DE102022124660A1

DE102022124660A1 - Fehleranalyse von Chirurgiemotorsystemen

Info

Publication number: DE102022124660A1
Application number: DE102022124660.4A
Authority: DE
Inventors: Juergen Schneider; Robin Andris
Original assignee: Aesculap AG
Current assignee: Aesculap AG
Priority date: 2022-09-26
Filing date: 2022-09-26
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines Verschleißes eines medizinischen Motors (3), insbesondere eines Mikromotors für ein Chirurgiemotorsystem, mit einer Antriebseinheit (11), welche vorgesehen und ausgebildet ist, den Motor (3) mit vordefinierten Antriebsparametern zu betreiben, einer Detektionseinrichtung (17), welche vorgesehen und ausgebildet ist, ein Frequenzspektrum (F1, F2) des Motors (3) während des Betriebs zu detektieren, und einer Auswerteeinrichtung (19), welche vorgesehen und ausgebildet ist, das von der Detektionseinrichtung (17) detektierte Frequenzspektrum (F1, F2) auszuwerten und basierend auf Kennwerten des Frequenzspektrums (F1, F2) den Verschleiß des Motors (3) zu bestimmen. Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung ein entsprechendes Verfahren und ein System.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Vorrichtung zur Überprüfung/Detektion eines Verschleißes eines medizinischen (Mikro-) Motors und ein Verfahren zur Verschleißermittlung des medizinischen (Mikro-) Motors, wobei es sich bei dem Motor insbesondere um ein Teil eines Chirurgiemotorsystems handelt.
Motoren, insbesondere Mikromotoren, wie sie beispielsweise in Verbindung mit Chirurgiemotorsystemen in medizinischen Handstücken, beispielsweise als Fräser- oder Sägenantrieb zum Einsatz kommen, sind einem stetigen Verschleiß ausgesetzt. Mangelnde Schmierung, sehr lange Laufleistungen, mechanische und/oder thermische Überlastungen oder verschlissene Werkzeuge, wie beispielsweise stumpfe Fräser oder Sägeblätter, können hierfür ursächlich sein, sodass sich im Extremfall ein Ausfall des Handstücks während eines operativen Eingriffs einstellt. Wenn der Mikromotor und damit das Chirurgiemotorsystem während des operativen Eingriffs an Leistung verliert oder gar ausfällt, gefährdet dies einen Erfolg des operativen Eingriffs und eine Patientensicherheit.
Um den Zustand eines derartigen Motors zu überprüfen, wird beispielsweise ein Rundlauf des Motors händisch, häufig mittels einer analogen Messuhr, überprüft. Dies ist zeit- und personalintensiv und steigert dadurch anfallende Werkzeuginstandhaltungskosten. Zusätzlich bleibt ein Unsicherheitsfaktor durch die händische Überprüfung.
Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es demnach, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu beheben oder zumindest zu reduzieren.
Konkret ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung daher, einen Ausfall des (Mikro-) Motors während des operativen Eingriffs zu verhindern und einen Verschleiß des (Mikro-) Motors frühzeitig zu erkennen, ohne dass eine aufwendige händische Rundlaufprüfung des Motors vorgenommen werden muss.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1, ein Verfahren nach Anspruch 10 und ein System nach Anspruch 14.
Konkret wird die Aufgabe gelöst durch eine Vorrichtung zur Bestimmung/Detektion eines Verschleißes eines medizinischen (Mikro-) Motors, insbesondere eines Verschleißgrads, welcher die sichere Funktion des medizinischen Motors gefährdet. Die Vorrichtung beinhaltet eine Antriebseinheit, welche vorgesehen und ausgebildet ist, den Motor mit vordefinierten Antriebsparametern zu betreiben, eine Detektionseinrichtung, welche vorgesehen und ausgebildet ist, ein Frequenzspektrum des Motors während des Betriebs zu detektieren, und eine Auswerteeinrichtung, welche vorgesehen und ausgebildet ist, das von der Detektionseinrichtung detektierte Frequenzspektrum auszuwerten und basierend auf Kennwerten des Frequenzspektrums den Verschleiß bzw. den Verschleißgrad des Motors zu bestimmen.
In anderen Worten beinhaltet die Vorrichtung die Antriebseinheit, welche ein mit dem medizinischen Motor ausgebildetes Chirurgiemotorsystem, insbesondere medizinisches Handstück, antreibt. Die Antriebseinheit ist derart ausgebildet, dass sie den medizinischen Motor mit den vordefinierten Antriebsparametern betreibt. Die Antriebsparameter sind durch einen Benutzer an der Antriebseinheit einstellbar. Weiterhin beinhaltet die Vorrichtung die Detektionseinrichtung, welche ausgebildet ist, das Frequenzspektrum des medizinischen Motors während des Betriebs durch die Antriebseinheit zu erfassen. Bei dem Frequenzspektrum handelt es sich um ein Spektrum, welches ursachenspezifischen Vibrationen des medizinischen Motors abbildet. Die ursachenspezifischen Vibrationen können beispielsweise durch einen Lagerdefekt, eine Unwucht oder dergleichen in dem Motor oder in dem Handstück verursacht werden. Zusätzlich ist die Vorrichtung mit der Auswerteeinrichtung ausgebildet, welche das von der Detektionseinrichtung erfasste Frequenzspektrum auswertet und anhand von einem Abgleich mit hinterlegten Vergleichswerten bestimmt, ob der medizinische Motor verschlissen ist oder nicht.
Bei dem medizinischen (Mikro-) Motor handelt es sich vorzugsweise um einen Elektromotor. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass es sich bei dem Motor um ein medizinisches Turbinenhandstück handelt.
Wenn die Auswerteeinrichtung bestimmt, dass der medizinische Motor verschlissen ist, kann die Auswerteeinrichtung ein entsprechendes Signal ausgeben. Die Ausgabe des Signals kann dabei akustisch, optisch, haptisch oder als ein Funksignal erfolgen.
Durch eine derartige Vorrichtung kann der medizinische Motor zuverlässig und schnell auf möglichen Verschleiß hin überprüft werden. Insbesondere erfolgt die Überprüfung automatisch durch die Vorrichtung, sodass eine Fehlerquelle durch, insbesondere händisches, Vermessen eines Bedieners ausgeschlossen oder zumindest reduziert ist.
In einem ersten Aspekt kann es sich bei der Detektionseinrichtung um einen akustischen Wandler, vorzugsweise um ein Mikrofon handeln.
In anderen Worten kann die Vorrichtung mit dem akustischen Wandler ausgebildet sein, der die ursachenspezifischen Vibrationen und/oder Schallwellen, welche von den ursachenspezifischen Vibrationen erzeugt werden, akustisch detektiert/aufnimmt und in elektrische Signale umwandelt.
Durch eine derartige Ausbildung der Detektionseinrichtung ist eine kontaktlose Detektion der ursachenspezifischen Vibrationen möglich. Auf diese Weise kann auf ein genaues Einspannen des Motors in die Vorrichtung verzichtet werden. In anderen Worten fallen (geringfügige) Abweichungen bei einer Positionierung des Motors in Relation zu der offenbarungsgemäßen Vorrichtung nicht weiter ins Gewicht und der Verschleiß des Motors kann zuverlässig erkannt werden.
In einem weiteren Aspekt können die vordefinierten Antriebsparameter zumindest eine Drehzahl von zumindest 60.000 U/min oder eine Maximaldrehzahl des medizinischen Motors beinhalten.
In anderen Worten kann die Antriebseinheit vorgesehen ausgebildet sein, den medizinischen Motor mit mindestens 60.000 U/min, vorzugsweise 80.000 U/min anzutreiben. Insbesondere vorteilhaft kann es sein, den medizinischen Motor mit der für den medizinischen Motor vorgesehenen Maximaldrehzahl zu betreiben.
Durch eine derartige Wahl der Antriebsparameter kann eine zuverlässige Verschleißerkennung gewährleistet werden. In Versuchen hat sich gezeigt, dass eine gewisse Mindestdrehzahl erforderlich ist, um erste Verschleißerscheinungen frühzeitig und zuverlässig über das Frequenzspektrum zu erkennen. Durch den Betrieb mit der Maximaldrehzahl kann auf ein genaues Justieren der Drehzahl durch einen Bediener verzichtet werden.
In einem weiteren Aspekt kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, das Frequenzspektrum in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis zu einem erkannten Maximum des Frequenzspektrums auszuwerten.
In anderen Worten kann das Frequenzspektrum in einem vordefinierten Bereich ausgewertet werden, wobei der vordefinierte Bereich als einen unteren Grenzwert 100 Hz und als einen oberen Grenzwert das erkannten Maximum des Spektrums beinhaltet. Bei einer Drehzahl des Motors von 80.000 Umdrehungen/min ist der obere Grenzwert ungefähr 1333 Hz.
Durch die Begrenzung des Frequenzspektrums kann sichergestellt werden, dass von der Auswerteeinrichtung nur relevante Frequenzen ausgewertet werden und (irrelevante) Störfrequenzen, welche außerhalb des vordefinierten Bereichs auftreten, die Auswertung nicht beeinflussen/verfälschen.
In einem weiteren Aspekt kann die Auswerteeinrichtung vorgesehen und ausgebildet sein, eine Ausgleichsgerade des Frequenzspektrums zu bestimmen.
In anderen Worten kann die Auswerteeinrichtung für das Frequenzspektrum, insbesondere für das Frequenzspektrum in dem definierten Bereich, eine Ausgleichsgerade zu bilden/berechnen.
Durch die Bestimmung der Ausgleichsgeraden kann auf einfache Weise ein komplexes Frequenzspektrum digital auswertbar gemacht werden, ohne dass dafür viel Rechenleistung oder Rechenzeit benötigt wird. Weiterhin kann ein Einfluss einzelner Frequenzspitzen, welche beispielsweise durch Störgeräusche entstehen können, Messfehler der Detektionseinheit, Übertragungsfehler und dergleichen reduziert werden.
In einem weiteren Aspekt kann die Auswerteeinrichtung vorgesehen und ausgebildet sein, eine Steigung und/oder eine, vorzugsweise mittlere, Höhe der Ausgleichsgeraden zu bestimmen und die Steigung und/oder die Höhe mit hinterlegten Sollwerten zu vergleichen.
In anderen Worten kann die Auswerteeinrichtung die Ausgleichsgerade auswerten/analysieren und insbesondere die Steigung und/oder die Höhe als Kennwerte des Frequenzspektrums ermitteln. In der Auswerteeinrichtung können die Sollwerte hinterlegt sein, mit denen die ermittelten Kennwerte verglichen werden. Die Sollwerte können spezifisch für jede Art von Motor hinterlegt sein. Alternativ oder zusätzlich können die Sollwerte in einer Cloud hinterlegt sein, auf welche die Auswerteeinrichtung zugreifen kann.
Anhand der ermittelten Steigung der Ausgleichsgeraden kann ein Verschleißgrad ermittelt werden. Hierbei kann gelten, dass je geringer die erkannte Steigung der Ausgleichsgeraden ist, desto stärker ist der betrachtete Motor verschlissen. Die (mittlere) Höhe der Ausgleichsgeraden muss entsprechend der verschiedenen zu betrachtenden Motoren ausgewertet und/oder verglichen werden und bietet einen zweiten, zusätzlichen oder alternativen Indikator für den Verschleiß bzw. den Verschleißgrad des Motors.
In einem weiteren Aspekt kann die Auswerteeinrichtung mit einer künstlichen Intelligenz ausgebildet sein, welche anhand einer Vielzahl der detektierten Frequenzspektren eine Ausfallvorhersage für den Motor trifft.
In anderen Worten kann die Auswerteeinrichtung die künstliche Intelligenz beinhalten oder mit dieser verbunden sein, welche anhand von einer Vielzahl an Motoren in verschiedenen Verschleißzuständen trainiert sein kann. Hierbei kann die künstliche Intelligenz motortypenspezifisch oder motortypenunspezifisch trainiert sein. Spezifisch heißt, dass die künstliche Intelligenz den Motortyp als einen Parameter beinhaltet. Unspezifisch heißt, dass die künstliche Intelligenz den Motortyp nicht als einen Parameter beinhaltet, sondern alle Motoren und Datensätze gleich behandelt bzw. alle Datensätze auf alle Motoren anwendet.
Durch eine Ausbildung der Auswerteeinrichtung mit einer künstlichen Intelligenz kann eine Ausfallvorhersage für den Motor verbessert werden. In anderen Worten kann durch die künstliche Intelligenz nicht nur ein Verschleißzustand des Motors detektiert werden, sondern auch bestimmt werden, mit welcher Wahrscheinlichkeit der Motor wann ausfällt.
In einem weiteren Aspekt kann die Vorrichtung weiterhin eine elektrische Energieaufnahme und/oder Leistungsaufnahme des medizinischen Motors erfassen und die mittlere elektrische Energieaufnahme und/oder Leistungsaufnahme auswerten.
In anderen Worten kann die Vorrichtung, insbesondere die Antriebseinheit, erfassen, wie viel elektrische Energie oder Leistung der Motor, in dem Betrieb mit vordefinierten Antriebsparametern, insbesondere in dem lastfreien Betrieb mit definierter Drehzahl, aufnimmt. Die Auswerteeinrichtung kann die ermittelte Energieaufnahme und/oder die Leistungsaufnahme mit den hinterlegten, insbesondere motorspezifischen, Sollwerten abgleichen und beispielsweise bei erhöhter Energieaufnahme und/oder Leistungsaufnahme einen erhöhten Verschleiß feststellen.
Durch eine kombinierte Betrachtung des Frequenzspektrums und der Leistungsaufnahme kann der Verschleißzustand des Motors noch zuverlässiger bestimmt werden. Insbesondere in Verbindung mit der künstlichen Intelligenz kann gerade die Ausfallvorhersage des Motors weiter präzisiert werden.
In einem weiteren Aspekt können die Detektionseinrichtung und die Auswerteeinrichtung getrennt von der Antriebseinheit, vorzugsweise als ein separates Handgerät, ausgebildet sein.
In anderen Worten können die Auswerteeinrichtung und die Detektionseinrichtung transportabel in einer externen, kompakten Prüfvorrichtung ausgebildet sein. Antriebseinheiten, welche für den Betrieb des Chirurgiemotorsystems verwendet werden, können geeignet sein, als ein Teil der offenbarungsgemäßen Vorrichtung zu fungieren. Durch eine Ausbildung Detektionseinrichtung und der Auswerteeinrichtung in der externen Prüfvorrichtung kann die offenbarungsgemäße Vorrichtung aus jeder geeigneten Antriebseinheit in Verbindung mit der externen Prüfvorrichtung ausgebildet werden. Durch eine Ausbildung einer derartigen externen Prüfvorrichtung kann die offenbarungsgemäße Vorrichtung auf eine Vielzahl von medizinischen Motoren und Motorsystemen adaptiert werden.
Optional können die externe Prüfvorrichtung und die Antriebseinheit drahtlos miteinander kommunizieren.
In einer konkreten Ausführungsform kann die externe Prüfvorrichtung als ein geeignetes Smartphone mit geeigneter Hard- und Software ausgebildet sein.
Die Auswerteeinrichtung kann, vorzugsweise drahtlos, mit einem Server kommunizieren. Auf dem Server können beispielsweise Trainingsdaten für die künstliche Intelligenz, Motordaten, Motorlaufzeiten oder dergleichen hinterlegt sein.
Die Antriebseinheit kann in einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen ausgebildet sein, den Motortyp zu erkennen und an die Auswerteeinrichtung zu kommunizieren.
Die offenbarungsgemäße Aufgabe wird weiterhin gelöst durch ein Verfahren zur Verschleißermittlung eines medizinischen Motors mit den Schritten:

- Betreiben des medizinischen Motors mit vordefinierter Drehzahl, wobei der medizinische Motor insbesondere lastfrei betrieben wird;
- Erfassen eines Frequenzspektrums des Motors bei der vordefinierten Drehzahl;
- Bilden/Berechnen einer Ausgleichsgeraden des Frequenzspektrums in einem Bereich von 100 Hz bis zu einer Frequenz, die der vordefinierten Drehzahl entspricht;
- Ermitteln einer Steigung der Ausgleichsgeraden und/oder einer (mittleren) Höhe der Ausgleichsgeraden;
- Vergleich der Steigung der Ausgleichsgeraden und/oder der (mittleren) Höhe der Ausgleichsgeraden mit hinterlegten Solldaten;
- Ausgabe eines Verschleißzustandes des medizinischen Motors basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.

In anderen Worten wird bei dem Verfahren der medizinische Motor für einen vordefinierten Zeitraum mit vordefinierter Drehzahl lastfrei betrieben. Während dieses Betriebs wird das von dem Motor abgegebene Frequenzspektrum erfasst. Für das erfasste Frequenzspektrum wird in einem relevanten Bereich die Ausgleichsgerade berechnet. Als relevanter Bereich wird ein Frequenzbereich größer als 100 Hz und kleiner als eine Frequenz, die der vordefinierten Drehzahl entspricht, verwendet. Der Zusammenhang zwischen Frequenz und Drehzahl ist dabei Frequenz in Hz multipliziert mit 60 entspricht Umdrehungen pro Minute. Anschließend wird die Steigung und/oder die Höhe der Ausgleichsgeraden berechnet und mit hinterlegten Solldaten verglichen. Abschließend wird der Verschleißzustand des Motors optisch, akustisch oder auf jede andere geeignete Art ausgegeben.
In einem Aspekt kann das Verfahren weiterhin die Schritte

- Detektion eines Maximums des Frequenzspektrums;
- Abgleich des Maximums des Frequenzspektrums mit der vordefinierten Drehzahl

Diese zusätzlichen Schritte können bevorzugt vor dem Bilden/Berechnen der Ausgleichsgeraden erfolgen. Auf diese Weise kann sichergestellt/verifiziert werden, dass der Motor mit der richtigen Drehzahl betrieben wird und/oder ein zu dem Motor passendes Verfahren gestartet wurde. Wenn eine (entsprechend große) Abweichung zwischen dem Maximum des Frequenzspektrums und der vordefinierten Drehzahl festgestellt wird, kann eine Fehlermeldung an einen Benutzer ausgegeben und das Verfahren abgebrochen werden.
In einem weiteren Aspekt kann das Verfahren weiterhin die Schritte

- Erfassung einer elektrischen Energieaufnahme und/oder einer mittleren elektrischen Energieaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme in dem Betrieb;
- Vergleich der elektrischen Energieaufnahme und/oder der mittleren elektrischen Energieaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme im Betrieb mit hinterlegten Sollwerten.

Diese zusätzlichen Schritte können bevorzugt während des lastfreien Betreibens des medizinischen Motors mit der vordefinierten Drehzahl erfolgen. Durch den Vergleich der elektrischen Energieaufnahme und/oder der mittleren elektrischen Energieaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme im Betrieb mit hinterlegten Sollwerten kann ein weiterer Verschleißindikator erzeugt werden, welcher in Kombination mit dem aus dem Vergleich der Steigung der Ausgleichsgeraden und/oder der Höhe der Ausgleichsgeraden mit den hinterlegten Solldaten erhaltenen Verschleißindikator zu dem Verschleißzustand zusammengefasst werden kann, welcher an den Benutzer ausgegeben wird.
In einem weiteren Aspekt kann die vordefinierte Drehzahl zumindest 60.000 U/min, insbesondere 80.000 U/min und/oder eine Maximaldrehzahl des medizinischen Motors sein.
Der Verschleißzustand kann auf eine Vielzahl von Arten an den Benutzer ausgegeben werden. Beispielsweise kann ein prozentualer Verschleißzustand ausgegeben werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Verschleißzustand in Stufen (bspw. neuwertig, gut, ausreichend, schlecht) ausgegeben werden. Alternativ kann der Verschleißzustand auch lediglich binär (bspw. brauchbar, unbrauchbar) ausgegeben werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung wird weiterhin gelöst durch ein System aus einer Antriebseinheit, welche vorgesehen und ausgebildet ist, den (Mikro-) Motor mit vordefinierten Antriebsparametern zu betreiben, und einer externen Prüfvorrichtung, welche eine Detektionseinrichtung, die vorgesehen und ausgebildet ist, ein vordefiniertes Frequenzspektrum des (Mikro-) Motors während des Betriebs zu detektieren, und eine Auswerteeinrichtung, die vorgesehen und ausgebildet ist, das von der Detektionseinrichtung detektierte Frequenzspektrum auszuwerten, beinhaltet.
Die hier beschriebene Vorrichtung, das hier beschriebene Verfahren und das beschriebene System können insbesondere vorgesehen ausgebildet sein, die Funktionstüchtigkeit des Motors nach einer vor Reinigung zu überprüfen/verifizieren. Es ist jedoch auch vorstellbar die Funktionstüchtigkeit des Motors direkt vor einem Einsatz an einem Patienten oder während des Operationsverlaufs zu überprüfen.
So ist vorstellbar, eine Behandlungseinrichtung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung auszubilden, wobei die Behandlungsvorrichtung erkennt, wenn das mit dem Motor ausgebildete Werkzeug in einer Ruheposition, beispielsweise in einer Dockingstation, untergebracht ist, und die Behandlungseinrichtung die erfindungsgemäße Vorrichtung daraufhin veranlasst, die Funktion/ den Verschleiß des Motors zu überprüfen.
Kurzbeschreibung der Figuren

1 zeigt eine offenbarungsgemäße Vorrichtung in einer ersten Ausführungsform;
2 zeigt die offenbarungsgemäße Vorrichtung in einer zweiten Ausführungsform;
3 zeigt die offenbarungsgemäße Vorrichtung in einer dritten Ausführungsform;
4 zeigt ein Frequenzspektrum eines intakten Motors; und
5 zeigt ein Frequenzspektrum eines verschlissenen Motors.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung auf der Basis der zugehörigen Figuren beschrieben.
Erstes Ausführungsbeispiel
1 zeigt eine offenbarungsgemäße Überprüfungsvorrichtung 1 zur Überprüfung eines Verschleißes eines medizinischen Motors 3, welcher in einem medizinischen Handstück 5 zum Antrieb eines Werkzeugs 7 ausgebildet ist. Der medizinische Motor 3 ist über ein Kabel 9 mit einer Antriebseinheit 11 verbunden. Die Antriebseinheit 11 ist vorgesehen ausgebildet, den Motor 3 mit einer definierten Drehzahl anzutreiben bzw. den Motor 3 derart anzusteuern, dass der Motor 3 mit der definierten Drehzahl angetrieben wird. Die Drehzahl des Motors 3 ist über ein Stellelement 13 an der Antriebseinheit 11 einstellbar. Die Antriebseinheit 11 ist mit einer Anzeigevorrichtung 15 ausgebildet, welche vorgesehen ausgebildet ist, die eingestellte Drehzahl anzuzeigen. Die Überprüfungsvorrichtung 1 beinhaltet weiterhin eine Detektionseinrichtung in Form eines Mikrofons 17. Das Mikrofon 17 ist vorgesehen und ausgebildet, ursachenspezifische Vibrationen des Motors 3, oder von den ursachenspezifischen Vibrationen des Motors 3 erzeugte Schallwellen, wenn der Motor 3 mit der definierten Drehzahl angetrieben wird, in elektrische Signale umzuwandeln. Das Mikrofon 17 ist mit einer Auswerteeinrichtung 19 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 19 ist vorgesehen und ausgebildet, die elektrischen Signale, welche von dem Mikrofon 17 an die Auswerteeinrichtung 19 geleitet werden, auszuwerten. Bei den Signalen handelt es sich um ein Frequenzspektrum (bspw. F1, F2 in 4 bzw. 5). In der hier dargestellten ersten Ausführungsform ist die Antriebseinheit 11 mit der Auswerteeinrichtung 19 über ein Kabel 21 verbunden. Die Antriebseinheit 11 sendet über das Kabel 21 Antriebsinformationen an die Auswerteeinrichtung 19. Bei den Antriebsinformationen handelt es sich um die Drehzahl des Motors 3, eine elektrische Leistungsaufnahme des Motors 3 und dergleichen. Die Auswerteeinrichtung 19 ist mit einem als Touchscreen ausgebildeten Interface 23 ausgebildet. Über das Interface 23 kann die Auswerteeinrichtung 19 einen von der Auswerteeinrichtung 19, basierend auf dem Frequenzspektrum und/oder den Antriebsinformationen, ermittelten Verschleißzustand an einen Benutzer ausgegeben. Die Auswerteeinrichtung 19 ist weiterhin mit einem Lautsprecher (nicht dargestellt) ausgebildet, der ein akustisches Warnsignal ausgibt, wenn ein kritischer Verschleißzustand des Motors überschritten ist.
Zweites Ausführungsbeispiel
Das zweite Ausführungsbeispiel der offenbarungsgemäßen Überprüfungsvorrichtung 1 entspricht im Wesentlichen der Überprüfungsvorrichtung 1 des ersten Ausführungsbeispiels. Nachfolgend wird daher ausschließlich auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen.
2 zeigt die offenbarungsgemäße Überprüfungsvorrichtung 1 wobei, im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel, die Auswerteeinrichtung 19 und die Antriebseinheit 11 nicht physisch miteinander verbunden sind. Anders ausgedrückt ist die Antriebseinheit 11 getrennt von der mit dem Mikrofon 17 verbundenen Auswerteeinrichtung 19 ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung 19 und die Antriebseinheit 11 kommunizieren drahtlos, vorzugsweise mittels Bluetooth, W-Lan oder jedem anderen geeigneten Funkstandard miteinander. Es ist allerdings auch vorstellbar, dass die Auswerteeinrichtung 19 und die Antriebseinheit 11 nicht miteinander kommunizieren und die Auswerteeinrichtung 19 mit dem Mikrofon 17 autark arbeitet. In diesem Fall können relevante Antriebsinformationen händisch von einem Benutzer über das Interface 23 eingegeben werden.
In dem zweiten Ausführungsbeispiel können über das Interface 23 Motorkenndaten des Motors 3 in die Auswerteeinrichtung 19 eingegeben werden. Auf diese Weise ist die Auswerteeinrichtung 19 mit einer Vielzahl von Antriebseinheit- 11 Motor- 3 Kombinationen verwendbar.
Drittes Ausführungsbeispiel
3 zeigt die offenbarungsgemäße Überprüfungsvorrichtung 1 in einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem zweiten Ausführungsbeispiel. Nachfolgend wird daher ausschließlich auf Unterschiede zu dem ersten Ausführungsbeispiel und dem zweiten Ausführungsbeispiel eingegangen.
In dem dritten Ausführungsbeispiel ist eine tragbare Vorrichtung in Form eines Smartphones 25 ausgebildet, Funktionen der Auswerteeinrichtung 19 und des Mikrofons 17 zu erfüllen. In anderen Worten ist das Smartphone 25 mit dem geeigneten Mikrofon 17 ausgebildet, das Frequenzspektrum, welches von dem Motor 3 erzeugt wird, zu erfassen. Das Smartphone 25 fungiert weiterhin als die Auswerteeinrichtung 19 und wertet das von dem Mikrofon 17 erfasste Frequenzspektrum aus. Der Touchscreen des Smartphones 25 fungiert als das Interface 23, über welches dem Benutzer Eingaben möglich sind und der ermittelte Verschleißzustand an den Benutzer ausgegeben wird. Das Smartphone 25 kommuniziert drahtlos mit der Antriebseinheit 11, vorzugsweise mittels Bluetooth, W-LAN oder jedem anderen geeigneten Funkstandard. Es ist auch vorstellbar, dass das Smartphone 25 und die Antriebseinheit 11 nicht miteinander kommunizieren und das Smartphone 25 autark arbeitet. In diesem Fall können relevante Antriebsinformation händisch von einem Benutzer über das Interface 23 des Smartphones 25 eingegeben werden.
Weiterhin sind Ausführungsformen vorstellbar, in denen die Antriebseinheit, die Detektionseinrichtung und die Auswerteeinrichtung in einem Gehäuse ausgebildet sind.
4 und 5 zeigen Graphen beispielhafter Frequenzspektren (F1, F2), anhand deren nachfolgend eine Funktionsweise der Auswerteeinrichtung 19 näher erläutert wird.
4 zeigt ein erstes Frequenzspektrum F1 eines intakten Motors 3, welcher mit 80.000 U/min lastfrei betrieben wird. Das erste Frequenzspektrum F1 wird von dem Mikrofon 17 als ein Signal an die Auswerteeinrichtung 19 übermittelt. Die Auswerteeinrichtung 19 bestimmt einen ersten Maximalwert M1 des ersten Frequenzspektrums F1. Der erste Maximalwert M1 ist in dem hier dargestellten ersten Frequenzspektrum F1 bei einer Frequenz von 1336 Hz ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung 19 gleicht die Frequenz des ersten Maximalwerts M1 mit der Drehzahl des Motors 3 ab und führt eine Plausibilitätsprüfung durch. 80.000 U/min entsprechen einer Frequenz von 1333 Hz. Die Auswerteeinrichtung 19 stellt bei der Plausibilitätsprüfung demnach fest, dass die Frequenz des ersten Maximalwerts M1 zu der Drehzahl des Motors 3 passt. Die Auswerteeinrichtung 19 bildet/berechnet eine erste Ausgleichsgerade A1 des ersten Frequenzspektrums F1 in einem Intervall von 100 Hz bis zu der Frequenz des ersten Maximalwerts M1, hier 1336 Hz. Anschließend wertet die Auswerteeinrichtung 19 die erste Ausgleichsgerade A1 aus und bestimmt eine erste Steigung S1 der ersten Ausgleichsgerade A1 und einen ersten Höhenwert H1 über einer definierten Frequenz FH, wobei in der hier dargestellten Ausführungsform FH = 100 Hz. Die Auswerteeinrichtung 19 vergleicht die erste Steigung S1 und den ersten Höhenwert H1 mit hinterlegten Sollwerten und bestimmt anhand des Abgleichs, dass der Motor 3 nicht verschlissen ist.
5 zeigt ein zweites Frequenzspektrum F2 eines verschlissenen Motors 3, welcher mit 80.000 U/min lastfrei betrieben wird. Das zweite Frequenzspektrum F2 wird von dem Mikrofon 17 als ein Signal an die Auswerteeinrichtung 19 übermittelt. Die Auswerteeinrichtung 19 bestimmt einen zweiten Maximalwert M2 des zweiten Frequenzspektrums F2. Der zweite Maximalwert M2 ist in dem hier dargestellten zweiten Frequenzspektrum F2 bei einer Frequenz von 1336 Hz ausgebildet. Die Auswerteeinrichtung 19 gleicht die Frequenz des zweiten Maximalwerts M2 mit der Drehzahl des Motors 3 ab und führt eine Plausibilitätsprüfung durch. 80.000 U/min entsprechen einer Frequenz von 1333 Hz. Die Auswerteeinrichtung 19 stellt bei der Plausibilitätsprüfung demnach fest, dass die Frequenz des zweiten Maximalwerts M2 zu der Drehzahl des Motors 3 passt. Die Auswerteeinrichtung 19 bildet/berechnet eine zweite Ausgleichsgerade A2 des Frequenzspektrums in einem Intervall von 100 Hz bis zu der Frequenz des zweiten Maximalwerts M2, hier 1336 Hz. Anschließend wertet die Auswerteeinrichtung 19 die zweite Ausgleichsgerade A2 aus und bestimmt eine zweite Steigung S2 der zweiten Ausgleichsgerade A2 und einen zweiten Höhenwert H2 über einer definierten Frequenz FH, wobei in der hier dargestellten Ausführungsform FH = 100 Hz. Die Auswerteeinrichtung 19 vergleicht die zweite Steigung S2 und den zwei Höhenwert H2 mit den hinterlegten Sollwerten und bestimmt anhand des Abgleichs, dass der Motor 3 verschlissen ist.
Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass desto flacher die Steigung S1, S2 der Ausgleichsgeraden A1, A2 ist, desto stärker ist der Motor 3 verschlissen. Weiterhin kann gesagt werden, dass desto höher der Höhenwert H1, H2 ist, desto stärker ist der Motor 3 verschlissen.
Als Sollwerte können in der Auswerteeinrichtung 19 beispielsweise Grenzwerte hinterlegt sein. Wenn die Auswerteeinrichtung 19 beispielsweise feststellt, dass eine Steigung S1, S2 geringer als der Sollwert ist, gibt die Auswerteeinrichtung 19 aus, dass der Motor 3 verschlissen ist. Entsprechend gilt für den Höhenwert H1, H2, dass wenn der Höhenwert H1, H2 größer als der Sollwert ist, die Auswerteeinrichtung 19 ausgibt, dass der Motor 3 verschlissen ist.
Der Abgleich der Steigung S1, S2 und des Höhenwerts H1, H2 kann in der Auswerteeinrichtung 19 sowohl als ein „UND-Gatter“ als auch als ein „ODER-Gatter“ ausgebildet sein.
Anders ausgedrückt kann die Auswerteeinrichtung 19 bereits ausgeben, dass der Motor 3 verschlissen ist, wenn entweder der Sollwert der Steigung S1, S2 unterschritten ist oder der Höhenwert H1, H2 den entsprechenden Sollwert übersteigt.
Alternativ kann die Auswerteeinrichtung 19 erst dann ausgeben, dass der Motor 3 verschlissen ist, wenn sowohl der Sollwert der Steigung S1, S2 unterschritten ist als auch der Höhenwert H1, H2 den entsprechenden Sollwert übersteigt.
Weiterhin alternativ kann die Energieaufnahme des Motors 3 als weiterer Indikator berücksichtigt werden. So kann die Auswerteeinrichtung 19 ausgeben, dass der Motor 3 verschlissen ist, wenn die Energieaufnahme des Motors 3 den entsprechenden Sollwert übersteigt.
Als ein weiterer Indikator kann neben den Höhenwerten (H1, H2), welche sich auf die definierte Frequenz FH beziehen, auch ein mittlerer Höhenwert als Indikator von der Auswerteeinrichtung 19 berechnet werden. Unter dem mittleren Höhenwert versteht man einen Mittelwert aller Höhen/Werte des Frequenzspektrums F1, F2 bzw. der Ausgleichsgerade A1, A2 des Frequenzspektrums F1, F2.
Selbstverständlich ist auch der Indikator der Energieaufnahme des Motors 3 sowohl als „UND-Gatter“ als auch als „ODER-Gatter“ mit dem Indikator des Höhenwerts H1, H2 und dem Indikator der Steigung S1, S2 kombinierbar.
Bezugszeichenliste

1: Überprüfungsvorrichtung
3: Motor
5: medizinisches Handstück
7: Werkzeug
9: Kabel
11: Antriebseinheit
13: Stellelement
15: Anzeigevorrichtung
17: Mikrofon
19: Auswerteeinrichtung
21: Kabel
23: Interface
25: Smartphone
F1: erstes Frequenzspektrum
M1: erster Maximalwert
A1: erste Ausgleichsgerade
S1: erste Steigung
H1: erster Höhenwert
FH: Frequenzwert
F2: zweites Frequenzspektrum
M2: zweiter Maximalwert
A2: zweite Ausgleichsgerade
S2: zweite Steigung
H2: zweiter Höhenwert

Claims

Vorrichtung (1) zur Bestimmung eines Verschleißes eines medizinischen Motors (3), insbesondere eines Mikromotors für ein Chirurgiemotorsystem, mit einer Antriebseinheit (11), welche vorgesehen und ausgebildet ist, den Motor (3) mit vordefinierten Antriebsparametern zu betreiben, einer Detektionseinrichtung (17), welche vorgesehen und ausgebildet ist, ein Frequenzspektrum (F1, F2) des Motors (3) während des Betriebs zu detektieren, und einer Auswerteeinrichtung (19), welche vorgesehen und ausgebildet ist, das von der Detektionseinrichtung (17) detektierte Frequenzspektrum (F1, F2) auszuwerten und basierend auf Kennwerten des Frequenzspektrums (F1, F2) den Verschleiß des Motors (3) zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Detektionseinrichtung (17) als ein akustischer Wandler, vorzugsweise als ein Mikrofon, ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die vordefinierten Antriebsparameter zumindest eine Drehzahl von zumindest 60.000 U/min oder eine Maximaldrehzahl des medizinischen Motors (3) beinhalten.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Auswerteeinrichtung (19) das Frequenzspektrum in einem Frequenzbereich von 100 Hz bis zu einem erkannten Maximum (M1, M2) des Frequenzspektrums (F1, F2) auswertet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Auswerteeinrichtung (19) vorgesehen und ausgebildet ist, eine Ausgleichsgerade (A1, A2) des Frequenzspektrums zu bestimmen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, wobei die Auswerteeinrichtung (19) vorgesehen und ausgebildet ist, eine Steigung (S1, S2) und/oder eine, vorzugsweise mittlere, Höhe (H1, H2) der Ausgleichsgeraden (A1, A2) zu bestimmen und die Steigung (S1, S2) und/oder die mittlere Höhe (H1, H2) mit hinterlegten Sollwerten zu vergleichen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Auswerteeinrichtung (19) mit einer künstlichen Intelligenz ausgebildet ist, welche anhand einer Vielzahl der detektierten Frequenzspektren (F1, F2) eine Ausfallvorhersage für den Motor (3) trifft.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Vorrichtung (1), insbesondere die Antriebseinheit (11), weiterhin eine elektrische Energieaufnahme des Motors (3) erfasst und die mittlere elektrische Energieaufnahme auswertet.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Detektionseinrichtung (17) und die Auswerteeinrichtung (19) getrennt von der Antriebseinheit (11), vorzugsweise als ein separates Handgerät (25), ausgebildet sind.
Verfahren zur Verschleißermittlung/Verschleißerkennung eines medizinischen Motors (3) mit den Schritten: - Betreiben des medizinischen Motors (3) mit vordefinierter Drehzahl; - Erfassen eines Frequenzspektrums (F1, F2) des Motors (3) bei der vordefinierten Drehzahl; - Bilden einer Ausgleichsgeraden (A1, A2) des Frequenzspektrums (F1, F2) in einem Bereich von 100 Hz bis zu einer Frequenz, die der vordefinierten Drehzahl entspricht; - Ermitteln einer Steigung (S1, S2) der Ausgleichsgeraden (A1, A2) und/oder einer, vorzugsweise mittleren, Höhe (H1, H2) der Ausgleichsgeraden; - Vergleich der Steigung (S1, S2) der Ausgleichsgeraden (A1, A2) und/oder der, vorzugsweise mittleren, Höhe (H1, H2) der Ausgleichsgeraden (A1, A2) mit hinterlegten Solldaten; - Ausgabe eines Verschleißzustandes des medizinischen Motors (3) basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte - Detektion eines Maximums (M1, M2) des Frequenzspektrums (F1, F2); - Abgleich des Maximums (M1, M2) des Frequenzspektrums (F1, F2) mit der vordefinierten Drehzahl; beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Verfahren weiterhin die Schritte - Erfassung einer elektrischen Energieaufnahme und/oder einer mittleren elektrischen Energieaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme des Motors (3) in dem Betrieb; - Vergleich der elektrischen Energieaufnahme und/oder der mittleren elektrischen Energieaufnahme und/oder einer Leistungsaufnahme des Motors in dem Betrieb mit hinterlegten Sollwerten; beinhaltet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die vordefinierte Drehzahl zumindest 60000 U/min oder eine Maximaldrehzahl des medizinischen Motors (3) ist.
System aus einer Antriebseinheit (11), welche vorgesehen und ausgebildet ist, den medizinischen Motor (3) mit vordefinierten Antriebsparametern zu betreiben, und einer externen Prüfvorrichtung (25), welche eine Detektionseinrichtung (17), die vorgesehen und ausgebildet ist, ein vordefiniertes Frequenzspektrum (F1, F2) des Motors (3) während des Betriebs zu detektieren, und eine Auswerteeinrichtung (19), die vorgesehen und ausgebildet ist, das von der Detektionseinrichtung (17) detektierte Frequenzspektrum (F1, F2) auszuwerten, beinhaltet.