AT509292B1 - Trepan - Google Patents
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Description
österreichisches Patentamt AT509 292 B1 2012-01-15Austrian Patent Office AT509 292 B1 2012-01-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Trepanbohrer für chirurgische, insbesondere zahnchirurgische Zwecke, umfassend einen Bohrerschaft, eine wenigstens teilweise von einem Hohlzylindermantel gebildete Bohrkrone und eine Kühlvorrichtung für die Bohrkrone.Description: [0001] The invention relates to a trephine drill for surgical, in particular dental surgical purposes, comprising a drill shaft, a drill bit at least partially formed by a hollow cylinder shell and a cooling device for the drill bit.
[0002] Die Entwicklung von Trepanbohrern reicht bis in die Antike zurück. Heute werden diese chirurgischen Instrumente zur Implantationsbettpräparation und Knochenentnahme bei Augmentationsverfahren in der Dentalchirurgie, in der Probenentnahme bei Knochenbiopsien und bei der Öffnung der Schädeldecke verwendet. Durch die hohen Drehgeschwindigkeiten von bis zu 6000 Umdrehungen in der Minute können die Bohrer im Gewebe sehr heiß werden, was zu einer Schädigung des umliegenden Gewebes führen kann. Hauptproblem bei der Kühlung von Trepanen ist die Zufuhr des Kühlmittels an den Punkt der Wärmeentwicklung, die primär an den Schneidezähnen des Bohrers entsteht. Durch die relativ dünne und parallele Zylinderwand, die in den Knochen eingetrieben wird, ist es mit der derzeitigen Methode der Kühlung von außen nicht möglich, die Kühlflüssigkeit bis zu der Schneide zu transportieren. Dieser Effekt verstärkt sich besonders bei größeren Bohrtiefen. Ebenso ist die Kühlmittelzufuhr über Kühlfenster als kritisch anzusehen, da durch die Rotation des Bohrers das Kühlmittel an der Fensterwand eher zerstäubt bzw. weggeschleudert wird, als dass diese über das Fenster in die Tiefe eindringen kann.The development of Trepanbohrern goes back to ancient times. Today, these surgical instruments are used for implantation bed preparation and bone removal in augmentation procedures in dental surgery, in bone biopsy specimens, and in the opening of the skull. Due to the high rotational speeds of up to 6000 revolutions per minute, the drills in the tissue can become very hot, which can lead to damage to the surrounding tissue. The main problem with the cooling of trephines is the supply of the coolant at the point of heat generation, which arises primarily at the cutting teeth of the drill. Due to the relatively thin and parallel cylinder wall, which is driven into the bone, it is not possible with the current method of cooling from the outside, to transport the cooling liquid to the cutting edge. This effect is particularly pronounced with larger drilling depths. Likewise, the coolant supply via the cooling window is to be regarded as critical, since the coolant is sprayed on the window wall rather than thrown by the rotation of the drill, than that this can penetrate through the window in the depth.
[0003] Das Dokument DE 32 02 193 A1 zeigt eine Kühlvorrichtung für ein Knochenschleifinstrument, bei welchem das Kühlmittel in den Hohlzylinder des Schleifkopfs mündet. Das Dokument EP 0 373 111 A2 zeigt eine Kühlvorrichtung, bei der das Kühlmittel in den vom Hohlzylinder begrenzten Hohlraum mündet.The document DE 32 02 193 A1 shows a cooling device for a bone grinding instrument, in which the coolant opens into the hollow cylinder of the grinding head. The document EP 0 373 111 A2 shows a cooling device, in which the coolant opens into the cavity bounded by the hollow cylinder.
[0004] Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Kühlung von Trepanbohrern zu verbessern und insbesondere eine effiziente Kühlung gezielt an denjenigen Stellen des Trepanbohrers zu gewährleisten, die einer besonderen thermischen Belastung ausgesetzt sind.The invention now aims to improve the cooling of Trepanbohrern and in particular to ensure efficient cooling targeted to those points of Trepanbohrers that are exposed to a special thermal load.
[0005] Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Trepanbohrer der eingangs genannten Art erfin-dungsgemäß im Wesentlichen derart weitergebildet, dass die Kühlvorrichtung wenigstens einen im Hohlzylindermantel der Bohrkrone verlaufenden, einen geschlossenen Querschnitt aufweisenden Kühlkanal umfasst. Durch die Anordnung wenigstens eines Kühlkanals im Inneren des Hohlzylindermantels kann das Kühlmittel nahezu unmittelbar an den Ort der Wärmeentwicklung herangeführt werden und dadurch eine effiziente Kühlleistung gewährleisten. Der Verlauf des Kühlkanals im Inneren des Hohlzylindermantels kann den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend gewählt sein, wobei eine bevorzugte Weiterbildung jedoch vorsieht, dass wenigstens ein Abschnitt des wenigstens einen Kühlkanals in einem dem schneidenden Ende des Bohrkopfes benachbarten Bereich des Hohlzylindermantels verläuft. Die Kühlkanäle sind dabei so in den Hohlzylindermantel eingearbeitet, dass das Kühlmittel innerhalb des Mantels direkt und nahe zu den Schneiden der Bohrkrone geleitet wird. Dadurch wird eine gleich bleibende Kühlung unabhängig von der jeweiligen Bohrtiefe gewährleistet.To achieve this object, the trepan drill of the type mentioned in accordance with the invention substantially further developed such that the cooling device comprises at least one running in the hollow cylinder shell of the drill bit, a closed cross-section having cooling channel. By arranging at least one cooling channel in the interior of the hollow cylinder jacket, the coolant can be brought almost directly to the location of the heat development and thereby ensure efficient cooling performance. The course of the cooling channel in the interior of the hollow cylinder jacket can be selected according to the respective requirements, wherein a preferred development, however, provides that at least a portion of the at least one cooling channel extends in an area adjacent to the cutting end of the drill head region of the hollow cylinder jacket. The cooling channels are incorporated in the hollow cylinder shell so that the coolant is passed within the shell directly and close to the cutting edges of the drill bit. As a result, a constant cooling is guaranteed regardless of the respective drilling depth.
[0006] Dadurch, dass der wenigstens eine Kühlkanal erfindungsgemäß einen geschlossenen Querschnitt aufweist, was nichts anderes bedeutet, als dass der Kühlkanal vollständig im Inneren des Hohlzylindermantels verläuft, kann ein Verstopfen des Kühlkanals verhindert werden.Characterized in that the at least one cooling channel according to the invention has a closed cross section, which means nothing else than that the cooling channel extends completely inside the hollow cylinder jacket, clogging of the cooling channel can be prevented.
[0007] Die Kühlleistung setzt sich aus einer Mehrzahl von Faktoren zusammen, wie beispielsweise aus dem Verlauf und der Länge des wenigstens einen Kühlkanals sowie aus der je Zeiteinheit durch den Kühlkanal fließenden Kühlmittelmenge. Zur Verbesserung der Kühlleistung ist es bei der erfindungemäßen Ausbildung ohne weiters möglich, ein entsprechend vorgekühltes Kühlmittel, und insbesondere Wasser, zu verwenden.The cooling power is composed of a plurality of factors, such as from the course and the length of the at least one cooling channel and from the per unit time flowing through the cooling passage coolant. To improve the cooling capacity, it is in the erfindungemäßen training without further possible to use a suitably pre-cooled coolant, and in particular water.
[0008] Zur Versorgung mit Kühlmittel weist der Trepanbohrer einen geeigneten Anschluss auf, wobei in diesem Zusammenhang bevorzugt vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Kühlkanal über eine von einer zentralen Bohrung im Bohrerschaft gebildeten Zuleitung gespeist ist. Von der zentralen Zuleitung wird das Kühlmittel in der Folge durch den wenigstens einen Kühl- 1 /11 österreichisches Patentamt AT509 292 B1 2012-01-15 kanal geleitet, wobei zur Ableitung des Kühlmittels bevorzugt vorgesehen ist, dass der wenigstens eine Kühlkanal eine die Außenfläche der Bohrkrone durchsetzende Austrittsöffnung aufweist.For supplying coolant, the trepan drill has a suitable connection, wherein it is preferably provided in this context that the at least one cooling channel is fed via a supply line formed by a central bore in the drill shank. From the central supply line, the coolant is subsequently passed through the at least one cooling channel, whereby it is preferably provided for the discharge of the coolant that the at least one cooling channel forms the outer surface of the coolant Having drill bit passing through the outlet opening.
[0009] Mit Rücksicht auf die hohen Drehgeschwindigkeiten bis zu 6000 Umdrehungen in der Minute muss bei Trepanbohrern besonders darauf acht gegeben werden, dass keine Unwucht auftritt. Eine Unwucht kann insbesondere aufgrund einer über den Umfang des Hohlzylindermantels ungleichen Massenverteilung auftreten. Um sicherzustellen, dass die für die Ausbildung des Kühlkanals bzw. der Kühlkanäle erforderlichen Materialaussparungen zu keiner Unwucht führen, ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung vorgesehen, dass der Kühlkanal bzw. die Kühlkanäle in Bezug auf die Rotationsachse des Trepanbohrers achsensymmetrisch ausgebildet ist bzw. sind.With regard to the high rotational speeds up to 6000 revolutions per minute must be given in Trepanbohrern particularly careful that no imbalance occurs. An imbalance can occur in particular due to an uneven mass distribution over the circumference of the hollow cylinder jacket. In order to ensure that the material recesses required for the formation of the cooling channel or the cooling channels do not lead to imbalance, it is provided according to a preferred development that the cooling channel or cooling channels is or are axially symmetrical with respect to the axis of rotation of the trephine drill.
[0010] Wie bereits erwähnt, ist eine besonders intensive Kühlung beim Trepanbohrer vor allem in Schneidkantennähe erforderlich. Zu diesem Zweck ist bevorzugt vorgesehen, dass der wenigstens eine Kühlkanal in einem dem schneidenden Ende des Bohrkopfes benachbarten Bereich in axialer Richtung verbreitert ausgebildet ist. Durch die Verbreiterung des wenigstens einen Kühlkanals in demjenigen Bereich, in welchem die größte Wärmeentwicklung auftritt, wird sichergestellt, dass eine entsprechend größere Oberfläche bereitgestellt wird, an welcher ein Wärmeaustausch mit dem Kühlmedium stattfinden kann. Eine Erhöhung der Kühlleistung gelingt auch dadurch, dass, wie es einer besonders bevorzugten Weiterbildung entspricht, der wenigstens eine Kühlkanal in einem dem schneidenden Ende des Bohrkopfes benachbarten Bereich mäanderartig verlaufend ausgebildet ist.As already mentioned, a particularly intensive cooling Trepenbohrer especially in cutting edge proximity is required. For this purpose, it is preferably provided that the at least one cooling channel is widened in the axial direction in a region adjacent to the cutting end of the drill head. By widening the at least one cooling channel in the region in which the greatest heat development occurs, it is ensured that a correspondingly larger surface area is provided, at which a heat exchange with the cooling medium can take place. An increase in the cooling capacity is also achieved by the fact that, as is the case with a particularly preferred development, the at least one cooling channel is formed in a meandering manner in an area adjacent to the cutting end of the drill head.
[0011] Eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Kühlleistung besteht bevorzugt darin, dass der wenigstens eine Kühlkanal in einem dem schneidenden Ende des Bohrkopfes benachbarten, insbesondere in Umfangsrichtung verlaufenden Bereich den Kühlmittelstrom mehrfach umlenkende Einbauten, insbesondere den Kühlkanal in radialer Richtung durchsetzende Wandstützen, aufweist. Die mehrmalige Umlenkung des Kühlmittelstroms führt dabei zu einer teilweisen Verwirbelung des Kühlmittels sowie zu einer turbulenten Strömung, die den Wärmeaustausch zwischen Kühlmedium und Hohlzylindermantel intensiviert.Another measure for increasing the cooling capacity is preferably that the at least one cooling channel adjacent to the cutting end of the drill head, in particular extending in the circumferential direction area the coolant flow multiple deflecting fittings, in particular the cooling passage in the radial direction passing through wall supports. The repeated deflection of the coolant flow leads to a partial turbulence of the coolant and to a turbulent flow, which intensifies the heat exchange between the cooling medium and the hollow cylinder jacket.
[0012] Ein besonders vorteilhafter Verlauf des wenigstens eines Kühlkanals ergibt sich gemäß einer bevorzugten Weiterbildung dadurch, dass der wenigstens eine Kühlkanal im wesentlichen U-förmig verlaufend ausgebildet ist, wobei der die beiden U-Schenkel verbindende Abschnitt des Kühlkanals zur mehrfachen Umlenkung des Kühlmittelstroms ausgebildet ist. Dabei bilden die beiden U-Schenkel einen überaus direkten und kurzen Zu-bzw. Ableitungsweg, sodass das Kühlmittel ohne Umweg der besonders kritischen Zone in Schneidkantennähe zugeführt wird, in welcher im die beiden U-Schenkel verbindenden Abschnitt eine mehrfache Umlenkung des Kühlmittelstroms und dadurch ein besonders intensiver Wärmeaustausch erfolgt. Eine derartige Ausbildung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Mehrzahl derartiger U-förmig verlaufender Kühlkanäle und insbesondere zwei in Bezug auf die Rotationsachse des Trepanbohrers diametral gegenüber liegende Kühlkanäle vorgesehen sind, die beide von der zentralen Zuleitung gespeist werden und jeweils eine gesonderte Austrittsöffnung aufweisen.A particularly advantageous profile of the at least one cooling channel results according to a preferred development in that the at least one cooling channel is formed substantially U-shaped extending, wherein the connecting portion of the cooling channel for the two U-legs for multiple deflection of the coolant flow is. The two U-legs form a very direct and short to or. Discharge way, so that the coolant is supplied without detour of the most critical zone in the cutting edge near, in which in the two U-leg connecting section a multiple deflection of the coolant flow and thereby a particularly intense heat exchange takes place. Such a design is particularly advantageous when a plurality of such U-shaped extending cooling channels and in particular two with respect to the axis of rotation of the trephine diametrically opposite cooling channels are provided, both fed by the central supply line and each having a separate outlet opening.
[0013] Zwei oder mehrere mit mehrfacher Umlenkung des Kühlmittels ausgebildete Kühlkanalabschnitte können aber auch untereinander verbunden sein, und es ist in diesem Zusammenhang die Ausbildung derart getroffen, dass der wenigstens eine Kühlkanal wenigstens zwei Bereiche mit mehrfacher Umlenkung des Kühlmittels aufweist, die durch einen in Umfangsrichtung verlaufenden Kühlkanalabschnitt miteinander verbunden sind.Two or more formed with multiple deflection of the coolant cooling duct sections may also be interconnected, and it is in this context the formation made such that the at least one cooling channel has at least two areas with multiple deflection of the coolant through a in Circumferentially extending cooling channel portion are interconnected.
[0014] Wie an sich bekannt, kann der Hohlzylindermantel bevorzugt wenigstens ein Fenster aufweisen. Ein derartiges Fenster führt zu einer Innenbelüftung des Bohrkopfs durch Umgebungsluft. Bevorzugt ist ein derartiges Fenster in einem von Kühlkanälen freien Umfangsbereich der Hohlzylinderwand ausgebildet.As is known per se, the hollow cylinder shell may preferably have at least one window. Such a window leads to an internal ventilation of the drill head by ambient air. Such a window is preferably formed in a peripheral region of the hollow cylinder wall that is free of cooling channels.
[0015] Prinzipiell ist es möglich, das aus dem wenigstens einen Kühlkanal über die Austrittsöffnung austretende Kühlmedium frei entweichen zu lassen. Das entweichende Kühlmedium bildet 2/11 österreichisches Patentamt AT509 292 B1 2012-01-15 dabei jedoch aufgrund der hohen Drehgeschwindigkeit einen Kühlmittelnebel, der die freie Sicht zum Anwendungsort behindern kann. Bevorzugt ist daher vorgesehen, dass die Austrittsöffnung von einer Auffangvorrichtung für das Kühlmittel Übergriffen wird. In konstruktiv besonders einfacher Weise kann dabei bevorzugt vorgesehen sein, dass die Auffangvorrichtung von einer den Hohlzylindermantel im Bereich der Austrittsöffnung umgebenden bzw. umgreifenden Sammelkappe gebildet ist.In principle, it is possible to let escape from the at least one cooling channel exiting through the outlet cooling medium freely. However, due to the high rotational speed, the escaping cooling medium forms a coolant mist which can hinder a clear view of the place of application. It is therefore preferably provided that the outlet opening is engaged by a collecting device for the coolant. In a structurally particularly simple manner, it may be preferable to provide that the collecting device is formed by a collecting cap surrounding or encompassing the hollow cylinder jacket in the area of the outlet opening.
[0016] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In dieser zeigen [0017] Fig. 1 [0018] Fig. 2 [0019] Fig. 3 [0020] Fig. 4 [0021] Fig. 5 [0022] Fig. 6 [0023] Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines Trepanbohrers in einer ersten Ausbildung, eine Ansicht des Trepanbohrers gemäß dem Pfeil II der Fig. 1, einen Schnitt gemäß der Linie lll/lll der Fig. 2, einen Schnitt gemäß der Linie IV/IV der Fig. 2, eine Ansicht des Trepanbohrers, bei welcher der Außenmantel entfernt wurde, eine Ansicht des Kühlkanals, eine perspektivische Ansicht eines Trepanbohrers in einer abgewandelten Ausbildung, [0024] Fig. 8 eine Ansicht des Trepanbohrers gemäß Fig. 7, bei welcher der Außenmantel entfernt wurde, [0025] Fig. 9 den Kühlkanal des Trepanbohrers gemäß den Fig. 7 und 8, [0026] Fig. 10 einen Kühlkanal in einer abgewandelten Ausbildung, [0027] Fig. 11 eine Schnittansicht eines Trepanbohrers mit Sammelkappe und [0028] Fig. 12 den Tepanbohrer gemäß Fig. 11 in einer perspektivischen Ansicht.The invention will be explained in more detail with reference to embodiments schematically illustrated in the drawings. Fig. 3 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 Fig. 6 Fig. 6 Fig. 7 is a perspective view of a trephine drill in a first embodiment, a view of the trephine drill according to the arrow II of Fig. 1, a section along the line III / III of Fig. 2, a section along the line IV / IV of Fig. 2, a view of Trepanbohrers, at a view of the cooling channel, a perspective view of a trephine drill in a modified embodiment, Fig. 8 shows a view of the trephine drill according to Fig. 7, in which the outer jacket has been removed, Fig. 9 the 7 shows a cooling channel in a modified embodiment, FIG. 11 shows a sectional view of a trephine drill with collecting cap, and FIG. 12 shows the Tepan drill according to FIG. 11 in FIG a perspective view.
[0029] In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Trepanbohrer 1 dargestellt, der einen Bohrerschaft 2 sowie eine Bohrkrone 3 mit Schneidzähnen 4 aufweist. Die Bohrkrone 3 ist hierbei von einem Hohlzylinder gebildet, dessen Hohlzylindermantel mit 5 bezeichnet ist. Bei einer Rotation des Trepanbohrers um die Rotationsachse 6 erzeugen die Schneidzähne 4 einen ringförmigen Schnitt, wobei der Bohrkern im Inneren des Hohlzylindermantels 5 aufgenommen wird. Der Trepanbohrer weist zwei im Inneren des Hohlzylindermantels verlaufende Kühlkanäle auf, die über eine zentrale Bohrung 7 im Bohrerschaft 2 gespeist werden. Die Austrittsöffnung eines der beiden Kühlkanäle ist mit 15 bezeichnet. In Fig. 1 ist weiters ersichtlich, dass die Bohrkrone 3 zwei Fenster 9 aufweist.In Fig. 1, an inventive trephine drill 1 is shown, which has a drill shank 2 and a drill bit 3 with cutting teeth 4. The drill bit 3 is in this case formed by a hollow cylinder, whose hollow cylinder shell is denoted by 5. Upon rotation of the trephine drill about the axis of rotation 6, the cutting teeth 4 generate an annular cut, wherein the core is received in the interior of the hollow cylinder shell 5. The trephine drill has two inside the hollow cylinder jacket extending cooling channels, which are fed via a central bore 7 in the drill shank 2. The outlet opening of one of the two cooling channels is denoted by 15. In Fig. 1 is further seen that the drill bit 3 has two windows 9.
[0030] Der Bohrerschaft 2 weist an seinem freien Ende einen Kupplungsflansch 10 auf, an welchem ein nicht näher dargestellter Rotationsantrieb angreift.The drill shank 2 has at its free end a coupling flange 10, on which a rotational drive not shown engages.
[0031] In der Ansicht gemäß Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Zuleitung für die Kühlkanäle von einer zentralen Bohrung im Bohrerschaft 2 gebildet ist. Wie insbesondere in der Schnittansicht der Fig. 3 zu erkennen ist, mündet die Zuleitung 7 in zwei Kühlkanäle 11, die zunächst im Inneren eines kegeligen Abschnitts der Bohrkrone 3 und in der Folge im Inneren des Hohlzylindermantels 5 in Richtung zu dem die Schneidezähne 4 aufweisenden Endbereich verlaufen. In dem dem schneidenden Ende benachbarten Bereich des Kühlkanals 11 wird das Kühlmittel in Umfangsrichtung umgelenkt und gelangt in einen relativ breiten Bereich des Kühlkanals, in welchem das Kühlmittel mehrfach umgelenkt wird. Für die Zwecke der Umleitung weist der Kühlkanal 11 in diesem Kühlbereich mehrere, den Kühlkanal 11 radial durchsetzende Wandstützen 12 auf, die von der Außenwand 13 zur Innenwand 14 des Hohlzylindermantels reichen. In der Schnittdarstellung gemäß Fig. 4 ist derjenige Bereich der Kühlkanäle 11 ersichtlich, über welchen die Ableitung des Kühlmittels erfolgt. Die Kühlkanäle weisen zu diesem Zweck jeweils eine die Außenfläche der Bohrkrone 3 durchsetzende Austrittsöffnung 15 auf.In the view of FIG. 2 it can be seen that the supply line for the cooling channels is formed by a central bore in the drill shank 2. As can be seen in particular in the sectional view of FIG. 3, the feed line 7 opens into two cooling channels 11, which are initially inside a conical portion of the drill bit 3 and subsequently in the interior of the hollow cylinder jacket 5 in the direction of the end teeth having the cutting teeth 4 run. In the area adjacent to the cutting end of the cooling channel 11, the coolant is deflected in the circumferential direction and enters a relatively wide region of the cooling channel, in which the coolant is deflected several times. For the purpose of diversion, the cooling channel 11 in this cooling region on several, the cooling channel 11 radially passing through wall supports 12, which extend from the outer wall 13 to the inner wall 14 of the hollow cylinder jacket. In the sectional view of FIG. 4 that portion of the cooling channels 11 can be seen, via which the discharge of the coolant takes place. The cooling channels have for this purpose in each case a the outer surface of the drill bit 3 passing through the outlet opening 15.
[0032] Die Ausgestaltung des Kühlkanals ist besonders deutlich in Fig. 5 ersichtlich, in welcher 3/11The design of the cooling channel is particularly clear in Fig. 5 can be seen in which 3/11
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