Technisches Gebiet

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Kupplung für ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, zur drehmomentübertragenden Verbindung einer Schaftwelle mit einer drehantreibbaren Rotorwelle. Zudem betrifft die vorliegende Offenbarung ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, mit einer solchen Kupplung.

Bei Handinstrumenten ist es oftmals erforderlich, eine lösbare, drehmomentübertragende Verbindung zu einer drehantreibbaren Rotorwelle herstellen zu können, um die Rotation wiederum direkt in eine Rotation eines Werkzeugs des Handinstruments oder indirekt in eine damit gekoppelte Bewegung, wie beispielsweise eine Abwinklung, des Werkzeugs umwandeln zu können. Zur drehmomentübertragenden Verbindung zwischen zwei Bauteilen werden üblicherweise Kupplungen eingesetzt, mit denen das Drehmoment beispielsweise formschlüssig übertragen werden kann. Solche Kupplungen sind beispielsweise aus der DE 10 2012 101 259 A1 oder der DE 10 2021 118412 A1 bekannt.

Bei der formschlüssigen Drehmomentübertragung ist es jedoch entscheidend, dass die miteinander zu verbindenden Bauteile zunächst zueinander in eine bestimmte Drehlage ausgerichtet werden, um die formschlüssige Verbindung überhaupt erst eingehen zu können, was jedoch je nach Aufbau der verwendeten Kupplung im Inneren der Bauteile stattfindet und somit nicht visuell überprüft oder gesteuert werden kann. Dabei ist es möglich, dass ein Benutzer aufwändig ausprobieren muss, in welcher Drehlage das Eingehen einer formschlüssigen Verbindung möglich ist, und der Benutzer ggf. im Unklaren darüber bleibt, ob ein Kupplungseingriff erfolgt ist, was wiederum zu einer Fehlverwendung des Handinstruments führen kann. Zusammenfassung der Offenbarung

Der vorliegenden Offenbarung liegt eine Aufgabe zugrunde, Nachteile des Stands der Technik zu reduzieren oder zu vermeiden. Insbesondere sollen eine Kupplung für ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, sowie ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, mit einer solchen Kupplung bereitgestellt werden, bei denen das Risiko eine Fehlverwendung durch nicht erfolgreiches drehmomentübertragendes Verbinden ausgeschlossen oder zumindest verringert werden kann. Gleichzeitig soll die Kupplung möglichst einfach und kompakt aufgebaut sein und eine sichere Drehmomentübertragung ermöglichen.

Die der vorliegenden Offenbarung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Kupplung für ein Instrument, insbesondere Handinstrument, mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Instrument, insbesondere Handinstrument, mit den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche und werden später genauer beschrieben.

Genauer ausgedrückt wird die Aufgabe durch eine Kupplung für ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, gelöst, die eine, vorzugsweise durch eine beispielsweise als Handstück ausgebildete Antriebseinheit, drehantreibbare Rotorwelle und eine Schaftwelle aufweist. Die Schaftwelle kann beispielsweise mit einer Antriebswelle drehgekoppelt sein, deren Rotation wiederum mit einer Rotation eines Werkzeugs oder mit einer Abwinklung des Werkzeugs koppelbar ist.

Die Schaftwelle weist einen Kopplungsabschnitt, insbesondere in Form eines Mehrkantprofils, vorzugsweise eines Sechskants, auf, welcher zur, vorzugsweise direkten, formschlüssig drehmomentübertragenden Kopplung (A/erbindung) axial in die Rotorwelle einschiebbar ist. Das heißt, dass die Rotorwelle einen komplementär zu dem Kopplungsabschnitt der Schaftwelle ausgebildeten Kopplungsabschnitt, insbesondere in Form eines Mehrkantprofils, vorzugsweise eines Sechskants, aufweist, mit dem der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in dem gekoppelten Zustand in formschlüssig drehmomentübertragenden Eingriff ist. Mit anderen Worten ist der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle zur Kopplung, d.h. zur Verlagerung aus einem ungekoppelten Zustand, in dem die Rotorwelle und die Schaftwelle drehmomentübertragend voneinander getrennt sind/nicht drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, in einen gekoppelten Zustand, in dem die Rotorwelle und die Schaftwelle drehmomentübertragend miteinander verbunden sind, axial in die Rotorwelle (/in den Kopplungsabschnitt der Rotorwelle) einschiebbar. Insbesondere sind die Schaftwelle und die Rotorwelle über eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, vorzugsweise über eine unmittelbar formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, wie einem Polygonprofil/Mehrkantprofil, einem Keilwellenprofil oder einem Zahnwellenprofil, verbunden. Das heißt, dass der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle vorzugsweise unmittelbar mit dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle (d.h. nicht über radial verlagerbare Rastelemente, sondern über starre bzw. radial unbewegliche Kopplungsabschnitte) zur Drehmomentübertragung zusammenwirkt. Beispielsweise können der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in Form eines (Außen-)Sechskants und der Kopplungsabschnitt der Rotorwelle in Form eines (Innen-)Sechskants ausgebildet sein. Alternativ könnte eine mittelbar formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung, wie eine Passfederverbindung, eingesetzt werden.

Die Schaftwelle weist einen Ausrichtabschnitt auf, der derart auf die Rotorwelle abgestimmt ist, dass der Ausrichtabschnitt bei der Kopplung, d.h. beim axialen Einschieben der Schaftwelle in die Rotorwelle, die Schaftwelle in eine vorbestimmte Drehlage um ihre Längsachse ausrichtet. Das heißt auch, dass die Rotorwelle eine komplementär zu dem Ausrichtabschnitt der Schaftwelle ausgebildete Ausrichtkontur aufweist, entlang welcher der Ausrichtabschnitt bei der Kopplung, d.h. beim axialen Ineinander-Einschieben der beiden Kopplungsabschnitte, in die vorbestimmte Drehlage ausgerichtet wird. Mit anderen Worten sind der Ausrichtabschnitt der Schaftwelle und die Ausrichtkontur der Rotorwelle derart passend ausgebildet, dass der Ausrichtabschnitt und die Ausrichtkontur nur in einer oder mehreren bestimmten Ausrichtungen (bezogen auf die Längsachse der Schaftwelle bzw. Rotorwelle) (vollständig) in Eingriff kommen können. Beispielsweise ist die Ausrichtkontur eine Negativform des Ausrichtabschnitts oder hat in Umfangsrichtung verteilte Anlageflächen zur Anlage an Flächen des Ausrichtabschnitts. Aufgrund eines Zusammenwirkens/einer Führung des Ausrichtabschnitts und der Ausrichtkontur dreht sich die Schaftwelle in die richtige Position relativ zu der Rotorwelle (d.h. wird lagerichtig ausgerichtet), so dass insbesondere der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle passend zum Kopplungsabschnitt der Rotorwelle ausgerichtet wird.

Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist der Ausrichtabschnitt derart von dem Kopplungsabschnitt der Schaftwelle axial beabstandet, dass die Schaftwelle bei der Kopplung in die vorbestimmte Drehlage ausgerichtet wird, bevor der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in formschlüssig drehmomentübertragenden Eingriff mit der Rotorwelle kommt. Das heißt, dass die Schaftwelle einen Abstandsabschnitt aufweist, der axial zwischen dem Kopplungsabschnitt und dem Ausrichtabschnitt der Schaftwelle ausgebildet ist und eine so große axiale Länge aufweist, dass die Ausrichtung über den Ausrichtabschnitt an der Ausrichtkontur zu einem Zeitpunkt des axialen Einschiebens erfolgt, zu dem sich der Abstandsabschnitt (und noch nicht der Kopplungsabschnitt) im axialen Bereich des Kopplungsabschnitts der Rotorwelle befindet. Somit besteht die formschlüssig drehmomentübertragende Verbindung zwischen den beiden Kopplungsabschnitten noch nicht, bevor die Ausrichtung abgeschlossen ist, da die formschlüssig drehmomentübertragende Verbindung zwischen den beiden Kopplungsabschnitten ansonsten eine weitere Relativverdrehung zwischen der Schaftwelle und der Rotorwelle unterbinden würde bzw. bei fehlender Ausrichtung zwischen der Schaftwelle und der Rotorwelle der Kopplungsvorgang, d.h. ein weiteres axialen Einschieben, blockiert werden würde. Dies hat den Vorteil, dass eine automatische Ausrichtung beim Einschieben der Schaftwelle in die Rotorwelle erreicht werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein axialer Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt und dem Ausrichtabschnitt der Schaftwelle, d.h. die axiale Länge des Abstandsabschnitts, größer als eine axiale Länge des Kopplungsabschnitts der Rotorwelle sein. Somit wird gewährleistet, dass die Ausrichtung abgeschlossen sein kann, bevor der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in den Kopplungsabschnitt der Rotorwelle axial eintaucht bzw. bei fehlender Ausrichtung versucht, axial einzutauchen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Ausrichtkontur in dem ungekoppelten Zustand axial direkt an den Kopplungsabschnitt der Rotorwelle anschließen. Das heißt, dass in dem ungekoppelten Zustand vorzugsweise kein Abstand zwischen der Ausrichtkontur und dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle vorliegt. Dies hat den Vorteil, dass der axiale Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt und dem Ausrichtabschnitt der Schaftwelle, d.h. die axiale Länge des Abstandsabschnitts, nur geringfügig größer als die axiale Länge des Kopplungsabschnitts der Rotorwelle gewählt werden muss, um die Funktion zu gewährleisten. Somit kann die mindestens erforderliche Länge der Schaftwelle so kurz wie möglich gehalten werden.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Ausrichtkontur in dem ungekoppelten Zustand axial zu dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle beabstandet sein. Das heißt, dass in dem ungekoppelten Zustand ein (vorbestimmter) Abstand zwischen der Ausrichtkontur und dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle vorliegt. Gemäß einer Weiterbildung der alternativen Ausführungsform kann der axiale Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt und dem Ausrichtabschnitt der Schaftwelle, d.h. die axiale Länge des Abstandsabschnitts, größer als eine Summe aus einer axialen Länge des Kopplungsabschnitts der Rotorwelle und dem (vorbestimmten) Abstand zwischen der Ausrichtkontur und dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle in dem ungekoppelten Zustand sein. Somit kann auch bei Vorliegen des (vorbestimmten) Abstands zwischen der Ausrichtkontur und dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle gewährleistet werden, dass die Ausrichtung abgeschlossen ist, bevor der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in den Kopplungsabschnitt der Rotorwelle axial eintaucht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Ausrichtkontur durch eine Schrägfläche gebildet sein, die zur Axialrichtung und Radialrichtung geneigt ist und mit einer Längsebene der Rotorwelle, d.h. einer die Längsachse der Rotorwelle enthaltenden Längsebene, einen spitzen Winkel einschließt. Das heißt, dass die Ausrichtkontur in einer Ebene liegt, welche zu der Längsebene geneigt ist. Mit anderen Worten ist die Ausrichtkontur an einer axial und radial angestellten Anlagefläche ausgebildet. Durch die axiale und radiale Anstellung dreht sich der Ausrichtabschnitt mit zunehmendem axialen Einschieben um die Längsachse der Schaftwelle und legt sich flächig an der Anlagefläche an. Alternativ kann auch der Ausrichtabschnitt der Schaftwelle in Form der Schrägfläche oder einer dazu komplementären Aussparung gebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Ausrichtabschnitt pyramidenförmig sein, d.h. in Form einer Pyramide, deren Mittelachse der Längsachse der Schaftwelle entspricht, ausgebildet sein. Insbesondere kann eine Kantenzahl des Kopplungsabschnitts der Schaftwelle einer Seitenflächenzahl oder einem Vielfachen der Seitenflächenzahl der Pyramide entsprechen. So kann eine Rotationssymmetrie zwischen dem Kopplungsabschnitt der Schaftwelle und dem Ausrichtabschnitt und damit eine korrekte Ausrichtung bezüglich des Kopplungsabschnitt der Schaftwelle sichergestellt werden. Vorzugsweise kann der Ausrichtabschnitt in Form einer Dreieckspyramide ausgebildet sein. Alternativ kann auch die Ausrichtkontur der Rotorwelle in Form der Pyramide oder einer dazu komplementären Aussparung gebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kupplung ein von der Rotorwelle separates Nachfahrelement aufweisen, an dem die Ausrichtkontur ausgebildet ist. So kann das Nachfahrelement auch ausgetauscht werden. Das heißt, dass die Ausrichtkontur nicht integral mit der Rotorwelle ausgebildet ist. Vorzugsweise kann das Nachfahrelement axial verschieblich in der Rotorwelle aufgenommen sowie drehfest mit der Rotorwelle verbunden sein. Die drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Nachfahrelement kann vorzugsweise über eine Abflachung am im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfang des Nachfahrelements (und einer entsprechenden komplementären Aufnahme an der Rotorwelle) realisiert sein. Die axiale Verschieblichkeit ist zweckmäßig, um zu vermeiden, dass das Nachfahrelement ein weiteres axiales Einschieben der Schaftwelle in die Rotorwelle nach dem erfolgten Ausrichten nicht unterbindet.

Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann das Nachfahrelement axial entgegen einer Federvorspannung verschieblich sein. Vorzugsweise kann sich das Nachfahrelement im gekoppelten Zustand in seiner federvorgespannten Position befinden. Das heißt, dass das Nachfahrelement aufgrund der Federvorspannung axial in Richtung zu dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle gedrückt wird, so dass der axiale Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt der Rotorwelle und dem Nachfahrelement, d.h. der Ausrichtkontur, gegen Null gedrückt wird. Somit wird gewährleistet, dass sich das Nachfahrelement in dem ungekoppelten Zustand an einer axialen Stelle befindet, an welcher der Ausrichtabschnitt in die Ausrichtkontur eingreifen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kupplung einen von der Rotorwelle separaten Einsatz aufweisen, an dem der Kopplungsabschnitt der Rotorwelle ausgebildet ist. So kann der Einsatz auch ausgetauscht werden. Das heißt, dass der Kopplungsabschnitt der Rotorwelle nicht integral an der Rotorwelle ausgebildet ist. Vorzugsweise kann der Einsatz axialfest in der Rotorwelle gesichert sowie drehfest mit der Rotorwelle verbunden sein. Die drehfeste Verbindung zwischen der Rotorwelle und dem Einsatz kann vorzugsweise über eine Abflachung am im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfang des Einsatzes (und einer entsprechenden komplementären Aufnahme an der Rotorwelle) realisiert sein. Die axiale Sicherung ist zweckmäßig, um zu gewährleisten, dass sich der Einsatz in dem ungekoppelten Zustand an einer axialen Stelle befindet, an welcher der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle in den Kopplungsabschnitt der Rotorwelle eingreifen kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Rotorwelle einen gestuften Innendurchmesser aufweisen, so dass eine axiale Anlagefläche für den Einsatz auf einer der Schaftwelle abgewandten Axialseite gebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein axialer Anschlag für den Einsatz gebildet wird, der eine axiale Bewegung des Einsatzes auf seiner der Schaftwelle abgewandten Axialseite begrenzt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Kupplung ein Sicherungselement aufweisen, das auf einer der Schaftwelle zugewandten Axialseite des Einsatzes axialfest mit der Rotorwelle, vorzugsweise über eine Gewindeverbindung, verbunden ist, so dass eine axiale Anlagefläche für den Einsatz auf einer der Schaftwelle zugewandten Axialseite gebildet wird. Dies hat den Vorteil, dass ein axialer Anschlag für den Einsatz gebildet wird, der eine axiale Bewegung des Einsatzes auf seiner der Schaftwelle zugewandten Axialseite begrenzt. Gemäß einer Weiterbildung der bevorzugten Ausführungsform kann das Sicherungselement vorzugsweise eine Einschraubgeometrie, insbesondere in Form eines (Innen-)Sechskants, zum Einschrauben des Sicherungselements in die Rotorwelle aufweisen, welche einen größeren Durchmesser als der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle hat. Durch die Einschraubgeometrie wird die Möglichkeit bereitgestellt, das Sicherungselement in die Rotorwelle einschrauben zu können. Dadurch, dass der (Innen-) Durchmesser der Einschraubgeometrie größer als ein (Außen-) Durchmesser des Kopplungsabschnitts der Schaftwelle ist, wird eine Ausrichtung der Schaftwelle, insbesondere eine Drehung um die Längsachse der Schaftwelle, wenn sich der Kopplungsabschnitt im axialen Bereich des Sicherungselements befindet, nicht durch das Sicherungselement beeinträchtigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können der Ausrichtabschnitt und die Ausrichtkontur jeweils durch zumindest eine Schrägfläche gebildet sein, wobei jede der Schrägflächen zur Axialrichtung und Radialrichtung geneigt ist und zur flächigen Anlage an einer Schrägfläche des jeweils anderen des Ausrichtabschnitts und der Ausrichtkontur ausgebildet ist, wobei der Ausrichtabschnitt und die Ausrichtkontur eine unterschiedliche Anzahl an Schrägflächen und/oder eine unterschiedliche Ausrichtung der Schrägflächen um die Längsachse aufweisen. Durch die unterschiedlichen Formen des Ausrichtabschnitts und der Ausrichtkontur kann mit zunehmenden axialen Eintauchen das flächige Anlegen unterstützt werden. Im Gegensatz zu einer exakten Formentsprechung, bei der es je nach Drehlage, insbesondere bei einer „Zahn-auf- Zahn“-Lage, zu einem Verklemmen kommen kann, wird das axiale Einschieben und das Drehen sanft geführt.

Die zugrundeliegende Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird auch durch ein medizinisches Instrument, insbesondere ein Handinstrument gelöst. Das Handinstrument weist eine beschriebene Kupplung, eine beispielsweise als Handstück ausgebildete, mit der Rotorwelle der Kupplung drehmomentübertragend verbundene Antriebseinheit sowie eine mit der Schaftwelle drehmomentübertragend verbundene Antriebswelle auf. Die Antriebswelle kann derart mit einem Werkzeug gekoppelt sein, dass eine Rotation der Antriebswelle eine Rotation oder eine Abwinklung des Werkzeugs erwirkt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Instrument eine Schafthülse aufweisen, in der die Schaftwelle axial gesichert und drehbar gelagert aufgenommen ist. Vorzugsweise weist die Kupplung keine axiale Sicherung zur axialfesten Aufnahme der Schaftwelle in der Rotorwelle auf. Dies hat den Vorteil, dass die Kupplung besonders kompakt ausgebildet sein kann. Aufgrund der axialen Sicherung der Schaftwelle in der Schafthülse ist eine axiale Sicherung in der Rotorwelle nicht unbedingt erforderlich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Instrument ein Gehäuse aufweisen, in dem die Antriebseinheit (axialfest) aufgenommen ist. Vorzugsweise kann die Schafthülse eine Schaftkupplung zur axialen und radialen/drehfesten Verbindung mit dem Gehäuse aufweisen. Somit kann die axiale Sicherung der Schaftwelle indirekt über die Schafthülse und das Gehäuse realisiert werden.

Mit anderen Worten betrifft die vorliegende Offenbarung ein Handstück mit einer direkten Drehmomentübertragung von einer Rotorwelle zu einem Werkzeugschaft inklusive einer Ausrichtung, so dass die Drehmomentübertragung an ein gekoppeltes Werkzeug oder einen gekoppelten Schaft ohne zusätzliche Zwischenschaltungen direkt über die Rotorwelle der Antriebseinheit erfolgt. Dabei sorgt eine in der Rotorwelle verbaute Mechanik sowie eine spezielle Werkzeug- bzw. Schaftgeometrie für eine automatische Ausrichtung der Rotorwelle und des Werkzeugs/des Schafts zueinander. Vorzugsweise kann die Drehmomentübertragung formschlüssig über eine Sechskant- Geometrie erfolgen. Insbesondere wird für die Drehmomentübertragung zwischen dem Handstück und dem Schaft eine spezielle Kupplung eingesetzt, die durch die Integration in die Rotorwelle besonders kompakt ist. Für maximalen Komfort beim Kuppeln des Schafts ist die Kupplung als eine Plug&Play-Kupplung ausgelegt. Konkret gesagt ist die Antriebswelle drehfest mit einem Kopplungsabschnitt verbunden. Der Antrieb erfolgt über einen Sechskantschaft. Direkt im Anschluss folgt ein zylindrischer Anteil mit Pyramide, welche so zum Sechskant beabstandet ist, dass eine automatische Ausrichtung erfolgt, bevor der Sechskant in den Einsatz der Rotorwelle eingreift. Es ist nicht erforderlich, die Antriebswelle axial zu fixieren, so dass entsprechende Eingriffsabschnitte am Kopplungsabschnitt entfallen können und der Bauraum reduziert werden kann. Die Antriebswelle ist axial im Schaft gesichert und der Schaft besitzt eine eigene Kupplungsgeometrie zur axialen und radialen Sicherung.

Der Einsatz kann insbesondere innerhalb, bevorzugt vollständig innerhalb, der Rotorwelle angeordnet sein. Der Einsatz kann bevorzugt an einem distalen Endabschnitt der Rotorwelle angeordnet sein. Das Nachfahrelement kann innerhalb, insbesondere vollständig innerhalb, der Rotorwelle angeordnet sein. Das Nachfahrelement ist bevorzugt proximal vom Einsatz angeordnet und weiter bevorzugt axial davon beabstandet. Die Feder kann bevorzugt proximal vom Nachfahrelement oder zumindest teilweise in einem proximalen Endabschnitt des Nachfahrelements angeordnet sein, und übt bevorzugt eine axiale Vorspannkraft auf das Nachfahrelement aus. Die Feder ist bevorzugt innerhalb, weiter bevorzugt vollständig innerhalb, der Rotorwelle aufgenommen. Zusammengefasst sind bevorzugt der Einsatz, die Rotorwelle und die Feder, bevorzugt vollständig, innerhalb der Rotorwelle, weiter bevorzugt in dieser Reihenfolge ausgehend von einem distalen Endabschnitt der Rotorwelle, angeordnet. In anderen Worten ist die Kupplung in die Rotorwelle integriert. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauweise erzielt.

Der Kopplungsabschnitt der Schaftwelle ist insbesondere derart ausgebildet, dass er, insbesondere durch den Einsatz, in die Rotorwelle einschiebbar ist, um innerhalb der Rotorwelle mit dem Nachfahrelement in Eingriff zu kommen oder um den Ausrichtabschnitt innerhalb der Rotorwelle mit der Ausrichtkontur in Eingriff zu bringen.

Kurzbeschreibung der Figuren

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Kupplung für ein Instrument gemäß der vorliegenden Offenbarung zur drehmomentübertragenden Verbindung zwischen einer Schaftwelle und einer Rotorwelle in einem ungekoppelten Zustand,

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines einen Kopplungsabschnitt der Rotorwelle ausbildenden Einsatzes, Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung eines eine Ausrichtkontur der Rotorwelle ausbildenden Nachfahrelements,

Fig. 4 ist eine perspektivische Darstellung eines Sicherungselements zum axialen Sichern des Einsatzes,

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Kupplung zur drehmomentübertragenden Verbindung zwischen der Schaftwelle und er Rotorwelle in einem gekoppelten Zustand,

Fig. 6 ist eine perspektivische Darstellung der Schaftwelle und eines die Schaftwelle aufnehmenden Schafts,

Fig. 7 ist eine perspektivische Darstellung des Instruments mit der Kupplung gemäß der vorliegenden Offenbarung, und

Fign. 8 bis 11 sind unterschiedliche Darstellungen der Kupplung zu verschiedenen Zeitpunkten zwischen dem ungekoppelten Zustand und dem gekoppelten Zustand.

Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Fig. 1 zeigt eine Kupplung 2 für ein medizinisches Instrument, insbesondere Handinstrument, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Die Kupplung 2 weist eine Schaftwelle 4 und eine Rotorwelle 6 auf, die in einem gekoppelten Zustand der Kupplung 2 drehmomentübertragend miteinander verbunden sind und in einem ungekoppelten Zustand der Kupplung 2 drehmomentübertragend voneinander getrennt sind. Zur Kopplung, d.h. zur Verlagerung aus dem ungekoppelten Zustand in den gekoppelten Zustand, sind die Schaftwelle 4 und die Rotorwelle 6 axial ineinander einschiebbar.

Die Schaftwelle 4 weist einen Kopplungsabschnitt 8 auf. Der Kopplungsabschnitt 8 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Außensechskants 10 ausgebildet. Der Kopplungsabschnitt 8 ist integral mit der Schaftwelle 4 ausgebildet. Alternativ könnte der Kopplungsabschnitt 8 auch an einem von der Schaftwelle 4 separaten Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest und axialfest mit der Schaftwelle 4 verbunden ist.

Die Rotorwelle 6 weist einen Kopplungsabschnitt 12 auf, der komplementär zu dem Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 ausgebildet ist. Der Kopplungsabschnitt 12 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Innensechskants 14 ausgebildet. In dem gekoppelten Zustand sind die Kopplungsabschnitte 8, 12, vorzugsweise direkt, formschlüssig drehmomentübertragend miteinander verbunden. Der Kopplungsabschnitt 12 ist an einem von der Rotorwelle 6 separaten Einsatz 16 ausgebildet, der drehfest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist, insbesondere in die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 6 eingesetzt ist.

Die Schaftwelle 4 weist einen Ausrichtabschnitt 18 auf. Der Ausrichtabschnitt 18 ist an einem Ende der Schaftwelle 4, insbesondere an einem proximalen Ende, ausgebildet. Der Ausrichtabschnitt 18 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form einer sich in Längsrichtung der Schaftwelle 4 erstreckenden Pyramide ausgebildet. Die Pyramide ist in Form einer Dreieckspyramide ausgebildet, d.h. , dass die Pyramide drei Seitenflächen aufweist. Der Ausrichtabschnitt 18 ist integral mit der Schaftwelle 4 ausgebildet. Alternativ könnte der Ausrichtabschnitt 18 auch an einem von der Schaftwelle 4 separaten Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest und axialfest mit der Schaftwelle 4 verbunden ist.

Die Rotorwelle 6 weist eine Ausrichtkontur 20 auf. Die Ausrichtkontur 20 dient zur Aufnahme und Ausrichtung des Ausrichtabschnitts 18 in eine vorbestimmte Drehlage um eine Längsachse der Schaftwelle 4 bzw. der Rotorwelle 6. Insbesondere ist die Ausrichtkontur 20 derart ausgebildet, dass beim axialen Einschieben des Ausrichtabschnitts 18 in die Ausrichtkontur 20 der Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 zum Kopplungsabschnitt 12 der Rotorwelle 6 ausgerichtet wird. Die Ausrichtkontur 20 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form einer Schrägfläche 22 gebildet, die zur Axialrichtung und Radialrichtung geneigt ist. Die Schrägfläche 22 schließt mit einer Längsebene der Rotorwelle 6, d.h. einer die Längsachse der Rotorwelle 6 enthaltende Ebene, einen spitzen Winkel ein. Die Ausrichtkontur 20 ist an einem von der Rotorwelle 6 separaten Nachfahrelement 24 ausgebildet, welches drehtest mit der Rotorwelle 6 verbunden ist, insbesondere in die als Hohlwelle ausgebildete Rotorwelle 6 eingesetzt ist. Das Nachfahrelement 24 ist axial verschieblich in der Rotorwelle 6 aufgenommen (vgl. Fig. 5).

Anders ausgedrückt ist die Ausrichtkontur 20 derart passend zum Ausrichtabschnitt 18 ausgebildet, dass der Ausrichtabschnitt 18 und die Ausrichtkontur 20 nur in einer oder mehreren bestimmten Ausrichtungen (vollständig) in Eingriff kommen können. Beispielsweise ist die Ausrichtkontur 20 eine Negativform des Ausrichtabschnitts 18 oder hat in Umfangsrichtung verteilte Anlageflächen zur Anlage an Flächen des Ausrichtabschnitts 18. Aufgrund eines Zusammenwirkens/einer Führung des Ausrichtabschnitt 18 und der Ausrichtkontur 20 dreht sich die Schaftwelle 4 in die richtige Position relativ zu der Rotorwelle 6 (d.h. wird lagerichtig ausgerichtet), so dass insbesondere der Kopplungsabschnitt 8 (d.h. der Außensechskant 10) passend zum Kopplungsabschnitt 12 (d.h. zum Innensechskant 14) ausgerichtet wird.

Die Schaftwelle 4 weist einen Abstandsabschnitt 26 auf. Der Abstandsabschnitt 26 ist axial zwischen dem Kopplungsabschnitt 8 und dem Ausrichtabschnitt 18 angeordnet. Insbesondere schließt sich der Kopplungsabschnitt 8 direkt auf der einen Seite an den Abstandsabschnitt 26 und der Ausrichtabschnitt 18 auf der anderen Seite an Abstandsabschnitt 26 an. Eine Außenkontur des Abstandsabschnitts 26 ist derart auf den Kopplungsabschnitt 12 der Rotorwelle 6 abgestimmt, dass die Schaftwelle 4 frei relativ zu der Rotorwelle 6 drehbar ist, wenn sich der Abstandsabschnitt 26 axial im Bereich des Kopplungsabschnitts 12 befindet. Vorzugsweise kann der Abstandsabschnitt 26 einen Außendurchmesser aufweisen, der kleiner als ein Innendurchmesser des Kopplungsabschnitts 12 ist. Der Abstandsabschnitt 26 ist in der dargestellten Ausführungsform in Form eines Kreiszylinders 28 ausgebildet. Der Abstandsabschnitt 26 ist integral mit der Schaftwelle 4 ausgebildet. Alternativ könnte der Abstandsabschnitt 26 auch an einem von der Schaftwelle 4 separaten Bauteil ausgebildet sein, welches drehfest und axialfest mit der Schaftwelle 4 verbunden ist. Gemäß einem Aspekt der Offenbarung ist der Ausrichtabschnitt 18 derart von dem Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 axial beabstandet, dass beim axialen Einschieben der Schaftwelle 4 in die Rotorwelle 6 die Schaftwelle 4 in die vorbestimmte Drehlage ausgerichtet wird, bevor der Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 mit dem Kopplungsabschnitt 12 der Rotorwelle 6 in formschlüssig drehmomentübertragenden Eingriff kommt. Insbesondere wird dies dadurch erreicht, dass ein axialer Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt 8 und dem Ausrichtabschnitt 18 der Schaftwelle 4, d.h. eine axiale Länge des Abstandsabschnitts 26, größer als eine axiale Länge des Kopplungsabschnitts 12 der Rotorwelle 6 ist.

In dem ungekoppelten Zustand schließt sich die Ausrichtkontur 20 axial direkt an den Kopplungsabschnitt 12 der Rotorwelle 6 an. Das heißt, dass das Nachfahrelement 24 in dem ungekoppelten Zustand an dem Einsatz 16 anliegt (vgl. Fig. 1 ). Alternativ könnte die Ausrichtkontur 20 auch in dem ungekoppelten Zustand axial zu dem Kopplungsabschnitt 12 beabstandet angeordnet sein. In diesem Fall kann der axiale Abstand zwischen dem Kopplungsabschnitt 8 und dem Ausrichtabschnitt 18 der Schaftwelle 4, d.h. die axiale Länge des Abstandsabschnitts 26, größer als eine Summe aus der axialen Länge des Kopplungsabschnitts 12 der Rotorwelle 6 und einem axialen Abstand zwischen der Ausrichtkontur 20 und dem Kopplungsabschnitt 12 der Rotorwelle 6 sein.

Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Einsatzes 16. Der Einsatz 16 weist einen ersten im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfangsabschnitt 30 auf, an dem eine Abflachung 32 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 6 weist einen zu dem ersten Außenumfangsabschnitt 30 des Einsatzes 16 komplementären ersten Innenumfangsabschnitt auf, so dass der Einsatz 16 aufgrund der Abflachung 32 drehfest in der Rotorwelle 6 aufgenommen ist. Der Einsatz 16 weist einen zweiten im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfangsabschnitt 34 auf, der einen größeren Durchmesser als der erste Außenumfangsabschnitt 30 besitzt, so dass axial zwischen den beiden Außenumfangsabschnitten 30, 34 eine radiale Stufe mit einer axialen Anlagefläche 36 ausgebildet wird. Die Rotorwelle 6 weist einen zu dem zweitem Außenumfangsabschnitt 32 des Einsatzes 16 komplementären zweiten Innenumfangsabschnitt auf, so dass der Einsatz 16 mit seiner axialen Anlagefläche 36 an der Rotorwelle 6 anliegt. Somit wird ein proximaler Axialanschlag für den Einsatz 16 in der Rotorwelle 6 ausgebildet.

Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung des Nachfahrelements 24. Das Nachfahrelement 24 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Außenumfangsabschnitt 38 auf, an dem eine Abflachung 40 ausgebildet ist. Die Rotorwelle 6 weist einen zu dem Außenumfangsabschnitt 38 des Nachfahrelements 24 komplementären Innenumfangsabschnitt auf, so dass das Nachfahrelement 24 aufgrund der Abflachung 40 drehfest in der Rotorwelle 6 aufgenommen ist.

Fig. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Sicherungselements 42. Das Sicherungselement 42 dient zur axialen Sicherung des Einsatzes 16 in der Rotorwelle 6. Das Sicherungselement 42 ist axialfest mit der Rotorwelle 6 verbunden und auf einer distalen Seite des Einsatzes 16 angeordnet. Ein Innendurchmesser des Sicherungselements 42 ist kleiner als ein Außendurchmesser des Einsatzes 16, so dass das Sicherungselements 42 an dem Einsatz 16 axial anliegt (bzw. der Einsatz 16 nicht axial durch das Sicherungselement 42 hindurchgeführt werden kann). Somit wird ein distaler Axialanschlag für den Einsatz 16 in der Rotorwelle 6 ausgebildet.

Das Sicherungselement 42 ist in der dargestellten Ausführungsform als eine Gewindehülse 44 ausgebildet, die auf ihrem Außenumfang ein Außengewinde aufweist. Die Rotorwelle 6 weist einen zu dem Außengewinde komplementären Innenumfangsabschnitt, d.h. ein entsprechendes Innengewinde, auf, so dass die Gewindehülse 44 in die Rotorwelle 6 eingeschraubt werden kann. Zum Einschrauben der Gewindehülse 44 in die Rotorwelle 6 weist die Gewindehülse 44 auf ihrer Innenseite eine Einschraubgeometrie 46 auf, die in der dargestellten Ausführungsform als ein Innensechskant ausgebildet ist. Vorzugsweise ist ein Innendurchmesser der Einschraubgeometrie 46 größer als ein Außendurchmesser des Kopplungsabschnitts 8 der Schaftwelle 4, so dass die Schaftwelle 4 frei relativ zu der Rotorwelle 6 drehbar ist, wenn sich der Kopplungsabschnitt 8 axial im Bereich der Einschraubgeometrie 46 befindet. Die Einschraubgeometrie 46 vergrößert sich über einen Trichterabschnitt 48 zu seinem distalen Ende hin. Fig. 5 zeigt eine Längsschnittdarstellung der Kupplung 2 in dem gekoppelten Zustand. Mit zunehmendem axialen Einschieben der Schaftwelle 4 in die Rotorwelle 6 verlagert die Schaftwelle 4 das Nachfahrelement 24. Das Nachfahrelement 24 ist axial verschieblich, entgegen der Federkraft einer Feder 50, in der Rotorwelle 6 aufgenommen. Die Schaftwelle 4 wird so weit in die Rotorwelle 6 eingeschoben, bis die beiden Kopplungsabschnitte 8, 12, vorzugsweise vollständig in formschlüssigem Drehmomenteingriff miteinander sind. Somit ragt der Ausrichtabschnitt 18 und der Abstandsabschnitt 16 in dem gekoppelten Zustand axial (auf einer proximalen Seite des Einsatzes 16) über den Einsatz 16 hinaus.

Fig. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Schafthülse 52 des Instruments, in dem eine Antriebswelle 54 (zentriert) aufgenommen ist. Die Antriebswelle 54 ist fest, d.h. drehmomentübertragend/drehfest und axialfest, mit der Schaftwelle 4 verbunden. Die Antriebswelle 54 ist axial in der Schafthülse 52 gesichert und relativ zu der Schafthülse 52 drehbar gelagert. Die Schafthülse 52 weist eine axiale Kupplungsgeometrie 56, hier in Form einer umlaufenden Nut, sowie eine radiale Kupplungsgeometrie 58, hier in Form zweier über den Umfang verteilter Axialvorsprünge, auf, über welche die Schafthülse 52 axial und radial gesichert werden kann.

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Darstellung des Instruments. Dabei ist zu erkennen, dass auf einer distalen Seite ein Werkzeug 60 in der Schafthülse 52 aufgenommen ist. Das Werkzeug 60 kann vorzugsweise drehmomentübertragend mit der Antriebswelle 54 bzw. mit der Schaftwelle 4 gekoppelt sein. Die Schafthülse 52 kann mit einem Gehäuse 62 gekoppelt werden, in dem wiederum eine Antriebseinheit aufgenommen ist. Dabei ist die Rotorwelle 6 durch die Antriebseinheit drehantreibbar.

Fign. 8 bis 11 zeigen einen Ablauf eines Kupplungsvorgangs der Kupplung 2. Das heißt, dass Fign. 8 bis 11 unterschiedliche Darstellungen der Kupplung 2 zu verschiedenen Zeitpunkten zwischen dem ungekoppelten Zustand und dem gekoppelten Zustand zeigen. In Fig. 8 ist die Schaftwelle 4 noch nicht in die Rotorwelle 6 axial eingeschoben. Die Schaftwelle 4 und die Rotorwelle 6 sind frei zueinander drehbar. Die Kupplung 2 befindet sich in dem ungekoppelten Zustand.

In Fig. 9 und Fig. 10 ist die Schaftwelle 4 soweit in die Rotorwelle 6 axial eingeschoben, dass der Ausrichtabschnitt 18 der Schaftwelle 4 in Anlage mit der Ausrichtkontur 20 der Rotorwelle 6 kommt. Der Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 befindet sich noch nicht in dem axialen Bereich des Kopplungsabschnitts 12 der Rotorwelle 6. Die Schaftwelle 4 und die Rotorwelle 6 sind frei zueinander drehbar. Die Kupplung 2 befindet sich noch immer in dem ungekoppelten Zustand. Durch das axiale Einschieben wird der Ausrichtabschnitt 18 entlang der Ausrichtkontur 20 geführt, so dass sich die Seitenflächen aneinander anlegen (siehe insbesondere Draufsicht in Fig. 10). Dadurch wird die Schaftwelle 4 um ihre Längsachse in die vorbestimmte Drehlage gedreht.

In Fig. 11 ist die Schaftwelle 4 soweit in die Rotorwelle 6 axial eingeschoben, dass die Ausrichtkontur 20 (in Form des Nachfahrelements 24) axial entgegen der Federvorspannung zurückgeschoben wird. Der Kopplungsabschnitt 8 der Schaftwelle 4 befindet sich in dem axialen Bereich des Kopplungsabschnitts 12 der Rotorwelle 6. Die Schaftwelle 4 und die Rotorwelle 6 sind miteinander in Formschlusseingriff. Die Kupplung 2 befindet sich in dem gekoppelten Zustand.