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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, wie sie im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 näher
umrissen ist.
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In
der deutschen Gebrauchsmusterschrift
DE 20 2006 012 830 U1 des
Anmelders wurde vorgeschlagen, den schraubenförmigen Verankerungsteil eines
Kieferimplantats ausgesprochen schneckenförmig auszubilden und dabei
das Größenverhältnis Außendurchmesser
zu Innendurchmesser gleich oder größer 2 zu wählen. Es wurde dort des Weiteren auch
eine Vorrichtung zur Herstellung einer schraubenförmigen Ausnehmung
zur Aufnahme eines schraubenförmigen
und insbesondere eines solchen schneckenförmigen Verankerungsteils vorgeschlagen.
Dieses Werkzeug kann mit einer materialabtragenden Vorrichtung,
zum Beispiel in Form von Zähnen,
versehen sein, deren wendelförmige
Bewegungsrichtung kurzzeitig, umgekehrt wird. Wie eine solche Vorrichtung
jedoch im Einzelnen aufgebaut ist, das geht aus dieser Veröffentlichung
nicht hervor. Hier setzt die Erfindung an.
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Ausgehend
von den zuvor geschilderten Gegebenheiten und der genannten Druckschrift
liegt der Erfindung das Bestreben zu Grunde, eine Vorrichtung der
in Rede stehenden Art aufzeigen, mittels der die schraubenförmige und
vorzugsweise schneckenförmige
Ausnehmung schnell und sicher in einen Knochen, insbesondere in
einen Kieferknochen, eingebracht werden kann.
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Um
dies zu erreichen, sieht die Erfindung bei der genannten Vorrichtung
eine besondere Antriebsvorrichtung des Werkzeugs vor. Die Vorrichtung
ist nach der Erfindung im Einzel nen zunächst gekennzeichnet durch eine
Antriebsvorrichtung, welche über die
Welle auf das Werkzeug zwei in Drehrichtung des Werkzeugs gerichtete
Drehmomente aufbringt, wobei das erste Drehmoment eine zumindest
nahezu konstante Größe hat und
das zweite Drehmoment größer ist
als das erste und seine Drehrichtung während der Materialabtragung
fortlaufend umkehrt.
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Die
Vorrichtung bringt somit auf das Werkzeug zwei Drehmomente auf:
Ein erstes Drehmoment der Welle dient der Sicherstellung des schraubenförmigen Vortriebs
und der Nachführung
des mit der Welle verbundenen Werkzeugs. Hierzu genügt es, auf
die Welle und damit auf das Werkzeug ein Drehmoment von gewisser
Größe und Konstanz
aufzubringen. Dieses Drehmoment wirkt mit einer praktisch konstanten
Größe über die
Welle auf das Werkzeug zwar fortdauernd ein, verdreht die Welle
und damit das Werkzeug jedoch erst dann, wenn das nachfolgend beschriebene
zweite Drehmoment auf das Werkzeug einwirkt und das Werkzeug Material abträgt. Erst
die Materialabtragung schafft Raum zum Nachführen, zum Vorschub des Werkzeugs
unter der Einwirkung des ersten Drehmoments, das die Welle nun relativ
langsam verdreht. Das erste Drehmoment kann separat auf seinen relativ
kleinen, konstanten Wert gesteuert oder geregelt werden.
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Ein
zweites, größeres Drehmoment
der Welle überlagert
das erste Drehmoment und dient zum eigentlichen Antrieb des Werkzeugs,
das durch Materialabtragung die zylindrische Bohrung zu einer im Prinzip
wendelförmigen
oder doch zumindest teilwendelförmigen
Ausnehmung erweitern soll. Hierzu dient eine hämmernde, hier auch oszillierend
genannte Bewegung des Werkzeugs, die durch eine Steuerung oder Regelung
des zweiten, relativ großen
Drehmoments in einem gewissen Rahmen, bezüglich Hub und Schlagzahl, verändert werden
kann.
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Aufgrund
des erfindungsgemäßen Antriebskonzepts
können
die beiden hier erforderlichen Drehmomente völlig unabhängig voneinander gesteuert beziehungsweise
geregelt werden. Dies bedeutet eine hohe Anpassungsfähigkeit
der Vorrichtung an die jeweils beim Patienten vorherrschenden Gegebenheiten.
Insbesondere können
Vortrieb und Antrieb des Werkzeugs der individuell vorliegenden
Beschaffenheit des jeweiligen Knochens, der Knochenqualität, sehr
genau angepaßt
werden. Dies führt
zu einer schnellen und sicheren Herstellung der Ausnehmung bei weitgehend
schonender Behandlung des Patienten.
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Die
hämmernde,
oszillierende Bewegung des Werkzeugs, die durch die Umkehrung des
zweiten Drehmoments erzeugt wird, kann sich über sehr kleine Wege, in Bruchteilen
ei nes Millimeters oder Zehntelmillimeters gerechnet, erstrecken
und bei einer hohen Frequenz durchgeführt werden. So kann, zum Beispiel
in Abhängigkeit
des Außendurchmessers
der Ausnehmung, vorgesehen sein, dass die Umkehrung der Drehrichtung
des zweiten Drehmoments vorzugsweise mindestens 50 mal oder sogar 500
mal pro Umdrehung der Welle erfolgt. Diese Werte richten sich insbesondere
auch nach der Art, Form und Größe des Werkzeugs
und können
gegebenenfalls an der Vorrichtung in einem bestimmten Bereich wunschgemäß eingestellt
werden, um damit eine optimale Anpassung des jeweiligen Werkzeugs an
die individuell unterschiedlichen Gegebenheiten des jeweiligen Einsatzfalles
durchzuführen.
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Das
erste Drehmoment dient dem Vorschub des Werkzeug während dessen
vorzugsweise spanabhebender Arbeit sowie dem Rückhub des Werkzeugs nach der
Arbeit. Das erste Drehmoment kann eine einstellbare und in engen
Grenzen gleichbleibende und relativ kleine Größe haben, wobei das zweite
Drehmoment vorzugsweise mindestens doppelt so groß ist wie
das erste. In engen Grenzen bedeutet hier ohne große Schwankungen
von zum Beispiel nicht über
20 bis 50% vom Sollwert. Relativ klein bedeutet hier generell einen
Bruchteil der Größe des zweiten
Drehmoments, also zum Beispiel auch ein Drittel oder noch weniger.
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Eine
Ausführung
der Vorrichtung sieht vor, dass das Werkzeug auf der Welle zwar
verdrehfest, aber axial beweglich angeordnet ist. Ein derart gelagertes
Werkzeug kann schnell und einfach gegen ein neues oder anderes dimensioniertes
Werkzeug ausgetauscht werden, so dass bei entsprechende Lagerhaltung
von unterschiedlichen Werkzeugen die Vorrichtung sehr vielseitig
bis praktisch universal einsetzbar ist. Die Befestigung des Werkzeugs
kann beispielsweise so geschehen, dass das Werkzeug mit der Welle über eine
im Prinzip axiale Nut-Feder-Führung
verbunden ist. Die Nut-Feder-Führung kann
vorzugsweise wendelförmig
und mit großer
Steigung ausgebildet sein. Große
Steigung bedeutet hier insbesondere eine Steigung von über 45°, vorzugsweise über 60° bis nahe
bei 90°.
Die Wendelform erzeugt beim Verdrehen der Welle am Werkzeug eine axial
gerichtete Kraftkomponente. Diese hilft einerseits beim Herstellen
der schraubenförmigen
Ausnehmung und andererseits beim Entfernen des Werkzeugs nach dem
Fertigstellen.
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Eine
Ausführung
der Vorrichtung sieht vor, dass die materialabtragenden Teile des
Werkzeugs oder zumindest deren Trägerteil wendelförmig oder zumindest
teilwendelförmig
und mit kleiner Steigung angeordnet sind bzw. ist. Materialabtragende
Teile können
Zähne oder
dergleichen sein. Kleine Steigung bedeutet hier insbesondere eine
Steigung von unter 45°,
vorzugsweise aber unter 30° bis
nur wenige Grad.
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Werden
die beiden vorgenannten wendelförmigen
Anordnungen gewählt,
dann kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Wendel der Nut-Feder-Führung senkrecht
zur Wendel des Werkzeugs verläuft,
also die Achsen der beiden Wendeln senkrecht aufeinander stehen.
Beispielsweise können
die Steigungen der beiden Wendeln 80° und 10° betragen.
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Bei
der Ausbildung des Antriebs kann vorgesehen sein, dass die Welle über ein
Schneckengetriebe angetrieben wird, das ein an der Welle angeordnetes
Schneckenrad umfaßt,
das von einer Schnecke angetrieben wird. Um eine kleine, axiale Verschiebung
der Schnecke gegenüber
dem Schneckenrad zuzulassen, soll ein solches Schneckengetriebe
vorzugsweise als Zylinderschneckentrieb ausgebildet sein, deren
Schneckenzähne
ein eventuell gerundetes Trapezprofil zeigen.
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Zur
Erzeugung der beiden Drehmomente bzw. Bewegungen des Werkzeugs wird
vorgeschlagen, dass der Antrieb der Schnecke über eine drehbare und axial
oszillierend verschiebbare zweite Welle erfolgt. Die zweite Welle
ist von einer ersten Antriebsvorrichtung zum Aufbringen des ersten
Drehmoments und von einer zweiten Antriebsvorrichtung zum Aufbringen
einer oszillierenden, axialen Verschiebung der zweiten Welle angetrieben.
Die axiale, oszillierende, d. h. hin- und hergehende Verschiebung
der zweiten Welle, und damit der Schnecke, kann in Abhängigkeit
von der Untersetzung des Schneckengetriebes über ein sehr kleine Strecke
erfolgen, die z. B. nur im Bereich von einem Millimeter oder sogar
noch darunter liegt.
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Um
das Werkzeug nach der Fertigstellung aus der schraubenförmigen Ausnehmung
schnell und sicher wieder zu entfernen, wird vorgesehen, dass die
Drehrichtung des Drehmoments der ersten Antriebsvorrichtung umkehrbar
ist. So kann durch bloßes
Umschalten der Drehrichtung der ersten Antriebsvorrichtung das Werkzeug
wieder aus der dann fertigen Ausnehmung geholt werden, während dessen
die zweite Antriebsvorrichtung ausgeschaltet ist. Da das Werkzeug
bei diesem Rückhub
nur die schon fertige Ausnehmung zurück legen muß, genügt auch hierzu die relativ
geringe Größe des ersten
Drehmoments.
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Zum
eigentlichen Antrieb des Werkzeugs können die beiden Antriebsvorrichtungen
insbesondere einen Elektromotor oder eine Turbine umfassen. Derartige
Antriebe sind auch aus der Zahnarztpraxis bzw. aus der Chirurgie
bekannt. Um eine kompakte Bauform zu erzielen, können das Schneckengetriebe und
die beiden Antriebsvorrichtungen in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht
sein. Hierbei kann die Vorrichtung entweder als sehr kompaktes, handgeführtes Werkzeug
oder als stationäre
Vorrichtung ausgebildet sein.
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Weitere
besondere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung sind
auch der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels entnehmbar.
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1 zeigt
eine Gesamtansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung, in perspektivischer
und schematischer Darstellung.
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2 zeigt
eine Einzelheit eines ersten Antriebs.
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3 zeigt
einen Schneckentrieb mit einer Schneckenwelle und einer Werkzeugwelle.
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4 zeigt
das untere Ende der Werkzeugwelle.
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5 zeigt
den Schnitt V-V in 4.
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6 zeigt
ein auf dem unteren Ende der Werkzeugwelle anzuordnendes Werkzeug.
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7 zeigt
die Zuordnung zweier Antriebe auf einer gemeinsamen Antriebswelle.
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Die
Vorrichtung
1 stellt ein chirurgisches Handwerkzeug dar,
mit dessen Hilfe eine Sacklochbohrung in einem Kieferknochen zu
einer schneckenförmigen
Ausnehmung erweitert werden soll. Eine solche Vorrichtung einschließlich ihrer
Wirkungsweise ist im Prinzip in der
DE 20 2006 012 830 U1 im Einzelnen
beschrieben, so dass hier nur der neue Aufbau und die neue Wirkungsweise
der Vorrichtung
1 beschrieben werden.
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Die
Vorrichtung 1 umfaßt
gemäß 1 ein handliches
Gehäuse 2,
in dessen hinterem Teil ein erster Motor 3 zur Erzeugung
eines ersten Drehmoments M1 und ein zweiter Motor 4 zur
Erzeugung eines zweiten Drehmoments M2 gelagert sind. Der vordere
Teil des Gehäuses 2 kann
mit dem hinteren Teil lösbar
verbunden sein und ist nur angedeutet, um die darin befindlichen
Bauteile besser beschreiben zu können.
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Der
erste Motor 3 treibt mit dem Drehmoment M1 eine Hohlwelle 5 an,
in der nach Art einer Nut-Feder-Verbindung eine waagrechte Schneckenwelle 6 begrenzt
verschiebbar aber drehfest gelagert ist, vergleiche 2.
Die Schneckenwelle 6 ist fest mit einer Schnecke 7 verbunden,
die als Zylinderschnecke mit einem leicht gerundeten Trapezprofil ausgebildet
ist. Die Schnecke 7 kämmt
mit einem Schneckenrad 8, dessen Welle 9 senkrecht
und somit rechtwinklig zur Schneckenwelle 6 verläuft, vergleiche 3.
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Die
senkrechte Welle 9 ist an ihrem unteren Abschnitt 10 außen mit
einigen längslaufenden
Nuten 11 versehen, die leicht wendelförmig in der Mantelfläche der
Welle 9 verlaufen. Der untere Abschnitt 10 schließt mit einem
radial über
der Mantelfläche hervorstehenden
Flansch 12 ab, vergleiche 4 und 5.
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Auf
den unteren Abschnitt 10 der Welle 9 ist ein Werkzeug 13 aufgeschoben,
vergleiche 6, das hohl ausgebildet ist
und mit innen wendelförmig hervorstehenden
Stegen 14 in die Nuten 11 der Welle 9 eingreifen
kann. Das Werkzeug 13 ist somit auf der Welle 9 zwar
verdrehfest, aber in Längsrichtung leicht
wendelförmig
verschiebbar gelagert. Nach unten zu stützt sich das Werkzeug 13 an
dem Flansch 12 ab.
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Das
Werkzeug 13 umfaßt
einen Werkzeugträger
in Form einer radial vorstehenden, wendelförmigen Rippe 15, mit
einem Innendurchmesser Di und einem Außendurchmesser Da. Die Rippe 15 beginnt unten
mit dem Innendurchmesser Di, der sich über einen Bogen 16 auf
den Außendurchmesser
Da vergrößert, um
dann mit gleichem Durchmesser Da sich wendelförmig über etwa eine Umdrehung nach
oben hin fortzusetzen. Im Bereich des Bogens 16 sind an der
Rippe 15 vom Innendurchmesser Di bis zum Außendurchmesser
Da mehrere radial und axial leicht vorstehende Zähne 17 angeordnet.
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Während der
erste Motor 3 die Schneckenwelle 6 mit dem ersten
Drehmoment M1 antreibt, wird die Schneckenwelle 6 auch über den
zweiten Motor 4 in folgender Weise angetrieben: Der Motor 4 treibt eine
waagerechte, parallel zur Schneckenwalze 6 verlaufende,
ortsfeste Walze 18 an, an deren Mantelfläche 19 eine
sinusförmige,
umlaufende Nut 20 eingebracht ist. Parallel zur Walze 18 ist
ein begrenzt längs
geführter
Doppelnocken 21 angeordnet. Parallel zum Doppelnocken 21 ist
mit der Schneckenwalze 6 ein ringförmiges Gleitstück 22 fest
verbunden, das außen
eine gerade, ringförmig
umlaufende Nut 23 aufweist Der Doppelnocken 21 greift
mit Spiel einerseits in die Nut 20 und andererseits in
die Nut 23 ein.
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Wenn
das Werkzeug 13 in die nicht dargestellte Bohrung im Kieferknochen
eingebracht wird, dann werden die beiden Motoren 3 und 4 in
Gang gesetzt, was Folgendes bewirkt. Der Motor 3 bringt
auf die Schneckenwelle 6 ein Drehmoment M1 auf, dann auf
die Schnecke 7, dann auf das Schneckenrad 8, dann
auf die Welle 9, dann auf das Werkzeug 13, wodurch
schließlich
die Zähne 17 durch
das Drehmoment M1 gewissermaßen
in Vorschub gebracht werden.
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Damit
die unter dem Drehmoment M1 etwa radial vorwärts strebenden Zähne 17 in
eine hammerartige Bewegung gebracht werden, wird gleichzeitig über den
Motor 4 ein Drehmoment M2 auf die Walze 18 gebracht.
Die sich drehende Walze 18 wandelt das Drehmoment M2 über den
Doppelnocken 21 und das Gleitstück 22 in eine Längsbewegung
L der Schneckenwelle 6 um, die wiederum die Schnecke 7 axial
etwas verschiebt. Durch die axiale Verschiebung der Schnecke 7 wird
auf das mit der Schnecke 7 kämmende Schneckenrad 8 ein
Drehmoment M3 erzeugt, das auf die Welle 9 und von dort
auf das Werkzeug 13 übertragen
wird und nun zusätzlich zum
Drehmoment M1 auf das Werkzeug 13 einwirkt.
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Da
die Längsbewegung
L oszilliert, verdrehen sich Schneckenrad 8, Welle 9 und
Werkzeug 13 dementsprechend unter dem Drehmoment M3 hin und
her, wechseln also ständig
mit einer gewissen Frequenz ihre Drehrichtung. Folglich ergibt sich
an den Zähnen 17 eine
etwa tangentiale, hämmernde Bewegung,
welche das Drehmoment M1 überlagert. Folglich
können
die Zähne 17 des
Werkzeugs 13 sich unter dem Einfluss beider Drehmomente
M1 und M3 sehr schnell um die Bohrung in den Kieferknochen einarbeiten
und die wendelförmige
Ausnehmung fertig stellen.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Motor
- 4
- Motor
- 5
- Hohlwelle
- 6
- Schneckenwelle
- 7
- Schnecke
- 8
- Schneckenrad
- 9
- Welle
- 10
- Abschnitt
- 11
- Nut
- 12
- Flansch
- 13
- Werkzeug
- 14
- Steg
- 15
- Rippe
- 16
- Bogen
- 17
- Zahn
- 18
- Walze
- 19
- Mantelfläche
- 20
- Nut
- 21
- Doppelnocke
- 22
- Gleitstück
- 23
- Nut
- Di
- Innendurchmesser
- Da
- Außendurchmesser
- L
- Längsbewegung
- M1
- Drehmoment
- M2
- Drehmoment
- M3
- Drehmoment