DE19820639A1 - Arbeitsgerät für Bohr-, Schneid- und Schraubwerkzeuge zu medizinischen Zwecken - Google Patents
Arbeitsgerät für Bohr-, Schneid- und Schraubwerkzeuge zu medizinischen ZweckenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches
Antriebsgerät für Bohrer, Schneidwerkzeuge und Schraubbits,
welche zu medizinischen Zwecken herkömmlicherweise verwendet
werden sowie ein Verfahren zur Abstimmung des Antriebsgeräts.
In der Medizin werden derartige Arbeitsgerätschaften
beispielsweise in der Zahnmedizin für übliche
Wurzelkanalaufbereitungen aber auch für das Aufbohren und
Gewindeschneiden in Knochen sowie für das Eindrehen von Stiften
verwendet. Auch werden diese Arbeiten manuell vom Zahnarzt bzw.
vom Operateur durchgeführt, um Beschädigungen der zu
behandelnden Zähne oder Knochen zu vermeiden.
Beispielsweise in der Zahnmedizin werden übliche
Wurzelkanalaufbereitungen mittels eines elektrisch
angetriebenen Bohrers ausgeführt, der in einem
zahnmedizinischen Handstück gelagert ist. Für den Antrieb wird
im allgemeinen ein kollektorloser Gleichstromantrieb verwendet,
wie er beispielsweise von der Firma KaVo unter der Bezeichnung
"INTRAmatic LUX" vertrieben wird. Diese Art von Antrieb, welche
normalerweise für den Betrieb von zahnmedizinischen
Bohrwerkzeugen vorgesehen ist, wird mit dem in der Zahnmedizin
eingesetzten Steuerungsaufwand in einem untersten
Drehzahlbereich von circa 2000 bis 4000 Umdrehungen pro Minute
bis in einen obersten Drehzahlbereich von circa 40000 bis 60000
Umdrehungen pro Minute bei einem Drehmoment von 2 bis 3 Ncm
betrieben und sind in einem zahnmedizinischen Handstück
eingebaut.
Zur Wurzelkanalaufbereitung werden indessen flexible
Endo-Werkzeuge verwendet, mittels denen Wurzelkanäle, die
unterschiedliche Durchmesser und unterschiedlichste Verläufe
aufweisen können, ausgeräumt werden. Dies geschieht z. B. mit
einem sich zur Spitze hin verjüngenden, flexiblen,
spiralförmigen Bohrer von einer Länge von circa 20 bis 30 mm,
der sich bei seiner Drehung in den Wurzelkanal schraubt, wobei
durch Herausziehen dieses Bohrers der Kanal ausgeräumt wird.
Laut Angabe der Hersteller dieser Art von Bohrern beträgt
dessen Arbeitsdrehzahlbereich circa 100 bis 500 Umdrehungen pro
Minute, in Sonderfällen bis 1800 Umdrehungen pro Minute. Um
daher den für derartige Werkzeuge optimalen Arbeitsbereich zu
erreichen, müssen bei den gegenwärtig vorgesehenen, für den
Einbau in bekannte Griffstücke geeignete Elektromotoren mit dem
vorstehend genannten Drehzahl-Spektrum von 2000 bis 40000
Umdrehungen pro Minute Untersetzungen von i=16-20 : 1
nachgeschaltet werden. Durch derartige Getriebe wird zwar das
Einsatzgebiet bekannter Elektromotoren für den medizinischen
Bereich auch auf den Antrieb von flexiblen Spiralbohrern dieser
Gattung erweitert. Jedoch bewirkt das Untersetzungsgetriebe
gleichzeitig auch eine Drehmomenterhöhung um eben diesen
Faktor, reduziert um den Wirkungsgradverlust des Getriebes.
Untersuchungen der Erfinderin haben ergeben, daß mit diesem
Drehmoment nahezu alle zur Zeit eingesetzten Endo-Werkzeuge
beispielsweise zur Wurzelkanalaufbereitung mehrfach über deren
Bruchgrenze belastet werden. Es hat sich nämlich gezeigt, daß
beispielsweise flexible Spiralbohrer für das Ausräumen von
Wurzelkanälen bis nur maximal 0,2 Ncm belastet werden dürfen.
Bei einem überschreiten dieser Drehmomentgrenze kann der
Spiralbohrer abbrechen und in dem zu behandelnden Wurzelkanal
stecken bleiben. Derartige Unfälle lassen sich oft nur durch
einen operativen Eingriff beheben.
Angesichts dieser Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein elektrisches Antriebsgerät für medizinische Endo-
Werkzeuge zu schaffen, dessen Drehzahl- und Drehmomentbereich
unter geringem regelungstechnischen Aufwand derart variabel
einstellbar ist, daß das elektrische Antriebsgerät bei nahezu
sämtlichen Endo-Werkzeugen insbesondere für das Bohren und auch
Gewinde Schneiden und Stift Eindrehen verwendet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches
Antriebsgerät für medizinische Werkzeuge mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 sowie durch ein erfindungsgemäßes Verfahren
zur Anpassungen bzw. Eichung des Antriebsgeräts gelöst, wodurch
ein exaktes Einstellen des maximalen Drehmoments ermöglicht
wird.
Die Erfindung besteht demzufolge in der Ausbildung eines
elektrischen Antriebsgeräts für medizinische Bohr-, Schneid-
und Schraubwerkzeuge mit jeweils einem vorbestimmten
Umdrehungsbereich und einer maximal zulässigen
Drehmomentbelastungsgrenze, das einen elektrischen Schrittmotor
umfaßt, dessen maximales Drehmoment und Drehzahl über die
Stromstärke und die Drehfeldfrequenz vorgegeben werden kann.
Umfangreiche Experimente erbrachten das Ergebnis, daß mit einem
Schrittmotor als Antrieb für derzeit bekannte Endo-Werkzeuge
deren Abbrechen im praktischen Einsatz verhindert wird. Hierbei
macht man sich den Effekt des "außer Tritt Fallens" von
Schrittmotoren zunutze, der maximal ein Blockieren des Motors
bei Überlastung bewirkt. Der regelungstechnische Aufwand bleibt
dabei äußerst gering und beschränkt sich im wesentlichen auf
das Einstellen der Stromstärke und der Impulsgebung für den
Schrittmotor.
Es ist ein besonderes Ziel der Erfindung, daß das vorstehend
beschriebene Antriebsgerät für unterschiedliche Handstücke und
somit unterschiedliche Triebwellenzüge verwendbar sein muß, die
wiederum verschiedene Wirkungsgrade aufweisen. In anderen
Worten ausgedrückt, stimmt die am Motor eingestellte maximale
Drehmomentgrenze bei Handstücken nicht mit dem unmittelbar am
Werkzeug maximal aufbringbaren Drehmoment überein. Das
erfindungsgemäße Verfahren zur Abstimmung des Antriebsgeräts
sieht demzufolge einen Selbsteichungsschritt (Kalibrierschritt)
vor, der beispielsweise bei in Betriebnahme, nach einem Wechsel
des Hand- oder Griffstücks bzw. des Triebwellenzugs, und/oder
aber auch in bestimmten Zeitintervallen durchgeführt wird.
Prinzipiell wird hierbei der erfindungsgemäße Schrittmotor mit
einem vorbestimmten minimalen elektrischen Strom unterhalb des
Losbrechstroms beaufschlagt. Daraufhin wird der Strom
stufenweise erhöht, solange, bis der Schrittmotor anläuft. Der
letzte Stromwert, der ein Anlaufen der Schrittmotors bewirkt,
wird als jener Strom gespeichert, der zur Überwindung der
Reibung des Triebwellenzugs notwendig ist und der folglich dem
Strom des Antriebsgeräts proportional ist.
Weitere vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind dabei
Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten
Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die begleitende
Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt als ein mögliches Anwendungsbeispiel der Erfindung
den generellen Aufbau eines in der Zahnmedizin allgemein
verwendeten Winkelstücks zur Lagerung von Bohrern sowie zur
Aufnahme eines elektrischen Antriebsmotors,
Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich eines erfindungsgemäßen
Arbeitsverfahrens bei einer Wurzelkanalbehandlung und
Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm bezüglich eines
Selbsteichungsprozesses.
Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht die
zahnmedizinische Handstückanordnung aus einem an einem
Versorgungsschlauchpaket 11 angeschlossenen elektrischen
Antriebsmotor 1, an dessen freiem Wellenende 1a der
Triebwellenabschnitt 2 eines eine gekrümmte Griffhülse 3
aufweisenden Handstückteils 5 angekoppelt ist. Das
Handstückteil 5 selbst hat das Griffstück 3, an dessen äußerem
Ende ein Bohrkopf 7 angeordnet ist, wobei an der
gegenüberliegenden Stirnseite eine den Antriebsmotor 1
übergreifende weitere Hülse 4 befestigt ist. An dem Bohrkopf 7,
welcher ein Werkzeug, vorliegend einen Dentalbohrer 6 drehbar
aufnimmt, ist ferner eine Beleuchtungseinrichtung 8 mit einer
Versorgungsleitung 8a angebracht.
Erfindungsgemäß ist der Antriebsmotor 1 als ein Schrittmotor
ausgebildet, der die nachfolgenden Eigenschaften aufweist.
Der Schrittmotor 1 hat einen Arbeitsdrehzahlbereich von 0 bis
6000 Umdrehungen pro Minute und ca. 100 bis 300 Umdrehungen pro
Minute innerhalb der sogenannten Start-Stop-Frequenz, wobei
dessen Drehmomentbereich zwischen 0 und ca. 4 Ncm liegt. Der
Schrittmotor 1 bestehend aus einem Rotor (nicht gezeigt) mit
Abtriebswelle 1a und einem Stator (nicht gezeigt) umgeben von
einem Außenmantel 9 bildet eine Motorpatrone, die in eine
hülsenförmige Adapterpatrone 10 eingesteckt ist, das wiederum
in dem Handstückteil, d. h. in der an der Griffhülse
stirnseitig befestigten weiteren Hülse 4 axial eingeschoben und
an der Griffhülse 3 befestigt ist. Der Anschluß zwischen dem
Schrittmotor 1 und dem Versorgungsschlauchpaket 11 kann auf
verschiedene Arten erfolgen.
Wie ferner in der Fig. 1 dargestellt wird, ist die
Abtriebswelle 1a des Schrittmotors 1 unmittelbar an den
Triebwellenabschnitt 2 für das Werkzeug 6 ohne ein Unter- oder
Übersetzungsgetriebe angekoppelt. D. h., daß der
Triebwellenabschnitt 2 mit der gleichen Umdrehungszahl dreht,
wie die Abtriebswelle 1a des Schrittmotors 1. Natürlich kann in
dem gekrümmten Griffstück 3 auch ein Untersetzungs- oder
Übersetzungsgetriebe untergebracht sein, wobei das elektrische
Antriebsgerät somit durch Austausch des jeweils verwendeten
Griffstücks 3 wahlweise mit einem Untersetzungsgetriebe, mit
einem Übersetzungsgetriebe oder ohne ein Getriebe lediglich
durch Aufstecken des jeweiligen Griffstücks 3 auf die
Adapterpatrone 10 ausgebildet werden kann.
Der Entwicklung des erfindungsgemäßen elektrischen
Antriebsgeräts bestehend aus dem Schrittmotor 1 mit einer
Umdrehungszahl von 0 bis 6000 Umdrehungen pro Minute und einem
Drehmomentbereich zwischen 0 und 4 Ncm, der Abtriebswelle 1a
des Schrittmotors 1 sowie dem Triebwellenabschnitt 2 sind
zahlreiche Versuche insbesondere hinsichtlich der
Belastungsfähigkeit der mit diesem elektrischen Antriebsgerät
zu betreibenden Endo-Werkzeuge vorhergegangen, auf die
nachfolgend kurz eingegangen werden soll:
Zuerst wurden Versuche mit flexiblen Endo-Werkzeugen für zahnmedizinische Zwecke insbesondere zur Wurzelkanalaufbereitung durchgeführt. Wie eingangs bereits kurz ausgeführt wurde, sind diese Endo-Werkzeuge in Form von flexiblen, spiralförmigen Bohrern ausgebildet, die sich zur Spitze hin verjüngen und vorzugsweise aus Nickel-Titan-Le gierung oder Stahl gefertigt sind. Die maximal zulässige Drehzahl derartiger Bohrer beträgt circa 100 bis 1800 Umdrehungen pro Minute. Die Versuche haben gezeigt, daß feine Bohrer dieser Gattung schon bei einem Drehmoment von circa 0,2 Ncm brechen, wobei bei Überschreiten dieser Drehmomentgrenze vorwiegend am äußersten Endbereich des Bohrers ein Bruch auftritt. Weitere praxisnahe Versuche mit derzeit bekannten elektrischen Antriebsgeräten zum Antreiben der vorstehend spezifizierten spiralförmigen Bohrer haben gezeigt, daß die herausgefundene maximale Drehmomentgrenze von 0,2 Ncm überschritten wird. Wurzelkanäle verlaufen in der Praxis nicht geradlinig sondern sind gekrümmt oder abgeknickt und weisen unterschiedliche Längen auf. Insofern tritt eine erhöhte Gefahr dahingehend auf, daß der Bohrer bei Erreichen einer derartigen Knickstelle innerhalb des Wurzelkanals oder bei Erreichen des Wurzelkanalendes bricht, da das elektrische Antriebsgerät ein zu hohes Abtriebsmoment aufweist. Dies geschieht so schnell und überraschend, daß der behandelnde Arzt keine Möglichkeiten hat, dem Abbrechen des Bohrers beispielsweise durch rechtzeitiges Ausschalten oder Rückziehen des elektrischen Antriebsgerätes vorzubeugen.
Zuerst wurden Versuche mit flexiblen Endo-Werkzeugen für zahnmedizinische Zwecke insbesondere zur Wurzelkanalaufbereitung durchgeführt. Wie eingangs bereits kurz ausgeführt wurde, sind diese Endo-Werkzeuge in Form von flexiblen, spiralförmigen Bohrern ausgebildet, die sich zur Spitze hin verjüngen und vorzugsweise aus Nickel-Titan-Le gierung oder Stahl gefertigt sind. Die maximal zulässige Drehzahl derartiger Bohrer beträgt circa 100 bis 1800 Umdrehungen pro Minute. Die Versuche haben gezeigt, daß feine Bohrer dieser Gattung schon bei einem Drehmoment von circa 0,2 Ncm brechen, wobei bei Überschreiten dieser Drehmomentgrenze vorwiegend am äußersten Endbereich des Bohrers ein Bruch auftritt. Weitere praxisnahe Versuche mit derzeit bekannten elektrischen Antriebsgeräten zum Antreiben der vorstehend spezifizierten spiralförmigen Bohrer haben gezeigt, daß die herausgefundene maximale Drehmomentgrenze von 0,2 Ncm überschritten wird. Wurzelkanäle verlaufen in der Praxis nicht geradlinig sondern sind gekrümmt oder abgeknickt und weisen unterschiedliche Längen auf. Insofern tritt eine erhöhte Gefahr dahingehend auf, daß der Bohrer bei Erreichen einer derartigen Knickstelle innerhalb des Wurzelkanals oder bei Erreichen des Wurzelkanalendes bricht, da das elektrische Antriebsgerät ein zu hohes Abtriebsmoment aufweist. Dies geschieht so schnell und überraschend, daß der behandelnde Arzt keine Möglichkeiten hat, dem Abbrechen des Bohrers beispielsweise durch rechtzeitiges Ausschalten oder Rückziehen des elektrischen Antriebsgerätes vorzubeugen.
Das erfindungsgemäße elektrische Antriebsgerät verwendet
indessen gemäß vorstehender Beschreibung den Schrittmotor 1 und
macht sich dabei bei einem Arbeitsvorgang gemäß Fig. 2
beispielsweise für eine Wurzelkanalbehandlung die folgenden
Eigenschaften des Schrittmotors zunutze:
Der verwendete Schrittmotor 1 läßt sich konstruktiv bedingt bereits in einem Drehzahlbereich zwischen 100 und 300 Umdrehungen pro Minute innerhalb seiner Start-Stop-Frequenz betreiben. D. h. wird der Motor über dessen eingestelltes maximales Drehmoment belastet, fällt er außer Tritt und versucht selbständig wieder anzulaufen und läuft auch an, wenn die Drehmomentanforderung wieder zurückgeht. Dieses "außer Tritt Fallen" ist nicht nur hörbar sondern auch durch Vibrationen an der Handstückanordnung für den behandelnden Arzt eindeutig spürbar. Das "außer Tritt Fallen" des Schrittmotors verhindert im Zeitraum zwischen dem Auftreten der Überbelastung des Schrittmotors und dem Erkennen bzw. Reagieren durch den Arzt eine Überlastung des Werkzeugs, nämlich des Spiralbohrers über die eingestellte maximale Drehmomentgrenze hinaus, so daß in jedem Fall ein Bruch infolge einer Drehmomentüberlastung verhindert wird.
Der verwendete Schrittmotor 1 läßt sich konstruktiv bedingt bereits in einem Drehzahlbereich zwischen 100 und 300 Umdrehungen pro Minute innerhalb seiner Start-Stop-Frequenz betreiben. D. h. wird der Motor über dessen eingestelltes maximales Drehmoment belastet, fällt er außer Tritt und versucht selbständig wieder anzulaufen und läuft auch an, wenn die Drehmomentanforderung wieder zurückgeht. Dieses "außer Tritt Fallen" ist nicht nur hörbar sondern auch durch Vibrationen an der Handstückanordnung für den behandelnden Arzt eindeutig spürbar. Das "außer Tritt Fallen" des Schrittmotors verhindert im Zeitraum zwischen dem Auftreten der Überbelastung des Schrittmotors und dem Erkennen bzw. Reagieren durch den Arzt eine Überlastung des Werkzeugs, nämlich des Spiralbohrers über die eingestellte maximale Drehmomentgrenze hinaus, so daß in jedem Fall ein Bruch infolge einer Drehmomentüberlastung verhindert wird.
Des weiteren ermöglicht der Direktantrieb des Werkzeuges durch
das elektrische Antriebsgerät ohne Untersetzungs- oder
Übersetzungsgetriebe eine im wesentlichen genaue Einstellung
des maximal erreichbaren Drehmoments an dem Werkzeug durch
Bestimmung der maximal zulässigen Stromstärke sowie der
Drehzahl über die Drehfeldfrequenz des Schrittmotors. Es lassen
sich bei dem erfindungsgemäßen Schrittmotor jedoch nicht nur
Drehzahl und Drehmoment exakt einstellen sonder auch dessen
Drehrichtung, wodurch die folgende Funktion ermöglicht wird.
Unter der Annahme, daß sich beispielsweise der Bohrer zum
Ausräumen eines Wurzelkanals festgefressen und das
Antriebsgerät in Folge der überhöhten Drehmomentbelastung außer
Tritt gefallen ist, so ist der Schrittmotor innerhalb der
Start-Stop-Frequenz bestrebt, wieder anzulaufen. Dies führt zu
einer Vibration oder Rüttelbewegung, die der Arzt am Griffstück
fühlt. Es besteht nunmehr die Möglichkeit den Schrittmotor bzw.
dessen Drehfeldfrequenz wie in der Fig. 2 dargestellt ist,
derart zu steuern, daß der Motor abwechselnd die Drehrichtung
ändert also eine gezielte, definierte Hin- und Herbewegung
(beispielsweise ein sogenannter Pilgerschritt, bei dem eine
Vorwärtsdrehung jeweils größer ist als die darauffolgende
Rückwärtsdrehung) ggf. mit einer erhöhten Stromstärke, die
proportional dem Drehmoment ist, das unterhalb des maximal
zulässigen Drehmoments liegt und diese solange ausführt, bis
sich der Bohrer wieder losgerissen hat, um dann in die
Hauptdrehrichtung weiterzudrehen. Dieser Verstärkermodus kann
entweder manuell durch den Arzt oder automatisch bei
Überschreiten des maximalen Drehmoments eingeleitet werden.
Des weiteren hat sich gezeigt, daß sich auch solche Werkzeuge
mittels des erfindungsgemäßen elektrischen Antriebsgerätes
betreiben lassen, die bei einer höheren Drehzahl z. B. bei 2000
Umdrehungen pro Minute arbeiten, also außerhalb der Start-Stop-Dre
hzahl. Der erfindungsgemäße Schrittmotor kann in diesem Fall
über eine definierte Beschleunigungsfunktion auf diese
Geschwindigkeit beschleunigt werden und fällt dabei ebenfalls
außer Tritt, d. h. er bleibt in diesem Falle stehen, wenn das
den Schrittmotor beaufschlagende Drehmoment dessen eingestellte
maximale Drehmomentgrenze überschreitet. Wird der
erfindungsgemäße Schrittmotor in diesem Drehzahlbereich von
circa 2000 Umdrehungen pro Minute betrieben, kann jedoch der
Schrittmotor, wenn er einmal außer Tritt gefallen ist, nicht
mehr selbständig anlaufen. Um den Elektromotor daher wieder auf
diese Drehzahl zu beschleunigen, muß die Drehfeldfrequenz
manuell beispielsweise über einen Fußschalter unter die
maximale Start-Stop-Geschwindigkeit abgesenkt werden, damit der
Motor von neuem auf die durch das verwendete Werkzeug
vorgeschriebene Arbeitsgeschwindigkeit hochgefahren werden
kann.
Aus der vorstehenden Beschreibung des erfindungsgemäßen
elektrischen Antriebsgerätes läßt sich erkennen, daß dieses zu
zahlreichen anderen medizinischen Zwecken angewendet werden
kann. Da die Drehzahl sowie das Drehmoment leicht und exakt dem
Schrittmotor vorgegeben werden können und damit auch die
Drehzahl sowie das maximale Drehmoment an dem Werkzeug
eingestellt werden kann, lassen sich unter anderem auch Gewinde
in vorgebohrten Bohrungen schneiden, wie sie beispielsweise in
der Knochenchirurgie benötigt werden. Das Gewinde reißt nicht
aus, da bei Überlastung des Motors entsprechend dessen
maximaler Drehmomentgrenze der Motor einfach stehen bleibt und
nur versucht, wieder anzulaufen. Auch läßt sich bei dem
verwendeten Schrittmotor die Drehrichtung in einfacher Weise
umkehren, so daß Bohrer oder Gewindebohrer bei Erreichen eines
Punktes bzw. Eindringtiefe in exakter Weise wieder
herausgefahren werden kann. Das gleiche gilt natürlich auch für
das Eindrehen von Gewindestiften in diese Gewindebohrungen.
Als eine zusätzliche Einrichtung für das erfindungsgemäße
Arbeitsgerät kann ein elektronischer Schaltpult vorgesehen
sein, in dem eine Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugtypen
sowie deren technische Daten abgespeichert sind. Auf diese
Weise braucht der behandelnde Arzt lediglich den von ihm
benutzten Werkzeugtyp einzugeben oder aufzurufen, um das
Arbeitsgerät leistungstechnisch auf die zulässigen Werte dieses
Werkzeugs einzustellen.
Als weitere mögliche Anwendungsbereiche seien die Folgenden
genannt:
- 1. Im Falle einer Kariesbehandlung läßt sich der Umstand zunutze machen, daß ein Karies befallener Zahnschmelz eine geringere Härte besitzt, als ein gesunder Zahnschmelz. D.h. erkrankte Zahnbereiche verändern ihre Struktur und damit ihre Festigkeit und Härte gegenüber gesunden Zahnbereichen. Der Schrittmotor kann nunmehr so eingestellt werden, daß das maximal abgebbare Drehmoment zwar ausreicht, einen Bohrer in das erkrankte Zahnmaterial zu treiben, um dieses auszuräumen. Sobald jedoch der Bohrer auf den gesunden Zahnschmelz trifft, überschreitet das aufgebrachte Drehmoment diese maximale Drehmomentgrenze, worauf der Schrittmotor stoppt. Gesunder Zahnschmelz bleibt dadurch nahezu vollständig erhalten. Im übrigen verursacht ein derart betriebener Bohrer geringere Vibrationen, die im Falle des Entfernes von gesundem Zahnschmelz verstärkt auftreten würden, wodurch Schmerzen, verursacht durch eine Traumatisierung, d. h. ein Zusammenrücken der Nervenkammer während der Zahnbehandlung, reduziert werden.
- 2. Gleiches gilt auch beispielsweise bei der Entfernung von Zahnstein, welches gegenüber dem Zahnschmelz ebenfalls andere Eigenschaften bezüglich Härte und Festigkeit besitzt, auf die das erfindungsgemäße Antriebsgerät hinsichtlich einer optimalen Drehzahl und Drehmomentgrenze eingestellt werden kann.
Wie eingangs kurz erwähnt wurde, soll das erfindungsgemäße
Antriebsgerät sowohl hinsichtlich seines Verwendungsbereichs
(unterschiedliche medizinische Einsatzmöglichkeiten) als auch
hinsichtlich unterschiedlicher Handstückkonstruktionen
möglichst flexibel sein. Im Rahmen der zahlreichen Versuche
wurde herausgefunden, daß trotz exakt einstellbarer Drehzahlen
und Drehmomente am Schrittmotor selbst, Abweichungen bzw.
Drehzahl- und/oder Drehmoment schwanken direkt am Werkzeug für
unterschiedliche Handstücke auftreten. Der Grund hierfür
besteht darin, daß insbesondere Winkelstücke mit
unterschiedlichen Abkrümmwinkeln, Materialien,
Antriebswellenzügen, Lagerungen usw., kurz gesagt, Handstücke
unterschiedlicher Hersteller voneinander abweichende
Wirkungsgrade besitzen. D.h. wird ein bestimmtes Drehmoment am
erfindungsgemäßen Schrittmotor eingestellt, so wird das
tatsächlich am Bohrer erreichbare maximale Drehmoment
entsprechend dem Wirkungsgrad (Drehmomentverlust z. B. durch
Reibung usw.) entsprechend des verwendeten Handstücks
verringert. Die Folge hiervon ist, daß eine exakte Einstellung
des Drehmoments am Werkzeug praktisch unmöglich wird.
Die Lösung dieses Problem besteht in dem erfindungsgemäßen
Selbsteichungsprozeß, wie er in der Fig. 3 dargestellt ist.
Gemäß dieser Fig. 3 wird für eine Getriebe- bzw.
Triebwellenzug-Bestimmung z. B. nach einem Wechsel des
Griffstücks, bei jeder Inbetriebnahme des Antriebsgeräts
und/oder aber auch grundsätzlich in vorbestimmten
Zeitintervallen durch den Arzt ein Selbsteichungsprozeß in Form
eines bestimmten Leerlaufprogramms eingeleitet. Dieses
Programm wird gestartet durch Betätigen einer nicht weiter
aufgeführten Eichungs-Starttaste, worauf der Schrittmotor in
einem ersten Verfahrensschritt mit einem minimalen elektrischen
Strom beaufschlagt wird. Dieser Minimalstrom wird unterhalb des
Schrittmotor eigenen Losbrechstroms gewählt oder ist bereits
standardgemäß auf diesen Wert voreingestellt, so daß der Motor
bei Anlegen dieses Stroms nicht anläuft.
Nach jeweils einer bestimmten Anzahl von
Drehfeldfortschaltungen wird der elektrische Strom um ein
vorbestimmtes Maß stufenweise erhöht, solange, bis der
Schrittmotor anläuft. Dieses Anfahren des Schrittmotors wird
entweder visuell/akustisch durch den Arzt oder über einen
Sensor erfaßt, worauf die in Fig. 3 dargestellte
Stromerhöhungs-Programmschleife des Eichungsprozesses manuell
oder automatisch beendet wird. Mit Beendigung dieser
Programmschleife, schreitet der Vorgang zum nächsten Schritt
fort, in welchem der zuletzt eingestellte elektrische Strom
als Losbrechstrom in einer Tabelle abgespeichert wird. Dieser
Losbrechstrom stellt gleichzeitig auch den Verluststrom durch
das verwendete Winkelstück und damit indirekt einen Wert für
dessen Wirkungsgrad dar.
Wird nunmehr die gewünschte Stromstärke entsprechend dem zu
verwendenden Werkzeug oder der beabsichtigten Behandlungsart
vom Arzt eingegeben, addiert ein das Programm aus führender
Rechner automatisch den zuvor gemessenen Verluststrom zu dem
eingegebenen Wert hinzu, um den zu erwartenden Verlust durch
das Winkelstück oder ein nachfolgendes Getriebe auszugleichen.
Auf diese Weise entspricht das maximale Drehmoment am Werkzeug
sehr exakt dem eingegebenen Stromwert.
Die vorstehend beschriebene Eichung kann alternativ auch
bereits durch die Hersteller der Winkelstücke selbst
standardgemäß durchgeführt und in Form eines elektrisch
lesbaren oder auch manuell in den Rechner eingebbaren Codes
beispielsweise auf dem Gehäuse des Winkelstücks angegeben
werden. D.h. Winkelstücke, Handstücke, Triebwellenzüge usw.
werden ab Werk mit einer Wirkungsgradangabe versehen, die dann
entweder der Arzt bei der Eingabe des Maximalstromwerts
berücksichtigt oder aber vom Rechner über einen geeigneten
Sensor erkennt und als Verluststrom bei der Korrektur der
manuell eingegebenen Stromtabelle verwendet.
Die Erfindung bezieht sich demzufolge auf ein elektrisches
Antriebsgerät für medizinische Anwendungen insbesondere zum
Antrieb von Bohrern, Schneid- und Schraubwerkzeugen. Derartige
Endo-Werkzeuge haben vorbestimmte Arbeitsdrehzahlbereiche und
besitzen entsprechend deren Materialien und Dimensionen maximal
zulässige Drehmomentbelastungsgrenzen. Um ein Überschreiten
dieser individuellen Drehmomentbelastungsgrenzen zu vermeiden,
ist das Antriebsgerät mit einem Schrittmotor ausgerüstet. Der
Schrittmotor fällt bei Erreichen dessen maximaler
Drehmomentgrenze außer Tritt, wobei die maximale
Drehmomentgrenze des Schrittmotors unterhalb der
Drehmomentsbelastungsgrenze des Werkzeuges festgelegt wird. Um
die Drehmomentbelastungsgrenze exakt einstellen zu können, führt
das Antriebsgerät einen Eichungsvorgang im Rahmen eines
Leerlaufs durch, bei dem der Wirkungsgrad des verwendeten
Triebwellenzugs bis zum Werkzeug erfaßt und damit der Stromwert
für ein Null-Drehmoment ermittelt wird.
Claims (13)
1. Elektrisches Antriebsgerät für medizinische Bohr-,
Schneid- und Schraubwerkzeuge (6) mit jeweils einem
vorbestimmten Umdrehungsbereich und einer maximal zulässigen
Drehmomentbelastungsgrenze,
gekennzeichnet durch
einen elektrischen Schrittmotor (1), dessen maximales
Drehmoment und dessen Drehzahl über die Stromstärke und die
Drehfeldfrequenz vorgebbar sind.
2. Elektrisches Antriebsgerät nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Abtriebswelle (1a) des Schrittmotors
(1) mit/ohne Unter- oder Übersetzung an das Werkzeug (6)
gekoppelt ist.
3. Elektrisches Antriebsgerät nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (1)
ohne Unter-/Übersetzung einen Arbeitsdrehzahlbereich von 100
bis 300 Umdrehungen pro Minute hat und bei einer Belastung
gleich oder größer als sein eingestelltes Drehmoment außer
Tritt fällt.
4. Elektrisches Antriebsgerät nach Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Arbeitsdrehzahlbereich das Start-Stop-Ge
schwindigkeitsspektrum des Schrittmotors (1) ist, innerhalb
dem der Schrittmotor (1) nach außer Tritt Fallen bei
Verringerung der Drehmomentbelastung selbständig wieder
anläuft.
5. Elektrisches Antriebsgerät nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (1)
außerhalb seines Start-Stop-Geschwindigkeitsspektrums bis zu
einer Geschwindigkeit von 6000 Umdrehungen pro Minute
betreibbar ist.
6. Elektrisches Antriebsgerät nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgabedrehmoment des
Schrittmotors (1) zwischen 0 und 4 Ncm.
7. Elektrisches Antriebsgerät nach einem der vorstehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor (1)
zumindest bei Erreichen oder Überschreiten des maximalen
Drehmoments in einem Verstärkermodus regelbar ist, in dem der
Schrittmotor eine definierte Links-Rechts-Bewegung
beispielsweise einen Pilgerschritt ausführt, um dann bei
Unterschreiten des maximalen Drehmoments in seine
Vorzugsrichtung weiter zu drehen.
8. Elektrisches Antriebsgerät nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Links-Rechts-Bewegung jeweils auf eine
vorbestimmte Gradzahl beschränkt ist.
9. Elektrisches Antriebsgerät nach einem der vorstehenden
Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsgerät ein
zahnmedizinisches Handstück mit einem Winkelstück ist, in dem
ein Triebwellenzug lagert, der durch den Schrittmotor (1)
antreibbar ist.
10. Verfahren zur Selbsteichung eines elektrischen
Antriebsgeräts mit den Merkmalen gemäß einem der vorstehenden
Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:
- a. Beaufschlagen des Motors (1) mit einem Minimalstrom unterhalb des motorspezifischen Losbrechstroms,
- b. schrittweises Erhöhen des Stroms nach bestimmten Drehfeldfortschaltungen,
- c. Erfassen des Stromwerts, bei welchem der Motor (1) anläuft.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der
erfaßte Stromwert als Verluststrom abgespeichert und dem
eingegebenen Maximalstrom hinzu addiert wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Selbsteichung bei Inbetriebnahme des
Motors (1) und/oder bei einem Wechsel des Antriebsgeräts
und/oder nach einer vorbestimmten oder bestimmbaren Zeitperiode
ausgeführt wird.
13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch
gekennzeichnet, daß der Verluststrom in Form eines vorzugsweise
am Antriebsgerät bereits angebrachten, elektronisch erfaßbaren
Codes oder durch den Arzt manuell eingegeben wird, wobei der
Verluststrom werksseitig bereits ermittelt wird.
Priority Applications (7)
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JP2000547929A JP2002514464A (ja) | 1998-05-08 | 1999-05-10 | 医療目的のための穿孔、切断およびネジ締め器具の作業装置 |
BR9906430-8A BR9906430A (pt) | 1998-05-08 | 1999-05-10 | Aparelho de trabalho para brocas, instrumentos de corte e chaves de parafuso para finalidades médicas |
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DE59914125T DE59914125D1 (de) | 1998-05-08 | 1999-05-10 | Arbeitsgerät für bohr-, schneid- und schraubwerkzeuge zu medizinischen zwecken |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1226789A2 (de) * | 2001-01-25 | 2002-07-31 | Nakanishi Inc. | Verfahren und Drehmomentsteuereinheit für chirurgisches Bohrsystem |
DE102004014667A1 (de) * | 2004-03-19 | 2005-11-17 | Aesculap Ag & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Drehmomentkalibrierung eines chirurgischen Antriebs |
DE10219166B4 (de) * | 2002-04-29 | 2005-11-24 | Heribert Schmid | Medizinische Behandlungsvorrichtung |
WO2007047983A2 (en) * | 2005-10-20 | 2007-04-26 | Graham John W | Method and system for temporary skeletal anchorage in orthodontics |
CN102715956A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-10 | 北京航空航天大学 | 一种激光式口腔内微型牙体预备自动切削装置 |
WO2018048857A1 (en) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | Dentsply Sirona Inc. | Dental device with load-responsive motor control |
-
1998
- 1998-05-08 DE DE19820639A patent/DE19820639A1/de not_active Withdrawn
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1226789A2 (de) * | 2001-01-25 | 2002-07-31 | Nakanishi Inc. | Verfahren und Drehmomentsteuereinheit für chirurgisches Bohrsystem |
EP1226789A3 (de) * | 2001-01-25 | 2003-04-09 | Nakanishi Inc. | Verfahren und Drehmomentsteuereinheit für chirurgisches Bohrsystem |
DE10219166B4 (de) * | 2002-04-29 | 2005-11-24 | Heribert Schmid | Medizinische Behandlungsvorrichtung |
DE102004014667A1 (de) * | 2004-03-19 | 2005-11-17 | Aesculap Ag & Co. Kg | Verfahren und Vorrichtung zur Drehmomentkalibrierung eines chirurgischen Antriebs |
DE102004014667B4 (de) * | 2004-03-19 | 2006-11-30 | Aesculap Ag & Co. Kg | Verfahren zur Drehmomentkalibrierung eines chirurgischen Antriebs |
WO2007047983A2 (en) * | 2005-10-20 | 2007-04-26 | Graham John W | Method and system for temporary skeletal anchorage in orthodontics |
WO2007047983A3 (en) * | 2005-10-20 | 2007-11-29 | John W Graham | Method and system for temporary skeletal anchorage in orthodontics |
CN102715956A (zh) * | 2012-06-12 | 2012-10-10 | 北京航空航天大学 | 一种激光式口腔内微型牙体预备自动切削装置 |
CN102715956B (zh) * | 2012-06-12 | 2014-07-30 | 北京大学口腔医学院 | 一种激光式口腔内微型牙体预备自动切削装置 |
WO2018048857A1 (en) * | 2016-09-07 | 2018-03-15 | Dentsply Sirona Inc. | Dental device with load-responsive motor control |
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