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Die Erfindung betrifft ein chirurgisches
Motorensystem umfassend eine Steuereinheit, mindestens eine mit
der Steuereinheit verbindbare Motoreinheit umfassend einen Chirurgiemotor
und mindestens ein mit der Motoreinheit verbindbares Handstück.
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Systeme der vorbezeichneten Art werden vielfach
in der Chirurgie verwendet. Dabei kommen je nach Einsatzzweck verschiedene
Motoreinheiten mit gleichen oder unterschiedlichen Motoren, insbesondere
chirurgischen Motoren zum Einsatz. Je nach erforderlicher Drehzahl
werden entsprechende Motortypen ausgewählt. So deckt beispielsweise
ein Gleichstromkollektormotor einen Drehzahlbereich von etwa 0 bis
40.000 min1 ab, dagegen können mit Drehstromasynchronmotoren
Drehzahlen zwischen 5000 und 80.000 min1 erreicht
werden. Außerdem werden
auch elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren eingesetzt. Abgesehen
von Elektromotoren kommen in der Chirurgie auch Antriebe in Form
von Druckluftturbinen zum Einsatz.
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Als nachteilig hat sich erwiesen,
daß durch die
Vielzahl von zur Anwendung kommenden Motoreinheiten, für jede eine
speziell auf die Motoreinheit abgestimmte Steuereinheit erforderlich
ist. Durch eine Vielzahl von Steuereinheiten wird die Übersichtlichkeit
in einem Operationsbereich verringert und die Wahrscheinlichkeit
einer Fehlbedienung der Steuereinheiten ist erhöht.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, ein chirurgisches Motorensteuersystem der eingangs beschriebenen
Art so zu verbessern, daß die
Verwendung mehrerer Motoreinheiten einfacher und sicherer möglich ist.
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Diese Aufgabe wird bei einem chirurgischen Motorensystem
der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß mindestens zwei Motoreinheiten an
die Steuereinheit anschließbar
und von dieser ansteuerbar sind.
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Durch diese Ausgestaltung ist es
nunmehr möglich,
an die Steuereinheit mindestens zwei Motoreinheiten anzuschließen und
gleichzeitig oder nacheinander bzw. unabhängig voneinander zu betreiben.
Dadurch wird die Zahl der Steuereinheiten in einem Operationsbereich
mindestens um die Hälfte verringert,
die Übersichtlichkeit
wird erhöht
und die Gefahr von Verwechslungen der Steuereinheiten durch das
Bedienpersonal vermindert.
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Günstig
ist es, wenn die mindestens zwei Motoreinheiten gleichen und unterschiedlichen
Typs sind, insbesondere auf gleichem oder unterschiedlichem physikalischen
Antriebsprinzip beruhen. Das erfindungsgemäße Motorensteuersystem ist
somit in der Lage, auch Motoreinheiten unterschiedlichen Typs, sogar
völlig
unterschiedlicher physikalischer Antriebsprinzipien anzusteuern.
Dadurch wird die Zahl der Steuereinheiten nochmals verringert. Beispielsweise
wäre es
möglich,
Elektromotoren unterschiedlicher Arten, beispielsweise Gleichstromkollektormotaren,
Drehstromasynchronmotoren oder kollektorlose Gleichstrommotoren
an die Steuereinheit anzuschließen
und anzusteuern, andererseits aber auch fluidbetriebene Antriebe
wie z. B. Druckluftturbinen.
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Vorteilhafterweise ist für mindestens
eine Motoreinheit eine Drehzahlerkennungsvorrichtung vorgesehen.
Damit läßt sich
eine Drehzahl stets exakt bestimmen und gegebenenfalls mit der Steuereinheit
die Drehzahl der Motoreinheit auf einen gewünschten Wert steuern und regeln,
insbesondere auf dem gewünschten
Wert halten.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann mindestens ein Motorensatz mit einer Mehrzahl verschiedener
und/oder gleicher Motoreinheiten vorgesehen sein. Durch das Bereitstellen
eines Satzes von Motoreinheiten lassen sich eine Vielzahl unterschiedlicher
chirurgischer Eingriffe mit nur einem Motorensteuersystem realisieren.
Beispielsweise kann der Motorensatz Hochgeschwindigkeitsmotoren,
Motoren für
niedrige Geschwindigkeiten und Shaverantriebe umfassen.
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Um auch bereits existierende Motoreinheiten ansteuern
zu können,
ist es von Vorteil, wenn der mindestens eine Motorensatz Motoreinheiten
mit oder ohne Drehzahlerkennungsvorrichtung erfaßt. Eine Drehzahlerfassung
ist nicht für
alle Anwendungsbereiche erforderlich, so daß Motoreinheiten ohne Drehzahlerkennungsvorrichtung
kostengünstiger
realisiert werden können.
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Eine besonders einfache und genaue
Ermittlung der Drehzahl des Motors läßt sich erreichen, wenn die
Drehzahlerkennungsvorrichtung ein in der Motoreinheit integriertes
Hallsystem umfaßt.
Beispielsweise können
drei Hallsensoren den Rotor umgebend im Motorgehäuse untergebracht sein.
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Insbesondere für hohe Geschwindigkeiten und
Motoreinheiten, bei denen nur wenig Platz für die Anordnung zusätzlicher
Bauelemente zur Verfügung steht, ist
es günstig,
wenn die Drehzahlerkennungsvorrichtung eine Auswertevorrichtung
zum Ermitteln der Drehzahl aus der ermittelten Gegen-EMK (elektromotorische
Kraft) während
des Betriebs der Motoreinheit umfaßt. Die Auswertevorrichtung
kann insbesondere bei sensorlosen Motoreinheiten zur Anwendung kommen,
aber in Verbindung mit einem Sensorsystem, beispielsweise einem
Hallsystem kombiniert. Die Drehzahlermittlung auf Basis der Gegen-EMK liefert
besonders exakte Drehzahlwerte bei hohen Drehzahlen. Vorzugsweise
wird sie bei Drehzahlen über
10.000 min1 eingesetzt.
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Um ein ständiges Trennen und Verbinden der
benötigten
Motoreinheiten mit dem Steuergerät zu
minimieren, kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit mindestens
zwei Anschlußvorrichtungen zum
gleichzeitigen Anschluß von
mindestens zwei Motoreinheiten umfaßt. Diese können so ausgeführt sein,
daß an
jeder Anschlußvorrichtung
nur Motoreinheiten des gleichen Typs anschließbar sind, aber auch so, daß an der
gleichen Anschlußvorrichtung Motoreinheiten
unterschiedlichen Typs anschließbar sind,
insbesondere auch Motoreinheiten, welche auf unterschiedlichen physikalischen
Antriebsprinzipien beruhen.
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Zur Erhöhung der Variabilität des Motorensystems
kann vorteilhafterweise mindestens ein Handstücksatz mit einer Mehrzahl verschiedener und/oder
gleicher, mit einer Motoreinheit verbindbarer Handstücke vorgesehen
sein. Je nach Einsatzzweck lassen sich damit beispielsweise unterschiedliche
Handstükke
mit unterschiedlichen Motoreinheiten kombinieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann eine Motorerkennungsvorrichtung zum Erkennen der
mindestens einen mit der Steuereinheit verbundenen Motoreinheit
vorgesehen sein. Damit wird die Möglichkeit einer Fehlbedienung und
Fehlansteuerung der Motoreinheit durch eine Bedienperson ausgeschlossen.
Die Motorerkennungsvorrichtung kann automatisch oder manuell betätigt arbeiten.
Kenndaten der Motoreinheit können dann
erfaßt
und entsprechend der Betriebsbereiche der Motoreinheit im Steuergerät automatisch
voreingestellt werden.
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Betriebsparameter der Motoreinheit
können auf
unterschiedliche Weise hinterlegt werden. Vorteilhaft ist es, wenn
die Motorerkennungsvorrichtung mindestens ein auslesbares Betriebsparameterspeicherelement
zum Speichern von Betriebsparametern der Motoreinheit umfaßt, insbesondere
zum Speichern des Motortyps, der Motorseriennummer und/oder des
Bauzustands eines von der Motoreinheit umfaßten Motors. Damit werden keine
zusätzlichen
Datenblätter
für die
Motoreinheit benötigt.
Auch Änderungen
von Einstellungen an der Steuereinheit nach Anschluß einer
Motoreinheit sind nicht mehr erforderlich, da alle relevanten Daten
der Motoreinheit automatisch ausgelesen werden können.
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Das Betriebsparameterspeicherelement könnte grundsätzlich in
der Steuereinheit oder in einem Motoranschlußkabel angeordnet sein. Vorzugsweise
ist es jedoch an der Motoreinheit angeordnet. Damit trägt jede
Motoreinheit unverwechselbar ihren eigenen Datensatz.
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Um einen Datenverlust zu vermeiden,
ist es günstig,
wenn das Betriebsparameterspeicherelement einen nichtflüchtigen
Speicher umfaßt.
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Das Betriebsparameterspeicherelement könnte beispielsweise
ein optisch auslesbarer Speicher sein. Günstig ist es jedoch, wenn es
ein PROM umfaßt.
Ein PROM läßt sich
auf einfache Weise beschreiben oder programmieren und auslesen.
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Zur Vermeidung von Fehleinstellungen
beim Austausch von Handstücken
an der Motoreinheit, ist es vorteilhaft, wenn eine Handstückerkennungsvorrichtung
zum Erkennen eines mit der mindestens einen Motoreinheit verbundenen
Handstücks
vorgesehen ist. Beispielsweise läßt sich
ein Handstück
vor dem Verbinden mit der Motoreinheit oder nach dem Verbinden mit
der Motoreinheit mit der Handstückerkennungsvorrichtung
erkennen. Entsprechend können
bestimmte Betriebsparameter des Handstücks berücksichtigt und die Motoreinheit
entsprechend angesteuert werden. Insbesondere können automatisch Drehzahlbegrenzungen
eingestellt werden.
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Von Vorteil ist es, wenn die Handstückerkennungsvorrichtung
mindestens ein auslesbares Handstückbetriebsparameterspeicherelement
umfaßt
zum Speichern von Betriebsparametern des Handstücks. Damit lassen sich alle
relevanten Betriebsparameter des Handstücks auf einfache Weise abrufen.
Handbücher
und Datenblätter
sind dann nicht mehr erforderlich.
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Um eine Verwechslungsgefahr zwischen
unterschiedlichen Handstücken
gänzlich
auszuschließen,
ist das Handstückbetriebsparameterspeicherelement
am Handstück
angeordnet.
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Günstig
ist es, wenn dem Handstückbetriebsparameterspeicherelement
ein Transponder zugeordnet ist. Damit lassen sich Betriebsparameter
des Handstücks
berührungslos
erfassen. Störanfällige Verbindungskontakte
sind aufgrund dieser Ausgestaltung nicht erforderlich.
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Um einen Datenverlust zu vermeiden,
umfaßt
das Handstückbetriebsparameterspeicherelement
einen nichtflüchtigen
Speicher.
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Auch wenn optische oder anderweitig
auslesbare Speicherelemente vorgesehen sein könnten, umfaßt das Handstückbetriebsparameterspeicherelement
ein PROM. Ein PROM ist auf einfache Weise programmierbar.
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Wenn am Handstück unterschiedliche Instrumentenspitzen
angeordnet werden sollen, beispielsweise Sägehandstücke oder Shaver, ist es vorteilhaft,
wenn eine Spitzenerkennungsvorrichtung zum Erkennen einer mit dem
Handstück
verbindbaren Instrumentenspitze vorgesehen ist. Damit lassen sich individuell
Fehleinstellungen und ein Fehlbetrieb der Motoreinheit in Kombination
mit einer bestimmten Instrumentenspitze und/oder einem Handstück vermeiden.
Beispielsweise können
Instrumentenspitzen nur für
einen oszillierenden oder für
einen rotierenden Betrieb ausgelegt sein. Durch die Spitzenerkennungsvorrichtung
können
somit Fehlbedienungen vollständig
vermieden werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Spitzenerkennungsvorrichtung
mindestens ein auslesbares Spitzenbetriebsparameterspeicherelement
umfaßt zum
Speichern von Betriebsparametern der Instrumentenspitze. Damit lassen
sich alle Betriebsparameter der Instrumentenspitze auf einfache
Weise abrufen. Handbücher
und Datenblätter
sind zum Betrieb der Instrumentenspitze nicht erforderlich.
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Um Verwechslungen von Instrumentenspitzen
vollständig
auszuschließen,
ist es günstig,
wenn das Spitzenbetriebsparameterspeicherelement an der Instrumentenspitze
angeordnet ist.
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Wenn insbesondere nur zwei unterschiedliche
Instrumentenspitzen verwendet werden sollen, ist es günstig, wenn
das Spitzenbetriebsparameterspeicherelement ausgelegt ist zum Speichern
eines digitalen Wertes. Damit werden die Herstellungskosten für eine Instrumentenspitze,
insbesondere für
die Spitzenerkennungsvorrichtung minimiert.
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Um einen Datenverlust zu vermeiden,
ist es vorteilhaft, wenn das Spitzenbetriebsparameterspeicherelement
einen nichtflüchtigen
Speicher umfaßt.
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Besonders kostengünstig in der Herstellung ist
eine Spitzenerkennungsvorrichtung, wenn das Spitzenbetriebsparameterspeicherelement
ein PROM umfaßt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Motorerkennungsvorrichtung
und/oder die Handstückerkennungsvorrichtung
und/oder die Spitzenerkennungsvorrichtung eine Abfragevorrichtung
zum Abfragen der in dem Handstückbetriebsparameterspeicherelement
und/oder dem Betriebsparameterspeicherelement und/oder dem Spitzenbetriebsparameterspeicherelement
abgelegten Daten umfaßt.
Damit lassen sich die in den jeweiligen Speicherelementen abgelegten
Daten automatisch abfragen. Eine Bedienperson kann ohne genaue Kenntnis
der jeweiligen Motoreinheiten, Handstücke und/oder Instrumentenspitzen
die jeweiligen Teile nach Bedarf zusammenfügen und bedienen, da Fehlbedienungen
durch die automatische Erkennung der jeweiligen Elemente ausgeschlossen
werden können.
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Zur Reduzierung von Verbindungskontakten ist
es vorteilhaft, wenn die Abfragevorrichtung mindestens eine Transponderleseeinheit
umfaßt.
Grundsätzlich
sind aber auch andere Auslesemöglichkeiten denkbar,
beispielsweise optische, elektrische oder akkustische.
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Vorzugsweise ist die mindestens eine
Transponderleseeinheit an der Motoreinheit und/oder dem Handstück angeordnet.
Damit lassen sich Motoreinheiten, Handstücke und/oder Instrumentenspitzen auch
im miteinander gekoppelten Zustand detektieren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Steuereinheit eine Controllersteuerung
umfaßt.
Durch diese Ausgestaltung lassen sich praktisch beliebige und individuell
gewünschte
Betriebsweisen des Motorensteuersystems einstellen und/oder programmieren.
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Vorzugsweise ist die Controllersteuerung
mit einem Softwarebetriebssystem betreibbar. Damit lassen sich individuell
Betriebsarten des Motorensteuersystems einstellen und programmieren.
Insbesondere können
auch beliebige, für
das jeweilige Betriebssystem ausgelegte Anwendungsprogramme ausgeführt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
das Betriebssystem Windows®-CE ist.
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Vorzugsweise umfaßt die Steuereinheit mindestens
eine Motorendstufenschaltung. Damit läßt sich die Motoreinheit ohne
zusätzliche
Steuergeräte und
Leistungsversorgungen betreiben.
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Günstig
ist es, wenn die Steuereinheit eine digitale Signalprozessorsteuerung
zum Steuern der mindestens einen Motorendstufenschaltung umfaßt. Damit
lassen sich unterschiedliche Motortypen auf einfache Weise durch
die Steuereinheit ansteuern.
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Grundsätzlich ist es von Vorteil,
wenn eine mit der Steuereinheit verbindbare, betätigbare Steuervorrichtung zum
Erzeugen eines Steuersignals zum Aktivieren der Motoreinheit vorgesehen
ist. Mit der Steuervorrichtung kann eine Bedienperson auf einfache
Weise eine Motoreinheit in Betrieb nehmen und deren Geschwindigkeit
und/oder Drehrichtung vorgeben.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Steuervorrichtung eine der Steuereinheit zugeordnete Fußsteuerung
umfaßt.
Damit kann eine Bedienperson eine Motoreinheit mit einem oder mit
beiden Füßen die
Fußsteuerung
betätigen
und eine oder mehrere Motoreinheiten in gewünschter Weise in Betrieb setzen.
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Eine besonders einfache Datenübertragung zwischen
der Fußsteuerung
und der Steuereinheit wird erreicht, wenn die Fußsteuerung über eine Verbindungsleitung
mit der Steuereinheit verbunden ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann
es jedoch von Vorteil sein, wenn die Fußsteuerung eine Funkübertragungseinheit
zum drahtlosen Übertragen
von der Fußsteuerung
erzeugter Steuersignale zur Steuereinheit umfaßt. Dadurch wer den bei vollständig drahtloser
Signalübertragung
keine zusätzlichen
Kabel benötigt,
wodurch die Übersichtlichkeit
in einem Operationsbereich erhöht
und Stolperfallen vermieden werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann
vorgesehen sein, daß von
der Fußsteuerung Steuerungsdaten
analog oder digital an die Steuereinheit übertragbar sind.
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Grundsätzlich kann die Fußsteuerung
einen oder mehrere Geber umfassen. Vorteilhaft ist es, wenn die
Fußsteuerung
einen Geber für
einen Motorlinkslauf und einen Geber für einen Motorrechtslauf umfaßt.
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Von Vorteil ist es, wenn der Geber
für einen Motorlinkslauf
und der Geber für
einen Motorrechtslauf gleichzeitig betätigbar sind zum Betrieb einer Motoreinheit
im oszillierenden Betrieb. Dadurch wird den beiden Gebern eine Doppelfunktion
zugewiesen, wodurch drei Betriebsarten, nämlich Linkslauf, Rechtslauf
und oszillierender Betrieb, mit nur zwei Gebern realisiert werden
können.
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Dabei ist es von Vorteil, wenn der
Geber für einen
Motorlinkslauf und der Geber für
einen Motorrechtslauf zusammenschaltbar sind zu einem aus zwei Gebern
gebildeten Geber für
Rechtslauf oder Linkslauf oder oszillierenden Betrieb der Motoreinheit.
Durch das Zusammenschalten, beispielsweise durch individuelles Betätigen der
Geber der Fußsteuerung
oder anderweitige Programmierung, kann eine Fehlbedienung der Fußsteuerung
vermieden werden. Beide Geber wirken dann jeweils zusammen als ein
Geber für
eine Betriebsart.
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Für
einen besonders gefühlvollen
Betrieb des Motorensteuersystems ist es günstig, wenn die Steuervorrichtung
eine Handsteuerung umfaßt.
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Eine besonders einfache Bedienung
läßt sich
erreichen, wenn die Handsteuerung an der mindestens einen Motoreinheit
angeordnet ist. Eine Bedienperson kann die Motoreinheit und das
daran angeordnete Handstück
führen
und gleichzeitig betätigen.
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Zum Betrieb insbesondere von zwei
Motoreinheiten unterschiedlichen Typs ist es vorteilhaft, wenn mindestens
zwei voneinander getrennte Motorstromkreise zum unabhängigen Betrieb
von mindestens zwei Motoreinheiten vorgesehen sind. Dadurch lassen
sich insbesondere Beschädigungen
und anderweitige Beeinträchtigungen
von Motoreinheiten, Handstücken,
Instrumentenspitzen oder der Steuereinheit vermeiden.
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Grundsätzlich können verschiedene Arten von
Motoren in einer Motoreinheit zur Anwendung kommen. Vorteilhaft
ist es, wenn die mindestens eine Motoreinheit einen chirurgischen
Mikromotor umfaßt. Damit
können
besonders kleine Bauformen der Motoreinheit erreicht werden.
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Um insbesondere eine Verbindung des
Motorensystems mit einem Rechnernetzwerk oder anderen chirurgischen
Geräten
und Vorrichtungen zu ermöglichen,
ist in vorteilhafter Weise mindestens eine Schnittstelle zum Verbinden
der Steuereinheit mit anderen Geräten oder Vorrichtungen vorgesehen.
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Ein Datenaustausch zwischen dem Motorensystem
und Teilen desselben und weiteren Geräten und Vorrichtungen, insbesondere
einem Rechnernetzwerk, läßt sich
auf einfache und sichere Weise erreichen, wenn mindestens eine Schnittstelle
eine serielle, eine parallele, eine Ethernet-, eine CAN-Bus-, eine
RS-232 oder eine USB-Schnittstelle ist.
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Grundsätzlich kann vorgesehen sein,
daß die
Steuereinheit eine Systemkonfigurationseinheit zum Einstellen von
Betriebsparameterbereichen der Steuereinheit in Abhängigkeit
der mindestens einen Motoreinheit und/oder des mindestens einen
Handstücks
und/oder der mindestens eine Instrumentenspitze umfaßt. Damit
müssen
Betriebsparameterbereiche entsprechend der Auswahl von Motoreinheit, Handstück und/oder
Instrumentenspitze nicht mehr individuell durch eine Bedienperson
eingestellt werden, sondern werden automatisch durch die Systemkonfigurationseinheit
gestellt, wenn die jeweiligen Teile des Systems mit der Steuereinheit
verbunden oder ihre Betriebsparameter automatisch oder manuell erfaßt sind.
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Um eine Überhitzung eines Motors zu
vermeiden, kann eine Temperaturüberwachungseinheit zum Überwachen
einer Temperatur der Motoreinheit vorgesehen sein.
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Günstig
ist es, wenn die Temperaturüberwachungseinheit
einen an der Motoreinheit angeordneten Temperatursensor umfaßt. Damit
läßt sich
eine Temperatur der Motoreinheit sehr genau ermitteln.
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Um die Variabilität des Systems zusätzlich zu erhöhen, kann
vorgesehen sein, daß es
eine Pumpensteuerung zum Steuern eine Fluidpumpe umfaßt. Mit
der Fluidpumpe können
beispielsweise an Motoreinheiten, Handstücken und/oder Instrumentenspitzen
vorgesehene Spül-
oder Absaugkanäle
mit Fluiden versorgt bzw. entsorgt werden.
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Grundsätzlich wäre es denkbar, die Motoreinheiten
mit einer netzunabhängigen
Energieversorgung zu versehen. Vorzugsweise ist jedoch mindestens
eine Motorverbindungsleitung vorgesehen zum Verbinden der Steuereinheit
mit der mindestens einen Motoreinheit. Damit können auch Motoreinheiten mit
einer erhöhten
Leistungsaufnahme über
praktisch beliebig lange Zeit versorgt werden.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn mindestens zwei
Motorverbindungsleitungen zum gleichzeitigen Verbinden der Steuereinheit
mit mindestens zwei Motoreinheiten vorgesehen sind. Auf diese Weise lassen
sich z. B. gleichzeitig zwei unterschiedliche chirurgische Instrumente
mit Motoreinheiten antreiben.
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Um die Motoreinheiten besonders einfach und
kostengünstig
zu gestalten, ist es von Vorteil, wenn die Handsteuerung ein an
der Motorverbindungsleitung angeordnetes Betätigungselement zum Vorgeben
eines Steuersignals zum Betreiben der Motoreinheit umfaßt. Damit
lassen sich mit einer Motorverbindungsleitung mit daran angeordnetem
Betätigungselement
unterschiedliche Motoreinheiten betreiben. Eine Bedienperson muß sich dabei
nicht in der Handhabung umstellen.
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Um einen unbeabsichtigten Betrieb
einer Motoreinheit zu verhindern, kann eine Motorstromkreissperrvorrichtung
zum Unterbrechen eines Motorstromkreises vorgesehen sein.
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Günstig
ist es, wenn die Motorstromkreissperrvorrichtung mechanisch oder
elektronisch ausgebildet ist. Insbesondere bei einer mechanischen Ausbildung
kann eine Bedienperson sofort erkennen, ob ein Motorstromkreis gesperrt
ist oder nicht. Gleiches kann bei einer elektronischen Ausbildung
in Verbindung mit einer Anzeige realisiert werden. Beispielsweise
könnte
eine elektronische Sperrung beim Betrieb einer Motoreinheit für alle anderen
an der Steuereinheit angeschlossenen Motoreinheiten vorgenommen
werden.
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Zur Vereinfachung einer Bedienung
kann die Motorstromkreissperrvorrichtung an einer Motorverbindungsleitung
angeordnet oder dieser zugeordnet sein. Insbesondere bei einer Anordnung
in einem der Motoreinheit nahen Bereich der Motorverbindungsleitung
läßt sich
ein Motorstromkreis auf einfache Weise unterbrechen und/oder wieder
aktivieren.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung kann eine Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
zum Erfassen der Anzahl und/oder der Art der von der mindestens
einen Motoreinheit und/oder dem mindestens einen Handstück durchlaufenden
Sterilisationszyklen vorgesehen sein. Damit läßt sich eine Wartung der wiederverwendbaren
Motoreinheiten und Handstükke
gezielt überwachen
und vorausplanen. Insbesondere im Hinblick auf eingebaute Verschleißteile,
die aufgrund erhöhter
Temperaturen und bei Aussetzung gegenüber Feuchtigkeit regelmäßig ausgetauscht
werden müssen,
läßt sich
eine gezielte und damit kostengünstigere
Instandhaltung der Geräte
realisieren.
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Vorzugsweise umfaßt die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
ein Temperaturerfassungsmittel zum Bestimmen einer Umgebungstemperatur. Damit kann
eindeutig identifiziert werden, ob ein Sterilisationszyklus mit
entsprechenden Sterilisationsbedingungen durchlaufen wurde oder
nicht.
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Ferner kann die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
eine Echtzeituhr umfassen. Damit lassen sich Sterilisationszyklusdaten
in Echtzeit ermitteln.
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Zur Vereinfachung der Aufzeichnung
von Sterilisationsvorgängen
ist es günstig,
wenn die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung eine Speichervorrichtung
zum Speichern von Temperaturdaten in Abhängigkeit der Zeit umfaßt. Damit
lassen sich Sterilisationszyklen in ihrem Zeitablauf verfolgen.
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Um Daten von der Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
auf einfache Weise abzurufen, kann diese eine berührungslose
Datenübertragungseinheit
umfassen. Ein Verbinden mit Kabeln ist nicht erforderlich, die Zahl
von Steckverbindungen und Kontakten kann auf diese Weise minimiert
werden.
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Eine eindeutige und unverwechselbare
Zuordnung von Sterilisationsvorgängen
unterworfenen Elementen kann erzielt werden, wenn die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
an der Motoreinheit und/oder am Handstück angeordnet ist. Damit kann jedes
Element individuell nach der Art und/oder der Zahl der durchlaufenden
Sterilisationszyklen abgefragt werden.
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Um Wartungsintervalle besonders einfach festzulegen
und auszuwerten, kann die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
einen Sterilisationsereigniszähler
zum Zählen
der durchlaufenden Sterilisationszyklen umfassen. Beispielsweise
kann nach Durchlauf einer vorgegebenen Zahl von Sterilisationszyklen,
d. h.
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wenn der Sterilisationsereigniszähler einen bestimmten
Wert erreicht, eine Wartung oder Inspektion des jeweiligen Elements
vorgenommen werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Sterilisationszykluserkennungsvorrichtung
einen Grenztemperaturwertspeicher zum Festlegen einer zu überwachenden
und Indikator für
einen durchlaufenden Sterilisationszyklus dienenden Grenztemperatur
umfaßt.
Je nach Art der Sterilisation oder Berücksichtigung der individuellen
Bedingungen kann auf diese Weise einfach und sicher ermittelt werden,
ob eine Motoreinheit und/oder ein Handstück einem Sterilisationsvorgang
unterworfen wurde oder nicht.
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Statt einer individuellen, von einer
Bedienperson auszuführenden
Abfrage, kann eine Auswertevorrichtung zum Auslesen und Vergleichen
des Sterilisationsereigniszählers
mit einem Maximalwert von zu durchlaufenden Sterilisationszyklen
vorgesehen sein. Damit lassen sich alle im Zusammenhang mit der
Sterilisierung von Motoreinheit und/oder Handstück relevanten Daten automatisch
erfassen und auswerten.
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Damit eine Bedienperson sofort erkennen kann,
ob ein Maximalwert von zu durchlaufenden Sterilisationszyklen überschritten
ist, können
ein oder mehrere Anzeigeelemente vorgesehen sein zum Anzeigen eines Überschreitens
des Maximalwerts von zu durchlaufenden Sterilisationszyklen.
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Um die Bedienung des gesamten Systems für eine Bedienperson
zu erleichtern und eine Systemüberwachung
durch diese zu verbessern, kann ein Anzeigeelement zum Anzeigen
von Betriebsparametern des Systems vorgesehen sein. Damit können insbesondere
bei einer automatischen Erkennung von Motorein heit, Handstück und/oder
Instrumentenspitze jeweils eingestellte, für die vorgenannten Elemente
erforderliche Betriebsparameterbereiche angezeigt werden.
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Vorzugsweise ist eine Motorbetriebszeiterfassungsvorrichtung
zum Erfassen einer Betriebszeit der mindestens einen Motoreinheit
vorgesehen. Durch Erfassen der Betriebszeit lassen sich individuell
Wartungsintervalle je nach Einsatz und Belastung der Motoreinheit
verkürzen
oder verlängern
oder überhaupt
festlegen.
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Eine besonders einfache Ermittlung
der Motorbetriebszeit läßt sich
realisieren, wenn die Motorbetriebszeiterfassungsvorrichtung ein
Betriebszeitspeicherelement zum Speichern von Motoraktivierungszyklen
und/oder einer Motoraktivierungszeit umfaßt. Auf diese Weise kann die
tatsächliche Motorbetriebszeit
festgestellt werden.
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Wenn nicht die tatsächliche
Motorbetriebszeit, sondern die Zahl der Motoraktivierungszyklen bestimmt
werden sollen, ist es vorteilhaft, wenn das Betriebszeitspeicherelement
einen inkrementierbaren Ereignisspeicher umfaßt, welcher aufgrund eines Motoraktivierungszyklus
um einen bestimmten Wert, z. B. 1, inkrementierbar ist.
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Ein Motoraktivierungszyklus kann
für eine beliebige
Zeitspanne definiert werden, beispielsweise 5, 10, 20 oder 35 Sekunden.
Vorteilhaft ist es jedoch, wenn der Motoraktivierungszyklus mindestens 30
Sekunden beträgt.
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Um einen Datenverlust zu verhindern,
kann das Betriebszeitspeicherelement einen nichtflüchtigen
Speicher umfassen.
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Besonders kostengünstig ist ein Betriebszeitspeicherelement,
das ein EEPROM umfaßt.
Dieses läßt sich
sowohl elektrisch programmieren als auch löschen.
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Um eine Wartung und Instandhaltung
des Gesamtmotorensystems zu vereinfachen, kann das Motorensteuersystem
eine Überwachungsvorrichtung
zur Erfassung und Dokumentation von Geräteaktivierungszyklen und/oder
Gerätestörungen aufweisen.
Beispielsweise können
Geräteaktivierungszyklen
und/oder Gerätestörungen jeweils
beim Einschalten des Motorensystems angezeigt werden oder automatisch
von einem mit dem Motorensystem über
eine entsprechende Schnittstelle verbundenes Rechnersystem abgefragt
werden.
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Günstig
ist es, wenn die Überwachungsvorrichtung
zur Erfassung und Dokumentation von Geräteaktivierungszyklen einen
nichtflüchtigen
Zyklenspeicher umfaßt.
Auf diese Weise lassen sich Datenverluste vermeiden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung kann eine der Steuereinheit zugeordnete oder an dieser
angeordnete Anzeigevorrichtung vorgesehen sein. Damit lassen sich
alle wichtigen Informationen über
das System für
eine Bedienperson visuell darstellen. Insbesondere können auch
Anzeigeelemente zum Anzeigen von Betriebsparametern des Systems
in der Anzeigevorrichtung integriert sein.
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Günstig
ist es, wenn die Anzeigevorrichtung eine Flachbildschirmanzeige
umfaßt.
Damit läßt sich eine
besonders kleine Bauform der Anzeigevorrichtung erreichen.
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Um eine besonders einfache Bedienung
für eine
Bedienperson zu realisieren, ist es günstig, wenn die Anzeigevorrichtung
eine betätigbare
Oberfläche
aufweist. Beispielsweise erfüllt
ein sogenannter Touch Screen diese Voraussetzungen, bei dem in der
Anzeige Bedienelemente der Steuereinheit dargestellt und gleichzeitig
auch betätigt
werden können.
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Damit eine Motordrehzahl individuell
vorgebbar und auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann,
kann eine Motordrehzahlsteuer- und Regelungsvorrichtung vorgesehen
sein. Beispielsweise kann diese durch eine Controllersteuerung in
Verbindung mit einem digitalen Signalprozessor realisiert werden.
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Günstig
ist es, wenn mit der Motordrehzahlsteuer- und regelungsvorrichtung
während
eines Betriebsintervalls eine über
der Maximaldrehzahl der Motoreinheit liegende erhöhte Drehzahl
ansteuer- und regelbar ist. Damit läßt sich gezielt eine Motoreinheit
unter Bedingungen betreiben, für
die diese grundsätzlich
nicht ausgelegt ist. Durch eine solche zeitlich begrenzte „Turbofunktion" kann jedoch sichergestellt
werden, daß es
zu keiner Beschädigung der
Motoreinheit kommt.
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Zur Vermeidung von Beschädigungen
von Motoreinheit und/oder Handstück
beträgt
das Betriebsintervall maximal fünf
Minuten und die erhöhte Drehzahl
etwa 100.000 U/min.
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Damit eine eindeutige und lückenlose
Dokumentation des Betriebs des Motorensystems möglich ist, kann das Motorensteuersystem
eine Echtzeituhr umfassen.
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Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Motorensystems;
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2:
ein Blockschaltbild eines Motorensystems;
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3:
eine schematische Darstellung einer Motoreinheit mit Handstück und Steuereinheit;
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4:
eine schematische Darstellung einer Motoreinheit mit Handstück;
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5:
ein Blockschaltbild eines Temperatursensors;
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6:
eine Schaltplanskizze einer ersten Variante einer Motoreinheit;
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7:
eine Schaltplanskizze einer zweiten Variante einer Motoreinheit;
und
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8:
ein Blockschaltbild einer digitalen Signalprozessorsteuerung.
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In 1 ist
schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 versehenes
Motorensystem dargestellt, umfassend ein Steuergerät 12,
fünf Motoreinheiten 14a bis 14e,
zwei Shaverhandstücke 16a und 16b,
ein Pistolenhandstück 18,
zwei Motoranschlußkabel 20 und 22 sowie
eine Fußsteuerung 24.
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Das Steuergerät 12 umfaßt einen
in einem Gehäuse 26 angeordneten
flachen Bildschirm 28 in Form eines Touch Screens. Zu beiden
Seiten des Bildschirms 28 sind je drei Bedienelemente 30a bis 30c bzw. 30d bis 30f angeordnet.
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Zwei Schalter 32a und 32b sind
unterhalb des Bildschirms 28 auf einer Linie angeordnet
mit einer Anschlußbuchse 34 zum
Anschluß der
Fußsteuerung 24 über ein
optionales Anschlußkabel 25 und mit
zwei Anschlußbuchsen 36a und 36b zum
Anschluß der
Motoranschlußkabel 20 und 22.
Außerdem
ist ein Anschluß 38 für ein Fluidsystem
zur Zufuhr und Abfuhr von Fluiden aus einem Operationsbereich vorgesehen,
beispielsweise auch zur Versorgung von Spül- oder Absaugkanälen an mit den Motoreinheiten 14,
den Shaverhandstücken 16 oder dem
Pistolenhandstück
verbindbaren, nicht dargestellten Handstücken oder Instrumentenspitzen
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Die Motoreinheiten 14a bis 14e umfassen
jeweils eine Kabelkupplung 40a bis 40e, die mit
einem Kupplungsstück 44 des
Motoranschlußkabels 20 oder
einem Kupplungsstück 46 des
Motoranschlußkabels 22 beliebig
verbindbar ist. Ebenso weisen die beiden Shaverhandstücke 16a und 16b sowie
das Pistolenhandstück 18 jeweils
eine Kabelkupplung 40f, 40g bzw. 40h auf,
die mit einem der beiden Kupplungsstücke 44 oder 46 verbindbar
ist.
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An ihrem jeweils anderen Ende sind
die Motoreinheiten 14a bis 14e mit Handstückkupplungen 42a bis 42e versehen,
auf die nicht dargestellte Handstücke, beispielsweise Bohrerhandstücke, Sägehandstücke oder
dergleichen angekuppelt und über
die Motoreinheiten 14a bis 14e betrieben werden
können.
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Die Motoreinheit 14a umfaßt einen
sensorlosen, nur für
einen Rechtslauf ausgelegten Hochgeschwindigkeitsmotor mit einer
Minimaldrehzahl von 5000 und einer Maximaldrehzahl von 75000 U/min. Es
kann ein Motor mit einer Nennleistung von 60 oder 100 Watt vorgesehen
sein. Sensorlos in diesem Zusammenhang bedeutet, daß keine
Sensoren zur Erfassung einer Drehzahl des Motors im oder im Bereich
des Motors angeordnet sind. Bei der Handstückkupplung 42a handelt
es sich um eine HILAN-Kupplung.
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Die Motoreinheiten 14b bis 14e,
die Shaverhandstücke 16a und 16b sowie
das Pistolenhandstück 18 sind
jeweils mit Drehzahlsensoren, vorzugsweise mit Hallsensoren eines
Hall-Systems ausgestattet und sowohl für einen Rechts- als auch für einen
Linkslauf ausgelegt. Die Minimaldrehzahl der Motoreinheiten 14b bis 14e sowie
des Pistolenhandstücks 18 beträgt 300 U/min.,
die Maximaldrehzahl der Motoreinheiten 14b und 14d 30.000,
die Maximaldrehzahl der Motoreinheiten 14c, 14d sowie
des Pistolenhandstücks 18 beträgt 20.000
U/min.
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Die Shaverhandstücke 16a und 16b umfassen
jeweils eine Shaverkupplung 48a bzw. 48b zum Anschluß eines
Shavers, beispielsweise zur Anwendung in der Arthroskopie. Bei den
Handstückkupplungen 42b und 42d handelt
es sich um sogenannte Intra-Kupplungen, bei den Handstückkupplungen 42c, 42e und
einer Handstückkupplung 43 des
Pistolenhandstücks 18 jeweils
um sogenannte Minikupplungen. Die Motoreinheiten 14b, 14c sowie
das Shaverhandstück 16a sind
für eine
Nennleistung von 100 Watt, die Motoreinheiten 14d, 14e sowie
das Shaverhandstück 16b und
das Pistolenhandstück sind
für eine
Nennleistung von 60 Watt ausgelegt.
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Bei den beiden Shaverhandstücken 16 ist
jeweils ein Getriebe integriert, an die Motoreinheiten 14 sowie
das Pistolenhandstück 18 sind
nicht dargestellte Handstücke
mit integriertem Getriebe ankoppelbar, wobei die Handstücke je nach
Ausgestaltung auch selbst zusätzlich
mit unterschiedlichen Instrumentenspitzen bestückt werden können.
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Die Motoranschlußkabel 20 und 22 sind
zum Verbinden mit dem Steuergerät
mit Kupplungen 21 und 23 versehen, über die
sie mit den Anschlußbuchsen 36a und 36b verbindbar
sind.
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Die Fußsteuerung 24 steht über eine
drahtlose Datenübertragungsvorrichtung
mit dem Steuergerät 12 in
Verbindung, beispielsweise über
ein Infrarot- oder Funkübertragungssystem.
Optional ist auch eine Verbindung der Fußsteuerung 24 über ein
mit der Anschlußbuchse 34 verbindbares
Kupplungsstück 50 des
Anschlußkabels 25 möglich. An
einem Gehäuse 52 der
Fußsteuerung 24 sind
zwei fußbetätigbare
Schalter 54a und 54b angeordnet, über die ein
Links bzw. Rechtslauf des Motors geregelt werden kann.
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Ferner ist vorgesehen, daß die Fußsteuerung 24 anwenderorientiert
programmierbar ist. Wird der als Geber ausgeführte rechte Schalter 54b betätigt, so
dreht sich beispielsweise eine Motoreinheit 14 im Rechtslauf,
wird der linke Schalter 54a betätigt, so dreht sich eine Motoreinheit 14 im
Linkslauf. Werden beide Schalter 54 zeitgleich betätigt, so
wird vom Steuergerät 12 eine
Fehlermeldung ausgegeben und beispielsweise auf dem Bildschirm 28 angezeigt. Eine
Aktivierung der Motoreinheiten 14 ist unterbunden.
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Falls jedoch das Steuergerät 12 wie
weiter unter näher
dargelegt, erkennt, daß ein
Shaverhandstück 16 angeschlossen
ist, wird bei gleichzeitiger Betätigung
der Schalter 54 das Shaverhandstück 16 im oszillierenden
Betriebsmodus betrieben. Ferner können vom Anwender Betriebsdaten
für die
Fußsteuerung 24 programmiert
und im Steuergerät 12 abgelegt
werden. Beispielsweise lassen sich die beiden Schalter 54 funktionell
zu einem einzigen Geber für
einen Rechtslauf einer Motoreinheit 14 zusammenfassen.
Ein entsprechendes Anzeigesymbol wird in der Bildschirmanzeige 28 dargestellt.
Und zwar unabhängig
davon, ob eine Motoreinheit 14, ein Shaverhandstück 16 oder
das Pistolenhandstück 18 betrieben
werden oder nicht. Wird einer der beiden Schalter 54 oder
beide Schalter 54 betätigt,
dreht der jeweilige Motor nur in einem Rechtslauf. In analoger Weise
lassen sich die beiden Schalter 54 auch funktionell zu
einem einzigen Geber für
einen Linkslauf der Motoreinheit 14 zusammenfassen.
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Ebenso lassen sich die beiden Schalter 54 zu
einem gemeinsamen Geber für
einen oszillierenden Betrieb programmtechnisch zusammenschalten. Wird
in diesem Fall eine Motoraktivierung angefordert, so dreht sich
der jeweilige Motor im oszillierenden Betrieb, und zwar unabhängig davon,
ob der Schalter 54a, der Schalter 54b oder beide
Schalter 54 gemeinsam betätigt werden.
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Das Pistolenhandstück 18 ist
mit zwei Gebern 56 ausgestattet, wobei der Geber 56a zur
Aktivierung eines Motorrechtslauf, der Geber 56b zur Aktivierung
eines Motorlinkslaufs vorgesehen ist.
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Die Motoranschlußkabel 20 und 22 unterscheiden
sich dadurch, daß,
anders als am Motoranschlußkabel 20,
am Kupplungsstück 46 des
Motoranschlußkabels 22 ein
Betätigungshebel 58 vorgesehen
ist, mit dem eine Bedienperson einen Motorbetrieb einer Motoreinheit 14,
eines Shaverhandstücks 16 oder
des Pistolenhandstücks 18 aktivieren
kann.
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Ein Blockschaltbild des in 1 schematisch dargestellten
Motorensystems ist in 2 dargestellt.
Das Steuergerät
ist insgesamt in ein Netzteil 62 und einen über eine
galvanische Trennung 64 von diesem getrennten Patienten- oder Anwendungsteil aufgeteilt.
Das Netzteil 62 umfaßt
einen zwei bzw. drei Kontakte umfassenden Netzanschluß 60 und
mit diesem über
ein Netzfilter 68 und eine Hauptschalterplatine 70 verbundene
Leiterplatte 72 umfassend einen AC/DC Wandler 74.
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Der Anwendungsteil 66 umfaßt eine
galvanisch mit dem AC/DC Wandler 74 gekoppelte Gleichstromspannungsversorgung 76 zur
Bereitstellung von Gleichspannungen von +35 Volt/8 Ampere, +15 Volt/1,5
Ampere, –15
Volt/0,3 Ampere, +5 Volt/3,0 Ampere sowie +24 Volt zur Versorgung
von Elementen des Steuergeräts 12 sowie
den Motoreinheiten 14, der Shaverhandstücke 16 und des Pistolenhandstücks 18 und
einer Pumpe 78, welche Teil eines Saugspülsystems 80 ist.
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Zwei in getrennte Motorstromkreise
integrierte Motorendstufen 82a und 82b sind mit
den Anschlußbuchsen 36 und über die
Motoranschlußkabel 20 und 22 mit
Motoren 15 bzw. 17 der Motoreinheiten 14 bzw.
der Shaverhandstücke 16 verbindbar.
Alternativ kann auch ein Pistolenhandstück 18 angeschlossen
werden. Die Ansteuerung der Motorendstufen 82 erfolgt über eine
digitale Signalprozessorsteuerung 84, die wiederum in Kommunikation
mit einer Controllersteuerung 90 steht, welche u. a. zur
Ansteuerung einer Pumpensteuerung 88 zum Ansteuern der
Pumpe 78 dient.
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Handsteuerungen 96a und 96b sind
mit einer Handsteuerungsauswertevorrichtung 86 verbunden, die
wiederum mit der digitalen Signalprozessorsteuerung 84 kommuniziert.
Drehzahlerfassungsvorrichtungen 98 und 100 zur
Erfassung der Drehzahlen der Motoren 15 und 17 sind
mit der digitalen Signalprozessorsteuerung 84 verbunden.
Die Fußsteuerung 24 steht
in Verbindung mit der Controllersteuerung 90, die ebenfalls
Bediensignale der Bedienelemente 30 entgegennehmen kann.
Der Bildschirm 28 als Anzeigeelement steht in Kommunikation
mit der Controllersteuerung 90 und wird über zwei
DC/DC Converter 94a und 94b sowie über ein
mit dem DC/DC Converter 94a verbundenes Inverterboard mit
Energie versorgt.
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Der prinzipielle Aufbau der Motoreinheiten 14,
die im folgenden synonym verwendet werden für die Shaverhandstücke 16 und
das Pistolenhandstück 18,
soll anhand der 3 und 4 näher erläutert werden. Die Motoreinheit 14 umfaßt einen
Motor, insbesondere einen chirurgischen Mikromotor 15,
ein im oder benachbart des Motors 15 angeordnetes Hallsystem 102 zur
Drehzahldetektion, einen Betriebsparameterspeicher 104 sowie
ein Speicherelement 106 zur Motoraktivierungsüberwachung.
Das Speicherelement 106 steht ent weder berührungslos
oder über Kontakte
mit einem Temperatursensor 108 in Verbindung, über welchen
einerseits eine Betriebstemperatur der Motoreinheit 14 und/oder,
wie weiter unter näher
erläutert
werden wird, von der Motoreinheit 14 durchlaufene Sterilisationszyklen
erfaßt
werden können.
Die vorgenannten Elemente sind jeweils mit Kontakten der Kabelkupplung 40 verbunden
und können über das
Kupplungsstück 44 und
das Motoranschlußkabel 20 mit
dem Steuergerät 12 verbunden werden.
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Über
die Handstückkupplung 42 ist
die Motoreinheit 14 mit einem Handstück 110 koppelbar, wobei Übergabekontakte 112a an
der Motoreinheit 14 und Übergabekontakte 112b am
Handstück 110 vorgesehen
sein können
zur elektrischen Kontaktierung des Handstücks 110 mit der Motoreinheit 14. Ferner
ist zur automatischen Detektion des Handstücks 110 an diesem
ein Transponder 114 angeordnet, der in einem mit der Motoreinheit 14 verbundenen
Zustand benachbart einer Transponderleseeinheit 116 der
Motoreinheit 14 angeordnet ist. Über diese kontaktlose Verbindung
zwischen Transponder 114 und Transponderleseeinheit 116 lassen
sich Betriebsparameter aus einem Speicherbaustein 118 des
Handstücks 110 an
die Motoreinheit 14, und zwar an das Speicherelement 106, übertragen,
von dem aus sie an das Steuergerät 12 weitergeleitet
werden können.
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Der Speicherbaustein 118 kann
prinzipiell aus mehreren Speicherelementen gebildet werden, insbesondere
einem Speicher zur Speicherung von Betriebsparametern und einem
Speicherelement zur Erfassung und Speicherung einer Temperatur.
Insbesondere kann demnach der Speicherbaustein 118 ein
Temperatursensoretikett 120 umfassen, von dem ein Blockschaltbild
in 5 dargestellt ist. Dieses verfügt über eine
Batterie 122 als Energieversorgung für das eigentliche Sensorelement 124,
das außer
einem Temperaturfühler
einen mit einer Echtzeituhr 128 in Kommunikation stehenden
Controller 126, einen Speicher 130, eine Antenne 132 und
eine Transponder-Lese-/Schreibeinheit 134 umfaßt. Der
Controller 126 steht ferner in Verbindung mit dem Speicher 130 zur
Hinterlegung von Temperaturdaten in einem Zeitverlauf sowie der
Antenne 132, die eine berührungslose Abfrage des Temperatursensoretiketts 120,
beispielsweise über
die Transponder-Lese-/Schreibeinheit 134 ermöglicht,
wie dies im Zusammenhang mit 7 dargestellt
und erläutert
ist. Ferner kann auch der Temperatursensor 108 in Form eines
solchen Temperatursensoretiketts ausgebildet sein.
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Mit dem Temperatursensoretikett lassen
sich von der Motoreinheit 14 oder dem Handstück 110 durchlaufene
Sterilisationszyklen detektieren. Dazu wird bei der Fertigung der
Motoreinheit 14 über
die Transponder Lese/Schreibeinheit 134 der Wert einer zu überwachenden
Maximaltemperatur in den Speicher 130 des Temperatursensoretiketts 120 programmiert.
Bei jeder Motorerwärmung,
bei der die programmierte Maximaltemperatur erreicht wird, wird dies
im Speicher 130 unter Angabe von Uhrzeit und Datum festgehalten
und auf diese Weise ein Sterilisationsvorgang dokumentiert. Erkennt
die im Steuergerät 12 integrierte
Systemelektronik, daß mit
dem Steuergerät 12 eine
Motoreinheit 14 kontaktiert ist, so wird über eine
nicht dargestellte RS-232-Schnittstelle der
Transponder-Lese-/Schreibeinheit 134 überprüft, ob im Speicher 130 ein
Sterilisationsvorgang registriert wurde. Ist dies der Fall, so wird
ein Sterilisationsereigniszähler,
welcher im Speicherelement 106, einem EE-PROM, integriert
ist, inkrementiert und das im Temperatursensoretikett 120 gespeicherte
Ergebnis gelöscht.
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Erkennt die Systemelektronik im Steuergerät 12,
daß eine
neu mit dem Steuergerät 12 kontaktierte Motoreinheit 14 einen
vorgegebenen Wert von maximal zulässigen Sterilisationszyklen
erreicht oder überschritten
hat, wird dies dem Anwender durch eine entsprechende Anzeige auf
dem Bildschirm 28 dargestellt, insbesondere auch in Verbindung
mit der Aufforderung, den Motor technisch überprüfen zu lassen.
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In den 6 und 7 sind zwei Schaltskizzen einer
Motoreinheit 14 dargestellt. Wicklungen des Motors 15 sowie
Kontakte von Hallsensoren 103 des Hallsystems 102 sind
mit Kontakten der Kabelkupplung 40 leitend verbunden. Ferner
sind ein Betriebsparameterspeicher 104 in Form eines PROMs
zur Motordetektion sowie ein Speicherelement 106 in Form
eines EE-PROMs zur Motoraktivierungsüberwachung mit Kontakten der
Kabelkupplung 40 verbunden.
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Zur Handstückerkennung bzw. Erkennung einer
mit dem Handstück 110 verbindbaren,
nicht dargestellten Instrumentenspitze kann das Handstück 110 oder
die Instrumentenspitze mit einem Baustein in Form des oben beschriebenen
Speicherbausteins 118 versehen sein, der beispielsweise über Übergabekontakte 112 und
eine entsprechende Ansteuerung mit dem Betriebsparameterspeicher 104 verbindbar
ist. Damit lassen sich Betriebsparameter oder im Speicherbaustein 118 hinterlegte
Informationen über
die Art des Handstücks
bzw. der Instrumentenspitze auslesen und über den Betriebsparameterspeicher 104 an
das Steuergerät 12 weiterleiten.
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In Ergänzung zu einer Handstückerkennungsvorrichtung
kann entweder alternativ oder zusätzlich auch, wie in 7 dargestellt, eine Transponder-Lese-Schreibeinheit 134 zum
Auslesen eines Temperatursensoretiketts 120 oder eine Transponder-Leseeinheit 116 zum
Auslesen der in einem Transponder 114 gespeicherten Daten
vorgesehen sein.
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Aufgrund der Ausstattung der Motoreinheit 14 mit
einem Betriebsparameterspeicher 104 können über das Steuergerät 12 automatisch
alle relevanten Daten der Motoreinheit 14 und insbesondere
Betriebsparameterbereiche abgefragt und eingestellt werden. Damit
ist es möglich,
unterschiedlichste Motoreinheiten anzusteuern. Drehzahlbegrenzungen
werden automatisch vorgenommen, ohne daß ein Verwender am Steuergerät Betriebsgrenzen
eingeben muß.
Der Betriebsparameterspeicher 104 liefert aber nicht nur
Betriebsparameterdaten der Motoreinheit, sondern auch eines gegebenenfalls
mit der Motoreinheit 14 verbundenen Handstücks 110 über die
Handsückerkennungsvorrichtung.
In dem Betriebsparameterspeicher 104 wird der Motortyp,
eine Motorseriennummer und der Bauzustand des Motors programmiert
und nach erfolgter Programmierung nach der Montage auf einer Leiterplatte
in der Motoreinheit 14 durch Einbringen eines Brückenwiderstands 136 eine
Weiter- bzw. Umprogrammierung
des Betriebsparameterspeichers 104 verhindert.
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Nachfolgend wird die Funktion der
Detektion der Motoreinheit 14 bzw. des Handstücks 110 erläutert.
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Das Steuergerät 12 arbeitet im Stand-by
Betrieb in einem permanenten Abfragebetrieb. Dabei werden neben
den Handsteuerungen 96 und Fußsteuerungen 24 auch
beide voneinander getrennten Motorstromkreise abgefragt, wobei über bausteinspezifische
Signalsequenzen die Betriebsparameterspeicher 104 der Motoreinheit 14 abgefragt
werden. Ist das Steuergerät
mit einer Motoreinheit 14 verbunden, erkennt das Steuergerät 12 durch
Rückmeldung eines
Si gnals vom Betriebsparameterspeicher 104, daß eine Motoreinheit
mit dem Steuergerät 12 verbunden
ist.
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In einem nächsten Schritt wird die vom
Betriebsparameterspeicher 104 rückgemeldete Signalsequenz ausgewertet.
Auf diese Weise lassen sich alle im Betriebsparameterspeicher 104 abgelegten Informationen
abfragen. Ferner wird ein Signalstatus an PIN 3 des Betriebsparameterspeichers
abgefragt. Damit läßt sich
ermitteln, welche Art Handstück 110 möglicherweise
mit der Motoreinheit 14 verbunden ist, so daß für ein bestimmtes
Handstück 110 eventuell
vorzunehmende Begrenzungen, z. B. Drehzahlbegrenzungen, im Betriebsfall
berücksichtigt
werden können.
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Die Abfrage des Handstücktyps über das
Betriebsparameterspeicherelement 104 kann auf verschiedene
Weise erfolgen. Beispielsweise wie im Zusammenhang mit 6 erläutert, über eine direkte Abfrage eines
Speicherbausteins 118, alternativ über ein mechanisches Schaltelement,
einen digitalen Hallsensor oder einen Transponder.
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Durch die besondere Ausrüstung der
Motoreinheit 14 mit einem Speicherelement 106,
kann die Motorbetriebszeit erfaßt
werden. Dies ist vorteilhaft, da Mikromotoren durch ihre bestimmungsgemäße Verwendung,
beispielsweise den chirurgischen Einsatz oder die Sterilisation,
zwangsweise einer unvermeidbaren Alterung sowie einem Verschleiß ausgesetzt
sind. Dazu wird vor Einbau einer Leiterplatte in die Motoreinheit 14 das
Speicherelement 106 in Form eines EE-PROMs programmiert.
Nach Ablauf eines Motoraktivierungszyklusses wird ein Ereignisspeicher
im Speicherelement 106 um eins inkrementiert, wobei ein
Aktivierungszyklus dann vorliegt, wenn der Motor 15 länger als
bei spielsweise 30 Sekunden aktiviert wird. Die ermittelte Aktivierungszeit wird
festgehalten und zu der im Speicherelement 106 erfaßten Gesamtaktivierungszeit
hinzuaddiert. Nach Überschreiten
einer vordefinierten Betriebszeit wird der Anwender über eine
Anzeige auf dem Bildschirm 28 aufgefordert, den Motor zur
technischen Inspektion in den Kundendienst zu geben. Aus dem Speicherelement 106 lassen
sich im Service- bzw. Reparaturfall alle relevanten Daten der Motoreinheit 14 abfragen,
insbesondere Geräteseriennummer,
Herstelldatum, Bauzustand, Motortyp und Motorbetriebszeit.
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Vom Steuergerät 12 können wie
eingangs beschrieben Motoreinheiten mit und oder Motordrehzahlerfassungssystem
angesteuert und betrieben werden. Bei sensorlosen Motoren wird eine
Drehzahlinformation durch Auswertung der Gegen-elektromotorischen
Kraft (Gegen-EMK) ermittelt, die in einem Zeitbereich, in welchem
eine Motorwicklung nicht bestromt ist, gewonnen werden kann. Ob
es sich um eine Motoreinheit mit oder ohne Sensorsystem handelt,
wird durch Abfragen des Betriebsparameterspeicherelements 104 durch
das Steuergerät 12 ermittelt.
Eine sensorlose Motoreinheit hat den Vorteil, daß insgesamt weniger Bauteile
erforderlich sind und deren Zuverlässigkeit höher einzustufen ist.
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Durch die Möglichkeit, sowohl sensorlose
als auch mit Sensoren versehene Motoreinheiten 14 an das
Steuergerät 12 anzuschließen und
mit diesem zu betreiben, läßt sich
auch ein Kombinationsbetrieb mit Steuergerät 12 realisieren.
So können
bei Sensormotoren gleichzeitig Drehzahlinformationen aufgrund der
Detektion über
eine Drehzahlerfassungsvorrichtung 98 als auch über eine
Auswertung der Gegen-EMK bestimmt werden. Dies hat einerseits den Vorteil,
daß bei
einer defekten oder teilweise defekten Drehzahlerfassungsvor richtung 98 trotzdem
eine Motordrehzahl bestimmt werden kann. Dem Anwender kann der Sensorfehler
zwar am Bildschirm 28 angezeigt werden, jedoch wird er
grundsätzlich
nicht an der Fortführung
seiner Arbeit gehindert. Andererseits läßt sich eine Steigerung der
Systemsicherheit bei sehr hohen Drehzahlen erreichen. So wird die
Auswertbarkeit der Gegen-EMK um so günstiger, je höher die
Motordrehzahl ist. Daher wird bei Motoren, die in einem Drehzahlbereich
zwischen 0 und 30.000 U/min. arbeiten, sogenannte Low-Speed-Motoren, die tatsächliche
Drehzahl des Motors in einem unteren Drehzahlbereich wischen 500
und 10.000 U/min. über
ein Hallsystem, im oberen Drehzahlbereich zwischen 10.000 und 30.000
U/min, sensorlos durch Auswertung der Gegen-EMK erfaßt. Bei
Hochgeschwindigkeitsmotoren mit Minimaldrehzahlen über 5.000
U/min. sind grundsätzlich
keine Sensoren zur Erfassung einer Drehzahl vorgesehen.
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Anhand des in 8 dargestellten Blockschaltbilds einer
Prozessorsteuerung 140 des Motorensystems 10 wird
deren Funktionsweise erläutert.
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Die Prozessorsteuerung 140 umfaßt einen Controllerteil 142 mit
der Controllersteuerung 90 und einen digitalen Signalprozessorteil 144 mit
dem digitalen Signalprozessor 84, wobei eine galvanische Trennung 146 der
beiden Teile mittels eines Optokopplerpaars 148 vorgesehen
ist. Der Controller 90 steht in Verbindung mit einem Pumpentreiber 150,
einem Sound-Modul 151 und einer Echtzeituhr 152. Ferner
ist eine Kommunikation zu einem Flash Speicher 153, einem
RAM-Speicher 154 und einem EE-PROM 155 möglich. Eine
Kommunikation mit Peripheriegeräten
erfolgt über
einen Adress-Datenbus 156, der eine Mehrzahl von Schnittstellen
aufweist, nämlich
eine USB-Schnittstelle 157, eine RS-232-Schnittstelle 158,
eine CAN-Schnittstelle 159, eine Ethernet-Schnitt stelle 160 sowie
eine optische Busschnittstelle 161 für Blue Tooth. Ferner werden über den
Adress-Datenbus 156 der Bildschirm 28, das Invertor
Board 92 und die Bedienelemente 30 abgefragt bzw,
angesteuert. Ferner werden über
den Adress-Datenbus 156 die Fußsteuerung 24 abgefragt
sowie eine Kommunikation mit der Pumpensteuerung 88 abgewickelt.
Eine Erweiterungsschnittstelle 162 am Adress-Datenbus 156 ist
zur Kommunikation mit einem Kompakt-Flash-Speicher vorgesehen.
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Der digitale Signalprozessorteil 142 der
Prozessorsteuerung 140 ist über die Gleichstromspannungsversorgung 76 mit
dem Netzteil 62 verbunden. Ferner sind zwei S-RAM-Speicherelemente 163 und 164 zur
Datenspeicherung an den digitalen Signalprozessor 84 gekoppelt.
Motordrehzahlen der Motoren 15 und 17 werden über die
Drehzahlerfassungsvorrichtungen 98 und 100 sensorlos
erfaßt.
Handsteuerungen 96a und 96b sind direkt mit dem
digitalen Signalprozessor 84 verbunden. Eine Rückmeldung über die
Motorbestromung erhält
der digitale Signalprozessor 84 direkt von den Motorendstufen 82. Gleichzeitig
dient er der Ansteuerung der Motorendstufen 82. Um den
digitalen Signalprozessor 84 zu programmieren, ist eine
Programmierschnittstelle 165 vorgesehen.