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WO2003017857A1 - Vorrichtung zur begrenzung eines zu übertragenden drehmomentes - Google Patents

Vorrichtung zur begrenzung eines zu übertragenden drehmomentes Download PDF

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Publication number
WO2003017857A1
WO2003017857A1 PCT/CH2001/000517 CH0100517W WO03017857A1 WO 2003017857 A1 WO2003017857 A1 WO 2003017857A1 CH 0100517 W CH0100517 W CH 0100517W WO 03017857 A1 WO03017857 A1 WO 03017857A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
longitudinal axis
housing
toothings
shaft
torque
Prior art date
Application number
PCT/CH2001/000517
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Hehli
Beat Knuchel
Rolf Schneider
Original Assignee
Synthes Ag Chur
Synthes (U.S.A.)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Synthes Ag Chur, Synthes (U.S.A.) filed Critical Synthes Ag Chur
Priority to CA002496001A priority Critical patent/CA2496001C/en
Priority to PCT/CH2001/000517 priority patent/WO2003017857A1/de
Priority to TW091113324A priority patent/TW576726B/zh
Publication of WO2003017857A1 publication Critical patent/WO2003017857A1/de
Priority to US10/785,795 priority patent/US7025151B2/en

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/88—Osteosynthesis instruments; Methods or means for implanting or extracting internal or external fixation devices
    • A61B17/8875—Screwdrivers, spanners or wrenches
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/141—Mechanical overload release couplings
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
    • A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
    • A61B2090/031—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety torque limiting

Definitions

  • the invention relates to a device for limiting a torque to be transmitted, according to the preamble of patent claim 1.
  • bone screws are often self-drilling and self-tapping and are screwed into the bone with a drill or similar device.
  • the maximum torque, which is effective on the bone screw and thus on the threaded connection between bone screw and bone, should be limited to a certain value.
  • a device for limiting the maximum torque that can be applied to a screw during a surgical procedure is known from US 6,132,435 YOUNG.
  • This known device comprises a driving shaft, which contains a disc-shaped segment with arranged on a concentric circle to the axis of rotation bores for receiving balls, an abortive shaft segment which includes a likewise disc-shaped segment with complementary to the bores, dome-shaped recesses, and a housing wherein the driving shaft and the driven shaft segment are supported.
  • the balls are pressed by means of springs in the recesses in the disc-shaped segment of the abortive shaft segment, wherein the spring force is adjustable by loosening or tightening a threaded connection between the disc-shaped segment on the driving shaft and the housing.
  • a disadvantage of this known device is that the same maximum torque is transmitted in both directions. This is unfavorable in the surgical technique, when the bone screw is slightly ingrown during explantation and thereby the release torque is increased.
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention has for its object to provide a device which allows the transmission of a once set maximum torque only in a desired direction of rotation, while in the other direction of rotation, for example, for loosening bone screws, the transmittable torques may be larger or smaller.
  • the device according to the invention essentially comprises two transmission parts arranged coaxially with respect to a longitudinal axis and a likewise coaxially arranged housing for supporting the transmission parts, wherein at least one of the transmission parts is rotatably mounted about the longitudinal axis in the housing. Furthermore, elastic means are inserted in the housing. Also in the housing clamping means are arranged, by means of which the elastic means can be prestressed to a desired biasing force.
  • the transmission parts are provided with complementary teeth which can be brought into engagement with one another and which can be pressed against each other by the elastic means and the maximum transmissible torque can be limited by the biasing force of the elastic means.
  • the housing may be formed as a handle, so that the transmission parts can be integrated directly into the handle.
  • the flank angle of the teeth on the teeth are preferably unequal in size, so that the asymmetric configuration of the teeth allows a torque transmission whose maximum transmittable torque is not equal in both directions of rotation.
  • the passive during the torque transmission in the desired direction of rotation tooth flanks of the two teeth close with the perpendicular to the longitudinal axis diameters of the transmission parts an angle ß, which is between 45 ° and 90 °.
  • tooth flanks of the two teeth close with the standing perpendicular to the longitudinal axis
  • the transmission parts an angle ⁇ , which may be between 1 ° and 45 °.
  • the tooth flanks be designed such that the angle ⁇ A on the outer diameter of the teeth and the angle ⁇ on the inner diameter of the teeth are designed unequal size. This results in a line contact on the entire tooth width and no punctiform load, which has a negative effect in particular on the wear properties.
  • the teeth of the two teeth open rounded in the respective end face.
  • the radii of these roundings amount to between 0.1 mm and 1, 0 mm. By choosing this radius, the wear behavior can be optimized.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section through an embodiment of the inventive device.
  • FIG. 2 shows a view of the first and second transmission part of an embodiment of the device according to the invention
  • 3 shows a detail of the teeth of the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a view of the first transmission part of a further embodiment of the device according to the invention.
  • Fig. 5 is a longitudinal section through a further embodiment of the inventive device.
  • Fig. 1 an embodiment of the inventive device is shown, which allows a torque transmission between a first shaft 1 and a second shaft 2.
  • the two waves 1; 2 are arranged coaxially to the longitudinal axis 5 and each directly or indirectly coupled to one of the transmission parts 3, 4.
  • the torque is transmitted via the mutually complementary toothings 11, 12 attached to the opposite end faces 8, 9 of the transmission parts 3, 4.
  • the first transmission part 3 is rotatably mounted in the housing 10 about the longitudinal axis 5 while the second transmission part 4 is connected to the housing rotationally stable.
  • the second shaft 2 is fixed at its front end 13 at the second end 24 of the housing 10.
  • the housing 10 has a longitudinal axis 5 coaxial cavity 19, a first end 25 and a second end 24, wherein the second end 24 adjacent to the second shaft 2.
  • the cavity 19 is open at the first end 25 of the housing 10, so that the first and the second transmission part 3, 4 can be arranged in the cavity 19.
  • a thrust bearing 26 is arranged in the cavity 19, which axially adjacent the first transmission part 3 can be brought to bear.
  • Both transmission parts 3, 4 are bored concentrically with a bore 27, wherein the diameter of the bore 27 in the second transmission part 4 is greater than in the first transmission part 3, so that the front segment 28 of the first shaft 1 through the second transmission part 4 is feasible and axially then at the second end 24 of the housing 10, for example by means of a pin 29, which in a transverse bore 33 perpendicular to the longitudinal axis 5 through the front segment 28 of the first Shaft 1 and the first transmission part 3 can be inserted, with the first transmission part 3 is detachably connectable.
  • the second transmission part 4 is axially and rotationally movably mounted on the central segment 30 of the first shaft 1, so that the end face 8 of the first transmission part 3 of the end face 9 of the second transmission part 4 is opposite and arranged on the end faces 8, 9 gears 11; can intervene.
  • the middle segment 30 of the first shaft 1 has a larger diameter than the front segment 28, so that on the first shaft 1 between the front and the middle segment 30, a shoulder 31 is formed, to which the first transmission part 3 can be brought into abutment.
  • the first shaft 1 is thus held axially by the first transmission part 3, while the torque transmission through the pin 29 can be produced.
  • the torque transmission between the second shaft 2 fixedly connected to the housing 10 and the second transmission part 4 via Nutensteine 18 which are peripherally mounted on the second transmission part 4 and axially slidable in the housing 10 are accommodated in parallel to the longitudinal axis 5 grooves 20.
  • the elastic means 7 are clamped axially between the second transmission part 4 and a tensioning means 6, wherein the tensioning means 6 in this embodiment consists of a screw which can be screwed into a complementary internal thread 32 at the first end 25 of the housing 10.
  • the clamping means 6 are also arranged concentrically to the longitudinal axis 5 and pierced coaxially, so that the central segment 30 of the first shaft 1 by the clamping means 6 is feasible.
  • a radial bearing 34 which may be embodied for example as a ball bearing.
  • the contact pressure of the elastic means 7 is adjustable by its bias, wherein the bias is adjustable by axially screwing or unscrewing the clamping means 6 in the cavity 19 of the housing 10. To operate the clamping means 6, this is provided at the end which is located at the first end 25 of the housing 10 with recesses 35 for receiving a screwdriver. 2 shows the two transmission parts 3, 4 of an embodiment of the device according to the invention.
  • the toothings 11, 12 on the transmission parts 3, 4 are of asymmetrical design, the active tooth flanks 16 of both toothings 11, 12 enclosing the perpendicular to the longitudinal axis 5 diameter of the transmission parts 3, 4 an angle ⁇ , which in the embodiment shown here 20 °.
  • the passive tooth flanks 15 enclose an angle ⁇ with the diameter of the transmission parts 3, 4, which is 45 ° in the embodiment shown here.
  • Fig. 3 shows a detail of the teeth 11, 12 shown in Fig. 2, wherein in this embodiment, the teeth 17 are provided at their tooth tips with rounded portions which have a radius R.
  • FIG. 4 shows the first transmission part 3 of a further embodiment of the device according to the invention.
  • the tooth tips of the toothing 11 lie on the annular end face 8 of the first transmission part 3.
  • This annular end face 8 has an outer diameter D A and an inner diameter Di on.
  • the teeth 17 are also formed asymmetrically here.
  • the active in the desired direction of rotation for torque transmission tooth flanks 16 have a varying between the outer diameter D A and the inner diameter Di of the end face 8 angle ⁇ , wherein the angle ⁇ A at the outer diameter D A is smaller than the angle ⁇ on the inner diameter D
  • the passive in the desired direction of rotation tooth flanks 15 close with the end face 8 an angle ß of 90 °.
  • the toothing 12 on the second transmission part 4 (not shown) is designed complementary to the toothing 11 on the first transmission part 3.
  • the teeth 17 may also be provided as shown in Fig. 3 with rounded at the tooth tips.
  • the embodiment of the device according to the invention shown in FIG. 5 comprises, analogously to the embodiment shown in FIG. 1, a driving, first shaft 1 which is fixedly connected to the first transmission part 3 and differs only in the configuration of the second end 24 of the housing 10, where the torque applied by the first shaft 1 to a second shaft 2 and a tool or instrument (not shown) is transmitted.
  • the second shaft 2 is releasably secured by means of a locking mechanism 23 at the second end 24 of the housing 10.
  • the locking mechanism 23 is designed here as a bayonet closure.
  • the locking mechanism 23 is operated by means of an operating handle 36 which is connected with respect to the longitudinal axis 5 axially displaceable with the second end 24 of the housing 10.
  • a bolt 22 mounted perpendicular to the longitudinal axis 5 movable. Further, the bolt 22 is movably connected to the second end 24 of the housing 10 in a notch 21 extending obliquely to the longitudinal axis 5, so that upon an axial movement of the operating handle 36 in the direction of the first end 25 of the housing 10 by the inclination of the notch 21 of the Bolt 22 from the notch 21 is unlatched.
  • the second shaft 2 is provided at its front end 13 with a groove 39 arranged peripherally at the front end 13 of the shaft 2.
  • the bolt 22 engages in this groove 39, whereby the second shaft 2 is axially fixed in the housing 10.
  • a partially radially into the bore 40 protruding cam 41 is mounted in the particular for receiving the second shaft 2, coaxial with the longitudinal axis bore 40 40, which with a groove or flattening 42 at the second shaft 2 is engageable.
  • this is held in the latched position of the locking mechanism 23 by a spring 38, which causes a pressure force in the direction of the second shaft 2 from the housing 10.
  • a slider 37 is inserted between the force acting on the bolt 22 end of the spring 38 and the pin 22.

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Abstract

Vorrichtung zur Begrenzung eines zu übertragenden Drehmomentes umfassend A) mindestens zwei zu einer Längsachse (5) koaxial angeordnete Übertragungsteile (3; 4); B) ein koaxial angeordnetes Gehäuse (10), worin die Übertragungstelle (3; 4) aufnehmbar sind und mindestens eines der Übertragungsteile (3; 4) um die Längsachse (5) rotierbar gelagert ist; C) elastische Mittel (7); und D) Spannmittel (6), mittels welcher die elastischen Mittel (7) auf eine gewünschte Vorspannkraft vorspannbar sind, wobei E) die Übertragungsteile (3; 4) mit komplementären, ineinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen (11; 12) ausgestattet sind, welche durch die elastischen Mittel (7) gegeneinander pressbar sind und durch die Vorspannkraft der elastischen Mittel (7) das maximal übertragbare Drehmoment begrenzbar ist.

Description

Vorrichtung zur Begrenzung eines zu übertragenden Drehmomentes
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Begrenzung eines zu übertragenden Drehmomentes, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei osteosynthetischen Frakturbehandlungen oder im Falle einer Implantation von künstlichen Gelenken werden oft Implantate, beispielsweise Knochenplatten oder Implantatteile mittels Knochenschrauben am Knochen fixiert. Solche Knochenschrauben sind oft selbstbohrend und selbstschneidend und werden mit einer Bohrmaschine oder ähnlichem Gerät in den Knochen eingeschraubt. Dabei soll das maximale Drehmoment, welches auf die Knochenschraube und somit auf die Gewindeverbindung zwischen Knochenschraube und Knochen wirksam ist, auf einem bestimmten Wert begrenzt werden.
Eine Vorrichtung zur Begrenzung des maximalen Drehmomentes, welches auf eine Schraube während eines chirurgischen Eingriffes aufbringbar ist, ist aus der US 6,132,435 YOUNG bekannt. Diese bekannte Vorrichtung umfasst eine antreibende Welle, welche ein scheibenförmiges Segment mit auf einem zur Rotationsachse konzentrischen Kreis angeordneten Bohrungen zur Aufnahme von Kugeln enthält, ein abtreibendes Wellensegment, welches ein ebenfalls scheibenförmiges Segment mit zu den Bohrungen komplementär angeordneten, kalottenförmigen Vertiefungen enthält, und ein Gehäuse, worin die antreibende Welle und das abtreibende Wellensegment gelagert sind. Die Kugeln werden mittels Federn in die Vertiefungen im scheibenförmigen Segment des abtreibenden Wellensegmentes gepresst, wobei die Federkraft mittels Lösen oder Anziehen einer Gewindeverbindung zwischen dem scheibenförmigen Segment an der antreibenden Welle und dem Gehäuse einstellbar ist.
Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist, dass in beiden Drehrichtung dasselbe maximale Drehmoment übertragen wird. Dies ist in der Operationstechnik ungünstig, wenn bei der Explantation die Knochenschraube etwas eingewachsen ist und dadurch das Lösemoment erhöht wird. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche das Übertragen eines einmal eingestellten maximalen Drehmomentes nur in einer gewünschten Drehrichtung gestattet, während in der anderen Drehrichtung, beispielsweise zum Lösen von Knochenschrauben das übertragbare Drehmomente grösser oder kleiner sein kann.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung umfasst im wesentlichen zwei zu einer Längsachse koaxial angeordnete Übertragungsteile und ein ebenfalls koaxial angeordnetes Gehäuse zur Lagerung der Übertragungsteile, wobei mindestens eines der Übertragungsteile um die Längsachse rotierbar im Gehäuse gelagert ist. Ferner sind im Gehäuse elastische Mittel eingefügt. Ebenfalls im Gehäuse sind Spannmittel angeordnet, mittels welcher die elastischen Mittel auf eine gewünschte Vorspannkraft vorspannbar sind. Die Übertragungsteile sind mit komplementären, ineinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen ausgestattet, welche durch die elastischen Mittel gegeneinander pressbar sind und durch die Vorspannkraft der elastischen Mittel das maximal übertragbare Drehmoment begrenzbar ist.
Beispielsweise kann für einen von Hand angetriebenen Schraubendreher das Gehäuse als Handgriff ausgebildet sein, so dass die Übertragungsteile direkt in den Handgriff integrierbar sind.
Die Flankenwinkel der Zähne an den Verzahnungen sind vorzugsweise ungleich gross, so dass die asymmetrische Ausgestaltung der Zähne eine Drehmomentübertragung gestattet, deren maximal übertragbares Drehmoment nicht in beiden Drehrichtungen gleich gross ist. Die bei der Drehmomentübertragung in der gewünschten Drehrichtung passiven Zahnflanken der beiden Verzahnungen schliessen mit dem senkrecht zur Längsachse stehenden Durchmessern der Übertragungsteile einen Winkel ß ein, welcher zwischen 45° und 90° beträgt. Die Wahl des Winkels ß beeinflusst das maximal zu übertragende Drehmoment (Das Lösemoment bei ß = 90° ist unendlich) bei einer bestimmten Anpresskraft der Übertragungsteile. Die bei der Drehmomentübertragung in der gewünschten Drehrichtung aktiven Zahnflanken der beiden Verzahnungen schliessen mit dem senkrecht zur Längsachse stehenden Durchmessser der Übertragungsteile einen Winkel α ein, welcher zwischen 1 ° und 45° betragen kann. Dabei können in einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung die Zahnflanken derart ausgestaltet sein, dass der Winkel αA am Aussendurchmesser der Verzahnungen und der Winkel αι am Innendurchmesser der Verzahnungen ungleich gross ausgestaltet sind. Dadurch ergibt sich auf der ganzen Verzahnungsbreite eine Linienberührung und keine punktförmige Belastung, welche sich insbesondere auf die Verschleisseigenschaften negativ auswirkt.
In einer weiteren Ausführungsform münden die Zähne der beiden Verzahnungen abgerundet in die jeweilige Stirnfläche. Die Radien dieser Abrundungen betragen zwischen 0,1 mm und 1 ,0 mm. Durch die Wahl dieses Radius lässt sich das Verschleissverhalten optimieren.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Drehmomentübertragung mit einem bestimmten, maximal übertragbaren Drehmoment in nur einer Drehrichtung ermöglichbar ist, während in der anderen Drehrichtung das maximal übertragbare Drehmoment einen anderen Wert annehmen kann.
Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand der teilweise schematischen Darstellungen mehrerer Ausführungsbeispiele noch näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 2 eine Ansicht des ersten und zweiten Übertragungsteiles einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; Fig. 3 einen Ausschnitt aus den Verzahnungen der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung;
Fig. 4 eine Ansicht des ersten Übertragungsteiles einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung; und
Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt, welche eine Drehmomentübertragung zwischen einer ersten Welle 1 und einer zweiten Welle 2 gestattet. Die beiden Wellen 1; 2 sind koaxial zur Längsachse 5 angeordnet und je direkt oder indirekt mit einem der Übertragungsteile 3;4 gekoppelt. Die Drehmomentübertragung erfolgt über die an den einander gegenüberliegenden Stirnflächen 8;9 der Übertragungsteile 3;4 angebrachten, zueinander komplementären Verzahnungen 11;12. Das erste Übertragungsteil 3 ist im Gehäuse 10 um die Längsachse 5 rotierbar gelagert während das zweite Übertragungsteil 4 mit dem Gehäuse rotationsstabil verbunden ist. Die zweite Welle 2 ist an ihrem vorderen Ende 13 am zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 befestigt.
Das Gehäuse 10 weist einen zur Längsachse 5 koaxialen Hohlraum 19, ein erstes Ende 25 und ein zweites Ende 24 auf, wobei das zweite Ende 24 an die zweite Welle 2 angrenzt. Der Hohlraum 19 ist am ersten Ende 25 des Gehäuses 10 offen, so dass das erste und das zweite Übertragungsteil 3;4 im Hohlraum 19 angeordnet werden können. Beim zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 ist im Hohlraum 19 ein Axiallager 26 angeordnet, woran axial angrenzend das erste Übertragungsteil 3 zur Anlage bringbar ist.
Beide Übertragungsteile 3;4 sind mit einer Bohrung 27 konzentrisch durchbohrt, wobei der Durchmesser der Bohrung 27 im zweiten Übertragungsteil 4 grösser ist als im ersten Übertragungsteil 3, so dass das vordere Segment 28 der ersten Welle 1 durch das zweite Übertragungsteil 4 durchführbar ist und axial anschliessend beim zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 beispielsweise mittels eines Stiftes 29, welcher in einer Querbohrung 33 senkrecht zur Längsachse 5 durch das vordere Segment 28 der ersten Welle 1 und das erste Übertragungsteil 3 einfügbar ist, mit dem ersten Ubertragungsteil 3 lösbar verbindbar ist. Das zweite Übertragungsteil 4 ist axial und rotativ bewegbar auf dem mittleren Segment 30 der ersten Welle 1 gelagert, so dass die Stirnfläche 8 des ersten Übertragungsteiles 3 der Stirnfläche 9 des zweiten Übertragungsteiles 4 gegenüberliegt und die an den Stirnflächen 8;9 angeordneten Verzahnungen 11;12 ineinander eingreifen können.
Das mittlere Segment 30 der ersten Welle 1 weist einen grösseren Durchmesser als das vordere Segment 28 auf, so dass an der ersten Welle 1 zwischen dem vorderen und dem mittleren Segment 30 eine Schulter 31 gebildet wird, woran das erste Übertragungsteil 3 zur Anlage bringbar ist. Die erste Welle 1 wird damit durch das erste Übertragungsteil 3 axial gehalten, während die Drehmomentübertragung durch den Stift 29 herstellbar ist. Die Drehmomentübertragung zwischen dem mit der zweiten Welle 2 fest verbundenen Gehäuse 10 und dem zweiten Übertragungsteil 4 erfolgt über Nutensteine 18, welche peripher am zweiten Übertragungsteil 4 gelagert sind und in zur Längsachse 5 parallelen Nuten 20 axial verschiebbar im Gehäuse 10 aufnehmbar sind.
Das axiale Anpressen des zweiten Übertragungsteiles 4 an das erste Übertragungsteil 3 erfolgt mittels elastischer Mittel 7, welcher in der hier gezeigten Ausführungsform als zur Längsachse 5 koaxial angeordnete Druckfeder ausgebildet sind. Die elastischen Mittel 7 sind axial zwischen dem zweiten Übertragungsteil 4 und einem Spannmittel 6 eingespannt, wobei das Spannmittel 6 in dieser Ausführungsform aus einer Schraube besteht, welche in ein komplementäres Innengewinde 32 am ersten Ende 25 des Gehäuses 10 schraubbar ist. Die Spannmittel 6 sind ebenfalls konzentrisch zur Längsachse 5 angeordnet und koaxial durchbohrt, so dass das mittlere Segment 30 der ersten Welle 1 durch die Spannmittel 6 durchführbar ist. Radial gelagert ist das mittlere Segment 30 der ersten Welle 1 im Spannmittel 6 mittels eines Radiallagers 34, welches beispielsweise als Kugellager ausgeführt sein kann. Die Anpresskraft der elastischen Mittel 7 ist durch ihre Vorspannung einstellbar, wobei die Vorspannung durch axiales Eindrehen oder Herausdrehen des Spannmittels 6 im Hohlraum 19 des Gehäuses 10 verstellbar ist. Zur Bedienung des Spannmittels 6 ist dieses an demjenigen Ende, welches am ersten Ende 25 des Gehäuses 10 liegt, mit Vertiefungen 35 zur Aufnahme eines Schraubendrehers versehen. In Fig. 2 sind die beiden Übertragungsteile 3;4 einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Die Verzahnungen 11;12 an den Übertragungsteilen 3;4 sind asymmetrisch ausgestaltet, wobei die aktiven Zahnflanken 16 beider Verzahnungen 11;12 mit dem senkrecht auf der Längsachse 5 stehenden Durchmesser der Übertragungsteile 3;4 einen Winkel α einschliessen, welcher in der hier dargestellten Ausführungsform 20° beträgt. Die passiven Zahnflanken 15 schliessen mit dem Durchmesser der Übertragungsteile 3;4 einen Winkel ß ein, welcher in der hier dargestellten Ausführungsform 45° beträgt.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus den in Fig. 2 dargestellten Verzahnungen 11;12, wobei in dieser Ausführungsform die Zähne 17 an ihren Zahnspitzen mit Abrundungen versehen sind, welche einen Radius R aufweisen.
In Fig. 4 ist das erste Übertragungsteil 3 einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Die Zahnspitzen der Verzahnung 11 liegen auf der kreisringförmigen Stirnfläche 8 des ersten Übertragungsteiles 3. Diese kreisringförmige Stirnfläche 8 weist einen Aussendurchmesser DA und einen Innendurchmesser Di auf. Die Zähne 17 sind auch hier asymmetrisch ausgebildet. Die in der gewünschten Drehrichtung zur Drehmomentübertragung aktiven Zahnflanken 16 haben einen zwischen dem Aussendurchmesser DA und dem Innendurchmesser Di der Stirnfläche 8 variierenden Winkel α, wobei der Winkel αA am Aussendurchmesser DA kleiner ist als der Winkel αι am Innendurchmesser D|. Die in der gewünschten Drehrichtung jeweils passiven Zahnflanken 15 schliessen mit der Stirnfläche 8 einen Winkel ß von 90°. Die Verzahnung 12 am zweiten Übertragungsteil 4 (nicht gezeichnet) ist komplementär zur Verzahnung 11 am ersten Übertragungsteil 3 ausgestaltet. Die Zähne 17 können auch wie in Fig. 3 dargestellt mit Abrundungen an den Zahnspitzen versehen sein.
Die in Fig. 5 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst analog zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine antreibende, erste Welle 1, welche fest mit dem ersten Übertragungsteil 3 verbunden ist, und unterscheidet sich nur in der Ausgestaltung des zweiten Endes 24 des Gehäuses 10, wo das von der ersten Welle 1 aufgebrachte Drehmoment an eine zweite Welle 2 und ein Werkzeug oder Instrument (nicht gezeichnet) übertragen wird. Die zweite Welle 2 ist mittels eines Arretiermechanismus 23 am zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 lösbar befestigt. Der Arretiermechanismus 23 ist hier als Bayonettverschluss ausgeführt. Bedient wird der Arretiermechanismus 23 mittels eines Bedienungsgriffes 36 welcher bezüglich der Längsachse 5 axial verschiebbar mit dem zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 verbunden ist. Im Bedienungsgriff 36 ist senkrecht zur Längsachse 5 ein Bolzen 22 senkrecht zur Längsachse 5 bewegbar befestigt. Ferner ist der Bolzen 22 in einer schräg zur Längsachse 5 verlaufenden Kerbe 21 bewegbar mit dem zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 verbunden, so dass bei einer axialen Bewegung des Bedienungsgriffes 36 in Richtung des ersten Endes 25 des Gehäuses 10 durch die Schrägstellung der Kerbe 21 der Bolzen 22 aus der Kerbe 21 ausklinkbar ist. Zur Verbindung der zweiten Welle 2 mit dem zweiten Ende 24 des Gehäuses 10 ist die zweite Welle 2 an ihrem vorderen Ende 13 mit einer peripher am vorderen Ende 13 der Welle 2 angeordneten Rille 39 ausgestattet. Im eingeklinkten Zustand greift der Bolzen 22 in diese Rille 39 ein, wodurch die zweite Welle 2 im Gehäuse 10 axial fixiert wird. Zur Übertragung des Drehmomentes vom Gehäuse 10 auf die zweite Welle 2 ist in der zur Aufnahme der zweiten Welle 2 bestimmten, zur Längsachse 5 koaxialen Bohrung 40 ein teilweise radial in die Bohrung 40 ragender Nocken 41 angebracht, welcher mit einer Nute oder Abflachung 42 an der zweiten Welle 2 in Eingriff bringbar ist. Ferner wird bei unbedientem Bedienungsgriff 36 dieser durch eine Feder 38, welche vom Gehäuse 10 eine Druckkraft in Richtung der zweiten Welle 2 bewirkt, in der eingeklinkten Position des Arretiermechanismus 23 gehalten. Dazu ist zwischen dem auf den Bolzen 22 wirkenden Ende der Feder 38 und dem Bolzen 22 ein Schieber 37 eingefügt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Begrenzung eines zu übertragenden Drehmomentes umfassend
A) mindestens zwei zu einer Längsachse (5) koaxial aneinander angrenzend angeordnete Übertragungsteile (3;4);
B) ein koaxial angeordnetes Gehäuse (10), worin die Übertragungsteile (3;4) aufnehmbar sind und mindestens eines der Übertragungsteile (3;4) um die Längsachse (5) rotierbar gelagert ist;
C) zur Längsachse (5) koaxial angeordnete elastische Mittel (7); und
D) bezüglich der Längsachse (5) axial endständig angeordnete Spannmittel (6), mittels welcher die elastischen Mittel (7) auf eine gewünschte Vorspannkraft vorspannbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass
E) die Übertragungsteile (3;4) mit komplementären, ineinander in Eingriff bringbaren Verzahnungen (11 ;12) ausgestattet sind, welche durch die elastischen Mittel (7) gegeneinander pressbar sind und durch die Vorspannkraft der elastischen Mittel (7) das maximal übertragbare Drehmoment begrenzbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsteile (3;4 einander gegenüberliegende Stirnflächen (8;9) aufweisen und die Verzahnungen (11 ;12) an den Stirnflächen (8;9) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (11 ;12) asymmetrisch ausgestaltet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (11;12) auf einer Zahnseite steile Zahnflanken (15) aufweisen, welche mit den Stirnflächen (8;9) einen Winkel ß einschliessen und der Winkel ß zwischen 45° und 90° beträgt, und dass die Verzahnungen (11 ;12) auf der anderen Zahnseite je mindestens eine flache Zahnflanke (16) aufweisen, welche mit der Stirnfläche (8;9) einen Winkel α einschliesst und der Winkel α zwischen 1 ° und 45° beträgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (11;12) Zähne (17) umfassen, welche eine Zahnhöhe H aufweisen und die Höhe H zwischen 0,3 mm und 2 mm beträgt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnungen (11;12) Zähne (17) umfassen, welche abgerundet in die Stirnflächen (8;9) münden, wobei die Radien R dieser Abrundungen zwischen 0,1 mm und 1,0 mm betragen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elastischen Mittel (7) Federn umfassen, welche bis zu einer Vorspannkraft zwischen 500 N und 2'500 N zusammenpressbar sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite, koaxial zur Längsachse (5) angeordnete Welle (2) mit einem vorderen Ende (13) umfasst, und dass das vordere Ende (13) der zweiten Welle (2) mit dem Gehäuse (10) mittels eines Arretiermechanismus (23) lösbar verbindbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentübertragung zwischen Gehäuse (10) und dem zweiten Übertragungsteil (4) mittels mindestens eines Nutensteines (18) herstellbar ist, wobei der mindestens eine Nutenstein (18) peripher am zweiten Übertragungsteil (4) gelagert ist und in mindestens einer zur Längsachse (5) parallelen Nute (20) axial verschiebbar im Gehäuse (10) aufnehmbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Arretiermechanismus (23) einen bewegbaren Bedienungsgriff (36) mit einem senkrecht zur Längsachse (5) angeordneten und das Gehäuse (10) schneidenden Bolzen (22) und einem mittels einer Feder (38) axial bewegbaren Schieber (37) umfasst; b) das zweite Ende (24) des Gehäuses (10) eine Kerbe (21) umfasst, worin der Bolzen (22) mittels des Schiebers (37) bei unbetätigtem Arretiermechanismus (23) eingepresst wird während bei Betätigung des Arretiermechanismus (23) der Bolzen (22) aus der Kerbe (21) ausklinkbar ist; und c) die zweite Welle (2) an ihrem vorderen Ende (13) eine Rille (39) aufweist, worin der Bolzen (22) bei unbetätigtem Arretiermechanismus (23) einrastbar ist.
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