DE19917693A1 - Vorrichtung zum schnelldrehenden Antrieb eines Werkzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnelldrehenden Antrieb eines Werkzeugs, insbesondere Fräs-, Polier- oder Bohrwerkzeugs. Um auf baulich einfache Weise einen effektiven Antrieb und zugleich eine zuverlässige Beseitigung der anfallenden Bearbeitungsstäube zu ermöglichen, wird folgende Merkmalskombination vorgeschlagen: DOLLAR A a) ein rohrförmiges, einen zwischen einem stirnseitigen Saugeinlaß (26) und einem gegenüberliegenden Auslaß (28) axial durchgehenden Luftkanal (30) aufweisendes Gehäuse (10), DOLLAR A b) ein von einem über den Luftkanal (30) angesaugten Luftstrom rotierend antreibbares Turbinenrad (16), DOLLAR A c) eine fest mit dem Turbinenrad (16) verbundene, über ein Drehlager (18) an dem Gehäuse (10) axial ausgerichtet gelagerte Abtriebswelle (20), DOLLAR A d) ein einlaßseitig vor dem Gehäuse (10) angeordnetes Verbindungsteil (22) zur festen Verbindung eines anzutreibenden Werkzeugs (24) mit der Abtriebswelle (20).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnelldre­ henden Antrieb eines Werkzeugs, insbesondere eines Fräs-, Polier- oder Bohrwerkzeugs.

Zur Bearbeitung von Werkstücken beispielsweise in Dan­ tallabors ist es bekannt, Werkzeuge wie Fräser mittels Elektromotor und ein Getriebe in einem Handgerät anzu­ treiben. Neben dem vor allem bei längerer Arbeitsdauer störend empfundenen hohen Gewicht wird als weiterer Nachteil angesehen, daß die bei der Bearbeitung anfal­ lenden Stäube durch gesonderte Saugvorrichtungen besei­ tigt werden müssen, welche auf eine raumfeste Absaug­ stelle ausgerichtet sind.

Ausgehen hiervon stellt sich die Aufgabe, die vorge­ nannten Nachteile zu beseitigen und eine Bearbeitungs­ vorrichtung mit einfachem Drehantrieb bereitzustellen und zugleich eine effektive Beseitigung von Bearbei­ tungsstäuben zu ermöglichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, einen Saug­ luftstrom zugleich für einen pneumatischen Antrieb und eine Staubabsaugung zu nutzen. Dementsprechend wird er­ findungsgemäß folgende Merkmalskombination vorgeschla­ gen:

• - ein rohrförmiges, einen zwischen einem stirnseitigen Saugeinlaß und einem gegenüberliegenden Auslaß axial durchgehenden Luftkanal aufweisendes Gehäuse,
• - ein von einem über den Luftkanal angesaugten Luft­ strom rotierend antreibbares Turbinenrad,
• - eine fest mit dem Turbinenrad verbundene, über ein Drehlager an dem Gehäuse axial ausgerichtet gelagerte Abtriebswelle, und
• - ein einlaßseitig vor dem Gehäuse angeordnetes Verbin­ dungsteil zur festen Verbindung eines anzutreibenden Werkzeugs mit der Abtriebswelle.

Um die Arbeitssicherheit zu erhöhen, ist es von Vor­ teil, wenn das Turbinenrad innerhalb des Gehäuses in dem Luftkanal angeordnet ist.

Eine besonders strömungsgünstige Anordnung wird dadurch erreicht, daß das Turbinenrad auf dem in das Gehäuse hineinragenden freien Ende der Abtriebswelle sitzt. Ei­ ne weitere Verbesserung in dieser Hinsicht ergibt sich dadurch, daß der lichte Querschnitt des Saugkanals in dem an das Turbinenrad stromab angrenzenden Abschnitt sich zumindest über den gesamten Durchmesser des Turbi­ nenrads erstreckt. Eine baulich vorteilhafte Ausführung sieht hierbei vor, daß das Drehlager zwischen dem Tur­ binenrad und dem Verbindungsteil angeordnet ist. Hier­ bei ist es günstig, wenn die Abtriebswelle durch ein Hohlrohrstück gebildet ist, an dessen freien Enden das Verbindungsteil und das Turbinenrad fest angebracht, vorzugsweise aufgepreßt sind.

Eine weitere Verbesserung der Effektivität des pneuma­ tischen Antriebs wird dadurch erreicht, daß die Leit­ schaufeln des Turbinenrads in dessen axialer Richtung gesehen ein Tragflächenprofil aufweisen. Vorteilhafter­ weise besitzen die Leitschaufeln des Turbinenrads einen in Strömungsrichtung des Luftstromes sich verjüngenden, langgezogen-tropfenförmigen Querschnitt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, daß das hohlzylindrische Gehäuse eine innenkonzentrisch angeordnete, über in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Radialstege gehaltene Lagerbuchse zur Aufnahme des Drehlagers aufweist. Dabei kann der Saugeinlaß durch in einem das Drehlager umgebenden Ringbereich zwischen Radialstegen freigehaltene, im Querschnitt langlochförmige Axialdurchbrüche gebildet sein. Mit diesen Maßnahmen wird eine einfach herstell­ bare und zugleich gegen ungewollten Eingriff von außen geschützte Lagerung des Turbinenrads erreicht.

Zur Verbesserung der Handhabbarkeit bei der Werkstück­ bearbeitung ist es vorteilhaft, wenn das Gehäuse einen kegelig ausgebildeten einlaßseitigen Stirnbereich auf­ weist. Eine ergonomisch vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß das Gehäuse an seiner Mantelfläche verteilt angeordnete Vertiefungen, insbesondere Fingermulden aufweist.

Zur Erzeugung eines das Turbinenrad antreibenden und die Bearbeitungsstäube abtransportierenden Luftstromes wird vorgeschlagen, daß das Gehäuse auslaßseitig über eine Saugleitung mit einer Saugvorrichtung, zweckmäßig einem Staubsauger verbindbar ist.

Eine weitere Verbesserung der manuellen Handhabbarkeit ergibt sich dadurch, daß das Gehäuse an seinem auslaß­ seitigen Ende vorzugsweise über einen Gewindeansatz mit einem den Saugkanal axial verlängernden Griffrohr lös­ bar verbindbar ist.

Zur einfachen Einstellung der Sauleistung und damit der Drehzahl wird vorgeschlagen, daß das Griffrohr vorzugs­ weise im Bereich seines von dem Gehäuse abgewandten freien Endes eine Umfangsnut und einen darin geführten Drehring aufweist, wobei in einer definierten Drehstel­ lung eine radiale Bypassöffnung des Drehrings mit einem Durchbruch am Grund der Umfangsnut fluchtet.

Ergonomisch günstig ist es auch, wenn das Griffrohr bei gleichbleibendem lichten Innenquerschnitt einen an sei­ ner Mantelfläche mit stetiger Krümmung zu seinen Enden hin sich erweiternden Mittelabschnitt aufweist.

Zur einfachen Aufnahme eines Bearbeitungswerkzeugs ist es vorgesehen, daß das Verbindungsteil eine starr mit der Abtriebswelle verbundene längsgeschlitzte Klemmhül­ se und eine auf die Klemmhülse aufschraubbare Überwurf­ mutter aufweist. Alternativ ist es auch denkbar, daß das Verbindungsteil durch ein fest mit der Abtriebswel­ le verbundenes, einen eingesteckten Werkzeugschaft bei Rotation unter Fliehkrafteinwirkung selbstspannend hal­ tendes Spiralfederelement gebildet ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht ei­ ner Vorrichtung zum schnelldrehenden pneumati­ schen Antrieb eines Bearbeitungswerkzeugs;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch ein Kopfstück der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einem über ein Turbinenrad angetriebenen Fräswerkzeug;

Fig. 3 eine werkzeugseitige Stirnseitenansicht des Kopfstücks bei abgenommenem Werkzeug.

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem als röhrenförmiges Kopfstück 10 mit einem Griffrohr 12 verbundenen Gehäuse, einem in dem Kopfstück 10 angeordneten Turbinenrad 16, einer fest mit dem Turbinenrad 16 verbundenen, über ein Drehlager 18 in dem Kopfstück 10 gelagerten Abtriebs­ welle 20 und einem Verbindungsteil 22 zur festen Ver­ bindung eines anzutreibenden Werkzeugs 24 mit der Ab­ triebswelle 20. Das Griffrohr 12 ist über einen Saug­ schlauch 25 an eine nicht gezeigte Unterdruckquelle bzw. Saugvorrichtung, beispielsweise einen Staubsauger anschließbar, um das Turbinenrad 16 mittels des ange­ saugten Luftstromes anzutreiben.

Wie am besten aus Fig. 2 ersichtlich, weist das hohlzy­ lindrische Kopfstück 10 einen zwischen einem stirnsei­ tigen Saugeinlaß 26 und einem gegenüberliegenden Auslaß 28 axial durchgehenden Luftkanal 30 auf. Der einlaßsei­ tige Stirnbereich 32 des Kopfstücks 10 ist konisch zu­ laufend ausgebildet, während das auslaßseitige Ende durch einen mit dem Griffrohr 12 schraubverbindbaren Gewindeansatz 34 gebildet ist. Zur Aufnahme des Drehla­ gers 18 weist das Kopfstück 10 eine innenkonzentrisch angeordnete Lagerbuchse 36 auf, die über drei in Um­ fangsrichtung verteilt angeordnete Radialstege 38 ein­ stückig mit dem umgebenden Mantelrohr 40 des Kopfstücks 10 verbunden ist. Auf diese Weise werden in einem das Drehlager 18 umgebenden Ringbereich drei Axialdurchbrü­ che 42 freibehalten, welche zusammen den Saugeinlaß 26 bilden.

Als Drehlager 18 sind zwei Wälzlagerringe 44 vorgese­ hen, welche stirnseitig in die Lagerbuchse 36 einge­ setzt sind. Die darin in koaxialer Ausrichtung mit dem Kopfstück 10 gelagerte Abtriebswelle 20 ist durch ein Hohlrohrstück gebildet, auf dessen in das Kopfstück 10 bzw. den Saugkanal 30 hineinragendem einem freien Ende 20" das Turbinenrad 16 aufgepreßt ist, während an dem einlaßseitig abstehenden gegenüberliegenden Ende 20' eine kreuzgeschlitzte Klemmhülse 46 des Verbindungs­ teils 22 angebracht ist. In der Klemmhülse 46 läßt sich mittels Überwurfmutter 48 der Schaft 50 des anzutrei­ benden Werkzeugs 24 fest fixieren.

Das Turbinenrad 16 weist mehrere in Umfangsrichtung verteilte Leitschaufeln 52 auf, die in axialer Richtung gesehen ein Tragflächenprofil aufweisen, d. h. einen in Strömungsrichtung des Luftstomes zu dem Auslaß 28 hin sich verjüngenden, langgezogen-tropfenförmigen Quer­ schnitt besitzen. Durch diese Ausformung und die voll­ ständige Freihaltung des Saugkanals 30 stromab von dem Turbinenrad wird der Wirkungsgrad des pneumatischen An­ triebs wesentlich erhöht. Eine weitere aerodynamische Verbesserung ergibt sich dadurch, daß das Turbinenrad einen abströmseitig konisch auslaufenden Nabenfortsatz 51 aufweist.

Das Griffrohr 12 bildet zusammen mit dem auf einen end­ seitigen Rohransatz 53 aufgesteckten Saugschlauch 25 eine Saugleitung 54, die über ein elastomeres Adapter­ stück 56 an einen nicht gezeigten Staubsauger an­ schließbar ist. Das Adapterstück 56 weist einen konisch sich erweiternden Abschnitt 58 auf, um eine einfache Anpassung an unterschiedliche Saugquerschnitte zu er­ möglichen. Zur Einstellung der Saugleistung und damit der Turbinendrehzahl ist das Griffrohr 12 an seinem auslaßseitigen Endabschnitt mit einer Umfangsnut 60 versehen, in welcher ein Drehring 62 geführt ist. Der Drehring 62 weist eine radiale Bypassöffnung 64 auf, welche mit einem Durchbruch 66 am Grund der Umfangsnut 60 in veränderliche Überdeckung bringbar ist. Um eine ergonomische Handhabung zu ermöglichen, weist das Griffrohr einen an seiner Mantelfläche verjüngten Mit­ telabschnitt 68 auf. Weiter ist das Kopfstück 10 an seiner Mantelfläche mit verteilt angeordneten Vertie­ fungen 70 versehen, welche die Griffigkeit erhöhen.

Im Betrieb werden durch die über den Saugeinlaß 26 ein­ gesaugte Luft das Turbinenrad 16 angetrieben und zu­ gleich an der Bearbeitungsstelle des Werkzeugs 24 an­ fallende Stäube auf effektive Weise weggefördert. Ein Werkzeugwechsel kann entweder durch Lösen der Überwurf­ mutter 48 oder Austausch des gesamten Kopfstücks 10 rasch durchgeführt werden. Die Vorrichtung eignet sich insbesondere zum Einsatz im Bereich der Dentaltechnik beispielsweise zur Feinbearbeitung von Zahnersatz.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum schnelldrehenden Antrieb eines Werkzeugs, insbesondere Fräs-, Polier- oder Bohr­ werkzeugs, mit

• a) einem rohrförmigen, einen zwischen einem stirnseitigen Saugeinlaß (26) und einem ge­ genüberliegenden Auslaß (28) axial durchge­ henden Luftkanal (30) aufweisenden Gehäuse (10),
• b) einem von einem über den Luftkanal (30) ange­ saugten Luftstrom rotierend antreibbaren Tur­ binenrad (16),
• c) einer fest mit dem Turbinenrad (16) verbunde­ nen, über ein Drehlager (18) an dem Gehäuse (10) axial ausgerichtet gelagerten Abtriebs­ welle (20),
• d) einem einlaßseitig vor dem Gehäuse (10) ange­ ordneten Verbindungsteil (22) zur festen Ver­ bindung eines anzutreibenden Werkzeugs (24) mit der Abtriebswelle (20).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Turbinenrad (16) innerhalb des Gehäu­ ses (10) in dem Luftkanal (30) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Turbinenrad (16) auf dem in das Gehäuse (10) hineinragenden freien Ende (20") der Abtriebswelle (20) sitzt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der lichte Querschnitt des Saugkanals (30) in dem an das Turbinenrad (16) stromab angrenzenden Abschnitt sich zumindest über den gesamten Durchmesser des Turbinenrads (16) er­ streckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Drehlager (18) zwi­ schen dem Turbinenrad (16) und dem Verbindungsteil (22) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Abtriebswelle (20) durch ein Hohlrohrstück gebildet ist, an dessen freien Enden (20',20") das Verbindungsteil (22) und das Turbinenrad (16) fest angebracht, vorzugs­ weise aufgepreßt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (52) des Turbinenrads (16) in dessen axialer Richtung gesehen ein Tragflächenprofil aufweisen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (52) des Turbinenrads (16) einen in Strömungsrichtung des Luftstromes sich verjüngenden, langgezogen tropfenförmigen Querschnitt aufweisen.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß das hohlzylindrische Ge­ häuse (10) eine innenkonzentrisch angeordnete, über in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Ra­ dialstege (38) gehaltene Lagerbuchse (36) zur Auf­ nahme des Drehlagers (18) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Saugeinlaß (26) durch mehrere in einem das Drehlager (18) umgeben­ den Ringbereich zwischen Radialstegen (38) freige­ haltene, im Querschnitt langlochförmige Axial­ durchbrüche (42) gebildet ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) einen kegelig ausgebildeten einlaßseitigen Stirnbereich (32) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) an sei­ ner Mantelfläche verteilt angeordnete Vertiefungen (70), insbesondere Fingermulden aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) auslaß­ seitig über eine Saugleitung (54) mit einer Saug­ vorrichtung, zweckmäßig einem Staubsauger verbind­ bar ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, da­ durch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) an sei­ nem auslaßseitigen Ende vorzugsweise über einen Gewindeansatz (34) mit einem den Saugkanal (30) axial verlängernden Griffrohr (12) lösbar verbind­ bar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, da­ durch gekennzeichnet, daß das Griffrohr (12) vor­ zugsweise im Bereich seines von dem Gehäuse (10) abgewandten freien Endes eine Umfangsnut (60) und einen darin geführten Drehring (62) aufweist, wo­ bei in einer definierten Drehstellung eine radiale Bypassöffnung (64) des Drehrings mit einem Durch­ bruch (66) am Grund der Umfangsnut (60) fluchtet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, da­ durch gekennzeichnet, daß das Griffrohr (12) bei gleichbleibendem lichten Innenquerschnitt einen an seiner Mantelfläche mit stetiger Krümmung zu sei­ nen Enden hin sich erweiternden Mittelabschnitt (68) aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (22) eine starr mit der Abtriebswelle (20) verbundene längsgeschlitzte Klemmhülse (46) und eine auf die Klemmhülse aufschraubbare Überwurfmutter (48) auf­ weist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (22) durch ein fest mit der Abtriebswelle (20) verbun­ denes, einen eingesteckten Werkzeugschaft bei Ro­ tation unter Fliehkrafteinwirkung selbstspannend haltendes Spiralfederelement gebildet ist.