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Zahnärztliches Bohrhandstück Bei zahnärztlichen Bohrhandstücken werden
zur Erzielung sehr hoher Drehzahlen des Bohr- od. dgl.
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Werkzeuges von etwa 200 Umdrehungen und mehr pro Minute Turbinenantriebe
benutzt, wobei die Turbine im Kopfteil des in der Regel als Winkelstück ausgebildeten
Handstückes angeordnet ist. Das Antriebsmedium für die Turbine, vorzugsweiseDruckluft,
wird tangential an den trommelartigen Turbinenläufer herangeführt, der auf seinem
Umfang als ebene Platten ausgebildete Turbinenschaufeln in achsparalleler Anordnung
aufweist. Die von dem Druckmittelstrom auf die Schaufeln ausgeübte Kraft, die das
Drehmoment der Turbine liefert, ist außer von dem ausnutzbaren Druckgefälle des
Antriebsmediums und dessen spezifischem Gewicht insbesondere abhängig von der Größe
der Umlenkung des zugeführten Druckmittels. Bei den bekannten Turbinenantrieben
läßt sich nur eine verhältnismäßig geringe Umlenkung und demzufolge auch nur ein
verhältnismäßig kleines Drehmoment erzielen. Dies hat zur Folge, daß schon bei sehr
geringem Widerstand für das Werkzeug die Drehzahl absinkt, wodurch das Arbeiten
für den Zahnarzt erheblich erschwert wird, da das Gefühl für den mit dem Werkzeug
auf die zu behandelnde Stelle ausübbaren Druck verlorengeht.
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Im Großturbinenbau sind an sich Volltrommel-Läufer mit peripheren
Ausnehmungen der Art bekannt, daß der Druckmittelstrom bis zu 1800 umgelenkt wird.
Auch ist es bekannt, die Ausnehmungen taschenartig mit nach außen sich erweiterndem
t)ffnungsquerschnitt auszubilden. Die Übernahme dieser bekannten Turbinenläufer
für den Kleinstturbinenantrieb in zahnärztlichen Bohrhandstücken ist jedoch, abgesehen
von der um Zehnerpotenzen unterschiedlichen Dimensionierung, nicht ohne weiteres
möglich, zumal der Druckluftstrom noch weitere Aufgaben erfüllen soll, nämlich die
Kühlung und Schmierung der die Turbinenwelle tragenden Kugellager, wozu die Druckluft
in an sich bekannter Weise mit einem Olnebel versetzt ist.
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Die Beseitigung der geschilderten Mängel unter gleichzeitiger Lösung
der weiteren Aufgaben ist bei einem zahnärztlichen Bohrhandstück mitLuftturbinenantrieb
für das Werkzeug und beidseitig in Kugellagern gelagertem Turbinenläufer, wobei
peripher am Läufer angeordnete Turbinenschaufeln durch den Druckluftstrom tangential
beaufschlagt sind und eine axiale Ableitung für die Arbeitsluft aus dem Turbinenraum
durch die Kugellager hindurch vorgesehen ist, erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß der zylindrische Läufer als Turbinenschaufeln periphere Ausnehmungen aufweist,
deren vom Druckluftstrom beaufschlagteFläche derart konkav gebogen ist, daß ihre
Seitenteile Leitflächen für den Luftstrom bilden, die
zu den Stirnseiten des Läufers
im spitzen Winkel stehen. Die konkav gebogene Fläche der Ausnehmungen ist zweckmäßigerweise
gegenüber der radialen Richtung derart geneigt, daß die aus den Ausnehmungen über
die obere Schaufelkante abströmende Luft mit dem ankommenden Luftstrom einen spitzen
Winkel bildet. Durch diese Ausbildung der Schaufeln läßt sich ein Optimum in der
Umlenkung des Druckmittelstromes von etwa 120 bis 1500 und damit auch ein Optimum
des an den Schaufeln erzeugten Drehmomentes erzielen.
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Für die Schaffung günstiger Abströmungsverhältnisse zu den Kugellagern
kann bei Ausnehmungen, die schmaler sind als die Breite des Läufers, zwischen dem
Läufer und der ihn zentrisch umschließenden Innenwandung des rohrförmigen Gehäuses
ein Ringraum vorgesehen sein, dessen radiale Breite durchgehend etwa 5 bis 100/o
des Läuferdurchmessers beträgt. Entsprechende Zwischenräume können zwischen den
beiden Stirnseiten des Läufers und den benachharten Stirnseiten der beiden Kugellager
vorgesehen sein. Vorteilhafterweise können auch den Ausnehmungen Öffnungen für einen
seitlichen Austritt der abströmenden Arbeitsluft zugeordnet sein, die in den beiden
Stirnseiten des Läufers angebracht sind. Das wird auf einfache Weise dadurch erreicht,
daß die konkav gebogene Fläche der Ausnehmungen die Stirnseiten des Läufers schneidet.
Zweckmäßigerweise bildet die konkav gebogene Fläche einen solchen spitzen Winkel
mit den Stirnseiten des Läufers, daß die aus den Stirnseiten des Läufers ausströmende
Luft auf den äußeren Laufring der beidseitig des Läufers vorhandenen Kugellager
hin gerichtet ist.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der nachstehenden Beschreibung
der in den Fig. 1 bis 8 teilweise im Schnitt veranschaulichten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Das in Fig. 1 in Ansicht dargestellte, als Winkelstück ausgebildete
Bohrhandstück weist einen Kopfteil 1 auf, der die Antriebsturbine mit dem Werkzeug2
enthält und mit dem abgewinkelten Teil3 des Schaftes 4 verbunden ist. An den Schaft
4 ist eine Schlauchleitung5 mit Zuleitungen für Druckluft und Druckwasser mittels
einer Kupplungsvorrichtung 6 angeschlossen.
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Der Kopfteil 1 weist gemäß Fig. 2 ein Rohrstück auf, in dem die Turbine
7 zentrisch gelagert ist. Der Turbinenläufer 8 ist mittels der Achsstücke9, 10 in
beidseitig angeordneten Kugellagern 11, 12 gelagert, deren äußere Laufringe 13 bzw.
14 in das Gehäuse 1 abschließenden Verschlußkappen 15, 16 befestigt sind, während
die auf den Achsstücken 9, 10 befestigten inneren Laufringel7, 18 gegen flanschartige
Teile 19, 20 der Achsstücke 9, 10 anliegen, wodurch ein fester Abstand der Kugellager
vom Turbinenläufer gegeben ist.
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Als Turbinenläufer ist eine Volltrommel vorgesehen, in die taschenartige
Ausnehmungen 21 eingearbeitet sind, derart, daß der in Achsrichtung sich erstreckende
Querschnitt sich radial und axial in Rich.-tung auf den Umfang erweitert, wobei,
wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, der Querschnitt derAusnehmung innerhalb der beiden
Stirnflächen des Läufers liegt. Die Wandungen der Ausnehmungen werden, wie aus Fig.
3 und 4 hervorgeht, jeweils durch eine im wesentlichen achsparallele Begrenzungsfläche
22 und eine nach einem Kegelmantel gekrümmte Begrenzungsfläche 23 gebildet. Die
beiden Wandungen sind unter einem Winkel von etwa 450 gegeneinander geneigt, während
die in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 24 und in Fig.3 durch die Kurve24 angedeutete
Stoßfläche der beiden Wandungen, die den Schaufelgrund bildet, eine etwa kreisbogenförmige
Krümmung aufweist.
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Die Wandungen der Ausnehmungen bilden Leitflächen für den in der
Regel strahlartig eintretenden Druckmittelstrom, der in Fig. 2 und 4 durch den Pfeil
25 bezeichnet ist. Die Umlenkung des Druckmittelstromes erfolgt in den durch die
Pfeile 26 (Fig. 4) und 27 (Fig. 2) angedeuteten Richtungen, wobei die Umlenkung
wesentlich größer als 900 ist, gegebenenfalls bis 1800 betragen kann.
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Der aus den Turbinenschaufeln austretende Druckmittelstrom wird über
die beiden Kugellager 11, 12 abgeführt und ist mit einem die Schmierung der Kugellager
hewirkenden Olnebel versetzt. Um günstige Strömungsverhältnisse zu schaffen, ist
um den Turbinenläufer herum ein Ringraum vorgesehen, dessen radiale Breite 28 (Fig.2)
durchgehend etwa 5 bis 100/o des Läuferdurchmessers beträgt. Der Ringraum steht
in unmittelbarer Verbindung mit zwischen den Stirnseiten des Läufers und den benachbarten
Stirnseiten der Kugellager gebildeten Räumen. Die taschenartigen Ausnehmungen können
auch in den beiden Stirnseiten des Turbinenläufers angeordnete Austrittsöffnungen
für die aus den Turbinenschaufeln seitlich abströmende Arbeitsluft aufweisen. Die
Schmierung der Kugellager wird zum Teil durch den von der Druckluft mitgeführten
Olnebel, zum anderen Teil durch das zentrifugal nach außen an die Gehäusewandungen
geschleuderte und über die äußeren Laufringe den Kugellagern zugeführte ül bewirkt.
Aus den zwischen den Kugellagern 11 bzw. 12 und den Stirnwan-
dungen der Abschlußkappen
15, 16 befindlichen Räumen wird die Abluft über Leitungsstücke 29, 30 einer durch
den Handstückschaft 4 und die Schlauchleitung5 hindurchgeführten Rückführleitung
zugeleitet und aus dieser über eine zweckmäßig am Ende der Schlauchleitung vorgesehene
Abströmöffnung abgeführt.
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Bei dem in Fig. 5 bis 7 veranschaulichten Ausführungsbeispielen weisen
die in dem Turbinenläufer 31 die Schaufeln bildenden Ausnehmungen 32 ebenfalls jeweils
eine achsparallele Wandung33 und eine kegelig gekrümmte Wandung 34 auf, die unter
einem Winkel von 450 gegeneinander geneigt sind, während der Schaufelgrund 35 gemäß
Fig.S jeweils in der Ebene der achsparallelen Wandungen 33 kreisbogenförmig gekrümmt
ist.
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Die Umlenkung des Druckmittelstromes 36 erfolgt in ähnlicher Weise,
allerdings mit geringerem Betrag von etwa 120 bis 1400, wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 2 bis 4. Abweichend von diesem Ausführungsbeispiel schneidet gemäß Fig.S
bis 7 die gekrümmte Wandung 34 die beiden Stirnflächen des Läufers, so daß seitliche
Ausströmöffnungen für die Abluft entstehen, die gemäß Fig. 6 jeweils durch Kanten
37, 38 begrenzt sind. Wie durch die Pfeile 39, 40 angedeutet ist, sind die nach
beiden Seiten gerichteten Abluftströme schräg nach hinten gerichtet, so daß sie
im wesentlichen unmittelbar auf die äußeren Laufringe der Kugellager auftreffen.
Dadurch ist erreicht, daß das der Arbeitsluft beigegebene Schmieröl in der Hauptsache
der Laufrille im äußeren Laufring und damit der am stärksten beanspruchten Stelle
des Kugellagers zugeführt wird. Hierdurch kann, da jedes Kugellager ein endliches
Spiel haben muß und die Kugeln eine beträchtliche Flächenpressung am Außenring auszuhalten
haben, durch den infolge der Schmierung sich bildenden Olfilm die Flächenpressung
verringert werden. Weiterhin kann dadurch, daß der Luftstrom der Drehrichtung der
Lagerkugeln entgegengerichtet wird, die Drehzahl der Kugeln in einem gewissen Maße
verringert und auf diese Weise die Fliehkraft und damit auch die Flächenpressung
zwischen Kugeln und Laufrille des Außenringes herabgesetzt und der Lagerverschleiß
verringert werden.
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An Stelle der zentrischen Lagerung des Turbinenläufers kann, wie
in Fig. 8 schematisch angedeutet ist, der Läufer exzentrisch gelagert sein, wobei
die Läuferachse 41 gegen die Gehäusemittelachse 42 versetzt ist.
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Bei den üblichen kleinen Abmessungen des Turbinenläufers, dessen
Durchmesser etwa 7 bis 10 mm beträgt, ist es aus Herstellungsgründen vorteilhaft,
Volltrommel-Turbinenläufer zu verwenden und die Ausnehmungen in dem Läufer in einem
spanabnehmenden Arbeitsprozeß herzustellen. Es versteht sich indes im Rahmen der
Erfindung, daß, sofern es als zweckmäßig erscheinen sollte, Schaufeln von entsprechender
Formgebung auf eine Läuferwelle aufgebracht werden können, wobei gleiche oder ähnliche
Verhältnisse wie bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen erzielt werden können.