DE3433570A1

DE3433570A1 - Umlaufendes werkzeug fuer chirurgische, insbesondere dentalchirurgische zwecke und vorrichtung zur versorgung des werkzeugs mit einem kuehlmittel

Info

Publication number: DE3433570A1
Application number: DE19843433570
Authority: DE
Inventors: Rolf 7150 Backnang Janert; Alfred Leiter; Curt Dr. 7530 Pforzheim Riesch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1984-09-13
Filing date: 1984-09-13
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE3433570C2

Description

Beschreibung:

Die Erfindung geht aus von einem umlaufenden Werkzeug für chirurgische Zwecke wie Bohr-, Fräs-, Polieroder Schleifwerkzeug mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen. Ein solches Werkzeug ist aus dem DE-GM 82 33 133 bekannt. Das bekannte Werkzeug besitzt am Ende eines zylindrischen Schaftes eine Kreissäge. Zum Zuführen eines Kühlmittels besitzt das bekannte Werkzeug im Schaft einen längs verlaufenden Kanal, dessen Eintrittsöffnung in der hinteren Endfläche des Schaftes angeordnet ist. Im Bereich der Kreissäge mündet der längsverlaufende Kanal in mehrere radial nach außen führende Kanäle, durch welche das Kühlmittel zu den Schneiden der Frässcheibe geleitet wird.

Durch das Zuführen einer geeigneten Kühlflüssigkeit (z.B. Wasser oder eine physiologische Kochsalzlösung) durch den Schaft hindurch zum Schneidteil des Werkzeugs läßt sich verhindern, daß sich das Werkzeug und ein Knochen, welcher mit dem Werkzeug bearbeitet wird, zu stark erwärmen. Eine zu starke Erwärmung (über 45°C) führt zur Avitalität des Gewebes, und das hat zur Folge, daß ein in den Knochen eingesetztes Implantat schlecht oder garnicht einwächst; die Verbindung zwischen dem Implantat und dem Gewebe bleibt jedenfalls geschwächt und die Heilungschancen sind erheblich herabgesetzt. Durch direkte Kühlung der Schneidstelle können ein warmlaufen des Werkzeuges und eine unzulässige Erwärmung des Knochens sowie eine Koagulation des vita-

len Gewebes vermieden werden.

Bei dem bekannten Werkzeug wird das Kühlmittel am hinteren Ende des Schaftes in das Werkzeug eingeleitet. Da das hintere Ende des Schaftes beim Arbeiten mit dem Werkzeug im angetriebenen Spannfutter einer Handhabe eingespannt ist, mit welcher der Arzt das Werkzeug bediaien kann, benötigt man aufwendig konstruierte und abgedichtete Handhaben, die an der Einspannstelle des Werkzeugs das Einleiten der Kühlflüssigkeit in den Schaft des Werkzeuges ermöglichen. Der Einsatz des bekannten Werkzeuges mit innen liegendem Kühlmittelkanal setzt deshalb· voraus, daß der Arzt teure, besonders angepasste Handhaben beschafft. Ein weiterer Nachteil liegt darin, daß der Arzt gezwungen ist, häufiger mit unterschiedlichen Handhaben zu arbeiten, wenn er teils Werkzeuge mit und teils ohne Kühlung einsetzt, und er hat es dann schwer, sich an eine bestimmte Handhabe zu gewöhnen und erlangt schwieriger die wichtige und nötige Routine im Umgang mit der Handhabe.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß der Arzt für den Einsatz des Werkzeuges keine besonders angepassten Handhaben benötigt, sondern seine ohnehin vorhandenen Handhaben benutzen kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeug mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter-

ansprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeug wird das Kühlmittel nicht am hinteren Ende in den schaft eingeführt, sondem in einigem Abstand vom hinteren Ende des Schaftes seitlich in diesen eingeleitet. Um dies zu ermöglichen, besitzt der Schaft eine Radialbohrung, welche von einer Buchse umgeben ist, welche den Schaft frei drehbar umgibt. Diese Buchse besitzt einen Zuführkanal, welcher mit der Radialbohrung des Schaftes kommuniziert. Wenn das Werkzeug in eine Handhabe, zum Beispiel in ein Dentalhandstück, eingespannt ist, kann ein Schlauch zum Zuführen des Kühlmittels mit dem Zuführkanal der Buchse verbunden werden. Wenn sich beim Arbeiten mit dem Werkzeug dieses in der Handhabe dreht, dreht sich die Buchse nicht mit, sondern bleibt in Ruhe. Die Tatsache, daß sich der Schaft in der Buchse dreht, hindert nicht den Übertritt des Kühlmittels vom Zuführkanal der Buchse in die Radialbohrung des Schaftes, solange beide miteinander kommunizieren. Ausreichende Kommunikation zwischen den beiden kann man dadurch herstellen, daß man zwischen der Buchse und dem Schaft einen nach außen abgedichteten Ringspalt vorsieht. Vorzugsweise stellt man die Kommunikation dadurch her, daß man die Eintrittsöffnung der Radialbohrung des Schaftes in einen den Schaft ringförmig umgebenden Einstichkanal legt, in welchen der Zuführkanal der Buchse einmündet. Alternativ könnte man an der Innenseite der Buchse einen den Schaft ringförmig umgebenden Einstichkanal vorsehen, der über der Radialbohrung des Schaftes liegt und in den der Zuführkanal der Buchse mündet.

Ein solcher Einstichkanal stellt in jeder Stellung der Buchse eine durchgehende Verbindung zwischen dem Zuführkanal der Buchse und der Radialbohrung des Schaftes dar.

Grundsätzlich kommt man mit einer Radialbohrung im Schaft aus. Es können jedoch auch durchaus mehrere Radialbohrungen vorgesehen sein, die dann aber alle mit dem Zuführkanal der Buchse kommunizieren müssen. Falls mehrere Radialbohrungen im Schaft und - gemäß Anspruch 2 oder 3 - ein Einstichkanal vorgesehen sind, dann verbindet der Einstichkanal sämtliche Einlassbohrungen miteinander.

Um zu gewährleisten, daß sich die Buchse auf dem Schaft nicht verschiebt, ordnet man sie zweckmäßigerweise nahezu spielfrei zwischen zwei auf dem Schaft angebrachten Ringen an, von denen zweckemäßigerweise wenigstens einer ein längsverschieblicher, arretierbarer Stellring ist, mit welchem das Spiel der Buchse optimal einstellbar ist. Das Spiel sollte möglichst klein gewählt werden, jedoch nicht so klein, daß es die Drehbarkeit der Buchse behindert.

Der Spalt zwischen der Buchse und dem Jchaft bedarf natürlich einer gewissen Abdichtung, zu welcher bereits die Anordnung der Buchse zwischen zwei auf dem Schaft angebrachten Ringen beiträgt. Zweckmäßigerweise ordnet man zusätzlich in ringförmigen Innenausnehmungen der Buchse beidseitig des Zuführkanals Dichtringe an. Diese Dichtringe sollen aus einem Kunststoff bestehen, der

sich durch Hitze sterilisieren lässt. Bei der Sterilisierung mit Hitze werden Temperaturen von wenigstens 120° C, meistens 180° C erreicht, welche die Dichtungen ohne Schaden überstehen müssen. Ein geeigneter Werkstoff für die Dichtungen ist Polytetrafluorethylen (PTFE).

Im übrigen werden an die Dichtungen keine besonderen Anforderungen gestellt, da die Drücke, mit denen das Kühlmittel zugeführt wird, bei der vorgesehenen Verwendung für chirurgische Zwecke nur gering sind. Man kann aber auch die Dichtungen ganz vermeiden, wenn man Buchse und Zuführkanal einstückig aus einem Kunststoff wie PTFE herstellt.

Mit extrem hoher (50 000 upm) Drehzahl turbinengetriebenen Werkzeuge, insbesondere Bohrer, wie sie vom Zahnarzt verwendet werden, können auf diese Weise nicht gekühlt werden. Zur Kühlung solcher Bohrer sind Einsätze in die üblichen Winkelstücke bekannt, die der Zahnarzt mit einem besonderen Werkzeug in das Winkelstück einzusetzen und wieder aus ihm herauszunehmen gewohnt ist. Diese Einsätze enthalten einen Ringkanal, der an eine äußere Kühlmittelleitung anschließbar ist.

Der Ringkanal versorgt schräg nach innen gerichtete Düsen, meist drei, die den den Einsatz zentral durchbrechenden Werkzeugschaft von außen besprühen, wodurch zwar das Werkzeug gekühlt wird, Knochen, Gewebe und Zahnsubstanz aber unvollkommen oder garnicht, so daß die oben erwähnten Erwärmungsschäden auftreten.

Der Erfindug liegt weiter die Aufgabe zugrunde, die Ar-

beitsstelle auch sehr schnell umlaufender Werkzeuge über eine Achsbohrung des Werkzeugs ohne speziell konstruierte Winkelstücke unmittelbar zu kühlen. Bei mit extrem hoher Drehzahl umlaufenden Werkzeugen nimmt die beschriebene kreisrunde Öffnung einer Radialbohrung nicht genug Kühlmittel auf. Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung ist die auflaufende Kante der radialen Eintrittsöffnung des Schaftes hinterschnitten, während die ablaufende Kante im Querschnitt eine Tangente an den Kreis der Achsbohrung ist.

Die Eintrittsöffnung erstreckt sich dabei über etwa ein Viertel (90°) des Schaftumfangs und ihre Höhe ist wenig größer als der Durchmesser der Achsbohrung. Bei diesen Abmessungen wird auch bei sehr hohen Drehzahlen genügend Kühlmittel in die Achsbohrung gefördert, ohne daß andererseits die Festigkeit des Werkzeugs gefährdet wäre.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf die Versorungsvorrichtung des Werkzeugs mit Kühlmittel. Hierzu ist der oben für Aussenkühlung beschriebene bekannte Einsatz in das Winkelstück etwas umgestaltet. Zusätzlich zu den beschriebenen Spritzdüsen beschickt der Ringkanal in einem erfindungsgemäß ausgebildeten Einsatz einen zur Werkzeugschaftachse senkrechten Kanal, der in einem den eingesetzten Schaft in Höhe der Eintrittsöffnung umgebenden Kanal endet.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der beigefügten Zeichnung dargestellt und nachfolgend beschrieben.

In der Zeichnung ist:

Figur 1: ein Längsschnitt durch ein Fräswerkzeug,

Figur 2: ein Längsschnitt durch einen Winkelstückkopf

mit Turbinenantrieb und Kühleinsatz, 10

Figur 3: ein Schnitt nach Linie III-III der figur 2,

Figur 4: ein Ausschnitt aus Figur 2 mit ungeschnittenem Werkzeugschaft und

Figur 5: ein teilweise längsgeschnittener Schaft mit der Eintrittsöffnung in Ansicht.

Das Fräswerkzeug nach Figur 1 besitzt einen Schaft 10, in welchen von seinem vorderen Ende her ein längs verlaufender Kanal 12 als Sackloch eingebohrt ist. An seinem vorderen Ende ist der Schaft 12 mit einem Außengewinde 4 versehen, auf welches das mit einem entsprechenden Innengewinde versehene Schneidteil 1 des Werkzeuges aufgeschraubt ist. Die Verbindung zwischen dem Schaft und dem Schneidteil 1 könnte natürlich auch auf andere Weise, z.B. durch Stecken erfolgen oder durch Austausch von Innen- und Aussengewinde, der Kühlmittelkanal 12 im Schaft setzt sich fort in einen koaxialen Kühlmittelkanal 12a im Schneidteil, welcher sich im Bereich der Spitze des Schneidteils verziigt in mehrere radial nach außen führende Austritssbohrungen 3 und eine axiale, an der Spitze des Schneidteils ins Freie tretende Aus-

trittsbohrung 2. Die Austrittsöffnungen der radialen Austrittsbohrungen werden zweckemäßigerweise so angeordnet, daß sie in der Mitte zwischen zwei benachbarten Schneiden des Schneidteils 1 liegen. 5

Dem Schaft ist ein Ring 13 angeformt, welcher als Anschlag für eine Buchse 5 dient, welche vom hinteren Ende 10a her auf den Schaft aufgeschoben wird. Die Buchse 5 besitzt einen radial durchgehenden Zuführkanal 8, welcher in einen den Schaft umgebenden, ringförmigen Einstichkanal 7 einmündet, wenn die Buchse 5 am Ring 13 anliegt. Vom Einstichkanal 7 führt eine radiale Einlassbohrung 11 seitlich in den längs verlaufenden Kanal 12 des Schaftes.

Im Zuführkanal 8 der Buchse 5 steckt ein Rohr 8a, durch welches das Kühlmittel zugeführt werden kann. Zur Abdichtung ist die Buchse 5 an ihren beiden Enden mit je einer zu ihren Endflächen offenen Innenausdrehung versehen, in welcher jeweils ein Dichtungsring 6 angeordnet ist. Zur Sicherung der Buchse 5 auf dem Schaft ist auf diesen ein Stellring 9 aufgeschoben, welcher auf den verdickten Mittelabschnitt des Schaftes, auf welchem sich die Buchte 5 befindet, aufgedrückt wird.

Der stellring 9 könnte aber auch durch verschrauben oder auf sonstige Weise in seiner Lage fixiert werden. Er wird soweit zugestellt, daß die Buchse 5 nahezu spielfrei angeordnet ist. Die Buchse 5 ist auf dem Schaft frei drehbar und ist deshalb nicht gezwungen, sich mitzudrehen, wenn sich das Werkzeug beim Arbeitsvorgang

dreht. Das Rohr 8a bleibt mithin bei drehendem Werkzeug in Ruhe und kann ohne Schwierigkeit mit einem Schlauch, über welchen das Kühlmittel zugeführt wird, verbunden bleiben. Bei Dentalhandstücken z.B. ist ein solcher Schlauch stets vorgesehen.

Er kann nach dem Einsetzen eines erfindungsgemäßen Werkzeugs in das Dentalhandstück auf das Rohr 8 aufgesteckt werden.

Da das hintere Ende des schaftes 10, welches zum Einspannen in eine Handhabe benötigt wird, nicht gleichzeitig zur Zuführung des Kühlmittels ausgenutzt wird, kann das erfindungsgemäße Werkzeug ohne Abänderung in bestehende Handhaben eingesetzt werden.

Bei turbinengetriebenen Dentalwerkzeugen mit extrem hoher Drehzahl würde sich das Kühlmittel am Übergang von dem Kanal 8 in den Kanal 12 stauen. Zur Kühlung von Werkzeugen mit extrem hoher Drehzahl wird in die Öffnung des Winkelstückkopfes 21 (Fig. 2) mit einem Spezial werkzeug der Kühleinsatz 27 eingeschoben. Er enthält einen Ringkanal 28, der über die Leitung 22 mit Kühlmittels versorgt ist. In bekannte^ Weise sind an den Ringkanal 28 schräggestellte Spritzdüsenleitungen 13 angeschlossen, welche auf das Werkzeug 26 gerichtet sind und es von außen kühlen.

Erfindungsgemäß endet eine der Leitungen 13' in einer zur Schaftachse senkrechten Leitung 19, welche in einem Ringraum 20 endet. Der Werkzeugschaft 26 ist in be-

kannter Weise in die Turbine 24 bis zum Anschlag 25 eingeschoben und mit der Turbine gekuppelt. Er ist teilweise achsial durchbohrt, so daß er in seiner Achse ein Sackloch 22 aufweist.
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Innerhalb des Ringraums 20 liegt bei einem richtig eingesetzten Werkzeugschaft 26 eine Eintrittsöffnung 23. Sie erstreckt sich über etwa 90° des Schaftumfangs. Dreht sich der Schaft in Pfeilrichtung (Fig. 3 und 5), so ist die auflaufende Kante 24 hinterschnitten, während die andere Kante 25 eine Tangente an den Kreis der Bohrung 22 bildet. Die Einlaßöffnung ist nur wenig höher als der Durchmesser der Bohrung.

Bei der Drehung des Schaftes schneidet die hinterschnittene Kante 24 beständig Schichten von der Oberfläche des im Ringraum 20 dem Schaft 26 anstehenden Kühl mittels ab und drückt es in die Bohrung 22.

Claims

.;. - PATE MTA NWÄ LT E. ; DR. RUDOLF BAUER · DIPL.-ING. HELMUT HUBBUCH DIPL.-PHYS. ULRICH TWELMEIER A WESTLICHE 29 -31 IAM LEOPOLDPLATZ) D-7530 PFORZHEIM (west-germany) S (0 72 31) 10 22 90/70 · TELEGRAMME PATMARK *!" — <-rra d 10. Sept. 1984 I/Wa Herr Rolf Janert, 7150 Backnang Umlaufendes Werkzeug für chirurgische, insbesondere dentalchirurgische Zwecke und Vorrichtung zur Versorgung des Werkzeugs mit einem Kühlmittel Patentansprüche:

1. Umlaufendes Werkzeug für chirurgische Zwecke,

wie Bohr- Fräs- Schleif- und Polierwerkzeug, bestehend aus einem Schaft und einem am Schaft angebrachten Schneidteil, wobei zum Zuführen eines Kühlmittels zum Schneidteil im Schaft ein längsverlaufender Kanal vorgesehen ist, welcher sich im Innern des Schneidteils in einen oder mehrere nach außen führende Kanäle fortsetzt, welche im Bereich der Schneiden ins Freie münden, dadurch gekennzeichnet, daß der Längskanal (12) im Schaft (10) ein Sackloch ist, in das das Kühlmittel über wenigstens eine Radialbohrung (11) eintritt, während eine den Schaft (10) in Längsrichtung unverschieblich, aber frei drehbar umschließende Buchse (5) die Radialbohrung (en) (11) überdeckt, welche (5) einen ihren Mantel durchbrechenden., mit der bzw. den Radialbohrung(en) (11) des Schaftes (10) kommunizierenden Zuführkanal (8) besitzt..

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung(en ) der Radialbohrung(en)

(11) in einen den Schaft (10) ringförmig umgebenden Einstichkanal (7) liegt bzw. liegen, in welchen der Zuführkanal (8) der Buchse (5) einmündet.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführkanal (8) in einen an der Innenseite der Buchse (5) vorgesehenen, den Schaft (10) über denn Radialbohrung(en) (11) ringförmig umgebenden Einstichkanal einmündet.

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (5) nahezu spielfrei zwischen zwei auf dem Schaft (10) angebrachten Ringen (9,13) angeordnet ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer dieser Ringe (9) ein längsverschieblicher, arretierbarer Stellring ist.

6. Werkzeug nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß beidseits des Zuführkanals (8) in ringförmigen Innenausnehmungen der Buchse (5) Dichtringe (6) aus einem Kunststoff angeordnet sind, welcher gegen die zum Sterilisieren benötigten Temperaturen bon ernihdzrnd 120⁰C bis 18O⁰C beständig ist.

7. Dentalwerkzeug, wie Bohrer, Fräser, Schleifer, Polierer mit Achsbohrung zum Einsatz in turbinengetriebene Winkelstückaufnahmen nach Anspruch 1 bei dem das Kühlmittel in das Sackloch der Achsbohrung (22) eintritt, dadurch gekennzeichnet, daß die auflaufende Kante (24) der radialen Eintrittsöffnung (23) hinterschnitten ist, während die ablaufende Kante (25) im Querschnitt eine Tangente an den Kreis der Achsbohrung (22) ist.
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8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennnzeichnet, daß sich die Eintrittsöffnung (23)

über etwa ein Viertel (90°) des Schaft (26) -Umfangs erstreckt und ihre Höhe wenig größer als der Durchmesser der Achsbohrung (22) ist.

9. Vorrichtung zur Versorgung des Dentalwerkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit

einem Kühlmittel, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (28) eines zur Aussenkühlung eines Werkzeugschafts bekannten Winkelstückeinsatzes (27) einen zur Werkzeugsschaft- (26) -Achse senkrecht verlaufenden Kanal (19) beschickt, der in einem den eingesetzten Schaft (26) in Höhe der Eintrittsöffnung ungebenden Ring (20) endet.