DE2245578A1

DE2245578A1 - Pressluftbohrer fuer medizinische zwecke

Info

Publication number: DE2245578A1
Application number: DE2245578A
Authority: DE
Inventors: Harry Webb Cromie
Original assignee: Baxter Laboratories Inc
Current assignee: Baxter International Inc
Priority date: 1971-09-20
Filing date: 1972-09-16
Publication date: 1973-03-29
Also published as: FR2154109A5; CH556165A; US3832088A; BE788347A; CA992772A; GB1390979A; ES406869A1; JPS4837982A; IT967413B

Description

Dipl.-lng. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK DipL-lng. G. DAN N EN BERG · Dr. P. WEINHOLD · Dr. D, 0UDjL

281134 6 FRANKFUBTAM MAIN

TELEFON (0611) _287Q]4 GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

14. September 1972
Gu /is

Baxter Laboratories, Inc. Morton Grove, Illinois 60053, USA

Preßluftbohrer für medizinische Zwecke

Die Erfindung bezieht sich auf einen pneumatisch betätigten Bohrer für medizinische Zwecke mit einem Turbinenantrieb.

Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen derartigen Bohrer vorzuschlagen, der kompakter, wirksamer und leichter herzustellen ist als vorbekannte Bohrer.

Bei vielen der bekannten Turbinenbohrer für medizinische Zwecke wird die verbrauchte Luft an der Stirnseite des Bohrers entlüftet. Dies ist unerwünscht, weil dadurch das lebende Gewebe austrocknet, an dem der Bohrer arbeitet. Es sind auch derartige Bohrer bekannt, bei denen die Luft nach hinten entlüftet wird. Diese Bohrer verwenden jedoch nach vorne strömende Luft zum Betätigen der Turbine und die austretende Luft muß in ihrer Strömungsrichtung um 180° gedreht werden, um den Bohrer verlassen zu können. Bei dieser

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Umleitung entsteht ein beträchtlicher Rückstau, der die Leistung des Bohrers reduziert.

Darüber hinaus verwenden die bekannten Bohrer verhältnismäßig kompliziert konstruierte Gehäuse, Manschetten und sich quer erstreckende Leitungen und Öffnungen, die zusammen mit komplizierten inneren Strömungskanälen eine sehr umfangreiche Bearbeitung erfordern. Diese Komplikationen lassen die Herstellungskosten ungewöhnlich ansteigen und erfordern im allgemeinen größere Typen, um.eine bestimmte Leistung abzugeben.

Mit der vorstehenden Erfindung wird ein pneumatisch betätigter Bohrer für medizinische Zwecke vorgeschlagen, der diese Nachteile vermeidet. Bei der offenbarten Ausführungsform ist ein derartiger Bohrer mit einem einzigen Netzwerk zum Entlüften nach hinten versehen, daß von der Turbine nach vorne führt, um die Turbine mit der zurückströmenden Luft anzutreiben, und daß in einem Abgabeweg mit geringem Staudruck besteht. Zusätzlich wird mit der Erfindung ein baukastenartig aufgebautes Gehäuse vorgeschlagen, wobei komplexe Strömungeleitungen fUr die Luft durch einfaches Bohren hergestellt werden können. Dadurch wird die Massenherstellung erleichtert und es werden die Herstellungskosten insgesamt reduziert. Die Luftströmung wird durch ein eingebautes Ventil gesteuert, daß eine derartige Kontur hat, um eine variable Geschwindigkeitskontrolle in Obereinst immung mit der Lage eines nach hinten schiebbaren, gleitbaren Auslösers zu ermöglichen. Der Auslöser kann nach vorne geschoben werden, um die Turbinenspindel zu bremsen und/oder um das Lösen und Greifen einer vorne montierten Klemmhülse bzw. eines Backenlagers zu steuern, die mit einer Verkzeugbacke zusammenarbeitet, welche sich im Bohrer befindet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

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Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Bohrer nach der

Erfindung; . -

Fig. 2 einen vergrößerten Querschnitt längs der Linie

2-2 von Fig. 1; ■

Fig. 3 einen teilweisen Längsschnitt längs der Linie 3-3 von Fig. 2. .

Die Figuren und insbesondere Fig. 1 zeigen einen pneumatisch angetriebenen Bohrer für medizinische Zwecke mit einem in baukastenweise aufgebauten Gehäuse, das als Ganzes mit MC bezeichnet ist. Das Gehäuse schließt ein Turbinengehäuse 10, einen Auslöserabschnitt 11, einen Ventilabschnitt 12, einen Ventilzylinderabschnitt 13^Λ und einen Kopfabschnitt für eine ' Endverbindung 14 ein. Jeder der Abschnitte 11-13 ist kreisförmig ausgebildet und wird mit genau fluchtenden flachen Stirnflächen und mit sich längs erstreckenden Bohrungen für Verbindungsschrauben und mit Luftkanälen hergestellt, so daß diese Teile bzw. Abschnitte axial fluchtend übereinander und direkt anschließend aufeinander folgend mit dem rückwärtigen Ende des Turbinenabschnittes mittels länglicher Schrauben B fest verbunden werden können (vgl. Fig. 2 und 3).. Diese Schrauben sind in den Ventilzylinderabschnitt 13 eingelassen und sind in sich verjüngenden Löchern H verankert, die an der Rückseite des Turbinengehäuses 10 vorgesehen sind. Der Verbindungskopfabschnitt 14 ist auf das rückwärtige Ende des Ventilzylinderabschnittes 13 aufgeschraubt, um die Schrauben B abzudecken. Er ist mit einem Einlaß-Anschlußstück 15 zur Verbindung mit einer nicht gezeigten Druckluft.quelle versehen. Die Stirnseite des Kopfabschnittes 14 besitzt eine sich nach hinten erstreckende Auslaßöffnung 14P für Luft, über die die verbrauchte Luft nach hinten abgegeben werden kann.

Eine Turbine, die innerhalb des Turbinenabschnittes 10 angeordnet ist, schließt einen Rotorring 16 mit einer Antriebsspindel 17 ein, die darin gleiten kann. Die Spindel ist mit

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dem Rotorring kerbverzahnt oder verkeilt, um wie der Rotorring zu drehen, während ein axiales Verschieben der Spindel 17
möglich ist. Eine dreistufige Turbine ist dargestellt, die
Stirnschaufeln 18F, Mittelschaufeln 18C und rückwärtige
Schaufeln 18R hat, die durch stationäre Turbinenschaufeln 19
voneinander getrennt werden, und die mit der Rotorwelle über
eine Sicherungsmutter fest verbunden sind.

Der Rotorring 16 hat eine einstückige Verbreiterung 16F an der Stirnseite mit größerem Durchmesser, die mit einem Spannfutter 20 mit abgestuftem Durchmesser verschraubt ist, um eine Kammer 2OC für eine Schraubfeder 2OS zu definieren, die den sich nach vorne erstreckenden Teil der Antriebsspindel 17 umgibt. Die
Spindel 17 endet in einstückigen Klemmbacken 17C, die normalerweise nach innen gespannt sind, um mit dem Spannfutter 20
verkeilt zu werden, so daß eine nicht gezeigte Werkzeugbacke
eingeklemmt wird.

Das Turbinengehäuse schließt einen rückwärtigen Verbindungsabschnitt 21 ein, in dem die Verbindungsschrauben B verankert
sind. Der Verbindungsabschnitt 21 hat einen mit einem Außengewinde versehenen Teil, das in das rückwärtige Ende einer
Ummantelung 22 des Hauptturbinengehäuses geschraubt ist, die
einen nach innen gewendeten vorderen Flansch 22F hat, der fest ein Spannfuttergehäuse 23 trägt.

Das vordere Ende des Verbindungsabschnitts 21 hat einen nach
vorne vorstehenden Ring 21R, mit dem eine stationäre Traghülse 24 genau positioniert wird, die die stationären Turbinenflügel

19 trägt. Eine Lageranordnung 25 ist zwischen dem Spannfutter

20 und dem Spannfuttergehäuse 23 vorgesehen. Eine Lageranordnung 26 ist zwischen dem Rotorring 16 und der Rückseite des
Spannfuttergehäuses 23 vorgesehen. Eine Lageranordnung 27 ist zwischen der rückwärtigen Seite des Rotorringes 16 und dem
hintersten stationären Turbinenkranz 19 vorgesehen.

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Eine längliche ringförmige Luftzufuhrleitung 28 ist zwischen der stationären Hülse 24 und dem Hauptgehäuse 22 vorgesehen, und führt nach vorne vollständig hinter den Schaufelkranz 18F der Turbine und öffnet in ein- ringförmiges Stirngebiet, um die Luft im wesentlichen gleichförmig verteilt nach hinten zu leiten (vgl. Pfeil A in Fig. 1), und zwar in den Stirnturbinenkranz, um die Turbine beim Rückströmen zu passieren. Beim Betrieb teilt daher die Druckluft die Drehbewegung den Turbinenkränzen 18F, 18C und 18R, dem Rotorring 16 , der Antriebsspindel 1? und dem Spannfutter 20 mit, während die Hauptumhüllung 22 des Gehäuses, die stationäre Traghülse 24 und die Ummantelung 23 stationär bleiben.

Eine Einlaßöffnung 14A für die Luft führt axial durch den rückwärtigen Kopfabschnitt 14 und schließt ein Gebiet 13A ein, das in den Ventilkammerabschnitt 13 führt, welches eine exzentrisch angeordnete vergrößerte Passage 13C für eine Rückkehrfeder 29 einschließt. Die Lufteintrittsöffnung führt dann durch eine Kammer 12C für einen Ventilsitz, die einen versetzten Abschnitt 12A besitzt (vgl. Fig. 3), der mit einer Durchgangsbohrung 11A in Verbindung steht, die im Auslöserteil 11 vorgesehen ist. Der Auslöserteil 11 hat fernerhin eine Ventilführungsöffnung 11V für eine Betätigungsstange 30, die einstückig mit einem Ventil 31 ausgeformt ist, das eine sich verjüngende Steuerfläche für das durchströmende Medium hat, um die durchströmende Luft variabel steuern zu können. Die Durchgangsbohrung 11A des Auslöserabschnittes steht mit einem fluchtenden Bohrungsteil 21A in Verbindung, das am rückwärtigen Ende des Verbindungsabschnitts vorgesehen ist. Dieser fluchtende Bohrungsteil steht seinerseits mit einem schrägen Bohrungsteil 21B in Verbindung, das in die kreisförmige und sich nach vorne erstreckende Luftzufuhröffnung 28 öffnet, um die zuströmende Luft rings um die Stirnseite der Turbine zu leiten, so daß sie nach hinten durch die Turbine strömen kann.

Die Luftaustrittsöffnung schließt eine vergrößerte Sumpfkammer 1OE ein, die im allgemeinen kegelstumpfförraig im stirnseitigen

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Ende des Verbindungsabschnitts ausgebildet ist und an das rückwärtige Ende des Turbinenabschnitts anstößt. Der Sammelabschnitt bzw. Sumpf 1OE steht im wesentlichen gleichförmig verteilt mit dem rückwärtigen Gebiet der Turbine in Verbindung und ebenfalls mit einer winkeligen Bohrung 21E, die durch den Verbindungsabschnitt 21 führt. Der Rest der Abgabeöffnung besteht aus miteinander fluchtenden Bohrungen 11E, 12E und 13E, die in dem Auslöselabschnitt 11, dem Ventilsitzabschnitt 12 bzw. dem Ventilkammerabschnitt 13 vorgesehen sind. Da der Kopfabschnitt 14 über ein Gewinde verbunden ist, besitzt er eine ringförmige Abgabekammer 14E, so daß dort eine Verbindung mit der Abgabeöffnung des Ventilkammerabschnitts 13 bei jeder winkeligen Lage des Kopfabschnitte 14 besteht. Die ringförmige Abgabekammer 14S führt dann durch die Vielzahl von nach hinten gerichteten Entlüftungsöffnungen 14P, um die verbrauchte Luft weg vom lebenden Gewebe zu richten, auf das der Bohrer angesetzt ist.

Ein Handauslöser 32 kann auf der Ummantelung 22 gleiten und schließt einen einstückigen Verbindungsschaft 32S ein, der sich in Querrichtung in eine im allgemeinen rechteckig ausgeformte Buchse 11S erstreckt, die im Auslöserabschnitt ausgebildet ist. Der Verbindungsschaft 32S ist über einen Verbindungsstift 32P mit einer axialen Stange 33 verbunden, die gleitend in miteinander fluchtenden Führungsbohrungen montiert ist, welche im Auslöserabschnitt und im Verbindungsabschnitt ausgebildet sind.

Wird der Handauslöser 32 ganz nach vorne geschoben, so stößt die Gleitstange 33 an die Antriebsspindel 17 an und schiebt diese so nach vorne, daß die Klemmbackenanordnung 17C nach vorne aus dem Spannfutter 20 hervorsteht, so daß ein Werkzeug bzw. eine Werkzeugbacke eingesetzt werden kann. Die Feder 2OS leistet dieser nach vorne gerichteten Bewegung der Klemmbacke 17C Widerstand. Die Feder 2OS ist im Spannfutter enthalten. Wird der Handauslöser 32 losgelassen, so führt die Feder 2OS die Spindel 17 wieder in ihre Betriebslage und bev/irkt, daß die

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Klemmbacke 17C fest im Spannfutter 20 verkeilt wird, um die Werkzeugbacke zu halten. ' - - ■

Wird der Handauslöser 32 nach hinten geschoben, so hebt sich das Ventil 31 nach und nach vom Ventilsitzring 3TR ab. Die wirksame Größe der Öffnung zwischen dem Ventil 31 und dem Ventilsitzring hängt vom Betrag der Rückwärtsbewegung ab, die dem Handauslöser mitgeteilt wird. Entsprechend wird die Strömungsrate der einströmenden Luft abhängig vom Weg- reguliert, der dem Ventil vom Auslöser mitgeteilt wird, so daß die Geschwindigkeit dadurch eingestellt wird. Bei der Verwendung des Werkzeugs kann der Auslöser 32 teilweise nach vorne bewegt werden, worauf die Feder 29. das Ventil schließt. Zusätzlich ergibt die Führungsstange 33 Kontakt mit dem rückwärtigen Ende der Spindel 17, um eine Reibungsverzögerung zur Begrenzung der Bohrerdrehung zu erzeugen.

Es ergibt sich also, daß die Luft einem Umkehrweg folgt, der von den Pfeilen A an dem stirnseitigen Ende der Turbinenschaufeln angedeutet wird, und daß die Luft beim Zurückströmen durch die aufeinanderfolgenden Turbinenschaufelsätze expandiert, um den Drehmechanismus anzutreiben. Die verbrauchte Luft* die an der Rückseite des Schaufelsatzes 18R abgegeben wird," ^r ■ expandiert in den vergrößerten Sumpf 1OE, der gerade mit. dem rückwärtigen Ende des Gehäuses MC durch die miteinander fluchtenden Ausgangsbohrungen 21E,· 11E, 12E und 13E verbunden ist, so daß die Luft mit geringstmöglichem Staudruck abgegeben wird. Dadurch wird eine größtmögliche Leistungsabgabe erzielt, indem Verengungen im Strömungsweg der mit hoher Geschwindigkeit strömenden Luft vermieden werden. Diese Luft besitzt ein hohes expandierbares Volumen.

Die baukastenartige Zusammensetzung des Gehäuses ermöglicht es, daß die verschiedenen Bohrungen und Kammern sehr präzise "und mit hoher Geschwindigkeit hergestellt werden können. Jeder der Abschnitte 11 - 14 und 21 ist kreisförmig und hat Stirnflächen für ein leichtes axiales und winkeliges Fluchten-. Die

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Bohrungen können von der Stirnfläche gebohrt werden, und es ist möglich, Versetzungen und Winkel in den Leitungen vorzusehen. Der gemeinsame Satz von Schrauben B hält diese Abschnitte in vorbestimmter Weise miteinander fluchtend.

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Claims

Patentansprüche: _DSS£

Mit Druckluft angetriebener Turbinenbohrer für medizinische Zwecke mit einem Gehäuse mit einer darin drehbar angeordneten Turbine, ferner mit einer lösbaren Halteanordnung für ein Werkzeug, die von der Turbine betätigbar ist, und mit einem Auslöser zum Steuern der Zufuhr an Preßluft für die Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) Leitungen für die Luft hat, die einen Lüfteinlaß einschliessen, der an der rückwärtigen Seite der Turbine vorgesehen ist, ferner eine LuftzufuhrIeitung, die von dem Einlaß zu einem Stirngebiet der Turbine führt und rückwärts durch die Turbine und ihr dabei den Drehimpuls mitteilt, und mit einer Abgabeöffnung für die Luft, die von einem rückwärtigen Gebiet der Turbine zu einem Ausgang führt, der an der Rückseite der Turbine vorgesehen ist.
2. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse konzentrische teleskopartig angeordnete Hülsen hat, die die Turbine umgeben, und die ein längliches ringförmiges Gebiet für die Luftzufuhr ausbilden, um die einströmende Luft einem ringförmigen Stirngebiet der Turbinenanordnung zuzuführen, so daß die Luft nach hinten im wesentlichen gleichförmig verteilt der Turbine zugeführt wird.
3. Bohrer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsöffnung einen Sumpf (10E) einschließt, der im wesentlichen gleichförmig verteilt mit dem rückwärtigen Gebiet der Turbine in Verbindung steht, und daß eine im wesentlichen gerade Bohrung mit dem Sumpf in Verbindung steht und sich durch das Gehäuse erstreckt und durch den

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Ausgang am äußersten rückwärtigen Ende des Gehäuses nach außen abgibt,

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4. Bohrer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse konzentrische teleskopartige Hülsen einschließt, die die Turbinenanordnung umgeben, und die eine längliche ringförmige Luftzufuhröffnung definieren, in der einströmende Luft einem ringförmigen Stirngebiet der Turbinenanordnung zugeleitet wird, so daß die Luft nach hinten im wesentlichen gleichförmig verteilt in die Turbinenanordnung geführt wird.
5. Mit Druckluft angetriebener Turbinenborher für medizinische Zwecke mit einem Gehäuse mit einer darin drehbar angeordneten Turbine, ferner mit einer lösbaren Halteanordnung für ein Werkzeug, die von der Turbine betätigbar ist, und mit einem Auslöser zum Steuern der Zufuhr an Preßluft für die Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse bausatzartig aufgebaut ist und ein Turbinengehäuse mit einem rückwärtigen Verbindungsäbschnitt, einen Auslöserabschnitt, einen Ventilabschnitt und einen Ventilzylinderabschnitt (11 - 14) aufweist, die aufeinander folgend axial miteinander fluchten, wobei jeder der Abschnitte eine getrennte Luftzufuhröffnung am Ende und eine getrennte Luftabgabeöffnung am Ende hat, und daß eine Verbindung für die stirnseitig aneinandergelegten Abschnitte vorgesehen ist, wobei die Luftzufuhröffnungen aufeinander folgend miteinander fluchten und einen Luftzufuhrkanal ausbilden, und die Luftabgabeöffnungen aufeinander folgend miteinander fluchten und eine Luftabgabeleitung bilden.
6. Bohrer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Turbinengehäuse konzentrische teleskopartige Hülsen aufweist, die die Turbinenanordnung umgeben, und die eine

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längliche kreisförmige Luftzuführleitung ausbilden, in der die zuströmende Luft einem ringförmigen Stirngebiet der Turbinenanordnung zugeführt wird, so daß die Luft nach hinten im wesentlichen gleichförmig verteilt der Turbinenanordnung zugeführt wird.
7. Bohrer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeöffnung einenSumpf einschließt, der im wesentlichen gleichförmig verteilt mit dem rückwärtigen Gebiet der Turbinenanordnung in Verbindung steht, und daß eine im wesentlichen gerade Bohrung mit dem Sumpf in Verbindung steht und sich durch das Gehäuse erstreckt, um durch den Ausgang am äußersten rückwärtigen Ende des Gehäuses die Luft abzugeben.
8. Bohrer nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß der

Ventilabschnitt eine Luftzufuhröffnung mit einer exzentrischen Ventilkammer einschließt, die durch deren rückwärtige Fläche öffnet, sowie eine versetzte Passage, die durch deren Stirnfläche öffnet, daß der Auslöserabschnitt eine exzentrische Führungsbohrung einschließt, die durch seine rückwärtige Fläche öffnet und mit der Ventilkammer in Verbindung steht, um eine Ventilbetätigungsstange, eine axiale Führungsbohrung für eine Gleitstange zur Betätigung der lösbaren Werkzeughalterung und eine sich quer erstreckende Öffnungsbuchse aufnimmt, die die exzentrische Führungsbohrung und die axiale Führungsbohrung schneidet, und daß die Auslöseranordnung einen. Schaft hat, der sich durch die Buchse erstreckt und die Ventilbetätigungsstange und die Gleitstange zur Steuerung der Vor- und Zurückbewegung ergreift.

Der Patentanwalt:

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