DE1905624B2 - Zahnaerztliches bohrhandstueck - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein zahnärztliches Bohrhandstück mit einem im Handstück eingebauten,
druckluftgekühlten Elektrokleinstmotor. -,o
Bei Handstücken dieser Art wurden Gleichstrommotoren verwendet, die aus einem /nit Ankerwicklungen
versehenen Läufer, einem ein konstantes Magnetfeld liefernden Ständer und einem mechanischen Kommutator
bestehen, dem über Bürsten oder Kohlen der Strom ■-,,
für die Ankerwicklungen des Läufers zugeführt wird. Derartige Motoren haben den Nachteil, daß sie einer
dauernden Wartung bedürfen, weil die Bürsten oder Kohlen verschleißen und nach bestimmter Zeit ersetzt
werden müssen. Außerdem verursacht insbesondere der ho
ständige Kohlenantrieb Lagerverschmutzungen und damit erhöhten Lagerverschleiß. Schließlich ist auch der
mechanische Kommutator einem dauernden durch Reibung und Funkenbildung verursachten Abrieb
unterworfen, was — nach Verschleiß des Kommutators h<·,
— aufwendige Reparaturen am Handstückmotor notwendig macht.
Es sind nun Gleichstrommotoren bekannt, denen diese Nachteile nicht anhafien. Bei diesen Motoren
besteht der Läufer aus einem Permanentmagneten, und der Ständer weist bei einfachstem Aufbau zwei um 90°
gegeneinander versetzte Ankerwicklungen auf. Die Steuerung des Stromes in den Wicklungen erfolgt
mittels eines sogenannten elektronischen Kommutators, welcher aus elektronischen Schaltmitteln besteht, die in
Abhängigkeit von der Läuferdrehung gesteuert werden. Vorteilhaft werden zur Erfassung der Läuferdrehung
Hallgeneratoren verwendet, die im Luftspalt zwischen Läufer und Ständer angeordnet sind und vom
Magnetfeld des Läufers beeinflußt werden, so daß die auf diese Weise erzeugten Hallspannungen als Steuersignal
für die elektronischen Schaltmittel dienen können. Der magnetische Rückschluß wird durch ein die
Wicklungen umgebendes Paket aus Blechringen gebildet. Wegen des optimalen Schaltungsaufbaus besitzen
nach diesem Prinzip arbeitende kleine Motoren in der Regel vier Ankerwicklungen im Ständer, und zur
Regelung des Ankerstromes sind zwei um 90° versetzte Hallgeneratoren vorgesehen.
Es ist bekannt, Motoren dieser Art für Plattenspieler und Tonbandgeräte zu verwenden. Der Einbau des
Motors in das Gerät erfolgt dann in der Weise, daß vom Motor aus ein Kabelbaum bis zur Steuerelektronik
geführt ist, die mit relativ großen Kühlflächen für die die Ströme in den Wicklungen steuernden Leistungstransistoren
versehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die ein Motor mit elektronischer Kommutierung
aufweist, auch bei den relativ kleinen Dentalbohrhandstücken zu erreichen, ohne in der Bewegungsfreiheit
durch einen Kabelbaum bzw. durch entsprechende Kabel belastet zu sein.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, bei einem Dentalbohrhandstück
der eingangs genannten Art, bei dem der darin eingebaute Elektrokleinstmotor in an sich bekannter
Weise mit einem elektronischen Kommutator versehen ist, die Spaltmittel des elektronischen Kommutators
ebenfalls innerhalb des Bohrhandstücks derart unterzubringen, daß sie von der der Kühlung des Motors
dienenden Druckluft gekühlt werden.
Durch diese Maßnahmen ist erreicht, daß neben dem Elektrokleinstmotor auch der elektronische Kommutator
im Bohrhandstück ohne wesentliche Vergrößerung des Handstückgehäuses Platz findet.weil das Gehäuse
der Leistungstransistoren des elektronischen Kommutators und ihre Kühlflächen infolge der Druckluftkühlung
klein gehalten werden können.
Im Rahmen der Erfindung ist es vorteilhaft, die Hallgeneratoren des elektronischen Kommutators nicht
im Luftspalt zwischen Ständer und Läufer anzuordnen, sondern an Fangblechen, welche den Streufluß an der
Stirnseite des Läufermagneten einfangen, außerhalb des Luftspaltes im Handstückgehäuse zu befestigen. Dadurch
kann der Durchmesser des Handstückgehäuses klein gehalten werden. Die das Streufeld einfangenden
Fangbleche sorgen dafür, daß die Wirkung des Magnetfeldes des Läufers auf die Hallgeneratoren
genügend groß ist, um die Hallspannungen zur Steuerung der Ströme in den Wicklungen verwenden zu
können.
Die Bauteile des elektronischen Kuinmuiaiors, die
von der Druckluft gekühlt werden sollen, sind zweckmäßig zwischen dem Druckluftanschluß am
Handstück und dem Elektrokleinstmotor angeordnet, so daß sie in dem Teil des Kühlluftstromes liegen, der noch
■ J1J J6n betriebswarmen Elektromotor erreicht hat.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung •ollen an Hand der Fig. 1 bis ü erläutert werden. Es
"pig. 1 die Ansicht eines Dentalbohrhandstückes mit
Elektrokleinstmotor,
pig.? einen Längsschnitt durch den Teil des Handstückes, in dem der Elektrckleinstmotor mit
elektronischem Kommutator gemäß der Erfindung untergebracht ist.
pig. 3 einen Querschnitt nach der Linie lll-lll in
ρ ι e 2 mit vier im Handstück eingebauten Transistoren,
ρ i g. 4 den gleichen Querschnitt für den Fall, daß fünf Transistoren im Handstück eingebaut sind, und
pig. 5 eine Schaltskizze.
Das Bohrhandstück 1 besteht aus dem abgewinkelten Vorderteil 2 mit dem Bohrerkopf 3, dem schlanken
Griffteil 4, dem angebauten, den Elektrokleinstmotor enthaltenden zylindrischen Gehäuseteil 5 und dem
Anschlußstück 6, in dem die im Versorgungsschlauch 7 untergebrachten Leitungen für elektrischen Strom und
Druckluft enden und das mittels der Überwurfmutter 8 an dem Gehäuseteil 5 angekuppelt werden kann.
Aus der F i g. 2 ist die Anordnung des Elektrokleinsimotors
mit elektronischen Kommutator innerhalb des Gehäuseteils 5 ersichtlich. Der Motor besteht aus dem
zylindrischen, als Dauermagnet ausgebildeten Läufer 9, der mit seinen Wellenstümpfen 10 und 11 in den
Kugellagern 12 und 13 gelagert ist. Mit dem Wellenstumpf 11 ist eine im Griffteil 4 des Handstückes
(Fig 1) gelagerte Antriebswelle für den Bohrer mittels
einer der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellten Kupplungsvorrichtung verbunden. Der Ständer des
Elektrokleinstmotors besteht aus dem Kunststoffgehäuse 14, auf dem vier Wicklungen 15 aufgebracht sind. Der
Motor ist außerdem noch von dem aus Blechringen bestehenden, den magnetischen Rückschluß bildenden
Blechpaket 16 umgeben. Mit dem Rückschlußblechpaket 16 sind die Fangbleche 17 und 18 verbunden,
zwischen denen der Hallgenerator 19 angeordnet ist. In der F i g. 2 ist nur ein Hallgenerator 19 dargestellt. Da es
sich beim Ausführungsbeispiel um einen Motor mit zwei auszusteuernden Ankerwicklungspaaren handelt, ist im
Gehäuseteil 5 noch ein weiterer Hallgenerator - um 90° gegenüber dem Hallgenerator 19 versetzt —
untergebracht, der der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt ist. Die Zahl der Hallgeneratoren kann bei
höherpoligen Wicklungen selbstverständlich entsprechend erhöht werden.
Den Abschluß des Gehäuseteils 5 gegen das Anschlußstück 6 bildet eine Scheibe 20 aus Isoliermaterial,
auf der die Stifte 21 und 22 befestigt sind, die mit entsprechenden Buchsen des Anschlußstückes 6 verbunden
werden und der Versorgung des Motors mit elektrischem Strom dienen. Außerdem sind in der
Scheibe 20 die öffnungen 23 für den Durchtritt der Druckluft vorgesehen. Die Kühlluftführung ist anhand
der eingezeichneten Pfeile erkennbar.
Zur Halterung der einzelnen Bausteine des elektronischen Kommutators ist zwischen dem Elektromotor
und der Abschlußscheibe 20 ein mit dem Gehäuseteil 5 verbundener, parallel zur Scheibe 20 liegender Ring 24
vorgesehen, auf dem — nahe seinem innerand — vier rechteckige Leiterplatten 25 bis 28 (s. auch Fig. 3)
senkrecht dazu befestigt sind. Die Oberkante der Leiterplatten ist mit halbkreisförmigen öffnungen
versehen, in denen jeweils ein Leistungstransistor 29 bis 32 befestigt ist. Mit den Transistoren sind jeweils die in
das Gehäuseinnnere gerichteten Kühlflächen 3.3 bis 36 verbunden, so daß sie in dem Raum liegen, durch den die
Kühlluft für den Elektromotor geführt wird. Auf den Leiterplatten sind außerdem noch in Kunststoff
vergossene Verstärker 37 bis 40 angeordnet, die der Verstärkung der Hallspannungen dienen. Mit dem an
Handstückgehäuse 5 befestigten Schalter 41 kann die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Seine
Funktion wird anhand der F i g. 5 näher erläutert.
Fig. 3 zeigt eine vorteilhafte Ausbildung der Kühlflächen 33 bis 36. Ihr Querschnitt hat die Form
eines gleichschenkligen Dreiecks, das mit einer Seite mit dem Transistor verbunden ist.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem eine
weitere Leiterplatte 42 mit dem Transistor 43 und relativ großer Kühlfläche 44 vorgesehen ist.
Fig. 5 zeigt die Schaltskizze für alle innerhalb des
Bohrhandstückes 1 untergebrachten elektrischen Einrichtungen. Die beiden Versorgungsleitungen 45 und 46
enden an den Stiften 21 und 22. mit denen die im Versorgungschlauch 7 liegenden elektrischen Leitungen
verbunden werden. Die vier Ankerwicklungen des Elektromotors tragen die Bezugszeichen 47 bis 50.
Jeweils ein Ende der Wicklungen ist mit dein Pluspol 45 verbunden und die anderen Enden sind jeweils mit dem
Kollektor der vier Leistungstransistoren 29 bis 32 verbunden, deren Emitter an dem Minuspol 46
angeschlossen sind. Zur Steuerung des Stromes in den Transistoren 29 bis 32 und damit in den Wicklungen 47
bis 50 sind die Hallgeneratoren 19 und 19a vorgesehen. Die von diesen gelieferten Hallspannungen liegen über
die Verstärker 37 bis 40 jeweils an der Basis der Transistoren 29 bis 32, die dann in Abhängigkeit von der
Läuferstellung die Wicklungen 47 bis 50 mit Strom versorgen.
Beim Ausführungsbeispiel erfolgt die Drehzahlsteuerung des Motors durch eine nicht dargestellte, in der
Dentaleinheit untergebrachte elektronische Steuervorrichtung, und zwar wird eine Drehzahländerung in der
Weise bewirkt, daß die den Stiften 21 und 22 durch den Versorgungsschlauch zugeführte Versorgungsspannung
verändert wird. Da für die Verstärker 37 bis 40 und für die Hallgeneratoren 19 und 19a eine konstante
Versorgungsspnnnung notwendig ist, ist im Bohrhandstück zusätzlich eine einfache Schaltung zur Spannungskonstanthaltung
für die Vcrsorung der Bauteile untergebracht. Die Schaltteile hierfür sind in der F i g. 5
innerhalb der strichpunktierten Linie 51 dargestellt. Die Bausteine für diese Schaltung sind auf der fünften in
F i g. 4 mit 42 bezeichneten Leiterplatte angeordnet. Da der Transistor 43 stärker belastet wird als die übrigen
Transistoren 29 bis 32 ist für ihn eine entsprechende größere Kühlfläche 44 vorgesehen.
Eine Erhöhung der Versorgungsspannung bewirkt zunächst auch eine Erhöhung der Spannung an den
Punkten 52 und 53. Eine Erhöhung der Spannung bei 53 und damit an der Basis des Transistors 54 bewirkt aber,
daß der Transistor 54 mehr Strom durchläßt, so daß der Spannungsabfall über diesen Transistor 54 kleiner wird.
Dadurch wird aber auch die Spannung bei 55 — also auch an der Basis des Transistors 43 — niedriger, so daß
dieser Transistor weniger Strom durchläßt. Dadurch eniühi sich der Spannungsabfall über dem Transistor 43.
Eine Erhöhung der den Versorgungsleitungen 45 und 46 anliegenden Spannung bewirkt also eine Erhöhung der
über dem Transistor 43 abfallenden Spannung und dementsprechend bewirkt auch eine Erniedrigung der
Spannung an den Versorgungsleitungen 45 und 46 eine
Erniedrigung des Spannungsabfalles über dem Transistor 43. Die Widerstände 56 bis 58 der Schaltung sind so
bemessen, daß die Spannung bei 52 konstant bleibt. Die
Verstärker 37 bis 40 und die Hallgeneratoren t9 und 19;; liegen zwischen dem Punkt 52 mit konstanter Spannung
und dem Minuspol.
Schließlich ist noch der zweipolige Schalter 4 vorgesehen, mit dem die an den Hallgeneratore
liegende Versorgungsspannung umgepolt werden kam Diese liefern dann inverse Hallspannungen, was ein
Drehrichtungsumkehr des Motors bewirkt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Zahnärztliches Bohrhandstück mit cm im Handstück eingebauten druckluftgekühltcn Elektrokleinstmotor,
der über einen elektronischen Kommutator betrieben wird, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bauteile, insbesondere die Schaltmitte! des elektronischen Kommutators innerhalb
des Bohrhandstückes (1) untergebracht sind, und zwar in der Weise, daß sie von der der Kühlung
des Motors (9, 14, 15, 16) dienenden Druckluft zumindest teilweise umströmt werden.
2. Bohrhandstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden des
elektronischen Kommutators, die vorzugsweise von Hallgeneratoren (19, t9a) gebildet werden, an einer
Stirnseite des Motors (9, 14, 15, 16) angeordnet und mit Fangblcchen (17,18) verbunden sind, welche den
Streufluß an der Stirnseite des Läufers erfassen.
3. Bohrhandstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauteile des
elektronischen Kommutators zwischen dem Druckluftanschluß (23) und dem Elektrokleinstmotor (9,
14,15,16) angeordnet sind.
4. Bohrhandstück nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (29 bis 32)
kreisringförmig um eine zentrale Führung für den Druckluftstrom angeordnet sind und ihre vorzugsweise
nach innen gerichteten Kühlflächen (33 bis 36, 44) im Druckluftstrom liegen.
5. Bohrhandstück nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer durch Spannungsänderungen
bewirkten Drehzahlregelung, dadurch gekennzeichnet, daß im Bohrhandstück zusätzlich Elemente (43,
54) zur Erzeugung einer konstanten Versorgungsspannung für die Steuerelektroden, z. B. Hallgeneraloren
(19, 19a^und zugehörige Verstärker (37 bis 40) untergebracht sind.
6. Bohrhandstück nach einem der vorhergehenden . Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Handstück
ein Schalter (41) zur Umkehrung des Versorgungsstromes in den Hallgeneratoren (19,
19a^vorgesehen ist.
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