Der Zahnarztbohrer gestern und heute.

Denken wir an die Zahnarztpraxis, dann denken wir immer noch allzu oft an den unbeliebten Zahnarztbohrer.

Voraussichtliche Lesedauer: 13 Minuten

Vom Handbohrer über den Federantrieb zu Turbine und Mikromotor

Die wenigsten wissen, dass der eigentliche Zahnarztbohrer erst vor 150 Jahren den Weg in die Praxis fand. Um genau zu sein muss hierbei allerdings angemerkt werden, dass schon einige Jahre zuvor Handbohrer die Arbeit des Zahnarztes erleichterten. Allerdings mussten diese Bohrer mit den Fingern des Zahnarztes in Umdrehung versetzt werden. Speziell konstruierte Fingerringe schützen die Hand des Zahnarztes und gaben dem Handbohrer mehr Beweglichkeit und größere Kraft^​1​.

Dennoch war die Arbeit mit einem Handbohrer für den Zahnarzt ermüdend und für den armen Patienten sehr schmerzhaft. Was Wilhelm Busch (1832 – 1908) in seinem Gedicht „Balduin Bählamm, der verhinderte Dichter“ treffend beschreibt:

Das Zahnweh, subjektiv genommen,
ist ohne Zweifel unwillkommen;
doch hat’s die gute Eigenschaft,
dass sich dabei die Lebenskraft,
die man nach außen oft verschwendet,
auf einen Punkt nach innen wendet
und hier energisch konzentriert.
Kaum wird der erste Stich verspürt,
kaum fühlt man das bekannte Bohren,
das Zucken, Rucken und Rumoren,
und aus ist’s mit der Weltgeschichte,
vergessen sind die Kursberichte,
die Steuern und das Einmaleins,
kurz, jede Form gewohnten Seins,
die sonst real erscheint und wichtig,
wird plötzlich wesenlos und nichtig….

Wilhelm Busch (1832 – 1908)

Um die anstrengende Handarbeit zu ersetzen, hatte der Engländer George Fellows Harrington (1812-1895) eine geniale Idee: Er konstruierte bereits 1864 einen Zahnarztbohrer, der wie eine Uhr durch ein Federwerk angetrieben wurde. Dieses Federwerk hatte aber den Nachteil, dass es nach dem Aufziehen nur 2 Minuten lief und die Umdrehungszahl des Bohrers während dieser Zeit kontinuierlich abnahm. Zwar sah die aus Silber gefertigt und reich mit Gravuren überzogene Bohrmaschine mit dem bezeichnenden Namen „Erado“ (lateinisch = „ich kratze aus“) gut aus.

Aber das Gerät war sehr laut, lief nur kurz und erwies sich in der Anwendung unhandlich. Gründe dafür, warum sich der kleine Apparat trotz mehrfacher Überarbeitung in den Zahnarztpraxen nicht durchsetzen konnte.

„Wir haben soeben, wie ich glaube, in einer unvollkommenen Form, ein Instrument zum Ausbohren der kranken Teile von Zähnen mit Bohrern, Fräsen, Schmirgelrädern u.s.w. erhalten. Die Bohrer werden auf einen Schaft befestigt, der durch eine kräftige Uhrfeder in Bewegung gesetzt wird.“

Sir John Tomes (1815–1895), britischer Zahnarzt und Verfasser zweier zahnärztlicher Standardwerke

Zahnarztbohrer mit Luftantrieb

Vier Jahre später, 1868, entwickelte der amerikanische Zahnarzt George. F. Green (1830–1892) eine durch komprimierte Luft angetriebene Bohrmaschine. Die Luft wurde mit einem mit dem Fuß betätigten Blasebalg verdichtet und durch einen Schlauch aus Kautschuk zum Bohrer geführt. Im Grunde war dies ein Vorläufermodell des späteren Turbinenbohrers.

Die Tretbohrmaschine, ideal für sportliche Zahnärzte

1871 ließ sich der US-Zahnarzt James Beall Morrison (1829 – 1917) mit der den ersten echten Zahnarztbohrer eine Tretbohrmaschine (Pedalbohrmaschine) patentieren, die über eine Fußwippe angetrieben wurde. Wahrscheinlich endstammte seine Idee zu dieser „Dental Engine“ den damals bereits vorhandenen und bekannten Singer Nähmaschinen, die ebenfalls mit einem Pedal angetrieben wurden. Ein Keilriemen übertrug die erzeugten Umdrehungen auf einen kleinen Metallbohrkopf, der an einem beweglichen Arm hing^​2–4​.

Ab 1874 wurde die Drehbewegung durch eine biegsame Welle zum Bohrkopf, dem sogenannten Handstück, geführt, wobei die biegsame Welle eine weitgehend freie Beweglichkeit des Handstücks ermöglichte. Durch schnelles treten der Fußwippe brachten sportliche Zahnärzte den Bohrer auf fast 2.000 Umdrehungen pro Minute. Hört sich zwar schnell an, ist es aber nicht. Denn bei 2.000 Umdrehungen pro Minute erzeugt der Bohrer noch schmerzhafte Vibrationen am Zahn. Erst ab 175.000 Umdrehungen pro Minute sind für den Zahn keine Vibrationen mehr zu spüren.

Dennoch war es mit Morrisons Tretbohrmaschine möglich, Karies präzise aus dem erkrankten Zahn zu entfernen. Schnell erfreute sich der von der amerikanischen S.S. White Dental Manufacturing Company in Philadelphia produzierte Morrisons Bohrer großer Beliebtheit bei Zahnärzten in Amerika.

Zahnarztbohrer mit der Kraft des elektrischen Stroms

Während 1871 Jemes Beall Morrison seine Tretbohrmaschine patentierte, führte der bereits erwähnte George F. Green mit seiner „Electric Burring Engine“ den batteriebetriebenen Elektrobohrer in die zahnärztliche Behandlung ein.^​5​ Motor und Bohrer waren bei dieser Konstruktion direkt, also ohne Keilriemen oder biegsame Welle, miteinander verbunden. Durchsetzen konnte sich diese Technik jedoch zunächst nicht.

Erst durch das Zwischenschalten einer biegsamen Welle zwischen Motor und Bohrer durch den Washingtoner Professor Griscome im Jahr 1883 wurde der Zahnarztbohrer zur Behandlung erkrankter Zähne wirklich brauchbar. S.S. White erkannte seine Chance und erwarb von Criscome die Rechte an der Bohrmaschine. Im Deutschen Reich entwickelten 1887 die Vereinigten physikalisch-mechanischen Werkstätten Reiniger, Gebbert & Schall mit Sitz in Erlangen, kurz „RGS“, eine elektrische Bohrmaschine, die maximal 3.000 Umdrehungen pro Minute erreichte. Auch dieser Bohrer erhielt seinen Strom aus einer Batterie.

Nach und nach wurden die elektrischen Bohrer technisch verbessert. Fußanlasser, Drehzahlregulierung und elektromagnetische Motorbremsen vereinfachten die Bedienung und ermöglichten ein präzises und sicheres Arbeiten im Mund. Dennoch hielten die meisten Zahnarztpraxen an der per Fußantrieb bedienten Tretbohrmaschine fest. Das änderte sich erst um die Jahrhundertwende, als immer mehr Zahnarztpraxen über einen Hausstromanschluss verfügten und die batteriebetriebenen Antriebsmotoren durch netzbetriebene verdrängt wurden.

Doriotgestänge und Rollenschnurr: Mehr Laufruhe und höhere Geschwindigkeit

Nun kam auch das bereits 1893 von dem Pariser Zahnarzt Constant Doriot erfundene und nach ihm benannte Doriotgestänge verstärkt zum Einsatz. Durch dieses Gestänge und den Treibschnurantrieb wurde die Drehkraft von einem Elektromotor über Umlenkrollen und die Rollenschnur auf das Handstück und den dort eingesetzten Bohrer übertragen. Dank geeigneter Übersetzungen war es möglich, die Drehzahl mit wesentlich mehr Laufruhe auf bis zu 6.000 Umdrehungen pro Minute zu erhöhen.^​4​

Noch 1950 waren 6.500 Umdrehungen pro Minute Standard für Zahnarztbohrer. Lediglich „Superbohrer“ erreichten 20.000 Umdrehungen pro Minute. Mit dem 1958 eingeführten Page-Chayes-Bohrer, der über einen getriebelosen Doppelriemenantrieb verfügte, wurden sogar 100.000 Umdrehungen pro Minute erreicht, allerdings verbunden mit einem hohen technischen Aufwand. In der Griffhülle vervielfachten eine zweite kleine Innenschnur in Kombination mit einem selbstschmierenden Kugellager und einem System von Riemenscheiben die Motordrehzahl.

Die Turbine verändert die zahnärztliche Welt

Schon fünf Jahre zuvor (1953) erreichte der erste durch Wasser angetriebene Turbinenbohrer 60.000 Umdrehungen pro Minute. Durch die Anwendung des Turbinenprinzips entfiel der der Schnurantrieb und das Doriogestänge. Stattdessen stand ein mobiler Schrank in der Praxis, in dem die Hochdruckpumpe und ein Wasserbehälter untergebracht waren; denn die Turbine wurde durch einen zirkulierenden Wasserfluss angetrieben. Ein Teil des Wassers diente zugleich zur Kühlung des Zahns und des Bohrers. 1957 kam es zu einer grundlegenden Änderung. In diesem Jahr meldete John Victor Borden (1916 – 2011), Zahnarzt in Washington DC, ein Patent für ein Luftdruckturbinenhandstück namens Airotor an. Die mit Druckluft angetriebene Turbine erreichte eine Geschwindigkeit von 150.000 bis 300.000 Umdrehungen pro Minute. Das Präparieren der Zähne ging nun deutlich schneller. Die New Yorker The Dentists’ Supply Company (Dentsply) sicherte sich den Exklusivvertrag zur Produktion und zum Vertrieb des Airotor.

Ein Jahr später brachte in Deutschland Kaltenbach & Voigt, kurz „KaVo“, seine Luftdruckturbine „Borden-Air 60“ auf den Markt^​6​. Allerdings waren die Anschaffungskosten mit rund 2.000 DM (986 EUR) ziemlich hoch. Zum Vergleich: Laut dem Statistischem Bundesamt Deutschland verdiente ein männlicher Arbeitnehmer Anfang der 60er-Jahre im Durchschnitt 590 DM (ca. 302 EUR) Brutto. Die hohen Investitionskosten waren sicherlich mit ein Grund, dass diese Geräte zunächst nicht standardmäßig in das Behandlungsgerät eingebaut waren, sondern getrennt im Behandlungsraum standen. Erst später wurde die stetig weiterentwickelte Luftdruckturbine in die Behandlungseinheit integriert.

Der Mikromotor: Schnell und durchzugsstark

Turbinen sind zwar extrem schnell, haben aber nur ein geringes Drehmoment. Bei Kontakt mit hartem Material, bspw. dem Zahnschmelz, reduziert sich die Drehzahl um bis zu 40 Prozent. Hinzu kommt, dass bei Luftdruckturbinen weder die Drehzahl noch die Drehrichtung geändert werden kann. Nachteile, die der 1965 von SIRONA erstmals serienmäßig hergestellten zahnärztlichen Mikromotor nicht hatte. Er besaß  einen regelbaren Drehzahlbereich von 600 bis 120.000 Umdrehungen pro Minute, ein auch bei Belastung gleichbleibendes Drehmoment und konnte die Drehrichtung wechseln. Der Mikromotor war direkt über eine Kupplung mit dem Handstück verbunden. Eine Kraftübertragung vom Motor zum Handstück durch ein Doriotgestänge oder einen Bohrschlauch war daher nicht nötig.

Turbine und Mikromotor in jeder Zahnarztpraxis

In unseren heutigen Zahnarztpraxen hat Doriot und das nach ihm benannte Gestänge längst ausgedient. Riemen drehen sich schon lange nicht mehr. Stattdessen sind Druckluftturbinen, Mikromotoren und Handstücke mit integrierter Wasserkühlung und Beleuchtung in jeder Zahnarztpraxis zu finden^​7​. Natürlich nicht mehr als Einzelgerät sondern ästhetisch und vor allem funktional in die Behandlunseinheit integriert. Ob luftgetriebene Turbine oder durch Mikromotor angetriebenes Winkelstück: Jeder dieser Zahnarztbohrer erfüllt unterschiedliche Bedürfnisse in der Zahnarztpraxis. Nicht immer kann das eine gegen das andere getauscht werden. Denn es hängt immer von der Art der durchgeführten zahnärztlichen Behandlung ab, welches Instrument verwendet wird. Beide Bohrer haben individuelle Vorteile, daher ist es sinnvoll, beide Varianten für jeweils die Behandlungen einzusetzen, für die sie am besten geeignet sind. Mit beiden Instrumenten sind sichere, präzise und möglichst schmerzarme Zahnpräparationen möglich. Und das wünschen wir uns doch alle.

Vielleicht kann in Zukunft der Bohrer noch schmerzfreier durch die Kraft des Laserstrahls ersetzt werden. Aber bis zum Laserbohrer als echte Alternative zu Mikromotor und Turbine wird es laut einer Analyse des unabhängigen Cochrane-Netzwerk noch eine Weile dauern.^​8​ Während Anhänger der Lasertechnologie noch davon ausgingen, dass bereits im Jahre 2000 „kaum noch ein Zahnarzt den klassischen Bohrer vewrwendet“^​9​, muss man 2021 feststellen, dass Mikromotoren und Turbinen als Zahnarztbohrer dominieren.

(zpl, Teaserfoto: zahnputzladen.de)

Weitere Informationen auf diesem Blog

• Kleine Geschichte der Lokalanästhesie.
• Der Zahnstocher und seine Geschichte.
• Kleine Geschichte der Zahnseide.
• Geschichte der Mundhygiene