. An den gegenüberliegenden Enden der Turbine 4 sind zwei Lagerbuchsen 5, 6 angeordnet. Jede der Lagerbuchsen ist mit einer am Aussenumfang umlaufenden Nut 7 und 2 0-Ringen 8, 9 versehen, die zu beiden Seiten der Nut 7 dichtend an der seitlichen Innenfläche des Gehäuses anliegen. Jede Lagerbuchse weist mehrere radial verlaufende Lufteinlasskanäle 10 auf, deren inneres Ende in den Lagerspalt a bzw. b mündet und deren äusseres Ende über einen Kanal 11 mit der Nut 7 in Verbindung steht. In dem Gehäuse 1 sind Lufteinlasskanäle 12, 13 und 14 sowie ein Luftauslasskanal 15 ausgebildet.
Die Kanäle 12, 13 und 14 stehen mit einer Leitung 16 in Verbindung, während der Kanal 15 mit einem Kanal verbunden ist, der zwischen der Aussenfläche der Leitung 16 und der Innenfläche einer Leitung 17 ausgebildet ist, durch die die Leitung 16 hindurchverläuft. Der Kanal 12 öffnet sich in Richtung auf die Vorderflächen der Turbinenschaufeln 3, so dass die aus dem Kanal 12 ausgeblasene Pressluft die Turbine 4 dreht. Der Auslasskanal 15 öffnet sich in Richtung auf die Rückflächen der Turbinenschaufeln. Infolgedessen wird die Pressluft, die auf die Schaufeln aufgetroffen ist, über die Kanäle 15 und 17 in die Atmosphäre abgeführt.
Die Einlasskanäle 13 und 14 stehen mit den Nuten 7 der oberen und unteren Lagerbuchse in Verbindung, so dass die über die Kanäle 13 und 14 zugeführte Pressluft über die Kanäle 10 in die Lagerspalte a und b gelangt. Auf Grund dessen ist die Welle 2 auf einem Luftpolster gelagert, ohne bei der Drehung die Lagerflächen der Buchsen 5 und 6 zu berühren. Das in den Lagerspalten a und b aufgebaute Luftpolster bildet ein Radiallager für die Welle.
Zwischen der Oberseite der Turbine 4 und der gegenüberliegenden Fläche der oberen Lagerbuchse 5 wird ein Spalt c gebildet. Ein ähnlicher Spalt d befindet sich zwischen der Unterseite der Turbine und der gegenüberliegenden Fläche der unteren Lagerbuchse 6.
Die Spalte c und d stehen mit den Lagerspalten a bzw. b und mit dem Luftauslasskanal 15 in Verbindung, so dass die Pressluft aus den Spalten a und b in die Spalte c und d überströmt und Drucklager für die sich drehende Welle bildet. Die Pressluft wird schliesslich in die Atmosphäre abgeleitet.
Bei der beschriebenen Anordnung dreht die über die Kanäle 12, 13 und 14 eingeleitete Pressluft die Turbine und damit die Welle 2. Gleichzeitig wird ein pneumatisches Lager für die rotierende Welle gebildet. Falls zur Unterbrechung der Drehbewegung der Welle die Pressluftzufuhr einfach abgeschaltet wird, rotiert die Turbine infolge der Massenträgheit noch eine gewisse Zeit weiter, wodurch, wie oben erwähnt, Luft von aussen in die Spalte a, b, c und d eingesaugt wird.
Erfindungsgemäss wird dagegen der Auslasskanal 15 kurzzeitig als Einlasskanal benutzt, während gleichzeitig die Einlasskanäle als Auslasskanäle dienen, die mit der freien Aussenluft in Verbindung stehen. Über den Auslasskanal 15 wird dabei Pressluft gegen die Rückflächen der Turbinenschaufeln gerichtet, wodurch auf die Schaufeln eine Dämpfungskraft ausgeübt wird, die die Turbine innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne zum Stehen bringt.
Auch wenn die Welle 2 infolge der Trägheitskräfte noch eine kurze Zeitspanne nachläuft, wird Aussenluft nicht in das Gehäuse eingesaugt, weil die über den Kanal 15 eingeleitete Pressluft verhindert, dass der Innendruck niedriger als der Aussendruck wird. Nachdem die Welle zum Stillstand gekommen ist, hat eine weitere Zufuhr von Pressluft keine Drehung der Welle in entgegengesetzter Richtung zur Folge, weil auf die Turbinenschaufeln kein für eine Drehung ausreichendes Drehmoment ausgeübt wird und die in den Lagerspalten befindliche Luft keinen ausreichenden Druck hat, um die Welle abzustützen.
Entsprechend Figur 2 sind die mit den Einlass- und Auslasskanälen nach Figur 1 in Verbindung stehenden Leitungen 16 bzw. 17 an Dreiweg-Elektromagnetventile 21 bzw. 22 angeschlossen. Das Ventil 21 weist drei Durchlässe 23, 24 und 25, ein Ventilglied 26, eine Feder 27 und eine Magnetspule 28 auf. Der Durchlass 23 ist über eine Leitung 29 an eine nicht veranschaulichte Pressluftquelle angeschlossen. Der Durchlass 24 steht mit der Leitung 16 in Verbindung. Der Durchlass 25 führt zur freien Atmosphäre. Das Ventilglied 26 sperrt unter dem Einfluss der Feder 27 normalerweise den Durchlass 23 ab, während die Durchlässe 24 und 25 miteinander in Verbindung stehen.
Wird jedoch die Magnetspule 28 erregt, wird das Ventilglied 26 entgegen der Kraft der Feder 27 verschoben, wird der Durchlass 23 geöffnet, so dass die Durchlässe 23 und 24 miteinander in Verbindung kommen, und wird gleichzeitig der Durchlass 25 geschlossen. Das zweite Elektromagnetventil 22 umfasst ebenfalls drei Durchlässe 30, 31 und 32, ein Ventilglied 33, eine Feder 34 und eine Magnetspule 35. Der Durchlass 30 ist über eine Leitung 36 an die Leitung 29 angeschlossen. Der Durchlass 31 steht mit der Leitung 17 in Verbindung. Der Durchlass 32 führt zur freien Aussenluft. Das Ventilglied 33 sperrt unter dem Einfluss der Feder 34 normalerweise den Durchlass 30 ab, während die Durchlässe 31 und 32 miteinander in Verbindung stehen.
Wird die Magnetspule 35 erregt, wird das Ventilglied 33 entgegen der Kraft der Feder 34 verschoben, so dass der Durchlass 30, geöffnet und mit dem Durchlass 31 in Verbindung ge gebracht wird, während der Durchlass 32 geschlossen wird.
Die Erregung der Magnetspulen 28 und 35 wird mittels eines Fusschalters 37 und eines abfallverzögerten Relais 38 gesteuert. Der Schalter 37 liegt in einer der beiden Leitungen 39 und 40, die an eine Stromquelle angeschlossen sind. Er weist einen bewegbaren Kontaktarm 41 auf, der normalerweise an einem Kontakt 42 anliegt. Wird auf den Schalter getreten, wird der Kontaktarm 41 zu einem zweiten Kontakt 43 umgelegt. Die Magnetspule 28 liegt zwischen dem Kontakt 43 umgelegt. Die Magnetspule 28 liegt zwischen dem Kontakt 43 und der Leitung 40. Das Relais 38 ist derart aufgebaut, dass sein bei Erregung geschlossener Kontakt eine vorbestimmte Zeitspanne nach Entregung geöffnet wird.
Es weist einen Arbeitskontakt 44 eine Erregerwicklung 45 und einen parallel zur Wicklung 45 geschalteten Verzögerungskondensator 46 auf. Die Magnetspule 35 des Magnetventils 22 steht über die Kontakte 44 und 42 mit der Leitung 39 in Verbindung. Die Erregwicklung 45 des Relais 38 ist über einen Gleichrichter 47 und einen normalerweise geschlossenen Hilfskontakt 48 zwischen den Kontakt 43 und die Leitung 40 geschaltet.
Falls erforderlich wird ein zusätzlicher Verzögerungs kondensator 49 parallel zur Wicklung 45 geschaltet. Der Kondensator 49 kann über einen normalerweise offenen Hilfskontakt 50 ferner parallel zum Kondensator 46 geschaltet werden. Parallel zum Hilfskontakt 48 liegt ein Widerstand 51.
Wenn auf den Schalter 37 getreten wird, wird der bewegbare Kontaktarm 41 auf den Kontakt 43 umgelegt, worauf die Magnetspule 28 des Magnetventils 21 erregt wird, so dass das Ventilglied 26 den Durchlass 23 öffnet und Pressluft aus der Leitung 29 in die Leitung 16 einströmt. Die Pressluft treibt die Welle 2 an und wird dann über die Leitung 17 und den Durchlass 32 ins Freie abgeführt. Wenn sich der Kontaktarm 41 des Schalters 37 gegen den Kontakt 43 legt, kommt ausserdem die Wicklung 45 des Relais 38 über den Gleichrichter 47 und den geschlossenen Hilfskontakt 48 unter Strom, so dass das Relais anzieht und den Hilfskontakt 48 öffnet, während die Kontakte 50 und 44 geschlossen werden. Auch nach Öffnen des Kontakts 48 wird die Wicklung 45 über den Widerstand 51 weiter erregt. Der Kondensator 46 wird mit der in der Figur veranschaulichten Polarität aufgeladen.
Zugleich wird über den jetzt geschlossenen Hilfskontakt 50 auch der Kondensator 49 mit der gezeigten Polarität aufgeladen. Wenn nunmehr der Schalter 37 freigegeben wird, wird der Kontaktarm 41 mittels einer nicht veranschaulichten Feder zu dem Kontakt 42 zurückgestellt, so dass die Magnetspule 28 des Magnetventils 21 entregt wird und das Ventilglied 26 in die Ausgangsstellung zurückkehrt, wodurch die Leitung 16 über den Durchlass 25 mit der Aussenluft in Verbindung gebracht wird. Gleichzeitig kommt die Magnetspule 35 des anderen Elektromagnetventils 22 über den jetzt geschlossenen Arbeitskontakt 44 unter Strom, so dass die Durchlässe 30 und 31 miteinander verbunden werden und Pressluft aus der Leitung 36 in die Auslassleitung 17 eingeführt wird.
Mittels dieser Pressluft wird die Welle 2 abgebremst und wird zugleich der Innenraum des Gehäuses 1 auf einem höheren Druck als dem Aussendruck gehalten.
Auch nach der Rückstellung des Kontaktarms 41 wird die Wicklung 45 des Relais 38 zunächst noch durch den Entladestrom der Kondensatoren 46 und 49 erregt gehalten. Wenn der Entladestrom einen bestimmten Wert unterschritten hat, wird die Wicklung 45 entregt und öffnen die Kontakte 44 und 50, während gleichzeitig der Hilfskontakt 48 schliesst, wie dies in Figur 2 veranschaulicht ist. Nach Öffnen des Kontakts 44 wird die Magnetspule 35 entregt, so dass das Ventilglied 33 in die veranschaulichte Ruhestellung zurückkehrt. Das bedeutet, dass bis zur Rückstellung des Ventilgliedes 33 oder mit anderen Worten während der Verzögerungszeit des Relais 38, Pressluft über die Auslassleitung 17 zugeführt wird.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind zwei Schalter 50' und 51' vorgesehen, um die Erregung der Magnetspulen 28 und 35 der Elektromagnetventile 21 und 22 zu steuern. Beide Schalter werden gemeinsam mittels eines nicht veranschaulichten Pedals betätigt. Der Schalter 50 besitzt einen normalerweise offenen Kontakt 53. Die Kontakte 52 und 53 sind an jeweils die eine Seite der Magnetspulen 35 bzw. 28 angeschlossen. Die andere Seite der Magnetspulen ist mit der einen der beiden Zuleitungen 39 und 40 verbunden. Der andere Schalter 51' ist mit einem Kontakt 54 und einer nicht veranschaulichten Verriegelung versehen, die bewirkt, dass bei jeder Schalterbetätigung der Kontakte 54 aus der einen in die andere Stellung gebracht wird, d. h. geschlossen wird, wenn er offen war, oder geöffnet wird, wenn er geschlossen war.
Werden beide Schalter 50' und 51, das erste mal niedergetreten, werden die Kontakte 53 und 54 geschlossen, so dass die Magnetspule 28 erregt und die Welle 2 in der normalen Drehrichtung gedreht wird. Wenn dann das Pedal freigegeben wird, wird der Kontakt 52 geschlossen, während der Kontakt 54 in der Schliesstellung verriegelt bleibt, so dass die Magnetspule 35 des Elektromagnetventils 22 unter Strom kommt und die Welle 2 in der zuvor beschriebe- nen Weise abgebremst wird. Wenn das Pedal ein zweites Mal niedergetreten wird, wird der Kontakt 54 geöffnet, so dass die Magnetspule 35 entregt wird. Nach Loslassen des Pedals wird über den Auslasskanal ständig Pressluft zugeführt, bis das Pedal erneut niedergetreten wird.
Es versteht sich, das anstelle von Luft gegebenfalls auch andere Gase für Antrieb und Lagerung der Werkzeughalterwelle verwendet werden können.