DE2004005A1

DE2004005A1 - Piezoelektrische Reinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE2004005A1
Application number: DE19702004005
Authority: DE
Inventors: Emanuel Burt
Original assignee: SONOPTICS CORP
Current assignee: SONOPTICS CORP
Priority date: 1969-01-30
Filing date: 1970-01-29
Publication date: 1970-08-13
Also published as: US3518766A; DE2004005B2; GB1287552A; DE2004005C3; JPS5024554B1

Description

DR, EttSABETH JüNö DR. VOtKER VOSSIÜS DR JÖRGENSCHIRDEWAHN On

Patentanwälte - . .. - *a. Jan, 1970

t München J3, CUmwstr. Jl !•!•font 34M67

E 964 +a (Ra/Dr.S/Ni)'

SONOPTICS CORPORATION Hialeah, Florida/ V.St.A.

Piezoelektrische Reinigungsvorrichtung

Prioritätj 30. Januar 1969, V.St.A. Anmelde-Nr.: 795

Die Erfindung bezieht sich auf eine piezoelektrische Reinigungsvorrichtung zum Entfernen beispielsweise von Speiseresten, Zahnstein, Verfärbungen, losen Teilchen und dergl. aus den Zähnen mittels Ultraschall.

Die Anwendung magnetostriktiver Aktivierung von hierauf ansprechenden Metallegierungen zur Erzeugung von Ultra- ' schallschwingungen in einer Reinigungsspitze ist bekannt. Eine Hauptschwierigkeit bei herkömmlichen Geräten besteht je-

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doch in der gleichzeitigen Erzeugung zurückstrahlender Schwingungen während des Gebrauchs, welche unerwünschte Wircungen haben können. Ferner ist es bekannt, die Arbeitsspitze und den Kristall bleibend zusammenzufügen. Jedoch wird dann für verschiedene Arbeitsbedingungen, bei denen verschiedene Spitzen benötigt werden, eine Vielzahl vollständiger Werkzeuge erforderlich.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein einfach konstruiertes, leichtes Ultraschall-Beinigungsgerät zur besonderen Verwendung auf zahnärztlichem Gebiet zu schaffen, das mit Hilfe von Ultraschallschwingungen arbeitet, eine abnehm- und möglichst auch auswechselbare Reinigungsspitze aufweist und die Schwingungen so erzeugt, daß sie ohne irgendwelche unerwünschten Bückschwingungen unmittelbar auf die abnehm- und auswechselbare Spitze übertragen werden»

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an einem Kopfende und einem Basisende eines isolierten Gehäuses abnehmbar eine obere bzw. eine untere Kappe montierbar ist, daß die untere Kappe elastisch nachgiebig ein Ende eines rohrförmigen piezoelektrischen Kristallwandlers trägt, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß er in das Gehäuse > eingeführt werden kann, und an dieser unteren Kappe ferner Plüssigkeitsleitungen , mittels deren ein flüssiges Kühlmittel durch den Kristallwandler zum Kopfende des Gehäuses geführt wird, und elektrische Leitungen angeschlossen sind, dit

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den Wandler mit einer Schwingstromquelle verbinden, um eine Ultraschallschwingung dee Wandlers zu bewirken, daß die abnehmbare* obere Kappe üb ein abnehmbares Arbeitsstück herum angeordnet ist, das sich von der Kappe nach außen erstreckt und in einer Arbeitsspitze endet, daß zwischen dem anderen Ende dee Kristallwandlers und dem Arbeitsstück eine Verbindungseinriohtung von Arbeitsstück und Wandler vorgesehen ist, die ültraschallechwingungen von dem Kristallwandler aufnimmt, -Jedoch Rückschwingungen verhindert, und daß die Arbeitsspitze mit einer durch den Kristallwandler mit der Kühlmittelleitung in Verbindung stehenden Bohrung versehen ist, durch die das Kühlmittel naeh dem Durchströmen des Kristallwandlers als Strahl an der su reinigenden. Arbeitsfläche aus der Arbeitsspitze austritt.

Sie Erfindung ergibt ein mechanisch einfaches und wirku^pvolles Oberschall—Reinigungsgerät. Dieses verwendet einen zusammengesetzten Resonator, der aus einer Spitze sowie einem piezoelektrischen Kristall als dem Ausgängspunkt der Ultraechallechwingungen besteht und dessen Herstellung relativ geringe Kosten, verursacht« Das Reinigungsgerät kann störungsfrei arbeiten, ist langlebig und frei von unerwünschten Rückechwingungen« Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht in der neuartigen Weise, die Arbeitsspitze mit Spülwasser zu versorgen und dabei ein einfaches System zum Kühlen des Kristallwandlers und zum Befördern des Kühlmittels an die Arbeitsspitze zu schaffen«

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m, 4 -

Die Erfindung wird im fplgenden an Hand echematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig» 1 einen längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Pig, 2 einen entlang der Schnittlinie 2-2 in Pig. 1 geführten Schnitt,

Pig· 2a einen entsprechenden Schnitt durch eine abgewandelte Konstruktion,

Pig· 3 eine Ansicht τοη unten bzw. Stirnansicht in der Ebene der Schnittlinie 3-3 in Pig· 1 j und

Pig· 4 einen Schnitt einer am unteren Ende der Vorrichtung vorgesehenen Einsteckklappe, durch die der in Pig* 1 dargestellten Vorrichtung ein Kühlmittel und dem Kristallwandler Strom zugeführt werden*

Im allgemeinen weist die erfindungsgemäfle Vorrichtung eine in einem Griffteil befestigte, abnehmbare und austauschbare Spitze auf, die so mit einem piezoelektrischen Kristall mechanisch verbunden ist, daß sie mit ihm einen zusammengesetzten Ultraschall-Resonator bildet. Die ultraschallwellen des Kristalls werden durch eine neuartige mechanische Verbin^- dung auf die Spitze übertragen, was das gewünschte schnelle

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Abnehmen und Austauschen der Spitze ermöglicht« Der Kristall ist so; ausgebildet,, daß im wesentlichen Ultraschall-Längsschwingungen erzeugt werden, wenn er durch elektrische Impulse mit hoher Frequenz aktiviert wird, und die dadurch erzeugten Ultraschallschwingungen werden durch die neuartige Verbindung unmittelbar und ohne gleichzeitig auftretende

Rückschwingungen durch die Spitze auf die zu benützende Stelist

Ie übertragen* Der verwendete Kristall'rohrförmig ausgebildet; er besteht vorzugsweise aus Blelzirkonat-und/oder Bleititanatkeramik, die so beschaffen ist, daß sie sich bei Ultras challfrequen;zen in Längsrichtung ausdehnen und zusammenziehen kann, und ist durch die neuartige Verbindung abnehmbar Ende an Ende mit der Spitze verbunden, so daß die Ultrasehallbewegungen der Spitze in unmittelbarem Zusammenhang mit der Längsausdehnung und «zusammenziehung des aktivierten Kristalls stehen. Der Kristall kann zwar so angelegt sein, daß er bei Frequenzen zwischen 20 000 Hz und 45 000 Hz verwendet

kann ■

werden⁷, doch sind die Frequenzen bei Verwendung auf zahnärztlichem Gebiet nicht höher als 35 0Ö0 Hz« Da'jeder Kristall auf die jeweils erforderliche Frequenz angelegt sein muß, stellen der Kristall und die damit verbundene Spitze eine aufeinander abgestimmte Verbindung dar und bilden den zusammengesetzten Resonator« Der Kristall und die Verbindung mit der Spitze sind in dem Griffteil gelagert und werden dort festgehalten« Ferner ist an dem Griffteil.und der Spitze eine Wasserleitung zur Kühlung des Kristalle vorgesehen, durch die

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außerdem während des Gebrauchs an der Spitze ein Wasserstrahl austreten soll·

In den Zeichnungen, insbesondere in Pig· 1, beseichnet das Bezugszeichen 10 im allgemeinen eine Reinigungsvorrichtung, die mit einem isolierten Außengehäuse 11 in Form eines rohrförmigen Griff teils asur bequemen Handhabung durch den Benutzer versehen ist. Das Gehäuse 11 kann aus Kunststoff oder jedem anderen geeigneten Isoliermaterial bestehen und weist ein Kopfende 12 mit einem Außengewinde 13 und einem in- ^ wendig verlaufenden Strömungsweg 14 kleineren Innendurchmessers auf« Das andere, untere bzw· Basisende des Griffteils ist aus noch zu erläuternden Gründen mit einem Innengewinde 15 versehen.

Innerhalb des Griffteils 11 ist ein rohrförmiger piezoelektrischer Kristallwandler 16 angebracht· In der dargestellten Ausführungsform besteht dieser Kristall aus einem rohrförmigen Bleizirkonat-Bleititanat-Keramikkristall, der ^ so ausgebildet ist, daß er in seiner Längsrichtung in Ultraschalls chwingungen versetzt werden kann, wenn er durch elektrische Impulse hoher Prequena aktiviert wird, die ihm auf noch zu beschreibende Weise vermittelt werden* Dieser Kristallwandler 16 hat einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser des Griffteils 11 und ist, vorzugsweise wie im folgenden beschrieben, koaxial in dem Griffteil angeordnet:

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Es ist ein rohrförmiger, vorzugsweise aus nichtrostendem Stahl oder einem ähnlichen nichtrostenden Metall bestehender Metalleineatz 17 vorgesehen, dessen Außendurehmesser annähernd dem Innendurchmesser des Kristallwandlers 16 entspricht. Dieser Einsatz 17 weist an seiner Längserstreekung einen sich ringförmig nach außen erstreckenden Kragen 18 auf, und das Vorderende des Einsatzes ist bezüglich des unteren Ende (im vorliegenden Fall des linken Endes) des Kristallwandlers 16 so gelagert, daß der Kragen am unteren Ende des Kristallwandlere anliegt· Das Vorderende dee Einsatzes ist bei 19, beispielsweise durch einen Klebstoff auf Epoxyharzbasis, bleibend mit dem Kristallwandler 16 verbunden· Eine niohtleitende, beispielsweise aus Silikonkautschuk bestehende Wasserleitung 20 ist bleibend mit dem rückwärtigen Teil der Metalleinlage 17 verbunden, wobei ihr Vorderende an der rückwärtigen Fläche des ringförmigen Kragens 18 anliegt»

Eine Netzzuführung zu dem Kristallwandler 16 wird dadurch bewirkt, daß jeweils innen und außen auf den Kristallwandler 16 eine aus Silber oder einem anderen leitenden Metall bestehende. Schicht 21 bzw« 22 aufgeschmolzen wird· Diese Schichten sind annähernd 0,038 mm dick und erstrecken sich über etwa 9»65 mm des inneren Endes und etwa 6,35 mm der Aussenwand des Kristallwandlers 16. Sie können durch Elektroplattierung oder auf jede andere bekannte Weise aufgebracht werden. In leitendem Kontakt mit den Schichten 21 bzw. 22

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stehende elastische Kabelverbind ung*i23 "bzw* 24 sind jeweils mittels eines geeigneten Epoxyharzes ständig mit denselben verbunden und jeweils, beispielsweise durch Weichlöten, mit zwei Verbindungsstopsein 26, 27 verbunden, die isoliert im Abstand voneinander aus einer am unteren oder rückwärtigen Ende des Griffteils 11 vorgesehenen Kappe 28 hervorragen_e Die Kappe 28 ist vorzugsweise aus demselben Stoff wie der Griffteil 11 und abnehmbar am rückwärtigen oder unteren Ende des Griffteils befestigt.

Die Kappe 28 ist mit einem Aussengewindeteil 29 versehen, der in den Gewindeteil 15 am unteren Ende des Griffteils 11 geschraubt werden kann. Der maximale Durchmesser der Kappe 28 hinter dem Gewindeabschnitt 29 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Griffteils 11, so daß beim Einschrauben der Kappe in das Griffteil die rückwärtigen Enden der aus Kappe und Handgriff bestehenden Anordnung miteinander abschliessen und eine ungebrochene kontinuierliche Fläche bilden, was aus noch näher zu beschreibenden Gründen erwünscht ist.

Die Kappe 28 vydst ferner eine sich axial zu ihr erstrekkende AufnahmeÖffnung 30, an welcher das rückwärtige Ende der Wasserleitung 20 vorzugsweise mit flüssigkeitsdichtem Pressiie angebracht ist, sowie einen O-förmigen Ring 30* aus Silikonkautschuk zum Abdichten auf.

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Dieses Aggregat der Kappe 28 mit der Wasserleitung 20 _f dem Metalleinsatz 17» dem Kristallwandler 16 und den Kabelverbindungen 23 und 24 wird vom rückwärtigen Ende des Griffteils 11 her in denselben eingebaut« Zuvor jedoch wird ein Vergußüberzug 31' aus,einer geeigneten isolierenden Guß- oder Formmasse, wie z,B₀ Silikonkautschuk, über der-rückwärtigen Außenoberfläche des Kristallwandlers 16, des Metalleinsatzes 17 und der elastischen Kabelverbindungen 23, 24 sowie der freiliegenden Oberfläche der Wasserleitung 20 aufgebracht« Wenn dieser Überzug 31* erhärtet, hält er das rückwärtige bzw. untere Ende des Kristallwandlers 16 fest in seiner Lage auf der Kappe 28 und bietet, wenn die Kappe dann auf das rückwärtige Gewindeende des Griffteils aufgeschraubt wird, ein elastisch-nachgiebiges Endauflager für das hintere Ende des Kristallwandlers 16, so daß dieser ordentlich schwingen kann, wenn er, wie noch zu beschreiben sein wird, elektrisch erregt wird. Ohne diese abstützende und festhaltende Wirkung der Vergußmasse treten nur unwirksame Schwingungen an dem am anderen Ende des Kristallwandlers angebrachten Arbeitsstück auf, dessen Anordnung im folgenden beschrieben wird.' ·

Das Arbeitsstück 31 besteht vorzugsweise aus Metall, ζ_βΒ₀ aus nicht rostendem Stahl oder Berylliumkupfer^oder einem anderen geeigneten Material in Form eines länglichen, nadeiförmigen Abschnittes 32, der in einer in geeigneter Weise geformten Arbeitsspitze 33 endet, die für besondere zahnärztliche

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Behandlungsverfahren unter Verwendung von Überschall geeignet ist. Da diese Spitze entsprechend den Erfordernissen jeweils anders ausgebildet sein muß, ist es wichtig, daß das Arbeitsstück, dessen Teil sie ist, nach Wunsch von dem Kristallwandler 16 abnehmbar und austauschbar ist. Zwischen dem Vorderende des Kristallwandlers 16 und dem Arbeitsstück 31 sind besondere Verbindungs- und Befestigungsmittel erforderlich, um eine wirksame Übertragung der Längsschwingungen des elektrisch

erregten Kristallwandlers 16 zu erhalten, ohne gleichzeitig Rückschwingungen zu übertragen oder zu erzeugen» Durch diese Anordnung bilden das Arbeitsstück 31 und der Kristallwandler zusammen einen Resonator, so daß durch die besonders ausgebildete Arbeitsspitze 33 des Arbeitsstückes 31 eine wirksame zahnärztliche Behandlung möglich ist.

Zu diesem Zweck ist die neuartige Verbindung zwischen dem Kristallwandler 16 und dem Arbeitsstück 31 mit einem rohrförmigen metallischen Impedanzwandler 34 aus nichtrostendem Stahl oder einem anderen geeigneten Metall . versehen. Der rohrförmige Innenabschnitt 35 dieses Wandlers 34 hat einen Außendurchmesser, der annähernd gleich dem Innendurchmesser des äußeren bzw. vorderen Endes des rohrförmigen Kristallwandlers 16 ist, und wird sojweit in den letzteren eingeführt, wie es seine ringförmige Schulter 36 erlaubt» Der rohrförmige Abschnitt 35 ist starr und durch einen Klebstoff 37 auf Epoxyharzbasis fest mit dem Kristallwfljidler verbunden. Der Durch-

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messer der ringförmigen Schulter 36 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des Kristallwandlers 36, ihre Umfängefläche erstreckt sich über einen Teil der länge des Wandlers nach vorne, verjüngt sich dann radial nach innen, bildet so eine abgeschrägte Ringschulterfläche 38 und endet in einem eylindrisehen, geradwandigen, rohrförmigen Abschnitt 39, dessen Außendurchmesser etwas größer ist als der des rohrförmigen Innenabschnittes 35·

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Die zentrale Axialöffnung 40 des metallischen Wandlers 34 erstreckt sich durch die gesamte länge desselben und steht mit dem Innenhohlraum 41 des Kristallwanölers 16 in Verbindung.

Das innere Ende 42 des Arbeitsstückes -31 kann beispielsweise mit Pressita abnehmbar und austauschbar in das Vorderende der Axialöffnung 40 des Wandlers34 eingeführt werden. Bei dieser Anordnung erstreckt sich der Abschnitt 32 des Arbeitsstückes koaxial mit dem Kristallwandler 16 nach außen, "'

Auf das Gewinde-Kopfende des Griff teils 11 kann eine hohle abnehmbare Schraubkappe 43 aus Metall oder einem starken Kunststoff mit einem Innengewinde 44 abnehmbar aufgeschraubt werden· Diese Schraubkappe 43 weist einen hohlen Abschnitt 45 auf, dessen Innendurchmesser größer ist als die maximalen Durchmesser des Kristallwandlers 16 und des damit verbundenen Wandlers 34· Sie ist ebenfalls innen mit einer abgeschrägt·-

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ten Schulter 46 versehen, die der abgeschrägten, bzw. geneigten Oberfläche 38 des Wandlers benachbart, jedoch in einem Abstand von ihr angeordnet ist, und weist einen hohlen, rohrförmigen Vorderabschnitt 47 auf, dessen Öffnung 48 einen wesentlich größeren Durchmessen hat als der Abschnitt 32 des Arbeitsstückes, das sich durch die Kappe 43 und aus derselben heraus erstreckt, -ohne mit ihr irgendwo in Berührung zu kommen«

Bin O-förmiger Ring 49 aus Gummi oder einem anderen elastisch-nachgiebigen Material, der innerhalb der Kappe 43 zwischen ihrer sich verjüngenden Schulter 46 und der abgeschrägten Schulterfläche 38 des Wandlers angeordnet ist, dient bei aufgeschraubter Kappe 43 dazu, das Vorderende des Kristallwandlers 16 sowie den Körper 32 des Arbeitsstückes axial zentriert und ausgerichtet und frei von jedem Kontakt mit Innenoberflächen des Griffteils 11 oder der Kappe 43 zu halten, und

nachgiebigen _Ä sorgt ferner für einen Gegendruck gegen den elastisch-/ Vergußüberzug 31'·

Die vorstehend beschriebene Reinigungsvorrichtung 10 ist mit einer Wasserzufuhrquelle sowie durch einen entfernbaren Steckteil 50 (Pig· 4) mit einer Schwingstromquelle verbunden. Der Steckteil 50 besteht aus einem rohrförmigen Körper 51» der mit Schiebesitz über der hinteren Kappe 28 und dem rückwärtigen Abschnitt des Griffteils 11 montiert werden kann. Er weist ein mit einer Wasserzufuhrquelle 53 verbundenes Wasserlei-

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tungsrohr 52 auf, das in das hintere Ende des Wasserleitungsrohres 20 paßt, sowie elektrische Steckhülsen 54 (von denen nur eine dargestellt ist), in welche sich die Stöpsel 26 und 27 erstrecken, wenn der Steckteil, auf- den Griffteil 11 montiert wird. Die Steckhülsen 54 sind mit einem herkömmlichen Oszillator 55 verbunden, dessen Ausgangsleistung und Frequenz je nach Wunsch verändert werden können» Die von dem Oszillator 55 gelieferte Hochfrequenzenergie "bewirkt den gewünschten piezoelektrischen Effekt und Ultraschallschwingungen des Kristallwandlers 16 und des damit verbunden Arbeitsstückes « Bei einer Betriebsfrequenz von etwa 28 900 Hz kann die an den Kristallwandler 16 angelegte Spannung im Bereich von etwa 53 bis 200 V (HF) liegen mit einer leistung von 40 W bei der gewünschten Spannung»» Die leitung bzw« Kabelverbindung 23 und die Beschichtung der Innenwand des Kristallwandlers 16 sind vorzugsweise mit der "heißen Seite" des Oszillators -55 verbunden, während die Leitung bzw. Kabelverbindung 24 und die Beschichtung der Außenwand des Wandlers 16 zum Schutz gegen eventuelle Erschütterung an der neutralen Seite angeschlossen sind.

Um eine Wasseraustrittsöffnung vorzusehen und einen Wasserstrahl mit Druck an die Spitze 33 des Arbeitsstückes 31 in der Nähe der zu behandelnden Zahnfläche zu lenken und dadurch Speisereste zu entfernen, ist das Arbeitsstück entweder mit einem sich längs erstreckenden engen Schlitz, bzw»

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einer Nut 56 versehen, oder es "besteht aus hohlem, stranggepreßtem, nichtrostendem Stahl, dessen Innendurchmesser 56* annähernd 0.6096 mm beträgt. Die jeweiligen inneren Enden dee Schlitzes, der Aussparung oder des Rohrdurchlasses stehen durch die öffnung 40 mit dem Innenraum 41 des Kristallwandlers 16 in Verbindung, und die jeweiligen äußeren Enden enden dicht bei der Arbeitsspitze 33 des Arbeitsstückes 31· Dieser enge Schlitz, bzw. Aussparung, bzw. Rohrdurchlaß bietet eine begrenzte Auslaßöffnung für das Ausspritzen von Wasser oder einem anderen Kühlmittel, das von der Wasserquelle durch das Wasserleitungsrohr 20 zu dem Innenraum 41 des Kristallwandlers 16 geführt und als Druckstrom oder Strahl auf die durch die Spitze 33 zu behandelnde Zahnfläche aufgebracht wird· Bei dieser Anordnung ist der Umlauf von Wasser oder einem anderen Kühlmittel in Längsrichtung durch den Kristallwandler 16 zum Kühlen desselben während der Benutzung des Gerätes sowie ein Druckstrahl zum Ausspülen von Speiseresten an der Arbeitsspitze 33 gewährleistet·

Bei Benutzung wird das geeignete Arbeitsstück 31 mit Pressitz an Ort und Stelle gebracht, die Kappe 43 festgezogen und der Steckteil 50 am rückwärtigen Ende des Griffteils aufgebracht, so daß das Wasser aus der Quelle 53 und der , Hochfrequenzstrom aus dem Oszillator 55 mit dem Kristallwandler 16 verbunden werden* Hierdurch entstehen Ultraschallschwingungen in dem Wandler 16, die durch den metallischen Wandler 34 unmittelbar auf das Arbeitsstück 33 und seine

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Spitze 31 übertragen werden, so daß auch in der letzteren Ultraschallschwingungen erzeugt werden» Wenn das Arbeitsstüok an einem zu reinigenden Zahn eingesetzt wird, dienen diese Schwingungen dazu, auf diesen Zahnflächen angesammelten Schmutz BU beseitigen, der als Speiserest durch den aus dem Schlitz bzw. der Aussparung 56 austretenden Wasserstrahl beseitigt wird.

Der rohrförmige Kristallwandler 16 besteht aus Bleizirkonat-Bleititanat-Keramik, die sich in einzigartiger Qualität in Längsrichtung ausdehnt und zusammenzieht, wenn sie, wie beschrieben, durch elektrische Schwingungen hoher Frequenz erregt wird. Be gibt zwar Kristalle, die so beschaffen sind, daß sie diese Wirkung bei Schwingungen von 20 000 Hz bis BU 45 000 Hz erzeugen, jedoch ist die Frequenz für zahnärztliche Zwecke vorzugsweise nicht höher als 35 000 Hz. Jeder Kristall ist so beschaffen, daß er mehr oder weniger auf eine besondere Frequenz anspricht, und das austauschbare, wie beschrieben abnehmbare damit verbundene Arbeitsstück 31 ist auf den Kris-tall abgestimmt, so daß man einen auf die gewählte Frequenz ansprechenden, zusammengesetzten Resonator erhält· Vorzugsweise findet der Kontakt zwischen dem 0-förmigen Ring 49 und dem Metallwandler 34 an einem Schwingungsbauch seiner Schwingungsbewegung statt, um so eine Interferenz mit Resonanzamplituden zu verhindern.

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Die elektromechanischen Daten für die Ausführung der Erfindung geeigneter piezoelektrischer Keramikkristalle aus Bleizirkonat/Bleititanatkeramikrohren, die jeweils 28,7 KHz lang sind und einen Aussendnrchmesser von 9,525 mm und eine Wanddicke von 2,387 mm aufweisen, sind die folgenden:

Kristall 1

Kristall 2

(mit Strontium-Additiv) (mit Niobium-Additiv)

Kopplungskoeffizienten K

^K33

^K31 Piezoelektrische

Konstanten D,-,

'31

^r33

^r31

Dielektrizitätskonstante K-

Radiale Frequenzkonstante

Dicke

Elastische Konstante

Dichte

Mechanisches Q Curie-Punkt

YE YE

0,59
0,66
,0,34

0,64 0,70 0,35

χ 10~¹² 375 χ ΙΟ"¹²

(Meter pro Volt)

-120 χ 10~¹² - 170 χ ΙΟ""¹²

(Meter pro Volt)
x ΙΟ"³ 24 χ ΙΟ"³

(Volt-Meter pro Newton)
-11 χ ΙΟ"³ -11,5 χ 10

(Volt-Meter pro Newton)

-3

1300

1700
2000

2100 C-M
(Zyklus-Meter pro Sekunde)

1950 C-M 1800

(Zyklus-Meter pro Sekunde)

8,2 χ

6,6 χ 10

7,6
600
325⁰C

-10

6,1 χ 10-¹⁰grf/cm² 5,3 x 10-¹⁰grf/cm²

7,6

65

365⁰C

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Der Kristall 16 kann elektrisch so erregt werden,, daß er Schwingungskomponenten in einer anderen als der Längsrichtung aufweist, so daß je nach Wunsch an der Spitze verschiedene mechanische Effekte erzielt werden können. Dies kann durch Verändern der Erregungsfrequenz erreicht werden. Ausserdem kann die jeweiligeStelle, an welcher die Sapnnung an den Kristall angelegt wird, dazu verwendet werden, verschiedene Wirkungen zu erzielen. So kann z.B. durch Anlegen der Spannung über entgegengesetzten Enden des Kristalls eine Torsionswirkung,erzielt werden. Ein weiterer Paktor beim Ansprechen des Kristalls besteht in der relativen Ausdehnung der von dem Silberüberzug bedeckten Kristalloberfläche. Durch Abflachen der Spitze und durch annähernd gleiche Abmessungen von Breite und Dicke der Spitze wird eine seitliche Bewegung des äußeren Spitzenendes bewirkt, und folglich kann der Verlauf der Spitzenbewegung durch Veränderung der Spitzenform verändert werden, wenn eine andere Bewegung als nur eine Längs- oder Axialbewegung der Spitze gewünscht wird«

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Claims

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Ai

Patentansprüche

λ J Piezoelektrische Reinigungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet , daß an einem Kopfende (12) und an einem Basisende eines isolierten Gehäuses (11) abnehmbar eine obere bzw· eine untere Kappe (43» 28) montierbar ist, daß die untere Kappe (28) elastisch-naohgiebig ein Ende eines rohrförmigen piezoelektrischen Kristallwandlers (16) trägt, dessen Durchmesser so bemessen ist, daß er in das Gehäuse eingeführt werden kann, und an dieser unteren Kappe (28) ferner Flüssigkeitsleitungen (20) mittels derer ein flüssiges Kühlmittel durch den Kristallwandler zum Kopfende des Gehäuses geführt wird, und elektrische Leitungen (26, 27) angeschlossen sind, die den Wandler mit einer Schwingstromquelle (55) verbinden, um eine Ultraschallschwingung des Wandlers zu bewirken, daß die abnehmbare obere Kappe um ein abnehmbares Arbeitsstück (31) herum angeordnet ist, das sich von der Kappe nach außen erstreckt und in einer Arbeitsspitze (33) endet, daß zwischen dem anderen Ende des Kristallwandlers und dem Arbeitsstück eine Verbindungseinrichtung (34) von Arbeitsstück und Wandler vorgesehen ist, die Ultraschallschwingungen von dem Kristallwandler aufnimmt, jedoch Rückschwingungen verhindert, und daß die Arbeitsspitze mit einer durch den Kristallwandler mit der Kühlmittelleitung in Verbindung stehenden Bohrung (56) versehen ist, ctaeh die das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Kristallwandlers

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als Strahl an der zu reinigenden Arbeitsfläche aus der Ar-* beitsspitze austritt»

2* Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindungseinrichtung einen rohrförmigen, metallischen Impedanzwandler (34) aufweist, dessen Innenabschnitt (35) in das Ende des r»hr-A^rmigen Kristallwandlers am Kopfende des Gehäuses paßt, daß eine Ringschulter (36) am Impedanzwandler das Ausmaß der Einführung des Impedanzwandlers in den Kristallwandler be- ü schränkt, daß der Impedanzwandler starr und fest mit dem Kristallwandler verbunä en ist, und daß der Impedanzwandler mit einer ihn durchziehenden axialen öffrung (40) versehen ist, die das Arbeitsstück im Pressitz aufnehmen kann«

3· Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß sich die Ringschulter (36) des Impedanzwandlers nach vorne Über einen Teil seiner Länge In Richtung auf das Kopfende des Gehäuses erstreckt* sich dann radial nach innen unter Bildung einer abgeschrägten ' Ringschulterfläche (38) verjüngt, die in einem zylindrischen, geradwandigen rohrförmigen Abschnitt (39) endet, und daß zwischen der sich verjüngenden Fläche der Ringschulter des Impedanzwandlers und der darüberliegenden. Fläche der Kopfkappe (38» 46) eine elastisch nachgiebige Einrichtung (49) vorgesehen ist, so daß das Vorderende des Kristallwandlers

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und das Arbeitsstück in axialer Ausrichtung mit dem G-ehäuse und in einem Abstand von demselben angeordnet sind»

4* Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Außendurchmesser eineB rohrförmigen Metalleinsatzes (17) etwa dem Innendurchmesser des Kristallwandlers gleicht, daß dieser Einsatz in der Mitte seiner Längserstreckung mit einem äußeren Ringkragen (18) versehen und das Vorderende des Einsatzes in dem Ende des Kristallwandlers am Basisende des Gehäuses so montiert ist, daß sich der Außenkragen an dem Kristallwandler ende abstützt, und daß am rückwärtigen Abschnitt des Einsatzes jenseits des Kragens die Kühlmittelleitungsrohre montiert sind.

5· Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß Überzüge (21, 22) aus leitendem Metall innerhalb und außerhalb des Kristallwandlers vorgesehen und jeweils durch elastische Kabelverbindungen (23, 24) mit einem Paar in der Basiskappe vorgesehener elektrischer Verbindungsstöpsel oder -klauen (26, 27) verbunden sind.

6, Reinigungsvorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet , daß über der Basisendkappe ein abnehmbarer Steckteil (50) gleitend aufgenommen wird, der einen rohrförmigen Körper (51) mit einem an einem Ende mit einer

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Wasserzufuhrquelle (53) und am anderen Ende mit dem in der · Basiskappe montierten Kühlmittelrohr verbindbaren Wasserleitungsrohr (52) aufweist,steht, daß dieser Steckteii ferner mit elektrischen Steckhülseri (54) zum Aufnehmen der von der Basisendkappe getragenen Verbindungsstöpsel bzw« -klauen versehen ist, und daß die Steckhülsen zur Erzielung des pie-~ zoelektrischen Effekts und der Ultraschallschwingungen des Kristallwandlers mit einer Schwingstromquelle (-55) verbunden sind. ■._■'.

7« Reinigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Kristallwandler aus einem aus Bleizirkonat- und Bleititanatkeramikkristallen ausgewählten Material besteht, das so ausgelegt ist, daß Ultraschallschwingungen bei Frequenzen von annähernd 20 000 Hz bis 45 000 Hz erhalten .werden«

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