DE3505323A1

DE3505323A1 - Drehzahlverstellvorrichtung fuer ein medizinisches handstueck

Info

Publication number: DE3505323A1
Application number: DE19853505323
Authority: DE
Inventors: Kenzo Otsu Shiga Takaoka; Hiroo Kyoto Watanabe
Original assignee: J Morita Manufaturing Corp
Current assignee: J Morita Manufaturing Corp
Priority date: 1984-02-18
Filing date: 1985-02-15
Publication date: 1985-08-29
Also published as: DE3505323C2; US4617837A; JPS6130577B2; JPS60174143A

Description

PAF 1203 _ 4 -

Die Erfindung betrifft eine Drehzahlverstellvorrichtung für ein medizinisches, insbesondere zahnärztliches, Handstück mit zwei in einem Gehäuse des Handstücks drehbar gelagerten Wellen, die für eine Drehmomentübertragung ohne Drehzahländerung, mit Übersetzung ins Schnelle oder mit Übersetzung ins Langsame kuppelbar sind, um Drehmoment von einem elektrischen oder pneumatischen Antrieb auf eine nachstehend als Arbeitswelle bezeichnete Welle zu übertragen.

Bei Arbeiten mit medizinischen, insbesondere zahnärztlichen, Handstücken ist es häufig erwünscht, die Drehzahl eines Werkzeugs, beispielsweise eines Bohrers, den jeweiligen Erfordernissen anpassen zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehzahlverstellvorrichtung zu schaffen, die eine Drehzahlanpassung auf eine für den Benutzer besonders einfache und bequeme Weise gestattet und einen geringen Raumbedarf hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Gehäuse zwischen den Wellen ein Planetengetriebe angeordnet ist, das für eine Drehmomentübertragung von der antriebsseitigen Welle zu der abtriebsseitigen Welle ohne Drehzahländerung, mit Übersetzung ins Schnelle oder mit Übersetzung ins Langsame sorgt, und daß am Außenumfang des Gehäuses ein der Auswahl des Antriebs ohne oder mit Drehzahländerung dienendes Stellglied sitzt, durch dessen Betätigung die Wellen wahlweise direkt verbunden oder das Planetengetriebe und/oder mindestens eine der Wellen in eine Stellung verschoben werden, in welcher

die Direktverbindung der Wellen unterbrochen ist und die Wellen über das Planetengetriebe mittelbar miteinander verbunden sind.

Die Drehzahlverstellvorrichtung nach der Erfindung gestattet es, auf bequeme Weise einen Direktantrieb, eine Übersetzung ins Schnelle oder eine übersetzung ins Langsame zu wählen.

Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Kugelplanetengetriebe ist besonders preisgünstig, hat eine hohe Lebensdauer und arbeitet weitestgehend vibrations- und geräuschfrei.

Die Erfindung ist im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht ei

nes Handstücks,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Drehzahlverstellvorrichtung in der Stellung für Direktantrieb,

Fig. 3 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 bei Übersetzung ins Schnelle,

Fig. 4 einen Schnitt entsprechend Fig. 2 bei übersetzung ins Langsame,

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V der

Fig. 3,

Fig. 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI

der Fig. 3,

Fig. 7 eine Teilseitenansicht einer Schalthülse

der Drehzahlverstellvorrichtung,

Fig. 8 eine teilweise aufgebrochene Darstellung

der Kupplungshülsen mit den zugehörigen Wellen,

Fign. 9(a) eine Draufsicht und eine Seitenansicht des und (b) Kupplungsansatzes der Kupplungshülsen,

sowie

Fign. 10(a), schematische Darstellungen der Drehzahlver-(b) und (c) Stellvorrichtung in den Stellungen für Direktantrieb, übersetzung ins Schnelle bzw. übersetzung ins Langsame.

In Fig. 1 ist ein zahnärztliches Winkelhandstück veranschaulicht, in dem eine Drehzahlverstellvorrichtung 200 untergebracht ist, die es gestattet, für eine Drehmomentübertragung zwischen zwei in Kugellagern 11, 12 drehbar gelagerten, konzentrischen Wellen, nämlich einer treibenden Welle 100 und einer getriebenen Welle 300, ohne Drehzahländerung, mit übersetzung ins Schnelle oder mit übersetzung ins Langsame zu sorgen.

Zu der Drehzahlverstellvorrichtung 200 gehört ein Planetengetriebe 210, das in einem Gehäuseteil 20 zwischen der treibenden Welle 100 und der getriebenen Welle 300 sitzt. Am Außenumfang des Gehäuseteils 20 befindet sich ein Stell- oder Schaltglied 250 zur Auswahl des Antriebs ohne Drehzahlände-

rung, mit Übersetzung ins Schnelle oder mit übersetzung ins Langsame. Durch Betätigen des Stellglieds 250 werden die Wellen 100 und 300 entweder unmittelbar miteinander verbunden, oder das Planetengetriebe und/oder mindestens eine der Wellen 100, 300 werden in eine Stellung verschoben, in welcher die Direktverbindung der Wellen 100, 300 unterbrochen ist und die Wellen über das Planetengetriebe 210 mittelbar miteinander verbunden sind. Die Antriebswelle 100 wird über einen Antrieb 2, beispielsweise einen Mikromotor, mit fester Drehzahl angetrieben. Die Welle 100 ist über das Kugellager 11 in einem Gehäuseteil 10 des Gehäuses 1 gelagert. Auf die Welle 100 ist eine zylindrische Kupplungshülse 110 aufgesteckt, die mit der Welle 100 über einen Stift 113 drehfest verbunden ist. Der Stift 113 greift in einen Schlitz 112 der Kupplungshülse 110 ein. Die Kupplungshülse 110 kann auf diese Weise gegenüber der Welle 100 in Axialrichtung verschoben werden. Das Ende 111 der Hülse 110 trägt eine zickzackförmige Stirnverzahnung (Fig. 8), die mit einer komplementären Stirnverzahnung am Ende 311 einer der Welle 300 zugeordneten Kupplungshülse 310 in Eingriff gebracht werden kann.

Eine als Schraubenfeder ausgebildete Feder 120 umgreift einen verjüngten Teil 101 der Welle 100. Die Feder 120 stützt sich einerseits an einer Schulter 103 der treibenden Welle 100 und andererseits am hinteren Ende der Kupplungshülse 110 ab. Sie spannt die Kupplungshülse 110 in Richtung auf einen Kupplungseingriff mit der Kupplungshülse 310 vor. Am Außenumfang der Kupplungshülse 110 befinden sich regelmäßige, im Querschnitt sechseckige Ansätze 114 (Fign. 9(a) und 9(b)). Zwei gegenüberliegende Seiten der Ansätze 114 verlaufen parallel zur Achse der Kupplungshülse. Die Ansätze erlauben einen wahlweisen Eingriff mit dem Planetengetriebe 210. Der Antrieb der Welle 300 erfolgt im Betrieb ohne Drehzahländerung direkt mittels der

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treibenden Welle 100 oder im Betrieb mit übersetzung über das Planetengetriebe 210. Die Welle 300 ist in dem Gehäuseteil über das Kugellager 12 gelagert. Sie steht über Kupplungsstükke 31, 32 mit einer Arbeits- oder Werkzeugantriebswelle 30 eines Winkelkopfs 3 in Verbindung, der mit dem Gehäuseteil 20 verschraubt ist. Auf dem hinteren Ende eines verjüngten Teils 301 der getriebenen Welle 300 sitzt die Kupplungshülse 310, die den gleichen Aufbau wie die Kupplungshülse 110 hat. Die Kupplungshülse 310 wird mittels einer Feder 320 in Richtung auf einen Eingriff mit der Kupplungshülse 110 vorgespannt. Die Feder 320 umgibt den verjüngten Teil 301. Sie sitzt zwischen einer Schulter 303 und dem vorderen Ende der Kupplungshülse 310. Beim Arbeiten ohne Drehzahländerung steht das hintere Ende 311 über seine zickzackförmige Stirnverzahnung in unmittelbarem Eingriff mit der Kupplungshülse 110. Die Kupplungshülse 310 ist mit der Welle 300 über einen Stift 313 drehfest verbunden. Der Stift 313 greift in einen Schlitz 312 der Kupplungshülse 310 ein, so daß die Kupplungshülse 310 in Axialrichtung gegenüber der Welle 300 verschoben werden kann. Entsprechend den Fign. 9(a) und 9(b) trägt die Kupplungshülse 310 Ansätze 314 mit regelmäßigem sechseckigem Querschnitt. Zwei gegenüberliegende Seiten der Ansätze 314 verlaufen vorzugsweise parallel zu der Axialrichtung der Welle 300, um mit dem Planetengetriebe 210 wahlweise in Eingriff gebracht werden zu können.

Das Planetengetriebe 210 ist als Kugelplanetengetriebe ausgebildet. Es weist einen äußeren Laufring 220 auf, der in dem Gehäuseteil 20 in Längsrichtung verschiebbar abgestützt ist. Zu dem Planetengetriebe gehört ferner ein Kugelhalter 230 mit beispielsweise acht in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilten Öffnungen für Kugeln 203. Die Kugeln 203 stehen

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in Wälzkontakt mit einer Umfangsnut 223 an der Innenseite des äußeren Laufrings 220 sowie einer Umfangsnut 243 eines inneren Laufrings 240, der von dem Kugelhalter 230 konzentrisch umgriffen ist. Am Außenumfang des Gehäuseteils 20 der Drehzahlverstellvorrichtung befindet sich das Stellglied 250, das es erlaubt, einen Direktantrieb oder einen Antrieb mit Übersetzung ins Schnelle oder ins Langsame auszuwählen. Das Stellglied weist eine auf dem Gehäuseteil 20 sitzende kurze, drehbare Hülse 251 auf. In dem Gehäuseteil 20, das als Schalthülse wirkt, ist ein diagonal verlaufender Nockenschlitz 252 mit Rastausnehmungen für übersetzung ins Schnelle (Pfeil B), Betrieb ohne Drehzahländerung (Pfeil A) und Übersetzung ins Langsame (Pfeil C) ausgebildet (Fig. 7). Mit der Hülse 251 ist ein Stellstift 253 verschraubt, der durch den Nockenschlitz 252 hindurchgreift und in den äußeren Laufring 220 hineinreicht. Wenn daher die Hülse 251 gegenüber dem Gehäuseteil 20 gedreht wird, wird der Stellstift 253 von dem Nockenschlitz 252 in Längsrichtung verschoben. Zusammen mit der drehbaren Hülse 251 werden auch der äußere Laufring 220, der Kugelhalter 230, die Kugeln 203 sowie Lager 201 und 202 gemeinsam in Längsrichtung verstellt, um einen Betrieb mit oder ohne Drehzahländerung zu wählen. Es versteht sich, daß das Stellglied 250 auch so ausgelegt sein könnte, daß es unmittelbar eine Längsbewegung und keine Drehbewegung ausführt. Der äußere Laufring 220 ist, um die Montage des Planetengetriebe 210 zu erleichtern, zweiteilig ausgeführt. Die beiden Teile sind über eine Verbindungshülse 221 untereinander verbunden. Ein gegenseitiger Schlupf der beiden Teile des äußeren Laufrings 220 wird durch einen Stift 222 und den Stift 253 verhindert. Der Kugelhalter 230 ist innerhalb des äußeren Laufrings 220 an beiden Enden mittels der Lager 201 und 202 drehbar und über die Kugeln 203 in Längsrichtung verschiebbar abgestützt. An beiden Enden des Kugelhalters 230 sind in dessen Stirnflächen Nuten 231, 232 ausgebildet,

die in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind und die mit den nach außen vorspringenden Ansätzen 114, 314 der Kupplungshülsen 110 bzw. 310 wahlweise in Eingriff gebracht werden können. Auch der Kugelhalter 230 besteht aus zwei getrennten Komponenten, die über einen Stift 233 zusammengehalten werden. Der innere Laufring 240 kann gedreht und zusammen mit dem Kugelhalter 230 axial verschoben werden. Er sitzt zwischen den einander gegenüberliegenden Ansätzen 114 und 314 der Kupplungshülsen 110, 310 und umgibt die miteinander in Eingriff bringbaren Enden der Kupplungshülsen 110, 310. In den Stirnseiten des inneren Laufrings 240 sind Ausnehmungen 241, 242 ausgebildet, in die sich die Ansätze 114 bzw. 314 einlegen können (Fign. 2 bis 4 und 6).

Im folgenden sei die Funktionsweise der Drehzahlverstellvorrichtung erläutert. Die verschiedenen möglichen Betriebsstellungen sind schematisch in den Fign. 10(a), 10(b) und 10(c) dargestellt. Dabei ist der Betrieb ohne Drehzahländerung gemäß Fig. 10(a) im einzelnen aus Fig. 2 zu erkennen. Wie veranschaulicht ist, sind in diesem Fall die Kupplungshülsen 110 und 310 der treibenden Welle 100 und der getriebenen Welle 300 unmittelbar im Eingriff miteinander (Fig. 8), jedoch ausser Eingriff mit dem Kugelhalter 230 und dem inneren Laufring 24 0. Aufgrunddessen wird die Drehzahl der treibenden Welle 100 ohne Änderung auf die getriebene Welle 300 übertragen. Soll in dieser Betriebsweise für eine Drehzahlbeeinflussung gesorgt werden, kann dies beispielsweise durch Änderung der Eingangsspannung des als Antrieb 2 vorgesehenen Mikromotors oder durch Änderung des Luftdrucks geschehen, wenn als Antrieb ein Preßluftmotor verwendet wird. Der Betrieb mit übersetzung ins Schnelle ergibt sich aus Fig.10(b) und im einzelnen aus Fig. 3. Wenn das Handstück in der nor-

malen Weise derart gehalten wird, daß der treibende Teil dem Bedienenden näher liegt, führt eine Drehung der Hülse 251 im Uhrzeigersinn zu einer Verschiebung des Stellstifts 253 mittels des diagonalen Nockenschlitzes 252 in Richtung auf die getriebene Welle 300. Dadurch wird das Getriebe als Ganzes entgegen der Kraft der Feder 320 in Richtung auf die Abtriebsseite verschoben. Dabei kommen zunächst auf der Abtriebsseite die Ansätze 314 mit den Ausnehmungen 24 2 in Eingriff, während gleichzeitig auf der Antriebsseite die Ansätze 114 mit den Nuten 231 in Eingriff kommen. Bei weiterer Verschiebung wird die Kupplungshülse 310 mitgenommen und außer Eingriff mit der Kupplungshülse 110 gebracht. In dieser Betriebsstellung wird das Drehmoment von der treibenden Welle 100 über den Kugelhalter 230, die Kugeln 203 und den inneren Laufring 240 auf die getriebene Welle 300 übertragen. Wenn der Durchmesser der Kontaktfläche der inneren Umfangsnut 24 3 des inneren Laufrings 24 0 gleich A ist und der Durchmesser der Kontaktfläche der Umfangsnut 223 des äußeren Laufrings 220 gleich B ist, beträgt das Übersetzungsverhältnis (A + B)/A. Eine noch höhere Drehzahl der getriebenen Welle kann erreicht werden, wenn die Möglichkeit einer Änderung der Drehzahl des Antriebs 2 besteht. Die Arbeitsstellung für eine Übersetzung ins Langsame ergibt sich aus den Fign. 10(c) und 4. Wenn das Handstück in der normalen Weise so gehalten wird, daß seine Antriebsseite in Richtung auf den Bedienenden weist und die Hülse 251 ausgehend von der Direktantriebsstellung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht wird, wird der Stellstift 253 mittels des diagonalen Nockenschlitzes 252 in Richtung auf die Antriebsseite verschoben. Dementsprechend erfolgt eine Verschiebung des gesamten Planetengetriebes 210 entgegen der Wirkung der Feder 120. Zunächst werden auf der Antriebsseite die Ansätze 114 mit den Ausnehmungen 241 in Eingriff gebracht, während gleichzeitig auf der Abtriebsseite die Ansätze 314 mit den Nuten 332 in Eingriff

kommen. Bei weiterer Verschiebung wird die Kupplungshülse 110 mitgenommen und außer Eingriff mit der abtriebsseitigen Kupplungshülse 310 gebracht. In diesem Fall erfolgt die Drehmomentübertragung von der treibenden Welle 100 über den inneren Laufring 240, die Kugeln 203 und den Kugelhalter 230 auf die getriebene Welle 300. Das übersetzungsverhältnis beträgt A/(A + B). Die Drehzahl läßt sich weiter absenken, wenn die Möglichkeit einer Änderung der Drehzahl des Antriebs 2 besteht.

Unter dem Einfluß der Federn 120 und 320 wird jede der Kugeln 20 3 gegen die konkave Fläche der Umfangsnuten 2 23 und 24 3 des äußeren Laufrings 220 bzw. des inneren Laufrings 240 gehalten. Die Kugeln werden ferner von dem Kugelhalter 230 abgestützt. Bei einer übersetzung ins Schnelle oder ins Langsame erfolgt daher die Übertragung des Drehmoments von der treibenden Welle 100 über den Kugelhalter 230. Dabei wälzen sich die Kugeln 20 3 auf der konkaven Innenfläche der Umfangsnut 223 des äußeren Laufrings 220 ab, während sie gleichzeitig in Wälzkontakt mit der konkaven Innenfläche der Umfangsnut 24 3 des inneren Laufrings 24 0 gehalten sind. Weil dabei das Drehmoment über rollende Kugeln 20 3 übertragen wird, kommt es praktisch zu keiner durch Reibung verursachten Erhitzung. Die Drehmomentübertragung erfolgt im Vergleich zu rädergetrieben glatt und ohne Vibrationen oder die Gefahr einer Beschädigung von Zähnen der Getrieberäder.

Bei der veranschaulichten Ausführungsform handelt es sich bei dem Handstück um ein Winkelhandstück. Es versteht sich jedoch, daß die beschriebene Anordnung in gleicher Weise auch für gerade Handstücke geeignet ist.

Die Drehzahlverstellvorrichtung 200 erlaubt es, das Drehmoment der treibenden Welle 100 ohne Drehzahländerung, mit übersetzung ins Schnelle oder mit Übersetzung ins Langsame zu übertragen. Dies geschieht durch Betätigen der drehbaren Hülse 251 auf dem Gehäuseteil 20 unter Verwendung einer einzigen Drehzahlverstellvorrichtung. Es ist infolgedessen nicht erforderlich, die Drehzahlverstellvorrichtung auszutauschen, um jeweils eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse vorzunehmen, wenn das Drehzahlverhältnis geändert werden muß. Die erläuterte Drehzahlverstellvorrichtung ist raumsparend. Sie arbeitet vibrations- und geräuschfrei, und sie hat eine lange Lebensdauer.

Claims

PATENTANWALT DlPi:Ah)G.[ QEp: H AAD' SCH WAN

ELFENSTRASSE 32 ■ D-8000 MÜNCHFN 83 3505323 »

PAF 120 3

Kabushiki Kaisha Morita Seisakusho 680 Higashihama Minami-machi, Fushimi-ku, Kyoto-shi, Japan

Drehzahlverstellvorrichtung für ein medizinisches Handstück

Patentansprüche

Drehzahlverstellvorrichtung für ein medizinisches, insbesondere zahnärztliches, Handstück mit zwei in einem Gehäuse des Handstücks drehbar gelagerten Wellen, die für eine ^ Drehmomentübertragung ohne Drehzahländerung, mit Übersetzung ins Schnelle oder mit übersetzung ins Langsame kuppelbar sind, d adurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (20) zwischen den Wellen (100, 300) ein Planetengetriebe (210) angeordnet ist, das für eine Drehmomentübertragung von der antriebsseitigen Welle (100) zu der abtriebsseitigen Welle (300) ohne Drehzahländerung, mit Übersetzung ins Schnelle oder mit Übersetzung ins Langsame sorgt, und daß am Außenumfang des Gehäuses ein der Auswahl des Antriebs ohne oder mit Drehzahländerung dienendes Stellglied (250) sitzt, durch dessen Betätigung die Welle (100, 300) wahlweise direkt verbunden oder das Planetengetriebe und/oder mindestens eine der Wellen (100, 300) in eine Stellung verschoben werden, in welcher die Direktverbindung der Wellen (100, 300) unterbrochen ist

FERNSPRECHER: 089/4012039 TELEX: 5225(19 dp* A ■ KABEL: ELECTRICPATENl MÜNCHEN

und die Wellen über das Planetengetriebe (210) mittelbar miteinander verbunden sind.
2. Drehzahlverstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Planetengetriebe (210) ein Kugelplanetengetriebe mit einem axial verschiebbaren äußeren Laufring (220) , einem Kugelhalter (230) , der mindestens eine drehbare Kugel (203) in Wälzkontakt mit einer Umfangsnut (223) an der Innenseite des äußeren Laufrings hält, und einem inneren Laufring (240) vorgesehen ist, der eine mit der Umfangsnut (223) des äußeren Laufringes ausgerichtete äußere umfangsnut (243) aufweist.
3. Drehzahlverstellvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Wellen (100, 300) mit diesen jeweils drehfest verbundene Kupplungshülsen (110, 310) aufgesetzt sind, deren einander gegenüberstehende Enden (111, 311) miteinander kuppelbar sind und die über Schlitz-Stift-Verbindungen (112, 113, 312, 313) gegenüber der zugehörigen Welle (100 bzw. 300) in Axialrichtung verschiebbar sowie mittels Federn (120, 320) in Kupplungsrichtung vorgespannt sind.
4. Drehzahlverstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für eine übersetzung ins Schnelle die treibende Welle (100) über die zugehörige Kupplungshülse (110) mit dem Kugelhalter (230) sowie die getriebene Welle (300) über die zugehörige Kupplungshülse (310) mit dem inneren Laufring (240) kuppelbar sind, sowie für eine übersetzung ins Langsame die treibende Welle (100) über die zugehörige Kupplungshülse (110) mit dem inneren Laufring (240) und die getriebene Welle (300) über die

zugehörige Kupplungshülse (310) mit dem Kugelhalter (230) kuppelbar sind.