DE1954130A1

DE1954130A1 - Von Hand zu haltendes Bohr- und/oder Fraeswerkzeug fuer medizinische Zwecke

Info

Publication number: DE1954130A1
Application number: DE19691954130
Authority: DE
Inventors: Pohl Fritz G; Arnold Keller
Original assignee: Howmet International Inc
Current assignee: Howmet International Inc
Priority date: 1969-10-28
Filing date: 1969-10-28
Publication date: 1971-05-13
Also published as: DE1954130B2; GB1287850A; US3709630A; FR2068232A5

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.-ing. H. HAUCK · dipl-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHBN ZUSTELLTJNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. 3β 74 28 UND 36 41 15

IEI.EGH. NEGEDAPATBPiT HAMBURG

HowBEb International, Ine· München 15 · mozartstr.23

Zweigniederlassung Kiel TEL.sssosse

AUS¹I¹ISNAIi^--POHL telegr. negedafatent München

23 Kiel-Dietrichsdorf

Schönkirchener Str. 78-80 Hamburg, 27. Oktober 1969

Von Hand zu haltendes Bohr- und/oder Fräswerkzeug für medizinische Zwecke

Die Erfindung betrifft ein von Hand zu haltendes Bohr- und/oder Fräswerkzeug für medizinische Zwecke. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Handturbine zum Antriebe eines Feinbohrers oder Feinfräsers. Die Drehzahl . derartiger Feinbohrer oder Feinfräser liegt sehr hoch. Es ist beispielsweise mit Hilfe derartiger turbinenangetriebener Feinbohrer oder Feinfräser möglich, die Werkzeugwelle mit einer Drehzahl von etwa 100 000 U/min anzutreiben, ohne daß ein Drehzahlübersetzungsgetriebe zwischen der Turbine und der Werkzeugwelle angeordnet ist. Bei den bekannten turbinenangetriebenen Feinbohrern oder Feinfräsern tritt die aus der Turbine austretende Abluft aus der Werkzeugseite eines walzenförmigen Gehäuses aus, was bei offenen Wunden in Operationsöffnungen mit Infektionsgefahren verbunden iat. Es besteht hier zusätzlich auch die Gefahr von Luftembolien. Selbst die Verwendung von Stickstoff anstelle von Luft läßt diese Gefahr nicht völlig verschwinden, wobei zu berücksichtigen

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ist, daß grundsätzlich die Verwendung von Stickstoff anstelle von Luft mit zusätzlichen Mangeln behaftet ist»

Es sind auch derartige Feinbohrer oder Feinfräser bekannt, die nicht mittels einer druckluftgetriebenen Turbine, sondern mittels eines druckluftgetriebenen Kolbensichelmotors angetrieben werden, dessen Kolben aus einzelnen exzentrisch zur Drehachse umlaufenden Lamellen bestehen» Bei derartigen kolbenmotorangetriebenen Feinbohrera oder Feinfräsern ist es möglich, die Luft auf der Antriebsseite des Gehäuses, also auf der dem Werkzeug abgekehrten Seite, zuzuführen und abzuführen. Derartige Druckluftmotor neigen jedoch bei hohen Geschwindigkeiten zu störenden Geräuschen. Außerdem ist bei ihnen die Feinheit der Arbeit nicht unter allen Umständen gewährleistet. Schließlich entwickeln derartige Druckluftmotore ein höheres Drehmoment als Druckluftturbinen, was den Arzt dazu verleiten kann, dem Bohrer oder Fräser durch Druck ein höheres Drehmoment abzufordern, was sich für die Feinheit der Arbeit ungünstig auswirkt.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein derartiges turbinengetriebenes, für medizinische Zwecke dienendes Werkzeug zu schaffen, bei dem das die Turbine verlassende Abgas nicht in den Bereich des Werkzeuges zu gelangen vermag.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Druckgas auf der dem Werkzeuge abgekehrten Seite des Gehäuses, also auf der Antriebsseite, zu- und abführbar ist, daß die Eintrittsseite der Turbinenach der Abtriebsseite des

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Gehäuses und die Austrittsseite nach der Antriebsseite des Gehäuses zu liegt, und daß das Druckgas der Eintrittsseite der Turbine durch Kanäle zuleifbar ist, die auf dem Außenumfange der Turbine angeordnet sind.

Innerhalb des Gehäuses wird also die Strömungsrichtung der Druckluft umgekehrt. Die Druckluft strömt von der Antriebsseite des Gehäuses zu der Abtriebeseite, bis etwa die Luft die Eintrittsdüsen der Turbine erreicht. Innerhalb der Turbine strömt die Luft in umgekehrter Richtung zur Austrittsseite der Turbine, die auf der Antriebsseite des Gehäuses angeordnet ist.

Geringe Luftmengen könnten noch dadurch aus der Abtriebsseite der Turbine in der Nähe des Werkzeuges ausströmen, daß die Luft am Austritte aus den Eintrittsdüsen unmittelbar vor dem Eintritt in die Schaufeln des Turbinenläufers einem Staudruck unterworfen ist, also einem gewx^r^r. Überdruck, der geringe Luftmengen nach der Werkzeugseite hin -reiben könnte. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß notwendigerweise zwischen der Austrittsseite der Eintrittsdüsen und der Eintrittsseite der Schaufeln des Turbinenläufers ein gewisses Laufspiel vorhanden sein muß.

Um auch den Austritt dieser geringen Luftmengen zu vermeiden, ist ein die Eintrittsdüsen tragender Düsenkörper mit einer sich nach der Turbinenaustrittsseite hin erstreckenden Buchse versehen, die ein geringes Laufspiel sowohl gegenüber der Werkzeugwelle als auch gegenüber dem Turbinenläufer aufweist.

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Diese geringen Laufspiele stellen zusätzliche Widerstände dar, die dazu führen, daß auch nicht diese geringen Luftmengen mehr aus der Wefkzeugseite des Gehäuses austreten können. Die Saugwirkung des aus den Eintrittsdüsen austretenden Gas- insbesondere Luftstrahles ist vielmehr so groß, daß sogar ein Unterdruck- entsteht, der eine gewisse Luftmenge von der Werkzeugseite her ansaugt und durch die Turbine hinckrch zu der Turbinenaustrittsseite treibt.

Die Erfindung weist außerdem den Vorteil auf, daß es ohne Schwierigkeiten möglich ist, die Kanäle für das aus der Turbine austretende Abgas reichlich zu bemessen, so daß praktisch der gesamte zur Verfügung stehende Druck des Gases in Geschwindigkeit und damit in Turbinenenergie umgewandelt wird«,

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Turbine zweistufig mit einem zwischen den beiden Stufen angeordneten Stator ausgebildet.

Zweckmäßigerweise sind die beiden Stufen der Turbine auf einem beiden Stufen gemeinsamen Turbinenläufer angeordnet, wobei der Stator zweistufig in Form zwei-er Ringhälften ausgebildet ist. Nachdem die beiden Ringhälften über eine entsprechende Ringnut des Turbinenläufers geschoben worden sind, wird der Stator innerhalb des Gehäuses auf seinem Außenumfange mittels entsprechend ausgebildeter Buchsen festgeklemmte Di;s ist die einfachste Ausbildung und Festlegung des Stators, ohne daß hierbei andere Ausbildungen ausgeschlossen sein sollen.

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Es empfiehlt sich außerdem, das Druckgas auf der Antriebsseite durch eine zentrische Leitung zuströmen und das Abgas auf der Antriebsseite über eine ebenfalls etwa zentrisch liegende Leitung größeren Durehmessers abfließen zu lassen, die die Druckgasleitung umschließt.

Zweckmäßigerweise ist im Gehäuse nahe der Antriebsseite ein handbetätigtes Steuerventil bzw. ein handbetätigter Steuerschieber angeordnet.

Hierbei wirkt vorzugsweise das Element zur Betätigung des Steuerventils bzw. des Steuerschiebers auf einen Bremskörper, der bei geschlossenem Steuerventil bzw. Steuerschieber die Werkzeugwelle abbremste

Zweckmäßigerweise ist der Bremskörper mittels einer Feder in seine Bremslösestellung und in Abhängigkeit von der Öffnung des Steuerventils bzw. des Steuerschiebers in seine Bremsstellung bewegbar. Man erreicht auf diese Weise eine einwandfreie Betätigung und Abbremsung des Werkzeuges unabhängig von dem jeweiligen Abnutzungsgrad des Bremskörpers.

Zweckmäßigerweise ist der Bremskörper als zentrisch angeordneter Bolzen ausgebildet, zwischen dem und einem federbelasteten Schieber, mittels dessen das Steuerventil bzw. der Steuerschieber bewegbar ist, ein Schwenkhebel gelagert ist.

Die Erfindung sichert bei einem Bremsluftdruck von 5-6 kp/cm² und einem direkten Antrieb der Werkzeugwelle durch den Turbinenläufer eine Drehzahl von etwa 100 000 U/min, Er zeichnet sich

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bei dieser Drehzahl durch Geräuscharmut und durch die Fähigkeit aus, auch feinste Arbeiten mit Sicherheit ausführbar zu machen. Der Luftverbrauch beträgt hierbei 200 - 300 l/min.

An Hand der beiliegenden Abbildung sind weitere Verbesserungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben. Die Abbildung zeigt in vergrößertem Maßstabe eine Ausführungsform der Erfindung. Bei einer praktischen Ausführung beträgt der Durchmesser des walzenförmigen Gehäuses nur etwa 20 mm_o Es stellen dar;

Figo 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Bohrwerkzeug,

Fig. 2 einen Teilschnitt nach II-II der Fig. 1.

Das walzenförmige Gehäuse ist allgemein mit 1 bezeichnet. Es setzt sich aus einem Abtriebskörper 2 und einem Antriebskörper 3 zusammen, wobei auf dem Abtriebskörper 2 eine Außenhülse 4 beispielsweise durch Schrumpfen oder Pressen befestigt ist. Der Antriebskörper 3 ist mit einem Außengewinde 5 versehen, das in ein entsprechendes Innengewinde 6 der Hülse 4 einschraubbar ist.

Die Werkzeugwelle trägt das Bezugszeichen 7 und ist in den Kugellagern 8, 9 und 10 gelagert.

Der Turbinenläufer besteht aus dem Läuferkörper 11 mit den beiden Laufkranzschaufeln 12 und 13» Zwischen ihnen ist mit Laufspiel stationär ein Stator 14 angeordnet» Auf der in

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der Pig. 1 linken Seite des Schaufelkranzes 12 ist stationär ein Düsenkörper 15 angeordnet, in dem die Einblasdüsen 16 vorgesehen sind«, Die Druckluft strömt den Einblasdüsen 16 über einen Ringraum 17 und über Kanäle 1Ö zu, die in dem Antriebskörper 2 vorgesehen sind. Zwischen dem hülsenförmigen Ende 19 des Abtriebskörpers 2 und dem in der Darstellung der Fig. 1 linken Ende des Antriebskörpers 3 ist ein Zwischenkörper 20 vorgesehen. Der Zwischenkörper 20 weist eine herausragende Hülse oder Muffe 21 auf. Der äußere Umfang des Stators i4 wird fest zwischen diese Muffe 21 und einem entsprechenden treppenförmigen Absatz 22 des Abtriebskörpers eingeklemmt. Die Klemmung erfolgt dadurch, daß der Antriebekörper 3 mit Hilfe seiner Schraubverbindung 5, 6 fest gegen den Zwischenkörper 20 gedruckt wird.

Die Druckluft tritt über die zentrische Bohrung 23 des Antriebskörpers 3 ein. Sie wird mit Hilfe eines nicht dargestellten Schlauches zugeführt, der mit dem Gewinde 24 des Antriebskörpers 3 verschraubt wird«, Die Druckluft tritt dann über einen weiter unten näher beschriebenen Steuerschieber durch die Radialbohrung 27, eine Axialbohrung 26 und eine Schrägbohrung 2Ö des Antriebskörpers zu einem Ringraum 29» der zwischen der Hülse 4 und dem in der Fig. 1 linken Ende des Antriebskörpers 3 und dem rechten Ende des Zwischenkörpers 2b vorgesehen ist. Das hülsenförmige Ende 19 des Abtriebskörpers 2 ist mit radialen Vorsprüngen 30 versehen, mit deren Hilfe dieses hülsenförmige Ende zentrisch in der Hülse 4 geführt wird. Zwischen den Vorsprüngen 30 bleiben

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breite Kanäle für den Durchtritt der Druckluft von dem Hingraum 29 zu einem Ringraum 31 offen, der zwischen dem übrigen Teil der Hülse 19 des Antriebskörpers und der Hülse 4 vorgesehen ist_e

Von diesem Simgraum 31 tritt die Druckluft über die Kanäle 1Ö in den Ringraum 17» tritt dann über die Einblasdüsen in den ersten Laufkranz 12. Sie wird in dem Stator 14 nach dem Austritt aus dem ersten Laufkranz umgelenkt und tritt nunmehr durch den zweiten Laufkranz 13 des Turbinenläufers* Von hier aus strömt sie über den Raum 32 zu einer Mehrzahl von Austrittsbohrungen 33» die in dem Zwischenstück 20 (siehe Fig. 2) vorgesehen sind. Die Austrittflbohrungen 33 gehen in Bohrungen 34 des Antriebskörpers 3 über, die in den Raum 35 münden» Dieser Raum 35 ist mit einem Schlauch oder Rohr 36 verbunden, das zentrisch zu der Bohrung 24 angeordnet ist, und über das die Abluft beispielsweise ins Freie abgeführt wird_o

Von den Bohrungen 33 und 34 sind im Ausführungsbeispiel insgesamt sechs Bohrungen vorhanden, die aber derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen genügend Platz für die Bohrungen 26, 2Ö verbleibt, über welche die Druckluft zugeführt wird»

Zwischen der in Fig_e 1 rechten Seite des Düsenkörpers 15 und der linken Seite des Turbinenläufers 11 ist ein Laufspiel 37 vorhanden. Der Düsenkörper 15 ist mit einer Buchse 38 versehen, die sich weit nach der Antriebsseite hin erstreckt. Die Buchse 38 ist aus einem Stück mit dem Düsenkörper 15 angefertigte Das Laufspiel 37 geht in ein geringes

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Laufspiel 39 über, das zwischen der Buchse 3β und der Bohrung 40 des Turbinenläufers 11 vorgesehen ist. Andererseits ist ein geringes Laufspiel 41 zwischen dee Buchse 3Ö und der Werkzeugwelle 7 vorgesehen. Der Spalt 37 steht also nur über die langen engen Wege 39, 40 und 41 mit dem Lauflager 9 und damit mit der freien Atmosphäre auf der Werkzeugseite in Verbindung«, Es hat sieh gezeigt, daß diese Düse einwandfrei ausreicht, um auch den Austritt von geringen Luftmengen nach der Werkzeugseite hin zu verhindern.

Die Welle 7 weist eine Bohrung 42 zur Aufnahme des Werkzeuges auf. Das Werkzeug wird hier beispielsweise durch drei zentrisch angeordnete Keile 43 festgeklemmt. Diese Keile werden durch eine nachgiebige, beispielsweise aus Gummi bestehende Hülse 44 gehalten, die fest durch Vulkanisation mit einer metallischen Außenhülse 45 verbunden ist₀ Beim Hineinstecken der Werkzeugspindel in die Bohrung 42 werden die Keile 43 unter Ausnutzung der Elastizität der Hülse-44 etwas nach außen gedrückt, wodurch die 7/ericzeugspindel festgeklemmt wird.

In einer entsprechenden Auaapariang 46 de3 Antriebskörpers 3 ist ein kreiaacheibenförmLger Steuerschieber 25 gelagert, der mit einer sichelförmigen Steueröffnung 47 vergehen iat_o In der dargestellten Ste 1 Lung verbindet die 8tauerb'ffnung 47 die Bohrung 23, aber die die Druckluft zugeführt wird, mit der Radialbohrung 27. Der .'Jtöuemohiaber Lab 'lurch Dichtungen 4Ö abgedichtet ,nid Äir-l in riqiner ^boiLurii; du roh eins Scheibe 49 tfehu!. tun. Zum Bq ta ti ^«ϊπ den fjfihL^bo r?j ;-^u> UmU trine foot;

Ί (I 1 H .'-S / h'-l\\ > BAD ORIGINAL

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mit ihm verbundene Stange 50, die schwenkbar in einem Betätigungsschieber 51 gelagert ist. Der Betätigungsschieber 51 steht unter der Wirkung einer Feder 52, die den Betätigungsschieber 51 in eine Stellung zu bewegen sucht, bei der der Steuerschieber 25 geschlossen ist. Fach außen hin wird der Steuerschieber 25 durch eine Ilülae 53 abgeschlossen, die den Antriebskörper 3 umschließt. In der Hülse 53 ist ein Schlitz 54 vorgesehen, durch den ein Vorsprung 55 des Steuerschiebers 51 hindurchgreift_o Der Schlitz 54 stellt ein Langloch dar, das zur Führung des Vorsprunges 55 des Steuerschiebers dient. Auf diesem Vorsprung ist mittels einer Schraube 56 eine Betätigungsstange 57 angeordnet, die eine Griffstelle 58 aufweist, mit deren Hilfe der Steuerschieber 25 bedient werden kann. Die Betätigungsstange 57 ist außerdem mittel3 eines Langschlitzes 59 geführt, der auf ihr vorgesehen ist und in den ein Stift 60 eingreift, der auf dem Antriebskörper 3 befestigt ist.

Gegen den Inneren mit der WeLIe 7 umlaufenden Laufring des Kugellagars 10 legt sich sine Mutter 61, die auf ein Gewindeende 62 der Welle 7 aufgeschraubt ist. Gegen dieses Gewindeende vermag sich ein als aantriacher Bolzen ausgebildeter Bremskörper 62 zu legen, dar mit eLnam Kopf 64 versehen ist. Der Bremakörper ist iti oinar Duohaw 65 axial, bewegbar geführt und wird mit te Lo einer Fa dor 66 mit seinem Kopf 64 gegen einen WackelbaLken 67 ^o-lriiok b, dar schwenkbar in einer Bohrung 68 dea .Uibt'bJbakcirp'} t\.i ] i^ln^vb i j* . Der tfnolra Lkö'.t'fiAftv/»'/.^'!'^ i t* t in irine Αιΐ-Μρ-Λπηυ; Λα i ,ii.niacüohicibi-ir;i >! und bt'i. ti; ;in*!h 'ini/i !ihllf;,, /| ski·!?¹ i:i !:; :.pl.acbe

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BAD OBlGINAt

69 hindurch, die den Steuerschieber 25 von dem Betätigungsschieber 51 trennt. Der Schlitz 71 dient zur Führung sowohl des Wackelbalkens 67 als auch des Betätigungsstiftes 50 des Steuerschiebers 25ο

In der linken nicht gezeichneten Endstellung des Betätigungsschiebers 51 drückt dieser Schieber das obere Ende des Wackelbalkens 67 nach links, wodurch auch der walzenförmige Bremskörper 63 entgegen der Wirkung der Feder 66 nach links gegen d: ι rechte Fläche des &ewindeabsahnittes 62 der Werkzeugwelle 7 gedrückt wird_o Bei nicht geöffnetem Steuerschieber 25 wird demgemäß die Werkzeugwelle 7 mitteld des walzenförmigen Bremskörpers 63 abgebremst. Die Bohrung 26, über die die Druckluft zugeführt wird, ist auf derjenigen Seite, die in der Fig. 1 links liegt, durch einen Pfropfen 72 abgeschlossen. Dieser Pfropfen 72 verschließt diese die Druckluft zuführende Öffnung 26 von eineis T?ingraum 70 auf der linken Seite des Antriebskörpers 3» in den die Abluftbohrungen 33 des Zwischenkörpers 28 münden.

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BAD ÖffiGINAL

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Claims

- 12 Patentansprüche

(1ο) Von Hand zu haltendes Bohr- und/oder Fräswerkzeug für medizinische Zwecke, dessen Welle mittels einer durch ein Druckgas, insbesondere durch Druckluft getriebenen Turbine antreibbar ist, in einem walzenförmigen, als Handgriff dienenden Gehäuse gelagert ist und auf seiner einen Seite (Abtriebsaeite) austritt, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas auf der anderen Seite (3) des walzenförmigen Gehäuses (der Antriebsseite) zu- und abführbar ist, daß die Eintrittsseite der Turbine nach der Abtriebsseite (2) des Gehäuses und die Austrittsseite der Turbine nach der Antriebsseite (3) des Gehäuses zu liegt, und daß das Druckgas der Eintrittsseite der Turbine durch Kanäle zuleitbar ist, die auf dem Außenumfange der Turbine angeordnet sind.

2ο Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Eintrittsdüsen (16) tragender Düsenkörper (15) mit einer sich nach der Turbinenaustrittsseite hin erstreckenden Buchse (38) versehen ist, die ein geringes Laufspiel sowohl gegenüber der Werkzeugwelle (7) als auch gegenüber dem Turbinenläufer (11) aufweist.

Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine koaxial zu der

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Werkzeugwelle (7) liegt und der Turbinenläufer (11) fest mit der Werkzeugwelle (7) verbunden ist_o

4ο Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine zweistufig mit einem zwischen den beiden Stufen (12, 13) angeordneten Stator (14) ausgebildet ist,

5, Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stufen (12, 13) der Turbine auf einem beiden Stufen gemeinsamen Turbinenläufer (11) angeordnet sind und daß der Stator (14) zweistufig in Form zweier Ringhälften ausgebildet ist.

6. Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche

1 - 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Druckgas auf der Antriebsseite (3) durch eine etwa zentrische Leitung (23) zuströmt und das Abgas auf der Antriebsseite (3) über eine ebenfalls etwa zentrisch liegende Leitung (35) größeren Durchmessers abfließt, die die Druckgasleitung (23) ■amschließt.

7β Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse nahe der Antriebsseite (3) ein handbetätigtes Steuerventil (25) bzw. ein handbetätigter Steuerschieber (51) angeordnet ist. -

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BAD ORIGINAL

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ö₀ Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, daß das Element zur Betätigung des Steuerventils (25) bzw. des Steuerschiebers (51) auf einen Bremskörper (63) wirkt, der bei geschlossenem Steuerventil (25) bzw. Steuerschieber (51) die Werkzeugwelle (7) abbremst.

9» Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskörper (53) mittels einer Feder in seine Bremslösestellung bewegbar ist und in Abhängigkeit von der Öffnung des Steuerventils (25) bzw, des Steuerschiebers (51) in seine Bremsstellung bewegbar ist„

10. Bohr- und/oder Fräswerkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bremskörper als zentrisch angeordneter Bolzen (63) ausgebildet ist, zwischen dem und einem federbelasteten Schieber, mittels dessen das Steuerventil (25) bzw, der Steuerschieber (51) bewegbar ist, ein Schwenkhebel (67) gelagert ist_e

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