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Zahnärztliches Bohrhandstück Die Erfindung bezieht sich auf ein zahnärztliches
Bohrhandstück mit einem im Kopfteil angeordneten Einspannteil für das Werkzeug,
einer eingebauten Schaufelradturbine für den Antrieb des Werkzeugs und einer Einströmdüse
für ein durch den Handstückkörper dem Turbinenläufer in tangentialer Richtung zuzuführendes
gasförmiges Druckmittel, z. B. Druckluft.
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Infolge der außerordentlich hohen Drehzahl der Turbine wird ein Pfeifgeräusch
erzeugt, das namentlich von sensiblen Patienten als sehr unangenehm empfunden wird.
Verursacht wird das Pfeifgeräusch dadurch, daß die in das die Turbine enthaltende
Gehäuse eintretende Luft durch die Turbinenschaufeln zerhackt und auf diese Weise
zum Schwingen gebracht wird. Die Frequenz des Pfeifgeräusches ergibt sich aus der
Drehzahl der Turbine und der - Schaufelzahl des Turbinenläufers, während die Lautstärke
(Schalldruck) abhängig ist von der Form der Turbinenschaufeln und von der Anordnung
der Einströmdüse relativ zu den Turbinenschaufeln.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß beim Vorübergleiten
einer Schaufelkante vor der Ausströmöffnung der Düse die Amplitude der Luftschwingung
stark anwächst, um dann in dem Bereich der auf die Schaufelkante folgenden Schaufelöffnung
wieder abzufallen. Bei einer derartigen Anordnung ist der Oberdeckungsgrad der einzelnen
Amplituden sehr klein, so daß sich sehr große Amplituden und damit ein großer Schalldruck
ergeben.
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Die Erfindung bringt eine Lösung, durch die das Pfeifgeräusch mit
verhältnismäßig geringem Aufwand herabgesetzt wird. Gemäß der Erfindung besitzt
die Einströmdüse eine Ausströmöffnung, die sich mindestens über zwei benachbarte
Turbinenschaufeln erstreckt, wobei die Achse der Einströmdüse unter einem Winkel
gegen die Turbinenschaufeln gerichtet ist, derart, daß das durch die umlaufenden
Schaufeln entstehendePfeifgeräusch vermindert wird. In vorteilhafter Weiterbildung
der Erfindung kann für den Abfluß des wesentlichen Teiles des entspannten Druckmittels
eine im Handstück und in einem an das Handstück anschließenden flexiblen Leitungsstück
untergebrachte Rückführleitung vorhanden sein, die zu einer an oder nahe dem Ende
des flexiblen Leitungsstücks angeordneten Ausströmöffnung führt.
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Zum Stande der Technik sei noch bemerkt, daß eine Druckluftturbine
zum Antrieb von Schleifscheiben bekannt ist, bei der eine ähnliche Anordnung der
Luftzuführung vorhanden ist. Es handelt sich jedoch um eine Radialturbine, bei der
der Turbinenläufer mit zwei Ringen von je zwanzig Druckkanälen versehen ist, von
denen der eine senkrecht zur Achse, der andere unter einem gewissen Winkel steht,
um möglichst viel Druckluft von außen radial zuführen und axial abführen zu können,
also eine Turbine, bei der das durch vorliegende Erfindung angegriffene Problem
überhaupt nicht auftreten kann. Dasselbe trifft für ein vorbekanntes hydraulisch
angetriebenes Bohrhandstück zu, bei dem das Treibwasser aus einem größeren Behälter
von einer Pumpe in das Handstück gedrückt und wieder zum Behälter zurückgebracht
wird.
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Einzelheiten der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung eines
in der Zeichnung in Fig. 1 bis 4 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es veranschaulicht Fig. 1 ein Winkel-Bohrhandstück in Ansicht,
Fig. 2 einen Schnitt durch einen Teil des Handstückes nach Linie II-II, Fig. 3 einen
Axialschnitt der Fig. 2 nach Linie 111-111, Fig. 4 einen Schnitt der Fig. 3 nach
Linie IV-IV.
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Das Bohrhandstück gemäß Fig. 1, das als Winkelstück ausgebildet ist,
weist einen Kopfteil 1 auf, der über ein stielartiges Zwischenstück 2 mit dem Handstückkörper
3 verbunden ist, durch den hindurch Kanäle für Druckluft und Druckwasser geführt
sind.
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Ein mittels einer Kupplungsvorrichtung 4 mit dem Handstückkörper gekuppeltes
flexibles Leitungsstück 5 enthält Druckmittelleitungen von bzw. zu den Druckmittelbehältern.
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Der Handstückkopf 1 weist gemäß Fig. 3 ein topfartiges Gehäuse 6
mit einem dem Gehäuseinnern angepaßten buchsenartigen Teil 7 auf. In den Handstückkopf
ist eine Luftturbine 8 eingebaut, die mittels zweier Kugellager 9, 10 frei tragend
gelagert
ist. Die beiden Kugellager sind einseitig auf der Turbinenwelle
11 angeordnet und in eine aus Kunststoff oder Metall bestehende Buchse 12 eingepreßt
Zwischen den beiden äußeren Laufringen der Kugellager ist ein Distanzring 13 angeordnet.
Die Buchse 12 und das Gehäuse 1 sind mittels Gewinde 14 miteinander verschraubt.
Hierdurch ergibt sich eine leichte Austauschbarkeit der Turbine und deren Lagerungsteile.
Die Turbinenwelle 11 besitzt eine zentrische Bohrung, in die ein buchsenartiges
Halterungsglied 15 für das Werkzeug 16 einsetzbar ist.
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Die Antriebsturbine weist einen trommelartigen Läufer 17 mit auf
dem Trommelmantel angeordneten Turbinenschaufeln 18 auf, die unter einem Winkel
gegenüber den achsparallelen Mantellinien nach Art einer Schrägverzahnung in Schrägstellung
angeordnet sind. Die Trommelschaufeln können etwa in der in Fig. 2 veranschaulichten
Form durch Ausfräsung zwischen zwei benachbarten Zähnen gebildet sein. Die Zuführung
des Druckmittels, z. B. Druckluft, erfolgt mittels einer durch den Schlauch 5 hindurchgeführten
Leitung 19, die mit einer in dem stielartigen Teil 2 angeordneten Bohrung 20 verbunden
ist, an die sich ein düsenartiger Teil 21 anschließt. Durch die Einströmdüse 21
wird die Druckluft unter einem Winkel gegen die Turbinenschaufeln herangeführt.
Die Einströmöffnung 22, die sich in der inneren Wandung des buchsenartigen Teils
7 befindet, ist derart ausgebildet, daß sie sich in Drehrichtung der Turbine stets
über wenigstens zwei benachbarte Turbinenschaufeln, z. B. im Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 die Turbinenschaufeln 18', erstreckt. Auf diese Weise ist erreicht, daß
wenigstens zwei Turbinenschaufeln gleichzeitig von dem Antriebsluftstrom beaufschlagt
werden. Während bei einer Anordnung, bei der jeweils nur eine Turbinenschaufel mit
achsparalleler Schaufelkante an der Einströmöffnung vorübergleitet, sich die durch
das Zerhacken des Luftstromes ergebenden Amplituden der Luftschwingung nur in einem
verhältnismäßig geringen Grade überdecken, so daß sich sehr große Amplituden ergeben,
werden bei einer Anordnung, bei der wenigstens zwei achsparallel angeordnete Turbinenschaufeln
in Drehrichtung der Turbine von der Einströmöffnung überdeckt sind, die Spitzenwerte
des Schalldruckes beim Vorbeistreifen der Schaufelaußenkanten an der Einströmöffnung
herabgedrückt, da der Überdeckungsgrad der Schwingungsamplituden vergrößert wird.
Bei einer Anordnung, bei der, wie im Fall des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels,
die Schaufeln unter einem Winkel gegen die Mantellinien nach Art schrägverzahnter
Zahnräder in Schrägstellung angeordnet sind, wird die augenblickliche Amplitudenspitze
beim Vorbeistreifen der Schaufelaußenkante zeitlich unterteilt und abgebaut, wodurch
eine weitere Verringerung des Geräuschpegels der Turbine erzielt wird.
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Die Antriebsluft, die mit einem Ölnebel versetzt der Turbine zugeführt
wird, wird nach Entspannung an den Turbinenschaufeln zu einem Teil über die Kugellager
geführt, deren Schmierung durch den Ölnebel bewirkt wird, und kann durch einen zwischen
der Turbinenwelle 11 und der Stirnwand 12' der Buchse 12 vorgesehenen Ringspalt
23 austreten, wobei der Austrittsquerschnitt des Ringspaltes so gerichtet ist, daß
die ausströmende Luft auf den Kopf des Werkzeuges 16 auftrifft und auf diese Weise
die
Kühlung des Werkzeuges und der Behandlungsstelle bewirkt. Es ist ferner eine
Leitung 24 im Innern des Handstückes vorgesehen, durch welche Druckwasser zugeführt
wird, das aus einer Ausströmdüse 25 in Richtung auf den Bohrkopf austreten kann.
Durch die Rotation des Bohrkopfes in Verbindung mit dem diesem zugeführten Teil
der abströmenden Antriebsluft wird ein sprayartiges Wasser-Luft-Gemisch für die
Kühlung einerseits des Bohrers und andererseits der Bohrstelle erzeugt. Die Zuführungsleitung
für das Druckwasser ist ebenfalls durch das flexible Leitungsstück 5 hindurch zu
einem Druckwasserbehälter geführt.
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Der restliche, größere Teil der entspannten Antriebsluft wird aus
dem Innenraum des Handstückkopfgehäuses über eine in Fig. 3 gestrichelt angedeutete
Ausströmöffnung 26 in der Buchse 7 zu einem im Handstück angeordneten Sammelkanal
27 und über eine durch das flexible Leitungsstück 5 hindurchgeführte Rückführleitung
zu einer am Ende des flexiblen Leitungsstückes oder nach diesem Ende angeordneten
Ausströmöffnung geführt. Die Rückführung des Luftstromes wirkt sich in vorteilhafter
Weise hinsichtlich des Pfeifgeräusches der Turbine aus, da durch die verhältnismäßig
lange Rückführleitung die Luftschwingungen gedämpft und das Pfeifgeräusch noch weiter
herabgesetzt wird.
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Die Leitungen für die Druckluft- undDruckwasserführung können in
einem gemeinsamen Schlauch, wie in Fig. 1 durch den Schlauch 5 angedeutet ist, untergebracht
sein, statt dessen kann indes auch ein Mehrkanalschlauch vorgesehen sein, der mit
dem Handstückkörper 3 kuppelbar ist und dessen Leitungen mit beispielsweise in dem
Teil 2 des Handstückes angeordneten Bohrungen verbindbar sind.
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Bei einer Anordnung mit trommelartigem Turbinenläufer und auf dem
Trommelmantel unter einem Winkel gegen die Mantellinien nach Art einer Schrägverzahnung
in Schrägstellung angeordneten Turbinenschaufeln wird der Anstellwinkel so gewählt,
daß das Drehmoment einen optimalen und der Axialschub einen entsprechend geringen
Wert besitzt. Gegebenenfalls können die Turbinenschaufeln nach Art einer Winkelverzahnung
angeordnet sein, wobei die Einströmdüse den abgewinkelten Schaufelteilen derart
zugeordnet ist, daß diese jeweils gleichmäßig durch das Antriebsmittel beaufschlagt
werden.
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Im Rahmen der Erfindung können die Turbinenschaufeln anstatt auf
dem Trommelmantel auf einer Stirnseite des Turbinenläufers angeordnet sein, wobei
die Schaufelkanten nach Radien zur Mittelachse hin gerichtet sind. Auch in diesem
Falle kann eine Änderung des Anstellwinkels der Turbinenschaufeln, und zwar in diesem
Falle in bezug auf die Radien, durchgeführt werden, wobei die obenerwähnten Verhältnisse
bezüglich des Drehmomentes und der Anstellwinkel zu berücksichtigen sind.
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PATENTANSPROCHE: 1. Zahnärztliches Bohrhandstück mit einem im Kopfteil
angeordneten Einspannteil für das Werkzeug, einer eingebauten Schaufelradturbine
für den Antrieb des Werkzeugs und einer Einströmdüse für ein durch den Handstückkörper
dem Turbinenläufer in tangentialer Richtung zuzuführendes gasförmiges Druckmittel,
z. B.