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Die
Erfindung betrifft ein chirurgisches Rohrschaftinstrument mit einem
rohrförmigen Außenschaft, mit einem in diesem
angeordneten, durch einen Antrieb am proximalen Ende des Außenschaftes um
seine Längsachse drehbaren Werkzeugschaft und mit einem
den Werkzeugschaft umgebenden, hülsenförmigen
Käfig, der Wanddurchbrechungen aufweist, in denen Wälzkörper
angeordnet sind, die sich an der Innenwand des Außenschaftes
oder an der Außenwand des Werkzeugschaftes abstützen und
den Werkzeugschaft dadurch gegenüber dem Außenschaft
zentrieren.
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Insbesondere
bei sehr dünnen Rohrschaftinstrumenten, die für
enge Zugänge in den Körper benötigt werden,
muss auch der Werkzeugschaft sehr dünn gewählt
werden, beispielsweise mit einem Durchmesser von 1 mm. Bei derartig
klein dimensionierten Rohrschaftinstrumenten ist es schwierig, den Werkzeugschaft
gegenüber dem Außenschaft möglichst reibungsarm
zu lagern. Dies ist aber notwendig, da wegen des geringen Durchmessers
des Werkzeugschaftes und des daran gehaltenen Werkzeuges sehr hohe
Drehzahlen notwendig sind, beispielsweise in der Größenordnung
von 80000 Umdrehungen pro Minute und mehr.
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Um
in derartigen Fällen eine gute Lagerung des Werkzeugschaftes
im Außenschaft zu ermöglichen, ist bekannt, im
Außenschaft einen hülsenförmigen Käfig
anzuordnen, der den Werkzeugschaft konzentrisch umgibt und der als
Käfig für kugelförmige Wälzkörper
dient, die in Wanddurchbrechungen des Käfigs eingesetzt
sind (
US 2003/0219184
A1 ). Ein solcher Käfig wird bei einer bekannten
Konstruktion beispielsweise am distalen Ende des Außenschaftes an geordnet,
so dass in diesem Bereich der Werkzeugschaft durch die Wälzkörper
gelagert wird.
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Insbesondere
bei gebogenen Schäften besteht aber weiterhin die Gefahr,
dass der Werkzeugschaft im Bereich seiner Länge nicht überall
gegenüber dem Außenschaft zentriert ist und im
extremen Fall sogar die Innenwand des Außenschaftes berühren
kann, so dass dort erhöhter Verschleiß auftritt.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein gattungsgemäßes Rohrschaftinstrument so auszubilden,
dass der Werkzeugschaft über seine gesamte Länge
zuverlässig gegenüber dem Außenschaft
gelagert ist.
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Diese
Aufgabe wird bei einem chirurgisches Rohrschaftinstrument der eingangs
beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
dass sich über die Länge des Werkzeugschaftes
mehrere hülsenförmige Käfige in einer
Käfigreihe aneinander anschließen, die durch ineinandergreifende
Vor- und Rücksprünge drehfest und in axialer Richtung
unverschieblich miteinander verbunden sind.
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Es
wird also aus einer größeren Anzahl derartiger
Käfige eine Käfigreihe gebildet, die sich im wesentlichen über
die gesamte Länge des Werkzeugschaftes erstreckt und diesen über
seine gesamte Länge umgibt, so dass eine entsprechende Wälzkörperlagerung über
die gesamte Länge des Werkzeugschaftes gegenüber
dem Außenschaft gesichert ist. Die einzelnen Käfige
werden dabei axial relativ zueinander festgelegt und auch drehfest
miteinander verbunden, so dass eine gemeinsame Drehung erfolgt.
Durch die Aneinanderreihung einer größeren Anzahl
von Käfigen können diese in einfacher Weise montiert
wer den, außerdem stützt sich jeder Käfig
für sich durch seine Wälzkörper an dem
Außenschaft und an dem Werkzeugschaft ab, so dass über die
gesamte Länge an verschiedenen Stellen eine Zentrierung
erfolgt, welche insbesondere die Gefahr einer unmittelbaren Berührung
zwischen Werkzeugschaft und Außenschaft beseitigt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn die Vor- und Rücksprünge
die benachbarten Käfige derart miteinander verbinden, dass
die benachbarten Käfige um zwei senkrecht aufeinander und
senkrecht zur Längsachse der Käfige stehende Drehachsen
verschwenkbar sind. Die beiden benachbarten Käfige sind
dann nach Art eines Kardangelenkes verbunden, so dass die Drehbewegungen
auch über eine Verbindungsstelle übertragen werden
können, die leicht abgewinkelt ist. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn der Außenschaft gebogen ist.
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Die
Verschwenkbarkeit muss in diesem Falle nicht besonders groß sein,
beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Verschwenkbarkeit
der benachbarten Käfige um die beiden Drehachsen auf einen
Winkel beschränkt ist, der unter 15° liegt, eventuell
auch unter 10°.
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Bei
einer ersten bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen,
dass die Rücksprünge durch zum Ende der Käfige
hin offene Ausschnitte in der Wand des Käfigs gebildet
sind. Insbesondere können die Ausschnitte an ihrem offenen
Ende eine geringere Breite aufweisen als im Abstand zu dem offenen Ende.
Dadurch entsteht eine Hinterschneidung in dem an das offene Ende
angrenzenden Bereich, durch die ein in den Rücksprung eingreifender
Vorsprung des benachbarten Käfigs in axialer Richtung relativ
zu dem anderen Käfig festgelegt wird.
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Besonders
günstig ist es, wenn die Ausschnitte annähernd
kreissegmentförmig sind, insbesondere wenn sich deren Außenkontur über
einen Winkel erstreckt, der größer ist als 180°.
Ein in einen solchen Ausschnitt eingreifender Vorsprung kann dadurch
geringfügig gegenüber dem Ausschnitt um eine senkrecht
zur Längsachse des Käfigs verlaufende Achse verdrehbar
sein, und dies ist dann wünschenswert, wenn eine kardangelenkähnliche
Verbindung der benachbarten Käfige erwünscht wird. Die
Verschwenkung um die andere Achse kann dann dadurch erfolgen, dass
der Vorsprung, der in die als Ausschnitt ausgebildete Ausnehmung
eingreift, gegenüber der Ebene des Ausschnittes verschwenkt wird,
dies ließe sich durch ein geringes Spiel zwischen dem Vorsprung
und dem Rücksprung ermöglichen.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Vorsprünge über
das Ende eines Käfigs vorstehende Verlängerungen
der Wand des Käfigs sind.
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Auch
bei den Vorsprüngen ist es vorteilhaft, wenn sie eine Hinterschneidung
ausbilden, die dann mit der entsprechenden Hinterschneidung des
Rücksprungs am benachbarten Käfig dazu führen,
dass sich Vorsprung und Rücksprung hintergreifen und die beiden
Käfige in axialer Richtung gegeneinander festlegen.
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Insbesondere
können die Vorsprünge und die Rücksprünge
eine im wesentlichen komplementäre Kontur aufweisen, wobei
ein gewisses Spiel zwischen beiden vorgesehen sein kann, damit die
Vorsprünge trotz des im wesentlichen komplementären Verlaufs
ihrer Kontur die Verschwenkbarkeit benachbarter Käfige
um die senkrecht zur Längsachse der Käfige stehenden
Drehachsen ermöglichen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwei benachbarte
Käfige durch ein einziges Paar von Vor- und Rücksprüngen
oder durch zwei diametral einander gegenüberliegende Paare
von Vor- und Rücksprüngen miteinander verbunden
sind. Dadurch ist es möglich, die beiden Käfige
dadurch miteinander zu verbinden, dass sie in radialer Richtung
so gegeneinander verschoben werden, dass der Vorsprung oder die
Vorsprünge des einen Käfigs in den Rücksprung
oder die Rücksprünge des anderen Käfigs
eintreten. Die radiale Festlegung erfolgt dann durch das Einschieben
dieser miteinander verbundenen Käfige in den Außenschaft,
sobald die Verbindungsstelle in den Außenschaft eingeschoben
ist, sind die beiden Käfige auch in radialer Richtung gegeneinander
gesichert, so dass sich Vorsprünge und Rücksprünge
nicht mehr voneinander trennen können.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass
die zwei benachbarte Käfige verbindenden Vor- und Rücksprünge
von einer Bandage umgeben werden, welche die Vor- und Rücksprünge und
damit die Käfige gegen eine radiale Relativverschiebung
sichern. Eine solche Bandage kann vor dem radialen Zusammenführen
der benachbarten Käfige auf einem der beiden Käfige
so verschoben sein, dass die Vor- und Rücksprünge
freigegeben sind. Nach dem Zusammenfügen benachbarter Käfige
kann die Bandage dann so in axialer Richtung verschoben werden,
dass sie die Vor- und Rücksprünge der beiden Käfige
umgreift und dadurch die Vor- und Rücksprünge
in radialer Richtung relativ zueinander festlegt.
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Besonders
günstig ist es, wenn die Paare von zwei benachbarte Käfige
verbindenden Vor- und Rücksprüngen bei verschiedenen
Käfigen in der Käfigreihe in Umfangsrichtung gegeneinander
versetzt sind. Dadurch erfolgt die Verschwen kung um die durch die
Vor- und Rücksprünge gebildete, quer zur Längsrichtung
der Käfige verlaufende Schwenkachse bei allen aneinander
angrenzenden Käfigen bei einem unterschiedlichen Winkel
der Käfigreihe gegenüber dem Außenschaft,
es werden also nicht alle Käfige in gleicher Weise um diese
quer verlaufenden Schwenkachsen verschwenkt, sondern bei einer Umdrehung
des Käfigs um die Längsachse der Käfigreihe
erfolgt die Verschwenkung zwischen verschiedenen benachbarten Käfigen
nacheinander. Dies führt zu einem harmonischen Ablauf und
verhindert ein Rucken der Bewegung.
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Günstig
ist es, wenn der am proximalen Ende der Käfigreihe angeordnete
Käfig gegenüber dem Außenschaft gegen
eine axiale Verlagerung gesichert ist. Da die übrigen Käfige
durch den Eingriff der Vor- und Rücksprünge in
axialer Richtung relativ zueinander gesichert sind, führt
diese Festlegung des Käfigs am proximalen Ende gleichzeitig
dazu, dass die gesamte Käfigreihe in axialer Richtung fixiert
ist.
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Zur
Sicherung gegen die axiale Verschiebung kann ein Wälzlager
mit einem Außenring und einem Innenring vorgesehen sein,
dessen Außenring am Außenschaft und dessen Innenring
an dem am proximalen Ende der Käfigreihe angeordneten Käfig festgelegt
ist.
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Die
Wanddurchbrechungen mit den darin aufgenommenen Wälzkörpers
können prinzipiell an verschiedenen Stellen des Umfanges
der einzelnen Käfige angeordnet sein, es ist aber besonders
vorteilhaft, wenn zumindest in einem endnahen Abschnitt eines Käfigs
Wanddurchbrechungen mit einem darin aufgenommenen Wälzkörper
angeordnet sind. Dadurch wird der Käfig in diesem endnahen
Bereich gegenüber dem Außenschaft zentriert und
abgestützt, und die nächste Abstützung
erfolgt dann durch den angrenzenden Käfig, der in ähnlicher
Weise im endnahen Abschnitt Wanddurchbrechungen mit darin aufgenommenen
Wälzkörpern aufweist.
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Es
ist aber auch möglich, wenn in beiden endnahen Abschnitten
eines Käfigs Wanddurchbrechungen mit darin aufgenommenen
Wälzkörpern angeordnet sind. Damit wird jeder
Käfig an beiden Enden gegenüber dem Außenschaft
abgestützt, und dies führt insbesondere im Verbindungsbereich
dazu, dass die aneinander angrenzenden Käfige in radialer Richtung
exakt zueinander ausgerichtet sind und diese Ausrichtung nicht verändern
können.
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Falls
es notwendig ist, können zusätzlich im mittleren
Bereich eines Käfigs Wanddurchbrechungen mit darin aufgenommenen
Wälzkörpern angeordnet sein.
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Die
Anordnung der Wanddurchbrechungen mit darin aufgenommenen Wälzkörpern
kann beispielsweise so gewählt werden, dass die Wanddurchbrechungen
längs eines Umfanges des Käfigs verteilt sind,
beispielsweise mit nur zwei diametral einander gegenüberliegenden
Wanddurchbrechungen oder mit drei oder vier gleichmäßig über
den Umfang verteilten Wanddurchbrechungen. Insbesondere am distalen
Ende der Käfigreihe ist es günstig, wenn nebeneinander
Wanddurchbrechungen in mehreren quer zur Längsrichtung
des Käfigs beabstandeten Ebenen vorgesehen werden, so dass
in diesem Bereich, in dem besonders hohe Kräfte auf die
Käfige ausgeübt werden, eine besonders wirksame
Abstützung erfolgt.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Durchmesser der Wanddurchbrechungen von
außen nach innen derart abnimmt, dass die Eintauchtiefe
der Wälzlager in die Wanddurchbrechungen dadurch begrenzt
wird. Dies führt mit anderen Worten dazu, dass die Wälzkörper nicht
nach innen in den Innenraum des Käfigs hindurch fallen
können, sondern sie sind zwischen dem Käfig und
der Innenwand des Außenschaftes unverlierbar gehalten.
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Beispielsweise
kann die Wanddurchbrechung zur Begrenzung der Eintauchtiefe eine
nach innen vorspringende Ringschulter aufweisen.
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Die
Wälzkörper können bevorzugt Kugeln sein,
es ist aber auch möglich, dass die Wälzkörper Rollen
sind, die derart in die Wanddurchbrechungen eintauchen, dass ihre
Drehachse parallel zur Längsachse des Käfigs verläuft.
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Derartige
Rollen können zylinderförmig sein, so dass sich
eine linienförmige Anlage der Rollen an der Innenwand des
Außenschaftes ergibt, es ist aber auch möglich,
dass die Rollen tonnenförmig ausgebildet sind, so dass
zwar keine linienförmige Anlage an der Innenwand des Außenschaftes
mehr vorliegt, aber trotzdem eine relativ geringe Kerbwirkung auf die
Innenwand des Außenschaftes einwirkt, da bei einer tonnenförmigen
Ausbildung der Radius der Außenwand der Rolle groß ist.
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Die
Wälzkörper bestehen bevorzugt aus einem verschleißarmen
Material, beispielsweise aus einem Stahl mit einer Hartstoffbeschichtung,
zum Beispiel aus Titannitrid, aus Hartmetall oder aus Keramik oder
sie bestehen bevorzugt ganz aus Keramik. Dieses Material ist besonders
vorteilhaft, da es ein geringes spe zifisches Gewicht aufweist und
somit die Fliehkräfte minimiert werden, die auf die Wälzkörper
wirken.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Innenwand des Außenschaftes
und/oder die Außenwand des Werkzeugschaftes mit einer verschleißarmen Hartstoffbeschichtung
versehen sind oder aus einem verschleißfesten Hartstoff
bestehen. Dabei können dieselben Materialien verwendet
werden, die oben im Zusammenhang mit den Wälzkörpern
beschrieben worden sind.
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Dagegen
ist es vorteilhaft, wenn die Käfige aus Kunststoff bestehen,
beispielsweise aus Polyetheretherketon, vorzugsweise mit einer Verstärkung aus
Glasfasern oder Kohlefasern. Sie können aber auch aus anderen
verbundenen Materialien auf der Basis von Glasfasern oder Kohlefasern
bestehen, aus härtbarem Stahl mit einer Hartstoffbeschichtung oder
aus einem Edelstahl mit Einsatzhärtung.
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Die
einzelnen Käfige werden relativ kurz ausgeführt,
so dass auch bei gebogenem Außenschaft die geradlinigen
Abschnitte, die die einzelnen Käfige ausbilden, im Außenschaft
so gelagert werden können, dass keine Berührung
der Käfige selbst mit der Innenwand des Außenschaftes
auftritt. Beispielsweise kann das Verhältnis Länge
zu Außendurchmesser eines Käfigs zwischen 5 und
10 liegen.
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Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung. Es zeigen:
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1:
eine perspektivische Ansicht eines in Längsrichtung aufgeschnittenen
Außenschaftes mit einer Käfigreihe und einem darin
gelagerten Werkzeugschaft;
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2:
eine vergrößerte Detailansicht des proximalen
Endabschnittes des in 1 dargestellten Rohrschaftinstrumentes;
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3:
eine Schnittansicht längs Linie 3-3 in 2;
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4:
eine perspektivische Ansicht von zwei miteinander verbundenen Käfigen;
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5:
eine perspektivische Ansicht der beiden in 4 dargestellten
Käfige mit einem in Längsrichtung längs
Linie 5-5 durchgeschnittenen Käfig vor dem Zusammenfügen
der beiden Käfige;
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6:
eine Ansicht ähnlich 4 bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel von zwei miteinander verbundenen Käfigen;
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7:
eine Ansicht ähnlich 4 bei einem weiteren
Ausführungsbeispiel von zwei miteinander verbundenen Käfigen;
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8:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
von zwei Käfigen vor dem Zusammenfügen der beiden;
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9:
eine vergrößerte Detailansicht des Verbindungsbereiches
der beiden in 8 dargestellten Käfige
vor dem Aufschieben eines Sicherungsringes;
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10:
eine Ansicht ähnlich 9 nach dem
Aufschieben des Sicherungsringes;
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11:
eine Längsschnittansicht längs Linie 11-11 in 10;
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12:
eine perspektivische Ansicht eines Käfigs mit winkelmäßig
gegeneinander versetzten Vorsprüngen und Rücksprüngen;
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13:
ein in Längsrichtung geschnittener Außenschaft
mit einer darin gelagerten Käfigreihe und einem Werkzeugschaft;
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14:
eine perspektivische Ansicht eines am distalen Ende der Käfigreihe
angeordneten Käfigs;
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15:
eine Ansicht ähnlich 13 mit
einem rollenförmige Wälzkörper am distalen
Ende aufweisenden Käfig;
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16:
eine perspektivische Ansicht des Käfigs der 15;
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17:
eine Ansicht ähnlich 16 bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Käfigs
mit nadelförmigen Wälzkörpern;
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18:
eine Ansicht ähnlich 15 bei
einem Käfig mit tonnenförmigen Wälzkörpern
und
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19:
eine perspektivische Ansicht des Käfigs der 18.
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In 1 ist
ein Schaft 1 eines Rohrschaftinstrumentes 2 dargestellt,
der in aus der Zeichnung nicht ersichtlicher Weise mit einem Handgriff
verbunden werden kann, in dem ein Antrieb angeordnet ist. Der Schaft 1 umfasst
einen rohrförmigen, länglichen Außenschaft 3,
der gerade sein kann, der aber auch, wie in 1 dargestellt,
gebogen sein kann. Im Inneren des Außenschaftes 3 ist
konzentrisch zu diesem ein dünner, durchgehender Werkzeugschaft 4 gelagert,
der an seinem proximalen Ende mit dem Antrieb im Handgriff verbunden
ist und der an seinem distalen Ende aus dem Außenschaft 3 hervorsteht
und dort ein Werkzeug 5 trägt, beispielsweise
einen Bohrer oder einen Fräser. Der Werkzeugschaft 4 kann
als dünnes Röhrchen oder als dünner Stab
ausgebildet sein, der dem Verlauf des Außenschaftes folgt,
der also entsprechend der Kontur des Außenschaftes geradlinig
oder gebogen sein kann.
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Der
Werkzeugschaft 4 ist um seine Längsachse verdrehbar,
diese Drehbewegung wird durch den Antrieb erzeugt und auf das Werkzeug 5 übertragen.
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Zur
Lagerung des Werkzeugschaftes 4 im Außenschaft 3 wird
der Werkzeugschaft 4 umgeben von einer Vielzahl von hülsenförmigen
Käfigen 6, die jeweils im Zwischenraum zwischen
dem Werkzeugschaft 4 und dem Außenschaft 3 angeordnet
sind. Der in den 4 und 5 dargestellte
Käfig 6 umfasst einen Rohrabschnitt mit einer
dünnen Außenwand 7, in die an einem Ende
kreissegmentförmige Ausschnitte 8 eingebracht
sind, die zum jeweiligen Ende des Käfigs 6 hin
offen sind und die sich an diesem offenen Ende verengen. Der Querschnitt
dieser Ausschnitte 8 hat die Form eines Kreissegmentes, wobei
dieses Kreissegment mehr als die Hälfte der Kreisfläche
umfasst. Zwei derartige Ausschnitte 8 liegen an dem einen
Ende des Käfigs 6 einander diametral gegenüber.
Am gegenüberliegenden Ende des Käfigs 6 steht
die Außenwand 7 in Form von zwei diametral einander
gegenüberliegenden Vorsprüngen 9 über
das Ende der Käfige 6 hervor, diese Vorsprünge 9 haben
einen Querschnitt, der im wesentlichen komplementär zum
Querschnitt der Ausschnitte 8 ausgebildet ist, das heißt
diese lappenförmigen Vorsprünge 9 haben
die Form eines Kreissegmentes, welches mehr als die Hälfte
der Kreisfläche umfasst. Auf diese Weise ist es möglich,
zwei einander benachbarte Käfige 6 dadurch zu
verbinden, dass sie mit ihren Enden in radialer Richtung aneinander
geführt werden, dabei treten die Vorsprünge 9 des
einen Käfigs in die Ausschnitte 8 des anderen
Käfigs ein. Aufgrund der Verengungen der Ausschnitte 8 und
aufgrund von entsprechenden Einschnürungen 10 an
den Vorsprüngen 9 ergibt sich dadurch ein Hinterschnitt,
so dass die beiden Käfige 6 gegen ein Auseinanderziehen
in Längsrichtung gesichert sind. Außerdem ergibt
sich durch den Eingriff der Vorsprünge 9 in die
Ausschnitte 8 eine drehfeste Verbindung zwischen benachbarten
Käfigen, wenn die Käfige um die Längsachse
gedreht werden. Der Eingriff bleibt erhalten, solange die Käfige 6 in
radialer Richtung relativ zueinander ausgerichtet sind, gelöst
werden kann diese Verbindung einfach dadurch, dass die beiden Käfige
in radialer Richtung relativ zueinander bewegt werden.
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Die
Vorsprünge 9 und die Ausschnitte 8 müssen
nicht exakt komplementär zueinander sein, sondern es kann
vorgesehen sein, dass die Vorsprünge 9 mit Spiel
in die Ausschnitte 8 eingreifen, so dass in gewissem Rahmen
eine Ver schwenkung der ineinander greifenden benachbarten Käfige
relativ zueinander möglich ist. Diese Verschwenkung kann
einmal um eine Achse erfolgen, die senkrecht zu der Achse der Käfige
verläuft und die außerdem senkrecht zu den lappenförmigen
Vorsprüngen 9 angeordnet ist, diese Verschwenkbarkeit
wird durch die im wesentlichen kreisförmige Kontur der
Vorsprünge 9 und der Ausschnitte 8 begünstigt
und dadurch ermöglicht, dass die Käfige an ihren
Stirnkanten mit Spiel aneinander anschließen und nicht
dicht aufeinanderstoßen. Eine weitere Verschwenkbarkeit
ergibt sich um eine Schwenkachse, die senkrecht auf der genannten
Schwenkachse und senkrecht auf der Längsachse der Käfige
steht dadurch, dass die lappenförmigen Vorsprünge 9 in
den Ausschnitten 8 aus ihrer Ebene heraus verschwenkt werden
können. Die Verschwenkbarkeit muss in diesem Falle nicht
groß sein, es genügt eine Verschwenkbarkeit in
der Größenordnung von maximal 5°. Diese
Verschwenkbarkeit um zwei senkrecht zueinander stehende Schwenkachsen,
die senkrecht auf der Längsachse des Käfigs stehen,
verbindet die beiden Käfige nach Art eines Kardangelenkes.
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Die
in den 4 und 5 dargestellten Käfige
weisen in ihrer Außenwand 7 an verschiedenen Stellen
Durchbrechungen 11 auf, in die ein kugelförmiger
Wälzkörper 12 eingelegt ist. Die Durchbrechungen 11 sind
dabei so ausgebildet, dass sie an ihrem außen liegenden
Ende einen Querschnitt haben, der geringfügig größer
ist als der maximale Querschnitt des Wälzkörpers 12,
dieser Querschnitt nimmt jedoch zur Innenseite hin ab, so dass die Wälzkörper 12 nicht
durch die Durchbrechung 11 in den Innenraum des Käfigs 6 hineinfallen
können, sondern durch diese Querschnittsverengung in ihrer Eintauchtiefe
in die Durchbrechung 11 begrenzt sind. Diese Querschnittsverengung
kann beispielsweise eine an der Innenwand des Käfigs 6 vorgesehene, nach
innen vorspringende Ringstufe oder Ringschulter sein. Es ist auch
möglich, dass die Durchbrechung 11 geringfügig
konisch ausgebildet ist und dadurch die Eintauchtiefe begrenzt.
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Die
Wandstärke des Käfigs 6 und die Größe der
Wälzkörper 12 ist so gewählt,
dass die kugelförmigen Wälzkörper 12 sowohl
nach innen als auch nach außen aus der Außenwand 7 des
Käfigs 6 hervorstehen und dabei einerseits an
dem Werkzeugschaft 4 anliegen und andererseits an der Innenwand des
Außenschaftes 3. Die Wälzkörper 12 lagern
und zentrieren somit den Werkzeugschaft 4 im Außenschaft 3,
dabei durchsetzen sie die den Werkzeugschaft 4 umgebenden
Käfige 6, diese Käfige lokalisieren damit
die kugelförmigen Wälzkörper 12 und verhindern,
dass diese sich in axialer Richtung verlagern.
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Bei
dem in den 4 und 5 dargestellten
Ausführungsbeispiel sind an einem Ende des Käfigs 6,
an dem die Ausschnitte 8 angeordnet sind, in unmittelbarer
Nähe dieser Ausschnitte über den Umfang verteilt
vier derartige Durchbrechungen 11 mit kugelförmigen
Wälzkörpern 12 vorgesehen, die in einer
Reihe liegen, am gegenüberliegenden Ende, an dem die Vorsprünge 9 angeordnet
sind, sind ebenfalls in unmittelbarer Nähe dieser Vorsprünge
zwei diametral einander gegenüberliegende Durchbrechungen 11 mit
darin eingelegten kugelförmigen Wälzkörpern 12 vorgesehen.
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Über
die gesamte Länge des Werkzeugschaftes 4 wird
dieser von einer größeren Anzahl derartiger miteinander
verbundener Käfige 6 umgeben, diese Käfige 6 bilden
eine Käfigreihe aus, die über die gesamte Länge
des Werkzeugschaftes 5 kugelförmige Wälzkörper 12 zur
Verfügung stellt und lokalisiert, durch die der Werkzeugschaft 4 gegenüber dem
Außenschaft 3 zentriert und gelagert wird. Dabei ergeben
sich immer an den Übergangsstellen zwischen benachbarten
Käfigen entsprechende Lager- oder Stützstellen.
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Die
einzelnen Käfige 6 haben dabei gegenüber
der Gesamtlänge des Werkzeugschaftes eine geringe Länge,
so dass auch bei gebogenem Außenschaft 3 die geradlinigen
Käfige 6 relativ dicht beieinander liegende Stützstellen
aufweisen und dadurch weder den Werkzeugschaft 4 noch den
Außenschaft 3 berühren, Kontakte werden
ausschließlich über die Wälzkörper 12 hergestellt.
Aufgrund der kardanischen Verschwenkbarkeit benachbarter Käfige 6 kann
die Käfigreihe auch einer Biegung des Außenschaftes 3 folgen.
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Die
Käfige können beispielsweise eine Länge
zwischen 10 mm und 20 mm haben, der Durchmesser der Käfige
kann liegen zwischen 1,5 mm und 2,0 mm, die Wandstärke
der Käfige liegt vorzugsweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm.
Der Durchmesser der kugelförmigen Wälzkörper 12 kann
zwischen 0,5 mm und 1,0 mm liegen.
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In
der Käfigreihe können 5 bis 10 Käfige
aneinander gereiht sein, der Außendurchmesser eines Außenschaftes 3 kann
zwischen 3,0 mm und 4,0 mm liegen, der Außendurchmesser
des Werkzeugschaftes 4 zwischen 0,8 mm und 1,5 mm.
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Es
ist vorteilhaft, wenn die Wälzkörper 12 aus
einem verschleißfesten Material bestehen oder zumindest
mit einer verschleißfesten Oberfläche versehen
sind, beispielsweise können sie aus Stahl bestehen mit
einer Hartstoffbeschichtung, die beispielsweise aus Titannitrid,
einem Hartmetall oder aus Keramik besteht. Insbesondere können
die Wälzkörper auch vollständig aus Keramik
bestehen, dabei ergeben sich Wälzkörper mit besonders
geringem spezifischen Gewicht, so dass die Fliehkräfte
minimiert werden. Dies ist insbesondere bei hohen Drehzahlen von
Bedeutung, die Drehzahlen können beispielsweise bei 80000
pro Minute oder darüber liegen.
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Auch
für die Werkzeugschäfte und für den Außenschaft 3 ist
es günstig, wenn die Oberflächen, an dem die Wälzkörper 12 anliegen,
aus einem verschleißfesten Material bestehen oder zumindest
mit einem verschleißfesten Material beschichtet sind, dabei
können ähnliche Materialien eingesetzt werden wie
für die Wälzkörper.
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Die
Käfige können aus Kunststoff bestehen, beispielsweise
aus Polyetheretherketon, günstig ist dabei, wenn dieses
Material faserverstärkt ist, beispielsweise durch die Einbettung
von Glasfasern oder Kohlefasern. Es können auch andere
Verbundmaterialien verwendet werden auf der Basis von Glasfasern
oder Kohlefasern, es kann Edelstahl mit einer Hartstoffbeschichtung
eingesetzt werden oder auch ein besonders gehärteter Stahl.
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Die
Käfigreihe wird an ihrem proximalen Ende durch einen proximalen
Endkäfig 13 abgeschlossen, der an seinem dem benachbarten
Käfig 6 zugewandten Ende in gleicher Weise mit
diesem verbunden ist, wie es vorstehend anhand der übrigen Käfige 6 erörtert
worden ist, der aber an seinem proximalen Ende 14 über
ein Kugellager 15 direkt mit dem Außenschaft 3 verbunden
ist. Das Kugellager 15 umfasst einen Außenring 16 und
einen Innenring 17, die beide mit dem Außenschaft 3 beziehungsweise dem
proximalen Endkäfig 13 axial unverschieblich und
unverdrehbar verbunden sind, zwischen Innenring 17 und
Außenring 16 sind über den Umfang verteilt
kugelförmige Wälzkörper 18 an geordnet.
Dadurch wird einerseits der proximale Endkäfig 13 in axialer
Richtung unverschieblich im Außenschaft 3 gehalten,
zum anderen hält aber dieser proximale Endkäfig 13 über
die kardanische Verbindung zwischen den einzelnen Käfigen 6 dadurch
die gesamte Käfigreihe in axialer Richtung fest ( 2 und 3).
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Die
Montage der Käfigreihe ist relativ einfach zu bewerkstelligen,
es genügt dazu, nacheinander die Käfige 6 mit
in die Durchbrechungen 11 eingelegten Wälzkörpern 12 in
den Zwischenraum zwischen den Außenschaft 3 und
den Werkzeugschaft 4 vom proximalen Ende her einzuschieben.
Nach dem Einschieben werden die Wälzkörper 12 unverlierbar
in den Durchbrechungen 11 gehalten. Der nächste
Käfig 6 wird vor dem Einschieben in den Außenschaft
in radialer Richtung derart an den letzten in den Außenschaft
eingeschobenen Käfig 6 herangeführt,
dass die Vorsprünge 9 in die Ausschnitte 8 eintreten,
und dann kann auch dieser Käfig 6 in der beschriebenen Weise
in den Außenschaft eingeschoben werden. Durch die Wälzkörper 12 werden
dann die Käfige in radialer Richtung im Außenschaft 3 festgelegt,
so dass auch die Verbindung durch den Eingriff der Vorsprünge 9 in
die Ausschnitte 8 nicht mehr gelöst werden kann.
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Es
ist am Ende des Einschiebens der Käfigreihe nur notwendig,
den proximalen Endkäfig 13 durch das Kugellager 15 im
Außenschaft festzulegen, dies kann mit Hilfe eines in den
Außenschaft 3 eingesetzten Sprengringes 19 erfolgen.
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Bei
dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel von
zwei miteinander verbundenen Käfigen 6 ist ein
sehr ähnlicher Aufbau gewählt, einander entsprechende
Teile tragen daher dieselben Bezugszeichen. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel
der 4 und 5 sind hier die Durchbrechungen 11 an
dem die Vorsprünge 9 tragenden Ende der Käfige 6 nicht
in unmittelbarer Nähe der Vorsprünge 9 angeordnet,
sondern in den Vorsprüngen 9 selbst. Damit dienen
die Vorsprünge 9 nicht nur der Verbindung benachbarter
Käfige 6, sondern übernehmen gleichzeitig
auch die Funktion der Lagerung der Wälzkörper 12.
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Während
bei den Ausführungsbeispielen der 4 bis 6 Durchbrechungen 11 mit
Wälzkörpern 12 nur in den endnahen Bereichen
vorgesehen sind, weisen die in 7 dargestellten
Käfige 6, die im übrigen sonst gleich
aufgebaut sind, im mittleren Bereich zusätzlich Durchbrechungen 11 auf,
in die Wälzkörper 12 eingelegt sind,
bei diesen Käfigen erfolgt also eine Abstützung
nicht nur in den endnahen Bereichen, sondern auch im mittleren Bereich.
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Dagegen
wird bei dem Ausführungsbeispiel der 8 bis 11 eine
Abstützung durch in Durchbrechungen 11 angeordnete
Wälzkörper 12 immer nur an einem Ende
des Käfigs 6 vorgenommen, während am
gegenüberliegenden Ende keine derartigen Durchbrechungen 11 mit
Wälzkörpern 12 vorgesehen sind. Um trotzdem
eine radiale Ausrichtung auch an dem Ende, an dem keine Wälzkörper 12 gelagert
sind, vornehmen zu können, ist bei diesem Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass eine ringförmige Bandage die beiden Käfige 6 umgibt,
und zwar im Bereich der ineinandergreifenden Vorsprünge 9 und
Ausschnitte 8. Zu diesem Zweck ist in der Außenwand
eines Käfigs in der Nähe der Durchbrechungen 11 und
der Wälzkörper 12 eine Umfangsnut 20 vorgesehen,
die sich über die Ausschnitte 8 hinweg erstreckt.
In diese Umfangsnut 20 kann eine ringförmige Bandage 21 eingelegt
werden, die dann über die in die Ausschnitte 8 eingreifenden
Vorsprünge 9 verläuft und dadurch die
beiden Käfige in radialer Richtung gegeneinander zentriert
und sichert.
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Beim
Zusammenfügen der beiden Käfige ist die Bandage 21 zunächst
auf den Käfig 6 geschoben, der die Vorsprünge 9 trägt
und der keine Durchbrechungen 11 mit Wälzkörper 12 an
diesem Ende aufweist (8). Nach dem Einsetzen der Vorsprünge 9 in
die Ausschnitte 8 durch radiale Verschiebung der beiden
Käfige wird die Bandage 21 axial in Richtung auf
die Umfangsnut 20 verschoben und über eine schräge
Einführfläche 22 in die Umfangsnut 20 verschoben,
so dass dadurch in der beschriebenen Weise die aneinander anliegenden
Käfige 6 in radialer Richtung relativ zueinander
gesichert werden. In diesem Falle genügt es, wenn in diesem
Verbindungsbereich in einem der beiden Käfige Wälzkörper 12 in entsprechenden
Durchbrechungen 11 gelagert sind, es ergeben sich damit
ebenfalls Stützstellen zwischen dem Werkzeugschaft einerseits
und dem Außenschaft andererseits, deren Abstand durch die Länge
der Käfige 6 gegeben ist.
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Nur
der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass
in 11 deutlich wird, wie die Vorsprünge 9 mit
geringem Spiel in die Ausschnitte 8 eingreifen, so dass
eine geringfügige Verschwenkung der beiden Käfige
gegeneinander möglich ist und damit eine in geringem Umfang
kardanische Lagerung benachbarter Käfige 6 relativ
zueinander.
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Durch
diese kardanische Lagerung kann die Käfigreihe die Wälzkörper 12 auch
in Außenschäften lagern, die gebogen sind. Dabei
ist es günstig, wenn an ein- und demselben Käfig 6 dessen
Vorsprünge 9 und dessen Ausschnitte 8 nicht
in einer Ebene liegen, sondern wenn diese winkelmäßig
versetzt sind, wie dies in
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12 dargestellt
ist. Dadurch verlaufen die Schwenkachsen der kardanischen Verbindung
zwischen benachbarten Käfigen nicht alle in denselben Ebenen,
sondern sind winkelmäßig über die gesamte Länge
der Käfigreihe gegeneinander versetzt, und dies führt
dazu, dass die Drehbewegung in einem gebogenen Außenschaft
ruckfrei und harmonisch erfolgt. Es kann beispielsweise vorgesehen
werden, dass über die gesamte Länge der Käfigreihe
ein Winkelversatz von 90° vorliegt, so dass sich der Winkelversatz
für jeden Käfig als Quotient aus dem Gesamtversatz
von 90° und der Zahl der Käfige in der Käfigreihe
ergibt, beispielsweise liegt dieser Versatz bei fünf Käfigelementen
bei 18°.
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Einer
besonderen Belastung ist normalerweise der distale Endkäfig 23 unterworfen.
In 13 ist ein derartiger distaler Endkäfig 13 dargestellt,
der an seinem proximalen Ende in der anhand der 8 bis 11 erläuterten
Weise mit dem benachbarten Käfig über eine Bandage 21 verbunden
ist, der außerdem in seinem Mittelbereich Durchbrechungen 11 mit
Wälzkörpern 12 aufweist und der in seinem
distalen Endbereich eine größere Anzahl von Durchbrechungen 11 mit
Wälzkörpern 12 aufweist, beispielsweise
können in diesem Bereich zwei oder drei Reihen von derartigen
Durchbrechungen 11 nebeneinander angeordnet sein. Selbstverständlich
benötigt dieser distale Endkäfig 23 an
seinem distalen Ende weder Vorsprünge noch Ausschnitte,
da eine Verbindung mit einem benachbarten Käfig nicht notwendig ist.
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Bei
den bisher beschriebenen Käfigen 6 werden als
Wälzkörper 12 ausschließlich
kugelförmige Wälzkörper verwendet. Kugelförmige
Wälzkörper führen zu punktförmigen
Anlagen an dem Werkzeugschaft und an der Innenwand des Außenschaftes
und damit zu hoher Flächenpressung und gegebenenfalls auch
zu höherem Verschleiß.
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Um
hier eine linienförmige Abstützung zu erreichen,
kann auch vorgesehen sein, dass in den Durchbrechungen 11 Wälzkörper 12 verwendet
werden, die Rollenform haben. Bei dem Ausführungsbeispiel
der 15 und 16 sind
beispielsweise in dem distalen Endkäfig 23 in
schlitzförmigen Durchbrechungen 11 zylindrische
Rollen 24 mit ihren Drehachsen parallel zur Längsachse
des Käfigs verlaufend eingelegt, die die Funktion der Wälzkörper 12 übernehmen
und die zu einer linienförmigen Anlage am Werkzeugschaft
und an der Innenwand des Außenschaftes führen.
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Diese
Rollen 24 können, wie in den 15 und 16 dargestellt, über
ihre gesamte Länge kreiszylindrisch ausgebildet sein, sie
können auch an ihren Enden konisch zulaufen und dann nadelförmig ausgebildet
sein, wie dies bei dem Ausführungsbeispiel der 17 dargestellt
ist, es wäre aber auch möglich, Rollen 24 zu
verwenden, die tonnenförmig ausgebildet sind, wie dies
in den 18 und 19 dargestellt
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Außenwand
der Rolle über die gesamte Länge ballig ausgebildet,
allerdings mit einem relativ großen Radius, so dass die
Krümmung gering ist. Dadurch wird zwar die linienförmig
Anlage am Werkzeugschaft und am Außenschaft wieder aufgehoben,
es ist aber trotzdem eine wesentlich kleinere Kerbwirkung vorhanden
als bei kugelförmigen Wälzkörpern.
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Mit
Verwendung dieser Rollen kann die Flächenpressung und damit
der Verschleiß im Lagerbereich herabgesetzt werden. Dies
ist besonders vorteilhaft am distalen Ende des Schaftes 1,
kann aber selbstverständlich auch an den anderen Lagerstellen realisiert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2003/0219184
A1 [0003]