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Die
Erfindung betrifft eine Bohrvorrichtung, insbesondere Knochenbohrvorrichtung,
mit zwei konzentrischen, axial gegeneinander verschieblichen, Teilen,
wobei das Innenteil gegenüber dem als Bohrer ausgebildeten
Außenteil axial in Bohrrichtung vorgespannt ist und ohne
Gegenbeaufschlagung gegenüber dem Außenteil in
Bohrrichtung etwas vorsteht, und einer Einrichtung, die bei einer
axialen Verschiebung des Innenteils gegenüber dem Außenbohrer
den Antrieb des Gesamtbohrers unterbricht.
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Eine
derartige gattungsgemäße Vorrichtung ist z. B.
aus der
US-PS 4 456 010 bekannt.
In der Praxis des Bohrens, insbesondere beim Knochenbohren, stellt
sich häufig das Problem, daß in einer unbekannten
Tiefe sich der Zustand des durchbohrten Raumes ändert.
Das ist schon jedem Heimwerker bekannt, der bei einer Wand unbekannter
Dicke plötzlich im Hohlraum dahinter landet, wobei der
Bohrer letztendlich durch den Anschlag des Bohrfutters am weiteren
Vordringen gehindert wird. Beim Knochenbohren ist dies besonders
gefährlich, weil der Bohrer beim unkontrollierten Durchbrechen
des (harten) Knochen die dahinterliegenden weichen Gewebe (Schleimhäute,
Hirnhaut) sozusagen aufwickelt und zerstört. Bei der bekannten
Vorrichtung wird dies dadurch verhindert, daß beim Durchbrechen
der Innenbohrer gegenüber dem Außenbohrer mit
etwas größerem Durchmesser durch die axiale Vorspannung vorrückt
und dadurch eine Kupplung ausrückt, die beim Ansetzen des
Bohrers durch eine Rückverschiebung gegen die axiale Vorspannung
in Eingriff gelangt war. Das Ausrücken der Kupplung hält
dann den Antrieb und die Bohrer an.
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Aus
obigem wird die Wichtigkeit einer schnellen und zuverlässigen
Reaktion der Einrichtung deutlich. Dies ist bei der Lösung
im Stande der Technik nicht immer gewährleistet, da die
Auslösung der Kupplung mit einem Zeitverlust einhergeht
und die Kupplungsmechanik auch störanfällig, etwa durch
eingedrungenes Bohrgut, ist.
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Die
Erfindung schafft daher eine gattungsgemäße Bohrvorrichtung,
die schneller und zuverlässiger anhält und insbesondere
auch einen wesentlich einfacheren und dadurch leichter und preisgünstiger herstellbaren
Aufbau hat.
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Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die
Einrichtung eine elektromagnetische Schaltvorrichtung ist, die bei
Verschiebung des Innenteils gegenüber dem Außenbohrer
um einen vorgegebenen Wert den Antrieb des Gesamtbohrers unmittelbar
anhält.
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Die
Erfindung hat insbesondere folgende Vorteile: Durch die elektromagnetische
Auslösung (diese kann z. B. bevorzugt kapazitiv, alternativ
induktiv, weiter alternativ durch eine Lichtschranke sein) kann
schon eine minimale Axialverschiebung des Innenteils (in der Praxis
z. B. 0,3 bis 0,5 mm) die Schaltung auslösen und den Anhalte-
und ggfs. Bremsvorgang auslösen.
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Mit
Hilfe einer Sensorlösung läßt sich der Aufbau
auch erheblich einfacher und kompakter gestalten, wie nachfolgend
noch dargelegt werden wird.
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Bevorzugt
wird der Schaltvorgang durch das, den Außenbohrer rückwärtig
in Axialrichtung überragende, Ende des Innenteils, das
einem Sensor gegenüberliegt, ausgelöst. Die Bewegung
des Innenteils ist dann eine reine Gleitbewegung, die durch entsprechende
Materialien und/oder Beschichtungen reibungsarm gehalten werden
kann und sonst keine mechanische Arbeit leisten muß. Durch
die Anordnung des Sensors gegenüber den rückwärtigen
Enden der Bohrer kann deren Gestaltung auch einfach gehalten werden.
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Bevorzugt
ist das Ende des Innenteils radial erweitert. Diese Erweiterung
kann z. B. in Gestalt einer – leicht an das Ende anzuformenden
oder anzubringenden – Scheibe ausgebildet sein. Dadurch
wird die Wirkfläche für eine kapazitive oder induktive
Beeinflussung des Sensors vergrößert, der dadurch entsprechend
feiner eingestellt werden kann.
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Bevorzugt
wird das den Außenbohrer rückwärtig in
Axialrichtung überragende Ende des Innenbohrers, das einen,
einen Sensor beaufschlagenden, Lichtstrahl freigibt bzw. sperrt,
ausgelöst. Auch diese Lösung läßt
sich einfach und außerhalb des Gesamtbohrers verwirklichen.
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Bevorzugt
das Innenteil als im wesentlichen zylindrischer Stift ausgebildet
Dies hat insbesondere den Vorteil, daß der Stift, ohne
selbst eine Bohrfunktion zu haben, wodurch er noch günstiger
herstellbar ist, bei entsprechender Schmalheit leicht durch den von
der umgebenden Bohrspitze des Außenbohrers geschaffenen,
anfänglich noch minimalen, Durchbruch hindurchtreten und
den Gesamtbohrer anhalten kann.
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Alternativ
bevorzugt ist das in Bohrrichtung liegende Ende des Innenteils als
Bohrspitze ausgebildet Dies hat insbesondere den Vorteil, daß die
beiden Bohrer ggf. eine gemeinsame Bohrspitze bilden können
und eine bessere Abfuhr des Bohrgutes gewährleistet ist.
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Besonders
bevorzugt sind der Außenbohrer und das Innenteil zueinander
drehfest. Dies hat insbesondere den Vorteil, daß kein Bohrgut
durch eine Relativdrehung zwischen den Bohrer geraten kann.
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Bevorzugt
wird die drehfeste Verbindung von Innenteil und Außenbohrer
durch einen senkrecht zur Bohrachse angeordneten, durch das Innenteil
und zwei Langlöcher im Außenbohrer, deren Länge
den Hub des Innenteils zum Außenbohrer bestimmt, gehenden
Zylinderstift geschaffen. Auf diese Weise lassen sich die beiden
Teile bzw. Bohrer besonders einfach miteinander drehverbinden, und
vor allem lassen durch die Entfernung des Stiftes beide Teile leicht trennen.
Der Stift ist auch in der Lage, im Zusammenwirken mit zwei Langlöchern
im Mantel des Außenbohrers die Axialbewegung des Innenteils
zu begrenzen, das sich sonst unter der Vorspannung u. U. unerwünscht
weit aus dem Außenbohrer bewegen könnte.
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Bevorzugt
wird die drehfeste Verbindung von Innenteil und Außenbohrer
durch an der Außenseite des Innenteils und der Innenseite
des Außenbohrers radial verlaufende Nuten und Stege, die
miteinander durch radiales Stecken in Eingriff bringbar sind, geschaffen.
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Dadurch,
daß die Nuten zumindest in einer Richtung axial begrenzt
sind, kann auch ein Anschlag für den Vortritt des Innenteils
geschaffen werden.
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Bevorzugt
bilden in der rückwärtigen Lage des Innenbohrers
die beiden Bohrer eine gemeinsame Bohrspitze. In der Regel ist das
Verhältnis der beiden Bohrer durch Anschläge (z.
B. die Längsnuten oder die Langlöcher) begrenzt.
Beim Ansetzen des Bohrers wird das Innenteil bis an den Vorderrand
des Außenteils zurückgedrängt. Die jeweilige
Spitze bzw. Kegelstumpfspitze wirken dann zweckmäßig
wie ein einheitlicher Bohrer. Dadurch wird auch eine bessere Abfuhr
der Bohrspäne gefördert.
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Bevorzugt
fluchten in der rückwärtigen Lage des Innenbohrers
die Schneiden der beiden Bohrer in radialer Richtung. Dadurch wird
die Wirkung einer einheitlichen Bohrspitze gefördert.
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Bevorzugt
wird die axiale Vorspannung des Innenteils durch eine, zwischen
einem Außenflansch des Innenteils und einem Innenflansch
des Außenbohrers eingespannte Feder bewirkt. Dies ist eine einfache
und zuverlässige Lösung, und die Feder kann außerhalb,
nämlich rückwärtig, des eigentlichen Bohrbereichs
und damit diesen nicht radial erweiternd, angebracht werden.
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Bevorzugt
ist der Innenbohrer in einem ausgefahrenen Zustand fixierbar (z.
B. per Tastendruck). Dadurch kann er, in an sich bekannter Weise,
als Zentrierbohrer dienen.
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Bevorzugt
findet die Bohrvorrichtung ihre Anwendung in der Zahnmedizin. Dort
ist die, durch die erfindungsgemäße Lösung
mögliche, kleine Bauform von besonderem Vorteil.
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Nachfolgend
wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen, auf die wegen ihrer großen Klarheit und Übersichtlichkeit
hinsichtlich der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird,
noch näher beschrieben.
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Es
zeigen:
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1 Eine
schematische Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Bohrvorrichtung, wo auch
der Innenteil im Außenbohrer erkennbar ist, mit dem Sensor
und dem Antrieb.
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2 Den
Innenteil und den Außenbohrer der Erfindung, wobei der
Innenteil entgegen der Vorspannung durch eine Druckfeder nach rückwärts
belastet ist.
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3 Den
Innenteil und den Außenbohrer der Erfindung, wobei der
Innenteil unter der Vorspannung durch eine Druckfeder aus dem Außenbohrer weitestmöglich
ausgefahren ist.
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In 1 ist
der Gesamtbohrer, der einen Außenbohrer 10 (durchscheinend
gezeigt) und einen darin radial verschieblichen Innenbohrer 20 (schraffiert
gezeigt) aufweist, gezeigt. Der Außenbohrer 10 weist
einen Zahnkranz 18 auf, der wiederum durch ein Zahnrad 52,
das auf einem Antrieb 50 sitzt, angetrieben wird. Der Antrieb
dreht somit beide Bohrer des Gesamtbohrers, weil diese durch einen
durchgehenden Zylinderstift 26 drehfest miteinander verbunden
sind. Der Außenbohrer ist in einer Drehlagerung 54 (nicht
im Einzelnen gezeigt) gehalten.
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Für
bestimmte Anwendungen soll es allerdings nicht ausgeschlossen sein,
daß Außenbohrer und Innenbohrer getrennt angetrieben
werden.
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Der
Innenbohrer 20 hat ein erweitertes Ende 28, das
einem Sensor 40 gegenüberliegt. Dieser ist so
eingestellt, daß er bei einer einem Abstand x entsprechenden
Stellung des erweiterten Endes 28 der Steuerung 42 mitteilt,
daß der Antrieb 50 laufen soll, der somit dann,
wenn er nicht durch einen anderen Schalter in Reihe ausgestellt
ist, die Gesamtbohrer 10 und 20 antreibt.
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Die
Steuerung 42 kann auch weiter ausgebildet sein, z. B. kann
sie die Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Bohrtiefe ändern
usw.
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2 zeigt
den Innenbohrer 20 und den Außenbohrer 10 in
der Stellung, wie in 1, die sie zueinander einnehmen,
wenn der Gesamtbohrer aufgesetzt ist und somit der Innenbohrer 20 gegen
die Kraft der Druckfeder 30 in das Innere des Außenbohrers 10 gedrängt
wird. Der Stift 26 schlägt dann an das passend
gewählte hintere Ende des Langlochs 16 im Mantel
des Außenbohrers 10 an.
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3 zeigt
die Stellung, wenn der Innenbohrer 10 durch das Ende des
harten Materials, z. B. des Knochens, durchgebrochen ist. Am Beginn
des Durchbruchs aus einem harten Bereich (am Ende des Hartteils)
wird der Durchmesser, abhängig von Schneidwinkel und Vorschub,
kontinuierlich größer. Bei Erreichen des Durchmessers
des Innenbohrers 20 an dieser, der Durchbruchsstelle, tritt
dieser Innenbohrer mittels der einstellbaren Federkraft des Federelementes 30 axial
in Richtung Bohrerschneide 22 (Bohrrichtung) aus dem Außenbohrer 10 hervor. Durch
diese axiale Positionsverschiebung zum Außenbohrer 10,
welche der Sensor 40 erkennt (im Ausführungsbeispiel
ist als Abstandsänderung, die ein Sensorsignal auslöst,
0,3 mm gewählt, was ohne weiteres erreichbar ist), wird
das abrupte Anhalten der Drehung der Bohreinheit bzw. des Bohrers
ausgelöst, so daß keinerlei Beschädigungen
durch rotierende Werkstücke an Weichteilen erfolgen können. Durch
die Erfindung ist es möglich, den Bohrer so schnell anzuhalten,
daß der Anhaltevorgang von Betriebsdrehzahl zu Stillstand
innerhalb von ca. 0,9° einer Umdrehung des Bohrers beendet
ist. Somit ist die Gefahr der Verletzung von Weichteilen wie z.
B. Nerven oder Blutgefäßen, stark verringert.
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Dabei
rückt die Bohrspitze 22 des Innenbohrers 20 vor
und das erweiterte Ende 28 des Innenbohrers 20 rückt
vom Sensor 40 (der seinerseits einen festen Abstand vom
Ende des Außenbohrers 10 hat) in Bohrrichtung
unter der Federkraft der Feder 30 ab. Der Innenbohrer 10 wird
dabei vermittels des Halters 24 in der Axialführung 14 geführt.
Ab einem vorgewählten, einstellbaren Abstand des erweiterten Endes 28 vom
Sensor 40 schaltet der Sensor 40 über die
Steuerung 42 den Antrieb aus, der so eingerichtet ist,
daß er sofort anhält. Dies wird auch mit dadurch erreicht,
daß als Antrieb ein Schrittmotor gewählt wird.
Das Anhalten kann mit einer besonderen Ansteuerelektronik 42 im
Achtelschrittbetrieb bereits bei 0,113° geschehen. Ein
zu weites Vorrücken des Innenbohrers 20 gegenüber
dem Außenbohrer 10 wird wiederum durch den Anschlag
des Zylinderstiftes 26, diesmal am vorderen Ende des Langloches 16,
verhindert.
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Eine
geeignete Ausbildung der Schneiden 22 des Innenbohrers 20 (Winkel,
Schärfe usw.) die zweckmäßig nach dem
zu bohrenden Material gewählt wird, kann verhindern, daß der axial
bewegliche und unter Federspannung stehende Innenbohrer 20 dem
Außenbohrer 10 schon vor dem Durchbruch voreilt.
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Wie
gesagt hat der erfindungsgemäße Aufbau auch den
Vorteil, daß der Innenbohrer, z. B. durch Fixierung in
seiner Vorderstellung, als Zentrierbohrer genutzt werden kann.
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Die
erfindungsgemäße Bohrvorrichtung kann auch verwendet
werden, wenn bei der Durchbohrung eines weicheren Materials das
Anbohren eines härteren Materials (z. B. einer eingepflanzten
Titanplatte) verhindert werden soll. Dabei wird die Bohrstellung
der beiden Bohrer zueinander, z. B. durch eine stärkere
Feder 30', so gewählt, daß der Innenbohrer 20 wie
in 3 ersichtlich, dem Außenbohrer 10 von
vornherein voreilt. Beim Anstoßen an ein härteres
Material wird der Innenbohrer nun gegen die Feder 30' zurückgedrängt,
so daß er sich dem Sensor 40 nähert.
Das Signal des Sensors an die Steuerung muß dann einfach
so umgepolt werden, daß in diesem Falle eine vorwählbare
Annäherung (z. B. wieder eine Veränderung um 0,3
mm) den Stillstand des Antriebs 50 auslöst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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