DE3302919A1

DE3302919A1 - Vorrichtung zur umwandlung von drehbewegungen mit einer einzigen drehrichtung in drehbewegungen mit abwechselnden drehrichtungen und verwendung dieser vorrichtung

Info

Publication number: DE3302919A1
Application number: DE19833302919
Authority: DE
Inventors: Oswald Dr. 4052 Basel Tschudin
Original assignee: Institut Straumann AG
Current assignee: Institut Straumann AG
Priority date: 1982-09-22
Filing date: 1983-01-28
Publication date: 1984-03-22
Also published as: GB2127502A; GB8324574D0; US4781072A; FR2533286B1; CH661104A5; GB2127502B; CA1205654A; JPH0322175B2; BR8305164A; FR2533286A1; DE3302919C2; JPS5982845A

Description

Vorrichtung zur Umwandlung von Drehbewegungen mit einer einzigen Drehrichtung in Drehbewegungen mit abwechselnden Drehrichtungen und Verwendung dieser Vorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der schweizerischen Patentschrift 610 753 und der entsprechenden US-Patentschrift 4 111 208 sind verschiedene Varianten von Vorrichtungen bekannt, um vom Motor einer Bohrmaschine mit einer einzigen Drehrichtung erzeugte Drehbewegungen in Drehbewegungen eines Bohrers umzuwandeln, die abwechselnd entgegengesetzte Drehrichtungen aufweisen. Bei der ersten dieser Varianten sind eine Antriebswelle mit einer Kurbel, ein Schieber und eine ebenfalls mit einer Kurbel versehene Abtriebswelle vorhanden, wobei die Drehachsen der beiden Wellen miteinander fluchten und der Schieber rechtwinkelig zu diesen Drehachsen verschiebbar ist. Beide Kurbeln weisen je einen zu den Wellen exzentrischen, in eine Bohrung eines Schieberteils eingreifenden Kurbelzapfen auf. Bei der zweiten Variante sind ebenfalls eine Antriebswelle mit einer Kurbel und ein Schieber vorhanden. Der letztere ist mit einer Zahnstange versehen, die mit einem auf der Abtriebswelle sitzenden Ritzel kämmt. Bei der dritten Variante ist die Antriebswelle mit einem Kopf versehen. Dieser weist eine Ringnut auf, die entlang einer zur Drehachse der Antriebswelle geneigten Ebene verläuft. Ein parallel zur Drehachse der Antriebswelle verschiebbar geführter Schieber weist einen in die Ringnut eingreifenden Zapfen und eine Zahnstange auf, die mit einem auf der Abtriebswelle angebrachten Ritzel kämmt.

Die Umwandlung der Bewegung erfolgt also bei allen Varianten über einen entlang einer Geraden verschiebbar geführten Schieber. Da an diesen auch quer zu seiner Verschieberichtung

gerichtete Kräfte angreifen, erhöht er die Reibungsverluste und macht verhältnismässig aufwendige Führungsmittel notwendig.

Der Schieber und die zu seiner Führung erforderlichen Führungsmittel haben zudem zur Folge, dass die Vorrichtungen verhältnismässig gross und schwer werden. Da eine solche Vorrichtung ja an einer für chirurgische Zwecke vorgesehenen Handbohrmaschine angeordnet wird, erschweren grosse Abmessungen und ein grosses Gewicht einer Vorrichtung die Arbeit des die Bohrmaschine benutzenden Chirurgen.

Mindestens bei der ersten der drei Varianten wird die Abtriebswelle jeweils nur um Drehwinkel hin- und hergedreht, die konstruktionsbedingt kleiner als 180 sein müssen. Dies bringt den Nachteil mit sich, dass anstelle der gebräuchlichen, zwei Schneidlippen aufweisenden Bohrer mit drei Schneidlippen versehene Spezialbohrer verwendet werden müssen.

Wenn eine Bohrmaschine mit einer Vorrichtung ausgerüstet ist, die gemäss irgend einer der drei Varianten ausgebildet ist, und die Antriebswelle der Vorrichtung mit konstanter Drehzahl gedreht wird, führt die Abtriebswelle Hin- und Herdrehungen aus, bei denen die Winkelgeschwindigkeit sinusförmig auf einen Maximalwert ansteigt und dann sogleich wieder langsam abnimmt. Dies hat den Nachteil, dass der Bohrer nur während kurzer Teile seiner Hin- und Herdrehungen mit einer für das zu bohrende Material günstigen Schnittgeschwindigkeit arbeiten kann.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Umwandlung von Drehbewegungen zu schaffen, dieses ermöglicht, die Nachteile der bekannten Vorrichtungen auszuschalten. Die Erfindung soll insbesondere ermöglichen, mit geringem, konstruktivem Aufwand die Reibungsverluste, die Abmes-

sungen sowie das Gewicht der Vorrichtung kleinhalten zu können. Des weitern soll die Vorrichtung ermöglichen, Drehbewegungen einheitlicher Drehrichtung in Hin- und Herdrehungen umzuwandeln, bei denen das Verhältnis zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Abtriebs- und Antriebs-Drehelementes während eines möglichst grossen Teils jeder Drehung des Abtriebs-Drehelementes konstant ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, die gemäss der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 1 gekennzeichnet ist. Zweckmässige Ausgestaltungen der Vorrichtung gehen aus den Ansprüchen 2 bis 5 hervor.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt der Bogen a 5 % - 20 %, vorzugsweise 10 % - 15 % der Teilung t . Die Zähnezahl· im verzahnten Sektor des Antriebszahnrades ist vorzugsweise derart bemessen, dass sich das Abtriebs-Drehelement in keiner Drehstellung des Antriebs-Drehelementes drehen kann, ohne dass sich das Antriebs-Drehelement bewegt.

Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung der Vorrichtung, wobei die Verwendung nach der Erfindung durch den Anspruch 8 definiert ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verwendung ergeben sich aus den Ansprüchen 9 und 10.

Die Erfindung soll nun anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert werden. In der Zeichnung zeigen

die Figur 1 einen Längsschnitt durch eine auf eine

Bohrmaschine aufsteckbare Vorrichtung zur Umwandlung von Drehbewegungen mit einer einzigen Drehrichtung in Hin- und Herdrehungen,

die Figur 2 eine Draufsicht auf das einen zahnfreien

Sektor aufweisende Antrxebskegelzahnrad und die beiden abwechselnd mit ihm kämmenden Abtriebskegelzahnräder,

die Figur 3 ein Diagramm zur Darstellung des zeitlichen

Verlaufs der Drehungen des Abtriebs-Drehelementes, wobei die Drehrichtungswechsel zur Verdeutlichung mit übertrieben grossen Zeitdauern dargestellt sind,

die Figur 4 eine schaubildliche Darstellung der Teilkreise der in der Figur 2 dargestellten Kegelzahnräder,

die Figur 5 eine Bohr-Einrichtung mit einer Bohrmaschine

und einer Vorrichtung zur Umwandlung von Drehbewegungen und

die Figur 6 eine Wickel-Einrichtung mit einer Vorrichtung

zur Umwandlung von Drehbewegungen.

Die in der Figur 1 dargestellte, als Ganzes mit 1 bezeichnete Vorrichtung bildet ein Wendegetriebe zur Umwandlung von Drehbewegungen mit einer einzigen Drehrichtung in Drehbewegungen mit abwechselnden Drehrichtungen. Die Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 auf, das im allgemeinen zu seiner Längsachse rotationssymmetrisch ist und zur Hauptsache aus einen zylindrischen Teil und einem . sich gegen das eine Ende hin verjüngenden, konischen Teil besteht. Der Innenraum des Gehäuses 3 ist durch eine durchgehende Längsöffnung 3a und zwei in diese mündende, sich gegenüberstehende, radiale öffnungen 3b, 3c gebildet. Die Längsöffnung 3a ist durch eine mehrfach abgestufte Bohrung gebildet, in deren dem konischen Gehäuseteil abgewandten Endabschnitt ein Haltering 5 mit einem Aussengewinde lösbar eingeschraubt ist. Der Haltering 5 weist

in der Richtung der Längsachse des Gehäuses 3 von diesem wegragenden Finger 5a auf und hält ein in die Längsöffnung 3a eingesetztes Kugellager 7. Ein Drehelement 9 weist einen drehbar im Kugellager 7 gelagerten Wellenzapfen 9a sowie ein mit diesem zusammenhängendes Kegelzahnrad'9b auf und ist beidenendes mit einem Sackloch 9c bzw. 9d versehen. Eine Antriebswelle 11 weist an ihrem in das Sackloch 9c hineinragenden Ende einen Einschnitt 11a auf und ist mit einem diesen durchdringenden, in den Wellenzapfen 9a eingesetzten Stift 13 drehfest mit dem Wellenzapfen 9a verbunden. Auf dem aus dem Gehäuse 3 und dem Haltering 5 herausragenden Ende des Wellenzapfens 9a sitzt ein Ring 15, der mit einer eine radiale Bohrung des Wellenzapfens 9a durchdringenden Klemmschraube 17 an der Antriebswelle 11 festgeklemmt ist. Der Haltering 5 ist innen mit einem Dichtungsring 19 gegen den Wellenzapfen 9b abgedichtet.

In die öffnung 3b des Gehäuses 3 sind eine Verschluss-Schraube 21 und ein Dichtungsring 23 eingesetzt. Im äussersten Teil der öffnung 3c ist eine runde Scheibe 25 eingesetzt und starr befestigt, beispielsweise fluid-dicht eingepresst. In der Scheibe 25 ist ein Lagerbolzen 27 starr befestigt, nämlich fluid-dicht vom Gehäuse-Innenraum her eingepresst. Das in den Innenraum des Gehäuses 3 ragende Ende des Lagerbolzens 27 ist durch einen Kopf 27a gebildet. Auf der Innenseite der Scheibe 25 ist ein Ring 29 angeordnet und zwischen diesem und dem Kopf 27a ist eine Hülse 31 vorhanden. Der Ring 29 und die Hülse 31 bestehen aus einem eine gute Gleitung ermöglichenden, selbstschmierenden Material, beispielsweise auf Metallbasis, wobei die Hülse 31 um den Bolzen 27 drehbar ist.

Auf der Hülse 31 sind Kegelzahnräder 33 und 35 angeordnet, die mit mindestens einem Stift 37 oder dergleichen drehfest miteinander verbunden sind und fest auf der Hülse 31 sitzen. Die beiden Kegelzahnräder 33, 35 sind um eine Achse 39 drehbar

und bilden zusammen ein Drehelement 41, das im folgenden auch als erstes Drehelement oder Antriebs-Drehelement bezeichnet wird. Das Kegelzahnrad 33 kämmt mit dem Kegelzahnrad 9b. Wie es aus der Figur 2 ersichtlich ist, weist das Kegelzahnrad 35 einen verzahnten Sektor 35a und einen zahnfreien Sektor 35b auf, wobei sich der erstere über einen Bogen mit dem Zentriwinkel β und der zahnfreie Sektor über einen Zentriwinkel von 360° - β erstreckt.

Im Sackloch 9d ist eine Buchse 43 und in einem sich im Bereich des konischen Abschnittes des Gehäuses 3 befindenden Teil der Längsöffnung 3a ist eine Buchse 45 eingesetzt. Die beiden Buchsen 43, 45 sind beispielsweise mehr oder weniger fest eingepresst und bestehen aus einem eine gute Gleitung ermöglichenden, selbstschmierenden Material auf Metallbasis.

In den beiden Buchsen 43, 45 ist eine Welle 49, deren Achse mit 47 bezeichnet ist, drehbar gelagert, wobei die Achse 47 auch die Längsachse des Gehäuses 3 und des Kegelzahnrades 9b bildet und rechtwinklig zur Achse 39 verläuft. Auf der Welle 49 sind auf sich diametral gegenüberstehenden Seiten der Achse 39 zwei Kegelzahnräder 51, 53 lösbar, aber drehfest und axial unverschiebbar angeordnet. Die Kegelzahnräder 51, 53 können beispielsweise mit der Welle 47 verkeilt sein, wobei die axiale Sicherung des Kegelzahnrades 51 durch eine Schulter der Welle 49 und die Buchse 43 und die axiale Sicherung des Kegelzahnrades 53 durch eine Schulter der Welle 49 und ein anderes Hilfsmittel erfolgen kann. Die Welle 47 bildet zusammen mit den beiden Kegelzahnrädern 51, 53 ein Drehelement 55, das im folgenden auch als zweites Drehelement oder Abtriebs-Drehelement bezeichnet wird. Die beiden Kegelzahnräder 51 und 53, nachfolgend auch Abtriebs(zahn)räder genannt, weisen einen sich über einen vollen Kreis erstreckenden Zahnkranz auf und sind derart auf verschiedenen Seiten der Achse 39 angeordnet, dass das Kegelzahnrad 35 beim Drehen

- ία -

abwechselnd mit dem Kegelzahnrad 51 und mit dem Kegelzahnrad 53 in Eingriff gelangt, wie noch näher erläutert wird.

Beim konischen Ende des Gehäuses 3 ist dessen Längsöffnung mit einer Ringnut versehen, in die ein Dichtungsring 57 eingesetzt ist, der den Innenraum des Gehäuses beim Austrittsende der Welle 49 abdichtet. Auf der Welle 49 sitzt zwischen der Buchse 45 und dem Kegelzahnrad 53 eine gummielastische Manschette 59. Die Welle 49 weist ein bei ihrem aus dem Gehäuse herausragenden Ende beginnendes, kreiszylindrisches Sackloch 49a und im Bereich der Manschette 59 ein radiales Loch mit einem in das Sackloch 49a hineinragenden Mitnehmer 61 auf. Die Welle 49 ist im Bereich der Manschette 59 noch mit drei andern radialen, gleichmässig über ihren Umfang verteilten Löchern versehen, in denen Rastkörper 63, nämlich Kugeln, angeordnet sind, die durch die Manschette 59 federnd teilweise in das Sackloch 49a hineingedrückt werden. Die Manschette 59 dichtet zudem das den Mitnehmer 61 enthaltende Loch und die die Rastkörper 63 enthaltenden Löcher und damit das Sackloch 49a gegen den Innenraum des Gehäuses ab.

Beim Betrieb der Vorrichtung- wird der Wellenzapfen 9a des Drehelementes 9 mit beispielsweise konstanter Drehzahl um die Achse 4 7 in einer Drehrichtung gedreht. Das Kegelzahnrad 9b überträgt diese Drehbewegung auf das Kegelzahnrad 33 des Drehelementes 41 und damit auch auf das einen zahnfreien Sektor aufweisende Kegelzahnrad 35. Das Drehelement 41 führt also Drehbewegungen mit nur einer Drehrichtung, beispielsweise in der durch den Pfeil 65 (Fig. 2) bezeichneten Drehrichtung aus. Da nun der verzahnte Sektor 35a des Kegel Zahnrades 35 abwechselnd mit den beiden Kegelzahnräder 51 und 53 in Eingriff gelangt, wird das von der Welle 49 und den beiden Kegelzahnrädern 51, '53 gebildete Drehelement 55 abwechselnd in verschiedenen Drehrichtungen gedreht.

In der Figur 3 ist auf der Abszisse die Zeit t und auf der Ordinate die Winkelgeschwindigkeit CO des Drehelementes 53 aufgetragen. Die in der Figur eingezeichnete Rechteck-Kurve oder -Linie 67 zeigt für den Fall, dass das Antriebs-Drehelement 41 mit zeitlich konstanter Drehzahl rotiert, den etwas schematisiert dargestellten zeitlichen Verlauf der Winkelgeschwindigkeit cc des Abtriebs-Drehelementes 55. Denjenigen Drehbewegungen des letzteren, bei denen der verzahnte Sektor 35a des Kegelzahrades 35 in Eingriff · mit dem Kegelzahnrad 51 steht, sei beispielsweise ein positiver Wert der Winkelgeschwindigkeit CO und den Drehbewegungen, bei denen das Rad 35 in Eingriff mit dem Zahnrad 53 steht, ein negativer Wert der Winkelgeschwindigkeit 60 zugeordnet.

Es wird angenommen, dass das Abtriebs-Drehelement 55 im Zeitpunkt t = 0 gerade seine Drehrichtung wechselt und unbewegt ist und dass dann die Verzahnung des Zahnrades 35 in Eingriff mit derjenigen des Zahnrades 51 gelangt. Die Winkelgeschwindigkeit CO des Abtriebs-Drehelementes 55 steigt dann sprungartig auf ihren positiven Maximalwert an und behält diesen während der Zeitdauer T, bei. Wenn der verzahnte Sektor 35a des Rades 35 das Rad 51 passiert hat, fällt die Winkelgeschwindigkeit cö des Abtriebs-Drehelementes 55 sprungartig auf den Wert Null und behält diesen während der Zeitdauer T₂ bei. Wenn nun die Verzahnung des Rad-Sektors 35a in Eingriff mit der Verzahnung des Rades 53 gelangt, springt die Winkelgeschwindigkeit CO auf ihren negativen Maximalwert und behält diesen während der Zeitdauer T₃ bei. Danach bleibt das Abtriebs-Drehelement wieder während einer Zeitdauer T₄ unbewegt, wonach ein neuer Zyklus beginnt. Die Zeitdauer eines vollen Umlaufs des Rades 35 und einer vollen Periode des Abtriebs-Drehelementes 55 ist mit T bezeichnet.

Das Wendegetriebe der Vorrichtung 1 ermöglicht also, Drehbewegungen des Antriebs-Drehelementes mit einer einzigen

Drehrichtung derart in Hin- und Herdrehungen des Abtriebs-Drehelementes umzuwandeln, dass das Verhältnis zwischen den Beträgen der Winkelgeschwindigkeiten des Antriebs- und Abtriebs-Drehelementes praktisch während der ganzen Hin- oder Herdrehung des Abtriebs-Drehelementes konstant ist. Die Zeitdauer T- ist gleich der Zeitdauer T₃ und die Zeitdauer T_? ist gleich der Zeitdauer T₄, wobei die Zeitdauern T_ und T. zur Verdeutlichung mit übertriebener Grosse dargestellt wurden. Jede der Zeitdauern T. und T₃ beträgt, bei konstanter Winkelgeschwindigkeit des Antriebs-Drehelementes 41, mindestens 48 %, vorzugsweise ungefähr 49 % der Periodendauer T, so dass dann die Umschalt-Zeitdauern T_ und T. beispielsweise je ungefähr 1 % der Periodendauer T betragen.

Damit diese Betriebsverhalten erreicht werden kann und das Wendegetriebe gut arbeitet, müssen die Kegelzahnräder 35, 51, 53 gewisse Voraussetzungen erfüllen, die nun erläutert werden.

Zunächst ist es zweckmässig, wenn die Verzahnung des Rades 35 mit nur kleinem Spiel in die Verzahnungen der Räder 51 und 53 eingreift. Nachfolgend werden noch einige Bezeichnungen eingeführt und erläutert:

Unter z-j. ist die volle, geradzahlige Zähnezahl zu verstehen, die das Kegelzahnrad 35 bei sich über seinen ganzen Umfang erstreckender Verzahnung aufweisen würde. Die im im Sektor 35a tatsächlich vorhandene Anzahl Zähne sei mit ζ bezeichnet. Die Teilung des Rades 35 und der Räder 51 und 53, d.h. der zwischen zwei Rechts- oder Linksflanken benachbarten Zähne vorhandene Bogen des Wälzkreises der Räder, sei mit t bezeichnet. Unter dem Uberdeckungsgrad £. ist in üblicher Weise diejenige Anzahl der Zähne des Rades 35 zu verstehen, die jeweils mit einem der Räder 51 oder 53 in Eingriff stehen. Der auf die nächste ganze Zahl aufgerundete Wert des Uberdekkungsgrades £ ist mit E bezeichnet. Der Uberdeckungsgrad £

ist üblicherweise mindestens gleich 1,3 und beträgt für das Wendegetriebe zweckmässxgerweise mindestens 1,5 und beispielsweise höchstens 2.

Die Anzahl der im Sektor 35a vorhandenen Zähne wird dann:

^zs ^{= (z}35^/2) " ^{E (1)}'

Die beiden Kegelzahnräder 51 und 53 besitzen die gleiche Anzahl Zähne, wobei diese Zähnezahlen gerade oder ungerade sein können. Die beiden Räder 51 und 53 sind auf der Welle 49 derart angeordnet, dass ihre Zähne, wenn man die beiden Räder parallel zur Drehachse 47 aufeinander projiziert oder in Gedanken durch drehungsloses axiales Verschieben zur Deckung bringt, etwas gegeneinander verdreht sind. Diese auch in der Figur 2 angedeutete Verdrehung soll anhand der Figur 4 näher erläutert werden. In dieser sind die beiden Achsen 39 und 47, der Teilkreis 75 des Kegelzahnrades 35, der Teilkreis 81 des Kegelzahnrades 51 und der Teilkreis 83 des Kegelzahnrades 53 sowie die Zentren der Teilkreise dargestellt. Des weitern ist auf jedem der beiden Teilkreise 81 und 83 eine Stelle 85 bzw. 87 markiert. Diese Stellen bezeichnen einander entsprechende, auf den Teilkreisen liegende Stellen von zwei Zähnen, beispielsweise Schnittpunkte der Zahnmittelinien mit den Teilkreisen. Ferner sind zwei zur Achse 47 parallele, in verschiedenen durch die letztere verlaufenden Ebenen liegende, die beiden Teilkreise 81, 83 kreuzende Geraden 89, 91 eingezeichnet. Die Gerade 89 verläuft durch die Stelle 85 und die Gerade 91 durch die Stelle 87. Die beiden Geraden 89 und 91 bilden also Projektionsstrahlen, die die Stelle 85 auf den Teilkreis 85 bzw. die Stelle 87 auf dem Teilkreis 81 projizieren. Die beiden Stellen 85 und 87 sind gegeneinander um einen auf den Teilkreisen 81 oder 83 gemessenen Bogen a bzw. um einen in den Zentren der der beiden Teilkreisen 81, 83 gemessenen Zentriwinkel oc versetzt, der im folgenden auch

als Phasenwinkel bezeichnet wird.

In der Figur 4 ist noch eine die beiden Stellen 85,87, d.h. Zahnmittellinien, miteinander verbindende Linie 93 eingezeichnet, die entlang einer von den beiden Teilkreisen aufgespannten Zylinderfläche verläuft und dadurch einen Teil einer Schraubenlinie bildet. Die letztere verläuft in der Art eines rechts-gängigen Gewindes. Das Rad 35 dreht sich beim Betrieb in der Richtung des Pfeils 65, was bei einer Blickrichtung vom Kreuzungspunkt der Achsen 39 und 47 her einer Drehbewegung im Uhrzeigersinn entspricht. Wenn man ferner vom genannten Kreuzungspunkt her auf das Rad 53 blickt, so ist dessen Stelle 87 im Gegenuhrzeigersinn um den Bogen a gegen die Projektion der Stelle 85 des Rades 51 versetzt. Wenn man vom Kreuzungspunkt her auf das Rad 51 blickt, ist dementsprechend dessen Stelle 85 im Gegenuhrzeigersinn um den Bogen a gegen die Projektion der Stelle 87 versetzt.

Es sei hierbei bemerkt, dass das Zahnrad 35 natürlich auch in entgegengesetzter Richtung gedreht werden könnte, wobei dann die Zahnräder 51 und 53 derart gegeneinander zu verdrehen wären, dass die der Linie 93 entsprechende Linie einen Teil eines links- gängigen Gewindes bilden würde.

Sowohl bei der anhand der Figur 4 erläuterten Ausführungsform des Getriebes als auch bei der vorgängig erwähnten Variante ist beim Betrieb jeweils die Verzahnung desjenigen der beiden Abtriebsräder 51, 53, das momentan gerade nicht im Eingriff mit dem Antriebsrad 35 steht, phasenwinkelmassxg vorverschoben, d.h. in der momentanen Laufrichtung um den Bogen a gegen das andere der beiden Räder 51,53 voreilend. Die Länge des Bogens a soll höchstens gleich t /4 und zweckmässigerweise kleiner als t /4 sein. Die Länge des Bogens a liegt dann betragsmässig zwischen den Werten 0 und t /4, so dass die folgende Beziehung erfüllt ist

O< |a| <t_o/4 (2).

Der Bogen a beträgt vorzugsweise mindestens 5 % sowie zweckmässigerweise mindestens 10 % der Teilung t und kann beispielsweise 15 bis 20 % der Teilung t betragen.

Wenn das Wendegetriebe in der vorstehend dargelegten Weise ausgebildet ist und insbesondere die durch die Formeln (1) und (2) ausgedrückten Bedingungen erfüllt sind und die Räder 35, 51,53 ein normales Zahnflankenspiel aufweisen, lässt sich das Abtriebs-Drehelement 55 bei keiner Drehstellung des Antriebs-Drehelementes 41 für sich allein frei drehen. Die Räder 35, 51,53 können dann auch nie zu einander in eine solche Dreh-Stellung gelangen, in der das Getriebe blockiert, d.h. verklemmt wird. Natürlich hat die Zahn-Versetzung zur Folge, dass das Antriebs-Drehelement nur in einer Drehrichtung angetrieben werden kann. Falls ein Antrieb in der umgekehrten Drehrichtung erwünscht ist, muss die gegenseitige Stellung der Abtriebsräder verstellt werden.

Die beiden Kegelzahnräder 51 und 53 haben, wie bereits erwähnt die gleiche Anzahl Zähne Z₁-. ,.-. Der Betrag oder Absolutwert des positiven oder negativen Drehwinkels \f , um den das Abtriebs-Drehelement 55 abwechselnd in die eine oder andere Drehrichtung gedreht wird, ist, wenn ψ° der in Graden gemessene Drehwinkel ist, gegeben durch die Formel:

^e1= 180 z-./z... „ (3).

Die Vorrichtung 1 kann beispielsweise zum Antreiben eines Spiralbohrers verwendet und lösbar auf eine Bohrmaschine aufgesteckt werden. In der Figur 5 ist eine Bohr-Einrichtung dargestellt, die eine für die Verwendung in der Knochen-Chirurgie vorgesehene Bohrmaschine 101 mit einem Gehäuse 103,

einem Druckluftanschluss 105, einem Druckluft-Motor und mindestens einem manuell bewegbaren Betätigungsorgan 107 aufweist. Mit dem letzteren kann der Motor ein- und ausgeschaltet und vorzugsweise auch noch die Motordrehzahl stufenlos geändert werden. Die in der Figur 1 ersichtliche Antriebswelle 11 kann durch die auch zum Halten eines abnehmbaren Bohrfutters verwendbare Welle der Bohrmaschine gebildet sein. Im übrigen sind die Finger 3a derart ausgebildet, dass sie in Ausnehmungen des Bohrmaschinen-Gehäuses 103 eingreifen und dadurch das Gehäuse 3 der Vorrichtung 1 unverdrehbar mit dem Gehäuse 103 der Bohrmaschine verbinden können.

Ein Spiralbohrer 111 weist einen Schneidenteil mit zwei stirnseitigen Schneiden und einen Schaft auf, der lösbar in das Loch 49a der Welle 49 hineinsteckbar ist. Zur Erzielung der lösbaren Verbindung ist der im allgemeinen zylindrische Bohrerschaft in der Nähe seines Endes mit einer Ringnut versehen, in die die drei Rastkörper 63 einrasten können. Der Bohrerschaft weist ferner eine Abflachung auf, an der der Mitnehmer 61 anliegen und dadurch die Welle 49 drehfest mit dem Bohrer 111 verbinden kann.

Beim Bohren werden die beiden Schneiden des Bohrers je in einem Sektor hin- und hergedreht, dessen Zentriwinkel gleich dem Betrag des Drehwinkels \p ist. Der Betrag des Drehwinkels sollte daher mindestens gleich oder vorzugsweise grosser als 180° sein, damit sich die beiden letztgenannten Sektoren überlappen. Anderseits ist es zum Bohren zweckmässig, wenn der Betrag des Drehwinkel *p höchstens 360° und vorzugsweise weniger als 360° beträgt. Der Betrag des Drehwinkels v|> kann beispielsweise im Bereich von 200° bis 300 liegen.

Dieses Ziel kann gemäss der Formel (3) ohne weiteres durch eine entsprechende Festlegung der Zähnezahlen der Räder 35, 51 und 53 erreicht werden. Beispielsweise könnten die Zähnezahlen

z-._c = 24 Zähne, ζ = 10 Zähne und z_c, „ = 16 Zähne sein. Der

JJ S O '

Winkel /3 würde dann ungefähr 150 betragen und der Drehwinkel γ ungefähr 240°. Der Überdeckungsgrad £ kann beispielsweise eine Grosse von 1,63 haben, so dass dann E = 2 wird. Der Bogen a kann dann beispielsweise 0,18 t betragen.

Beim Bohren eines Loches ist die Winkelgeschwindigkeit des Bohrers 111 gleich der Winkelgeschwindigkeit OO des Abtriebs-Drehelementes 55 und also während der Zeitdauern T, und T_ konstant. Dies ermöglicht, die Drehzahl der Bohrmaschine derart einzustellen, dass der Bohrer bei denjenigen Drehbewegungen, bei denen er schneidet, jeweils während der ganzen Drehbewegung eine günstige Schnittgeschwindigkeit aufweist.

Wenn bei einer Operation ein Loch in einen Knochen gebohrt wird, kann es beispielsweise nach dem Durchbohren eines Knochens beim Austreten der Bohrerspitze aus dem Knochen geschehen, dass der Bohrer weiche Gewebeteile aufwickelt und losreisst. Die Hin- und Herdrehungen des Bohrers 111 verhindern das Aufwickeln und damit das Losreissen von weichen Gewebeteilen.

Da die zur Umwandlung der Drehbewegungen erforderlichen, beweglichen Teile der Vorrichtung 1 alle drehbar gelagert und durch Wellen und Zahnräder gebildet sind, ist der Wirkungsgrad der Energie-Übertragung bei der Umwandlung der Drehbewegungen, gross. Ferner kann die Vorrichtung 1 im Verhältnis zu der von ihr zu übertragenden Leistung klein und leicht ausgebildet werden, so dass sie die Arbeit eines Chirurgen bei der Benutzung der in der Figur 5 dargestellten Bohr-Einrichtung nicht behindert. Da alle Lager und Zahnräder in dem gegen die Umgebung dicht abgeschlossenen Innenraum des Gehäuses 3 untergebracht sind, kann die Vorrichtung auch mit wenig Aufwand steril gemacht und gehalten werden. Im Bedarfsfall

kann der Innenraum des Gehäuses 1 durch Entfernen der Verschluss Schraube 21 zugänglich gemacht werden.

Die schematisch in der Figur 6 dargestellte Spulen-Wickel-Einrichtung ist mit einem Gestell und zum lösbaren Halten und Drehen einer Spule 151 dienenden Mitteln versehen, zu denen eine mit mindestens einem Lager 153 drehbar gelagerte Welle 155 und eine beispielsweise einen Elektromotor aufweisende Antriebsvorrichtung 157 gehört. Ferner ist eine Vorrichtung 161 mit einem am Gestell der Wickel-Einrichtung befestigten Gehäuse und einem Wendegetriebe zur Umwandlung von Drehbewegungen mit nur einer Drehrichtung in Hin- und Herdrehungen vorhanden. Das Wendegetriebe weist drei funktionsmässig den Rädern 35,51,53 entsprechende Kegelzahnräder auf, wobei das dem Rad 35 entsprechende Kegelzahnrad auf einer Antriebswelle 163 sitzt. Diese ist über ein Getriebe 165 mit auswechselbaren Zahnrädern mit der Antriebsvorrichtung 157 verbunden. Die Abtriebswelle 167 des Wendegetriebes der Vorrichtung 161 steht über ein Getriebe 169, beispielsweise ein Stirnrad- oder eventuell ein Schneckengetriebe, in Dreh-Wirkverbindung mit einer Trommel 171, die um eine zur Drehachse der Spule 151 rechtwinklig verlaufende Drehachse drehbar gelagert ist. Die Trommel 171 hält zusammen mit einer andern drehbar gelagerten Trommel 173 ein parallel zur Drehachse der Spule 151 verlaufendes Band 175. An diesem ist ein Führungsorgan 177 befestigt ist, das zum Führen eines aufzuwickelnden, flexiblen Elementes 179, beispielsweise eines isolierten elektrischen Leiters oder dergleichen, dient.

Wenn beim Betrieb der Wickel-Einrichtung ein Draht oder dergleichen auf die Spule 151 gewickelt wird, dreht die Antriebsvorrichtung 157 sowohl die die Spule tragende Welle 155 als auch die Antriebswelle 163 der Vorrichtung 161 mit einer einzigen Drehrichtung und konstanter oder eventuell variabler Drehzahl. Die Abtriebswelle 167 der Vorrichtung 161

führt dann Drehbewegungen mit abwechselnden Drehrichtungen aus, so dass das Band 175 des Führungsorgans 177 entlang einer zur Drehachse der Spule parallelen Geraden hin- und herbewegt wird, wie es durch den Doppelpfeil 181 angedeutet ist. Dabei ist die Verschiebegeschwindigkeit des Führungsorgans derart festgelegt, dass die Windungen bei jeder Lage der gebildeten Wicklung ohne Zwischenräume nebeneinander zu liegen kommen. Im weiteren ist der Verschiebeweg des Führungsorgans 177 gleich der vorgesehenen Länge einer Wicklungslage der Spule, so dass also das Führungsorgan jeweils nach dem Aufwickeln einer Wicklungslage die Richtung ändert. Dabei ist es von wesentlichem Vorteil, dass diese Richtungsänderungen, wie aus der Figur 3 abgeleitet werden kann, sprungartig erfolgen und das Führungsorgan 177 dementsprechend praktisch während jeder ganzen Hin- oder Herbewegung immer die gleiche Wicklungssteigung erzeugt.

Die Vorrichtungen 1 und 161 zur Umwandlung von Drehbewegungen können in verschiedener Hinsicht geändert werden. Beispielsweise könnten die beiden Kegelzahnräder 51, 53 zusammen mit der Welle 49 aus einem einstückigen Körper gebildet sein.

Des weitern könnte das Kegelzahnrad 35 statt der zwei Sektoren 35a, 35b drei mit einer Verzahnung versehene und drei zahnfreie, gleichmässig verteilte Sektoren aufweisen. Anstelle der Formel (1) gilt dann die allgemeinere Formel:

z_s = Z₃₅ / 2n - E (4).

Dabei bezeichnet η die Anzahl der verzahnten Sektoren des Rades 35.

Claims

Institut Straumann AG, Waidenburg (Schweiz)

PATENTANSPRÜCHE

1J Vorrichtung zur Umwandlung von Drehbewegungen einer Antriebswelle (27) mit einer einzigen Drehrichtung in Drehbewegungen einer Abtriebswelle (49) mit abwechselnden Drehrichtungen, wobei die beiden Wellen (27,49) drehbar gelagert und durch Übertragungsmittel (35,51,53) miteinander in Wirkverbindung stehen, die ineinander eingreifende Verzahnungen aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragungsmittel durch drei Zahnräder (35,51,53) gebildet werden, von denen eines als Antriebszahnrad (35) in dauernder Dreh-Wirkverbindung mit der Antriebswelle (27) und die beiden andern unter sich gleich grossen Abtriebszahnräder (51,53) in dauernder Dreh-Wirkverbindung mit der Abtriebswelle {49) stehen, dass das Antriebszahnrad (35) einen zahnfreien Sektor (35b) oder drei zahnfreie Sektoren aufweist und dass die drei Zahnräder (35,51,53) derart angeordnet sind, dass beim Drehen der Antriebswelle (27) das Antriebszahnrad (35) abwechselnd mit den beiden Abtriebszahnrädern (51,53) in Eingriff gelangt und dass einander entsprechende Stellen (85,87) der Verzahnungen der beiden Abtriebsräder (51,53) mit der Zahnteilung t , wenn man die beiden aufeinander projiziert oder durch drehungsloses Verschieben zur Deckung bringt, um einen auf ihren Teilkreisen (81,83) gemessen Bogen a gegeneinander verdreht sind, wobei

0 < a| < t_o/4 ist,

und wobei das jeweils nicht mit dem Antriebszahnrad in Eingriff stehende Abtriebszahnrad dem in Eingriff stehenden Abtriebszahnrad um den Bogen a voreilt.

16244 /Ed/Zb/ds/Fall 151
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsζahnrad (35) ein Kegelzahnrad ist und dass auf der Abtriebswelle (49) drehfest zwei" einander diametral gegenüberstehende, je einen vollen Zahnkranz aufweisende Kegelzahnräder (51,53) sitzen, die beim Antrieb abwechselnd in Eingriff mit dem Antriebskegelzahnrad (35) gelangen.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mit einer unterbrochenen Verzahnung versehene Antriebszahnrad (35) nur einen verzahnten Sektor (35a) und nur einen zahnfreien Sektor (35b) aufweist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das eine unterbrochene Verzahnung aufweisende Antriebsζahnrad (35) in dem bzw. jedem verzahnten Sektor (35a) eine Zähnezahl ζ aufweist, die gegeben ist durch die Beziehung

^zs ^{= Z}35^ ²ⁿ " ^E

wobei Z₃₅ die fiktive Zähnezahl ist, die das nur teilweise verzahnte Zahnrad (35) in einem vollen Zahnkranz aufweisen würde, η die Anzahl verzahnter Sektoren (35a) und E der auf die nächste ganze Zahl aufgerundete Wert des Uberdeckungsgrades der miteinander in Eingriff gelangenden Zahnräder (35, 51, 53) ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bogen a mindestens 0,05t , zweckmässigerweise mindestens 0,1t , vorzugsweise 0,15t bis 0,20t beträgt.
6. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Umwandlung von von einem Motor mit konstanter Drehrichtung erzeugten Drehbewegungen in Drehbewegungen mit abwechselnder Drehrichtung.
7. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6, um einen zwei Schneiden aufweisenden Spiralbohrer (111) abwechselnd in verschiedenen Drehrichtungen um einen Drehwinkel zu drehen, dessen Absolutwert mehr als 180° und beispielsweise 200 bis 300° beträgt.
8. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 6, um ein Führungsorgan (175) einer Spulen-Wicklungs-Einrichtung entlang einer Drehachse, um die herum eine Wicklung aufgewickelt wird, abwechselnd hin- und herzubewegen.