Verfahren zum wiederlösbaren Verbinden eines Werkzeugs mit einem zahnärztlichen Handstück sowie Verbindung zwischen Werkzeug und zahnärztlichem Handstück

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß Oberbegriff Patentanspruch 1. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Verbindung gemäß Oberbegriff 15.

Speziell bei zahnärztlichen Ultraschall- Instrumenten oder -Handstücken ist die Befestigung des jeweiligen Werkzeugs (Instrumentenspitze) insofern problematisch, als nur über eine absolut feste Verbindung des Werkzeugs mit einem Anschluss- oder Kupplungsstück des Handstücks die übertragung der Ultraschallenergie an das Werkzeug in der erforderlichen Weise sicher gestellt ist. Aus diesem Grund ist es bisher üblich die Verbindung zwischen einem Ultraschall-Handstück und dem Werkzeug als Schraubverbindung auszuführen, was ein umständliches und zeitraubendes Verbinden und Lösen bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem ein absolut festes Verbinden eines Werkzeugs mit einem Handstück möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren entsprechend dem Patentanspruch 1 ausgebildet. Eine Verbindung ist entsprechend dem Patentanspruch 15 ausgeführt.

Die Haftung zwischen dem zahnärztlichen Handstück und dem Werkzeug und dabei insbesondere auch die für die übertragung der Ultraschallenergie notwendige Verbindung zwischen dem Handstück und dem Werkzeug oder Werkzeugschaft erfolgt über wenigstens einen sich zum freien Ende hin verjüngenden zapfenartigen Befestigungsabschnitt, beispielsweise über einen Konus. Die Sicherung des Werkzeugs am Handstück kann dabei in unterschiedlichster Weise realisiert werden, beispielsweise rein mechanisch z.B. durch die Verbindung übergreifende Sicherungselemente, durch eine bajonettverschluss- und/oder gewindeartige

Verriegelung, durch ein konisches Gewinde, über welches eine Verriegelung durch Drehen um maximal einen Winkel von 200°, vorzugsweise nur um einen Winkel von 120° erfolgt usw.

Die Sicherung kann auch durch formverändernde Elemente, insbesondere auch solche, die unter Einfluss eines Magnetfeldes, durch Temperatureinflüsse usw. ihre Form verändern, beispielsweise Elemente, die durch einen Bimetall-Effekt ihre Formgebung durch Temperatureinflüsse ändern. Weiterhin können derartige Elemente auch zur Erhöhung der Anpresskräfte im Verbindungsbereich und/oder zur änderung des Winkels der Verjüngung eingesetzt werden.

Zur Sicherung und/oder Erhöhung der Verankerung und Anpresskräfte zwischen den im Bereich der Verbindung aneinander angrenzenden Flächen und/oder zur Verbesserung der übertragung der Ultraschallenergie können auch chemische Maßnahmen eingesetzt werden, beispielsweise chemische Oberflächenbehandlung, Haftmittel, auch Folien oder Kleber, Einsatz von Flüssigkeiten, insbesondere auch solcher mit steuerbarer Viskosität und/oder Haftkraft und/oder andersweitig änderbaren chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften.

Weiterhin sind bevorzugt Maßnahmen getroffen, um eine verdrehungssichere Verbindung und/oder eine Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Handinstrument zu erreichen, die eine definierte Positionierung des Werkzeugs am Handstück gewährleistet. Dies ist beispielsweise dadurch erreichbar, dass die Verbindung durch mehrere, sich jeweils zum Ende hin verjüngende Vorsprünge oder Befestigungs- bzw. Kupplungsabschitte und zugehörige Ausnehmungen realisiert ist und/oder dadurch, dass der wenigstens eine, sich zum Ende hin verjüngende zapfenartige Befestigungsabschnitt zumindest auf einer Teillänge einen unter Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist, und zwar bei hieran angepasster Aufnahme bzw. öffnung. Dies ist beispielsweise dadurch realisierbar, dass der

wenigstens eine zapfenartige Befestigungsabschnitt mit wenigstens einer sich in Längsrichtung dieses Abschnittes erstreckenden Nut versehen ist.

Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 u. 2 jeweils in schematischer Darstellung und im Teilschnitt ein handstückseitiges Kupplungsstück, zusammen mit einem an diesem Kupplungsstück befestigten Dental-Werkzeug;

Fig. 3 eine ähnliche Darstellung wie Fig. 1, jedoch bei einer weiteren

Ausführungsform;

Fig. 4 - 9 sehr schematisch weitere Ausführungen der Erfindung. Fig. 10 eine Stirnansicht des Kupplungsabschnittes der Verbindung der Figur 9; Fig. 11 einen Querschnitt durch den Kupplungsabschnitt bei einer Ausführungsform der Erfindung;

In der Figur 1 ist 1 ein an einem zahnärztlichen Handstück vorgesehenes oder gebildetes Kupplungsstück zum Verbinden eines Dental-Werkzeugs, von welchem in der Figur 1 nur der Schaft 2 wiedergegeben ist und welches einen elektro- mechanischen Schwingungserzeuger, beispielsweise zur Erzeugung von Schwingungen im Bereich zwischen 5 und 10 kHz oder aber vorzugsweise im Ultraschall-Bereich.

Das Kupplungsstück 1 ist demnach beispielsweise der Resonanzkörper eines Ultraschall-Handstücks, der durch einen im Handstück untergebrachten elektromechanischen Wandler, beispielsweise durch einen magnetostriktiven Wandler für eine oszillierende Bewegung im Ultraschallbereich angetrieben wird.

Das Kupplungsstück besitzt eine zu einer Stirnseite dieses Kupplungsstücks hin offene und achsgleich oder nicht achsgleich mit dem beispielsweise an seiner Außenfläche zylinderförmig ausgebildeten Kupplungsstück angeordnete öffnung 3, die sich ausgehend von der offenen Seite zum geschlossenen Ende hin leicht konisch verjüngt, wobei der in der Figur 1 übertrieben dargestellt Konus-Winkel α/2 etwa im Bereich zwischen 0,01 - 8 Grad, vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 und 2 Grad liegt. An dem mit dem Kupplungsstück 1 zu verbindenden Ende ist der Werkzeugschaft 2 mit einem ebenfalls kegelstumpfförmigen Abschnitt 2.1 versehen, der hinsichtlich Durchmesser, Kegelwinkel usw. passend an die öffnung 3 angepasst ist, sodass der Werkzeugschaft 2 mit dem Abschnitt 2.1 passend in der öffnung 3 aufgenommen ist, und zwar insbesondere auch dann, wenn das aus Metall gefertigte Kupplungsstück 1 und der ebenfalls z.B. aus Metall oder Keramik gefertigte Werkzeugschaft 2 die selbe Temperatur aufweisen. Die Größe des Konus-Winkels ist beispielsweise an die Frequenz des Schwingungserzeugers angepasst und auch Abhängig von den verwendeten Materialien.

Bei dem geringen Kegelwinkel α bzw. Konus-Winkel α/2 ist die Verbindung zwischen dem Kupplungsstück 1 und dem Werkzeug oder Werkzeugschaft 2 alle durch Einsetzen des Kupplungsabschnittes 2.1 in die öffnung 3 möglich, ohne dass beim Arbeiten ein axiales Herausrutschen des Abschnittes 2.1 aus der öffnung 3 zu befürchten wäre.

Die axiale Länge der für die Verbindung verwendeten Konusflächen, d.h. die axiale Länge des Kupplungsabschnittes 2.1 und auch die axiale Länge der diesen Kupplungsabschnitt aufnehmenden öffnung 3 beträgt wenigstens 0,5 mm und maximal beispielsweise 15 mm. Hierbei ist es möglich, dass diese Konusflächen durch Absätze unterbrochen sind, sodass dann die axiale Gesamtlänge der einzelnen Konusflächen in Summe den vorgenannten Werten entspricht.

Die miteinander zu verbindenden Konusflächen sind in geeigneter Weise oberflächenbehandelt, nämlich beispielsweise poliert, z.B. hochglanzpoliert, sodass die miteinander zu verbindenden Konusflächen, d.h. die Konusfläche des Kupplungsabschnittes 2.1 und die Konusfläche bzw. Innenfläche der öffnung 3 sehr exakt passend ausgebildet sind. Die Konusflächen sind in diesem Sinne beispielsweise hochglanzpoliert und/oder gerollt, wobei beim Rollen zusätzlich zu einer Passung mit hoher Genauigkeit auch eine Verdichtung des Materials an den Konusflächen zumindest im Oberflächenbereich erreicht wird.

Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die öffnung 3 und/oder den Abschnitt 2.1 an ihren Kegelfläche in geeigneter Weise zu profilieren, was beispielsweise durch eine Oberflächenaufrauung, durch eine Beschichtung der Oberflächen mit geeigneten, einer Oberflächenrauhigkeit erzeugenden Materialien, beispielsweise auch mit der Nano-Technologie und/oder durch Einbringen von Rillen, Vertiefungen usw. in die Oberflächen erfolgen kann.

Die Rauhigkeit liegt dabei wiederum in Abhängigkeit von der Frequenz des elektromagnetischen Schwingungserzeugers und/oder der verwendeten Materialien und/oder in Abhängigkeit von der speziellen Ausbildung des Werkzeugs im Bereich zwischen 0,01 μm und 100//m, wobei unterschiedlichste Bereiche der Rauhigkeit auch in Kombination möglich sind, z.B. zwischen 0,01 und 0,1 μm, zwischen 0,1 bis 1 ,0 μm, zwischen 1 ,0 bis 5 μm, zwischen 5,0 bis 20 μm, zwischen 20 bis 100 μm.

Für das Verbinden des Werkzeugschaftes 2 mit dem Kupplungsstück 1 können dieses bzw. dessen öffnung 3 entsprechend einer speziellen Ausführung der Erfindung durch Erhitzen aufgeweitet werden, sodass dann nach dem Einsetzen des Abschnittes 2.1 in die öffnung 3 und nach der Rückkehr des Kupplungsstückes 1 durch Abkühlen in den normalen Zustand der Werkzeugschaft 2 und mit diesem das gesamte Werkzeug besonders fest mit dem Kupplungsstück 1 verbunden ist.

Das Aufweiten des Kupplungsstückes 3 bzw. der dortigen öffnung erfolgt durch Erhitzen des Kupplungsstückes 1 z.B. mit Ultraschall, durch eine das Kupplungsstück 1 umgebende, einen Induktionsstrom im Kupplungsstück 1 erzeugende elektromagnetische Spule 4 oder durch eine das Kupplungsstück umgebende Heizspule.

Für das Kupplungsstück 1 ist dann bevorzugt ein Material verwendet, welches sich vom Material des Kupplungsabschnittes 2.1 unterscheidet und einen möglichst großen Temperaturausdehnungskoeffizienten aufweist. Damit das Werkzeug nicht zu tief eingesetzt werden kann, kontrolliert ein Tiefenstopp die definitive Lage.

Durch den absolut festen Sitz des Werkzeugschaftes 2 im Kupplungsstück 1 wird insbesondere bei Ausbildung des Handstückes als Ultraschall-Handstück eine optimale übertragung der Ultraschall-Energie vom Handstück an das mit diesem verbundene Werkzeug sichergestellt.

Für das Lösen des Werkzeugs 2 bzw. des Kupplungsabschnittes 2.1 aus der öffnung 3 wird das Kupplungsstück 1 erneut erwärmt. Um bei diesem Erwärmen das Lösen möglichst zuverlässig zu erreichen, besteht das Kupplungsstück 1 aus einem Material, welches einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist als das Material des Schaftes 2 bzw. des Kupplungsabschnittes 2.1.

Die Figur 2 zeigt als mögliche Ausführungsform ein Kupplungsstück 1a, welches sich vom Kupplungsstück 1 im Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass die öffnung 3 an ihrer offenen Seite mit einer Rast 5 versehen ist, und zwar bei der dargestellten Ausführungsform in Form eines die Achse der öffnung 3 konzentrisch umschließenden ringartigen Vorsprungs. Der Kupplungsabschnitt 2.1a des Werkzeugschaftes 2a ist bei dieser Ausführungsform mit einem ringartigen Bund 6 versehen, der bei im Kupplungsstück 1 a befestigtem Werkzeug bzw. Werkzeugschaft

2a von der Rast 5 hintergriffen ist. Auch bei dieser Ausführungsform wird das Kupplungsstück der öffnung 3 zum Verbinden des Schaftes 2a durch Erhitzen aufgeweitet, und zwar derart, dass der Kupplungsabschnitt 2.1 a mit dem Bund 6 über die Rast 5 geschoben werden kann. Nach dem Abkühlen des Kupplungsstückes 1a ist der Kupplungsabschnitt 2.1 a nicht nur formschlüssig und fest in der öffnung 3 verankert, sondern zusätzlich auch durch die den Bund 6 hintergreifende Rast 5 gesichert.

Die Figur 3 zeigt als weitere mögliche Ausführungsform ein handstückseitiges Kupplungsstück 1 b, an dem ein sich verjüngender Vorsprung 7 vorgesehen ist, auf den dann das jeweilige Werkzeug mit seinem Werkzeugschaft 2b bzw. mit einer dortigen, der Form und Größe des Vorsprunges 7 angepassten öffnung 8 aufgesetzt werden kann. Bei dieser Ausführungsform wird das Werkzeug bzw. der Werkzeugschaft 2b vor dem Befestigen erhitzt und dadurch die öffnung 8 aufgeweitet, sodass dann nach dem Abkühlen durch Aufschrumpfen eine absolut feste Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Kupplungsstück 1 b erreicht ist. Zum Abnehmen des Werkzeugs erfolgt dann ein abermaliges Erwärmen des Werkzeugschaftes 2b zum Aufweiten der öffnung 8, womit das Werkzeug dann von dem Kupplungsstück bzw. dem Vorsprung 7 abgenommen werden kann.

Auch bei der Ausführung der Figur 3 können wiederum die vorstehend beschriebenen Maßnahmen zur zusätzlichen axialen Sicherung, beispielsweise Aufrauung der einander berührenden Flächen zwischen Kupplungsstück und Werkzeugschaft 2b, zusätzliche Rasten usw.

Die Figur 4 zeigt in sehr vereinfachter schematischer Darstellung und in Seitenansicht das handstückseitige Kupplungsstück 1c zusammen mit dem an diesem Kupplungsstück lösbar befestigten Werkzeugschaft 2c. Zur Sicherung des Werkzeugschaftes 2c und damit des Werkzeugs am Handstück ist ein

Sicherungshacken 9 vorgesehen, der den Verbindungsbereich zwischen dem Kupplungsstück 1 c und dem Werkzeugschaft 2c überbrückt, d.h. einerseits am Werkzeugschaft 2c beispielsweise schwenkbar gehalten ist und andererseits mit seinem anderen Ende im sichernden Zustand das Kupplungsstück 1c formschlüssig hintergreift, beispielsweise im Bereich eines ringförmigen Wulstes 10.

Die Figur 5 zeigt in einer ähnlichen Darstellung wie Figur 4 nochmals das Kupplungsstück 1c und den Werkzeugschaft 2c, und zwar zusammen mit einer Teildarstellung eines Anpresswerkzeugs 1 1. Dieses ist beispielsweise ähnlich dem Sicherungshacken 9 ausgebildet, und zwar derart, dass dieses an dem Werkzeugschaft 2c angreifende Anpresswerkzeug 11 zum Anpressen des Werkzeugschaftes bzw. des Kupplungsabschnittes dieses Werkzeugschaftes in die konische öffnung des Kupplungsstückes 1c mit einer Teilfläche bzw. mit einem Abschnitt 11.1 den Wulst 10 hinter greift, sodass beim Bewegen des Anpresswerkzeuges 11 in Richtung der Achse des Kupplungsstückes 1 c der Werkzeugschaft 2c entsprechend dem Pfeil B in die

öffnung des Kupplungsstückes gedrückt wird. Dargestellt ist weiterhin ein Werkzeug 12 zum Lösen des Werkzeugschaftes 2c vom Kupplungsstück 1 c. Dieses Werkzeug 12 wirkt mit einem Abschnitt 12.1 wiederum mit dem Wulst 10 zusammen, und zwar in diesem Fall mit der dem Werkzeugschaft 2c zugewandten Seite des Wulstes 10, sodass bei in Richtung des Pfeils C, d.h. in Richtung zur Achse des Kupplungsstückes 1 c entlang des Wulstes 10 bewegtem Abschnitt 12.1 entsprechend dem Pfeil D eine Kraft zum Lösen des Werkzeugschaftes 2c ausgeübt wird.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform, bei der der übergang zwischen dem Kupplungsstück 1d und dem Werkzeugschaft 2d durch eine Hülse 13 aus einem gummielastischen Material, beispielsweise durch eine Silikonhülle 13 abgedeckt ist. Zum Lösen des Werkzeugschaftes 2d vom Kupplungsstück 1d ist in diesem ein axial verschiebbarer Stößel 14 vorgesehen, der über eine an der Außenfläche des Kupplungsstückes 1 d vorgesehenen manuell betätigbaren Schieber 15 bewegt werden

kann, und zwar derart, dass dieser Stößel 14 in die öffnung 3 des Kupplungsstückes 1d hineinbewegt wird und dadurch den Werkzeugschaft 2d vom Kupplungsstück löst.

Die Figur 7 zeigt eine Ausführungsform, bei der die lösbare Verbindung zwischen dem Kupplungsstück 1 e und dem Werkzeugschaft 2e durch einen Kupplungsabschnitt 2e.1 realisiert, der wiederum von einem kegelstumpfförmigen Vorsprung 16 gebildet ist, sowie von mehreren weiteren Kupplungsabschnitten 2e.2, die ebenfalls jeweils von kegelförmigen Vorsprüngen 17 gebildet sind. Die Vorsprünge 17 sind gegenüber dem Vorsprung 16 radial versetzt und um den Vorsprung 16 verteilt angeordnet. Dem Vorsprung 16 ist eine an die Form dieses Vorsprunges angepasste kegelstumpfförmige öffnung 8 am Kupplungsstück 1 e und jedem Vorsprung 17 eine an die Form dieses Vorsprunges angepasste öffnung 8.1 zugeordnet. Durch die Vorsprünge 17 und die zugeordneten öffnungen 8.1 ist eine verdrehungssichere bzw. bezüglich der Winkellage um die Achse des Zapfens 16 exakt orientierte Verbindung zwischen dem Werkzeugschaft 2e und dem Kupplungsstück 1 e möglich.

Die Figur 8 zeigt eine Ausführungsform, bei der an dem wiederum von einem kegelstumpfförmigen Vorsprung oder Zapfen 20 gebildeten Kupplungsabschnitt 2f.1 eine stirnseitige Verlängerung 21 vorgesehen ist, die einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt aufweist und der am Boden der an die Form des Zapfens 20 angepassten öffnung 22 eine Vertiefung 23 zugeordnet ist. Der Querschnitt der Vertiefung 23 ist an dem Querschnitt der Verlängerung 21 angepasst, so dass eine Verbindung zwischen dem Werkzeugschaft 2f und dem Kupplungsstück 1f nur in einer oder aber mehreren vorgegebenen Winkelstellungen möglich ist.

Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform, bei der der Kupplungsabschnitt 2g.1 wiederum von einem kegelstumpfförmigen Zapfen 25 gebildet ist, welcher an seiner Mantel- oder Umfangsfläche mehrere sich jeweils in einer Mantellinie erstreckende Nuten 26 aufweist. Im Kupplungsstück 1 g ist eine Ausnehmung oder

öffnung 27 vorgesehen, die in ihrer Form der Form des Zapfens 25 angepasst ist, also ebenfalls kegelförmig ausgeführt ist und in die Nuten 26 passende Vorsprünge 28 aufweist.

Grundsätzlich besteht bei dieser Ausführungsform auch die Möglichkeit, in der Ausnehmung 27 anstelle der Vorsprünge 28 Nuten vorzusehen, in die dann Vorsprünge eingreifen, die anstelle der Nuten 26 am Kupplungsabschnitt 2.1 g vorgesehen sind. Durch die Nuten und die an diese angepasste Vorsprünge ergibt sich eine verdrehungssichere Verbindung zwischen dem Handstück bzw. Kupplungsstück 1 g und dem Werkzeugschaft 2g. Durch die Verteilung der Nuten 26 und Vorsprünge 28 ist auch eine Kodierung möglich, z.B. in der Form, dass das Werkzeug am Handinstrument nur in einer vorgegebenen Positionierung befestigt werden kann, wobei diese Positionierung auch werkzeugspezifisch von Werkzeug zu Werkzeug bzw. von Werkzeugart zu Werkzeugart unterschiedlich sein kann, und/oder dass nur bestimmte Werkzeuge an einem Handstück verwendet werden können.

Die Figur 1 1 zeigt schließlich in sehr schematischer Darstellung einen Schnitt durch einen einen Kupplungsabschnitt bildenden Zapfen 24, der zwar wiederum sich zu seinem freien Zapfenende hin verjüngend ausgebildet ist, allerdings nicht rotationssymmetrisch zu einer Zapfenachse, so dass allein durch diese Zapfenform und die entsprechende Formgebung der zugehörigen, den Zapfen 24 im Verbindungsfalle aufnehmenden öffnung eine verdrehungssichere sowie auch eine eindeutige Winkellage zwischen dem Kupplungsstück am Handstück und dem Werkzeugschaft sicherstellende, lösbare Verbindung erreicht werden kann.

Die Erfindung wurde voranstehend an Ausführungsbeispielen beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Abwandlungen sowie änderungen möglich sind, ohne das dadurch der der Erfindung zugrunde liegende Erfindungsgedanke verlassen wird. Speziell bei solchen Werkzeugen, bei denen unter Druck gearbeitet wird, kann auch

bei einem größeren Kegelwinkel α auf zusätzliche Maßnahmen zur axialen Sicherung der Verbindung zwischen dem Werkzeug und dem Kupplungsstück verzichtet werden.

Weiterhin ist es auch möglich anstelle der geschilderten Maßnahmen zur zusätzlichen axialen Sicherung der Verbindung oder zusätzlich zu diesen Maßnahmen mechanische Verriegelungsmittel vorzusehen, beispielsweise am Kupplungsstück vorgesehene Verriegelungsmittel, die im verriegelten Zustand eine Fläche am jeweiligen Werkzeugschaft hintergreifen und dadurch ein Lösen des Werkzeugschaftes vom Kupplungsstück verhindern.

Bezugszeichenliste

1, Ia, I b, I c, I d, I e, If, I g Kupplungsstück

2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g Werkzeugschaft 2.1 , 2.1 a, 2.1 e, 2.1f, 2.1 g Kupplungsabschnitt

3 öffnung

4 elektrische Spule

5 Rast

6 Bund 7 Vorsprung

8 öffnung

9 Sicherungswerkzeug

10 Wulst

11 Anpresswerkzeug 11.1 Werkzeugabschnitt

12 Werkzeug zum Lösen 12.1 Werkzeugabschnitt

13 Abdeckhülle

14 Stößel 15 Schieber

16, 17 Vorsprung oder Zapfen

18, 19 öffnung

20 Vorsprung oder Zapfen

21 Zapfenverlängerung 22 öffnung

23 Vertiefung

24, 25 Vorsprung oder Zapfen

26 Nut

27 öffnung

28 Vorsprung

A, C Bewegung des Werkzeugs

B, D Kraftrichtung