Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden Bewegung in eine oszillierende Bewegung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden Bewegung in eine oszillierende Bewegung, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie auf eine Sägevorrichtung zur Bearbeitung von Knochen, gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Getriebe, welche rotierende Bewegungen einer Antriebswelle in eine Hin-und Herbewegung wandeln, werden in der Chirurgie seit längerem beispielsweise bei motorbetriebenen Sägen verwendet. Sie können allerdings auch in einer Vielzahl anderer technischer Anwendungen eingesetzt werden.
Ein Getriebe, welches eine rotierende Bewegung einer Antriebswelle in eine Hin-und Herbewegung wandelt ist aus der WO 96/27093 TANNER bekannt. Dieses bekannte Getriebe umfasst einen axial angeordneten Hebel, welcher mittig am Gehäuse um eine senkrecht zur Längsachse stehende Drehachse drehbar gelagert ist, an einem seiner Enden durch einen an der Stirnseite der Antriebswelle exzentrisch angeordneten Nocken oszillierend um die Drehachse angetrieben wird und am anderen seiner Enden über einen weiteren Nocken den Werkzeugträger oszillierend antreibt. Nachteilig an dieser bekannten Vorrichtung ist die axiale Anordnung des Hebels, so dass die Längsachse der oszillierenden Welle rechtwinklig zur Längsachse der Antriebswelle steht.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit einem Getriebe zur Wandlung einer rotierenden Bewegung in eine oszillierende Bewegung zu schaffen, welche eine Anordnung der beiden Wellen mit koaxialen Längsachsen aufweist.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden Bewegung in eine oszillierende Bewegung, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist, sowie mit einer Sägevorrichtung zur Bearbeitung von Knochen, welche die Merkmale des Anspruchs 10 aufweist.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, dass dank der erfindungsgemässen Vorrichtung eine kompakte Ausführung der Vorrichtung ermöglicht wird, da wegen der koaxialen Wellen der Aussendurchmesser des Gehäuses klein gehalten werden kann.
In der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ist der Hebel des Getriebes quer zur Längsachse der Antriebswelle angeordnet.
In einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung sind die Antriebswelle und die zweite Welle koaxial zu ihrer Längsachse durchbohrt. Dadurch sind die Vorteile erreichbar, däss - ein Führungsdraht in die koaxialen Zentralbohrungen einführbar ist ; und - durch Anbringen eines Führungsdrahtes am Knochen und Einführung dieses Führungsdrahtes in diese Zentralbohrungen eine exakte Positionierung sowie eine koaxiale Verschiebung des Sägeblattes am Knochen ermöglicht wird.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst die zweite, oszillierende Welle an ihrem hinteren Ende einen exzentrisch zu ihrer Längsachse angeordneten Mitnehmer, welcher mit einer Führung an einem Ende des Hebels in Eingriff bringbar ist. Der Hebel ist am Zapfen rotierbar gelagert und mit einer zweiten Führung am anderen Ende des Hebels an einem festen Nocken am Gehäuse gelagert. Vorzugsweise ist der Hebel mit seinem mittleren Segment am Zapfen rotierbar gelagert. Durch diese Anordnung der Führungen und der Lagerung am Zapfen sind trotz eines kurzen Hebels grosse Drehwinkel für die oszillierende Welle erreichbar.
Der Mitnehmer weist eine Zentralachse auf, welche senkrecht zur Längsachse der zweiten, oszillierenden Welle gemessen einen Abstand a zu dieser aufweist. Ferner weist die Achse des Zapfens senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle gemessen eine Exzentrizität e zu dieser auf, wobei das Verhältnis zwischen der Exzentrizität e und dem Abstand a zwischen 0,01 und 0,5 beträgt. Der im Gehäuse fixierte Nocken hat eine Zentralachse, welche senkrecht zur Längsachse der Antriebswelle gemessen einen Abstand b zu dieser aufweist, wobei das Verhältnis zwischen dem Abstand b und dem Abstand a vorzugsweise zwischen 0,5 bis 2,0 beträgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Sägevorrichtung umfasst diese neben einer Vorrichtung zur Umwandlung einer rotierenden Bewegung in eine oszillierende Bewegung gemäss einer der oben beschriebenen Ausführungsformen ein am vorderen Ende der zweiten Welle lösbar befestigbares Sägeblatt sowie Mittel zur lösbaren Befestigung des Sägeblattes am vorderen Ende der zweiten Welle.
In einer anderen Ausführungsform ist das Sägeblatt als zur Längsachse koaxiales Hohlzylindermantelstück mit einer äusseren Mantelfläche ausgestaltet und weist eine zur Längsachse orthogonale Querschnittsfläche eines Kreisringsegmentes mit einem Zentriwinkel ß auf (Hallux-Valgus Sägeblatt). Üblicherweise beträgt der Zentriwinkel ß vorzugsweise zwischen 45° und 180°.
In wiederum einer anderen Ausführungsform ist auf der äusseren Mantelfläche des Sägeblattes eine zur Längsachse parallele Skala angebracht, worauf die Tiefe des ausgeführten Sägeschnittes ablesbar ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Sägevorrichtung zusätzlich einen durch die Zentralbohrungen der Antriebswelle und der zweiten Welle durchführbaren Führungsdraht. Das mit dieser Ausführungsform ausführbare Verfahren ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet : a) setzen des Führungsdrahtes an einem Knochen oder Knochenfragment derart, dass die Zentralachse des Führungsdrahtes das Zentrum des auszuführenden, kreisbogenförmigen Sägeschnittes durchstösst ; b) einführen des Führungsdrahtes in die Zentralbohrungen der Antriebswelle und der zweiten Welle der oben beschriebenen Vorrichtung ; c) verschieben der Vorrichtung auf dem Führungsdraht koaxial zur Zentralachse des Führungsdrahtes bis das vordere Ende des Sägeblattes die Oberfläche des zu bearbeitenden Knochens oder Knochenfragmentes berührt ; und d) ausführen des Sägeschnittes durch weiteres axiales Verschieben der Vorrichtung.
In wiederum einer weiteren Ausführungsform weist der Führungsdraht von seiner Spitze gemessen bei einer bestimmten Länge einen axialen Anschlag auf, wodurch die axiale Bewegung der zweiten Welle gegen die Spitze des Führungsdrahtes und damit die Tiefe des Sägeschnittes begrenzt wird.
In einer anderen Ausführungsform umfasst die zweite Welle an ihrem vorderen Ende Mittel zur lösbaren Befestigung des Sägeblattes. Diese Mittel können als Bajonettverschluss oder durch Schraubverbindungen zur lösbaren Befestigung des Sägeblattes ausgestaltet sein.
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 einen Schnitt A-A durch die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung ; Fig. 3a einen zur Längsachse senkrechten Schnitt durch eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Antriebswelle in ihrer Ausgangslage ist, d. h. einen Drehwinkel von 0° aufweist ; Fig. 3b einen zur Längsachse senkrechten Schnitt durch die in Fig. 3a dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Antriebswelle einen Drehwinkel von 90° aufweist ; Fig. 3c einen zur Längsachse senkrechten Schnitt durch die in den Fig. 3a und 3b dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Antriebswelle einen Drehwinkel von 180° aufweist ; Fig. 3d einen zur Längsachse senkrechten Schnitt durch die in den Fig. 3a bis 3c dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung, wobei die Antriebswelle einen Drehwinkel von 270° aufweist ; und Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Sägevorrichtung.
Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung umfasst im wesentlichen eine um die Längsachse 3 rotierende, mit einem Antriebsaggregat (nicht gezeichnet) verbindbare Antriebswelle 2, eine zweite, endständig mit einem Sägeblatt (Fig. 4) verbindbare Welle, welche zur Längsachse 3 der Antriebswelle 2 koaxial angeordnet ist, sowie ein zwischen den beiden Wellen 2 ; 5 angeordnetes Getriebe 1. Die Antriebswelle 2 und die zweite Welle 5 sind koaxial zur Längsachse 3 in einem mehrteiligen Gehäuse 4 mittels Wälzlagern 14 um die Längsachse 3 rotierbar und axial fest gelagert. Eine Lagerung einer oder beider Wellen 2 ; 5 im Gehäuse 4 mittels Gleitlagern anstelle der Wälzlager 14 ist auch möglich. Durch das Getriebe 1 wird die Rotationsbewegung der Antriebswelle 2 in die rotativ oszillierende Bewegung der zweiten Welle 5 transformiert.
Das Getriebe 1 umfasst einen quer zur Längsachse 3 angeordneten longitudinalen Hebel 9 mit einer Zentralachse 13, einem mittleren Segment 30 und zwei Enden 10 ; 11, welcher in seinem mittleren Segment 30 mit einem getriebeseitig endständig und exzentrisch an der Antriebswelle 2 angeordneten Zapfen 6 um die Achse 7 des Zapfens 6 rotierbar mit diesem verbunden ist, einen ersten, fest am Gehäuse 4 fixierten Nocken 15 und einen fest mit der zweiten Welle 5 verbundenen Mitnehmer 12, dessen Zentralachse 19 senkrecht zur Längsachse 3 einen Abstand a zu dieser aufweist.
Ferner ist der erste Nocken 15 fest mit dem Gehäuse 4 verbunden und weist rechtwinklig zur Längsachse 3 gemessen einen Abstand b zu dieser auf. Die Enden 10 ; 11 des Hebels 9 sind gabelförmig mit je einer endständig offenen und parallel zur Zentralachse 13 des Hebels 9 angeordneten longitudinalen Führung 16 ; 17. Die erste Führung 16 ist am festen Nocken 15 parallel zur Zentralachse 13 des Hebels 9 verschiebbar und um die Zentralachse 19 rotierbar gelagert. Ferner ist der Mitnehmer 12 mit einem zweiten Nocken 18 ausgestattet. Die zweite Führung 17 ist am zweiten Nocken 18 parallel zur Zentralachse 13 des Hebels 9 verschiebbar und um die Zentralachse 20 des zweiten Nockens 18 rotierbar gelagert. Der Zapfen 6 weist rechtwinklig zur Längsachse 3 gemessen eine Exzentrizität e auf und ist um die Achse 7 des Zapfens 6 rotierbar in der parallel zur Längsachse 3 und senkrecht zur Zentralachse 13 des Hebels 9 angeordneten Zentralbohrung 8 des Hebels 9 gelagert.
Bei einer Rotation der Antriebswelle 2 wird der Hebel 9 durch den exzentrischen Zapfen 6 bewegt. Durch die verschiebbare Aufnahme des ersten Nockens 15 in der zweiten Führung 17 am zweiten Ende 11 des Hebels 9 wird der Hebel 9 so geführt, dass die Zentralachse 13 des Hebels 9 die Zentralachse 19 des zweiten Nockens 18 immer schneidet. Die Bewegung des Hebels 9 ist somit eine Überlagerung aus einer Verschiebung parallel zur Zentralachse 13 des Hebels 9 und einer rotativen Oszillationsbewegung um die Zentralachse 19 des zweiten Nockens 18. Dadurch wird die Zentralachse 20 des zweiten Nockens 18 mit einem Drehwinkel von a bewegt, wobei der Drehwinkel a abhängig von den Abmessungen a, b und e ist und in einem Bereich zwischen 0, 05° und 10° liegt.
Ferner sind die Antriebswelle 2 inklusive Zapfen 6 sowie die zweite, oszillierende Welle 5 mit je einer zur Längsachse 3 koaxialen, durchgehenden Zentralbohrung 26 ; 27 versehen, so dass ein vorgängig an einem Knochen fixierter Führungsdraht in die Zentralbohrungen 26 ; 27 einführbar ist, wodurch die Vorrichtung für den auszuführenden Arbeitsvorgang, beispielsweise Sägevorgang exakt positionierbar ist.
Die in den Fig. 3a bis 3d dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung unterscheidet sich von der in den Fig. 1 und 2 dargestellten nur darin, dass der Hebel 9 mittels eines in der Zentralbohrung 8 des Hebels 9 (Fig. 1) eingeführten Wälzlagers 25 drehbar am Zapfen 6 gelagert ist. Ferner ist in Fig. 3a die Antriebswelle 2 in ihrer Ausgangslage, d. h. der Drehwinkel ist 0°. In Fig. 3b ist die Antriebswelle 2 bei einem Drehwinkel von 90° dargestellt, während in Fig. 3c der Drehwinkel der Antriebswelle 2 180°, respektive in Fig. 3d 270° beträgt.
In Fig. 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemässen Sägevorrichtung dargestellt, welche neben einem Getriebe 1, wie beispielsweise in den Fig. 1 bis 3 gezeigt, ein Sägeblatt 35 und einen Führungsdraht 36 umfasst. Der Führungsdraht 36 ist in die das Getriebe 1 sowie die Antriebswelle 2 und die zweite Welle 5 koaxial durchdringenden Zentralbohrungen 26 ; 27 (Fig. 1) eingeführt, so dass seine Spitze 37 axial über das vordere, mit den Sägezähnen 39 versehene Ende 38 des Sägeblattes 35 hervorsteht.
Das Sägeblatt 35 ist als zur Längsachse 3 koaxiales Hohlzylindermantelstück mit einer zur Längsachse 3 orthogonalen, kreisringsegmentförmigen Querschnittsfläche ausgestaltet. Der Zentriwinkel ß der kreisringsegmentförmigen Querschnittsfläche beträgt hier ca. 90°. Die Sägezähne 39 sind stirnseitig am vorderen Ende 38 des Sägeblattes 35 angebracht, so dass mit dem Sägeblatt ein zur Längsachse 3 konzentrischer kreisbogenförmiger Sägeschnitt in einem Knochen oder Knochenfragment ausführbar ist. Am vorderen Ende 23 der zweiten Welle 5 sind Mittel 40 zur lösbaren Befestigung des Sägeblattes 35 angebracht, welche beispielsweise als Bajonettverschluss oder Gewindeverbindung ausgestaltet sein können. Durch einen am hinteren Ende 21 der Antriebswelle 2 ankuppelbaren Antriebsmotor (nicht gezeichnet) wird die Antriebswelle 2 des Getriebes 1 angetrieben. Durch das Getriebe 1 wird in der Folge die Rotationsbewegung der Antriebswelle 2 in eine oszillierende Bewegung umgesetzt, so dass das am vorderen Ende 23 der zweiten Welle 5 angeordnete Sägeblatt 35 eine zur Längsachse 3 konzentrische oszillierende Drehbewegung ausführt. Ferner ist auf der äusseren Mantelfläche 34 des Sägeblattes 35 eine zur Längsachse 3 parallele Skala 33 angebracht, worauf die Tiefe des ausgeführten Sägeschnittes ablesbar ist.
