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DE2802712A1 - Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnaerztliches handstueck - Google Patents

Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnaerztliches handstueck

Info

Publication number
DE2802712A1
DE2802712A1 DE19782802712 DE2802712A DE2802712A1 DE 2802712 A1 DE2802712 A1 DE 2802712A1 DE 19782802712 DE19782802712 DE 19782802712 DE 2802712 A DE2802712 A DE 2802712A DE 2802712 A1 DE2802712 A1 DE 2802712A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bearing
blade element
turbine rotor
air
axial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19782802712
Other languages
English (en)
Inventor
Kenzo Kataoka
Takahiko Nose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
J Morita Manufaturing Corp
Original Assignee
J Morita Manufaturing Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by J Morita Manufaturing Corp filed Critical J Morita Manufaturing Corp
Publication of DE2802712A1 publication Critical patent/DE2802712A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • A61C1/18—Flexible shafts; Clutches or the like; Bearings or lubricating arrangements; Drives or transmissions
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
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Description

PAF 8O2
Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho 680 Kigashihama Minami-machi, Fushimi-ku, Kyoto-shi, Japan
Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnärztliches Handstück
Die Erfindung betrifft ein turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnärztliches Handstück mit einem Turbinenrotor, der ein durch einen aufgeblasenen Druckluftstrom in rasche Umdrehung versetzbares Schaufelelement und eine von der einen Seite des Schaufelelements in Axial richtung abstehende, zu dem Schaufelelement koaxiale Welle aufweist, einem Lager, in dem die Welle des Turbinenrotors luftgelagert ist, und einem mit einer stirnseitigen Abdeckung versehenen, das Lager umschließenden Gehäuse, wobei zur Lagerung des Turbinenrotors Druckluft in einen Radialspalt zwischen der Welle des Turbinenrotors und dem Lager sowie in Axialspalte einblasbar ist,, die paarweise vor und hinter dem Schaufelelement ausgebildet sind.
Zahnärztliche Handstücke dienen insbesondere der Ausführung von Bohr-, Schleif- und Polierarbeiten. So zeigt Fig. 1 ein Handstück 1 bekannter Ausführung, bei dem am Ende des Handstücks ein Schneidwerkzeug 2 auswechselbar angebracht ist,
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um mittels des Handstückes in schnelle Umdrehungen versetzt zu werden. Damit der Patient nur vergleichsweise geringen Schmerzen ausgesetzt wird und die Standzeit sowie die Schneidleistung des Schneidwerkzeuges erhöht werden, muß das Werkzeug bei der Durchführung der Schneidarbeiten mit hoher Drehzahl angetrieben werden. Aus Sicherheitsgründen sind der Drehzahl jedoch nach oben Grenzen gesetzt; normalerweise wird mit einer Drehzahl im unbelasteten Zustand gearbeitet, die nicht über ungefähr 500.000 Umdrehungen/Minute hinausgeht. Für diesen Zweck wurden luftgelagerte Handstücke entwickelt, bei denen Luft als Lagermedium vorgesehen ist. Luftgelagerte Handstücke bieten gegenüber kugelgelagerten Handstücken den Vorteil, daß sie weniger schmerzauslösend sind und die Schneidleistung erhöht ist. Bei einem konventionellen luftgelagerten Handstück (Fig. 2) ist ein Turbinenrotor 3 vorgesehen, bei dem beidseits von einem Schaufelelement 31 mit diesem verbundene Wellenteile 32, 32' in Richtung der Drehachse des Schaufelelements abstehen. Lager 42, 42' stützen die Wellenteile 32, 32' auf beiden Seiten ab; die Lager 42, 42* sind dabei ihrerseits über O-Ringe 51, 52 in einem Gehäuse 5 stationär abgestützt.
Lageranordnungen dieser Art haben den Nachteil, daß die Lager 42, 42' durch eine Verwendung oder Formfehler der O-Ringe 51, 52 Bewegungen in Axialrichtung ausführen. Es kommt dadurch zu einer ungleichförmigen Druckverteilung in den Spalten 34, 34' zwischen den Wellenteilen 32, 32' des Turbinenrotors
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und den Lagern 42,' 42'. Das Belastungsvermögen der Lager wird beeinträchtigt. Angesichts der verhältnismäßig kleinen axialen Länge der Spalte 34, 34' wird die Druckverteilung in den beiden Spalten 34, 34' in der Axialrichtung der Spalte parabolisch, so daß es zu einer weiteren Verringerung der Belastbarkeit der Lager kommt. Bereits kleinste Lastdrehmomente lassen die Drehzahl absinken.
Angesichts dieser Mängel wurde eine Anordnung gemäß Fig. 3 vorgeschlagen (JA-PS 856 133). Dabei ist die Welle 32 nur mit der einen Seite des Schaufelelements 31 koaxial zu diesem verlaufend verbunden; an der anderen Seite des Schaufelelements befindet sich kein Wellenteil. Die Welle 32 ist mittels Luftlagern in Schubrichtung zwischen einem Radialspalt Rg Und den Axialspalten Tg, Tg1 gelagert, die paarweise vor und hinter dem Schaufelelement 31 vorgesehen sind. Der Radialspalt Rg befindet sich im Bereich des Lagers 42, das die Welle 32 umschließt und seinerseits über die 0-Ringe 51 im Gehäuse abgestützt ist. Diese Ausbildung erlaubt es, für Schneidvorgänge optimale Drehzahlen (mehr als 400.000 Umdrehungen pro Minute) zu erhalten. Selbst wenn es zu einer Verwendung oder zu Formfehlern an den 0-Ringen 51 kommt, wird der Drehachse der Welle 32 keine Gelegenheit gegeben, sich während der Drehung der Welle zu verlagern, weil derartige Fehler nur einseitig auftreten. Die Lagerausbildung des Handstückes setzt daher Schmerzempfindungen des Patienten weitgehend herab und hat hervor-
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ragende Laufeigenschaften.
Die geschilderte Lagerausbildung macht es jedoch unmöglich, die Legerfläche für Schubbeanspruchungen im Bereich der Axialspalte Tg, Tg1 zu vergrößern. Dadurch kommt es zu einem neuen Problem. Wenn der Zahnarzt beim Bohren eines Zahnes das Schneidwerkzeug kräftig nach unten drückt, kann die Lagerfläche unter Umständen die Axialbeanspruchung in Schubrichtung nicht ausreichend auffangen. Dies kann zur Folge haben, daß die hintere Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 mit der Innenwandfläche einer Abdeckung 53 in Kontakt kommt? es treten Reibungseffekte auf, die die Lebensdauer des Handstückes verkürzen. Während eines derartigen Kontaktes sinkt die Drehzahl des Turbinenrotors 3 und des vom Turbinenrotor gehaltenen und in Synchronismus mit diesem rotierenden Schneidwerkzeuges. Es treten unerwünschte Effekte bezüglich des Drehmoments des Schneidwerkzeugs in radialer Richtung auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnärztliches Handstück zu schaffen, bei dem der Turbinenrotor Axialbeanspruchungen in Schubrichtung in für alle praktischen Anwendungsfälle ausreichendem Umfang aufnehmen kann. Es soll dabei nicht zu einer nennenswerten Vergrößerung der Breite der Axialspalte kommen, die vor und hinter dem Schaufelelement vorhanden sind. Durch erhöhte Aufnahmefähigkeit für Axialbeanspruchungen sollen die Lauf-
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eigenschaften des Turbinenrotors und des Schneidwerkzeugs verbessert werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Lagerung des Schaufelelements in Axialrichtung zusätzlich zu den Druckluftpolstern in den beiden Axialspalten eine magnetische Abstoßkraft vorgesehen ist, die der Axiallast entgegenwirkt, die die Luftpolster in Schubrichtung zusammenzudrücken sucht.
Vorzugsweise sind dabei im Bereich der beiden Axialspalte zwischen dem Schaufelelement und der Abdeckung bzw. der hinteren Stirnfläche des Lagers Magnete mit einander zugewendeten, gleichnamigen Polen angeordnet.
Zweckmäßigerweise handelt es sich bei den Magneten um ringförmige Dauermagnete.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den beiliegenden Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines zahnärztlichen Handstückes,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die wesentlichen Teile
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der Lageranordnung eines konventionellen, luftgelagerten zahnärztlichen Handstückes,
Fig. 3 einen Längsschnitt der Lageranordnung entsprechend dem oben geschilderten Vorschlag und
Fig. 4 einen Längsschnitt des Kopfes eines erfindungsgemäß ausgebildeten zahnärztlichen Handstückes,
entsprechend der in Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform sind bei der Lageranordnung eines luftgelagerten Handstückes der in Fig. 3 veranschaulichten Art zusätzlich Magnete 6,6' und 7,7' vorgesehen.
Der Turbinenrotor 3 weist ein Schaufelelement 31 auf, das mit hoher Drehzahl gedreht wird, indem Luft aufgeblasen wird. An die eine Seite des Schaufelelements 31 schließt sich in dessen Axialrichtung die Welle 32 an. Die Welle 32 des Turbinenrotors 3 ist in einem Lager 4 luftgelagert. Das Lager 4 wird von dem Gehäuse 5 umschlossen, das mit der Abdeckung 53 versehen ist. Die Lagerung des Turbinenrotors 3 in Schubrichtung erfolgt dadurch, daß Druckluft in den Radialspalt Rg zwischen der Welle 32 des Turbinenrotors 3 und dem Lager 4 sowie in die Axialspalte Tg, Tg' eingeleitet wird, die paarweise vor und hinter dem Schaufelelement 31 vorgesehen sind. Die Magnetpaare 6, 6' und 7, 7' stehen sich mit gleichnamigen Polen zwischen dem
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Schaufelelement 31 und der Abdeckung 53 sowie zwischen der hinteren Stirnfläche 41 des Lagers 4 und dem Schaufelelement 31 gegenüber. Die Magnete 6, 6' und 7, 7' stossen sich in Schubrichtung gegenseitig ab, woduch der Widerstand des Turbinenrotors 3 gegenüber Axialbelastungen in Schubrichtung vergrößert wird. Entsprechend Fig. 4 ist der Schaft 21 des Schneidwerkzeuges 2 über eine zweckentsprechende (nicht veranschaulichte) Spannhülse mit der Welle 32 des Turbirienrotors 3 koaxial zum Schaufelelement 31 lösbar verbunden. Das Schneidwerkzeug wird auf diese Weise in Synchronismus mit dem Turbinenrotor 3 rasch angetrieben. Der Turbinenrotor 3 wird mit Hilfe von Druckluft, die von einem (nicht gezeigten) Verdichter über einen Lufteinlaßkanal P zugeleitet wird, in rasche Umdrehungen (400.OOO bis 5OO.OOO Umdrehungen pro Minute im unbelasteten Zustand) versetzt. Dabei wird die Druckluft über einen Zweigkanal P3 und einen Strahlkanal P4 unmittelbar auf das Schaufelelement 31 des Rotors 3 gerichtet.
Entsprechend Fig. 4 ist das Schaufelelement 31 mit einem zum hinteren Ende der Welle 32 reichenden Schaufelwellenteil 31 " ', einem Befestigungsring 31' und Schaufeln 31'' versehen, die in Radialrichtung an der Außenseite des Befestigungsringes 31' in vorbestimmten Abständen verteilt sind. Das Lager 4 hat zylindrische Form. Es ist am vorderen und am hinteren Ende offen und weist mehrere durch seine Wand hindurchgehende Luftöffnungen 42''' auf. Das Lager 4 ist gegenüber der inneren Umfangs-
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wandfläche des Gehäuses 5 mittels elastischen O-Ringen 51 festgelegt. Der Radialspalt Rg befindet sich zwischen dem Lager und der Welle 32 des Turbinenrotors 3. Der vordere Axialspalt Tg ist zwischen dem an der vorderen Stirnfläche 311 der Schaufeln des Schaufelelementes 31 und der hinteren Stirnfläche 41 des Lagers 4 und dem Magneten 7 ausgebildet, der an der hinteren Stirnfläche des Lagers angebracht ist und bündig mit diesem abschließt. Der hintere Axialspalt Tg1 befindet sich zwischen der vorderen Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 und der hinteren Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31. Die Druckluft gelangt von dem Lufteinlaßkanal P über einen Zweigkanal P2 und die Luftöffnungen 42''' in den Radialspalt Rg sowie in die Axialspalte Tg und Tg1, wodurch der Turbinenrotor 3 in Luftlagern sowohl in Schubrichtung als auch in Radialrichtung abgestützt wird. Bei den Magneten 6, 61 handelt es sich um ringförmige Dauermagnete, die einander derart gegenüberstehen, daß sie bündig mit der vorderen Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 bzw. der hinteren Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 sind. Auch die Magnete 7, 7' sind ringförmige Dauermagnete, die einander derart gegenüberstehen, daß sie mit der hinteren Stirnfläche 41 des Lagers 4 bzw. mit der vorderen Stirnfläche 311 des Schaufelelements 31 bündig abschließen.
Führt der Zahnarzt Bohrarbeiten aus und drückt er dabei das Schneidwerkzeug 2 des Handstückes 1 fest gegen den Zahn, wird der Turbinenrotor 3 einer starken Belastung in Schub-
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richtung ausgesetzt. Zwischen dem Schaufelelement 31 und der Abdeckung 53 sowie zwischen der Stirnfläche 41 des Lagers 4 und dem Schaufelelement 31 wirken jedoch die Magnete 6, 6' . und 7, 7', die einander mit gleichnamigen Polen gegenüberstehen. Die Magnete stoßen sich infolgedessen ab. Dadurch kann die Axialbelastung des Turbinenrotors 3 in Schubrichtung in ausreichendem Maße aufgefangen werden.
Die abstoßende Kraft der Magnete wächst umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstandes an. Wenn daher auf den Turbinenrotor 3 ein Druck in Schubrichtung ausgeübt wird, kommt es zu einer Verkleinerung des Axialspaltes Tg1. Die Abstoßkraft der Magnete nimmt zu. Daher ist der Gefahr, daß die den Magneten 61 aufnehmende vordere Stirnfläche 531 der Abdeckung 53 mit der den Magneten 6 aufnehmenden hinteren Stirnfläche 312 des Schaufelelements 31 in Berührung kommt, wirkungsvoll vorgebeugt. Auf das Drehmoment des Turbinenrotors 3 und des synchron damitrotierenden Schneidwerkzeuges 2 werden infolgedessen keine nachteiligen Effekte ausgeübt; es kommt zu keinem Drehzahlabfall; der Patient bleibt weitgehend schmerzfrei.
Für eine einwandfreie Drehung des Turbinenrotors 3 wird durch den Ausgleich des Luftdruckes in den beiden vorderen und hinteren Axialspalten Tg und Tg' gesorgt. Der Kräfteausgleich wird dadurch weiter verbessert, da8 die Magnete 6, 6' und 7, 7' einander gegenüberstehen und abstoßende Kräfte mittels der Mag-
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nete 6, 6' im Spalt Tg1 sowie mittels der Magnete 7, 71 im
Spalt Tg ausgeübt werden.
Die beschriebene Ausbildung sorgt nicht nur für ein verbessertes Betriebsverhalten sondern ist auch konstruktiv verhältnismäßig einfach. Die Lebensdauer des Handstückes wird verlängert
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Claims (3)

  1. PATENTANWALT DlPL-ING, GERHARD SCHWAN
    28027 \2
    ELFENSTRASSE 32 · D-8Q00 MÜNCHEN 83
    PAF 802
    Ansprüche
    Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnärztliches Handstück mit einem Turbinenrotor, der ein durch einen aufgeblasenen Druckluftstrom in rasche Umdrehung versetzbares Schaufelelement und eine von der einen Seite des Schaufelelements in Axialrichtung abstehende, zu dem Schaufelelement koaxiale Welle aufweist, einem Lager, in dem·die Welle des Turbinenrotors luftgelagert ist, und einem mit einer stirnseitigen Abdeckung versehenen, das Lager umschließenden Gehäuse, wobei zur Lagerung des Turbinenrotors Druckluft in einen Radialspalt zwischen der Welle des Turbinenrctors und dem Lager sowie in Axialspalte einblasbar ist, die paarweise vor und hinter dem Schaufelelement ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagerung des Schäufelelements (.31) in Axialrichtung zusätzlich zu den Druckluftpolstern in den beiden Axialspalten (Tg, Tg1) eine magnetische Abstoßkraft vorgesehen ist, die der Axiallast entgegenwirkt, die die Luftpolster in Schubrichtung zusammenzudrücken sucht.
  2. 2. Zahnärztliches Handstück nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der beiden Axialspalte (Tg, Tg') zwischen dem Schaufelelement (31) und der Abdeckung (53)
    809830/0920 ORIGlNALiNSPECTED
    FERNSPRECHER: 089/6011039 · KABEL: ELECTRICPATENT MÜNCHEN
    ozv/. der hinteren Stirnfläche (41) des Lagers (4) Magnete (6, 6', 7, 7') mit einander zugewendeten gleichnamigen Polen angeordnet sind.
  3. 3. Zahnärztliches Handstück nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (6, 6', 1,1') Ringform haben.
    809830/0920 BAD ORIGINAL
DE19782802712 1977-01-25 1978-01-23 Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnaerztliches handstueck Withdrawn DE2802712A1 (de)

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JP52007449A JPS6028502B2 (ja) 1977-01-25 1977-01-25 歯科用空気軸受ハンドピ−スの軸受機構

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19782802712 Withdrawn DE2802712A1 (de) 1977-01-25 1978-01-23 Turbinengetriebenes, luftgelagertes zahnaerztliches handstueck

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