CH636000A5 - Head for dental angle pieces or for a straight handpiece - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft den Kopf eines zahnärztlichen Winkelstückes oder eines geraden Handstückes, in dessen Bohrwelle zur Aufnahme des Werkzeugschaftes eine werk-zeugseitig angeordnete Führungsbohrung für diesen Schaft vorgesehen ist und die Halterung des Werkzeugschaftes durch eine dahinterliegende federbelastete Spannzange erfolgt. Für die Betätigung des Spannmechanismus wird eine von Hand ohne Hilfswerkzeuge zu bedienende, in den Kopf eingebaute Vorrichtung beschrieben.

Für die in der Zahnarztpraxis vorkommenden Präparationsarbeiten an Zähnen sind Bohr- und Schleifwerkzeuge bekannt, die in die Triebwellen von Winkelstücken eingeführt und dort durch geeignete Arretiervorrichtungen festgelegt und auch wieder freigegeben werden können. Die Formen der Werkzeugschäfte sind üblicherweise entweder durchgehend glatt zylindrisch oder am hinteren Ende des Zylinders mit einer Mitnehmerfläche und im Bereich dieser Fläche mit einer Ringnut versehen. Für die heute bekannten hoch- und höchsttourigen Antriebe speziell in Form von Winkelstückköpfen, deren Wellen bis zu 500 000 T/min drehen, ist allerdings praktisch nur noch der glatte, zylindrische Werkzeugschaft im Einsatz, dessen Halterung und Mitnahme in der Bohrwelle entweder in Klemmfuttern erfolgt oder durch Spannzangen bewirkt wird. Klemmfutter sind Federelemente, welche gegen den Schaftdurchmesser des Werkzeuges konzentrisch nach innen vorgespannt sind und deren Federung durch Einschieben des Werkzeugschaftes überwunden werden muss und sodann die Haltekraft gegen Verschiebung und Verdrehung des Schaftes innerhalb der Welle ergibt. Klemmfutter dieser Art wurden bereits aus plastisch verformbaren Werkstoffen ebenso hergestellt wie aus federnden Metallzungen verschiedenster Bauart, haben aber allesamt den grossen Nachteil, dass zum Ein- und Ausschieben der Werkzeuge ein Kraftaufwand erforderlich ist, der nur mit Hilfe eines zusätzlichen Werkzeuges aufgebracht werden kann. Ausserdem ist die Haltekraft solcher Klemmfutter durch die möglichen Ein- und Ausschubkräfte beschränkt und wird überdies durch die Wirkung der Fliehkräfte teilweise aufgehoben. Ein weiterer Mangel ist darin zu sehen, dass diese Futter relativ schnell abgenützt werden und dadurch an Spannkraft verlieren, was zu häufigem Wechsel dieser Federeinsätze zwingt. Schliesslich ist es auch ein Nachteil, dass die Einschubkräfte gegen die Werkzeugbohrköpfe angewendet werden müssen und diese in der Regel sehr zarten Bohrerformen leicht beschädigt oder verbogen werden können. Es wurde daher vorgeschlagen, Spannzangen anzuwenden, wie im Maschinenbau allgemein bekannt und in der Art wirksam, dass deren geschlitzte Enden mit Aussenkonen versehen sind, die axial gegen Innenkonen der Welle gepresst und dadurch in Schliessstellung gebracht werden. Der Spannvorgang wird dabei durch eine Schraubbewegung der Zange selbst oder eines auf diese wirkenden Druckstückes erzielt und es kann je nach Ausbildung der Spannkegel die Zange sowohl in Schliessstellung gezogen als auch geschoben werden. In jeweils umgekehrter Schraubrichtung ist die Spannzange dann wieder zu lösen. Spannzangen dieser Art haben aber den Nachteil, dass zu ihrer Betätigung- sei es Spannen oder Entspannen-jeweils zwei Manipulationen erforderlich sind, die nur mit Hilfswerkzeugen durchführbar sind; es muss zunächst die Bohrwelle blockiert werden und dann ist erst die Schraubbewegung auszuführen. Für beide Vorgänge muss ausserdem in Um-fangsrichtung der Bohrwelle jene Position gefunden werden, welche für den Angriff des Arretierwerkzeuges wie auch des Schraubwerkzeuges erforderlich ist, gleichgültig, ob diese Werkzeuge in Schlitze, Bohrungen oder Mehrkante eingreifen. Bedingt durch die Kleinheit der Teile - Bohrwellen von zahnärztlichen Winkelstücken haben etwa 3 mm 0 bei 12 mm Länge - sind ausserdem die Angriffsstellen der Schraubwerkzeuge stark dem Verschleiss ausgesetzt und derselbe Verschleiss kann auch an den Spannzangen selbst auftreten, wenn die vom Anwender zu dosierenden Schraubkräfte überhöht werden. Da die Spannkegel derartiger

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Spannzangen im Bereich der vorderen Mündung der Bohrr welle liegen, kommt es bei zu starkem Zuspannen der Zange und durch die zusätzlichen hohen Unwuchtbelastungen aus nicht einwandfrei zentrischen Werkzeugen häufig zu Verformungen der Bohrwelle im Sinne einer polygonalen Defor-mierung analog der Schlitzteilung der betreffenden Spannzange. Solche Verformungen wirken dann auf die im Frontbereich der Bohrwelle angeordneten Kugellager ein und haben erfahrungsgemäss den vorzeitigen Ausfall solcher Lager zur Folge, auch wenn die Verformung im Grössenbereich von ^m liegt. Ein weiterer Nachteil geschraubter Spannzangen ist schliesslich darin zu sehen, dass sie sich nur bei Belastung gegen die Schraubrichtung selbsttätig festziehen, bei umgekehrter Drehrichtung jedoch die Tendenz zur Lösung des Spannzustandes zeigen. Den Mangel der drehrichtungs-bezogenen Einseitigkeit zeigt auch ein Spannfutter in Form einer Schraubenfeder, welches den Werkzeugschaft mit geringer Friktion umfasst und bei Belastung des Schaftes im Sinne der Wickelrichtung der Feder diese einrollt und Selbsthemmung gegen weitere Verdrehung bewirkt.

Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Spannvorrichtung zu schaffen, die unter Ausschaltung der beschriebenen Nachteile eine sichere und präzise Halterung von Werkzeugschäften ermöglicht und deren raschen Wechsel unter Schonung von Werkzeug und Spannelementen gestattet.

Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass innerhalb der Bohrwelle eine Spannzange im hinteren Bereich der Einspannlänge angeordnet ist und die Bohrwelle werkzeug-seitig eine Führungsbohrung für den Werkzeugschaft aufweist, deren Länge vorzugsweise grösser als die halbe Einspannlänge ist. Weiter wird vorgeschlagen, die Spannzange axial federbelastet in Schliessstellung zu halten und Mittel vorzusehen, um die Spannzange durch Verschiebung gegen die Federkraft in Öffnungsstellung bringen zu können. In Ausgestaltung der Erfindung wird vorgesehen, als Stellglied zur Betätigung der Spannzange eine axial gegen Federdruck verschiebbare Abschlusskappe der Winkelköpfe anzuwenden, die manuell betätigt gegen die Spannzange zur Anlage gebracht und durch Andruck zu deren Öffnung benützt werden kann. Weitere Einzelheiten sind im Zusammenhang mit den vorgelegten Zeichnungen beschrieben.

In den Zeichnungen Fig. 1 und 2 ist die Erfindung am Beispiel von Winkelstückköpfen dargestellt, es sind

Fig. 1 ein Querschnitt durch einen Winkelstückkopf mit druckluftgetriebenem Turbinenläufer,

Fig. 2 ein Querschnitt wie Fig. 1, jedoch durch den Kopf eines mechanisch getriebenen Winkelstückes.

Gemäss Fig. 1 ist in einem Kopfgehäuse 1 eine Hohlwelle 2 in zwei Kugellagern 3,4 gelagert, die ihrerseits über elastische Dämpfungsringe 5 im Gehäuse gehalten werden. Längsanschläge für die Lagerung sind gebildet durch die vordere Stirnwand 6 und eine an deren Innenfläche 7 anliegende Federscheibe 8 sowie einem Bund 9 der aus Teilen 10 und 11 bestehenden Verschraubung der hinteren Kopföffnung. Die Bohrwelle 2 tritt durch eine Bohrung 12 des Kopfgehäuses werkzeugseitig aus dem Kopf und nimmt an dieser Stelle die Werkzeugschäfte auf. Zwischen den Kugellagern 3 und 4 sitzt auf der Bohrwelle ein Turbinenlaufrad 13, welches aus einer Tangentialdüse 14 mit Druckluft angetrieben wird, die aus dem Kopfschaft 15 in bekannter Weise herangeführt wird. Weitere Kanäle 16 und 17 dienen der Zufuhr von Kühlwasser und Kühlluft an das Bohrwerkzeug.

Die Bohrwelle 2 enthält in ihrer rückwärtigen Hälfte eine Spannzange 18, die in einer zylindrischen Bohrung 19 geführt ist, mit Kegelflächen 20 gegen den Hohlkegel 21 der Welle anliegt und durch axialen Zug in Schliessstellung gebracht wird. Die Zugwirkung geht von einer Schrauben636000

druckfeder 22 aus, die in einer Ringstufe 23 des hinteren Wellenendes liegt, den zylindrischen Hals 24 der Spannzange mit Spiel umfasst und gegen den Kopf 25 der Schraube 26 wirkt, die in den Hals der Spannzange eingesetzt ist. Damit die Spannzange nicht zu tief in den Spannkonus der Welle gezogen werden kann, trägt sie an ihrer werkzeugseitigen Mündung einen Aussenbund 27, der als Anschlag gegen die Ringstufe 28 der Bohrwelle wirkt und die Axialbeweglichkeit der Zange beschränkt. Damit wird erreicht, dass die Spannzange einen nur sehr kurzen Betätigungsweg auszuführen braucht, unabhängig davon, ob ein Werkzeugschaft eingesetzt ist oder nicht. Im vorderen Teil der Bohrwelle ist mit Abstand zur Spannzange eine Führungshülse 29 angeordnet, deren Bohrungsdurchmesser mit geringem Übermass dem Durchmesser des Werkzeugschaftes 30 entspricht und eine starre Führung und Zentrierung des Werkzeuges darstellt. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Führung in einer Länge von mindest der Hälfte der Einstecktiefe des Werkzeuges eine solche Stabilisierung desselben gegen Schwing- oder Pendelbewegungen bewirkt, dass die dahinter angeordnete Spannzange praktisch nur noch der Halterung des Schaftes dient und als ebenfalls zentrierendes Element im Bereich des Schaftendes lediglich eine Zusatzfunktion hat. Wird die Spannzange weiter verkürzt, bis die Führungshülse 29 etwa 75% der Einstecktiefe des Werkzeugschaftes einnimmt, so kann diese Spannzange bereits allein auf die Haltefunktion beschränkt werden, doch sind in dieser Beziehung hinsichtlich ausreichender Haltekräfte und damit Betriebssicherheit ebenso Grenzen gesetzt wie in der Frage extremer Miniaturisierung und damit wirtschaftlicher Herstellbarkeit. Es muss auch berücksichtigt werden, dass in der praktischen Anwendung die Einstecktiefe des Werkzeuges nicht immer voll genützt wird und deswegen zu kurze Spannzonen am Ende eines Werkzeuges in Frage zu stellen sind. Die Eigenschaft der Kombination von Spannzangen mit starren Führungselementen wurde bereits zu nutzen versucht, indem man den Werkzeugschaft an beiden Enden der Einspannlänge in Bohrungen abgestützt hat und dazwischen Klemmfutter oder federbelastete Spannzangen oder Ringe einsetzte. In allen diesen Anwendungen hat sich jedoch gezeigt, dass das Schwingungsverhalten des Werkzeugschaftes zwischen seinen Auflagern - bei ultra hohen Drehzahlen - instande ist, selbst eine hoch angesetzte statische Haltekraft des Spannelementes zu annullieren, d.h. bei Erreichung oder Durchlaufkritischer Drehzahlbereiche axial auszugleiten. Diese Erscheinung wird erfindungsgemäss durch die beschriebene Reihung von primärer statischer Positionierung des Werkzeugschaftes und anschliessender Arretierung desselben ausgeschaltet und gleichzeitig das an und für sich empfindliche Spannelement von Radialkräften entlastet. Im gezeichneten Beispiel ist die Spannzange 18 unter Federdruck in Richtung des hinteren Kopfendes des Winkelstückes in Schliessstellung gehalten und kann durch Druck auf den Kopf 25 der Schraube 26 entspannt werden. Dies ist mit einem Stift der bekannten Bohrerwechsler möglich, wenn die Verschlusskappe mit einer zentralen Bohrung für den Durchlass eines derartigen Ausstossers versehen ist, vorteilhafter ist aber eine axial bewegliche Abschlussklappe 31, die federbelastet in Abstand zum Schraubenkopf 25 gehalten ist und durch Fingerdruck gegen diesen gepresst werden kann und damit die Öffnung der Spannzange bewirkt. Das Federelement 32 ist vorzugsweise als V-Profil aus elastischem Werkstoff dargestellt, weil es durch seine Eigenschaft als Dichtung die Möglichkeit bietet, den betriebsmässig herrschenden inneren Überdruck des Kopfgehäuses als zusätzliche Rückstellkraft zu nützen, wobei ein minimaler Luftaustritt durch eine Bohrung 33 der Abschlusskappe 31 jene Luftströmung gewährleistet, die bei Anwendung von Ölnebelschmierung der Ku3

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gellager für deren Durchströmung erforderlich ist. Diese Dichtmanschette als Federglied hat den besonderen Vorteil,

dass ihre Rückstellkraft im Betriebszustand der Turbine am grössten ist und bei Stillstand derselben einen Minimalwert haben kann, der den manuellen Kräfteaufwand zur Betäti- 5 gung der Spannzange kaum belastet. Die Dichtwirkung des Federgliedes hat auch den vorteilhaften Effekt der Abschirmung des Kopfgehäuses gegen das Eindringen von Verschmutzung aus dem Führungsraum der Gleitflächen 34 und 35 und damit auch von aussen. 10

Die Umsetzung der Zugkraft der Druckfeder 22 in eine möglichst hohe Klemmkraft der Spannzange auf den Werkzeugschaft 30 wird durch den Kegelwinkel der Zange bestimmt und ist mit Werten dieses Winkels zwischen 10 und 15° zweckentsprechend zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass 15 dabei die erfindungsgemässe Lage der Spannzange sehr vorteilhaft ist, weil die gegen den Hohlkegel 21 der Bohrwelle wirksamen Radialkräfte im Bereich zwischen den Lagern 3 und 4 der Welle angreifen und die Welle dort durch den Laufradkörper 13 oder die Triebradnabe (36, Fig. 2) ver- 20 stärkt und gegen schädliche Verformung am unempfindlichsten ist. Es ist ausserdem durch Begrenzung der Federkraft ein Schutz gegen zu hohe Axialkräfte gegeben, womit Uberlastungen der Spannzange vermieden werden können. Weiter wird die Spannzange auch gegen Verschmutzung ge- 25 schützt durch die lange Führungsbohrung 37 der Hülse 29, deren vorzugsweise scharfkantige werkzeugseitige Mündung

38 als Abstreifer wirkt. Diese Funktion kann dadurch noch erhöht werden, dass in die Führungsbohrung 37 in Nähe deren vorderer Mündung 38 ein oder auch mehrere Ringkanäle 30

39 gelegt werden (Fig. 2) wobei diese Kanäle nur als Hohlräume, ebenso aber auch für die Aufnahme elastischer Abstreifringe benützt werden können.

In Fig. 2 ist ein Winkelstück mit mechanischem Antrieb dargestellt, wobei die Bohrwelle einen Zahnkranz 40 trägt, 3s der mit einem Zahnrad 41 in Eingriff steht, welches seinerseits durch eine Welle 42 aus dem Kopfschaft 43 den Antrieb erhält. Durch den Hohlraum 44 des Kopfschaftes wird Kühlwasser oder Wasserspray zugeführt und aus der Düsenbohrung 45 des Kopfgehäuses 46 auf das Bohrwerkzeug ge- 40 leitet. Das Kopfgehäuse ist an seinem rückwärtigen Ende durch eine Schraubkappe 47 abgeschlossen, die in ein Gewinde 48 des Kopfes eingreift mit einem Aussenbund 49 gegen die Stirnfläche des Kopfes und mit dem Innenbund 50 gegen das hintere Kugellager 4 der Bohrwelle zur Anlage kommt. Die Kugellager 3 und 4 werden durch eine Distanzhülse 51 in Abstand gehalten, die mit einer Nase 52 in den Schlitz 53 des Kopfgehäuses eingreift und dadurch in Um-fangsrichtung in Stellung gehalten wird, damit ihre Öffnung 54 den Durchtritt des Antriebsrades ermöglicht. Das vordere Kugellager 3 liegt gegen eine elastische Dichtscheibe 55 an, die ihrerseits an der Innenfläche der Stirnwand 56 des Kopfgehäuses abgestützt ist. Durch die Bohrung 57 des Kopfes tritt die Welle mit ihrem Schleuderring 58 nach aussen.

Die Verschlusskappe 47 wird von einer Kappe 59 übergriffen, die am Aussendurchmesser des Kopfes geführt und axial verschiebbar ist. Sie wird durch eine federnde Manschette 60 in der gezeichneten Stellung gehalten und kann durch Fingerdruck gegen den Knopf 25 der Spannzange ge-presst und damit diese geöffnet werden. Zwei Öffnungen 61 ermöglichen den Zugang zu Schlitzen 62 der Verschlusskappe und damit den Einsatz eines Stiftschlüssels zur Montage dieser Kappe 47.

Das Federelement für die Schliesskraft der Spannzange wird durch zwei Tellerfedern 63 gebildet, die Wirkungsweise und Betätigung des Spannmechanismus ist sinngemäss gleich wie für Fig. 1 beschrieben.

Die Ausführungsform der Erfindung ist keineswegs auf die gezeichneten Beispiele beschränkt und es sind viele Variationen der konstruktiven Gestaltung möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So ist es zum Beispiel möglich, den beschriebenen Spannmechanismus in die Achse eines geraden Handstückes einzubauen und zur Betätigung Stellglieder anzuwenden, wie für solche Handstücke an und für sich bekannt. Auch ist es z.B. möglich, die Spannzange nicht durch Zug, sondern durch Druck in Schliessstellung zu bringen, indem man eine Feder in die Welle vor dem Bund 27 anordnet und gegen denselben wirken lässt, wobei ein zylindrischer Absatz am inneren Teil der Hülse 29 den erforderlichen Hohlraum zur Aufnahme der Feder bilden kann. Ferner kann die Hülse 29 lösbar in die Bohrwelle eingesetzt sein, um sie und die Spannzange besonders leicht wechseln zu können.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

636000 PATENTANSPRÜCHE

1. Kopf für zahnärztliche Winkelstücke oder eines geraden Handstückes mit rotierend gelagerter Bohrwelle zur Aufnahme zylindrischer Werkzeugschäfte, die teils in einer Bohrung der Werkzeugwelle abgestützt, und teils in einem Spannelement gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement eine Kegelspannzange (18) ist, die den Werkzeugschaft (30) im hinteren Bereich der nutzbaren Einspanntiefe erfasst, und dass die Bohrwelle (2) an ihrem werk-zeugseitigen Ende eine Führungsbohrung (37) für den Werkzeugschaft aufweist.

2. Kopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrung (37) für den Werkzeugschaft (30) eine Länge aufweist, die der halben Einstecktiefe des Werkzeugschaftes entspricht.

3. Kopf nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (18) durch eine in oder an der Bohrwelle gelagerte und angreifende Druckfeder (22, 63) in Schliessstellung gehalten wird.

4. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (18) mit einem Längsanschlag (27) zur Begrenzung der Schliessbewegung versehen ist.

5. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannzange (18) an ihrem dem Werkzeug abgewendeten Endteil (25,26) in einer offenen Bohrung der Triebwelle gelagert und durch Druck auf dieses Endteil entspannt werden kann.

6. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die vor der Spannzange (18) angeordnete Führungsbohrung (37) für den Werkzeugschaft (30) in einer Hülse (29) liegt, die in der Bohrwelle (2) befestigt ist und vorzugsweise aus Hartmetall besteht.

7. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führungsbohrung ein oder mehrere Ringnuten (39), vorzugsweise in Nähe der werkzeugseitigen Mündung (38), angeordnet sind.

8. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der oder den Ringnuten (39) der Führungsbohrung (37) Abstreifringe liegen, deren Innendurchmesser kleiner als der Durchmesser des Werkzeugschaftes ist.

9. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im hinteren Verschluss (10,11,47) des Winkelstückkopfes eine Kappe (31, 59) axial verschiebbar gelagert ist, die gegen das Ende der Spannzange zur Anlage gebracht werden kann und federbelastet in Abstand von der Spannzange gehalten wird.

10. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (32,60) der Kappe eine elastische Manschette mit radial V-förmigem Dichtprofil ist.

11. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder der Spannzange (18) aus zwei oder mehreren Tellerfedern (63) gebildet wird.

12. Kopf nach Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (22,63) an der Spannzange (18) ihre Anlage an einem über den Durchmesser der Spannzange vorstehenden Kopf (25) einer in die Spannzange eingreifenden Schraube (26) hat.