Interview mit dem Entwickler des roten TORQTECH Winkelstücks


Morita brachte das rote TORQTECH Ultra Mini Winkelstück im Oktober 2022 auf den Markt und reagierte damit auf die Anfragen vieler Zahnärzte. Dieses Produkt wurde schließlich trotz vieler Schwierigkeiten durch die hohen technologischen Fähigkeiten und beharrlichen kreativen Bemühungen der Ingenieure der J. MORITA MFG. CORP. 12 Jahre nach der ersten Veröffentlichung der TORQTECH -Serie auf den Markt gebracht. Wir befragten Herrn Hitoshi Tanaka, einen der Ingenieure bei J. MORITA MFG. CORP. nach seinem Einblick in die Entwicklung des roten Winkelstücks.

Teil 1: Ein Motorhandstück, das auf dem globalen Markt wettbewerbsfähig ist!

 

Was war zunächst der Hintergrund für die Entwicklung des roten Winkelstücks der TORQTECH-Serie?

Tanaka: Zahnärztliche Handstücke werden in Turbinen und Winkelstücke eingeteilt. Turbinen sind in der Lage, schnell zu rotieren und eine hohe Schneideleistung zu erbringen, während Winkelstücke eine präzise Schnitteinstellung und Politur ermöglichen. Morita hat einen großen Anteil am Markt für Luftturbinen und brachte im Jahr 2000 die TwinPower Turbine auf den Markt, gefolgt von der TwinPower Turbine X-Serie mit einem Anti-Rücksaug-Mechanismus im Jahr 2007 und der TwinPower Turbine Ultra-Serie (Powerful Micro Head) mit einem kompakten Turbinenkopf im Jahr 2010.Auf der anderen Seite gab es einen zunehmenden Bedarf von Zahnärzten für rote Winkelstücke, neben anderen Motorhandstücken, für eine schnelle Rotation, die Effizienz und präzise Kontrolle kombiniert. Zu dieser Zeit hatte sich die Entwicklung von roten Winkelstücks bei Morita verzögert. Um ein Motorhandstück zu entwickeln, das auf dem Weltmarkt wettbewerbsfähig ist, begannen wir mit der Entwicklung des roten Winkelstücks, das zu einem Flaggschiff in unserer Handstück-Produktpalette werden sollte.

In den 2000er Jahren wurden die roten Winkelstücke im Gegensatz zu den glatten und ergonomischen Formen der Luftturbinen in einem quadratischen und robusten Design hergestellt, ohne Rücksicht auf Ergonomie oder leichten Zugang. In der Branche herrschte Einigkeit darüber, dass dieser Designaspekt aufgrund der Beschränkungen des Getriebesystems nicht vermieden werden konnte. Als Nachzügler auf dem Markt der roten Winkelstücke musste Morita jedoch ein Merkmal entwickeln, mit dem sich unser Produkt von anderen abheben und wirklich wettbewerbsfähig sein konnte. Deshalb beschlossen wir, die Entwicklung eines roten Winkelstücks mit einer Körperform, die der von Luftturbinen ähnlicher ist, konsequent weiterzuverfolgen.

In den 2000er Jahren hatte ein rotes Winkelstück eine quadratische und robuste Form, wie sie in der Branche üblich war.

 Im Inneren seines Gehäuses erhöht das rote Winkelstück die Eingangsdrehzahl um das Fünffache von 40.000 U/min auf 200.000 U/min. Diese Umdrehung ist fast 100-mal schneller als die eines Automotors, der sich mit mehreren Tausend Umdrehungen pro Minute dreht, was zeigt, wie langlebig das in das Produkt integrierte Getriebesystem sein muss.

 

- Könnten Sie genauer beschreiben, warum das rote Winkelstück damals eine so robuste Form hatte?

Tanaka: Damals wurde ein rotes Winkelstück mit zwei Zahnrädern gebaut. Die fünffache Geschwindigkeit wurde durch etwa 3,7 im Handteil und etwa 1,3 im Kopf erreicht. Bei Konstruktionen, die auf diesem konventionellen Konzept basierten, ließ es sich nicht vermeiden, ein Produkt mit einem vorstehenden unteren Winkelteil zu entwerfen, das beim Zugang zum Molaren die Frontzähne behinderte. Dies war ein wesentlicher Nachteil des roten Winkelstücks, das aufgrund der komplexeren internen Mechanismen im Vergleich zu Turbinen keine ideale Form haben konnte.

 

- Wie verlief die eigentliche Entwicklung?

Tanaka: Normalerweise beginnt der Entwurf eines Getriebesystems mit dem Getriebeteil, und das Gehäuse wurde so geformt, dass es zur Getriebestruktur passt. Dieses Verfahren führte jedoch nur zu Formen, die denen herkömmlicher Produkte ähneln. Deshalb haben wir beschlossen, zunächst eine ideale Gehäuseform zu bestimmen und dann zu überlegen, wie das Getriebesystem darin untergebracht werden kann. Mit diesem umgekehrten Konzept im Hinterkopf war es ein beträchtlicher Prozess von Versuch und Irrtum. Das doppelte Kegelradgetriebe wurde in diesem Prozess entwickelt. Es gelang uns, ein Getriebe im Inneren des Gehäuses unterzubringen, indem wir die Anzahl der Radsätze von zwei auf drei erhöhten und die zentralen Achsen leicht neigten. Dadurch wurden die Ergonomie und der Zugang zu den Molaren erheblich verbessert, was einen großen Fortschritt für den Komfort von Behandler und Patient bedeutet. Wir sind überzeugt, dass dies die idealste Form ist, die derzeit möglich ist, da eine weitere Verkleinerung der Zahnradgröße die Haltbarkeit aufgrund technologischer Hindernisse beeinträchtigen würde.

Die Entwicklung erfolgte durch umgekehrtes Denken, um zunächst eine ideale Gehäuseform zu bestimmen und anschließend zu untersuchen, wie das Zahnradsystem darin untergebracht werden kann (die gestrichelten Linien zeigen die herkömmliche Form des roten Winkelstücks).

Mechanismus des Doppelkegelradgetriebes Durch die Vergrößerung von zwei auf drei Radsätze und deren Anordnung mit jeweils geneigten Achsen wurde es möglich, das Getriebe innerhalb der vorgegebenen Gehäuseform zu halten.

- Könnten Sie das Doppelkegelradsystem genauer beschreiben?

Tanaka: Um das Getriebesystem innerhalb der vorgegebenen Gehäuseform unterzubringen, war es, wie ich bereits erwähnte, unerlässlich, von den herkömmlichen zwei auf drei Zahnradsätze zu erhöhen. Durch die Aufteilung der Zahnräder in zwei Stufen konnten wir die Zahnräder stufenweise anordnen und so den überstehenden unteren Teil reduzieren, der das herkömmliche Problem darstellte. Es war jedoch unmöglich, das Zahnradsystem in der Gehäuseform unterzubringen, wenn die erste Achse und die zweite Achse parallel angeordnet waren, da es schwierig war, die Größe des oberen Winkelteils zu reduzieren. Wir untersuchten viele Getriebeauslegungen und entwickelten schließlich ein doppeltes Innenkegelradgetriebe mit einer geneigten zweiten Achse und einem Innenverzahnungsmechanismus, der für die erste und zweite Getriebestufe vorteilhaft ist.

Mechanismus eines Doppelkegelradgetriebes

Torgtech Mechanismus eines DoppelkegelradgetriebesDurch die Vergrößerung von zwei auf drei Radsätze und deren Anordnung mit jeweils geneigten Achsen wurde es möglich, das Getriebesystem innerhalb der vorgegebenen Gehäuseform zu halten.

 

- Was ist der interne Getriebemechanismus?

Tanaka: Die Außenverzahnung ist eine übliche Getriebestruktur, bei der die Zahnräder von außen ineinandergreifen. Im Gegensatz dazu haben Innenzahnradmechanismen eine Struktur, bei der ein Zahnrad in ein anderes Zahnrad eingreift, das im Inneren Zähne hat.

Bei dieser Struktur werden größere Zähne auf kleinerem Raum erzielt, was die Festigkeit und Haltbarkeit des Getriebes erhöht. Andererseits bringt sie Schwierigkeiten bei der Verarbeitung mit sich. Insbesondere bei Innenverzahnungen mit schrägen Achsen gilt eine präzise Bearbeitung als äußerst schwierig. Der Außenumfang üblicher Zahnräder kann mit einem Fräser bearbeitet werden. Bei einem innenverzahnten Zahnrad hingegen ist diese übliche Bearbeitung schwierig, da es mit einem bleistiftähnlichen Werkzeug, dem so genannten „Kugelfräser“, ausgeschnitten werden muss. Nach allgemeinem Verständnis war es undenkbar, dieses Verfahren für zwei Zahnradsätze zu verwenden, weil es so viel Zeit und Arbeit kostete. Das doppelte Innenkegelradsystem war eine Herausforderung für dieses Vorurteil.

Aufbau des Getriebesystems

Das rote TORQTECH Winkelstück verwendet doppelte Innenzahnradsätze. Durch die Verwendung von Innenzahnrädern mit geneigten Achsen erreicht das Produkt trotz der extremen Schwierigkeiten bei der Verarbeitung eine höhere Zahnradstärke, Haltbarkeit und Zugänglichkeit, wodurch eine präzise Behandlung im Vordergrund steht, von der sowohl Zahnärzte als auch Patienten profitieren.

Das rote TORQTECH - Winkelstück hat eine turbinenähnliche, glatte Gehäuseform, die einen effizienten Zugang zum Behandlungsbereich ermöglicht und gleichzeitig den Kontakt mit den gegenüberliegenden Zähnen reduziert.

Da das doppelte Innenkegelradsystem jedoch sehr speziell war, gab es keine Möglichkeit zu messen, ob die verarbeitete Form dem Entwurf entsprach. Daher mussten wir in Zusammenarbeit mit einem Gerätehersteller ein spezielles Formmessgerät entwickeln. Damals gab es im Unternehmen Meinungen, die an der Kommerzialisierung eines hochwertigen roten Winkelstücks zweifelten. Eine noch nie dagewesene Investition wurde notwendig, um neben der Konstruktion des Torqtech-Instrumentes auch ein Messgerät zu entwickeln. (Das doppelte Innenkegelradsystem wurde für seine Innovationskraft bewertet und mit dem Patent Nr. 5645447 ausgezeichnet).

 

- Does the Torqtech Red Band Handpiece have any other features you want to emphasize?

Evolventen-Zahnprofil

Das Torqtech-Handstück mit rotem Band verwendet ein Evolventen-Zahnprofil, das auf Evolventen-Kurven basiert, wodurch eine gleichmäßige Rotation erreicht wird, die die Belastung minimiert.

Tanaka: Genau wie Turbinen benötigen Winkelstücke eine Schmierung, sind aber im Gegensatz zu Autogetrieben nicht ständig in Öl eingetaucht. Deshalb mussten wir die Zahnräder so konstruieren, dass sie der Reibung mit nur einer dünnen Ölschicht standhalten. Dies macht deutlich, wie wichtig die Präzision und Haltbarkeit der Verzahnung ist. Das rote TORQTECH Winkelstück verwendet für alle seine Zahnräder ein Evolventen-Zahnprofil, das auf Evolventenkurven basiert. Eine Evolventenkurve ist eine Kurve, die entsteht, wenn eine Schnur um einen Kreis gewickelt und dann abgewickelt wird. Ein in dieser Form bearbeitetes Zahnrad minimiert den Schlupf, dreht sich reibungslos und effizient und reduziert die Reibung. Dennoch würde das Zahnrad schnell verschleißen, wenn es aus einem gewöhnlichen Material hergestellt wäre. Wir verwenden ein spezielles Material, das extrem hart ist und der Reibung standhält.

 


2. Teil: Rotes TORQTECH Ultra Mini Handstück - die kompakteste Größe der Welt!

- Im Jahr 2022 wurde das Ultra Mini in das Portfolio der TORQTECH Handstück-Serie aufgenommen.

Tanaka: Zeitgleich mit der TORQTECH-Serie brachte Morita 2010 auch die TwinPower Turbine Ultra-Serie (leistungsstarker Mikrokopf) auf den Markt. Die Leistung einer Turbine nimmt ab, wenn die Kopfgröße aufgrund des kleineren Laufrads verringert wird. Morita führte einen neuen Mechanismus mit doppeltem Laufrad ein, der eine starke Leistung und ein konstantes Drehmoment erzielte und von Zahnärzten hoch bewertet wurde.

Doppel-Laufradsystem der TwinPower-Turbine

Wir erhielten auch viele Anfragen nach einer kleineren Kopfgröße für das rote Winkelstück. Um dies zu realisieren, gab es jedoch einzigartige Schwierigkeiten, die bei der Verkleinerung des Turbinenkopfes nicht vorhanden waren. Die Verkleinerung eines Turbinenkopfes wird durch die Verkleinerung des Laufrads erreicht. Da ein rotes Winkelstück von einem Motor angetrieben wird, würde eine Verkleinerung des Getriebes auf die gleiche Weise zu einer größeren Belastung des Getriebes und des Lagers führen, was ein Problem für die Haltbarkeit darstellen würde. Daher mussten wir das Lager verkleinern, ohne das Getriebesystem zu verändern, und gleichzeitig seine Haltbarkeit erhöhen.

 

- Es gab einzigartige Schwierigkeiten, die bei der Verkleinerung des Turbinenkopfes nicht vorhanden waren.  Wie haben Sie das Lager verbessert?

Tanaka: Ein gewöhnliches Lager hat einen Innenring und einen Außenring, die sich jeweils auf der Innen- und Außenseite einer ringförmigen Nut befinden, in der die Kugeln rotieren, mit einem inneren Käfig, der die Kugeln in gleichen Abständen hält. Der Käfig ist das wichtigste Element eines Lagers und auch das anfälligste für Schäden. Während für Käfige üblicherweise Metallmaterialien verwendet werden, nutzt sich ein Metallkäfig bei schneller Rotation schnell ab. Deshalb verwenden wir für den Ultra Mini ein spezielles Kunststoffmaterial. Während Kunststoffe in Bezug auf die Festigkeit Metallen unterlegen sind, sind sie aufgrund ihres extrem geringen Gewichts stärker gegen Abnutzung durch schnelle Rotation als Metalle. Herkömmliche Kunststoffe zersetzen sich leicht bei hohen Temperaturen und sind daher extrem anfällig für Sterilisation und können durch wiederholtes Autoklavieren beschädigt werden. Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir ein spezielles Harzmaterial, das sowohl hitze- als auch dampfbeständig ist, für den Retainerteil des Ultra Mini.

 

- Haben Sie nicht nur das Material, sondern auch die Struktur verbessert?

Tanaka: Es gibt zwei Strukturen für Lager: Rillenlager und Schräglager. Bei einem Rillenkugellager ist eine Kugel in einer tiefen Rille platziert, wobei der Käfig die Kugel von einer Seite hält und sie mit dem Außenring abdeckt. Dies ist die Struktur, die bei herkömmlichen roten Winkelstücken verwendet wird. Das Ultra Mini verwendet ein Schräglager, das einer größeren axialen Belastung standhält als ein Rillenlager. Ein Schräglager hat nur auf einer Seite eine Rille und einen korbförmigen Halter, der die Kugel von allen Seiten hält. Durch die Verwendung eines Schrägkugellagers konnten wir die Festigkeit des Käfigs etwa verdoppeln und den Axialschlag verringern. Durch wiederholte Experimente und Haltbarkeitstests haben wir die derzeitige Lagerspezifikation über einen Zeitraum von etwa fünf Jahren erreicht. Das Lager ist das Herzstück von Turbinen und Winkelstücken und ist am anfälligsten für Schäden. Da die Technologie im Laufe der Zeit immer weiter fortschreitet, ist unsere Entwicklung auch nach der Veröffentlichung des Ultra Mini im Jahr 2022 nicht zum Stillstand gekommen.

 

- Das TORQTECH Ultra Mini verfügt außerdem über eine verbesserte Spraymethode.

Tanaka: Ein herkömmliches rotes Winkelstück verwendet ein Wasserinjektionssystem mit drei Anschlüssen. Bei roten Winkelstücken werden diese oft unter höherer Belastung als bei Luftturbinen verwendet, und die Kühlung des Bohrers ist wichtig, da die im Schneidebereich erzeugte Wärme sich negativ auf die Zahnpulpa auswirken kann. Um dieses Problem zu vermeiden, haben wir ein völlig neues, breites Wasserspülsystem mit einem Anschluss in der Mitte und zwei Chip-air Luftlöchern auf jeder Seite (insgesamt 4) entwickelt. Dieser Mechanismus lenkt den Wasserstrom in die Mitte und verteilt ihn fächerförmig. Dadurch kann ein größerer Bereich vom Schaft des Bohrers bis zur Spitze gekühlt werden. Bei einer Wassereinspritzung mit nur einem Anschluss könnte das Wasser den Bohrer leicht verfehlen, was zu einer Erhitzung des Bohrers und zur Überhitzung der Zähne führen könnte. Die breite Einkanal-Wasserspülung ist einzigartig und wird durch den Wasser- und Chip-air Druck nicht beeinflusst (das breite Einkanalsystem ist zum Patent angemeldet).

 

Water spraying with the wide one-port system

Links: Genaue Wassereinspritzung. Rechts: Ungenaue Wassereinspritzung

(Die Fotos wurden ohne Chip-air aufgenommen. Aufgrund des Temperaturanstiegs des Bohrers hat das temperaturanzeigende Material seine Farbe auf weiß geändert, um hohe Temperaturen anzuzeigen).

 

- Welche Ideen wurden für das breite One-Port-System verwendet?

Tanaka: Im Gegensatz zu den üblichen Chip-Luftschläuchen, die nur einen Schlauch bis zum Luftauslass haben, hat der Ultra Mini einen Schlauch, der sich zu vier Luftauslässen verzweigt. Die Löcher sind so klein, dass es schwierig ist, sie auf dem Produkt selbst zu finden. Jedes Loch ist nur 0,2 mm groß, etwa so groß wie ein Haar. Spezialisten mit langjähriger Erfahrung in der Verarbeitung haben ihr Fachwissen gebündelt, um dieses Produkt zu realisieren. Die Ingenieure, die an der Produktion beteiligt sind, haben ihre Fähigkeiten durch interne Schulungen verbessert, um die äußerst präzise Verarbeitung und den komplexen Zusammenbau zu bewältigen, die für die Herstellung des Ultra Mini erforderlich sind. Die Endmontage und die Produktinspektion erfordern besonders hohe Fähigkeiten, für die nur einige Ingenieure zertifiziert sind. Auch wenn dies unter dem Gesichtspunkt der Produktivität kein idealer Prozess ist, können wir diesen Aspekt bei unserem Streben nach der weltweit kompaktesten Größe und der höchsten Haltbarkeit nicht vermeiden.

Einzigartiger Chip-Luftauslass des Ultra Mini

 

Wir sind davon überzeugt, dass wir einzigartige und unvergleichliche Eigenschaften schaffen können, wenn wir unseren eigenen Weg gehen und uns an die präzise und komplexe Verarbeitung und Montage wagen. Wir können es uns nicht leisten, das Wissen, die Fähigkeiten und die Leidenschaft, die wir von unseren Vorgängern geerbt haben, aufs Spiel zu setzen. Mit dem Ziel, die kompakteste Kopfgröße der Welt zu entwickeln, haben wir den Ultra Mini realisiert und dabei durch gemeinsame Anstrengungen der Entwicklungs- und Fertigungsteams viele Schwierigkeiten überwunden.

 

Größenvergleich zwischem roten TORQTECH Standard und Ultra Mini Handstücken

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Haben Sie Fragen?

Nutzen Sie unseren E-Mail-Service.

Händlersuche