CH624293A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Dentalhandstück gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei derartigen Dentalhandstücken, deren Luftlager sowohl für radiale als auch für axiale Belastung ausgelegt sein müssen, besteht das Bestreben, die Zahnbehandlung möglichst zu verkürzen und die Schmerzen des Patienten auf ein Mindestmass zu verringern. In der Zahnmedizin reicht der Drehgeschwindigkeitsbereich z. B. von 550 000 (überschnell) bis 100 000 U./min (langsam). Die eingangs genannten Dentalhandstücke eignen sich wegen ihrer Bauweise, ihres Aussehens und ihrer Form für den oberen Bereich, jedoch nicht für mittlere Bereiche. In letzteren lässt sich daher bis jetzt keine ausreichende Leistungsfähigkeit beim Schneiden erzielen, so dass man in den mittleren Bereichen gezwungen ist, andere Dentalhandstücke z. B. vom kugelgelagerten Typ zu verwenden.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Dentalhandstücks der eingangs genannten Art, um die Nachteile bekannter Ausführungen zu vermeiden und um insbesondere nicht nur die Leistungsfähigkeit beim Schneiden im obersten Bereich der Drehgeschwindigkeit zu verbessern sondern das Schneiden in mittleren Bereichen überhaupt erst zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 definierten Massnahmen erreicht.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen des Dentalhandstücks sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 umschrieben.

Auf diese Weise lässt sich der Nutzeffekt und Nutzbereich eines Dentalhandstücks ohne Hinzufügung komplizierter Bauteile, sondern im Gegenteil auf apparativ denkbar einfache Weise beträchtlich vergrössern, denn die zurückspringenden Oberflächenabschnitte und gegebenenfalls die als Nuten oder Durchbrüche ausgebildeten Öffnungen lassen sich unter Material-, Gewichts- und Kosteneinsparung bereits bei der Konstruktion des Dentalhandstücks berücksichtigen, erhöhen obendrein die nutzbare Lebensdauer des Dentalhandstücks beträchtlich (Wiederanpassung der Lagerteilseite). Während bei bekannten Dentalhandstücken (Fig. 7) die Drehgeschwindigkeit bei einer Last von mehr als 100 p von 350 000 U./min sehr schnell auf Null sinkt (Fig. 8), kann das erfindungsgemässe Dentalhandstück leicht so ausgelegt werden, dass es z. B. im Bereich 550 000 (überschnell) bis 100 000 U./min (langsam) zufriedenstellend arbeitet. Erweiterungen dieses Bereiches liegen durchaus im Bereich der konstruktiven Möglichkeiten.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemässen Dentalhandstücks sind nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert, dabei zeigen:

Fig. 1 ein Dentalhandstück im Axialschnitt,

Fig. 2 eine Lagereinheit des Dentalhandstücks der Fig. 1 in schaubildlicher Darstellung,

Fig. 3 schematisch und in Diagrammform den Druckabfall im Druckspalt des Dentalhandstücks der Fig. 1 bzw.

eines bekannten Dentalhandstücks,

Fig. 4 ein zweites Dentalhandstück im Axialschnitt, Fig. 5 und 6 einen Turbinenrotor des Dentalhandstücks der Fig. 4 in schaubildlicher Darstellung bzw. Stirnansicht,

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung eines bekannten Dentalhandstücks (nicht erfindungsgemäss),

Fig. 8 ein Drehzahl-Last-Diagramm zur Erläuterung der Leistungsfähigkeit und

Fig. 9 eine abgewandelte Turbinenschaufel für das Dentalhandstück der Fig. 4.

In den Figuren weist das Dentalhandstück eine Welle 1 eines Schneidwerkzeugs auf, die mittels einer Wellenvorrichtung 24 abgestützt ist. Letztere besteht aus der Welle 20 eines Turbinenrotors 2 und einer Wellenhülse 21, welche die Welle 20 umgibt. Eine Lagereinheit 3 weist radiale Spalten 4 auf, die im Abstand in bezug auf die Wellen Vorrichtung 24 angeordnet sind, ferner Druckspalten 5, die im Abstand in bezug auf einen vertikalen Flansch 210 angeordnet sind. Letzterer ist am Ende der Hülse 21 angeordnet und enthält einen Innenläufer 30 und einen Aussenläufer 31. Die Lagereinheit 3 ist an einem Gehäuse 7 mittels eines zwischen den Aussenläufer 31 und den inneren Umfang des Gehäuses 7 gepressten O-Rings 6 verbunden. Die Lagereinheit weist Lufteinströmöffnungen 8, 9 auf, um Luft in die Spalten 4, 5 einströmen zu lassen. Ferner ist ein Luftzufuhrkanal 10 für die Turbinenschaufeln 22 vorgesehen, sowie ein Entlüftungskanal 11, ein Luftzufuhrkanal 12 zum Lagerteil 3, ein Abschlussdeckel 13, welcher das Gehäuse 7 mittels eines Schraubgewindes 131 überdeckt und Luftabströmkanäle 14, 15 der Lagereinheit 3. Bei derartigen Dentalhandstücken wird bekanntlich Druckluft durch die Zufuhrkanäle 10, 12 zugeführt, um die Turbinenschaufeln 22 anzutreiben, wobei eine radiale und eine axiale Abstützung mittels der Spalten 4, 5 gewährleistet sein muss. Oben wurde nur eine der beiden Wellen Vorrichtungen beschrieben, die in Druckrichtung vor und hinter der Schneidwerkzeugwelle 1 angeordnet sind, weil die andere die gleiche Bauweise hat.

Bei der Ausführung der Fig. 1, 2 und 4 sind teilweise zurückspringende Oberflächenabschnitte 32 vorhanden, die die Lagerspalte 5 in zentripetaler Richtung beträchtlich vergrössern, und zwar bei der vorderen und der hinteren Lagereinheit 3 sowie an den Endflächen 33 und 34, welche den Druckspalten 5 gegenüberliegen. In den Fig. 1 und 2 sind die Abschnitte 32 in bevorzugter Weise so ausgebildet, dass senkrechte Abschnitte 34, d.h. Abschnitte, die nicht zurückspringen, sondern senkrecht verlaufen, an jeder radialen Endseite der Endflächen 33 stehengeblieben sind. Die teilweise zurückspringenden Oberflächenabschnitte 32 sind dadurch gebildet worden, dass man auf der gegenüberliegenden Seite des L-förmig gebogenen Abschnitts der Flansche 210 an der

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Hülse 21 je einen schrägen Schnitt geführt hat. Im Gegensatz dazu zeigen die Endabschnitte bekannter Lagereinheiten (Fig. 7 nicht erfindungsgemäss) die Form senkrechter Wände in bezug auf ihre gesamte Länge und weisen auch keine wesentliche Vergrösserung in bezug auf die zentripetalen Spalte zwischen den einander gegenüberliegenden Turbinenschaufeln 22 auf. Die Erweiterung in den mittleren Drehgeschwindigkeitsbereich wird hauptsächlich durch die teilweise zurückspringenden Oberflächenabschnitte 32 bewirkt. Zur Erläuterung zeigt die Fig. 8, wie sich die auf die Werkzeugwelle wirkende Last in Abhängigkeit von der Drehzahl der Werkzeugwelle ändert. Insbesondere zeigt Fig. 8, wie sich Laständerungen auswirken. Die Kurve a bezieht sich auf ein nicht er-findungsgemässes bekanntes Dentalhandstück gemäss Fig. 7. Gemäss der Kurve a beträgt die Drehzahl bei einer Last von 100 p 350 000 U./min. Wenn die Last grösser als 100 p wird, wird die Schneidewerkzeugwelle 1 schlagartig stillgesetzt, so dass kein Schneiden mehr möglich ist. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve b die Leistungsfähigkeit des Dentalhandstücks der Fig. 1 und 2. Obwohl die Anzahl der Umdrehungen der Werkzeugwelle kleiner als etwa 200 000 U./min wird, und zwar in bezug auf eine Last von 0 bis 100 p und in bezug auf die Kurve a, kann die Welle ihre Schneidtätigkeit bis zu einem Punkt fortsetzen, wo die Last 150 p ungefähr überschreitet. Die Kurve b zeigt, dass also auf diese Weise eine Erweiterung in den mittleren Drehgeschwindigkeitsbereichen gewährleistet wird. Dabei beträgt bei der obenangegebenen Änderung der Drehzahl die Verringerung der Schneidwirkung nur etwa 5 %. Wenn dieser Wert mit der Erweiterung im mittleren Drehgeschwindigkeitsbereich verglichen wird, ist diese Abnahme von 5'<r als so klein zu betrachten, dass sie vernachlässigt werden kann. Fig. 8 zeigt weiter, dass im Fall einer Last, die auf die Spitze eines Schneidwerkzeugs infolge Berührung mit einem Metall auf dieselbe Weise wirkt, wie wenn eine Last auf die Spitze eines Schneidwerkzeugs bei der entsprechenden Behandlung eines Zahns in einer Zahnarztpraxis wirkt.

Der grosse technische Fortschritt lässt sich ferner anhand der Fig. 3 erläutern, in der die Druckverteilung innerhalb der Druckspalte 5 im Falle des Stillstands dargestellt ist. Die Abszisse zeigt den vom inneren Ende r0 der Lagerendfläche 33 der Fig. 1 gemessenen Abstand von einer radialen Aussenseite r2 einschliesslich eines abgestuften Abschnitts ri in bezug auf den teilweise zurückspringenden Oberflächenabschnitt 32. Die Ordinate zeigt den Druck P in Abhängigkeit von der jeweils eingenommenen Stellung. Im Fall des bekannten Dentalhandstücks zeigt die Kurve A, dass der Druck innerhalb der Druckspalten 5 in stärkerem Masse verringert wird und zwar in einem umgekehrten Verhältnis am inneren Ende r0 als an dem äusseren Ende r2. Auf diese Weise bleibt keine Druckreserve zurück. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve B gemäss Ausführung der Fig. 1 und 2, dass mindestens vom äusseren Ende r2 bis zum abgestuften Abschnitt ri kein oder nur ein sehr geringer Druckabfall erfolgt. Auf diese Weise wird ein hoher Druck im Druckspalt 5 aufrechterhalten. Vom abgestuften Abschnitt r, bis zum inneren Ende r0 fällt dagegen dann der Druck sehr schnell ab. Die Kurve B weist aber selbst in diesem Bereich des starken Druckabfalls einen überwältigend höheren Druck auf als die Kurve A. Mit anderen Worten zeigt das Dentalhandstück der Fig. 1 und 2, dass die radiale Druckverteilung innerhalb der Druckspalten 5 absolut höher ist als bei bekannten Dentalhandstücken. Dabei ist zu bemerken, dass die Fig. 3 zwar schematisch ist, aber weitgehend den tatsächlichen Verhältnissen entspricht.

Die obigen Ausführungen haben zur Folge, dass die Druckbelastbarkeit der druckaufnehmenden Lagereinheit,

d.h. der Wert, den man durch Integration der Druckverteilung über die gesamte druckbelastete Oberfläche erhält, bei dem Dentalhandstück der Fig. 1 und 2 weit höher als bei bekannten Dentalhandstücken nach Fig. 7 ist. Die Druckbelastbarkeit in Druckrichtung ist nämlich sehr wichtig, um das Gleichgewicht der Lagereinheit 3 und des Rotors 2 sicherzustellen, das gemäss Kurve B hier ausreicht, um eine Erweiterung in den mittleren Drehgeschwindigkeitsbereich vorzunehmen.

Bei dem Dentalhandstück der Fig. 4 und 5 ist zusätzlich eine Veränderung an den Turbinenschaufeln 22 vorgenommen worden. An den beiden in Richtung des Drucks betrachteten Schaufelenden der Turbinenschaufeln 22 sind nämlich ausgesparte Öffnungen 23 angebracht worden, welche die Form von in Längsrichtung rechteckig ausgesparten Nuten haben, welche an der Innenseite der Schaufelenden angebracht sind. Gemäss Fig. 6 stösst die unter Druck vom Luftzuführungskanal 12 in die Rotorschaufelkammer 25 zugeführte Luft mit den Schaufeln 22 zusammen, so dass die Schaufeln 22 in Bewegung gesetzt werden. Die ausgesparten Öffnungen 23, die am Umfang ununterbrochen angeordnet sind und miteinander kommunizieren, gehen vor der entweichenden Luft vorbei. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Luftstromkanal zu einem Absaugkanal 121 gebildet. Bekanntlich richtet sich bei derartigen Turbinenanordnungen der grösste Teil der Luft, der auf die Turbinenschaufeln 22 anprallt, gegen die innere Umfangswandseite des Gehäuses 7. Ein Teil der Stoss-kraft wird auf diese Weise in ein Drehmoment für die Schaufeln 22 umgewandelt. Bei den bekannten Turbinenschaufeln wird im allgemeinen die Blindstruktur angewendet. Die Luft, die nach dem Aufprall auf die Turbinenschaufeln 22 ihre Richtung geändert hat, prallt dann sehr stark gegen den inneren Umfang des Gehäuses 7. Wegen des Kraftverlustes, der durch Reibung beim Aufprall bedingt ist, wird die Energie verringert, die zur Erzeugung eines Drehmoments der Schaufeln 22 zur Verfügung steht. Auf diese Weise wird die Leistungsfähigkeit beim Schneiden ebenfalls stark herabgesetzt. Weil aber beim Dentalhandstück der Fig. 4 ein Teil der Luft aus den ausgesparten Öffnungen 23 entweicht und auf die Turbinenschaufeln 22 nacheinander aufprallt, die in Drehrichtung hintereinander angeordnet sind, wird dieser Reibungsverlust der Energie gering, der durch den Aufprall auf das Gehäuse 7 erfolgt. Auf diese Weise wird es möglich, das Drehmoment des Rotors ganz erheblich zu verbessern.

Die Kurve c in Fig. 8 gilt für das Dentalhandstück der Fig. 4 und zeigt, dass der Lagermechanismus der Fig. 4 ein viel besseres Arbeitsverhalten zeigt, was sich ganz klar von der Leistungsfähigkeit bekannter Dentalhandstücke unterscheidet. Auf diese Weise ist das Schneiden jetzt nicht nur bei den bisher unzugänglichen Geschwindigkeiten von ungefähr 550 000 U./min sondern auch bei mittleren Geschwindigkeiten und niederen Geschwindigkeiten bis herunter zu 100 000 U./min möglich.

Das Dentalhandstück lässt sich in verschiedenen Beziehungen abändern. So zeigt die Fig. 1 dass die teilweise zurückspringenden Oberflächenabschnitte 32 sich nur teilweise über die Oberfläche der radialen Aussenseite r2 bis zum inneren Ende r0 der Endfläche 33 erstrecken. Die Erstreckung kann jedoch auch über die gesamte Fläche erfolgen. Bei dem zweiten Dentalhandstück der Fig. 4 können anstatt der dargestellten Nuten auch Durchbrüche angeordnet werden. Wie die Fig. 9 zeigt, sind die Durchbrüche an der Aussenseite beider Schaufelenden der Schaufel ausgebildet. Die aus den ausgesparten Öffnungen ausströmende Luft nimmt dann ihren Weg in axialer Richtung durch die Turbine und wirkt in derselben Weise wie in Fig. 6.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

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1. Luftgelagertes Dentalhandstück mit einem Antrieb, wobei die Welle (1) eines Schneidwerkzeugs mit einem Turbinenrotor (2) verspannt ist, der mittels Lagereinheiten (3) gelagert ist, und wobei ein vorderer und ein hinterer Druckspalt (5) und im Abstand angeordnete Radialspalte (4)

darin vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass an den Druckspalten (5) gegenüberliegenden Endflächen (33, 34) der Lagereinheiten (3) je mindestens ein teilweise zurückspringender Oberflächenabschnitt (32) vorhanden ist, der im wesentlichen den Druckspalt (5) zentripetal vergrössert.

2. Dentalhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder teilweise zurückspringende Oberflächenabschnitt (32) teilweise an der Endfläche (33, 34) der Lagereinheit (3) ausgebildet ist und einen Teil (34) einer senkrechten Wand so lässt, wie er ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Dentalhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder teilweise zurückspringende Oberflächenabschnitt über den ganzen Bereich der Endfläche der Lagereinheit ausgebildet ist.

4. Dentalhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgesparte Öffnungen (23) in beiden Schaufelendabschnitten ausgebildet sind, und zwar in den zugeordneten Druckrichtungen der Turbinenschaufeln (22) des Turbinenrotors 2.

5. Dentalhandstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen ausgesparte Nuten (23) sind.

6. Dentalhandstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen Durchbrüche sind.