CH686863A5

CH686863A5 - Dental instrument with air-driven turbine.

Info

Publication number: CH686863A5
Application number: CH338293A
Authority: CH
Inventors: Wilhelm Brugger
Original assignee: Buermoos Dentalwerk
Priority date: 1992-11-11
Filing date: 1993-11-11
Publication date: 1996-07-31
Also published as: ATA222392A; DE4338243C2; AT400668B; DE4338243A1; FR2697746B1; FR2697746A1

Description

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft ein zahnärztliches Handoder Winkelstück mit Luftturbine. The invention relates to a dental handpiece or contra-angle handpiece with an air turbine.

Bei derartigen Instrumenten wird die Luft der Turbine durch eine Düse mit kleinem Querschnitt zugeführt und wirkt nach Art einer Peltonturbine aufgrund ihrer kinetischen Energie. Die Abluft wird von einer Stelle wieder abgeführt, die, in Drehrichtung der Turbine gesehen, knapp vor der Einblasdüse liegt. In such instruments, the air is fed to the turbine through a nozzle with a small cross-section and acts like a Pelton turbine due to its kinetic energy. The exhaust air is discharged again from a point which, seen in the direction of rotation of the turbine, is just in front of the injection nozzle.

Eine andere Art von Turbine ist ebenfalls bekannt geworden: Dabei ist auf der axial gesehen einen Seite der Turbine eine Druckkammer vorgesehen, von der die Luft durch mehrere auf einem Umfang liegende Bohrungen in schräger Richtung auf die Turbine geleitet wird. Auf der axial gesehen anderen Seite der Turbine ist eine Sammelkammer von Einbauten frei gehalten, von der die Abluft abgeleitet wird. Another type of turbine has also become known: here, on the axial side of the turbine, a pressure chamber is provided, from which the air is directed in an oblique direction to the turbine through a plurality of bores lying on a circumference. On the other side of the turbine, seen axially, a collection chamber is kept free of internals from which the exhaust air is discharged.

Nachteilig ist bei dieser Bauweise die grosse axiale Baulänge, die Schwierigkeit der Abdichtung der Einlasskammer und gegebenenfalls der Sammelkammer gegenüber der Turbinenwelle, der axiale Abstand der Einmündungen der Luftleitungen und besonders die Abdichtung zwischen Druckkammer und dem ihr benachbarten Turbinenlager. The disadvantage of this design is the large axial length, the difficulty of sealing the inlet chamber and possibly the collection chamber with respect to the turbine shaft, the axial distance between the openings of the air lines and especially the seal between the pressure chamber and the turbine bearing adjacent to it.

Eine wiederum andere Konstruktion ist aus der DE-PS 1 094 921 bekannt geworden: Dabei wird ein Luftstrom auf nicht näher erläuterte Weise einem Turbinenläufer zugeführt, der in einer zylindrischen Kammer rotiert und axial an beiden Enden von Kugellagern getragen wird. Die Abluft tritt durch die Kugellager axial aus und wird von zwei schrägen Sammelkanälen zurück in die Mittelebene und in einen Abluftkanal geleitet. Yet another construction has become known from DE-PS 1 094 921: an air stream is fed in a manner not explained in detail to a turbine runner which rotates in a cylindrical chamber and is supported axially at both ends by ball bearings. The exhaust air exits axially through the ball bearings and is directed back into the central plane and into an exhaust air duct by two inclined collecting ducts.

Dabei ist die Möglichkeit erwähnt, den Läufer exzentrisch im Gehäuse zu lagern. Warum dies geschieht und welche Effekte damit erreicht werden, wird nicht angegeben. Interessanterweise bildet sich durch die dargestellte Exzentrizität ein Ringspalt zwischen Läufer und Gehäuse aus, dessen Breite zuerst zunimmt und dann abnimmt, was zu unerwünschten axialen RückStrömungen aus dem Bereich der Kugellager in den Spaltbereich führt. The possibility is mentioned to store the rotor eccentrically in the housing. Why this happens and what effects are achieved with it is not specified. Interestingly, the eccentricity shown creates an annular gap between the rotor and the housing, the width of which first increases and then decreases, which leads to undesirable axial backflows from the area of the ball bearings into the gap area.

Aus der AT-PS 371 329 und der DD-PS 142 940 sind Lamellenmotoren für zahnärztliche Handstücke bekannt geworden, die aber wegen der internen Reibung und dem dadurch bedingten Verschleiss keine grosse Verbreitung gefunden haben. From AT-PS 371 329 and DD-PS 142 940, lamellar motors for dental handpieces have become known, but they have not been widely used due to the internal friction and the wear and tear caused by them.

Aus der SU-A 1 149 921 ist ein Antrieb bekannt, bei dem ein Reuleaux-Dreieck als Rotor verwendet wird, das spielfrei in einem quadratischen Gehäuse umläuft, wobei seine Achse sich fortwährend verschiebt. Die Luft wird dieser Turbine durch vier Düsen aus einem Kanal mit gleichbleibendem Querschnitt zugeführt. A drive is known from SU-A 1 149 921, in which a Reuleaux triangle is used as the rotor, which rotates in a square housing without play, its axis continuously shifting. The air is fed to this turbine through four nozzles from a duct with a constant cross-section.

Die bei der Behandlung mit einem solchen Instrument beim Patienten auftretenden Schmerzen verhindern jeden Einsatz trotz der angeblich verbesserten Bohrleistung. The pain experienced by the patient during treatment with such an instrument prevents any use despite the allegedly improved drilling performance.

Die eingangs erläuterten zahnärztlichen Instrumente sind seit vielen Jahren bekannt und haben sich auf Grund ihrer Vorteile weitgehend durchgesetzt. Diese Vorteile sind die Annehmlichkeiten für den Patienten zufolge der extrem hohen Drehzahlen derartiger Turbinen, die dadurch mögliche hohe Arbeitsleistung, die geringe Baugrösse u.ähnl. The dental instruments explained at the beginning have been known for many years and have largely prevailed because of their advantages. These advantages are the convenience for the patient due to the extremely high speeds of such turbines, the possible high work output, the small size and the like.

Es sind diese Instrumente aber auch mit Nachteilen behaftet, die die gleichen Ursachen wie die Vorteile haben und somit systemimmanent sind: Durch die hohe Drehzahl kommt es zu einem hohen und in seiner Tonhöhe unangenehmen Geräuschpegel; zu hohen Ultraschallanteilen im Geräusch, die zwar nicht mehr hörbar, aber für den Benutzer, der regelmässig und langzeitig mit solchen Instrumenten arbeitet, lästig und zum Teil der Gehörkraft abträglich sind; zu höchstfrequenten Vibrationen mit geringen Amplituden, die unangenehm und für die Gesundheit des Benutzers schädlich sind. However, these instruments also have disadvantages, which have the same causes as the advantages and are therefore inherent in the system: the high speed leads to a high and uncomfortable pitch level; too high levels of ultrasound in the noise, which are no longer audible, but are annoying for the user who works regularly and for a long time with such instruments and are sometimes detrimental to the hearing; to high-frequency vibrations with low amplitudes that are unpleasant and harmful to the health of the user.

Die Erfindung zielt darauf ab, diese Nachteile zu vermeiden, ohne dass die Vorteile der vorbekannten Instrumente verloren gehen und beruht auf der Erkenntnis, dass ein grosser Teil der vorgenannten Probleme durch das stossartige Durchlaufen der einzelnen Turbinenschaufeln durch den Antriebsluftstrahl bedingt ist. The invention aims to avoid these disadvantages without losing the advantages of the known instruments and is based on the knowledge that a large part of the aforementioned problems are caused by the jerky passage of the individual turbine blades by the drive air jet.

Es werden erfindungsgemäss die oben genannten Probleme dadurch wesentlich reduziert oder vollständig vermieden, dass die Antriebsluft dem Schaufelkranz der Turbine an mehreren Stellen oder kontinuierlich über einen grösseren Umfangs-bereich, bevorzugt über fast den gesamten Umfang, zugeführt wird. According to the invention, the above-mentioned problems are substantially reduced or completely avoided in that the drive air is supplied to the blade ring of the turbine at several points or continuously over a larger circumferential area, preferably over almost the entire circumference.

Durch diese Massnahmen wird das periodische Eintreten einer Turbinenschaufel in den Luftstrom vermieden bzw. werden bei Vorsehen mehrerer Lufteintrittsöffnungen die entsprechenden Stösse wesentlich reduziert, was auch eine merkliche Verringerung der Vibrationen im hörbaren und im Ultraschallbereich mit sich bringt, wobei das Drehmoment der Turbine vergleichmässigt und dadurch die Laufcharakteristik der Turbine verbessert wird, ohne dass die Drehzahl nachteilig beeinflusst wird. Through these measures, the periodic entry of a turbine blade into the air flow is avoided or, if several air inlet openings are provided, the corresponding impacts are significantly reduced, which also brings about a noticeable reduction in vibrations in the audible and in the ultrasound range, the torque of the turbine being equalized and thereby the running characteristics of the turbine are improved without the speed being adversely affected.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert, dabei zeigt die Fig. 1 den Kopf eines dentalen Instrumentes mit einer erfindungsgemäss ausgestalteten Turbine im Schnitt entlang der Linie l-l der Fig. 2, The invention is explained in more detail below with reference to the drawing, in which FIG. 1 shows the head of a dental instrument with a turbine designed according to the invention in a section along the line I-1 of FIG. 2,

die Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie II-II der Fig. 1 und die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsart in einem Schnitt analog zur Fig. 2. FIG. 2 shows a section along the line II-II of FIG. 1 and FIG. 3 shows another embodiment in a section analogous to FIG. 2.

In Fig. 1 ist der vorderste Teil eines dentalen Instrumentes mit einer Turbine 1 dargestellt. Die Turbine 1, die aus einem Wellenzapfen und einem Laufschaufelkranz besteht, ist in Kugellagern 2, 3 gelagert und wird von einem Luftstrom angetrieben, wobei in Fig. 1 nur der Kanal R für den Rücktransport der abgearbeiteten Luft strichliert dargestellt ist. 1 shows the foremost part of a dental instrument with a turbine 1. The turbine 1, which consists of a shaft journal and a rotor blade ring, is mounted in ball bearings 2, 3 and is driven by an air stream, only the channel R for the return transport of the processed air being shown in broken lines in FIG. 1.

Die weiteren in Fig. 1 dargestellten nicht unmittelbar zur Turbine gehörenden Bauteile, wie der Druckknopf, der eine Spannzange im Inneren der Turbinenwelle zum Werkzeugwechsel betätigt und die Austrittsdüsen für Kühlwasser und -luft o.dergl., die schräg zum Werkzeug hin gerichtet sind, sind The other components not directly related to the turbine shown in Fig. 1, such as the push button that actuates a collet inside the turbine shaft for tool change and the outlet nozzles for cooling water and air or the like, which are directed obliquely towards the tool

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für die vorliegende Erfindung ohne Interesse und werden daher nicht weiter erläutert. of no interest to the present invention and are therefore not further explained.

Als erfindungswesentlicher Teil ist der Kanal 4 im Spalt zwischen der Turbine 1 und dem durch den Instrumentenkopf 5 gebildeten Gehäuse der Turbine zu erkennen. The duct 4 in the gap between the turbine 1 and the turbine housing formed by the instrument head 5 can be seen as an essential part of the invention.

Wie aus Fig. 2 besser ersichtlich ist, liegt diese Kanal 4 im Bereich der Schnittebene II-II und bildet eine Fortsetzung des Treibluftkanals 6, in dem der Strom der Treibluft durch den Pfeil T angedeutet ist. Die axiale Höhe des Kanales 4 ist deutlich geringer als die Höhe der Turbine 1 und im wesentlichen gleich der Höhe des Treibluftkanales 6. Der (radiale) Querschnitt des Ringkanals 4, der im Schnitt der Fig. 1 als taschenförmige Ausnehmung erscheint, verengt sich in Richtung der Treibluftströmung sukzessive, sodass die Treibluft kontinuierlich in den Drehbereich der Turbinenschaufeln 7 gedrängt wird. As can be seen more clearly from FIG. 2, this channel 4 lies in the area of the sectional plane II-II and forms a continuation of the driving air channel 6, in which the flow of the driving air is indicated by the arrow T. The axial height of the channel 4 is significantly less than the height of the turbine 1 and essentially equal to the height of the propellant air channel 6. The (radial) cross section of the ring channel 4, which appears in the section of FIG. 1 as a pocket-shaped recess, narrows in the direction of the motive air flow successively, so that the motive air is continuously forced into the rotating area of the turbine blades 7.

Durch diese Massnahme wird die periodisch schlagende Beaufschlagung der Turbinenschaufeln 7, wie sie gemäss dem Stand der Technik, bei dem der Treibluftkanal 6 mit einer einzigen Öffnung in den Turbinenbereich mündete, erfolgte, vollständig vermieden. Die Beaufschlagung erfolgt daher, ohne dass Vibrationen angeregt bzw. angefacht werden. This measure completely avoids the periodic striking of the turbine blades 7, as occurred according to the prior art, in which the propellant air duct 6 opened into the turbine region with a single opening. The application is therefore carried out without vibrations being excited or fanned.

Das Ende des Ringkanales liegt vor dem Beginn eines Ausströmkanales 8, von dem die abgearbeitete Luft (Pfeil R) in den Rückströmkanal 9 gelangt. Durch diesen Winkelabstand zwischen dem Ringkanal 4 und dem Ausströmkanal 8 wird ein weitgehendes Abarbeiten der in der Treibluft enthaltenen kinetischen Energie sichergestellt. The end of the ring channel lies before the start of an outflow channel 8, from which the processed air (arrow R) reaches the return flow channel 9. This angular distance between the ring channel 4 and the outflow channel 8 ensures that the kinetic energy contained in the propellant air is largely processed.

Fig. 3 ist ein Schnitt analog zum Schnitt der Fig. 2 bei einer Variante eines erfindungsgemässen Dentalinstrumentes. Bei dieser Variante ist eine Ringwand 12 zwischen dem Ringraum 4 und der Turbine vorgesehen, deren innere Oberfläche etwa in dem Bereich verläuft, in dem bei Turbinen gemäss dem Stand der Technik die innere Oberfläche der Turbinenkammer verläuft. FIG. 3 is a section analogous to the section of FIG. 2 in a variant of a dental instrument according to the invention. In this variant, an annular wall 12 is provided between the annular space 4 and the turbine, the inner surface of which runs approximately in the area in which the inner surface of the turbine chamber runs in the case of turbines according to the prior art.

Zwischen dem Ringraum 4 und der Turbinenkammer sind Verbindungen in Form mehrerer Öffnungen 10 vorgesehen, wobei der Abstand (Um-fangswinkel) benachbarter Öffnungen, entsprechend deren Teilung t deutlich verschieden von der Rotorschaufelteilung T sein muss und gegebenenfalls variabel ist. Auf diese Weise werden die Stösse beim Eintritt der Turbinenschaufeln in die einzelnen Luftströme deutlich verringert und zeitlich so versetzt, dass es zu keiner gleichphasigen Addition kommt. Connections in the form of a plurality of openings 10 are provided between the annular space 4 and the turbine chamber, the distance (circumferential angle) of adjacent openings, corresponding to their division t, having to be significantly different from the rotor blade division T and possibly being variable. In this way, the shocks when the turbine blades enter the individual air streams are significantly reduced and shifted in time so that there is no in-phase addition.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 ist für einen grösseren Luftdurchsatz bei etwas niedrigerer Drehzahl und höherem Drehmoment als die Ausführungsform nach Fig. 3 gedacht. The embodiment according to FIG. 2 is intended for a larger air throughput at a somewhat lower speed and higher torque than the embodiment according to FIG. 3.

Claims

1. Dental instrument with an air-powered turbine (1), with a propellant air supply duct (6) and an exhaust air duct (9), characterized in that the propellant air supply duct (6) opens into an annular duct (4) which lies essentially in the rotor center plane and leads around the turbine , the cross section of which, seen in the direction of rotation of the turbine (1), is reduced.

2. Instrument according to claim 1, characterized in that the annular channel (4) to the turbine (1) is open.

3. Instrument according to claim 1, characterized in that between the ring channel (4) and the turbine (1) an annular wall (12) is provided which has a plurality of openings (10), the distance (t) of adjacent openings measured as a circumferential angle is different from the rotor blade pitch (T).

4. Instrument according to claim 3, characterized in that the distances (t) of adjacent openings (10) of the ring wall (12) measured as the circumferential angle are different from one another.

5. Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the axial height of the annular channel (4) is smaller than the axial height of the turbine (1).

6. Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the axial height of the annular channel (4) corresponds essentially to the height of the driving air channel (6).

7. Instrument according to one of the preceding claims, characterized in that the annular channel (4) extends over at least 180 ° of the turbine circumference.

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