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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Instrument nach dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 (siehe z. B.
EP 0 726 065 A ).
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Es
sind handbetätigte
Bohrer bekannt, mit denen man z. B. in Holz Vorbohrlöcher bohren
kann. Weiterhin sind für
das eigentliche Bohren des Loches Bohrer oder Bohreinsätze bekannt,
die eine oder mehrere umfangsseitige Ausnehmungen aufweisen, welche
allgemein wendelförmig
ausgebildet sind und am Eindringende des Werkzeugs ansetzen. Eine kontinuierliche
Abnahme des Steigungswinkels über die
Länge des
Werkzeugs ist aus
EP
0 790 092 A bekannt. Diese umfangsseitigen, allgemein wendelförmig ausgebildeten
Ausnehmungen, nachstehend Spannuten genannt, dienen zum einen dazu,
die mit den schneidenden Teilen des Werkzeugs entfernten Späne abzuführen. Bei
einem zumindest teilweise konischen Werkzeug dienen sie zum anderen
dazu, das Loch oder Vorbohrloch aufzuweiten und durch ihr Schneidprofil
an der Materialabfuhr mitzuwirken. Der versierte Benutzer eines
Bohrers sorgt für
einen langsamen Vorschub seines Werkzeugs, um den unerwünschten
Festschraubeffekt zu vermeiden, bei dem der Vorschub des Werkzeugs
durch die Rotationsgeschwindigkeit und den Steigungswinkel bestimmt wird.
Ein erkennbares beginnendes Festschrauben muss durch ein Stoppen
oder eine Umkehrung des Vorschubs korrigiert werden und wenn das
Werkzeug dazu neigt, sich zu verklemmen, durch ein Reduzieren, ein
Stoppen oder eine Umschaltung der Rotationsgeschwindigkeit. Eine
Verklemmen kann zum Bruch des Werkzeugs führen.
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Die
Neigung zum Festschrauben ist um so stärker als das Werkzeug eine
allgemeine konische und nicht zylindrische Form aufweist.
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Im
besonderen Fall der Zahnheilkunde muss die Bohrung der Wurzelkanäle im Hinblick
auf die sich daran anschließende
Füllung
ein konisches Profil aufweisen. Die verwendeten Instrumente haben folglich
eine derart starke Festschraubtendenz, dass sie vor allem beim manuellen
axialen Ausfeilen eingesetzt werden. Ihre Handhabung ist schwierig,
denn der Bruch eines solchen Instruments ist mit großen Komplikationen
verbunden.
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Seit
kurzem wird die Wurzelkanalbohrung mit langsamer, kontinuierlicher
Rotation der Instrumente empfohlen. Dieses Verfahren hat den wesentlichen
Vorteil, dass der natürliche
Verlauf eines Wurzelkanals bei seiner Erweiterung nicht verändert wird.
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Bei
dieser Technik wurde versucht, die Festschraubtendenz durch Stumpfmachen
der Spannuten-Schnittwinkel zu beseitigen. Dabei wird jedoch nicht
nur die Materialentfernung ineffizienter bei gleichzeitiger unerwünschter
Erwärmung,
sondern es bleibt auch eine gewisse Festschraubtendenz bestehen.
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Gegen
die vorgenannten Probleme wurden Abhilfen vorgeschlagen, die darin
bestehen, die Bohrung in mehreren Abschnitten jeweils mit einem
anderen Instrument auszuführen.
Nachteilig ist dabei, dass die Zahl der Instrumente erhöht und der
Zeitgewinn in Bezug auf die axiale Ausfeiltechnik aufgehoben wird.
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Die
Druckschrift
EP 0 330 107 lehrt,
zur Vermeidung einer ruckartigen Verdrehung beim Ansetzen des Instruments
bestimmte geometrische Parameter eines konischen Instruments mit
Spannuten zu verändern.
Abgesehen davon, dass die zu lösende Aufgabe
eine andere ist, können
die vorgesehenen niedrigen Werte nichts gegen die Festschraubtendenz
tun.
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Es
stellt sich also die Aufgabe, ein Instrument zum Entfernen von Material
anzugeben, das abgesehen davon, dass die Festschraubgefahr gleich
Null ist, ein unveränderlich
gutes seitliches Schneidevermögen
aufweist, so dass eine Bohrung in einem Durchgang ausgeführt werden
kann, und zwar bei allen Arten von Industrieanwendungen.
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Die
Erfindung schlägt
vor, durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 beschriebenen
Mittel zu diesem Ergebnis zu gelangen.
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Insbesondere
wird vorgeschlagen, für
die oder die verschiedenen umfangsseitigen Ausnehmungen – nachstehend
Spannuten genannt – ein Profil
vorzusehen, das die Abfuhr des entfernten Materials durch das Eindringende
und das Profil dieser Spannuten ermöglicht und sich dabei nicht
in einem Vorschubeffekt unter der Einwirkung der Rotation des Instruments äußert. Die
Form dieser Spannut kann durch ihren Steigungswinkel definiert sein.
Dabei ist unter Steigungswinkel der Winkel zu verstehen, der am
Rand der Spannut mit einer Mantellinie des umschriebenen Zylinders
am betrachteten Punkt eine Tangente bildet, wie beispielsweise in
dem Werk mit dem Titel La Machine-Outil, Dunod, Paris 1953 beschrieben.
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Dabei
weisen bestimmte Abschnitte des Instrumentenprofils eine Rechtswendel
auf, wobei der Steigungswinkel positiv ist wie bei einem herkömmlichen
Bohrer. Andere dagegen haben einen Steigungswinkel gleich Null,
wobei die Spannut gerade und parallel zur Achse des Instruments
verläuft,
oder einen negativen Steigungswinkel, der die Festschraubtendenz
der Abschnitte mit rechtem Steigungswinkel ausgleicht.
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Mit
anderen Worten: der Steigungswinkel verändert sich mit dem Wert von
z, der auf der Rotationsachse des Instruments gemessen wird. Das
Instrument weist somit je nach den gewünschten Ergebnissen eine Aufeinanderfolge
von Abschnitten mit positivem Steigungswinkel auf, die von Abschnitten getrennt
sind, in denen der Steigungswinkel ebenfalls positiv, aber kleiner
ist, Null oder negativ ist. Allerdings muss der mittlere Steigungswinkel
auf der gesamten Länge
des Instruments positiv sein, da sonst das entfernte Material nicht
durch die Rotationsbewegung des Instruments abgeführt wird.
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R
ist der Radius des ursprünglichen
Querschnitts des Instruments vor Ausbildung der Nut(en). Er ist
ebenfalls abhängig
von z und für
das Eindringende des Werkzeugs, wo z gleich 0 ist, in der Regel Null.
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In
den Abschnitten, wo R in Abhängigkeit
von z zunimmt, hat das Instrument die allgemeine Form eines Kegelstumpfs.
Diese Abschnitte weisen eine erhöhte
Festschraubtendenz auf.
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Die
Erfindung gilt für
beliebige Werte von R (aber niemals Null) zwischen z > 0 und z = z max.
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Es
hat sich gezeigt, dass eine regelmäßige abwechselnde Anordnung
von Abschnitten, in denen der Steigungswinkel positiv ist, und Abschnitten,
in denen der Steigungswinkel Null ist, einen guten Widerstand gegen
Festschrauben verleiht und dabei gleichzeitig ein gutes Schneid-
und Abfuhrvermögen des
entfernten Materials erhalten bleibt.
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Eine
solche Spannut besteht somit aus einer alternierenden Folge von
wendelförmigen
Segmenten und geraden Segmenten.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung findet die vorstehend beschriebene alternierende Ausbildung
der Spannuten Anwendung bei Instrumenten zum Bohren von Wurzelkanälen in der Zahnheilkunde.
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Diese
Instrumente dienen zur Erweiterung der Wurzelkanäle. Sie sind in einer Vielzahl
von Formen vorhanden, zylindrisch oder konisch, mit einer, zwei,
drei oder vier Spannuten, mit scharfen und schneidenden oder im
Gegenteil mit nicht scheidenden Schnittkanten. Im letztgenannten
Fall gibt es Geräte
mit konzentrischen Fasen oder mit abgestumpften Kanten. Die Erfindung
gilt erfolgreich für
alle diese Ausführungsformen.
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Bei
einer besonderen Ausführungsform
der Erfindung findet die vorstehend beschriebene alternierende Ausbildung
der Spannuten Anwendung bei zahnärztlichen
und knochenchirurgischen Bohrern und Fräsern beliebigen Typs.
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Die
Bohrertypen umfassen insbesondere:
- – sog. Gates-Bohrer
- – sog.
Peeso-Bohrer
- – zylindrische
Bohrer.
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Die
Fräsertypen
umfassen insbesondere:
- – sog. Zahnstiftfräser
- – sog. überschnittene
Knochenfräser
- – sog.
Fissurenfräser.
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Die
Erfindung wird durch die nachfolgende ausführliche Beschreibung mit Bezug
auf die beigefügte
Zeichnung besser verständlich.
Es zeigen:
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1 ein Beispiel für eine alternierende
Ausgestaltung auf einem zylindrischen Bohrer,
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2a und 2b im Schnitt Ausführungsbeispiele mit scharten
und schneidenden Schnittkanten,
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3a und 3b weitere Ausführungsbeispiele mit nicht schneidenden
Kanten und konzentrischen Fasen,
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3c ein Ausführungsbeispiel
mit abgestumpfter Kante,
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4 ein Beispiel in konischer
Ausführung,
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5a bis 5f Ausführungsbeispiele auf verschiedenen
Fräserformen.
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In 1 ist das Instrument 1 mit
einem Eindringende 2 versehen und um eine Rotationsachse drehbar.
Der Pfeil 3 stellt die Vorschubrichtung dar. Das Profil
der Spannuten des Instruments 1 besteht aus wendelförmigen Abschnitten 4,
in denen der Steigungswinkel positiv ist, und geraden Abschnitten 5, d.
h. wo der Steigungswinkel Null ist.
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Durch
die wendelförmigen
Abschnitte 4 kann das entfernte Material in bekannter Weise
zum Ende 6 gelangen, das dem Eindringende 2 gegenüber liegt.
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Die
geraden Abschnitte 5 dienen dazu, die Festschraubtendenz
des Instruments 1 zu verringern. Diese Tendenz ist dadurch
genug abgeschwächt,
um den kontinuierlichen Drehantrieb des Instruments 1 zu
gestatten.
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Falls
die Bohrbedingungen dies erfordern, können die geraden Abschnitte 5 durch
Abschnitte ersetzt werden, in denen sich der Steigungswinkel in Bezug
auf die Abschnitte 4 umkehrt. Der Steigungswinkel ist dann
negativ. Allerdings ist es vorteilhaft, nicht einen zu negativen
Wert zu haben, da dies sonst zu Schwierigkeiten bei der Abführung des
entfernten Materials führen
würde.
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Die
Abschnitte 5 können
ebenfalls einen positiven Steigungswinkel aufweisen, der allerdings kleiner
ist als in den Abschnitten 4. Auf diese Weise kann das
entfernte Material gleichmäßiger zum
Ende 6 befördert
werden.
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2a zeigt im Schnitt quer
zur Verbindungsachse zwischen den Enden 2 und 6 ein
Ausführungsbeispiel
des Instruments 1, wobei dieses Beispiel vier scharfe,
schneidende Schnittkanten beinhaltet, die durch vier erfindungsgemäß ausgebildete
Spannuten 8 definiert sind. Die vier Spannuten 8 sind
in einer ursprünglichen
Form des Instruments ausgebildet, welche durch einen Kreis 7 dargestellt ist,
dessen Radius, vorstehend R genannt, eine Funktion g des Abstands
z der Schnittebene der 2a zum
Eindringende 2 ist.
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In
einem instrumentgebundenen Koordinatenraster hat der laufende Punkt 9 der
Schnittkante als Abszisse z cos a, als Ordinate z sin a, wobei der Winkel
a der Steigungswinkel ist. Die Spur des Eindringendes 2 in 2a ist nichts anderes als
der Mittelpunkt des Kreises 7.
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Der
Winkel a ist der Steigungswinkel irgendeiner der Spannuten 8.
In der älteren
Technik ist er in Abhängigkeit
von z konstant. Erfindungsgemäß ist er
eine nicht lineare Funktion f von z, wobei als einzige Vorgabe gilt,
dass der mittlere Steigungswinkel am Ende 6 des Instruments 1 positiv
ist. Dies ist für die
Abführung
des entfernten Materials günstig.
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Die
Spannut 8 wird in bekannter Weise beispielsweise durch
Schleifen hergestellt. Im dargestellten Beispiel hat die Schleifscheibe
einen weitaus größeren Radius
als R, was dem Profil der Spannut 8 in der Schnittebene
der 2a ein gerades Aussehen
verleiht.
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2b zeigt ein ähnliches
Beispiel wie in 2a, jedoch
mit drei Spannuten anstatt vier. Abgesehen von der unterschiedlichen
Nutenzahl gelten die gleichen Erklärungen.
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Die
Schnittkanten 9 der 2a und 2b sind scharf und schneidend.
Insbesondere dann, wenn die ursprüngliche Form des Instruments 1 konisch
ist, kann dadurch diesen Kanten 9 eine materialabhebende
Funktion verliehen werden.
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Die 3a und 3b erläutern
die Möglichkeit, nicht
schneidende Kanten 10 mit sog. konzentrischen Fasen herzustellen.
Bei dieser Ausführungsform
sind die Spannuten 8 in in sich bekannter Weise weniger
tief in dem ursprünglichen
Kreis 7 ausgebildet, wodurch sie weniger schneidend werden.
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3c stellt eine andere in
sich bekannte Art und Weise dar, die Kanten 9 durch Abstumpfen
weniger schneidend zu machen. Nur ein Beispiel mit drei Spannuten
wurde dabei in 3a dargestellt.
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4 zeigt ein Ausführungsbeispiel
in konischer Ausführung
bei einem zahnärztlichen
Instrument zum Anbohren von Wurzelkanälen.
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Das
Instrument 1 ist dabei mit seinem Ende 6 in einem
Träger 11 eingespannt,
der seinerseits durch in sich bekannte Mittel in Rotation versetzt wird.
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Das
Instrument 1 ist flexibel, wodurch es dem Verlauf der Wurzelkanäle folgen
kann. Die wendelförmigen
Abschnitte 4 wechseln sich mit geraden Abschnitten 5 ab,
wobei die ursprüngliche
Form des Instruments 1 leicht konisch ist. Die abgerundete Spitze,
die sog. Stumpfspitze, ermöglicht
eine verbesserte Führung
des Instruments im Wurzelkanal.
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Der
Wechselfolge der Abschnitte 4 und 5 ermöglicht es,
die Festschraubtendenz des Instruments zu verringern und damit Verklemmungen
zu vermeiden, die Instrumentenbrüche
verursachen können.
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5a stellt die ursprüngliche
Form eines sog. Gates-Fräsers
dar. Der Radius R einer solchen Form, der in einer Schnittebene
quer zur Symmetrieachse gemessen wird, ist eine relativ komplexe
Funktion g des Abstands z von dieser Schnittebene bis zum Eindringende 2.
Die Festschraubneigung kommt von allen Bereichen, wo diese Funktion
g steigend ist.
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In 5b, die einen konischen Zahnstift-Fräser darstellt,
nimmt der Radius linear in Abhängigkeit von
z zu. Auch hier verändert
sich der Steigungswinkel a in Abhängigkeit von z, mit einer Wechselfolge von
wendelförmigen
Abschnitten 4 und geraden oder fast geraden Abschnitten 5.
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5c stellt einen sog. Knochenchirurgie-Fräser dar.
Die Schraffierungen weisen darauf hin, dass ein solcher Fräser gewöhnlich überschnitten
ist, d. h. eine oder mehrere erste Spannuten mit einem konstanten
Steigungswinkel aufweist, die auf seinem aktiven Teil von allgemeiner
zylindrischer Form angeordnet sind. Die erfindungsgemäße alternierende
Ausbildung, die in einer oder mehreren Spannuten mit variablem Steigungswinkel
besteht, legt sich dabei über
diese ersten Spannuten.
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5d zeigt einen konischen
Zahnfräser. Für diese
Ausführungsform,
die sich durch ihre kleinen Abmessungen auszeichnet, gelten die
gleichen Kommentare wie für 5b.
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5e stellt einen sog. Peeso-Zahnfräser mit
beispielhafter Profiländerung
dar, bei dem die Erfindung Anwendung finden kann.
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5f, die einen zylindrischen
Zahnfräser zeigt,
ist ein Ausführungsbeispiel,
bei dem das Eindringende 2 des Instruments einen Radius
R ungleich Null bei z = 0 aufweist und dieser Radius R zudem auch
in einem breiten Wertebereich von z konstant bleibt.
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Die
Beispiele der 5a bis 5f stellen lediglich eine
Auswahl der Anwendungsmöglichkeiten
der Erfindung auf alle solche Fälle
dar, wo die Festschraubtendenz beseitigt werden muss.