DE29716551U1 - Clamping device for end mills in medical and general foot care and in the dental field with secure tool fixation up to a speed range of 50,000 rpm - Google Patents

Description

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Titel:Title:

Spannvorrichtung für Schaftfräser für den Einsatz im Dentalbereich und in der medizinischen und allgemeinen Fußpflege mit sicherer Werkzeugfixierung bis zu einem Drehzahlbereich von 50.000 U/minClamping device for end mills for use in the dental field and in medical and general foot care with secure tool fixation up to a speed range of 50,000 rpm

Stand der Technik:State of the art:

Im Laufe der Zeit wurden die unterschiedlichsten Konstruktionen für das Spannen von rotierenden Werkzeugen ersonnen. Den meisten Konstruktionen gemeinsam ist, daß die sichere Fixierung des zu spannenden Werkzeuges mittels Hilfswerkwerkzeugen wie zum Beispiel Schraubenschlüssel, Ring-, Haken-Schlüssel erfolgt. Später setzten sich Konstruktionen durch bei denen eine entsprechende Federanordnung für den Halt der Werkzeuge sorgte. Allen diesen Konstruktionen ist gemeinsam, daß relativ große Kräfte für den Spannvorgang vom Anwender aufzubringen sind.Over time, a wide variety of designs have been devised for clamping rotating tools. What most designs have in common is that the tool to be clamped is securely fixed using auxiliary tools such as wrenches, ring spanners and hook wrenches. Later, designs prevailed in which a corresponding spring arrangement ensured that the tools were held in place. What all of these designs have in common is that the user has to apply relatively large forces for the clamping process.

Durch ein ausgewogenes Verhältnis der Klemmwirkung am zu spannenden Werkzeug und dem vom Anwender zur Spannung erforderlichen Kraftaufwand ist es schließlich gelungen Spannvorrichtungen zu schaffen, die im trocken Zustand der Handstücke durchaus befriedigende Ergebnisse brachten. Problematisch wurde die Handhabung immer dann, wenn ein Werkzeugwechsel mit nassen oder durch Creme benetzten Händen durchzuführen war. Durch die Gleitwirkung der Feuchtigkeit und Cremen war wieder überproportionaler Kraftaufwand vom Anwender erforderlich.By achieving a balanced relationship between the clamping effect on the tool to be clamped and the amount of force required by the user to clamp it, it was finally possible to create clamping devices that produced completely satisfactory results when the handpieces were dry. Handling was always problematic when a tool change had to be carried out with wet hands or hands covered in cream. The lubricating effect of the moisture and cream meant that the user had to exert disproportionate amounts of force.

Schließlich wurden Spannvorrichtungen ersonnen, die das Prinzip des abgewandelten Freilaufes verwenden. Dabei wird das zu klemmende Werkzeug von wenigstens 3 Rollen umgeben die ihrerseits in einem Zylinder stecken, dessen kreisrunder Querschnitt durch Vertiefungen erweitert ist in denen sich die Rollen im ungespannten Zustand frei bewegen können (siehe Figur 1). Wenn sich das zu spannende Werkzeug in einer Art Spannzange befindet die bei Abforderung eines Drehmomentes die Rollen in den kleiner werdenden Durchmesserbereich zwingt, dann entsteht am Werkzeug eine Klemmwirkung die umso größer ist als das Drehmoment durch die Belastung desFinally, clamping devices were devised that use the principle of the modified freewheel. The tool to be clamped is surrounded by at least 3 rollers, which in turn are inserted into a cylinder, the circular cross-section of which is expanded by recesses in which the rollers can move freely when not clamped (see Figure 1). If the tool to be clamped is in a type of collet that forces the rollers into the decreasing diameter range when a torque is required, then a clamping effect is created on the tool that is greater than the torque caused by the load on the

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Werkzeuges zunimmt. Dieses Prinzip ist richtungsunabhängig und kann somit für links- und rechtsdrehende Werkzeuge gleichermaßen verwendet werden.tool increases. This principle is independent of direction and can therefore be used equally for left- and right-turning tools.

Schwierig ist es eine Art Spannzange zu schaffen die einerseits eine leichte (kraftarme) Einführung des Werkzeuges in die Spannvorrichtung ermöglicht und die anderseits über genügend Grundspannkraft verfügt, die Rollen in die Klemmposition zu zwingen. Ein ausgewogener Kompromiß für die Gestaltung der Spannzange kann für einen Drehzahlbereich bis zu 15.000 bis 20.000 U/min gefunden werden.It is difficult to create a type of collet that, on the one hand, allows the tool to be inserted easily (with little force) into the clamping device and, on the other hand, has enough basic clamping force to force the rollers into the clamping position. A balanced compromise for the design of the collet can be found for a speed range of up to 15,000 to 20,000 rpm.

Problem: Issue :

Der im Schutzanspruch angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die es verhindert, daß bei auftretenden Fliehkräften in einem Drehzahlbereich über 20.000 U/min sich die Backen der Spannzange öffnen, es zu keinem Kraftschluß zwischen dem zu spannenden Werkzeug und den Spannrollen kommt, sich die Spannrollen durch die Fliehkraft sich hin zu den größten Durchmesser bewegen und damit eine Spannung nicht mehr möglich ist.The invention specified in the protection claim is based on the problem of creating an arrangement which prevents the jaws of the collet from opening when centrifugal forces occur in a speed range of over 20,000 rpm, there is no frictional connection between the tool to be clamped and the tension rollers, the tension rollers move towards the largest diameter due to the centrifugal force and thus tension is no longer possible.

Lösung:Solution:

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch aufgeführten Merkmalen gelöst.This problem is solved with the features listed in the protection claim.

Erreichte Vorteile:Benefits achieved:

Mit der Erfindung wird erreicht, daß der Spannzange nicht mehr die Funktion Grundspannung zugeordnet wird, sondern daß diese lediglich als Abstandshalter für die Spannrollen dient. Damit kann dieses Teil als leichtgewichtiges Kunststoffteil ausgeführt werden. Die auf etwa ein Fünfundzwanzigstel reduzierte Masse führt zu derartig verminderten Fliehkräften, daß eine sicher Spannwirkung bis zu einer Drehzahl von weit über 50.000 ü/min gewährleistet ist.The invention means that the collet is no longer assigned the function of basic clamping, but rather serves only as a spacer for the tension rollers. This means that this part can be made as a lightweight plastic part. The mass, which has been reduced to around one twenty-fifth, leads to such reduced centrifugal forces that a reliable clamping effect is guaranteed up to a speed of well over 50,000 rpm.

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Beschreibung eines Ausführuncrsbeispieles:Description of an implementation example:

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand Figur 1 bis 3 erläutert. Es zeigen:An embodiment is explained using Figures 1 to 3. They show:

Figur 1 den Querschnitt durch eine Spannzangenkonstruktion herkömmlicher BauartFigure 1 shows the cross section through a collet construction of conventional design

Figur 2 die real ausgeführte Spannzange gemäß der beschriebenen ProblemlösungFigure 2 the actual collet according to the described problem solution

Figur 3 den real ausgeführten Federring zur Erreichung der SchutzansprücheFigure 3 shows the actual spring ring to achieve the protection claims

In den Figuren ist eine Spannzange herkömmlich Bauart dargestellt. Der Fräserschaft (3) ist umgeben von drei Spannrollen (2), die ihrerseits im Spannzylinder mit drei um 120° versetzten Vertiefungen zur Aufnahme der Spannrollen eingeschoben sind (1). Die Krafteinwirkung durch die Grundspannung der Spannzange (4) ist durch die entsprechende Kraftlinie gezeigt. Die durch die Rotation entstehende Fliehkraft ist durch den Pfeil (6) angedeutet. Solang die durch die Grundspannung der Spannzange erzeugte Kraft größer ist als die Fliehkraft werden durch Reibung zwischen Fräserschaft und Spannzange die Rollen an die Klemmpunkte (5) gezwungen, es entsteht eine Klemmwirkung die umso höher ist je gößer das am Fräser abverlangte Drehmoment ist. Sobald die Kraft der Grundspannung und der entgegengerichtetet Fliehkraft gleich werden öffnet die Spannzange, zwischen ihr und dem Fräserschaft besteht kein Kraftschluß mehr und die Spannrollen können nicht in die Spannposition gebracht werden. Ein Federring mit entsprechender Dimensionierung und geeigneter Vorspannung wird in die umlaufende Nut der Spannzange (8) eingebracht. Durch die Zwangsführung des Federringes in der Nut wird verhindert, daß die Spannzange in sich zusammenfällt und ein einführen des Fräsers nicht mehr möglich ist. Schließlich wird der Federring im ungespannten (9) sowie im gespannten Zustand (10) sowie die Richtung der Federkraft (11) und der daraus resultierenden Kraft auf die Spannzange (12) dargestellt. The figures show a collet of conventional design. The cutter shaft (3) is surrounded by three tension rollers (2), which in turn are inserted into the clamping cylinder with three recesses offset by 120° to accommodate the tension rollers (1). The force exerted by the basic tension of the collet (4) is shown by the corresponding force line. The centrifugal force created by the rotation is indicated by the arrow (6). As long as the force generated by the basic tension of the collet is greater than the centrifugal force, the rollers are forced to the clamping points (5) by friction between the cutter shaft and the collet, creating a clamping effect that is greater the greater the torque required of the cutter. As soon as the force of the basic tension and the opposing centrifugal force become equal, the collet opens, there is no longer any force connection between it and the cutter shaft and the tension rollers cannot be brought into the clamping position. A spring ring with appropriate dimensions and suitable preload is inserted into the circumferential groove of the collet (8). The forced guidance of the spring ring in the groove prevents the collet from collapsing and the milling cutter from being inserted. Finally, the spring ring is shown in the unclamped (9) and clamped state (10), as well as the direction of the spring force (11) and the resulting force on the collet (12).

Claims (1)

US/MS3/1US/MS3/1 Schutzansorüche:Protection requirements: Spannvorrichtung für Schaftfräser in Handstücken für den Einsatz im Dentalbereich und in der medizinischen und allgemeinen FußpflegeClamping device for end mills in handpieces for use in the dental field and in medical and general foot care dadurch gekennzeichnet,characterized, daß das Spannprinzip sichere Werkzeugfixierung bis zu einem Drehzahlbereich von 50.000 U/min gewährleistet durch die Verwendung eines gewichtsreduzierten Kunststoffteils in der Spannzange und eines zusätzlichen Federringes zur Aufbringung der erforderlichen Grundspannkraft.that the clamping principle ensures secure tool fixation up to a speed range of 50,000 rpm through the use of a weight-reduced plastic part in the collet and an additional spring ring to apply the required basic clamping force.