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Die vorliegende Erfindung betrifft ein chirurgisches Instrument mit angetriebenem, drehbar gelagertem Werkzeug jeweils gemäß dem Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 6.
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Hintergrund der Erfindung
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In der modernen minimal invasiven Chirurgie werden Instrumente beispielsweise zur spanabhebenden Bearbeitung von Knochen, Knorpeln etc., beispielsweise bei neurochirurgischen Eingriffen, in der Wirbelsäulenchirurgie und dergleichen Behandlungen verwendet, welche ein ergonomisch geformtes Handstück und ein ggf. austauschbares Werkzeug (z.B. ein Fräser, Drehmesser, Polierkopf, etc.) umfassen, das im Handstück drehbar sowie angetrieben gelagert ist. Als Werkzeugantrieb ist je nach Verwendungszweck und beabsichtigter Werkzeugdrehzahl ein hydraulischer, pneumatischer oder elektromotorischer Antrieb vorgesehen, der über einen Drehmoment-Übertragungszug (beispielsweise ein Getriebe und/oder eine Anzahl ggf. miteinander gekoppelter Wellen) innerhalb des Handstücks mit dem Werkzeug wirkverbunden ist. Die Antriebe können dabei im Handstück integriert sein oder sie sind als externe Antriebseinheiten ausgebildet, welche über Energieversorgungsleitungen mit dem Handstück gekoppelt sind.
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An den Handstücken sind an deren körperzugewandten (distalen) Enden rohrförmige Handstückschäfte angeschlossen/montiert, die je nach Einsatzzweck unterschiedliche Schaftlängen und – formen haben. So existieren beispielsweise gerade, bogenförmig gekrümmte oder vorzugsweise im Montagebereich mit dem Handstück gekröpfte (abgewinkelte) Handstückschäfte, in denen jedoch immer eine Drehmoment-Übertragungswelle oder – schaft gelagert ist. Diese Welle/Schaft muss starr (torsionssteif) genug sein, um das erforderliche Drehmoment an ein daran distal angeschlossenes / ausgebildetes Werkzeug übertragen zu können (d.h. die Welle muss eine ausreichende Torsionssteifigkeit besitzen), jedoch auch eine gewisse Biegeflexibilität aufweisen, um den Krümmungen eines Handstückschaft-Verlaufs auch bei einer drehenden Bewegung folgen zu können. Die Schwierigkeit besteht grundsätzlich darin, derartige biegeflexible Torsionswellen so in dem Handstückschaft zu lagern, dass auch bei kleinen Handstückschaft-Durchmessern und hohen Drehzahlen eine sichere und langlebige Funktion des chirurgischen Instruments insbesondere auch im Fall von langen Handstückschäften gewährleistet ist.
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Stand der Technik
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Beispielsweise aus der
EP 1 598 023 A2 ist ein chirurgisches Instrument dieser Gattung und insbesondere ein Handstück eines solchen chirurgischen Instruments bekannt.
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Dieses Handstück besteht aus einem hülsenförmigen Griffabschnitt, an dessen proximalem (körperabgewandtem) Ende ein Leitungspaket zur Energieversorgung anschließbar ist und an dessen distalem (körperzugewandtem) Ende ein Handstückschaft mittels einer Überwurfmutter aufgeschraubt ist. Der Handstückschaft hat eine äußere sowie innere Schafthülle, die auch zur Gleitführung einer darin eingeführten Torsionswelle dient. Die innere Schafthülle ist in Axialrichtung in mehrere Teilabschnitte unterteilt, zwischen denen jeweils ein Kugellager in die äußere Schafthülle eingesetzt ist, welche die Torsionswelle gegen die äußere Schafthülle abstützen. Am distalen Ende der Torsionswelle ist ein Werkzeug, vorzugsweise ein Fräskopf befestigt.
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Aus der
EP 1 598 023 A2 ist ferner zu entnehmen, dass die Torsionswelle über deren gesamte Wellenlänge im Wesentlichen einen konstanten Wellendurchmesser hat, der sich nur im distalen Endbereich etwas aufweitet, um Biegekräfte in Folge von Werkzeug-Scheideingriffskräften besser aufnehmen zu können.
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Grundsätzlich besteht jedoch die Notwendigkeit, möglichst dünne Handstückschäfte in sowohl gerader als auch gebogener Ausführung sowie in unterschiedlichen Längen zu bauen, um zum Einen eine bessere Sicht auf das Werkzeug zu bekommen und zum Anderen noch kleinere Zugänge realisieren zu können. Des Weiteren ist es erforderlich, dass das Instrument bzw. das Werkzeug in einem sogenannten High Speed Bereich also im Drehzahlbereich von 80.000–100.000 U/min betrieben werden kann.
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Bei den im Einsatz sich befindlichen Handstückschäften werden zur Lagerung der Werkzeugschäfte/Torsionswellen überwiegend Kugellager verwendet, wie sie auch aus der vorstehend genannten
EP 1 598 023 A2 bekannt sind. Die Durchmesser der Werkzeugschäfte liegen hierbei in einem Bereich von 1,2 bis 1,5mm. Aufgrund dieser geringen Durchmesser sind die verwirklichbaren Drehzahlbereiche, in denen die Werkzeuge sicher betrieben werden können, jedoch deutlich reduziert, d.h. beispielsweise auf einen Wertebereich um 24.000 U/min.
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Durch die überwiegende Verwendung von Kugellagern oder alternativ von Gleitlagern entstehen jedoch bei derart kleindurchmessrigen Werkzeugschäften erhebliche mechanische sowie thermische Probleme. Die Kugellager sind zwangsläufig sehr klein. Diese kleinen Kugellager können daher keine großen Kräfte aufnehmen und laufen auch sehr schnell heiß. Die Folgen sind sehr häufig Ausfälle durch Lagerverschleiß bzw. Überhitzung. Bei Verwendung von Gleitlagern ergeben sich ebenfalls sehr hohe Temperaturen im Betrieb, bzw. die Drehzahl ist stark eingeschränkt.
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Es besteht daher die grundsätzliche Möglichkeit die Lagerung des Werkzeugschafts dadurch zu verbessern, indem Rollenkörper anstelle von Kugeln verwendet werden, die direkt auf dem Werkzeugschaft und direkt auf der Innenseite des Handstückschafts laufen. Diese Rollenkörper werden in der Regel durch einen Käfig in ihrer Position gehalten. Wird nunmehr ein Werkzeugschaft mit einem Durchmesser von ca. 1,5mm verwendet, führt dies aufgrund der dadurch erlangten hohen (Biege-)Steifigkeit insbesondere bei den gebogenen/gekröpften Handstückschäften zu einer großen Walkarbeit und damit zu hohen Erwärmungen, was wiederum in einem schnellen Verschleiß resultiert. Die Standzeit eines solchen Instruments ist daher nicht akzeptabel.
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Wird im Gegensatz hierzu jedoch ein Werkzeugschaft mit beispielsweise nur 1,0mm verwendet, ist die (Biege-)Steifigkeit dadurch zwar geringer, aber die Ausgestaltung eines Werkzeugschaft – internen Formelements zur Übertragung des Drehmoments am distalen Schaftende, d.h. an der Werkzeugschaftkupplung für das austauschbare Kuppeln mit den Handgriff – internen Drehmoment-Übertragungszug wird erheblich eingeschränkt bzw. ggf. so schwach, dass es zu permanenten Defekten im Kupplungsbereich kommen kann.
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Angesichts dessen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein chirurgisches Instrument und insbesondere einen Werkzeugschaft für ein solches chirurgisches Instrument zu schaffen, das die Maßgaben an Biegeflexibilität und Torsionssteifigkeit ausreichend erfüllt, gleichzeitig jedoch verbesserte Lagerungseigenschaften besitzt. Ein besonderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Kupplungsmechanik zwischen Werkzeugschaft und Drehmoment-Übertragungszug Griffabschnitt trotz geringer Schaftdurchmesser so zu verbessern, dass ausreichend Drehmoment übertragbar ist, ohne den Schaft insbesondere im Kupplungsbereich überzubelasten.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch ein chirurgisches Instrument mir den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und/oder Weiterbildungen des Erfindungsgegenstands sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung gemäß einem ersten Aspekt betrifft demzufolge ein chirurgisches Instrument mit einem Handstück bestehend aus einem vorzugsweise handergonomischen Griffabschnitt und einem distal daran angeordneten Handstückschaft, in dem ein (fremd-)angetriebener Werkzeugschaft (Torsionswelle) an in Schaftlängsrichtung beabstandeten Lagerstellen drehbar gelagert oder lagerbar ist, an dessen distalem Ende sich ein Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme befindet. Der Werkzeugschaft ist in Längsabschnitten zwischen den Lagerstellen oder zumindest zwischen ausgewählten benachbarten Lagerstellen bezüglich der (des) Werkzeugschaft-Durchmesser(s) in den Lagerstellenbereichen jeweils mit kleinerem Durchmesser ausgeformt, wodurch sich zwischen den Lagerstellen axial sich erstreckende Schafteinschnürungen ergeben. Durch diese „dünneren“ Schaftabschnitte erhöht sich die Flexibilität des Schafts, wobei durch die „dickeren“ Lagerstellen die Montage größerer Wälzlager möglich ist, die demzufolge höhere Lasten/höhere Drehzahlen aushalten.
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Vorteilhaft ist es hierbei, wenn sich die Längsabschnitte mit gegenüber den Lagerstellen kleinerem Durchmesser jeweils über den gesamten Längsabstand zwischen den ausgewählten Lagerstellen vorzugsweise durchgehend erstrecken. Dadurch wird die maximale Flexibilität des Schafts erreicht. Auch ist es vorteilhaft, wenn an den Lagerstellen Wälzlager angeordnet sind, deren Wälzkörper vorzugsweise in Form von Nadeln oder Rollen, sich unmittelbar an dem Werkzeugschaft sowie dem Handstückschaft radial abstützen. Dadurch erhalten die Wälzkörper maximale Baugröße und können somit größere Kräfte in das Handstück ableiten.
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Ein anderer oder ergänzender Aspekt der Erfindung sieht vor, dass die Längserstreckung der distal letzten Lagerstelle unabhängig von den dort gelagerten Wälzkörpern größer ist, als die der übrigen Lagerstellen, welche hingegen an die Axialgröße der verwendeten Wälzkörper angepasst sind. Auf diese Weise kann der Werkzeugschaft in seinem distalen Bereich große Biegekräfte aufnehmen und an den Handstückschaft ableiten.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Werkzeugschaft-Durchmesser in den Lagerstellenbereichen gleich zueinander sind und vorzugsweise einen Wert von 1,4–1,6 mm und vorzugsweise 1,5 mm aufweisen, wohingegen die Schaftdurchmesser zwischen den Lagerstellenbereichen vorzugsweise ebenfalls gleich zueinander sind und weiter vorzugsweise einen Wert in einem Bereich von 0,8–1,3 mm aufweisen. Es können so baugleiche Lager verwendet werden, wodurch die Herstellungskosten verringerbar sind.
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Gemäß einen anderen Aspekt der Erfindung wird ein chirurgisches Instrument vorgeschlagen, zumindest mit einem Handstück bestehend aus einem (handergonomisch geformten) Griffabschnitt und einem distal daran angeordneten Handstückschaft, in dem ein angetriebener Werkzeugschaft an in Schaftlängsrichtung beabstandeten Lagerstellen drehbar gelagert oder lagerbar ist, an dessen distalem Ende sich ein Werkzeug oder eine Werkzeugaufnahme befindet und der an seinem proximalen Ende mit einem Drehmoment-Übertragungszug im Griffabschnitt gekoppelt oder koppelbar ist. Erfindungsgemäß weist der Werkzeugschaft an seinem proximalen Ende einen Kupplungsabschnitt auf, zumindest bestehend aus einem Längsbereich mit radialem Mehrkantprofil für eine Drehmomentübertragung in den Werkzeugschaft, einer axial sich daran anschließenden Hinterschneidung vorzugsweise in Form einer Umfangsnut für eine Axialkraftübertragung in den Werkzeugschaft und zumindest einem axial sich daran anschließenden Längsbereich in Dorn- oder Keilform für ein zwangsweises radiales Ausrichten des Werkzeugschafts bezüglich des Drehmoment-Übertragungszugs in vordefinierter Drehposition beim Kupplungsvorgang.
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Der Grundgedanke dieser Ausführung besteht darin, die Funktionsbereiche „Drehmomentübertragung“, „axiale Arretierung“ und „Ausrichtung“ der Kupplung axial längs des Werkzeugschafts und damit axial längs der Werkzeugschaftaufnahme zu beabstanden, um so in Radialrichtung maximalen Bauraum zur konstruktiven Umsetzung der einzelnen Funktionen zu erhalten.
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Demzufolge ist vorzugsweise auch eine solche Drehmoment-Übertragungszug – seitige Werkzeugschaftaufnahme vorgesehen, bestehend aus einer Innen-Mehrkant-Hülse (Innen-Vierkant) zur formschlüssigen Aufnahme des Werkzeugschaft-Längsbereichs mit radial äußerem Mehrkantprofil sowie einem axial hiervon beabstandeten, radial elastischen oder flexiblen Klemmstück zum formschlüssigen Hintergreifen der Werkzeugschaft – seitigen Hinterschneidung.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Klemmstück zwei radial einwärts federvorgespannte Klemmbacken hat, die ggf. auch zur Ausrichtung des Werkzeugschafts mit dessen Längsbereich in Dorn- oder Keilform zumindest beim Kuppelvorgang temporär in Eingriff bringbar sind, derart, dass sich der Längsbereich mit radial äußerem Mehrkantprofil zwangsläufig in die Innen-Mehrkant-Hülse einfügt. Auf diese Weise kann den Klemmbacken zwei Funktionen problemlos zugeordnet werden, wodurch sich die Baulänge des Griffabschnitts reduziert.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn die Werkzeugschaftaufnahme des Weiteren einen axial in Richtung hin zur Werkzeugachse vorgespannten Bolzen hat, der mit dem Längsbereich in Dorn- oder Keilform des Werkzeugschafts in Wirkeingriff bringbar ist und den Werkzeugschaft rotatorisch für ein Einpassen in die Mehrkant-Hülse auszurichten und ggf. auch in Axialrichtung gegen das Klemmstück zu drücken. Dadurch kann Axialspiel zwischen Hinterschneidung und Klemmbacken ausgeglichen werden. Außerdem kann der Bolzen die Funktion übernehmen, die Klemmbacken radial auseinander zu drücken, wenn kein Werkzeugschaft eingesetzt ist und bei Einführen des Werkzeugschafts die Klemmbacken für eine radiale Einwärtsbewegung freizugeben.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Werkzeugschaftaufnahme des Weiteren eine das Klemmstück radial umgreifende sowie in Axialrichtung verschiebbare Spannhülse (rohrstückförmiger Riegel) hat, die in einer ersten Axialposition ein radiales Aufweiten des Klemmstücks erlaubt und in einer zweiten Axialposition das Klemmstück radial einwärts drückt. Durch diese Hülse lässt sich die Kupplung arretieren und ein unbeabsichtigtes Auskuppeln des Werkzeugschafts vermeiden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Werkzeugschaftaufnahme über zumindest ein Lager, vorzugsweise ein Wälzlager drehbar am Griffabschnitt gelagert ist, das sich gegen die Innen-Mehrkant-Hülse abstützt. Dieses Lager verhindert so ein radiales Aufspreizen der Innen-Mehrkant-Hülse während der Drehmomentübertragung, ohne dass weitere zusätzliche Maßnahmen erforderlich wären.
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Ein anderer Aspekt der Erfindung sieht einen Werkzeugschaft für ein angetriebenes chirurgisches Instrument vor, mit einem distalen Kupplungsabschnitt für ein Ankuppeln an den Drehmoment-Übertragungszug des chirurgischen Instruments, einem proximalen Werkzeug oder einer proximalen Werkzeugaufnahme, sowie einer Anzahl von in Werkzeugschaft-Längsrichtung beabstandeter vordefinierter Lagerstellen mit großem Werkzeugschaft-Durchmesser. Erfindungsgemäß sind zwischen den Lagerstellen oder zwischen ausgewählten benachbarten Lagerstellen Werkzeugschaft-Längsabschnitte mit bezüglich der Lagerstellen kleinen Werkzeugschaft-Durchmessern ausgeformt. Dadurch wird die Biegeflexibilität des Schaft erhöht, sodass dieser für den Einsatz bei chirurgischen Instrumenten mit gebogenem oder gekröpftem Handgriffschaft tauglich ist.
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Ein weiterer ggf. unabhängiger Aspekt der Erfindung sieht vor, dass im Fall einer proximalen Werkzeugaufnahme am Werkzeugschaft diese einen Aufbau haben kann, wie sie anhand der Werkzeugschaftaufnahme gemäß vorstehender Beschreibung definiert ist, wobei dann das Werkzeug aus einem spanabhebenden Eingriffsabschnitt (z.B ein Fräskopf) und einem (kurzen, vorzugsweise immer gleich langen, standardisierten) Schaft mit Kupplungsabschnitt gemäß vorstehender Definition besteht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert.
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1 zeigt einen Werkzeugschaft zur Verwendung in einem chirurgischen Instrument der angetriebenen Bauart gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
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2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines proximalen (körperabgewandten) Endabschnitts des Werkzeugschafts gemäß der 1 in Form eines Kupplungsstücks
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3 zeigt einen distalen Teilabschnitt des erfindungsgemäßen Werkzeugschafts eingebaut in einem Handstückschaft eines Instrumenten-Handstücks,
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4 zeigt im Längsschnitt eine Handstück seitige Werkzeugschaft-Aufnahme als Kupplungsgegenstück für den Werkzeugschaft, in welcher das Kupplungsstück des Werkzeugschafts bereits eingesetzt/eingekuppelt ist,
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5 zeigt im Längsschnitt die Handstück seitige Werkzeugschaft-Aufnahme als Kupplungsgegenstück für den Werkzeugschaft, in welcher das Kupplungsstück des Werkzeugschafts ausgekuppelt ist und
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6 zeigt den generellen Aufbau eines chirurgischen Instruments gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Das in der 6 schematisch dargestellte chirurgische Instrument gemäß der vorliegenden Erfindung hat ein Handstück 1 umfassend einen handergonomisch geformten Griffabschnitt 2 und einen Handstückschaft 4, der vorliegend mittels einer Überwurfmutter oder einem ringförmigen Bajonettverschluss 6 am distalen Ende des Griffabschnitts 2 montiert ist. Am proximalen Ende des Griffabschnitts 2 kann eine Versorgungsleitung (nicht dargestellt) für einen im Griffabschnitt 2 untergebrachten oder daran angesetzten Antrieb oder zur Zufuhr eines Energiemediums wie beispielsweise ein hydraulischer- oder pneumatischer Druck angeschlossen oder anschließbar sein. Alternativ hierzu kann am proximalen Ende des Griffabschnitts 2 ein Antrieb, beispielsweise ein Elektromotor (eine Motorpatrone, ebenfalls nicht gezeigt) angeschlossen sein.
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Im Griffabschnitt 2 ist ein Drehmoment-Übertragungszug (nicht weiter dargestellt) untergebracht, über den eine vorzugsweise im Griffabschnitt 2 erzeugte mechanische Antriebskraft auf einen im Handstückschaft 4 drehbar gelagerten Werkzeugschaft 8 (Welle) übertragbar ist. Hierfür endet der Drehmoment-Übertragungszug in einer Werkzeugschaft-Aufnahme (wird nachfolgend anhand der 4 noch näher beschrieben), in die der Werkzeugschaft 8 auswechselbar eingesetzt und darin verankert werden kann. Schließlich ist am distale Ende des Werkzeugschafts 8 ein Werkzeug 10 vorgesehen, das am distalen Ende des Handstückschafts 4 aus diesem axial vorragt.
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Gemäß der 6 ist der Handstückschaft 4 gerade ausgebildet. Er kann aber auch eine (kontinuierliche) Längskrümmung oder eine Abkröpfung (Knickstelle) insbesondere im Montagebereich zum Griffabschnitt 2 aufweisen. Auch kann er in Abhängigkeit seines Einsatzzwecks unterschiedliche Längen aufweisen, wofür die Schäfte austauschbar, bzw. wechselbar montiert sind.
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Der in der 1 dargestellte Werkzeugschaft 8 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht im Wesentlichen aus
- – einem proximalen Kupplungsstück/-abschnitt 12 zur wahlweisen/auswechselbaren Kupplung mit dem Drehmoment-Übertragungszug des chirurgischen Instruments (untergebracht in dessen Griffabschnitt),
- – einem mittigen Teillängenabschnitt 14 mit einer Anzahl von vorzugsweise gleichmäßig längsbeabstandeten Lagerstellen 16 zur drehbaren Lagerung des Werkzeugschafts 8 in dem Instrumenten-/Handstückschaft 4 und
- – einem distalen Werkzeugabschnitt 18, an dessen distalem Ende das (rotierende) Werkzeug 10 mit einem spanabhebenden Eingriffsmittel 20, beispielsweise ein Fräskopf, eine Rotationsmesser, ein Polierkopf oder dergleichen ausgebildet, befestigt oder austauschbar eingesetzt ist.
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Der mittlere Teillängenabschnitt 14 des erfindungsgemäßen Werkzeugschafts 8 zwischen dem proximalen Kupplungsabschnitt 12 und dem distalen Werkzeug / Werkzeugaufnahme 18 hat, wie vorstehend bereits angedeutet wurde, eine Anzahl von stoffeinstückig daran ausgeformten, axial gleichmäßig beabstandeten Lagerstellen 16 in Form von radialen Vorsprüngen/Verdickungen, welche sich durch einen großen Schaftdurchmesser von vorzugsweise zwischen 1,4–1,6 mm insbesondere 1,5 mm auszeichnen (vorzugsweise sind die Werkzeugschaft-Durchmesser für alle Lagerstellen gleich) und welche bezüglich ihrer jeweiligen Längserstreckung Wälzkörpern von daran sich abstützenden Wälzlagern (gemäß nachfolgender Beschreibung) angepasst sind, wie dies in der 3 gezeigt ist. Die Lagerstellen 16 gehen an ihren jeweiligen Längsenden im Wesentlichen konus- oder kreisbogenförmig in Zwischenlängsabschnitte 22 über mit jeweils einem zu den Lagerstellen 16 verkleinerten/eingeschnürten Durchmesser (vorzugsweise sind die Werkzeugschaft-Durchmesser im Bereich der Zwischenlängsabschnitte 22 alle gleich). Diese weisen gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen vorzugsweise über jeweils die gesamte Länge der jeweiligen Zwischenlängsabschnitte 22 kontinuierlichen Durchmesser von zwischen 0,8–1,3 mm auf. Vorzugsweise ist der Werkzeugschaft 8 zumindest an den Lagerstellen 16 oberflächengehärtet, sodass Wälzkörper unmittelbar auf dem Werkzeugschaft 8 (ohne zusätzlichen Innenring) abwälzen können.
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Durch die beschriebenen Einschnürungen zwischen den Lagerstellen 16 erhält der Werkzeugschaft 8 eine gewisse vorbestimmte Biegeflexibilität, die seinen Einsatz auch bei gebogenen Handstückschäften 4 erlaubt. Diese Flexibilität wird nicht oder nur geringfügig durch die Lagerstellen 16 mit großem Durchmesser beeinträchtigt. Die Lagerstellen 16 hingegen weisen jeweils einen Durchmesser auf, der geeignet ist, so große Wälzlager aufzuziehen, die bei der geplanten Drehzahl (bis zu 100.000U/min) des Werkzeugschafts 8 nicht vorschnell verschleißen und auch ausreichend Kräfte an den Handstückschaft 4 abgeben können.
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Um diesen Effekt zu steigern ist es gemäß der 3 vorgesehen, die Wälzkörper 24 (vorliegend in Form von Rollen oder Nadeln) der jeweiligen Wälzlager unmittelbar auf dem Werkzeugschaft 8 an den Lagerstellen 16 und dem Hanstückschaft 4 abwälzen zu lassen (ohne Innen- und Außenring). Dadurch können die Wälzkörper 24 maximale Größe erhalten. Gleichzeitig wird eine gute Kraftübertragung/Abstützung/Führung von den Wälzkörpern 24 in den Handstückschaft 4 erreicht.
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Der das Werkzeug / die Werkzeugaufnahme 20 ausbildende distale Endabschnitt 18 des Werkzeugschafts 8 hat gemäß der 1 im Wesentlichen den gleichen Durchmesser wie die Lagerstellen 16, weist jedoch eine gegenüber den Lagerstellen 16 deutlich größere Längserstreckung unabhängig von dem dort angeordneten (distal letzten) Wälzlager (siehe 3) auf. Dadurch kann der Werkzeugschaft 8 in diesem distalen Abschnitt große Biegekräfte aufnehmen und in den Handstückschaft 4 einleiten, welche durch die Werkzeugaufstandskraft sowie Schnittkräfte am Werkzeug-Eingriffsmittel 10 entstehen.
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Der proximale Kupplungsabschnitt 12 des Werkzeugschafts 8 gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung muss so ausgebildet sein, dass er die Kupplungsfunktionen
- – Drehmomentübertragung,
- – Axiale temporäre Fixierung sowie
- – Einfaches Einsetzen in die Drehmoment-Übertragungszug-Aufnahme
sicher ausführen kann. Dabei sollen die übertragbaren Drehmomente möglichst hoch sein, ohne dass der Kupplungsabschnitt 12 vorschnell verschleißt.
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Prinzipiell ist es beim Werkzeugschaft 8 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehen, den Kupplungsabschnitt 12 in Funktionsbereiche gemäß vorstehender Definition zu unterteilen, welche jeweils axial beabstandet sind. Auf diese Weise steht jedem Funktionsbereich zur Erfüllung seiner zugedachten Funktion ein maximaler Bauraum in Radialrichtung zur Verfügung.
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Im Konkreten hat der Kupplungsabschnitt 12 gemäß der 2 einen Drehmomentübertragungsbereich 26 mit einem Außendurchmesser, der in etwa dem der Lagerstellen 16 entspricht, also großdurchmesserig ist. In diesem Bereich 26 ist der Kupplungsabschnitt mit zumindest einer Außennut, a-symmetrisch oder mit einem Mehrkantprofil (z.B. 4-Kantprofil) ausgebildet, wodurch mit der Werkzeugschaftaufnahme 36 des Drehmoment-Übertragungszugs ein in Umfangsrichtung (rotorisch) wirkender Formschluss mit maximalem effektiven Hebelarm herstellbar ist.
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Im axialen Anschluss an den Drehmomentübertragungsbereich 26 hat der Kupplungsabschnitt 12 einen Axialarretierbereich 28 im wesentlichen bestehend aus einer (umlaufenden) Eindrehung/Haltenut bzw. einer axial wirkenden Hinterschneidung 30. Das proximale Ende des Werkzeugschafts 8 wird schließlich durch einen Zentrier- bzw. Ausrichtbereich 32 gebildet, bestehend aus einer Dorn- oder Keilform aus vorzugsweise zwei planen Flächen 34, die nach Art eines Spreizkeils zu einer scharfen Kante am proximalen Ende des Werkzeugschafts 8 spitzwinklig zusammenlaufen.
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Die Funktionsweise des Kupplungsabschnitts 12 des Werkzeugschafts 8 wird nachfolgend anhand der 4 deutlich, in welcher das Handstück 1 mit einem Teil des Drehmoment-Übertragungszugs und der Werkzeugschaftaufnahme 36 dargestellt ist, in welcher der Kupplungsabschnitt 12 bereits eingesetzt ist.
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Die Werkzeugschaftaufnahme 36 besteht demzufolge aus einer zentralen Welle 38, die in eine zumindest abschnittsweise hohle Abtriebswelle 40 des Drehmoment-Übertragungszugs eingeführt und über einen Querstift oder Splint 42 dreh- sowie verschiebefest mit der Abtriebswelle 40 verbunden ist. Die zentrale Welle 38 ist dabei über ein erstes proximales Wälzlager 44 am Handstück 1 bzw. am Handstückschaft 4 abgestützt.
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Am distalen Ende der zentralen Welle 38 ist eine Art Aufnahmehülse 46 ausgeformt, welche eine innere Mehrkantform (z.B. 4-Kantform) 48 hat und damit formschlüssig mit dem Drehmomentübertragungsbereich 26 des Werkzeugschafts 8 in Eingriff bringbar ist. Diese Aufnahmehülse 46 ist im Axialbereich der Mehrkantform von einem zweiten distalen Wälzlager 50 umgeben, das sich ebenfalls gegen das Handstück 1 bzw. den Handstückschaft 4 radial abstützt und somit gleichzeitig auch ein radiales Aufweiten der Aufnahmehülse 46 verhindert.
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Im axial unmittelbaren Anschluss an die Aufnahmehülse 46 mündet diese in einen Klemmabschnitt 52 an der zentralen Welle 38. In diesem Bereich ist die noch immer hülsenförmige zentrale Welle 38 mit zumindest zwei Längsschlitzen 54 versehen, wobei in diesen Hülsenabschnitt 52 ein federelastisches, beispielsweise U-förmiges Klemmmittel 56 mit zwei diametralen Klemmbacken oder Schenkeln 58 eingesetzt ist, welche von Innen aus der Hülse 52 radial durch die Längsschlitze 54 ragen. Das Klemmmittel 56 ist dabei so ausgerichtet, dass die Schenkel 58 in Richtung hin zur Aufnahmehülse 46 weisen.
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Der hülsenförmige Klemmabschnitt 52 wird von einem rohrstückförmigen Riegel 60 (Spannhülse) umgeben, der axial gleitfähig an der zentralen Welle 38 gelagert ist und mittels einer Druckfeder 62 in Richtung hin zur Aufnahmehülse 46 vorgespannt ist. Demzufolge kann der Riegel 60 entgegen der Feder 62 in eine erste Position verschoben werden, in welcher die Schenkel 58 des Klemmmittels 56 radial durch die Längsschlitze 54 hindurch nach Außen bewegbar sind und in eine zweite Position durch die Federwirkung bewegt werden, in welcher der rohrstückförmige Riegel 60 die Schenkel 58 des Klemmmittels 56 radial nach innen drückt und dort verriegelt. Zwischen den Schenkeln 58 des Klemmmittels 56 ist ein axial verschiebbarer Bolzen (Nachfahrelement) 64 gelagert, der ebenfalls mittels einer Druckfeder 66 in Richtung hin zur Aufnahmehülse 46 vorgespannt ist. Der Bolzen 64 hat an seiner dem Werkzeugschaft 8 zugewandten Stirnseite eine axiale Einkerbung, deren Form der Dorn- oder Keilform 32 des Werkzeugschafts 8 als Negativ entspricht.
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Um den Werkzeugschaft 8 in die Werkzeugschaftaufnahme 36 einzusetzen, wird der Kupplungsabschnitt 12 mit dem Keilbereich 32 voraus durch die Aufnahmehülse 46 hindurch in den hülsenförmigen Klemmabschnitt 52 der zentralen Welle 38 vorgeschoben, wobei die Keilform die beiden Schenkel 58 des Klemmmittels 56 radial aufweitet. Dabei wird auch gleichzeitig der Werkzeugschaft 8 in einer entsprechenden Drehposition zu den Schenkeln 58 vorpositioniert, in der die Keilflächen 34 den Schenkeln 58 radial zugewandt sind. Gleichzeitig hintergreifen die beiden Schenkel 58 federelastisch die Hinterschneidung 30 im Axialarretierbereich 28 des Werkzeugschafts 8, wofür die Schenkel 58 an ihren freien Enden mit vorzugsweise wulstförmigen, nach innen ragenden Vorsprüngen 68 ausgebildet sind. In diesem Augenblick trifft das proximale Ende des Werkzeugschafts 8 auf den inneren Bolzen 64 und verschiebt diesen axial entgegen der Druckfeder 66. Dabei dringt die Keilform des Werkzeugschafts 8 in die axiale Einkerbung am Bolzen 64 ein, und wird dabei rotatorisch (end-)ausgerichtet. In dieser endgültig ausgerichteten Drehposition kann der 4-kantige Drehmoment-Übertragungsbereich 26 des Werkzeugschafts 8 verklemmfrei in die 4-kantige Aufnahmehülse 46, 48 eingeführt werden.
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Abschließend bewegt sich der rohrförmige Riegel 60 durch die Federkraft in Richtung hin zur Aufnahmehülse 46 und umgreift dabei die Schenkel 58 des Klemmmittels 56, die damit gegen den Werkzeugschaft 8 weiter nach innen gedrückt bzw. gehalten werden. Eventuelles Axialspiel zwischen der Hinterschneidung 30 am Werkzeugschaft 8 und den Schenkeln 58 kann zusätzlich durch den zentralen Bolzen 64 ausgeglichen werden, der die Hinterschneidung 30 axial gegen den Wulst 68 auf Seiten der Schenkel 58 drückt.
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In der 5 ist die Werkzeugschaftaufnahme 36 ohne den Werkzeugschaft 8 abgebildet.
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Um nämlich den Werkzeugschaft 8 aus der Aufnahme 36 entnehmen zu können, muss der Riegel 60 entgegen der Druckfeder 62 gemäß der 5 nach rechts in seine Freigabeposition axialverschoben werden. In dieser Position können die Vorsprünge/Verriegelungselemente 68 radial nach außen ausweichen. Wird nunmehr der Werkzeugschaft 8 aus der Werkzeugschaftaufnahme 36 (gemäß der 5 nach links) zurückgezogen, folgt der Bolzen (Nachlaufelement) 64 dieser Axialbewegung infolge seiner Federvorspannung und unterfährt dabei unterstützend die Vorsprünge/Verriegelungselemente 68 und hält diese auf Radialabstand zueinander. Der rohrförmige Riegel 60 kann nun die Vorsprünge/Verriegelungselemente 68 nicht mehr übergreifen und diese radial nach innen drücken. Er wird somit quasi selbsttätig in seiner Freigabeposition gehalten, bis erneut ein Werkzeugschaft in die Aufnahme 36 eingesteckt wird und den Bolzen 64 entgegen seiner Federvorspannung gemäß der 5 nach rechts verschiebt und somit ein radiales Einrücken der Vorsprünge/Verriegelungselemente 68 ermöglicht.
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Wie abschließend aus der 4 zu entnehmen ist, befindet sich im Bereich des rohrförmigen Riegels 60 an der Außenseite des Handstücks 1 ein senkrecht zur Welle 38 ausgerichteter Drehknopf 70 mit einem axial sowie exzentrisch daran angeformten, stirnseitigen Eingriffsfinger 72, der mit dem Riegel 60 an dessen äußerer Mantelseite in Wirkeingriff steht. Wird somit der Drehknopf 70 gedreht, bewirkt der dezentrale stirnseitige Eingriffsfinger 72 eine axiale Verschiebung der Riegels 60. Auf diese Weise können die Schenkel 58 des Klemmmittels 56 radial freigegeben werden, sodass der Werkzeugschaft 8 entgegen der klemmenden Federwirkung der Schenkel 58 ohne großen Kraftaufwand aus der Aufnahmehülse 46 gezogen werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1598023 A2 [0004, 0006, 0008]
