Lageranordnung dafür

Die vorliegende Erfindung betrifft ein medizinisches oder dentalmedizinisches Handstück mit einem Werkzeug, wobei ein Antriebsmechanismus für das Werkzeug zumindest ein mittels einer Lageranordnung drehbar gelagertes Drehteil aufweist und die Lageranordnung zumindest ein Kugellager mit mehreren zwischen einer Innenlaufbahn und einer Außenlaufbahn angeordneten Kugeln umfasst. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Lageranordnung, welche insbesondere zur Verwendung bei einem medizinischen oder dentalmedizinischen Handstück vorgesehen ist, um ein Drehteil drehbar zu lagern.

Medizinische oder dentalmedizinische Handstücke gibt es in unterschiedlichsten Ausgestaltungen hinsichtlich der Formgebung und Konstruktion, der Werkzeugart und -bewegung sowie der Antriebsart. Es sind bspw. Handstücke in Form eines sich gerade oder abgewinkelt erstreckten Griffteils bekannt. Bei dem zur Behandlung vorgesehenen Werkzeug kann es sich bspw. um ein Rotationswerkzeug oder um ein hin- und herbewegbares Werkzeug handeln. Als Antrieb hierfür kann im Handstück ein mechanischer Antrieb mit einer drehbar gelagerten Antriebswelle oder ein pneumatischer Antrieb mit einer vorzugsweise im vorderen Handstückbereich angeordneten Turbine ausgebildet sein, zu der es sich von hinten nach vorne eine Druckluftleitung erstreckt.

Medizinische, insbesondere zahnmedizinische Handstücke können somit in jedem Bereich ihrer Länge ein drehbar gelagertes Drehteil aufweisen, das für hochtourigen bis niedrigtourigen Funktionsbetrieb ausgebildet sein kann. Ein hochtouriger Funktionsbetrieb wird in den meisten Fällen für ein Werkzeug zur spanabhebenden Bearbeitung, z.B. zur Entfernung von Karies verwendet. Es gibt jedoch auch Handstücke mit einem Werkzeug, das mit niedrigerer Drehzahl angetrieben wird. Beispielsweise bei Werkzeugen, die im Funktionsbetrieb eine Schraubarbeit ausführen, wie es bei der Implantologie zum Setzen und Entfernen von dentalen Implantaten der Fall ist, liegen deutlich niedrigere Drehzahlen aber dafür ggf. höhere Drehmomente während des Betriebs vor.

Die drehbare Lagerung des Drehteils erfolgt mit Hilfe von Lagern, welche eine Rotation des Drehteils im Hinblick auf ein Basisteil des Handstücks ermöglichen.

Neben einem klassischen Kugellager ist auch die Verwendung sog. Nadellager oder anderweitig ausgestalteter Lager bekannt. In einigen Fällen ist sogar die Verwendung eines sog. Luftlagers denkbar. In den überwiegenden Anwendungsfallen kommen allerdings sog. Kugellager zum Einsatz, welche mehrere Kugeln aufweisen, die zwischen einem Innenring und einem Außenring angeordnet sind. Innen- und Außenring bilden dabei jeweils eine sog. Laufbahn, wobei sich die Kugeln innerhalb der beiden Laufbahnen fortbewegen können. Oftmals kommen auch noch sog. Käfige zum Einsatz, welche die Kugeln in einem vorbestimmten Abstand zueinander halten, so dass sich die Kugeln bei einer Rotation des Innenrings gegenüber dem Außenring in einem gleichbleibenden Abstand entlang der Laufbahnen bewegen. Sowohl für Innen- und Außenring als auch für die Kugeln können verschiedene Materialien verwendet werden. Üblicherweise bestehen diese aus Stahl, allerdings ist auch der alternative Einsatz von Keramikmaterialien insbesondere für die Kugeln bekannt.

Bei medizinischen oder dentalmedizinischen Handstücken kommen derartige Kugellager üblicherweise lediglich in miniaturisierter Form zum Einsatz, da die beengten Platzverhältnisse innerhalb der Handstücke lediglich die Nutzung von Lagern geringer Baugröße ermöglichen. Dies bedeutet allerdings wiederum, dass die Belastungen für die Lager nicht zu hoch sein dürfen, da die schmalen Innen- und Außenringe sowie die kleineren Kugeln nur Belastungen bis zu einem gewissen Grad aushalten.

Es hat sich nunmehr herausgestellt, dass die Belastungen für derartige Lager bei Handstücken, die für einen chirurgischen Einsatz vorgesehen sind, sehr hoch sind. Insbesondere in solchen Fällen, in denen zwar niedrige Drehzahlen aber hohe Drehmomente vorliegen, sind die Belastungen sogar derart groß, dass klassische Kugellager nicht mehr verwendet werden können. Üblicherweise werden bei derartigen Handstücken deshalb Gleitlager verwendet, die allerdings zu hohen Reibungsverlusten fuhren.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, Drehteile bei medizinischen oder dentalmedizinischen Handstücken in einfacher und effektiver Weise zu lagern. Insbesondere soll eine Lageranordnung geschaffen werden, welche geringe Reibungsverluste aufweist aber möglichst gut belastbar ist.

Die Aufgabe wird durch ein medizinisches oder dentalmedizinisches Handstück mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch eine Lageranordnung zur Verwendung bei einem medizinischen oder dentalmedizinischen

Handstück gemäß Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Lösung basiert auf der Idee, zur Bildung der Innen- und Außenlaufbahn des Kugellagers nicht wie bislang zwei Ringteile einzusetzen, deren Innen- und Außenfläche jeweils die Laufbahnen bilden. Stattdessen werden erfindungsgemäß zwei axial zueinander versetzte Lagerteile verwendet, deren einander zugewandte Stirnflächen derart ausgestaltet sind, dass sie die Laufbahnen für die Kugeln bilden.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird somit ein medizinisches oder dentalmedizinisches Handstück mit einem Werkzeug vorgeschlagen, wobei ein Antriebsmechanismus für das Werkzeug zumindest ein mittels einer Lageranordnung drehbar gelagertes Drehteil aufweist, und wobei die Lageranordnung mindestens ein Kugellager mit mehreren zwischen einer Innenlaufbahn und einer Außenlaufbahn angeordnete Kugeln umfasst. Erfindungsgemäß ist die Innenlaufbahn des Kugellagers durch die Stirnfläche eines mit dem Drehteil drehbaren ersten Lagerteils und die Außenlaufbahn durch die Stirnfläche eines gegenüber dem Drehteil fixierten zweiten Lagerteils gebildet.

Die erfindungsgemäße Lösung gestattet es, die Laufbahnen für das Lager in einfacher Weise durch abhebendes Bearbeiten der Stirnflächen der Lagerteile, insbesondere durch Drehen zu gestalten. Dies ist nicht nur im Hinblick auf die bei der Herstellung der Teile anfallenden Kosten von Vorteil, es hat sich darüber hinaus auch gezeigt, dass hervorragende Laufeigenschaften erzielt werden und die Lager insbesondere eine hohe Belastbarkeit, auch bei kleinster Bauform aufweisen. Die Laufeigenschaften der Lager sind dabei derart vorteilhaft, dass sogar auf die Nutzung eines separaten Käfigs zur definierten Anordnung der Kugeln innerhalb der Laufbahnen verzichtet werden kann. Es wird somit eine besonders einfache Bauform für das Lager erzielt, welche im Hinblick auf die Herstellungskosten sowie die Betriebseigenschaften deutliche Vorteile gegenüber klassischen Kugellagern aufweist.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass eines der beiden Lagerteile in Axialrichtung gegenüber dem anderen Lagerteil vorgespannt ist. Diese Vorspannung kann bspw. mittels einem Federelement erfolgen, welches zwischen dem vorzuspannenden Lagerteil und einer Schulter- oder Stirnfläche eines das Drehteil umgreifenden Zwischenstücks angeordnet ist. Dieses Federelement kann insbesondere durch eine Federscheibe gebildet sein.

Das die Innenlaufbahn bildende Lagerteil kann bspw. durch eine auf dem Drehteil angeordnete Lagerhülse gebildet sein, welche fest auf dem Drehteil angeordnet ist und sich mit diesem dreht. Das zweite Lagerteil wiederum kann durch einen gegenüber dem Drehteil fixierten Außenring gebildet sein.

Die Stirnflächen der beiden Lagerteile, welche die Innenlaufbahn und die Außenlaufbahn der erfindungsgemäßen Lageranordnung bilden, sind vorzugsweise viertelkreisförmig ausgestaltet, so dass zwei einander zugewandte Laufbahnen für die Kugeln gebildet werden.

Das Drehteil kann an seinen beiden Enden jeweils über ein Kugellager gelagert sein, welches entsprechend der vorliegenden Erfindung ausgestaltet ist. Darüber hinaus könnte allerdings noch eine zusätzliche Lagerung über ein sog. Nadellager erfolgen. In diesem Fall sind die Wälzkörper des Nadellagers zwischen der Außenwand des Drehteils und der Innenwand einer ringförmigen Ausnehmung des Zwischenstücks angeordnet.

Erfϊndungsgemäß wird auch eine Lageranordnung zur Lagerung mindestens eines Drehteils innerhalb eines medizinischen oder dentalmedizinischen Handstücks vorgeschlagen, wobei die Lageranordnung ein Kugellager mit mehreren zwischen einer Innenlaufbahn und einer Außenlaufbahn angeordneten Kugeln umfasst, und wobei erfindungsgemäß die Innenlaufbahn des Kugellagers durch die Stirnfläche eines mit dem Drehteil drehbaren ersten Lagerteils und die Außenlaufbahn durch die Stirnfläche eines gegenüber dem Drehteil fixierten zweiten Lagerteils gebildet ist.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 ein dentalmedizinisches Handstück im seitlichen Schnitt, bei dem eine erfindungsgemäße Lageranordnung zum Einsatz kommt;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des Kopfbereichs des Handstücks von Fig. 1;

Fig. 2a eine Detaildarstellung des vorderen Lagers in Fig. 2;

Fig. 3 ein Detail der erfindungsgemäßen Lageranordnung;

Fig. 4 die drehbare Lagerung einer Welle mit Hilfe einer erfϊndungsgemäßen Lageranordnung;

Fig. 5 eine Variante der Anordnung von Fig. 4 und

Fig. 6 eine weitere Variante zur erfindungsgemäßen Lagerung einer Welle.

Fig. 1 zeigt ein allgemein mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnetes zahnärztliches Handstück, welches eine abgewinkelte Griffhülse 2 mit einem Kopplungsstück 2a und einem Zwischenstück 2b aufweist, an deren vorderen Ende ein Handstückkopf 3 angeordnet ist. Innerhalb des Handstückkopfs 3 ist ein zahnärztliches Behandlungswerkzeug 4 um eine Achse 5 drehbar gelagert. Im dargestellten Ausfuhrungsbeispiel handelt es sich insbesondere um ein zahnärztliches Chirurgiehandstück, bei dem das Werkzeug 4 mit niedrigen Drehzahlen aber bei verhältnismäßig hohen Drehmomenten betrieben wird.

Der Antrieb des Werkzeugs 4 erfolgt mit Hilfe eines Motors, der innerhalb eines nicht dargestellten Motorstücks angeordnet ist, mit dem das in Fig. 1 dargestellte Handstück 1 koppelbar ist. Mittels nicht näher dargestellter Kupplungselemente wird hierzu das Handstück 1 auf das Motorstück aufgesetzt, wobei dann ein Mitnehmer 11 eines Antriebsmechanismusses des Handstücks 1 mit dem Motor gekoppelt wird und dementsprechend über den Antriebsmechanismus das Werkzeug 4 in Rotation versetzt wird. Die einzelnen Komponenten des Antriebsmechanismus sollen nachfolgend erläutert werden.

Zunächst besteht der Antriebsmechanismus aus einer ersten Welle 10, die in dem Kopplungsstück 2a der Hülse 2 angeordnet ist und an ihrem rückwärtigen Ende den

Mitnehmer 11 zur Kopplung mit dem Motor aufweist. Die Lagerung dieser Welle 10 erfolgt innerhalb des Kopplungssrücks 2a mittels mehrerer Lager 12, 13 und 14, bei denen es sich bspw. um Kugellager handeln kann. In diesem Kopplungsstück 2a ist der

Einsatz von Kugellagern noch möglich, da hier die Platzverhältnisse den Einsatz von Lagern größerer Bauweise zulassen.

Eine zweite Welle 20 ist innerhalb des gegenüber dem Kopplungsstück 2a abgewinkelten Zwischenstücks 2b angeordnet. Die Aufgabe dieser zweiten Welle 20 ist es, die Rotation der ersten Welle 10 in das Kopfstück 3 zu übertragen, um dort eine Rotation des Werkzeug 4 hervorzurufen. Hierzu weist die zweite Welle 20 an ihrem rückwärtigen Ende erste Kopplungsteile 21 auf, die mit Kopplungsteilen 15 der Welle 10 zusammenwirken. An ihrem vorderen Ende weist die zweite Welle 20 ferner Kopplungsteile 22 auf, welche mit nicht näher dargestellten Kopplungsteilen innerhalb des Kopfstücks 3 zusammenwirken.

Die Lagerang der zweiten Welle 20 erfolgt mittels zweier Lager 23 und 30, deren nähere Ausgestaltung Fig. 2 entnommen werden kann. Zu berücksichtigen hierbei ist, dass die Platzverhältnisse innerhalb des Zwischenstücks 2b nur noch die Verwendung von Lagern geringerer Baugröße zulassen. Da allerdings insbesondere im rückwärtigen Bereich der Welle 20 höhere Belastungen auftreten, wird erfindungsgemäß zur Lagerung der Welle 20 in diesem Bereich eine besondere Lageranordnung 30 verwendet, die nachfolgend anhand der Fig. 2 und 3 erläutert werden soll.

Die erfindungsgemäße Lageranordnung 30 ist wiederum als Kugellager ausgestaltet und weist dementsprechend mehrere, vorzugsweise 14 Kugeln 31 auf, welche zwischen zwei mit den Bezugszeichen 31a und 31b versehenen Laufbahnen geführt sind und eine Rotation der Welle 20 gegenüber einem fixierten sog. Zwischenstück 35, welches sich innerhalb der Griffhülse 2 erstreckt, ermöglichen. Das Zwischenstück 35 ist mit dem Kopfteil 3 des Handstücks gekoppelt, wozu das Kopfteil eine zur Rückseite abstehende Hülse 6 aufweist, welche das Zwischenstück 35 übergreift. Im hinteren Endbereich weist die Hülse 6 einen Raststift 7 auf, der in eine Ausnehmung 35a des Zwischenstücks eingreift und hierdurch eine Verrastung und axiale Befestigung der beiden Teile bewirkt.

Zur Bildung eines klassischen Kugellagers werden die Innen- und Außenlaufbahn für die Kugeln üblicherweise durch zwei Lagerringe gebildet, welche an ihrer äußeren Mantelfläche bzw. an ihrer Innenfläche ringförmige Vertiefungen oder Ausnehmungen aufweisen, welche die Laufbahnen bilden. Auch bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung werden die Laufbahnen 31a und 3 Ib durch entsprechend ausgestaltete Lagerteile 32 und 33 gebildet, wobei die Laufflächen nunmehr allerdings nicht an der äußeren Mantelfläche bzw. an der Innenfläche der beiden Lagerteile sondern stattdessen an deren Stirnflächen gebildet sind.

Wie der Darstellung in Fig. 2 entnommen werden kann, sind beide Stirnflächen jeweils im Querschnitt gesehen viertelkreisförmig gestaltet, wodurch einander zugewandte Laufflächen gebildet werden, welche einerseits an den der Welle 20 zugewandten Außenflächen sowie andererseits an den gegenüberliegenden Außenflächen der Kugeln 31 anliegen. Die Stirnfläche des ersten Lagerteils 32, welches fest an der Welle 20 angeordnet ist und sich mit dieser dreht, bildet dementsprechend eine Innenlaufbahn 31a für die Kugeln 31, während hingegen die Stirnfläche des zweiten Lagerteils 33 eine Außenlaufbahn 31b für die Kugeln 31 bildet. Das zweite Lagerteil 33 wird ebenfalls durch ein hülsenförmiges Teil gebildet, welches sich allerdings nicht mit der Welle 20 dreht sondern stattdessen gegenüber dieser fest angeordnet ist.

Die Stirnflächen beider Lagerteile 32 und 33 bilden somit Laufbahnen, welche gemeinsam die Kugeln 31 nahezu vollständig umgreifen. Hierdurch wird eine sehr stabile Anordnung für das Lager erzielt, welche es sogar gestattet, auf den üblicherweise verwendeten Käfig zur definierten Anordnung der Kugeln 31 innerhalb der Laufbahnen zu verzichten. Die Gestaltung der Stirnflächen der beiden Lagerteile

32 und 33 kann bspw. durch entsprechendes Drehen erfolgen, was auch Vorteile hinsichtlich des Kostenaufwands bei der Erstellung des Lagers mit sich bringt.

Gute Laufeigenschaften für die erfindungsgemäße - käfiglose - Lageranordnung 30 werden insbesondere dann erzielt, wenn sichergestellt ist, dass die Kugeln 31 fest innerhalb ihrer Laufbahnen 31a und 31b angeordnet sind. Es ist dementsprechend vorgesehen, dass eines der beiden Lagerteile 32, 33 gegenüber dem anderen in Axialrichtung vorgespannt ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies dadurch, dass an der rückwärtigen Stirnfläche des zweiten Lagerteils 33 eine Federscheibe 34 angeordnet ist, welche - wie insbesondere der vergrößerten Darstellung von Fig. 3 entnommen werden kann - gegen eine Stirnfläche bzw. eine Schulter 35b des Zwischenstücks 35 drückt. Auf diese Weise wird das zweite Lagerteil

33 in Richtung des ersten Lagerteils 32 vorgespannt, so dass eine sichere Halterung der Kugeln 31 innerhalb ihrer Laufbahnen 31a und 31b erzielt wird. Die sich hierbei insgesamt ergebende Lagerung der Welle 20 kann nochmals der Darstellung in Fig. 4 entnommen werden.

Im übrigen ist auch das dem Handstückkopf 3 zugewandte Lager 23 in erfinderischer Weise ausgestaltet. Auch bei diesem Lager 23 bilden somit die einander zugewandten

Stirnflächen des mit der Welle 20 verbundenen Kopplungsteils 22 und des

Zwischenstücks 35 Laufbahnen 23a, 23b für die Kugeln. In diesem Zusammenhang ist auch darauf hinzuweisen, das die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Lagers besondere Vorteile hinsichtlich der Krautaufnahme mit sich bringt. Wie nämlich in Fig. 2 schematisch durch den Pfeil I dargestellt ist, ergibt sich im Betrieb des

Handstücks eine Hauptbelastungsrichtung, die aus Richtung des Bohrers 4 schräg nach oben zum Lager 23 hin verläuft. Entsprechend der vergrößerten Darstellung von

Fig. 2a ist nunmehr die Ausgestaltung der Laufbahnen derart, dass die Kugeln genau in

Kraftrichtung umschlossen werden. Es ergibt sich also eine ideale Kraftaufhahme durch das Lager, die zu einer weiteren Verbesserung der Laufeigenschaften führt.

Besondere Vorteile der erfindungsgemäßen Lageranordnung 30 bestehen ferner darin, dass einerseits wenig Bauteile zum Einsatz kommen und andererseits die die Laufbahnen 31a und 31b bildenden Lagerteile 32 und 33 in einer gewissen Größe bzw.

o

Breite ausgestaltet sein können. Hierdurch besteht also die Möglichkeit, die Lagerteile zumindest derart auszugestalten, dass sie auch größeren Belastungen, die z.B. bei einem Betrieb mit hohen Drehmomenten auftreten könnten, standhalten. Im Vergleich zu herkömmlichen Kugellagern mit miniaturisierten Innen- und Außenringen kann die erfindungsgemäße Lageranordnung also deutlich größere Kräfte aufnehmen. Trotz allem sind die Laufeigenschaften der erfindungsgemäßen Anordnung zumindest vergleichbar mit klassischen Kugellagern, so dass auch der Einsatz bei Drehzahlen im Bereich von bis zu 40.000 Umdrehungen pro Minute denkbar wäre. Entscheidend für die guten Eigenschaften der erfϊndungsgemäßen Anordnung ist insbesondere auch die integrierte Anstellung beider Lagerteile zueinander, welche durch die Vorspannung mit Hilfe der Federscheibe erfolgt. Selbstverständlich sollten sämtliche Teile der Lageranordnung aus einem gehärteten Material, beispielsweise Stahl bestehen, wobei allerdings beispielsweise auch der Einsatz von Keramikkugeln denkbar wäre.

Fig. 5 zeigt eine Variante zur Lagerung der Welle 20 gemäß der Darstellung in Fig. 4. Bei der Variante gemäß Fig. 5 ist zusätzlich ein Nadellager 36 im vorderen Endbereich der Welle 20 vorgesehen, welches zur zusätzlichen Lagerung der Welle 20 eingesetzt wird. Die Wälzkörper 37 des Nadellagers 36 sind in diesem Fall zwischen der Außenwand der Welle 20 und der Innenwand einer ringförmigen Ausnehmung 35c des Zwischenstücks 35 angeordnet. Auch hier wird das rückwärtige Lager 30 durch die erfindungsgemäße Anordnung gebildet, bei der die Laufflächen durch die Stirnflächen der Lagerteile 32 und 33 gebildet werden.

Fig. 6 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Lagerung einer Welle 20, bei dem gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die

Erweiterung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 6 besteht darin, dass auch bei dem

Lager 130 im vorderen Endbereich der Welle 20 ein zusätzliches Lagerteil zum Bilden der Innenlaufbahn vorgesehen ist. Wiederum sind somit zwei Lagerteile 132 und 133 zur Lagerung der Kugeln 131 vorgesehen, deren Stirnflächen die Innen- und Außenlaufbahnen 131a und 131b für die Kugeln 131 bilden. Das die Innenlaufbahn

131a bildende Lagerteil 132 stellt in diesem Fall gleichzeitig auch das Kopplungsstück zur Kopplung mit dem Antriebsmechanismus innerhalb des Kopfteils 3 des zahnärztlichen Handstücks 1 dar, während hingegen das zweite Lagerteil 133 durch das Zwischenstück 35 gebildet wird. Wiederum sind die beiden Stirnflächen der beiden Lagerteile 132 und 133 viertelkreisförmig ausgestaltet, so dass sie die

Laufbahnen für die Kugeln 131 bilden.

Insgesamt wird somit gemäß der vorliegenden Erfindung eine neuartige Lageranordnung zur drehbaren Lagerung eines Drehteils insbesondere innerhalb eines

medizinischen oder dentalmedizinischen Handstücks geschaffen, welche trotz geringer Baugröße hohen Belastungen ausgesetzt werden kann. Trotz allem werden hervorragende Laufeigenschaften erzielt, so dass das erfindungsgemäße Lager vielseitig einsetzbar ist und eine hohe Betriebssicherheit aufweist. Darüber hinaus gestattet die erfmdungsgemäße Ausgestaltung der Lageranordnung auch eine kostengünstige Herstellung derselben.