DE3241663A1

DE3241663A1 - Vorrichtung zur aenderung der drehrichtung einer angetriebenen welle

Info

Publication number: DE3241663A1
Application number: DE19823241663
Authority: DE
Inventors: Harry A. 93108 Santa Barbara Calif. Linden
Original assignee: American Sterilizer Co
Current assignee: American Sterilizer Co
Priority date: 1981-12-31
Filing date: 1982-11-11
Publication date: 1983-07-07
Also published as: US4510816A; GB2112882A; JPS58118360A

Description

PATENTANWÄLTE L·

dr. V. SCHMIED-KOWARZIK · dr. P. WEINHOLD · dr. P. BARZ · München DIPL.-ING. G. DANNENBERG · dr. D. GUDEL · dipl.-ing. S. SCHUBERT · Frankfurt

ZUGELASSENEVERTRETER BEIM EUROPAISCHEN PATENTAMT

GROSSE ESCHENHEIMER STR. 39 6OOO FRANKFURtAM MAIN 1

- TELEFON: (0611) 281134 + 287014 TELEGRAMME: WIRPATENTE TELEX: 413 IIO

10. November 1982 Gu/Si

American Sterilizer Company
West Grandview Boulevard,
Erie, Pa. 16512, USA

Vorrichtung zur Änderung der Drehrichtung einer
angetriebenen Welle

rs-

' Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Änderung der Drehrichtung einer angetriebenen Welle.

Es gibt im allgemeinen zwei Typen derartiger Vorrichtungen. Bei dem einen Typ wird die Drehrichtung der Welle dadurch geändert, daß die Drehrichtung des zugeordneten Antriebsmotors umgekehrt wird- Solche Vorrichtungen sind konstruktiv aufwendig und teuer in der Herstellung. Bei dem anderen Vorrichtungstyp muß die angetriebene Welle in ihrer Längsrichtung verschoben werden, um eine Drehrichtungsänderung zu bewirken. Dies ist aber bei vielen Anwendungsfällen unerwünscht, beispielsweise beo orthopädischen, chirurgischen Instrumenten, die beispielsweise

zum Bohren, Aufweiten, Eindrehen öder Eintreiben von Stiften verwendet werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vor- ' richtung zur Änderung der Drehrichtung einer angetriebenen

Welle vorzuschlagen, die die Drehrichtungsänderung ohne Verschiebung der angetriebenen Welle in deren Längsrichtung ermöglicht. Dies soll während des Antriebs der Welle möglich sein. Auch soll die Drehrichtungsumkehr nicht durch eine entsprechende Drehrichtungsumkehr des

Antriebsmotors bewirkt werden.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die kennzeichnenden Maßnahmen der unabhängigen Patentansprüche 1 bzw. 5.

Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch diese Maßnahmen wird somit erreicht, daß die Drehrichtung der angetriebenen Welle geändert werden kann, ohne daß hierzu die Drehrichtung des Antriebsmotors geändert werden muß oder daß die angetriebene Welle hierzu in ihrer Längsrichtung verschoben werden muß. 10

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 - einen Längsschnitt durch die wesentlichen Bauteile eines medizinischen Instruments mit einer Vorrichtung zur Änderung der Drehrichtung der angetriebenen Welle dieses Instruments nach der Erfindung;

Fig. 2 - einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig. 1, wobei die Kugeln sich in der Nxchteingriffslage befinden;

Fig. 3 - einen Schnitt längs der-iinie III-III von Fig. 1, wobei die Kugeln sich in der Eingriff slage befinden;

Fig. 4 - eine Seitenansicht der Nocke der Vorrichtung nach Fig. 1.

Figur 1 zeigt einen Teil eines motorbetätigten medizinischen Instruments 10 mit einer Antriebswelle 12, deren Drehrichtung durch eine Vorrichtung 14 zur Änderung der Drehrichtung gesteuert wird.

> Die Welle 12 ist innerhalb eines Gehäuses 16 des Instruments 10 drehbar gelagert, und zwar um ihre Längsachse 18. Hierzu sind zwei Lager 20 und Abstandsstücke 22 vorgesehen. Ein Ende der Welle 12 hat eine Feder 24, in die eine Keilwelle eingesetzt werden kann, an die der Betätigungskopf des Instruments angekoppelt werden kann.

Die Vorrichtung 14 schließt eine Steuerwelle 26 mit einer äußeren Nockenfläche ein, die durch Nockenflächen 28, 30, 32, 34 und 36 ausgebildet wird. Die angetriebene Welle 12 hat acht Öffnungen 38, von denen jede eine metallische Kugel 40 bzw. 41 aufnehmen kann. Die Nockenflächen 28 bis 36 verschieben die Kugeln 40 bzw. 41 in radialer Richtung in die Öffnungen 38 hinein bzw. aus den Öffnungen heraus, wenn die Steuerwelle 26 längs ihrer Längsachse 18 verschoben wird. Ein Schutzrohr 42 d.st teilweise innerhalb der Steuerwelle 26 vorgesehen. Ein Ende 44 des Schutzrohres 42 ist mit einer Kappe 46 des Gehäuses 16 verbunden und mit einer Dichtung 48 abgedichtet. Das Schutzrohr 42 nimmt einen chirurgischen Stift oder Draht auf, der nicht gezeichnet ist und der bei orthopädischen Operationen verwendet wird. Ein abgeflanschtes Ende 50 der Steuerwelle 26 liegt an der Innenfläche des Endes 52 der angetriebenen Welle 12 an, um das abgeflanschte Ende 50 zu tragen. Eine Buchse 54 ist innerhalb jeder Öffnung 56 angeordnet, die in den Enden der Steuerwelle ausgebildet sind. Ringscheiben 58 und Äbstandsstücke 60 positionieren das Lager 20 und die Äbstandsstücke 22 und verhindern dadurch eine Längsverschiebung der angetriebenen Welle.12.

Ein Paar Kegelräder 62 und 64 sind an der Außenseite der angetriebenen Welle 12 befestigt und können sich um die

Welle drehen. Jedes der Kegelräder hat acht halbkreisförmige Rillen oder Einschnitte 66, die sich über die Länge jedes Kegelrades 62, 64 erstrecken, und die gleichförmig um dessen Umfang angeordnet sind. Wenn eine der Nockenfläche 28 oder 36 eine Kugel 40 bzw. 41 in eine der Öffnungen 38 eindrückt, so steht ein Teil der Kugel 4 0 bzw. 41 in die Rille 66 vor. Wird dann dasjenige Kegelrad gedreht, in das -die Kugeln vorstehen, so ergreift die Rille 66 den betreffenden, vorspringendes Teil der Kugel 40 bzw. 41 und bewirkt, daß sich die Kugel 4 0 oder 41 und die Welle 12 um die Längsachse 18 drehen.

Ein Antriebs-Kegelrad 70 ist an einem Lager 72 im Gehäuse 16 drehbar gelagert. Eine Welle 74 des Antriebs-Kegelrads 70 ist mit einem geeigneten Antrieb verbunden, beispiels weise mit einem Elektromotor, der das Antriebs-Kegelrad 70 drehen kann. Dieses Antriebs-Kegelrad ist so im Gehäuse 16 gelagert, daß es mit beiden Kegelrädern 62 und 64 kämmt und diese in entgegengesetzten Richtungen dreht, sobald das Antriebs-Kegelrad 70 gedreht wird. Die Welle 12 dreht sich also in einer ersten Richtung, wenn die Steuerwelle 26 in eine Position verschoben ist, in der die Nockenfläche 28 die Kugeln 40 in die Öffnungen 38 und Rillen 66 eindrückt, wodurch dann das betreffende Kegelrad 62 mit der angetriebenen Welle 12 gekuppelt wird und die Welle dadurch in der betreffenden Richtung dreht.

Die angetriebene Welle 12 wird in der Gegenrichtung gedreht, wenn die Steuerwelle 26 in eine Lage verschoben wird, in der die Nockenfläche 36 die Kugeln 41 in die Öffnungen 38 und in die Rillen 66 eindrückt, wodurch

dann das Kegelrad 64 mit der Antriebswelle 12 verbunden • wird und die Antriebswelle in seiner Richtung dreht.

Die Nockenflächen der Steuerwelle 26 sind so geformt, daß verhindert wird, daß beide Sätze der Kugeln 40 und 41 gleichzeitig mit ihren Kegelrädern 62 bzw. 64 gekoppelt werden, so daß verhindert wird, daß beide Kegelräder die Welle 12 gleichzeitig antreiben. Die Steuerwelle 26 kann aber so längs ihrer Achse 18 angeordnet werden, daß beide Sätze der Kugeln 40 und 41 an der Nockenfläche 32 verbleiben, in welcher Lage die angetriebene Welle 12 weder mit dem Kelrad 62 noch mit dem Kegelrad 64 gekuppelt ist und sich daher nicht dreht.

Die Verschiebung der Steuerwelle 26 längs ihrer Achse wird dadurch bewirkt, daß die Kappe 46 relativ zum Rest des Gehäuses 16 verdreht wird. Eine Führungsmanschette 76 ist hierzu im Gehäuse 16 befestigt, und zwar mit einem Gewindeeinsatz 78. Eine Nocke 80 mit einer Nockenflache 82 ist teilweise innerhalb der Führungsmanschette 76 gesichert„ und zwar mit einem Lager 84 und einer Setzschraube 86, die in eine Öffnung 88 in der Kappe 46 eingeschraubt ist. Die Fuhrungsmanschette 76 schließt einen Schlitz 90 ein, in dem sich ein Stift bewegen kann, der aus der Nocke 80 vorsteht. Eine Feder 94 ist um die Steuerwelle 26 angeordnet, und zwar zwischen einer Unterlegscheibe 96 und einem abgeflanschten Teil 98 der Nocke 80. Exen zweite Feder ist um die Steuerwelle 26 gelegt, und zwar zwischen einem abgeflanschten Teil 98 der Nocke 80 und einer Unterlegscheibe 102. Die Kappe 46 ist am Instrument durch einen Flansch 104 gesichert, der an der Führungsmanschette 76 ausgebildet ist. Der Flansch 104 erstreckt sich nur um einen Teil des Endes der Führungsmanschette 76 und der Flansch 106 erstreckt sich nur um einen Teil des Umfanges des Endes der Kappe 46, so daß die Kappe

BAD ORIGINAL

AO.

am Instrument 10 dadurch gesichert werden kann, daß der Flansch 106 gegen das Ende des Gehäuses 16 gedrückt wird, wo der Flansch 104 nicht vorliegt, worauf die Kappe 46 gedreht wird, bis die Flansche 104 und 106 fluchten. Ein Stift 108 ist an der Innenfläche des Gehäuses 16 befestigt und schließt eine Rille 109 ein, die in der Führungsmanschette 76 ausgebildet ist, um dessen Bewegung zu begrenzen.

Drei Ringe 110, 112 und 114 sind in der Außenfläche der Nocke 80 ausgebildet. Eine Setzschraube 116 stützt eine Feder 118, die eine Kugel 120 zur Führungsmanschette 76 hin drückt. Ein Teil der Kugel 120 kann in einen der Ringe 110, 112 oder 114 vorstehen, wenn die Kugel 120 damit fluchtet, um eine stabile Lage für die Nocke bzw. das Nockenteil 80 auszubilden. Die Welle 12 dreht sich in einer ersten Richtung, wenn die Kugel 120 sich teilweise in den Ring 110 erstreckt. Die Welle 12 dreht sich in einer zweiten Richtung, wenn die Kugel 120 sich teilweise in den Ring 114 erstreckt. Ragt die Kugel 120 in den Ring 112 hinein, so befindet sich die Welle 12 in ihrer neutralen Position und kann nicht gedreht werden. Die Ringe 110, 112 und 114 sind also als ringförmige Rillen ausgebildet.

Das Instrument 10 wird wie folgt betätigt. Figur 1 zeigt die Steuerwelle 26 in einer Lage, in der die angetriebene Welle 12 in der vorstehend erläuterten zweiten Drehrichtung angetrieben wird. Befindet sich die Steuerwelle in der in Fig. 1 gezeigten Lage, so ragen die Kugeln 41 durch die Öffnungen 38 und in die Rillen 66 des Kegelrades 64. Das Antriebs-Kegelrad 70 dreht beide Kegelräder 62 und 64. Befinden sich die Kugeln 41 in der in Fig. 1 gezeigten Lage, so bewirkt eine Drehung des Kegelrades 64,

daß die Rillen 66 dieses Kegelrades 64 sich an einen Teil der Kugeln 41 anlegen und daher die Kugeln 41 mit der Welle 12 in der erwähnten zweiten Drehrichtung drehen. Die Kugeln 4 0 ragen hierbei nicht durch die Öffnungen und nicht in die Rillen 66 des Kegelrades 62 und treiben daher die Welle 12 nicht an.

Um die Drehrichtung der Welle 12 von dieser zweiten Drehrichtung in die erste Drehrichtung zu ändern, wird die Kappe 46 im Uhrzeigersinn um die Längsachse 18 gedreht.

Diese Drehung der Kappe bewirkt, daß das Lager 84 die Nockenfläche 82 der Nocke nach unten gleitet und dabei die Nocke 80 und die Steuerwelle 26 auf die Kappe 46 zu bewegt, und zwar gegen die Kraft der Feder 100. Fluchtet der Ring 112 der Nocke 80 mit der Kugel 120, so bleiben beide Kugelsätze 40 und 41 auf der Nockenfläche 32 der Steuerwelle 26 und sind daher nicht in Eingriffslage mit den Kegelrädern 62 oder 64. In dieser Lage kann keines dieser Kegelräder die Welle 12 drehen und die Welle 12 befindet sich daher in ihrer neutralen Lage.

Wird die Kappe 46 weitergedreht, so wandert das Lager 8 weiter nach unten die Nockenfläche 82 hinab und bewegt die Nocke 80 udn die Steuerwelle 26 weiter zur Kappe 4 hin. Fluchtet jetzt die Kugel 120 mit dem Ring 110, so bleiben die Kugeln 41 auf der Nockenfläche 32 der Steuerwelle 26 und erstrecken sich nicht in die Rillen 66 des Kegelrades 62. Das Kegelrad 64 kann daher die Welle 12 nicht antreiben. Die Kugeln 4 0 dagegen werden durch die. Öffnungen 38 und in die Rillen 66 des Kegelrades 62 gestoßen, und zwar durch die Nockenfläche 30 und 28, so daß das Kegelrad 62 die Welle 12 in der ersten Richtung dreht. Soll die Welle 12 in der anderen Drehrichtung an-

5	getrieben wei	:den, so muß	-	-	46	im Gegenuhrzeiger-
	sinn gedreht	werden, bis	die	Kappe	120	mit dem Ring 114
	der Nocke 80	fluchtet.	die	Kugel
10
15
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25				-
30
35	•
	-

Leerseite

Claims

' Ansprüche

11.) Vorrichtung zur Änderung der Drehrichtung einer angetriebenen Welle,

gekennzeichnet, durch.

einen Rahmen (16), an dem die Welle (12) um ihre Längsachse (18) drehbar gelagert ist,

zwei an der Welle (12) vorgesehene Glieder (62,64), die sich um die Welle drehen können, - Eingriffsmittel (70,74), die an den Gliedern (62,64) angreifen können und diese dabei in einander entgegengesetzten Drehrichtungen drehen können, und durch - eine Kupplung (28,30,32,34,36,40,41), mit der mechanisch wahlweise eines der Glieder (62 oder 64) mit der Welle (12) gekuppelt wird und die die Welle in der Drehrichtung des betreffenden Gliedes dreht, wobei die Drehrichtung der Welle umgekehrt wird, wenn das betreffende Glied entkuppelt wird und das andere Glied anschließend angekuppelt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das Eingriffsmittel ein Antriebs-Kegelrad (70) aufweist und daß jedes Glied ein angetriebenes Kegelrad (62, 64) ist, wobei das Antriebs-Kegelrad (70) so am Rahmen (16) gelagert ist, daß es sich dort drehen kann und daß es beide Kegelräder (62,64) antreibt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwei Kugeln (40,41) aufweist, von denen jede so angeordnet ist, daß die betreffende Kugel eine

Eingriffslage annehmen kann, in der die Kugel eine einem der Kegelräder (62,64) übertragene Kraft auf die Welle (12) übertragen kann, sowie eine Nxchtexngriffslage, in der diese Kraftübertragung nicht erfolgen kann, und daß Mittel (26) vorgesehen sind, um jede der Kugeln (40,41) in die Eingriffslage bzw. in die Nxchtexngriffslage zu bewegen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch g e.k.e nnzeichnet , daß in der Welle (12) zwei Öffnungen (38,38) ausgebildet sind, von denen jede eine der Kugeln bzw. Kugelsätze (40, 41) aufnehmen kann, wenn die Kugel sich in ihrer Eingriffslage befindet, wobei ein Teil der Kugel eine Fläche des Gliedes berühren kann, wenn die Kugel sich in einer Öffnung der Welle befindet und das Glied gedreht wird und die dem Glieg. mitgeteilte Kraft auf die Welle überträgt.
5. Vorrichtung zur Änderung der Drehrichtung einer angetriebenen Welle,

gekennzeichnet durch

einen Rahmen (16), an dem die Welle (12) um ihre Längsachse (18) drehbar gelagert ist,

ein Paar Kegelräder (62,64), die an der Welle (12) und um diese drehbar gelagert sind,

ein Antriebskegelrad (70), das an den Kegelrädern (62, 64) angreift und diese in entgegengesetzten Richtungen dreht,

ein Paar Kugeln (40,41), die jeweils so angeordnet sind, daß sie eine Eingriffslage einnehmen können, in der die betreffende Kugel die ihr über eines der Kegelräder (62, 64) übertragene Kraft auf die Welle (12) übertragen kann, sowie eine Nxchtexngriffslage, in der diese Kraftüber-

> tragung nicht stattfindet, und durch

eine Steuerung (26), die die Kugel (40,41) in jeweils eine der beiden Lagen verschiebt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die angetriebene Welle (2) ein Paar Öffnungen (38, 38) hat, in der sich jeweils eine der Kugeln oder Kugelsätze (40_r41) befindet, wenn die Kugel sich in ihrer Eingriffslage befindet, und daß die Steuerung eine Steuerwelle (26) aufweist, die in der angetriebenen Welle (12) in Längsrichtung verschiebbar relativ zur angetriebenen Welle angeordnet ist, wobei die Oberfläche der Steuerwelle (26) sich an die Kugeln (40,41) anlegt derart, daß eine Längsbewegung der Steuerwelle eine Bewegung der Kugeln weiter in die Öffnung (38,38) der angetriebenen Welle (12) bewirkt bzw. aus der Öffnung heraus.

Der Patentanwalt:

Dr. D. Gudel