DE102007014785B4

DE102007014785B4 - Fußsteuereinrichtung

Info

Publication number: DE102007014785B4
Application number: DE200710014785
Authority: DE
Inventors: Josef Pabst; Ralf Burkhardt
Original assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Current assignee: Sirona Dental Systems GmbH
Priority date: 2007-03-28
Filing date: 2007-03-28
Publication date: 2009-07-09
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: DE102007014785A1

Abstract

Fußsteuereinrichtung (1) zur Steuerung einer elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch versorgbaren dentalen Behandlungseinheit (4) mit zumindest einem bewegbaren Steuerelement (1.2, 3.4) und zumindest einem in der Fußsteuereinrichtung (1) integrierten Sensor (2), wobei der Sensor (2) ein von der Position des Steuerelements (1.2, 3.4) abhängiges elektrisches Signal erzeugt, wobei die Fußsteuereinrichtung (1) ein Bodenteil (1.1) mit einer Standfläche (1.5) und ein am Bodenteil (1.1) um zumindest eine Schwenk- oder Drehachse (1.3) schwenk- oder drehbar gelagertes und als Steuerelement ausgebildetes Fußpedal (1.2) aufweist und wobei das elektrische Signal zumindest relativ zu der Position des Fußpedals (1.2) um die Schwenkachse (1.3) veränderbar ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) mindestens eine Sensorachse (2.2) und eine in Bezug auf die Sensorachse (2.2) bewegbare Masse (2.3) aufweist und dass der Sensor (2) am Steuerelement (1.2, 3.4) befestigt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fußsteuereinrichtung zur Steuerung einer elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch versorgbaren dentalen Behandlungseinheit. Solche Fußsteuereinrichtungen weisen ein bewegbares Steuerelement und zumindest einen Sensor auf. Der Sensor erzeugt ein von der Bewegung des Steuerelements abhängiges elektrisches Signal.
Die Fußsteuereinrichtung weist ein Bodenteil mit einer Standfläche und ein am Bodenteil um zumindest eine Schwenkachse schwenk- oder drehbar gelagertes und als Steuerelement ausgebildetes Fußpedal aufweist und dass das elektrische Signal zumindest relativ zu der Position des Fußpedals um die Schwenkachse veränderbar ist. Solche Fußsteuereinrichtungen mit einem schwenkbaren Fußpedal finden am häufigsten Einsatz, da ein schwenkbar gelagertes Fußpedal sehr feinfühlig mit dem Fuß bedient werden kann.
Aus der DE 92 06 725 U ist eine Fußsteuereinrichtung bekannt, bei der das Steuerelement als Fußauflageteil ausgebildet ist und ein Potentiometer als Steuerglied eingesetzt ist, mit dem je nach Position des Fußauflageteils ein elektrisches Signal erzeugt und verändert werden kann. Hierbei weist das Fußauflageteil einen begrenzten Bedienweg auf, innerhalb dessen die Schwenkbewegung des Fußauflageteils mit Hilfe einer Getriebeeinheit in eine Drehbewegung umgewandelt und mit dieser der Potentiometer angetrieben wird. Die Getriebeeinheit könnte zur Reduzierung der Baugröße und zur Präzisierung der Steuerung optimiert werden.
Aus der DE 100 57 589 C1 ist ein Fußschalter für medizinische Geräte bekannt, dessen Pedalfläche mit unterschied lichsten Schaltelementen zusammenwirken kann. Ein Hinweis auf einen Beschleunigungssensor fehlt jedoch vollständig.
Aus der DE 43 17 240 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen einer Beschleunigung bekannt, bei der ein auslenkbarer Massekörper vorgesehen ist.
Aus der WO 2007/005507 A2 ist eine Fußsteuerung für eine Lasereinheit bekannt, bei der über ein Accelerometer der Transport eines Fußschalters oder das Vorhandensein eines Fußes eines Behandlers festgestellt und der Laser abgeschaltet oder aufgewärmt wird. Dies stellt allerdings keinen Fußschalter zur Betätigung des Lasers selbst dar. Bei Verwendung eines Fußschalters wird hingegen wegabhängig ein erstes und ein zweites Signal bereitgestellt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nämlich darin, eine Fußsteuereinrichtung derart auszubilden und anzuordnen, dass sie eine hohe Lebensdauer aufweist und gleichzeitig mit einem reduzierten Bedienweg des Steuerelements eine höhere Auflösung der positionsabhängigen elektrischen Signale erzeugt werden kann.
Gemäß der Erfindung weist der Sensor mindestens eine Sensorachse und eine in Bezug auf die Sensorachse bewegbare Masse auf und der Sensor ist mittel- oder unmittelbar am Steuerelement befestigt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Bewegung des Steuerelements direkt in eine Bewegung der Masse im Sensor transferiert wird und somit direkt die an der Masse angreifenden Kräfte verändert werden, ohne dass eine Übersetzung der einen Bewegung in die andere durch eine zusätzliche Getriebeeinheit erfolgt. Die Änderung der an der Masse wirkenden Kräfte können je nach Ausbildung des Sensors erfasst und ausgewertet werden. Gleichzeitig kann ohne die Getriebeein heit die Baugröße reduziert und somit auch der Bedienweg kleiner gewählt werden. Die Verschleißanfälligkeit solcher Sensoren ist äußerst gering, woraus eine hohe Lebensdauer der Fußsteuereinrichtung resultiert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Sensor als Differentialkondensator mit mindestens einer Masse ausgebildet, die über ein flexibles Scharnier um mindestens eine Sensorachse schwenkbar ist.
Bei Differentialkondensatoren werden die elektrischen Signale durch eine Masse erzeugt, die im Mikrometerbereich bewegbar ist. Die Masse ist derart gelagert, dass die Bewegung der Masse linear oder auf einem Kreisbogen erfolgt. Dadurch, dass das Steuerelement ebenfalls entlang eines Kreisbogens oder einer Linie bewegt wird, führt die erfindungsgemäße Transformation der Bewegung des Steuerelements in elektrische Signale zu wesentlich präziseren Ergebnissen. Es wird unmittelbar die Bewegung des Steuerelements bzw. dessen Bewegungsablauf sowohl hinsichtlich der Bewegungsrichtung als auch hinsichtlich des Beschleunigungsprofils erfasst.
Der als Sensor eingesetzte Differentialkondensator wird auch als Halbleiter-Beschleunigungssensor oder Accelerometer bezeichnet.
Da das Steuerelement ebenfalls eine Schwenk- oder Kreisbewegung ausführt, werden mit einem solchen Sensor, bei dem die Masse, die die elektrischen Signale erzeugt, kinematisch gleichwertig, also ebenfalls schwenkbar gelagert ist, präzisere Ergebnisse erreicht.
Hinsichtlich einer Weiterbildung der Fußsteuereinrichtung ist es von Vorteil, wenn der Sensor mindestens eine Masse aufweist, die zumindest in eine Richtung der Sensorachse verschiebbar ist. Eine solche Art von Sensor eignet sich besonders für die Erfassung von sehr kleinen oder inkrementellen Schwenkbewegungen des Steuerelements, die mathematisch in ausreichender Annäherung als linear definiert werden können. Schwenkbewegungen des Steuerelements im Millimeterbereich können deshalb sehr gut mit einem Sensor erfasst werden, bei dem die Masse linear gelagert ist.
Es ist von Vorteil, wenn die Sensorachse parallel zu der Schwenkachse des Fußpedals angeordnet ist. Dadurch wird die größtmögliche kinematische Gleichwirkung von Fußpedal und Sensor erreicht, denn die zu erfassende Drehbewegung des Fußpedals wird auf eine Masse geleitet, die parallel drehbar gelagert ist.
Ferner ist es von Vorteil, wenn die Sensorachse rechtwinklig zu der Schwenkachse des Fußpedals angeordnet ist. Für den Fall, dass inkrementelle Drehbewegungen des Fußpedals erfasst werden sollen, wird beim Einsatz eines Sensors, bei dem die Masse linear gelagert ist, die Sensorachse rechtwinklig zur Schwenkachse des Fußpedals angeordnet, so dass auch für diesen Fall eine präzise Modulation und somit ohne weitere Getriebeeinheit eine maximale Auflösung der Bewegung erreicht werden kann. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die Sensorachse rechtwinklig zum Fußpedal anzuordnen, wodurch die größtmögliche kinematische Gleichwirkung erzielt wird.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn das Fußpedal um die Schwenkachse schwenkbar ist, wobei das Fußpedal mit dem Bodenteil einen Winkel einschließt und der maximale Winkel 25 bis 35 Grad, insbesondere 30 Grad beträgt. Der durch diesen Winkel von weniger als 45 Grad reduzierte Bedienweg kann erfindungsgemäß durch den Einsatz von Sensoren erreicht werden. Aufgrund des reduzierten Bedienweges kann die Be dienbarkeit verbessert werden, weil Fußsteuereinrichtungen mit einem zu großen Anstellwinkel des Fußpedals schlechter mit dem Fuß zu bedienen sind. Grund dafür ist der Umstand, dass im Startbereich eines Fußpedals mit größerem Winkelbereich der Vorderfuß extrem gehoben werden muss und eine feinfühlige Bewegung mit dem Fuß schwierig ist.
In Bezug auf die Sensormechanik ist hierzu vorgesehen, dass die Masse einen Masseschwerpunkt mit einem Abstand zur Sensorachse aufweist, wobei der Masseschwerpunkt mit der Sensorachse eine Sensorebene definiert und die Sensorebene vertikal ausgerichtet ist, wenn das Bodenteil horizontal ausgerichtet und das Fußpedal in der Position des maximalen Winkels angeordnet ist. Das durch die Gewichtskraft der Masse aufgrund der Erdgravitation erzeugte statische Drehmoment um die Sensorachse ist proportional zur horizontalen Komponente des Abstandes der Masse zur Sensorachse. Das Maß der Änderung des durch die Masse erzeugten statischen Drehmoments innerhalb des gesamten Winkelbereiches ist somit abhängig von der Winkelstellung der Sensorebene in Bezug auf die Schwenkachse, da der Anteil der horizontalen Komponente des Abstandes nach trigonometrischen Grundsätzen entsprechend variiert.
Die vertikale Ausrichtung der Sensorachse bewirkt aufgrund der trigonometrischen Verhältnisse, dass aus der Drehung des Fußpedals um den gesamten Winkelbereich eine maximale Änderung der horizontalen Komponente des Abstandes und somit des aufgrund von Erdgravitation erzeugten statischen Drehmoments durch die Masse um die Sensorachse resultiert.
Alternativ ist es auch möglich, die Sensorebene vertikal oder in einer Zwischenposition zwischen horizontal und vertikal auszurichten, wenn das Bodenteil horizontal ausgerichtet und das Fußpedal in der untersten Position in Bezug zum Bodenteil angeordnet ist. Eine solche Zwischenpositionierung beeinflusst die maximalen Drehmomente der Masse um die Sensorachse und auch in Bezug auf bestimmte Winkellagen und die erzeugten statischen Momente vorteilhaft.
Je nachdem, ob das Fußpedal oder ein anderes Steuerelement schwenkbar oder linear verschiebbar gelagert ist, kann es vorteilhaft sein, die Winkelposition der Sensorebene zum Fußpedal derart anzuordnen, dass aus der Drehung des Fußpedals um den gesamten Winkelbereich eine maximale Änderung der aufgrund der Beschleunigung in Richtung der Sensorachse erzeugten dynamischen Beschleunigung der Masse resultiert. Somit wird zusätzlich oder alternativ zu dem statischen Drehmoment aufgrund der Gravitation auch das aufgrund der Beschleunigung des Steuerelements erzeugte dynamische Drehmoment berücksichtigt, welches ebenso wie das statische Drehmoment proportional zum Abstand des Masseschwerpunktes zur Sensorachse ist.
Daneben ist es vorteilhaft, wenn die Fußsteuereinrichtung ein mit dem Bodenteil verbindbares Gehäuseteil aufweist und im Gehäuseteil zumindest ein als Steuerelement ausgebildeter bewegbarer Schalter vorgesehen ist. Ein solcher Schalter ist zusätzlich zum Fußpedal vorgesehen und gewährleistet einen größeren Bedienkomfort. Der Sensor erfasst bei Betätigung des Schalters die Bewegung des Schaltknopfes des Schalters, wie beispielsweise ein Druckknopf. Im Gegensatz zu dem Sensor im Fußpedal, der das Maß der Beschleunigung erfasst, hat der Sensor des Schalters im Gehäuseteil eine Ein-/Ausschaltfunktion und berücksichtigt nicht den Bewegungsablauf, sondern den Impuls beim Ein- und Ausschalten.
In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, wenn der Schalter zumindest einen Schaltknopf aufweist und der Schaltknopf zumindest in eine Richtung einer Raumachse und/oder zumindest in eine Umfangsrichtung um die Raumachse bewegbar ist. Dadurch können die Schalter als Dreh-, Kipp- oder Schiebeknopf ausgebildet werden.
Ferner ist es von Vorteil, wenn zumindest ein Sensor mit zumindest einer Sensorachse am Schaltknopf befestigt ist und die Sensorachse rechtwinklig oder parallel zu der Raumachse angeordnet ist. Somit ist auch bei solchen Schaltern eine präzise Modulation der Bewegung des Schalters in die Bewegung des Sensors und eine maximale Auflösung aufgrund der kinematisch gleichgerichteten Bewegungen erreichbar.
Ebenso ist es von Vorteil, wenn mehrere Sensoren am Fußpedal und/oder am Schaltknopf angeordnet sind, wobei die jeweiligen Sensorachsen in Bezug auf verschiedene Raumachsen ausgerichtet sind.
Je nach Schaltergröße sind ein oder mehrere Sensoren in einem Mikrochip integriert, so dass auf kleinstem Bauraum Bewegungen in Bezug auf bis zu drei Raumachsen gleichzeitig erfassbar sind.
In Bezug auf die Erfassung der Bewegung des Fußpedals ist es vorteilhaft, wenn eine stetige oder nicht stetige Änderung des elektrischen Signals in eine stetige oder nicht stetige Änderung einer Stellgröße zur Steuerung der Behandlungseinheit wandelbar ist. Dadurch wird erreicht, dass bspw. beim kontinuierlichen Durchtreten des Fußpedals eine kontinuierliche Steigerung der Drehzahl eines Behandlungsinstruments erfolgt.
Alternativ zur stetigen Änderung der Stellgröße ist in Bezug auf die Anordnung des Sensors im Schalter vorgesehen, dass das eine Änderung des elektrischen Signals eine Änderung eines Schaltzustandes zum Ein- und Ausschalten bewirkt. Ein üblicher Kontaktschalter kann somit durch den als Differentialkondensator ausgebildeten Sensor ersetzt werden.
Bevorzugt ist das elektrische Signal als Spannungssignal ausgebildet oder wird durch eine digitale Schnittstelle ausgegeben.
Eine Behandlungseinheit, ausgestattet mit einer vorstehend beschriebenen Fußsteuereinrichtung, bietet einen sehr hohen Bedienungskomfort. Solche Behandlungseinheiten umfassen einen über die Fußsteuereinrichtung steuerbaren Behandlungsstuhl, ein über die Fußsteuereinrichtung steuerbares Handinstrument und/oder eine über die Fußsteuereinrichtung steuerbare Beleuchtungseinheit.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 eine Fußsteuereinrichtung mit einem Fußpedal und drei Schaltern;
2 einen Differentialkondensator mit linear gelagerter Masse;
3a einen Differentialkondensator mit schwenkbarer Masse (Draufsicht);
3b einen Differentialkondensator gemäß 3a (Seitenansicht);
4a ein Wegzeit-Diagramm;
4b ein Spannungsweg-Diagramm;
5a ein Wegzeit-Diagramm;
5b ein Spannungszeit-Diagramm;
6 eine Behandlungseinheit mit einem Behandlungsstuhl, einem Handinstrument, einer Beleuchtungseinheit und einem PC.
In 1 ist eine Fußsteuereinrichtung 1 mit einem um eine Schwenkachse 1.3 schwenkbaren Fußpedal 1.2 dargestellt. Die Fußsteuereinrichtung 1 weist ein Gehäuseteil 1.4 auf, das auf ein Bodenteil 1.1 aufgesetzt ist. Das Fußpedal 1.2 ist am Bodenteil 1.1 gelagert und in einem Winkelbereich α um die Schwenkachse 1.3 verstellbar. Der Winkelbereich α, in dem das Fußpedal 1.2 verschwenkbar um die Schwenkachse 1.3 lagerbar ist, wird nach oben hin durch einen Winkel α_max begrenzt. Das Fußpedal 1.2 ist innerhalb des Winkelbereichs α von 0 Grad bis α_max stufenlos verstellbar.
Unmittelbar am Fußpedal 1.2 ist ein als Differentialkondensator ausgebildeter Sensor 2 angebracht, der gleichzeitig mit dem Fußpedal 1.2 – entsprechend der Bewegung des Fußpedals 1.2 – verschwenkt wird. Der Sensor 2 ist in Bezug zur Schwenkachse 1.3 in einem maximalen Abstand A_D am Fußpedal 1.2 angeordnet, so dass durch die Bewegung des Fußpedals 1.2 eine größtmögliche Schwenkbewegung des Sensors 2 erreicht wird.
Das Fußpedal 1.2 ist innerhalb des Winkelbereichs α von der in 1 dargestellten Startposition nach unten hin bis zu einem nicht näher dargestellten Anschlag bewegbar. In der Startposition befindet sich das Fußpedal 1.2 in Bezug auf das Bodenteil 1.1 in der obersten Position, in der es mit dem Bodenteil 1.1 einen maximalen Winkel α_max von bis zu 35 Grad einschließt. In der voll durchgetretenen, untersten Position des Fußpedals 1.2 beträgt der Winkel α_max zwischen dem Fußpedal 1.2 und dem Bodenteil 1.1 0 Grad.
Bei dem am Fußpedal 1.2 angeordneten Differentialkondensator 2 ist eine Masse 2.3 schwenkbar gelagert. Ein Beispiel für einen solchen Differentialkondensator 2 ist in den 3a und 3b dargestellt. Danach ist die Masse 2.3 über ein flexibles Scharnier 2.1 an einem Gehäuse 2.4 des Sen sors 2 angelenkt. Die Masse 2.3 schwenkt dadurch um eine Sensorachse 2.2, so dass ein theoretisch angenommener Masseschwerpunkt 2.5 sich mit dem Abstand A_D auf einer Kreisbahn um die Sensorachse 2.2 bewegt. Der Differentialkondensator 2 mit schwenkbarer Masse 2.3 ist so an dem Fußpedal 1.2 positioniert, dass die Sensorachse 2.2 parallel zur Schwenkachse 1.3 des Fußpedals 1.2 angeordnet ist. Durch die parallele Anordnung der Sensorachse 2.2 und der Schwenkachse 1.3 haben sämtliche Schwenkbewegungen des Fußpedals 1.2 um die Schwenkachse 1.3 einen unmittelbaren und somit gleichgerichteten Einfluss auf die Schwenkbewegung der Masse 2.3, da mit der parallelen Anordnung dieser beiden Achsen 1.3, 2.2 eine gewisse Gleichwirkung hinsichtlich der Freiheitsgrade des Fußpedals 1.2 und der Masse 2.3 erzielt wird.
Der Masseschwerpunkt 2.5 und die Sensorachse 2.2 sind in einer Sensorebene SE angeordnet. Im Ausführungsbeispiel gemäß den 3a und 3b ist die Sensorebene SE vertikal ausgerichtet. In dieser Ausrichtung wird der Sensor 2 am Fußpedal 1.2 positioniert, so dass das Fußpedal 1.2 in der maximalen Position mit dem Bodenteil 1.1 den Winkel α_max einschließt und das Bodenteil 1.1 horizontal ausgerichtet ist. Unter diesen Voraussetzungen bewegt sich das Fußpedal 1.2 relativ zur Horizontalen und ausgehend von der Position des Winkels α_max nach unten. Dabei wird der Masseschwerpunkt 2.5 aus der vertikalen Position ausgelenkt und eine horizontale Komponente H des Abstandes A_D vergrößert. Damit wird das durch die Gravitation erzeugte statische Drehmoment vergrößert. Die Zunahme der horizontalen Komponente H des Abstandes A_D lässt sich in Abhängigkeit von dem Winkel α durch die trigonometrische Funktion sin α beschreiben.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Startwinkel, bezogen auf die Vertikale, 0 Grad und der Endwinkel 35 Grad. Ausgehend von dem Winkelbereich α von bis zu 35 Grad ist diejenige Winkelstellung der Sensorebene SE vorteilhaft, bei der die Differenz der Sinuswerte des Startwinkels und des Endwinkels maximal wird.
In dem mit dem Bodenteil 1.1 verbundenen Gehäuseteil 1.4 sind – wie in 1 dargestellt – mehrere Schalter 3.4 vorgesehen. Es sind ein als Drehknopf ausgebildeter Schaltknopf 3.1, ein als Druckknopf ausgebildeter Schaltknopf 3.2 und ein als Schiebeknopf ausgebildeter Schaltknopf 3.3 angeordnet. Diese Schalter 3.1, 3.2, 3.3 lassen sich in Richtung von drei Raumachsen x, y, z bewegen, die jeweils rechtwinklig zueinander stehen, d. h. der Drehknopf 3.1 lässt sich um die x-Achse drehen, der Druckknopf 3.2 in Richtung der z-Achse und der Schiebeknopf 3.3 lässt sich in Richtung der x-Achse und y-Achse bewegen. In dem Drehknopf 3.1 ist ein Differentialkondensator 2 angeordnet, wie er in den 3a und 3b dargestellt ist. Die Sensorachse 2.2 ist parallel zur x-Achse, d. h. zur Drehachse des Drehknopfs 3.1 angeordnet. Dadurch wird – ebenso wie bei dem Fußpedal 1.2 – eine gewisse Gleichwirkung zwischen der Bewegung des Drehknopfs 3.1 und der Bewegung der Masse 2.3 des Sensors 2 erzeugt.
In dem Druckknopf 3.2 und dem Schiebeknopf 3.3 ist ein Differentialkondensator 2 entsprechend 2 vorgesehen, dessen Masse 2.3 sich linear in Richtung einer Sensorachse 2.2 zwischen dem nur teilweise dargestellten Gehäuse 2.4 bewegt. Im Falle des Druckknopfs 3.2 ist die Sensorachse 2.2 parallel zur z-Achse angeordnet, so dass die Bewegung des Druckknopfs 3.2 entlang der z-Achse wiederum eine Gleich wirkung auf die Verschiebung der Masse 2.3 in Richtung der Sensorachse 2.2 bewirkt.
In dem Schiebeknopf 3.3 ist ein Differentialkondensator 2 bzw. ein Sensor 2 vorgesehen, der sowohl eine Masse 2.3 aufweist, die sich entlang einer Sensorachse 2.2 linear in Richtung der x-Achse und eine weitere Masse 2.3, die sich linear in Richtung der Sensorachse 2.2 in Richtung der y-Achse bewegt.
Bei allen drei Schaltern 3.1 bis 3.3 wird durch die Bewegung des Schaltknopfs 3.1 bis 3.3 ein Schaltimpuls durch den Differentialkondensator 2 erzeugt.
Zusätzlich zu dem am Fußpedal 1.2 vorgesehenen Sensor 2 ist in einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehen, einen als Schiebeknopf 3.3 ausgebildeten Schalter mit einem Schaltknopf zum Verschieben in die x- und in die y-Richtung vorzusehen, der gleichzeitig auch in Richtung der z-Achse bewegt werden kann. In einem solchen Schalter 3.3 ist ein Sensor 2 mit mindestens drei Massen 2.3 vorgesehen, die sich jeweils mit den Sensorachsen 2.2 in eine der Richtungen x, y, z bewegen lassen. Somit kann auf dem Fußpedal 1.2 ein Schalter 3.4 vorgesehen sein, der neben dem Sensor 2, der die Winkelstellung des Fußpedals 1.2 erfasst, eine Steuermöglichkeit einer Behandlungseinheit 4, wie sie in 6 dargestellt ist, ermöglicht.
Der Differentialkondensator 2 bzw. Sensor 2 wird als Wegsensor oder als Impulssensor verwendet. Als Wegsensor findet der Differentialkondensator 2 in dem Fußpedal 1.2 Einsatz. Wie in 4a dargestellt wird die Bewegung der Masse 2.3 aufgrund der Bewegung des Fußpedals 1.2 über eine Wegstrecke s innerhalb eines Zeitraumes t von dem Sensor 2 erfasst und wie in 4b dargestellt in ein sich über den Weg s änderndes Spannungssignal U transformiert. Die Änderung der Spannung U ist proportional zur Bewegung der Masse 2.3. Je nach Stellung des Fußpedals 1.2 in Bezug auf die vertikale Gravitationskomponente erfährt die Masse 2.3 ein sich änderndes statisches Drehmoment um die Sensorachse 2.2. Dadurch kann die statische Lage des Fußpedals 1.2 durch den Sensor 2 erkannt werden. Gleichzeitig erfasst der Sensor 2 eine Beschleunigungskomponente der Masse 2.3 aufgrund der Beschleunigung des Fußpedals 1.2. Auch die Beschleunigung bewirkt ein Drehmoment und eine Lageänderung der Masse 2.3, so dass wiederum die Lageänderung der Masse 2.3 eine entsprechend proportionale Änderung der Spannung U zur Folge hat.
Als Impulssensor wird der Differentialkondensator 2 in den Schalter 3.4 eingesetzt. Gemäß 5a wird der Schalter 3.4 impulsartig bewegt, so dass über einen gewissen Zeitraum t zwei in der Richtung im Wesentlichen entgegengesetzte Bewegungsabläufe generiert werden. Die Masse 2.3 erfährt entsprechend zwei aufeinanderfolgende, in der Richtung entgegengesetzte Beschleunigungskomponenten, die zu einer Verschiebung der Masse 2.3 und entsprechend zu einem in 5b dargestellten Spannungssignal U als Ein- und Ausschaltsignal führen.
Eine dem Sensor 2 nachgeschaltete Auswertelogik und ein entsprechendes Interface ermöglichen, diese Spannungssignale U analog oder digital für die Steuerung der Behandlungseinheit 4 zu nutzen. Wie in 6 dargestellt besteht eine Behandlungseinheit 4 neben der Fußsteuereinrichtung 1 aus einem Behandlungsstuhl 4.1, mindestens einem Handinstrument 4.2, einer Beleuchtungseinheit 4.3 und einer Steuereinheit 4.4. Die einzelnen Einheiten der Behandlungseinheit 4 sind steuerungstechnisch mit der Fußsteuereinrichtung 1 über eine Datenleitung 4.5 verbunden, so dass eine Bedienung der gesamten Behandlungseinheit 4 über die Fußsteuereinrichtung 1 möglich ist. Die zwischen den einzelnen Einheiten dargestellten klassischen Datenleitungen 4.5 können auch durch kabellose Funkverbindungen ersetzt werden.

1: Fußsteuereinrichtung
1.1: Bodenteil
1.2: Fußpedal, Steuerelement
1.3: Schwenkachse
1.4: Gehäuseteil
2: Sensor, Differentialkondensator, Kondensator
2.1: Scharnier
2.2: Sensorachse
2.3: Masse
2.4: Gehäuse
2.5: Masseschwerpunkt
3.1: Drehknopf, Schaltknopf
3.2: Druckknopf, Schaltknopf
3.3: Schiebeknopf, Schaltknopf
3.4: Schalter, Steuerelement
4: Behandlungseinheit
4.1: Behandlungsstuhl
4.2: Handinstrument
4.3: Beleuchtungseinheit
4.4: Steuereinheit
4.5: Datenleitung
α: Winkelbereich
α_max: Winkel
A_D: Abstand
H: Komponente
SE: Sensorebene
s: Weg
U: Spannungssignal, Spannung
t: Zeit
x, y, z: Raumachse

Claims

Fußsteuereinrichtung (1) zur Steuerung einer elektrisch und/oder pneumatisch und/oder hydraulisch versorgbaren dentalen Behandlungseinheit (4) mit zumindest einem bewegbaren Steuerelement (1.2, 3.4) und zumindest einem in der Fußsteuereinrichtung (1) integrierten Sensor (2), wobei der Sensor (2) ein von der Position des Steuerelements (1.2, 3.4) abhängiges elektrisches Signal erzeugt, wobei die Fußsteuereinrichtung (1) ein Bodenteil (1.1) mit einer Standfläche (1.5) und ein am Bodenteil (1.1) um zumindest eine Schwenk- oder Drehachse (1.3) schwenk- oder drehbar gelagertes und als Steuerelement ausgebildetes Fußpedal (1.2) aufweist und wobei das elektrische Signal zumindest relativ zu der Position des Fußpedals (1.2) um die Schwenkachse (1.3) veränderbar ist dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) mindestens eine Sensorachse (2.2) und eine in Bezug auf die Sensorachse (2.2) bewegbare Masse (2.3) aufweist und dass der Sensor (2) am Steuerelement (1.2, 3.4) befestigt ist.
Fußsteuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (2) als Differentialkondensator mit mindestens einer Masse (2.3) ausgebildet ist, die über ein flexibles Scharnier (2.1) um mindestens eine Sensorachse (2.2) schwenkbar ist.
Fußsteuereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (2) mindestens eine Masse (2.3) aufweist, die zumindest in eine Richtung der Sensorachse (2.2) verschiebbar ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorachse (2.2) rechtwinklig zu der Schwenkachse (1.3) des Fußpedals (1.2) angeordnet ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensorachse (2.2) parallel zu der Schwenkachse (1.3) des Fußpedals (1.2) angeordnet ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fußpedal (1.2) um die Schwenkachse (1.3) schwenkbar ist, wobei das Fußpedal (1.2) mit dem Bodenteil (1.1) einen Winkel (α) einschließt und der maximale Winkel (α_max) 25 bis 35 Grad, insbesondere 30 Grad, beträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (2.3) einen Masseschwerpunkt (2.5) mit einem Abstand (A_D) zur Sensorachse (2.2) aufweist, wobei der Masseschwerpunkt (2.5) mit der Sensorachse (2.2) eine Sensorebene (SE) definiert und die Sensorebene (SE) vertikal ausgerichtet ist, wenn das Bodenteil (1.1) horizontal ausgerichtet und das Fußpedal (1.2) in der Position des maximalen Winkels (α_max) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Fußsteuereinrichtung (1) ein mit dem Bodenteil (1.1) verbindbares Gehäuseteil (1.4) aufweist und im Gehäuseteil (1.4) zumindest ein als Steuerelement ausgebildeter bewegbarer Schalter (3.4) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (3.4) zumindest einen Schaltknopf (3.1) aufweist und der Schaltknopf (3.1) zumindest in eine Richtung einer Raumachse (x, y, z) und/oder zumindest in eine Umfangsrichtung um eine Raumachse (x, y, z) bewegbar ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensor (2) mit zumindest einer Sensorachse (2.2) am Schaltknopf (3.1) befestigt ist und die Sensorachse (2.2) rechtwinklig oder parallel zu einer Raumachse (x, y, z) angeordnet ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoren (2) am Fußpedal (1.2) und/oder am Schaltknopf (3.1) angeordnet sind, wobei die jeweiligen Sensorachsen (2.2) in Bezug auf verschiedene Raumachsen (x, y, z) ausgerichtet sind.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Sensoren (2) in einem Mikrochip integriert sind.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Änderung des elektrischen Signals in eine Änderung einer Stellgröße zur Steuerung der Behandlungseinheit (4) wandelbar ist.
Fußsteuereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des elektrischen Signals eine Änderung eines Schaltzustandes bewirkt.
Fußsteuereinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal als Spannungssignal (U) ausgebildet ist oder durch eine digitale Schnittstelle ausgegeben wird.
Behandlungseinheit (4) mit einer Fußsteuereinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Behandlungseinheit (4) einen über die Fußsteuereinrichtung (1) steuerbaren Behandlungsstuhl (4.1) und/oder zumindest ein über die Fußsteuereinrichtung (1) steuerbares Handinstrument (4.2) und/oder eine über die Fußsteuereinrichtung (1) steuerbare Beleuchtungseinheit (4.3) aufweist.