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Dentale
Instrumente aller Art, die für
die Verwendung als rotierende Instrumente in einem Winkelstück, auch
als Winkelschaftaufnahme denkbar, vorgesehen sind, haben einen speziell
geformten Schaft, genannt Winkelstückanschluss oder auch Winkelschaft.
Dieser Anschluss ist für
die rotierenden Werkzeuge genormt und wird weltweit in vorgegebenen
Maßen
und Toleranzen hergestellt. Er gilt gleichermaßen für Werkzeuge mit hohen Drehzahlen und
geringen Drehmomenten und hohen Drehmomenten und geringen Drehzahlen
wie beispielsweise Bohrer, Erweiterer, Fräsaufsätze, Gewindeschneider, Kopfsenker,
Insertionsinstrumente von Implantaten, etc.
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Die
rotierenden Werkzeuge können
mit dieser Art von Anschluss sowohl in motorisch betriebene Winkelstücke, aber
auch in manuell betätigte
Griffstücke
oder Adapter gesteckt und benutzt werden. Der Winkelschaft ist eine
entscheidende Schnittstelle für den
Gebrauch von nahezu allen Arten von dentalen Werkzeugen.
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Diese
bekannte Vereinbarung zur konstruktiven Gestaltung des Kraft übertragenden
Anschlusses am Schaft des Instrumentes (z. B. Bohrer) berücksichtigt
nicht die heute möglichen
und stellenweise notwendigen Drehmomente des dentalen Instrumentariums.
Das Gegenstück
für die
Kraftübertragung
im Adapter oder Winkelstück
ist oftmals nicht in der Lage einen optimalen Kraftübertrag
zu gewährleisten,
es berücksichtigt
ebenfalls nicht die modernen Anforderungen an höhere Drehmomente. Für Winkelstücke werden
zumeist einfache Bleche ausgestanzt, um einen Gegenkontur für den Winkelschaft
zu erhalten. Diese Bleche dienen dann als Drehmomentmitnehmer und übertragen über einen Kontaktbereich
zum Schaft das Drehmoment. Für Winkelstücke in Form
von Handadaptern oder Schaftverlängerungen
werden zumeist Bolzen mit einem Mitnehmerfinger gedreht, die dann
ebenfalls über
eine berührende
Fläche
die Kraft auf den Schaft übertragen.
Alle diese Kraft übertragenden
Flächen sind
derart geformt, dass es zu einer linienförmigen Kontaktfläche zwischen
den beiden Teilen kommt.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei hohen Drehmomenten das dentale Instrument
oder das Winkelstück,
oder beides geschädigt
wird. Es kann zum Verklemmen der beiden Bauteile, oder zur Zerstörung eines
Teils der Baugruppe kommen. Dies wird durch eine derzeit genutzte
linienförmige
Berührung
der Teile gefördert,
da diese bei hohen Kräften
plastisch verformt werden.
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Die
Toleranzen zwischen dem Winkelschaft und dem Mitnehmerbolzen des
Winkelstücks
führen immer
zu einer Verdrehung zwischen den beiden Kraft übertragenden Flächen. Diese
ist entsprechend der Toleranzen der beiden Bauteile mehr oder minder groß und führt zu einem
mehr oder minder großen Winkeldifferenz
der beiden Kraft übertragenden
Flächen.
Dies führt
dazu, dass die beiden Flächen
nur in einer Linienberührung
am äußeren Rand
des Schaftes Kontakt zueinander bekommen. Diese linienförmige Kontaktfläche am Winkelschaftaussenrand
wird gemäß den berechenbaren
Regeln der hertzschen Pressung so lange plastisch verformt und bildet
neu geformte Kontaktflächen
aus, bis der durch die Kraftübertragung
gebildete Flächendruck
die plastische Verformungsgrenze Rp 0,2 unterschreitet. Mit den unter
Umständen
notwendigen Drehmomenten für die
Versorgung mit Implantaten, oder das vorschriftsmäßige Anziehen
von prothetischen Schrauben mit einem vom Hersteller vorgeschriebenem
minimalem Drehmoment werden Kraftniveaus erreicht, die in der heutigen
konstruktiven Lösung
der Kontaktfläche
zu einer deutlichen Belastung oberhalb der plastischen Verformungsgrenze
der üblichen
Werkstoffe für
rotierende Werkzeuge führt.
Es bilden sich deutliche und bleibende Verformungen in Form von
Fasen und Gratbildung an den Kraft übertragenden Flächen außen am Schaftrand
aus.
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Durch
das Ausbilden von diesen Verformungsflächen kann es zu Veränderungen
im Durchmesser der Schaftgeometrie kommen, so dass das Instrument
im Winkelstück
verklemmt oder eine schädigende
Rückkopplung
auf die Konstruktion des Winkelstückes entsteht. Die Verformung
des Winkelschaftes kann also zum Funktionsversagen des Anschlusses
führen.
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Ein
wirtschaftlich wenig sinnvoller Weg ist es, die Fertigungstoleranzen
zu verkleinern. Jedoch ist es nach den derzeitigen technischen Lösungen die einzige
Möglichkeit
diesen Effekt zu minimieren. Weiterhin kann die Verwendung von höherfesten
Werkstoffen mit einer gesteigerten Dehngrenze den Effekt der Verformung
zu höheren
Drehmomenten hin verschieben. Ebenfalls ein fertigungstechnisch
unwirtschaftlicher Weg, da die Produktion der dentalen Werkzeuge Prinzip
bedingt aufwändiger
wird. Eine konstruktive Veränderung
ist aufgrund der jahrzehntelangen Normung der Winkelschaftmaße zumindest für die Schaftanschlüsse nicht
marktgerecht. Ziel muss es sein mit Änderungen an der Konstruktion des
Winkelstücks
und dessen Geometrie des Mitnehmerbolzens eine Verbesserung zu erzielen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Winkelschaftaufnahme zum Betrieb
von dentalen Instrumenten bzw. Winkelschaft in einem Winkelstück oder
Handadapter bereitzustellen, welches eine verbesserte Übertragung
von Drehmomenten ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird bereits mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Die
erfindungsgemäße dentale
Winkelschaftaufnahme eines Winkelstücks für dentale, rotierende Instrumente,
wobei die Winkelschaftaufnahme einen Mitnehmerbolzen aufweist, sieht
vor, dass der Mitnehmerbolzen und der Winkelschaft in der Winkelschaftaufnahme
immer durch einen flächigen Kontakt
bei Betrieb des Winkelstücks
verbunden sind.
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Dadurch
erfolgt eine konstruktive Veränderung
nur an der Winkelschaftaufnahme (Winkelstück), bei der die gültige Norm
zur Fertigung von dentalen Instrumenten bzw. deren Winkelschaftgeometrie
vollständig
berücksichtigt
bleibt. Es wird dadurch die Übertragung
von deutlich höheren
Drehmomenten schädigungsfrei
ermöglicht.
Die Möglichkeiten
zur Nutzung dieses universalen Verbindungssystems der dentalen Werkzeuge
wird dadurch deutlich gesteigert und deutlich sicherer im Gebrauch
gemacht.
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Vorteilhafterweise
wird das Winkelstück
motorisch oder manuell betrieben.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der flächige Kontakt,
der durch den Mitnehmer der Winkelschaftaufnahme mit dem Winkelschaft
gebildet wird und für
die Kraftübertragung
notwendig ist, nur Verformungen der Kontaktflächen im hookschen Bereich erzeugt.
Die Verformungen der Kontaktflächen
sind damit rein elastisch, der Werkstoff unterliegt damit keiner
plastischen Verformung.
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Der
flächige
Kontakt muss derart ausgeführt sein,
dass bei allen entstehenden Toleranzpaarungen eine Fläche entsteht,
die das Kriterium erfüllt:
δ Kontaktfläche ≤ Rp 0,2.
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Zur
Feststellung dieser Bedingung gelten die Grundlagen der hertzschen
Pressung. Diese Grundlagen erlauben eine Berechnung von diversen
geometrischen Körperkontakten
und erlauben es die im Werkstoff entstehenden Flächenpressungen abzuschätzen. Ein
Werkstoff, der unterhalb der plastischen Verformungsgrenze belastet
wird, wird nur reversibel, bzw. elastisch Verformt und wird nach
Belastung wieder seine Ausgangsform annehmen. So kann unabhängig von
den Fertigungstoleranzen immer eine gleichmäßig schadensfrei funktionierende Einheit
bereitgestellt werden.
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Vorteilhafterweise
besitzt der Mitnehmerbolzen an der kraftübertragenden Fläche einen
konstanten Radius.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
sieht die Erfindung vor, dass der Mitnehmerbolzen an der kraftübertragenden
Fläche
einen variablen Radius besitzt. Dieser variable Radius kann einen
speziellen funktionalen Zusammenhang besitzen.
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Es
hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn der Mitnehmerbolzen
an der kraftübertragenden
Fläche
eine Kombination aus Flächen
und Radien variabler Art aufweist.
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Erfindungsgemäß soll der
Mitnehmer der Winkelschaftaufnahme (Winkelstück) derart geformt werden,
dass die Kontaktstelle unabhängig
zu den Toleranzen der Bauteile immer aus der ebenen Fläche des
Winkelschaftes und einer gekrümmten
Fläche
des Mitnehmers der Aufnahme besteht.
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Vorteilhafterweise
ist an der Gegenseite zum Mitnehmerbolzen ein abstützendes
Gegenlager vorhanden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform
und unter Bezugnahme der beigefügten
Figuren näher
erläutert.
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Dabei
zeigt in schematischer Darstellung:
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1: Winkelschaft gemäß dem Stand der Technik in
der Seitenansicht
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1b:
Winkelschaft gemäß dem Stand
der Technik im Schnitt
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2a:
einen Mitnehmerbolzen in einem Winkelstück (Winkelschaftaufnahme) nach
dem Stand der Technik in der Seitenansicht
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2b:
einen Mitnehmerbolzen in einem Winkelstück (Winkelschaftaufnahme) nach
dem Stand der Technik im Schnitt
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3a und 3b:
Verbindung des Winkelschafts und des Winkelstücks mit einem Mitnehmerbolzen
nach dem Stand der Technik im Schnitt
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4a bis 4d:
einen Mitnehmerbolzen in einem Winkelstück gemäß der Erfindung im Schnitt
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5a und 5b:
Verbindung des Winkelschafts und des Winkelstücks mit einem Mitnehmerbolzen
gemäß der Erfindung
im Schnitt
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1a zeigt
einen Winkelschaft 1, wie er für rotierende Instrumente vorgesehen
ist. Zu erkennen ist eine Fläche 10,
die für
die Kraftübertragung
genutzt wird. Die Fläche 10 hat
eine Höhe
von ca. 1,8 mm. Um eine ideale Kraftübertragung zu erreichen und
eine Verwendung in Normgeräten
zu ermöglichen,
ist der Winkelschaft 1 derart ausgestaltet, dass der Durchmesser 16 des
Winkelschafts 1 gesamt ca. 2,35 mm beträgt. Wie in 1b dargestellt
beträgt der
Abstand 12 zwischen dem Mittelpunkt der Fläche 10 und
dem äußeren Rand
an der kleinsten Stelle 0,625 mm.
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2a zeigt
einen Mitnehmerbolzen 18 in einem Winkelstück 14,
in welchen der Winkelschaft 1 einbringbar ist. Der Mitnehmerbolzen 18 ist
dabei als Gegenstück
zu dem Winkelschaft 1 und dessen Fläche 10 ausgebildet
und hat naturgemäß eine Spielpassung,
so dass ein Luftspalt zwischen den beiden Flächen entsteht. Je größer das
Spiel ist, umso leichter lässt
sich das Instrument einstecken, jedoch ist die Neigung zum Klemmen
größer. Nicht
abgebildet ist eine Arretierung, die den Winkelschaft 1 in
dem Winkelstück 14 in
seiner Position hält.
Die Kante des Mitnehmerbolzens 18 zum Winkelschaft liegend
ist gerade ausgebildet.
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3a zeigt
die Verbindung des Winkelschafts 1 und des Winkelstücks 14 mit
einem Mitnehmerbolzen 18 nach dem Stand der Technik im
Schnitt im unbelasteten Zustand. Dabei liegt die Kante von 18 gerade
und mit ihrer gesamten Fläche
an dem Winkelschaft 1 und dessen Fläche 10 an. Dabei ist
in 3b die typische linienförmige Kontaktierung unter Last,
die zur Schädigung
am Außenrand
des Winkelschaftes 1 führen
kann, dargestellt.
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4a bis 4d zeigen
einen Mitnehmerbolzen 18 in einem Winkelstück 14 gemäß der Erfindung
im Schnitt. Abgebildet sind mehrere Möglichkeiten zur Gestaltung
einer Geometrie des Mitnehmerbolzens, so dass die Kontaktfläche zum
Winkelschaft 1 und dessen Fläche 10 des Instrumentes
immer in einer flächigen
Kontaktstelle ausgebildet wird. Der Abstand 12 zwischen
dem Mittelpunkt der Fläche 10 und
dem äußeren Rand
beträgt
etwa 0,625 mm. Es ist deutlich erkennbar, dass die Kante des Mitnehmerbolzens 18 in
dem Winkelstück 14 leicht
gekrümmt
ist. Durch diese Krümmung
der Kante wird die gute Haltbarkeit und Stabilität des dentalen Instruments
erreicht, da diese Krümmung
ermöglicht, dass
sich der flächige
Kontakt winkelunabhängig ausbilden
kann. Es kommt immer zu einem flächigen Kontakt
ohne Linienberührung.
Dabei kann die Krümmung
der Kante an dem Mitnehmerbolzen 18 verschiedene Stärken der
Krümmung
aufweisen und gegebenenfalls Abschnitte aufweisen, die sogar gerade sind,
wie beispielsweise in 4d dargestellt.
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In 5a ist
eine unbelastete Verbindung des Winkelschafts 1 und des
Winkelstücks 14 mit
einem Mitnehmerbolzen 18 gemäß der Erfindung im Schnitt
dargestellt. Es ist eine erfindungsgemäße Ausführungsform gezeigt, bei der
eine flächige
Kraftübertragung
mit Hilfe eines konstanten Radius erfolgt. In 5b ist
die flächige
Berührung
dargestellt, die auf einem Kontakt zwischen der Fläche des
Winkelschaftes 1 und der Krümmung des Mitnehmerbolzens 18 unter
Torsionslast gebildet wird.