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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für ein Dentalwerkzeug in einem Dentalturbinenhandstück, insbesondere für hochtourige Luftturbinen, die mit hohen Drehzahlen von etwa 200.000 bis 500.000 U/min arbeiten.
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Mit Luftturbinen betriebene Dentalhandstücke weisen einen Turbinenrotor auf, der über ein Gleit- oder Kugellager in einem Gehäuse abgestützt ist. Der Turbinenrotor hat Turbinenschaufeln an seinem Umfang sowie eine Spanneinrichtung zum Einspannen des Schaftes eines Dentalwerkzeugs innerhalb eines Gehäuses, an dessen Außenseite die Turbinenschaufeln angebracht sind. Zum Einspannen und Wechseln des Werkzeugs sind sogenannte Druckknopfspannsysteme bekannt, die für einen Werkzeugwechsel kein zusätzliches Werkzeug benötigen. Bei Druckknopfspannsystemen haben sich zwei gängige Designs durchgesetzt. In einer Bauart wird ein Steilkegel in Verbindung mit einer Druckfeder verwendet. Das andere Design beruht auf elastischer Verformung eines speziell konstruierten Bauteils wie beispielsweise in der
EP 1 232 731 B1 dargestellt.
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Eine bekannte Spannvorrichtung, die in der
CH 631 068 A beschrieben ist, umfasst ein Spannfutter mit einer Vielzahl von Spannklauen und einem mit den Spannklauen zusammenwirkenden Klemmstück. Das Klemmstück klemmt die Spannklauen von außen nach innen in Richtung des Werkzeugschafts, so dass die Spannklauen auf den Werkzeugschaft konzentrisch eine Spannkraft ausüben. Dadurch wird der Schaft des Dentalwerkzeugs fest eingeklemmt. Dabei besteht jedoch die Schwierigkeit, dass bei Stillstand des Turbinenrotors der Schaft des Dentalwerkzeugs weiter fest in der Spanneinrichtung gehalten ist, während die Haltekraft bei Betrieb aufgrund der auf die Spannklauen wirkenden Zentrifugalkräfte abnimmt. Außerdem ist es bei dieser Bauart notwendig, zum Einspannen und Lösen des Dentalwerkzeugs das Klemmstück von Hand zu betätigen.
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Die
CH 631 068 A beschreibt weiter, dass auch bei dem Einsetzen und Entfernen des Dentalwerkzeugs durch elastische Einspannung mit Hilfe eines Kunststoff- oder Gummielementes die Schwierigkeit besteht, dass Zentrifugalkräfte auf die elastische Spanneinrichtung wirken und somit ebenfalls während des Betriebs die Haltekraft in zentripetaler Richtung abnimmt.
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Die
CH 631 068 A schlägt daher ein Luftturbinenhandstück mit einem Klemmstück innerhalb des Turbinenrotorkörpers vor, in welches das Spannfutter eingepasst und gleitbeweglich in axialer Richtung angeordnet ist. An seinem vorderen Teil weist das Spannfutter eine Vielzahl von Spannklauen auf und an seinem gegenüberliegenden hinteren Ende befindet sich ein Flansch, gegen den sich ein elastischer Ring abstützt. Wenn der Turbinenrotorkörper dreht, wird der Ring durch Zentrifugalkraft aufgespreizt und drückt somit gegen die Spannhülse, die im Klemmstück verschoben wird. Dadurch werden die Spannklauen konvergierend zusammengeklemmt, so dass der Schaft des Dentalwerkzeugs auch bei steigenden Drehzahlen fest eingespannt bleibt.
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Auch die
US 2002/0105149 A1 befasst sich mit dem Problem der nachlassenden Einspannkraft bei zunehmender Drehzahl der Dentalturbine aufgrund der zunehmenden Zentrifugalkraft. Diese Schrift schlägt eine Lösung für eine Spanneinrichtung eines Dentalwerkzeugs vor mit einem Gehäuse, in dem eine Bohrerhülse aufgenommen ist. Ziel des Designs ist es, einen Bohrer bei Stillstand der Dentalturbine einfach einfügen zu können und ihn durch die bei Rotation wirkenden Zentrifugalkräfte einzuspannen. Hierzu sind Verriegelungsgewichte innerhalb des Gehäuses vorgesehen, die sich an zugehörigen Drehpunkten abstützen und bei Rotation der Dentalturbine in radialer Richtung um ihre Drehpunkte verschwenken und gegen den Schaft des Dentalbohrers zu liegen kommen, um diesen einzuspannen. Die in radialer Richtung verschwenkbaren Gewichte sind ausladend und lassen sich nur neben dem Turbinenkopf anordnen. Eine Platz sparende Unterbringung innerhalb des Innendurchmessers des Turbinenrades ist nicht möglich.
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Die beschriebenen Systeme erzielen bereits eine gewisse Verbesserung im Hinblick auf die Schwierigkeiten, die durch die bei Rotation entstehenden Zentrifugalkräfte bereitet werden. Die Lösungen haben sich in der Praxis aber nicht bewährt.
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Die
US 5 836 766 A offenbart ferner ein Handstück mit einer lösbaren Haltevorrichtung für ein Werkzeug mit einer Welle, um die sich das Werkzeug dreht. Das Handstück weist ein Gehäuse und eine im Gehäuse drehbar gelagerte Antriebshülse auf. Die Antriebshülse verfügt über ein hohlzylindrisches Einsteckloch, in das der Schaft des Werkzeugs eingesetzt wird. Zur Drehung der Antriebshülse ist ein Antriebsmittel vorgesehen. Zur drehbaren und/oder axialen Verbindung der Welle mit der Antriebshülse sind erste und/oder zweite lösbare Kupplungen vorgesehen. Die lösbaren Kupplungen verfügen entweder über einen Kupplungsschieber oder ein Druckstück, das zwischen Kupplungs- und Entkupplungsstellung verschiebbar ist. Zum Verschieben des Kupplungsschiebers bzw. Druckstücks in seine Entkupplungsstellung ist eine Betätigungseinrichtung vorgesehen. Weiterer Stand der Technik ist aus der
US 5 836 766 A bekannt.
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Grundsätzlich besteht an eine Spanneinrichtung für ein Dentalwerkzeug in einem Dentalturbinenhandstück die Anforderungen, dass das Dentalwerkzeug mit möglichst geringer Betätigungskraft, ohne zusätzliche Werkzeuge, gewechselt werden kann. Dabei darf die Betätigungskraft jedoch nicht so niedrig ausgelegt sein, dass eine unbeabsichtigte Betätigung, beispielsweise durch Berührung der Wange eines Patienten, möglich ist. Die Haltekraft muss ausreichend sein, um das Dentalwerkzeug bei allen Betriebsbedingungen fest und sicher einzuspannen. Gewünscht wird daher ein einfach und schnell zu bedienendes Spannsystem, das ausreichend Haltekraft aufweist, um ein Dentalwerkzeug sicher einzuspannen. Da die Dentalwerkzeuge heute normgerecht immer einen zylindrischen Schaft aufweisen, ist eine formschlüssige Einspannung des Schaftes des Dentalwerkzeugs, um dieses gegen axiales Verschieben und gegen Verdrehung zu sichern, nicht möglich. Vielmehr ist es notwendig, das Dentalwerkzeug mittels Kraftschluss und den daraus resultierenden Reibkräften in Position zu halten. Dabei muss die Spanneinrichtung so ausgelegt sein, dass sie auch bei sehr hohen Drehzahlen von bis zu 450.000 U/min und mehr wirkenden Fliehkräften das Dentalwerkzeug zuverlässig hält, denn auch kugelgelagerte Dentalhandstücke erreichen heute schon Drehzahlen von bis zu 450.000 U/min. Es wird eine Lösung gesucht, welche diese Fliehkräfte für die Einspannung des Dentalwerkzeugs auf einfache Weise nutzt, so dass sich bei Rotation der Dentalturbine die Haltekraft im Verhältnis zu einem ruhenden System jedenfalls nicht vermindert.
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Diese Aufgabe wird durch eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Erfindung schlägt eine Spanneinrichtung für ein Dentalwerkzeug in einem Dentalturbinenhandstück vor, die wenigstens einen Spannhebel aufweist, der um einem virtuellen Drehpunkt bzw. um eine virtuelle Drehachse ausgelenkt werden kann und sich entlang der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts erstreckt. Der Spannhebel ist so ausgebildet und angeordnet, dass er den Werkzeugschaft einspannt, wobei der Spannhebel bei Rotation der Spanneinrichtung durch Wirkung der Zentrifugalkraft um den virtuellen Drehpunkt bzw. die virtuelle Drehachse ausgelenkt wird und dadurch die auf den Werkzeugschaft wirkende Einspannkraft erhöht. Die virtuelle Drehachse des Spannhebels verläuft vorzugsweise senkrecht zur Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts.
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Der Spannhebel ist als zweiarmiger Spannhebel mit einem ersten und einem zweiten, um den virtuellen Drehpunkt auslenkbaren Hebelarm ausgebildet. Das Werkzeug wird von dem ersten Hebelarm eingespannt, wobei bei Rotation der Spanneinrichtung der zweite Hebelarm durch die Wirkung der Zentrifugalkraft um den virtuellen Drehpunkt ausgelenkt wird und so die Einspannkraft des ersten Hebelarms erhöht. Besonders bevorzugt ist der Spannhebel Teil einer Spannzange, die mehrere um die Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts vorzugsweise gleichmäßig angeordnete Spannhebel aufweist. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Spannzange zwei einander gegenüberliegende Spannhebel auf. Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung kann jedoch auch mit nur einem Spannhebel oder mit drei oder mehr Spannhebeln realisiert werden.
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Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung ist so gestaltet, dass aufgrund der hohen Drehzahl hohe Fliehkräfte auf den Spannhebel wirken, wobei diese Fliehkräfte dazu genutzt werden, die auf das Werkzeug wirkende Einspannkraft zu erhöhen. Dabei wird die Umdrehungsgeschwindigkeit der Dentalturbine ausgenutzt, um eine gezielte Haltekraft zu erzeugen, die sich bei zunehmender Drehzahl erhöht.
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Es wird ein zweiarmiger Spannhebel verwendet, bei dem die Masse des zweiten Hebelarms größer ist als die Masse des ersten Hebelarms, so dass der Spannhebel durch die Wirkung der Fliehkräfte im Bereich des zweiten Hebelarms ausgelenkt wird und dadurch der erste Hebelarm gegen den Schaft des Dentalwerkzeugs drückt. Da sich der Spannhebel entlang der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts erstreckt, kann die axiale Länge des Dentalturbinenhandstücks, in Verlängerung der Achse des Dentalwerkzeugs, zur Unterbringung eines relativ langen Spannhebels mit entsprechender Massenverteilung genutzt werden. Im Gegensatz dazu erstrecken sich beispielsweise die Gewichte der
US 2002/0105149 A1 außerhalb des Werkzeugschafts und werden um eine Achse parallel zu diesem ausgelenkt. Ferner ist der Platzbedarf der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung geringer. Sie kann in einem zylindrischen Gehäuse untergebracht werden, welches das Antriebsrad der Dentalturbine durchsetzt. Der Außendurchmesser der Spanneinrichtung ist somit nicht größer als der Innendurchmesser des Antriebsrades.
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In der bevorzugten Ausführung ist die Spannzange in einem Gehäuse in axialer Richtung verschiebbar gelagert. In diesem Gehäuse ist auch eine Führungsbuchse untergebracht, wobei die Spannzange in axialer Richtung in die Führungsbuchse einführbar ist. Die Führungsbuchse ist so ausgestaltet, dass sie den zweiten längeren Hebelarm des Spannhebels in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugs drückt, wenn er in die Führungsbuchse hinein geschoben wird. Dadurch bewegt sich der erste, kürzere Hebelarm weg von der Achse des einzuspannenden Werkzeugs, um das Werkzeug leichter lösen zu können.
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Hierzu ist die Führungsbuchse vorzugsweise in dem Gehäuse fixiert und weist eine keilförmige Innenfläche auf, entlang der der zweite Hebelarm des Spannhebels gleitet, so dass er beim Eindringen in die Buchse in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts gedrückt wird und beim Austreten aus der Buchse sich von der Achse des Werkzeugschafts weg bewegen kann.
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In einer weiteren Ausführung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen kombiniert werden kann, weist die Spanneinrichtung eine Verriegelungseinrichtung auf, mit der der Spannhebel in axialer Richtung lösbar arretiert werden kann. Hierzu wird beispielsweise ein Einrastmechanismus verwendet, der den Spannhebel relativ zu dem Gehäuse in einer vorgegebenen Stellung arretiert. Der Einrastmechanismus kann z.B. eine Kugel aufweisen, die zwischen dem Gehäuse und dem Spannhebel in radialer Richtung verlagerbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen kombiniert werden kann, ist ein Druckknopfmechanismus vorgesehen, der in axialer Richtung auf die Spannzange wirkt, um diese in axialer Richtung zu verschieben. Dadurch kann der Spannhebel z.B. in die Führungsbuchse hinein gedrückt werden, um den zweiten Hebelarm in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugs zu drücken und somit die Einspannkraft des ersten Hebelarms zu verringern, wenn ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden soll. Bei Lösen des Druckknopfes gleitet der Spannhebel aus der Führungsbuchse heraus, und der zweite Hebelarm wird bei Rotation der Spanneinrichtung aufgrund der Fliehkräfte von der Achse des einzuspannenden Werkzeugs weg gedrückt. Die axiale Verlagerung des Spannhebels aus der Führungsbuchse heraus kann durch einen Rückstellmechanismus unterstützt oder, bei entsprechender Gestaltung der Führungsbuchse, auch durch den Einfluss der Fliehkraft bewirkt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist im Bereich des zweiten Hebelarms ein Spreizelement bzw. Mitnehmer, beispielsweise an der Führungsbuchse, vorgesehen, gegen das der Spannhebel zu liegen kommt, wenn er aus der Führungsbuchse heraus gleitet. Das Spreizelement übt eine in radialer Richtung nach außen oder in Umfangsrichtung wirkende Kraft auf den zweiten Hebelarm aus, um diesen von der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts weg zu spreizen und somit die Spannkraft des ersten Hebelarms aufrechtzuerhalten. Das Spreizelement ist vorzugsweise mit dem Gehäuse drehfest verbunden und bildet zusätzlich einen Mitnehmer für den Spannhebel. Wenn zwei oder mehr Spannhebel eine Spannzange bilden, so wird das Spreizelement vorzugsweise zwischen die zweiten (längeren) Hebelarme benachbarter Spannhebeln eingeführt, um diese auseinanderzudrücken. Die Mitnahme der zweiten Hebelarme durch das Spreizelement bewirkt durch Massenträgheit am Beginn der Bewegung ein Verdrehen und damit ein zusätzliches Spreizen dieser Hebelarme und somit eine Verstärkung der Auslenkung des Spannhebels von der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts weg.
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Der Spannhebel ist vorzugsweise elastisch verformbar.
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Die Erfindung ist im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Figuren zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung einer Dentalturbine gemäß der Erfindung;
- 2 eine Explosionsdarstellung einer Spanneinrichtung gemäß einer ersten Ausführung für die Dentalturbine der 1;
- 3 einen Teilschnitt der Spanneinrichtung der 2 in zusammengesetztem Zustand, in einer Stellung im Ruhezustand;
- 4 eine Schnittdarstellung durch die Spanneinrichtung der 3;
- 5 eine Schnittdarstellung durch die Dentalturbine der 1 mit einer Spanneinrichtung gemäß einer zweiten Ausführung, in einer Stellung zum Lösen des Werkzeugs;
- 6 eine Schnittdarstellung durch die Dentalturbine der 5, jedoch gegenüber der Darstellung von 5 um 90° gedreht;
- 7 eine Schnittdarstellung durch die Dentalturbine der 5, wobei die Spanneinrichtung in einer Stellung zum Festspannen des Werkzeugs ist;
- 8 eine Schnittdarstellung durch die Dentalturbine der 7, jedoch gegenüber der Darstellung von 7 um 90° gedreht;
- 9 eine Explosionsdarstellung einer Spanneinrichtung gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung;
- 10 einen Teilschnitt der Spanneinrichtung der 9 im zusammengesetzten Zustand, in einer Stellung zum Lösen des Werkzeugs;
- 11 eine Schnittdarstellung durch die Spanneinrichtung der 10;
- 12 einen Teilschnitt der Spanneinrichtung der 9 im zusammengesetzten Zustand, in einer Stellung zum Festspannen des Werkzeugs;
- 13 eine Schnittdarstellung durch die Spanneinrichtung der 12;
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1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Dentalturbine, die eine Spanneinrichtung für ein Dentalwerkzeug gemäß der Erfindung enthält. Die Turbine umfasst ein Antriebsrad 10 mit Turbinenschaufeln, das auf einem Gehäuse 12 sitzt, welches die Spanneinrichtung umgibt. Das Gehäuse 12 ist vorzugsweise zylindrisch oder im Wesentlichen zylindrisch und passt in den Innendurchmesser des Antriebsrades 10. Das Gehäuse 12 kann über Kugellager in einem Dentalturbinenhandstück (nicht gezeigt) gelagert sein. Dentalturbinen müssen naturgemäß kleine Abmessungen haben, um sie in einem Dentalturbinenhandstück unterbringen zu können. Zum Erreichen der notwendigen Schnittleistung müssen hohe Drehzahlen erzielt werden, beispielsweise im Bereich von 200.000 bis 500.000 U/min. Aufgrund der kleinen Abmessungen der Schaufelräder des Antriebsrades ist das Drehmoment begrenzt. Bei Belastung entsteht ein merklicher Abfall der Drehzahl gegenüber der Leerlaufdrehzahl. Somit wirkt also bei Rotation der Dentalturbine eine erhebliche Fliehkraft auf die Spanneinrichtung, wobei die Drehzahl und damit auch die Fliehkraft bei Belastung abfällt. Die Erfindung nutzt die durch Rotation entstehende Fliehkraft für eine Erhöhung der Spannkraft der Spanneinrichtung auf das Dentalwerkzeug und sieht in einer Ausgestaltung darüber hinaus Mittel vor, die der abnehmenden Fliehkraft bei einem Drehzahleinbruch entgegenwirken.
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Eine erste Ausführung der Erfindung ist in den 2 bis 4 dargestellt.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst die Spanneinrichtung eine Spannzange 14, mit einem ersten und einem zweiten Spannhebel 16, 18. Die Spannhebel 16, 18 umfassen jeweils einen ersten, kürzeren Hebelarm 16', 18' und einen zweiten, längeren Hebelarm 16", 18". Die Spannhebel 16, 18 sind um einen virtuellen Drehpunkt bzw. eine virtuelle Drehachse 20, die in den Figuren durch ein Kreuz angedeutet ist, auslenkbar. Die virtuelle Drehachse 20 verläuft senkrecht zur Achse A des einzuspannenden Werkzeugschaftes und schneidet diese vorzugsweise. Die Spannhebel 16, 18 erstrecken sich im Wesentlichen parallel zu der Achse A des einzuspannenden Werkzeugschaftes und können mit geringem Platzbedarf in dem Gehäuse 12 untergebracht werden. Die zweiten, längeren Hebelarme 16", 18", auch als Flügel bezeichnet, haben dabei eine möglichst große Länge, um schon mit einer geringen Auslenkung eine große Hebelwirkung zu erzielen. Die Spannhebel 16, 18 bestehen vorzugsweise aus Metall, z.B. rostfreier Stahl, und sind elastisch verformbar, wobei ein Verschwenken des zweiten, längeren Hebelarms 16", 18" auf den ersten, kürzeren Hebelarm 16', 18' übertragen wird. Die kürzeren Hebelarme dienen dabei zum Einspannen oder Einklemmen eines Werkzeugschafts, und die längeren Hebelarme dienen als Flügel zur Verstärkung der Einspannkraft.
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Die Spanneinrichtung umfasst ferner eine erste Führungsbuchse 22, eine Rückstellfeder 24, eine zweite Führungsbuchse 26 mit einem Mitnehmer 28 und einen Druckknopf 30. Die Spanneinrichtung ist in dem Gehäuse 12 über die feststehenden Führungsbuchsen 22, 26 und den Mitnehmer 28 drehfest montiert und gelagert. Die Spanneinrichtung und das Gehäuse 12 drehen zusammen mit dem Turbinenantriebsrad 10.
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Die Spannzange 14 mit den beiden Spannhebeln 16, 18 ist in dem Gehäuse 12 in axialer Richtung durch Betätigung des Druckknopfes 30 verschiebbar. Wenn der Druckknopf 30 in das Gehäuse 12 hinein (siehe Pfeil) gedrückt wird, werden die Spannhebel 16, 18 der Spannzange 14 in die erste Führungsbuchse 22 hineingeschoben. Die Führungsbuchse 22 weist eine keilförmige Innenfläche auf, so dass die beiden Flügel 16", 18" zusammengedrückt werden, wenn sie in die erste Führungsbuchse 22 eindringen. Dabei werden die Spannhebel elastisch verformt, so dass sich der Klemmdurchmesser D zwischen den beiden ersten, kürzeren Hebelarmen 16', 18' aufweitet. Dieser Klemmdurchmesser D bestimmt letztendlich den Kraftschluss zwischen der Spanneinrichtung und dem aufzunehmenden Werkzeugschaft (nicht gezeigt). Wird er aufgeweitet, so lässt sich das Werkzeug, in der Zeichnung von rechts, leicht von Hand einführen.
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Nach Entlastung des Druckknopfs 30 wird die Spannzange 14 durch die Rückstellfeder 24 weitgehend oder vollständig aus der ersten Führungsbuchse 22 herausgeschoben, so dass sich die Flügel 16", 18" der Spannhebel 16, 18 entspannen können. Sie nehmen ihre in den 3 und 4 gezeigte Ausgangsstellung ein, bei der ein Dentalwerkzeug im Bereich des Klemmdurchmessers D fest eingespannt werden würde.
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Wenn die Dentalturbine im Betrieb dreht, ergibt sich durch die dabei entstehenden Fliehkräfte eine Hebelwirkung in den Spannhebeln 16, 18, wodurch die zweiten, längeren Hebelarme 16", 18" nach außen, von der Achse des zu spannenden Werkzeugs weg, und die ersten, kürzeren Hebelarme 16', 18' entsprechend nach innen gedrückt werden. Dadurch werden die von den Spannhebeln 16, 18 auf das Werkzeug ausgeübten Normalkräfte (Einspannkraft) erheblich verstärkt. Um diese Hebelwirkung sicherzustellen, ist die Spannzange so ausgebildet, dass die zweiten, längeren Hebelarme 16", 18" nicht nur deutlich länger sind als die ersten, kürzeren Hebelarme 16', 18', sondern auch eine größere Masse haben. Das Verhältnis kann etwa im Bereich 4:1 liegen.
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Um zu verhindern, dass die Spannzange 14 innerhalb des Gehäuses 12 durchrutscht, wird sie durch die Mitnehmer 28 drehfest zur zweiten Führungsbuchse 26 und somit zum Gehäuse 12 fixiert.
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Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in den 5 bis 8 in Schnittdarstellung gezeigt. In dieser Weiterbildung der Erfindung wird die Spannkraft der Spanneinrichtung auch bei einem Drehzahleinbruch aufrechterhalten.
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Soweit die zweite Ausführung mit der ersten übereinstimmt, sind dieselben Bezugszeichen verwendet. Auf die obige Beschreibung der einzelnen Komponenten wird Bezug genommen.
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Die zweite Ausführung unterscheidet sich von der ersten zunächst dadurch, dass der Mitnehmer 32 an der ersten Führungsbuchse 22 und nicht an der zweiten Führungsbuchse 26 ausgebildet ist. Dadurch erfolgt die in Drehrichtung erforderliche Mitnahme der Spannzange 14 nicht, wie in der ersten Ausführung, auf der Einspannseite, also nicht bei dem Klemmdurchmesser D, sondern sie wird auf die Seite der zweiten, längeren Hebelarme 16", 18" verlagert. Der Mitnehmer 32 in dieser zweiten Ausführung bewirkt daher bei Rotation der Dentalturbine ein zusätzliches Aufspreizen der zweiten, längeren Hebelarme 16", 18" und dadurch eine Verstärkung der Einspannkraft durch Massenträgheit am Beginn der Bewegung. Bei der zuvor beschriebenen Ausführung wirkt sich dagegen ein auf das Werkzeug aufgebrachtes Drehmoment über den Mitnehmer 28 negativ auf die Einspannkraft aus, weil die Reibkräfte in Umfangsrichtung zum Öffnen der Spannzange 14 beitragen. Allerdings ist dieser Beitrag nicht so groß, dass er den sicheren Sitz des Dentalwerkzeugs gefährden würde; denn bei zunehmender Drehgeschwindigkeit steigt wiederum die Klemmkraft im Bereich der kürzeren Hebelarme durch den Beitrag der auf die längeren Hebelarme, oder Flügel, wirkenden Fliehkraft.
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In der zweiten Ausführung der Erfindung ist der Mitnehmer 32 so ausgebildet, dass die beiden Flügel, d.h. die zweiten längeren Hebelarme 16", 18" der Spannzange 14 auseinander gedrückt werden wenn sich die Spannzange 14 aus der ersten Führungsbuchse 22 herausbewegt. Hierzu weist der Mitnehmer 32 an seinem Ende eine Verdickung auf. Zusätzlich weist diese Ausführung einen Einrastmechanismus auf, um die Spannzange 14 in axialer Richtung in Position zu halten, wenn die Flügel 16", 18" aufgespreizt sind. Der Einrastmechanismus umfasst in der gezeigten Ausführung eine Rastkugel 34, die zwischen einem Aufnahmeraum 36, der in dem Antriebsrad 10 untergebracht ist, und einer Bohrung 38 in der Spannzange 14 durch eine weitere Bohrung 40 in dem Gehäuse 12 hindurch in radialer Richtung verschiebbar ist. Die Rastkugel 34 wird in dem Aufnahmeraum 36 durch einen federbelasteten Keil 42 vorgespannt.
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Zum Einspannen eines Dentalwerkzeugs wird die Spanneinrichtung in die in den 5 und 6 gezeigte Stellung gebracht, indem der Druckknopf 30 in Pfeilrichtung betätigt wird. Dabei werden die beiden längeren Hebelarme 16", 18" in die erste Führungsbuchse 22 hineingeschoben und durch deren keilförmige Innenfläche zusammengedrückt, so dass sich die gegenüberliegenden kürzeren Hebelarme 16', 18' auseinander bewegen. Dadurch wird der Einspanndurchmesser D aufgeweitet, und ein Dentalwerkzeug kann in die Spanneinrichtung eingefügt oder entnommen werden. Die Enden der längeren Hebelarme 16", 18" sind so geformt, dass sie um die Verdickung des Mitnehmers 32 herumgreifen und die beiden „Flügel“ 16", 18" zusammengedrückt werden können. Die Außenfläche der Spannzange 14 versperrt die Bohrung 40 in dem Gehäuse 12, so dass die Rastkugel 34 in den Aufnahmeraum 36 gedrückt wird.
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Wenn der Druckknopf 30 losgelassen wird, siehe die 7 und 8, können sich die beiden längeren Hebelarme 16", 18" entspannen und drücken schon aufgrund ihrer Elastizität die Spannzange 14 aus der ersten Führungsbuchse 22 hinaus. Diese Verschiebung der Spannzange 14 aus der Führungsbuchse 22 hinaus wird unterstützt, wenn die Dentalturbine mit Leerlaufdrehzahl dreht. Die Drehung erzeugt aufgrund der Fliehkräfte eine elastische Verformung der Flügel 16", 18" nach außen. Durch die Führung entlang der keilförmigen Innenfläche der Führungsbuchse 22 wird die Spreizbewegung der Flügel 16", 18" übersetzt in eine Translationsbewegung, so dass sich die Spannzange 14 in axialer Richtung relativ zu dem Gehäuse 12 verschiebt, wie durch die Pfeile in 7 angedeutet ist. Durch die Form der Führungsbuchse 22 und ihres Mitnehmers 32 werden die beiden Flügel 16", 18" in ihrem gespreizten Zustand gehalten. Leichte Bewegungen werden durch die Form des Mitnehmers gehemmt. Zusätzlich arretiert die Rastkugel 34 die Spannzange 14 in dieser Position, wobei das Einrasten der Rastkugel 34 durch den federbelasteten Keil 42 sichergestellt wird. Bei dieser Ausführung wird somit bei einem Drehzahleinbruch nicht nur die aus der momentanen Drehzahl resultierende Fliehkraft genutzt, sondern das Aufspreizen der Flügel 16", 18" bei Leerlaufdrehzahl, also bei der höchsten auftretenden Fliehkraft, wird quasi „gespeichert“. Zum Lösen der Spannzange 14 müssen der Einrastmechanismus und die elastische Verformung der Spannzange überwunden werden, indem der Druckknopf 30 nach innen gedrückt wird, wie in den 5 und 6 gezeigt.
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Die 9 bis 13 zeigen eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Spanneinrichtung. Das Wirkungsprinzip der Spanneinrichtung ist grundsätzlich das gleiche wie in den vorhergehenden Ausführungen. Entsprechende Teile sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. Diese dritte Ausführung unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungen durch die räumliche Anordnung der Spannzange 14. Im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungen erstrecken sich in der Ausführung der 9 bis 13 die beiden längeren Hebelarme 16", 18" der Spannzange in Richtung des Druckknopfes 30, während die beiden kürzeren Hebelarme 16', 18' mit der ersten Führungsbuchse 22 zusammenwirken und von dem Druckknopf 30 abgewandt sind. In der dritten Ausführung umfasst die Spanneinrichtung, ebenso wie die vorhergehenden Ausführungen, ein Gehäuse 12 und eine Spannzange 14, mit einem ersten und einem zweiten Spannhebel 16, 18. Die Spannzange 14 wird in dem Gehäuse über eine erste Führungsbuchse 22 und eine zweite Führungsbuchse 26 fixiert und betätigt. Die erste Führungsbuchse 22 weist einen Mitnehmer 32 auf, und die zweite Führungsbuchse 26 weist ein Spreizelement 28 auf. Die Betätigung der Spannzange 14 erfolgt über einen Druckknopf 30 und ein zwischengeschaltetes Federpaket 44, das einen Rückstellmechanismus bildet, wie unten mit weiteren Einzelheiten beschrieben ist.
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In dieser dritten Ausführung wird die Spannzange 14 in dem Gehäuse 12 in axialer Richtung formschlüssig und verdrehsicher für die Drehmomentübertragung durch den Mitnehmer 32 an der ersten Führungsbuchse 22 gehalten.
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Die 10 und 11 illustrieren den Öffnungsmechanismus der Spanneinrichtung, also die zum Einführen eines Werkzeugs geöffneter Spanneinrichtung. In dieser Ausführung ist die zweite Führungsbuchse 26 in einem Gehäuse 12 in axialer Richtung verschiebbar gelagert. Die Führungsbuchse 26 ist so ausgestaltet, dass sie den zweiten längeren Hebelarm 16", 18" des Spannhebels 16, 18 in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugs drückt, wenn die Führungsbuchse 26 in Richtung der Spannzange 14 verschoben wird. Dadurch bewegt sich der erste, kürzere Hebelarm 16', 18' weg von der Achse des einzuspannenden Werkzeugs, um das Werkzeug leichter lösen zu können. Hierzu weist die verschiebbare zweite Führungsbuchse 26 eine keilförmige Innenfläche auf, entlang der der zweite Hebelarm 16", 18" des Spannhebels 16, 18 gleitet, so dass er beim Eindringen in die Führungsbuchse 26 in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts gedrückt wird und beim Austreten aus der Führungsbuchse sich von der Achse des Werkzeugschafts weg bewegen kann.
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In dieser Ausgestaltung der Erfindung, die mit den oben genannten Merkmalen kombiniert werden kann, ist ein Druckknopfmechanismus vorgesehen, der in axialer Richtung auf die zweite Führungsbuchse 26 wirkt, um diese in axialer Richtung zu verschieben. Dadurch kann der Spannhebel 16, 18 z.B. in die Führungsbuchse 26 hinein gedrückt werden, um den zweiten Hebelarm 16", 18" in Richtung der Achse des einzuspannenden Werkzeugs zu drücken und somit die Einspannkraft des ersten Hebelarms 16', 18' zu verringern, wenn ein Werkzeugwechsel durchgeführt werden soll. Bei Lösen des Druckknopfes gleitet der Spannhebel 16, 18 aus der Führungsbuchse 26 heraus. Zusätzlich wird der zweite Hebelarm 16", 18" bei Rotation der Spanneinrichtung aufgrund der Fliehkräfte von der Achse des einzuspannenden Werkzeugs weg gedrückt. Die axiale Verlagerung der zweiten Führungsbuchse 26 kann durch einen Rückstellmechanismus, z.B. durch ein Federpaket 44, unterstützt oder, bei entsprechender Gestaltung der Führungsbuchse 26, auch durch den Einfluss der Fliehkraft bewirkt werden.
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Die 12 und 13 zeigen die Spanneinrichtung der dritten Ausführung in einer Position zum Spannen eines Werkzeugs. Hierzu ist in dieser weiteren Ausführung der Erfindung im Bereich des zweiten Hebelarms 16", 18" ein Spreizelement 28, beispielsweise an der zweiten Führungsbuchse 26, vorgesehen, gegen das der Spannhebel 16, 18 zu liegen kommt, wenn die zweite Führungsbuchse 26 aus der Spannzange 14 heraus gleitet. Das Spreizelement 28 übt eine in radialer Richtung nach außen oder in Umfangsrichtung wirkende Kraft auf den zweiten Hebelarm 16", 18" aus, um diesen von der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts weg zu spreizen und somit die Spannkraft des ersten Hebelarms 16, 18 aufrechtzuerhalten. Durch das zusätzliche Federpaket 44 kann diese Wirkung auch ohne Fliehkraftwirkung zu Tragen kommen, um die Spannkraft im Stillstand zu erhöhen.
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Unter Fliehkraftwirkung können sich die zweiten, längeren Hebelarme 16", 18" weiter von der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts weg spreizen. Der Rückstellmechanismus, z.B. das Federpaket 44, zwingt die zweite Führungsbuchse 26 sich weiter von der Spannzange 14 zu entfernen. Dabei wird das Spreizelement 28 weiter in den nun von den längeren Hebelarmen 16", 18" der Spannzange 14 freigegeben Querschnitt bewegt. Das Spreizelement 28 ist so ausgestaltet, dass die längeren Hebelarme 16", 18" am Ende der Bewegung auf einer zu der Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts parallelen ebenen Fläche zu liegen kommen. Außerdem weist das Spreizelement 28 an dessen Ende einen größeren Querschnitt auf, als die Spannhebel 16, 18 durch Fliehkraftwirkung im Stande sind freizugeben. Somit wird die zweite Führungsbuchse 26 mit Druckknopf 30 und Rückstellmechanismus (Federpaket 44) im Gehäuse 12 gehalten.
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Die in der obigen Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Realisierung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Antriebsrad
- 12
- Gehäuse
- 14
- Spannzange
- 16
- Spannhebel
- 18
- Spannhebel
- 16', 18'
- erster, kürzerer Hebelarm
- 16", 18"
- zweiter, längerer Hebelarm
- 20
- Drehpunkt bzw. Drehachse
- 22
- erste Führungsbuchse
- 24
- Rückstellfeder
- 26
- zweite Führungsbuchse
- 28
- Mitnehmer, Spreizelement
- 30
- Druckknopf
- 32
- Mitnehmer, Spreizelement
- 34
- Rastkugel
- 36
- Aufnahmeraum
- 38
- Bohrung in Spannzange
- 40
- Bohrung in Gehäuse
- 42
- federbelasteter Keil
- 44
- Federpaket
- A
- Achse des einzuspannenden Werkzeugschafts
- D
- Klemmdurchmesser
