DE19653580B4

DE19653580B4 - Dichtung für die Welle eines sterilisierbaren Drehantriebes für medizinische Werkzeuge und Instrumente

Info

Publication number: DE19653580B4
Application number: DE19653580A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Heimberger
Original assignee: Richard Wolf GmbH
Current assignee: Richard Wolf GmbH
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2016-12-21
Also published as: DE19653580A1

Abstract

Dichtung für die Welle (1) eines sterilisierbaren Drehantriebes für medizinische Werkzeuge und Instrumente, wobei die Welle in einem Gehäuse (12) gelagert ist, dessen Innenraum mit der zwischen dem Gehäuse und dem Umfang der Welle vorgesehenen Dichtung zur Umgebung hin abgedichtet ist, und wobei die Dichtung mit zumindest einem radial vorgespannten Dichtelement (3) zur Bildung einer ständig wirksamen Berührungsdichtung am Wellenumfang anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Welle (1) koaxial umgebender Bereich der Dichtung (16; 21; 31) von einem Spannelement (10; 28) aus einem Formgedächtnismetall umfaßt ist, welches derart ausgebildet ist und die Dichtung derart umfaßt, daß beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur durch Formänderung des Formgedächtnismetalls der erwähnte Dichtungsbereich radial gegen den Umfang der stehenden Welle (1) gepreßt wird und bei Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur dieser Dichtungsbereich wieder seine ursprüngliche Form einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtung für die Welle eines sterilisierbaren Drehantriebes für medizinische Werkzeuge und Instrumente, wobei die Welle in einem Gehäuse gelagert ist, dessen Innenraum mit der zwischen dem Gehäuse und dem Umfang der Welle vorgesehenen Dichtung zur Umgebung hin abgedichtet ist, und wobei die Dichtung mit zumindest einem radial vorgespannten Dichtelement zur Bildung einer ständig wirksamen Berührungsdichtung am Wellenumfang anliegt.
Derartige Dichtungen sollen gewährleisten, daß bei Betrieb des Drehantriebes, beispielsweise bei der Behandlung von Gelenken mit vom Drehantrieb angetriebenen Werkzeugen unter gleichzeitiger Anwendung von Spülflüssigkeit am Behandlungsort, keine Spülflüssigkeit in das Gehäuse eindringen kann und daß bei der Sterilisation des Drehantriebes, d.h. bei ruhender Welle, kein Sterilisatiobsmittel in das Gehäuse des Drehantriebes gelangen kann. Herkömmliche Dichtungen gewährleisten zwar einen ausreichenden Schutz gegen Eindringen von Flüssigkeiten während des Betriebes, jedoch nicht immer einen ausreichenden Schutz vor eindringendem Sterilisationsmittel, so daß es zur Beschädigung des Instrumentes während der Sterilisation bei der relativ hohen Temperatur von beispielsweise 142°C kommen kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dichtung für die Welle eines sterilisierbaren Drehantriebes für medizinische Werkzeuge und Instrumente zu schaffen, welche die Welle während des Betriebes und der Sterilisation des Drehantriebes sicher gegen das Antriebsgehäuse abdichtet und langlebig ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Dichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Durch diese Ausgestaltung wird es ermöglicht, dass beim Betrieb des Drehantriebes zumindest ein Teil der Dichtung als Berührungsdichtung nur relativ leicht an der rotierenden Welle anliegt und eine ausreichende Abdichtung der Welle gegen das Antriebsgehäuse gewährleistet, bei Sterilisation des Drehantriebes, d. h. bei stehender Welle und Erwärmung des Drehantriebes auf Sterilisationstemperatur, zumindest ein Teil der Dichtung gegen den Umfang der stehenden Welle gepreßt wird. Bei Sterilisation und stehender Welle ist also eine ausreichende Abdichtung des Gehäuses des Drehantriebes, bei Betrieb des Drehantriebes und Rotieren der Welle eine genügende Langlebigkeit der Dichtung gewährleistet.
Formgedächtnismetalle in Form von Formgedächtnislegierungen sind beispielsweise in dem Aufsatz von D. Stöckel, VDI Berichte Nr. 797,1990, Seite 203 beschrieben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein erster Teil einer beispielsweise zweiteilig ausgebildeten Dichtung mit wenigstens einem Dichtelement radial in Richtung auf den Wellenumfang vorgespannt und bildet die Berührungsdichtung, und ein zweiter Teil einer beispielsweise zweiteilig ausgebildeten Dichtung ist mit dem Spannelement ausgestattet. Hierdurch ist es möglich, bei Verschleiß der Berührungsdichtung nur den die Berührungs dichtung bildenden Dichtungsteil und nicht die komplette Dichtung auszutauschen.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Dichtung mittels eines Gewinderinges festgelegt ist, der in das Gehäuse geschraubt ist, einen radialen Flansch der Dichtung gegen eine Gehäuseschulter drückt und zur Demontage und Entnahme bzw. zum Austausch der Dichtung einfach wieder aus dem Gehäuse geschraubt werden kann.
Bei einer möglichen Ausführungsform ist am ersten Teil der Dichtung ein Federring vorgesehen, mit dem das Dichtelement bzw. die Dichtelemente dieses Dichtungsteils radial gerichtet gegen die Welle vorgespannt ist bzw. sind. Der vom Spannelement umfaßte Dichtungsbereich ist wellenseitig mit zumindest einem Dichtelement versehen. Dieses Dichtelement, beispielsweise eine Dichtlippe, ermöglicht es, daß die Dichtung nur in einem kleinen Anlagebereich unter relativ geringem Druck an der Welle direkt anliegt, wodurch eine unnötig hohe Reibung vermieden, eine ausreichende Abdichtung jedoch gewährleist wird. In diesem Fall bildet das am Wellenumfang anliegende Dichtelement die Berührungsdichtung. In einer anderen Ausführungsform umläuft das vom Spannelement umfaßte Dichtelement die Welle mit Abstand, während die Berührungsdichtung durch mindestens ein weiteres Dichtelement gebildet wird.
Das Spannelement kann als Ring mit einer Trennfuge ausgebildet sein. Bei Erwärmung auf Sterilisationstemperatur kann sich der Ring wegen der Trennfuge gleichmäßig zusammenziehen, wodurch die Dichtung mit dem Dichtelement gleichmäßig gegen die Welle gepreßt wird. Das Spannelement kann sonst auch als Wendelfeder ausgebildet sein.
Die Erfindung wird näher anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung in einem Gehäuse eines Drehantriebes im Längsschnitt,
2 ein Spannelement der erfindungsgemäßen Dichtung gemäß 1 im Längsschnitt,
3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Dichtung im Gehäuse eines Drehantriebes im Längsschnitt,
4 eine der Ausführung nach 3 entsprechende Dichtung mit vom Spannelement gegen den Wellenumfang gepreßten Dichtelementen und
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Dichtung.
Gemäß den 1, 3 bis 5 läuft eine Welle 1 durch ein Gehäuse 12 eines Drehantriebs 15 für z. B. medizinische Werkzeuge und Instrumente. Dieser Drehantrieb 15 ist an sich bekannt, so daß der nicht näher erläutert werden muß. Die Welle 1 wird durch die erfindungsgemäße Dichtung 16 gegen das Gehäuse 12 des Drehantriebs 15 abgedichtet.
Gemäß 1 besteht die Dichtung 16 aus einem ersten Teil 2 und einem zweiten Teil 7. Ein Flansch 6 des ersten Teils der Dichtung liegt zumindest teilweise auf einem Flansch 17 des zweiten Teils der Dichtung auf. Die Flansche 6, 17 werden gegen eine Schulter 13 des Gehäuses 12 durch einen Schraubring 14 gepreßt, welcher in eine Gewindebohrung 11 des Gehäuses eingeschraubt ist. Der erste Teil 2 der Dichtung stellt die Berührungsdichtung dar, bei der Dichtelemente 3 ständig an der Welle 1 anliegen. Diese Dichtelemente 3 sind gemäß 1 Dichtlippen. Um die Anlage der Dichtelemente 3 der Welle 1 auch bei der Rotation der Welle während des Betriebes des Drehantriebs 15 zu gewährleisten, übt einer in einer Ringnut 4 des ersten Dichtungsteils 2 angeordneter, im Querschnitt U-förmig ausgebildeter Federring 5 eine radial nach innen gerichtete Vorspannung auf die Dichtelemente 3 aus.
Auch der zweite Teil 7 der Dichtung weist Dichtelemente 8 in Form von Dichtlippen auf, welche jedoch bei normalem Betrieb des Drehantriebs 15 nicht oder nur mit sehr geringer Vorspannung an der Oberfläche der Welle 1 angreifen, um möglichst wenig Reibung zu erzeugen. Erst wenn beispielsweise bei der Sterilisation die Temperatur auf mindestens 60°C angestiegen ist, verändert bzw. reduziert das aus Formgedächtnismetall, beispielsweise aus einer Nickel-Titan-Legierung, bestehende Spannelement 10 seinen Durchmesser, so daß seine Trennfuge 18 geschlossen wird und das Spannelement über den gesamten Umfang auf den zweiten Teil 7 der Dichtung wirkt, wobei die umfangsmäßig geschlossenen Dichtelemente 8 unter Verformung dichtend gegen den Umfang der stehenden Welle gepreßt werden. Das als Ring ausgebildete Spannelement 10 ist dem zweiten Teil der Dichtung zugeordnet und wirkt nur auf einen zylindrischen Teilbereich 7a dieses Dichtungsteiles. Die erwähnten 60°C bedeuten die vorgegebene Schalttemperatur des Formgedächtnismaterials, bei deren Überschreiten das Spannelement seinen Durchmesser reduziert und bei deren Unterschreiten das Spannelement wieder seine ursprüngliche Form einnimmt.
In 2 ist das als Ring ausgebildete Spannelement 10 im Längsschnitt dargestellt. Das Spannelement 10 weist eine Trennfuge 18 auf. Bei Kon traktion des Spannelements 10 greift ein patrizenartiger Fortsatz 20 in eine matrizenartige Ausnehmung 19, um ein sicheres Schließen der Trennfuge 18 zu erleichtern. Bei der Kontraktion des Spannelements 10 wird der die Welle 1 koaxial umgebenden Bereich der Dichtung 7 mit den Dichtelementen gegen die Welle gepreßt. Bei Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb der Schalttemperatur geht das Spannelement 10 wieder in seine ursprüngliche Form über.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dichtung ist als einteilige Dichtung 21 in den 3 und 4 dargestellt. Ähnlich wie beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1 wird ein Flansch 22 der Dichtung 21 gegen eine Schulter 23 des Gehäuses 12 des Drehantriebes 15 gepreßt. Dies erfolgt gemäß den 3 und 4 mittels eines Druckstücks 24 über einen O-Ring 25. Ein an der Dichtung 21 angeformtes Dichtelement 26 ist zum Gehäuseausgang hin geneigt und berührt die Welle 1. Dieses Dichtelement 26 der Dichtung 21 dient wie die Dichtelemente 3 des ersten Teils 2 der Dichtung 16 aus 1 als Berührungsdichtung während des Betriebes des Drehantriebs 15. Um einen die Welle koaxial umgebenden Bereich der Dichtung 21 ist eine aus einem Formgedächtnismetall hergestellte Wendelfeder 28 angeordnet. Von ihrer Funktion entspricht sie dem Spannring 10 der Dichtung 16 aus 1 und könnte auch durch diesen ersetzt werden. Unterhalb des Flansches 22 weist die Dichtung 21 einen eingearbeiteten zentrischen Wulst 29 auf, der eine radiale Verformung der Dichtung zwischen Welle 1 und Gehäuse 12 beim Anpressen der Dichtung 21 gegen die Welle 1 zuläßt und ermöglicht.
Ähnlich wie der zweite Teil 7 der Dichtung 16 weist auch die Dichtung 21 Dichtelemente 30 auf. In 3 sind sie um ein Maß S von der Welle beabstandet, und zwar während des Betriebes des Drehantriebs 15. In 4 liegen die Dichtelemente 30 an der Welle 1 an. Dies entspricht dem Zustand während der Sterilisation, d.h. während der Erwärmung der Wendelfeder 28 über die vorgegebene Schalttemperatur des Formgedächtnismetalls hinaus.
In 5 ist eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Dichtung dargestellt, welche weitgehend der Dichtung 21 aus den 3 und 4 entspricht. Die Dichtung 31 aus 5 weist aber nicht das Dichtelement 26 der Dichtung 21 auf. Die Funktion des Dichtelementes 26 der Dichtung 21 als Berührungsdichtung wird hier von Dichtelementen 32 übernommen, welche den Dichtelementen 30 der Dichtung 21 entsprechen. Diese dienen beim Betrieb als Berührungsdichtung und werden wegen der bei der Sterilisation auftretenden höheren Temperatur durch die sich zusammenziehende Wendelfeder 28 stärker gegen die Welle 1 gepreßt.

Claims

Dichtung für die Welle (1) eines sterilisierbaren Drehantriebes für medizinische Werkzeuge und Instrumente, wobei die Welle in einem Gehäuse (12) gelagert ist, dessen Innenraum mit der zwischen dem Gehäuse und dem Umfang der Welle vorgesehenen Dichtung zur Umgebung hin abgedichtet ist, und wobei die Dichtung mit zumindest einem radial vorgespannten Dichtelement (3) zur Bildung einer ständig wirksamen Berührungsdichtung am Wellenumfang anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Welle (1) koaxial umgebender Bereich der Dichtung (16; 21; 31) von einem Spannelement (10; 28) aus einem Formgedächtnismetall umfaßt ist, welches derart ausgebildet ist und die Dichtung derart umfaßt, daß beim Überschreiten einer vorgegebenen Temperatur durch Formänderung des Formgedächtnismetalls der erwähnte Dichtungsbereich radial gegen den Umfang der stehenden Welle (1) gepreßt wird und bei Unterschreiten der vorgegebenen Temperatur dieser Dichtungsbereich wieder seine ursprüngliche Form einnimmt.
Dichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Teil (2) der Dichtung (16) mit wenigstens einem Dichtelement (3) radial in Richtung auf den Wellenumfang vorgespannt ist und die Berührungsdichtung bildet und daß ein zweiter Teil (7) der Dichtung (16) mit dem Spannelement (10; 28) ausgestattet ist.
Dichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie mittels eines Gewinderinges (14) festgelegt ist, der in das Gehäuse (12) geschraubt ist und einen radialen Flansch (6, 17; 22) der Dichtung (16; 21; 31) gegen eine Gehäuseschulter (13; 23) drückt.
Dichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß am ersten Teil (2) der Dichtung (16) ein Federring (5) vorgesehen ist, mit dem das Dichtungselement bzw. die Dichtungselemente (3) dieses Dichtungsteils (2) radial gerichtet gegen die Welle (1) vorgespannt ist bzw. sind.
Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Spannelement (10; 28) umfaßte Dichtungsbereich wellenseitig mit zumindest einem Dichtelement (30, 32) versehen ist.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das am Wellenumfang anliegende Dichtelement (30; 32) die Berührungsdichtung bildet.
Dichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtelement (30) die Welle (1) mit Abstand umläuft und daß die Berührungsdichtung durch mindestens ein weiteres Dichtelement (26) gebildet ist.
Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (10) als Ring mit einer Trennfuge (18) ausgebildet ist.
Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement (28) eine Wendelfeder ist.
Dichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Dichtung (21; 31) ein Wulst (29) eingearbeitet ist.