DE19628854A1 - Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück, welches dazu benutzt wird, um Zähne zu bearbeiten und Wurzelkanäle auszubilden, wobei ein an der Spitze des Handstückes installiertes Bohr- oder Fräswerkzeug angetrieben wird.

Da bei Zahnbehandlungen benutzte Motoren hauptsächlich dazu benutzt werden, um ein Bohr- oder Fräswerkzeug zum Bohren oder Fräsen von Zähnen oder ähnlichem anzutreiben, werden Antriebsverfahren angewendet, bei welchen die Drehzahl des Motors auch dann nicht gesenkt wird sondern auf einer voreingestellten Drehzahl bleibt, wenn der Motor stark belastet wird. Beispielsweise sind Rückkopplungssteuerungen bekannt, bei welchen die von einem in einem Handstück untergebrachten Sensor erfaßte Drehzahl des Motors mit einer voreingestellten Drehzahl verglichen wird. Dabei wird die Spannung zum Antreiben des Motors so gesteuert, daß der Unterschied zwischen den beiden Drehzahlen ausgeglichen und die Drehzahl konstant gehalten wird. Die Ausgangsleistung des Motors wird durch Änderung der voreingestellten Geschwindigkeit eingestellt.

Ein schlank ausgebildetes Bohr- oder Fräswerkzeug kann jedoch leicht brechen, wenn die Drehzahl unabhängig von der auf das Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachten Last konstant gehalten wird. So kann ein relativ schlankes Bohr- oder Fräswerkzeug wie beispielsweise eine Feile zum Ausbilden von Wurzelkanälen, insbesondere eine Ni-Ti-Feile mit einer maximalen Drehzahl von 300 U/min, sehr leicht brechen und dadurch die Zahnbehandlung erschweren.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, zu verhindern, daß das Bohr- oder Fräswerkzeug für ein zahnärztliches Handstück bricht. Ferner sollen die Betriebsfähig­ keit des Handstückes verbessert und zahnärztliche Behandlungen wie beispielsweise die Ausbildung von Wurzelkanälen erleichtert werden.

Um die genannten Aufgaben zu losen weist gemäß der vorliegenden Erfindung das Motor­ steuergerät für ein zahnärztliches Handstück eine Erfassungsanordnung zum Erfassen des auf ein Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachten Lastdrehmoments sowie eine Steueranordnung auf, um den Antriebsmotor für das Bohr- oder Fräswerkzeug anzuhalten oder die Drehzahl des Motors zu senken, wenn ein voreingestelltes Referenzdrehmoment erreicht wird. Mit dieser Anordnung wird das Bohren oder Fräsen im wesentlichen dann beendet, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht hat. Daher kann selbst dann, wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug relativ schlank ist und leicht brechen kann, insbesondere wenn eine Feile zum Ausbilden von Wurzelkanälen benutzt wird, durch entsprechendes Einstellen des Referenzdrehmoments verhindern werden, daß das Werkzeug bricht.

Anstatt wie oben beschrieben den Antriebsmotor für das Bohr- oder Fräswerkzeug anzuhal­ ten oder die Drehzahl des Motors zu senken, wenn das Lastdrehmoment das Referenz­ drehmoment erreicht hat, ist es ferner möglich, die Drehrichtung des Motors umzukehren. Dadurch wird nicht nur das Bohren oder Fräsen beendet sondern es wird außerdem verhin­ dert, daß sich das Bohr- oder Fräswerkzeug während einer Behandlung zur Ausbildung eines Wurzelkanals in dem Wurzelkanal festsetzt, wodurch die Behandlung effizient ausgeführt werden kann.

Zusätzlich zu der oben beschriebenen Anordnung kann eine Wurzelkanal-Längenmeßanord­ nung vorgesehen sein, die außerdem als eine Elektrode zum Messen der Position des Bohr- oder Fräswerkzeugs benutzt werden kann. Wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmo­ ment erreicht oder wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug eine voreingestellte Referenzposition erreicht, kann der Antriebsmotor für das Bohr- oder Fräswerkzeug angehalten werden, die Drehzahl des Motors kann gesenkt oder die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden. Bei dieser Anordnung wird verhindert, daß das Bohr- oder Fräswerkzeug bricht oder sich im Wurzelkanal festsetzt, sowie daß das Bohr- oder Fräswerkzeug das Ende einer Zahnwurzel vergrößert oder in diese eindringt, wodurch die Betriebsfähigkeit und die praktische Anwendbarkeit der Wurzelkanal-Behandlungsvorrichtung wesentlich verbessert wird.

Jedesmal, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht oder wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug die Referenzposition erreicht kann die Drehrichtung Antriebsmotors für das Bohr- oder Fräswerkzeug umgekehrt und dann der Motor erneut in Vorwärtsrichtung betrieben werden, so daß durch wiederholte Rückwärts- und Vorwärtsrotation das Bohren oder Fräsen fortgesetzt werden kann. Somit wird eine effiziente Behandlung ermöglicht. Im obigen Fall wird nach einer Rückwärtsrotation erneut eine Vorwärtsrotation dadurch bewirkt, daß eine Steuerung der Motorrotation in Vorwärtsrichtung ausgeführt wird, direkt nachdem das erfaßte Lastdrehmoment kleiner als das Referenzdrehmoment geworden ist oder direkt nachdem die erfaßte Position des Bohr- oder Fräswerkzeugs weniger tief als die Referenzposition ist. Außerdem kann die Steuerung so ausgelegt sein, daß bei dem Übergang zu der Rotation in Vorwärtsrichtung eine Hysterese vorliegt. Im diesem Fall werden die Vorwärts- und Rückwärtsrotationen nicht häufig wiederholt, wodurch der Betrieb stabiler abläuft, die Betriebsfähigkeit verbessert wird und die Betriebslebensdauer der Vorrichtung nicht nachteilig beeinträchtigt wird.

Vorstehend wurden die grundlegenden Auslegungen des Steuergeräts beschrieben. Speziellere Auslegungen werden bei der Erläuterung der nachstehenden Ausführungsformen beschrieben.

In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm eines Motorsteuergeräts gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2A eine Seitenansicht eines Handstückes, welches mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät ausgestattet ist;

Fig. 2B eine Aufsicht auf die Anzeigevorrichtung des Handstückes;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, welches die von dem Steuergerät ausgeführte Steuerung der relativen Einschaltdauer veranschaulicht;

Fig. 4 eine Kurvendarstellung einer Motorausgangskurve des Steuergeräts;

Fig. 5 eine weitere Kurvendarstellung einer Motorausgangskurve des Steuergeräts;

Fig. 6A ein Flußdiagramm, das die in dem Steuergerät ausgeführte Steuerungsprozedur zum Anhalten des Motors oder zum Senken der Drehzahl in Abhängigkeit von dem Lastdrehmoment zeigt;

Fig. 6B ein Flußdiagramm, das die in dem Steuergerät ausgeführte Steuerungsprozedur zum Umkehren der Drehrichtung des Motors in Abhängigkeit von dem Lastdreh­ moment zeigt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die in dem Steuergerät ausgeführte Steuerungsprozedur zum Anhalten des Motors, zum Senken der Drehzahl oder zum Umkehren der Drehrichtung des Motors in Abhängigkeit von der Position des Bohr- oder Fräs­ werkzeugs zeigt; und

Fig. 8 eine Kurvendarstellung, in welcher die bei dem Steuergerät benutzte Beziehung zwischen dem Abstand einer als Fräswerkzeug benutzten Feile von der Wurzel­ spitze zu dem Referenzdrehmoment veranschaulicht ist.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher ein Steuergerät gemäß der vorliegenden Erfindung mit einer Drehmoment-Erfassungsanordnung und einer Positions- Erfassungsanordnung versehen ist, die außerdem einen Wurzelkanal-Längenmeßschaltung aufweist. In der folgenden Beschreibung wird die Steuerung, bei der der Motor angehalten oder dessen Drehzahl gesenkt wird, wenn das oben erwähnte Lastdrehmoment das Referenz­ drehmoment erreicht, als eine "drehmomentabhängige Autostop-Steuerung" bezeichnet, wohingegen die Steuerung, bei der die Drehrichtung des Motors zeitweilig umgekehrt wird, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht, als eine "Autoreverse-Steue­ rung" bezeichnet wird. Außerdem wird die Steuerung, bei welcher der Motor angehalten, die Drehzahl gesenkt oder die Drehrichtung des Motors umgekehrt wird, wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug die Referenzposition erreicht, als "werkzeugpositionsabhängige Autostop- Steuerung" bezeichnet, und diese Steuerung beinhaltet eine Rückwärtsdrehung des Motors.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine zentrale Steuereinheit CPU, das Bezugszeichen 2 bezeichnet einen Antriebsmotor für ein Bohr- oder Fräswerkzeug, das Bezugszeichen 3 bezeichnet einen Transistorschalter, das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Treiberschaltung, mit dem Bezugszeichen 5 ist ein Rotationsrichtungs-Wahlschalter be­ zeichnet, das Bezugszeichen 6 bezeichnet einen Lastdrehmoment-Erfassungswiderstand, das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine Wurzelkanal-Längenmeßschaltung, das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine Anzeigevorrichtung, mit dem Bezugszeichen 11 ist ein veränderbarer Wider­ stand zum Einstellen des Referenzdrehmoments bezeichnet, das Bezugszeichen 12 bezeich­ net einen veränderbaren Widerstand zum Einstellen der relativen Einschaltdauer, das Be­ zugszeichen 13 bezeichnet einen veränderbaren Widerstand zum Einstellen der Referenz­ position, mit dem Bezugszeichen 14 ist eine Batterie bezeichnet und das Bezugszeichen 15 bezeichnet einen Hauptschalter. All diese Bauteile sind, wie in der Zeichnung gezeigt, mit der CPU 1 verbunden. Das Bezugszeichen 17 bezeichnet ein Bohr- oder Fräswerkzeug, das über einen geeigneten Getriebemechanismus oder ähnliches mit dem Motor 2 verbunden ist, während das Bezugszeichen 18 eine Maßeelektrode für Wurzelkanal-Längenmessungen bezeichnet.

Fig. 2A ist eine Ansicht eines schnurlosen Handstückes 21, welches mit Bauteilen ausge­ stattet ist, welche die in Fig. 1 gezeigte Schaltung bilden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Feile zur Ausbildung eines Wurzelkanals an der Spitze des Kopfes 22 des Handstückes 21 als das Bohr- oder Fräswerkzeug 17 eingesetzt (im folgenden als Feile 17 bezeichnet). Da die Feile 17 außerdem als ein Wurzelkanal-Längenmeßanschluß benutzt wird, ist die Feile 17 elektrisch mit dem Meßanschluß der Wurzelkanal-Längenmeßschaltung 7 über leitende Bauteile im Inneren des Handstückes 21 verbunden. Die Maßeelektrode 18 ist mit dem Maßeanschluß der Wurzelkanal-Längenmeßschaltung 7 über ein Kabel 18a verbunden. Unter Bezugnahme auf Fig. 2B ist die Anzeigevorrichtung 8 mit drei Anzeigebereichen aus­ gestattet: einem Anzeigebereich 8a zum Anzeigen der relativen Einschaltdauer, einem Anzeigebereich 8b zum Anzeigen des Referenzdrehmoments und einem Anzeigebereich 8c zum Anzeigen der Referenzposition, wobei jeder dieser Anzeigebereiche eine Reihe von mehreren LEDs aufweist. Die Anzeigebereiche 8a, 8b und 8c sind mit Drehknöpfen 11a, 12a bzw. 13a versehen, mit welchen die veränderbaren Widerstände 11, 12 bzw. 13 eingestellt werden.

Bei der oben beschriebenen Konfiguration des Handstückes 21 wird eine Feile mit vorgege­ bener Spezifikation ausgewählt und im Kopf 22 installiert. Falls erforderlich wird die Maßeelektrode 18 mit dem Gewebe im Mund des Patienten verbunden. Durch Drehen des Haupt­ schalters 15 wird der Betrieb aufgenommen.

Das Handstück 21 ist nicht auf das oben beschriebene schnurlose Handstück begrenzt. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung auf Motorsteuerungen für Handstücke anwend­ bar ist, die mit einem Kabel mit der Haupteinheit eines stationären Steuergeräts verbunden sind. Bei einem mit einem Kabel verbundenen Handstück kann die Anzeigevorrichtung 8 in zwei Anzeigevorrichtungen aufgeteilt sein: eine an dem Handstück vorgesehene Anzeigevor­ richtung, wie sie oben beschrieben wurde, und eine große Anzeigevorrichtung, welche LCDs oder ähnliches aufweist, und die an der Haupteinheit des Steuergeräts vorgesehen ist. Ferner kann ein Teil der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ebenso in der Haupteinheit des Steuergeräts vorgesehen sein.

Die Transistorantriebsschaltung 4, die von dem an dem Anschluß 4a der CPU 1 ausgegebe­ nen Steuersignal angetrieben wird, schaltet den Transistorschalter 3 zum Antreiben des Motors 2 an und aus. Der Motor 2 dreht sich in Abhängigkeit von der Stellung des Rota­ tionsrichtungs-Wahlschalters 5 in Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung. Bei dieser Ausfüh­ rungsform hat das Steuersignal der CPU 1 eine Pulswellenform, die wiederholt mit einer konstanten Periode erzeugt wird. Die Pulsbreite, d. h. die relative Einschaltdauer, wird durch den veränderbaren Widerstand 12 zum Einstellen der relativen Einschaltdauer eingestellt. Der Motor 2 wird entsprechend der relativen Einschaltdauer von dem Ausgangssignal ange­ steuert. Das in Fig. 3 gezeigte Flußdiagramm veranschaulicht die Prozedur der in der CPU 1 ausgeführten Steuerung, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel eine Periode von 1 ms und eine relative Einschaltdauer von 60% benutzt werden.

Wie oben erwähnt, wird bei den beschriebenen Ausführungsformen keine Rückkopplungs­ steuerung eingesetzt, welche die Drehzahl konstant hält. Wenn das an der Feile 17 anlie­ gende Lastdrehmoment ansteigt, fällt entsprechend der Ausgangskennkurve des Motors 2 die Drehzahl ab. Wenn die relative Einschaltdauer länger ist, wird das Ausgangsdrehmoment größer. Entsprechend nimmt bei steigendem Lastdrehmoment das Verhältnis der Drehzahl­ senkung zu, während die relative Einschaltdauer kürzer ist. Der Maximalwert der an dem Motor 2 anliegenden Pulsspannung bleibt jedoch unverändert, selbst wenn die relative Ein­ schaltdauer verändert wird. Die eingestellte relative Einschaltdauer wird an dem Anzeige­ bereich 8a zum Anzeigen der relativen Einschaltdauer angezeigt.

In Fig. 4 ist die Ausgangskennkurve dieser Art von Steuerung veranschaulicht. Da bei stei­ gender Last die Drehzahl abnimmt, treten Probleme, wie ein Bruch der Feile, wie er bei einer konventionellen Steuerung, bei der die Drehzahl konstant gehalten wird, verursacht werden kann, kaum auf. In Fig. 4 zeigt Linie a eine Ausgangskennkurve (Drehzahl), die man dann erhält, wenn die relative Einschaltdauer angehoben und das Ausgangsdrehmoment gesteigert wird. Linie c zeigt eine Ausgangskurve, die man dann erhält, wenn die relative Einschalt­ dauer gesenkt und das Ausgangsdrehmoment ebenfalls gesenkt wird, wohingegen Linie b eine Ausgangskennkurve zwischen den beiden obigen Kennkurven andeutet. Selbst wenn die relative Einschaltdauer gesenkt wird, wird die Drehzahl bei keiner Last kaum gesenkt. Daher kann die Behandlung effizient ausgeführt werden, wenn die Last klein ist.

Auf diese Weise werden durch Steuerung des Ausgangs des Motors 2 gemäß der relativen Einschaltdauer der Pulsspannung Verluste aufgrund von Wärmeerzeugung an der Steuer­ schaltung verringert und die Schaltung kann kompakter, leichter und effizienter ausgeführt werden. Aus diesen Gründen eignet sich diese Art des Antriebs insbesondere für schnurlose Vorrichtungen.

Fig. 5 zeigt eine Kurvendarstellung einer Ausgangskennkurve des Motors, wenn eine drehmomentabhängige Autostop-Steuerung bei den in Fig. 4 gezeigten Bedingungen ausge­ führt wird. Insbesondere zeigt die Linie d das Referenzdrehmoment. Wenn die CPU 1 fest­ stellt, daß das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment d erreicht hat, wird kein Steuer­ signal von dem Anschluß 4a abgegeben, der Transistorschalter 3 wird ausgeschaltet und der Motor 2 hält an. Das Referenzdrehmoment d kann je nach Wunsch aus Werten innerhalb eines festen Bereichs unter Verwendung des veränderbaren Widerstandes 11 zum Einstellen des Referenzdrehmoments eingestellt werden. Das Lastdrehmoment wird erfaßt, wenn die an dem Lastdrehmoment-Erfassungswiderstand 6 aufgrund des Stromes des Motors 2 erzeugte Spannung von dem Anschluß 6a der CPU 1 zugeführt wird. Das voreingestellte Referenzdrehmoment d wird an dem Referenzdrehmoment-Anzeigebereich 8b angezeigt.

Durch entsprechendes Einstellen des Referenzdrehmoments d entsprechend dem Typ der zu benutzenden Feile wird sicher verhindert, daß die Feile 17 aufgrund übermäßiger Lasten bricht. Wenn die Drehzahl gesenkt wird, wird die Arbeitsleistung der Feile erheblich gesenkt und es tritt kein nennenswerter Abtrag auf Anstatt den Motor 2 vollkommen anzuhalten, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment d erreicht hat, ist es somit möglich, die Drehzahl durch Senken der relativen Einschaltdauer zu vermindern.

Fig. 6A zeigt ein Flußdiagramm, welches die Prozedur für die oben beschriebene dreh­ momentabhängige Autostop-Steuerung veranschaulicht. Das Anhalten des Motors oder die Senkung der Motordrehzahl, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht hat, sollte zuvor bestimmt und in ein Programm eingearbeitet werden. Alternativ kann einer der beiden Fälle für den Bediener über einen zusätzlich vorgesehenen Wahlschalter wählbar sein.

Mittels dieser Steuerung wird ein Brechen der Feile effektiv verhindert. Wenn jedoch das Bohr- oder Fräswerkzeug durch Anhalten des Motors 2 oder durch Senken der Drehzahl im wesentlichen angehalten wird, kann sich die Feile 17 in einem Wurzelkanal festsetzen. Dieses Problem kann durch die unten beschriebene Autoreverse-Steuerung gelöst werden.

Die Autoreverse-Steuerung wird ausgeführt, um die Drehrichtung des Motors 2 zeitweilig umzukehren, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht hat. Mittels dieser Steuerung kann eine Feile 17, die sich in einem Wurzelkanal festgesetzt hat und die schwer zu drehen ist, etwas zurückbewegt werden, um so wieder einen Zustand herzustellen, in welchem die Feile leicht gedreht werden kann. Dadurch wird nicht nur verhindert, daß die Feile bricht, sondern auch, daß sie sich in einem Wurzelkanal festsetzt. Die Rückwärtsrota­ tion des Motors 2 wird ausgeführt, indem der Rotationsrichtungs-Wahlschalter 5, bei dem es sich um ein kleines Relais oder ähnliches handelt, gemäß dem Wahlsignal von dem An­ schluß 5a der CPU 1 in die Rückwärtsrotationsstellung bewegt wird. Die Dauer der Rück­ wärtsrotation wird aus einem Bereich von 0,1 bis 2 s gewählt. In gewöhnlichen Fällen ist jedoch eine Zeit von etwa 0,5 s ausreichend. Ferner kann dafür gesorgt sein, daß die Dreh­ zahl bei der Rückwärtsdrehung nach Wunsch einstellbar ist.

Bei dieser Steuerung ist es auch möglich, die Behandlung zeitweilig zu unterbrechen, indem der Motor 2 angehalten wird, nachdem der Motor in Rückwärtsrichtung betrieben wurde. Es ist jedoch auch möglich, den Betrieb kontinuierlich auszuführen, wobei der Motor automa­ tisch wiederholt betrieben wird, wobei die Drehrichtung temporär jedesmal dann umgekehrt wird, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment d erreicht hat, und wobei nach der Rückwärtsrotation die Vorwärtsrotation wiederaufgenommen wird. Mittels diesem Verfahren kann die Behandlung effizient ausgeführt werden. Das Wiederaufnehmen der Vorwärtsrotation kann automatisch begonnen werden, wenn die Dauer der oben erwähnten Rückwärtsrotation abgelaufen ist. Ohne Einstellen solch einer Rückwärtsrotationsdauer ist es jedoch auch möglich, ein Steuerungsverfahren auszuführen, bei dem die Vorwärtsrotation aufgenommen wird, nachdem festgestellt wurde, daß das Lastdrehmoment kleiner als das Referenzdrehmoment ist.

Da das Lastdrehmoment während der Rückwärtsrotation gewöhnlich geringer ist als während der Vorwärtsrotation, wird in diesem Fall das Lastdrehmoment kleiner als das Referenzdrehmoment direkt im Anschluß an die Rückwärtsrotation.

Da wiederholte Rückwärts- und Vorwärtsrotationen jedoch zu einem instabilen Betrieb füh­ ren und die Lebensdauer der Vorrichtung nachteilig beeinträchtigen können, ist es zweck­ mäßig, daß eine Steuerung mit einer Hysteresekennkurve ausgeführt wird, um so die Vor­ wärtsrotation dann zu beginnen, wenn das Lastdrehmoment nicht größer als ein zweites Referenzdrehmoment ist, welches auf einen Wert eingestellt wird, der etwas unter dem bisher genannten Referenzdrehmoment liegt. Die Differenz zwischen dem Referenzdreh­ moment und dem zweiten Referenzdrehmoment, d. h. die Breite der Hysterese, kann auf einen festen Wert eingestellt werden, der sich für die jeweiligen Zwecke eignet, oder er kann falls erforderlich geändert werden.

Fig. 6B ist ein Flußdiagramm, welches die Steuerungsprozedur zum Ausführen des Betriebes mit wiederholter Rückwärts- und Vorwärtsdrehung veranschaulicht. In der Figur ist jedoch nur die grundlegende Prozedur dargestellt. In der tatsächlichen Praxis wird jedoch der Motor 2 für eine kurze Zeitdauer angehalten, wenn von einer Rückwärtsrotation auf eine Vorwärts­ rotation oder umgekehrt von einer Vorwärtsrotation auf eine Rückwärtsrotation übergegan­ gen wird.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist das Handstück 21 mit einer Wurzelkanal-Längenmeßschaltung 7 versehen, um so eine Autostop-Steuerung in Abhängigkeit von der Werkzeugposition zusätz­ lich zu der Autostop-Steuerung in Abhängigkeit von dem Drehmoment und der Autoreverse- Steuerung auszuführen. Bei dieser werkzeugpositionsabhängigen Autostop-Steuerung erfaßt die Wurzelkanal-Längenmeßschaltung 7 die Position der Spitze der Feile 17 zu allen Zeiten. Wenn die Meßschaltung 7 erfaßt, daß die Spitze eine Referenzposition erreicht hat, wird ein die Erfassung anzeigendes Signal von der Meßschaltung 7 an den Anschluß 7a der CPU 1 angelegt und der Motor 2 wird durch ein von dem Anschluß 4a ausgegebenes Steuersignal angehalten. Die Referenzposition kann je nach Wunsch in einem vorgegebenen Bereich unter Verwendung des veränderbaren Widerstandes 13 eingestellt werden und die so einge­ stellte Referenzposition wird an dem Referenzposition-Anzeigebereich 8c angezeigt.

Da die werkzeugpositionsabhängige Autostop-Steuerung außerdem den Bohr- oder Fräsvor­ gang im wesentlichen beenden soll, kann es auch möglich sein, die Drehzahl durch Senken der relativen Einschaltdauer zu senken anstatt den Motor 2 anzuhalten, wenn die Spitze des Werkzeugs 17 die Referenzposition erreicht hat. Alternativ kann wie bei der oben beschrie­ benen Autoreverse-Steuerung die Steuerung so ausgelegt sein, daß der Motor 2 zeitweilig in Umkehrrichtung betrieben wird. Das Anhalten des Motors, das Senken der Drehzahl oder das Umkehren der Drehrichtung des Motors sollte durch ein eingearbeitetes Programm gewählt werden. Alternativ kann dafür gesorgt sein, daß der Bediener eines der genannten Verfahren über einen zusätzlich bereitgestellten Wählschalter auswählen kann.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, welches die grundlegende Steuerungsprozedur für die werk­ zeugpositionsabhängige Autostop-Steuerung veranschaulicht. Bei dieser Prozedur wird die Position der Feile erfaßt, nachdem der Motor 2 angehalten oder dessen Drehrichtung umge­ kehrt wurde. Wenn die Feile 17 etwas zurückbewegt wird und deren Spitze von dem Bedie­ ner in einer weniger tiefen Position angeordnet wird, wird die Vorwärtsrotation des Motors 2 automatisch wiederaufgenommen. Ferner ist zwischen dem Anhalten oder der Rückwärts­ rotation und der Vorwärtsrotation eine Hysterese vorgesehen. In anderen Worten, wird eine zweite Referenzposition, die etwas weniger tief als die Referenzposition ist, eingestellt, und der Motor wird in Vorwärtsrichtung betrieben, wenn die Position des Bohr- oder Fräswerk­ zeugs weniger tief als die zweite Referenzposition ist. Da gemäß dieser Prozedur die Behandlung kontinuierlich fortgesetzt werden kann, während die Feile wiederholt eingeführt und zurückgezogen wird, ist eine effiziente Behandlung möglich. Die Breite der Hysterese kann auf einen geeigneten festen Wert eingestellt werden oder sie kann, falls erforderlich, verändert werden.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, werden die in den Fig. 6A und 6B gezeigten Prozeduren hinsichtlich der Autoreverse-Steuerung und der in Fig. 7 gezeigten Prozedur hin­ sichtlich der werkzeugpositionsabhängigen Autostop-Steuerung simultan ausgeführt. In anderen Worten kann der Motor 2 durch eine der beiden parallel ausgeführten Prozeduren angehalten werden. Wenn eine Bedingung zum Anhalten oder zum Umkehren der Dreh­ richtung des Motors 2 eintritt, erhält der dieser Bedingung zugeordnete Vorgang Vorrang und wird ausgeführt. Durch die Kombination dieser Prozeduren wird mittels der Auto­ reverse-Steuerung verhindert, daß die Feile bricht oder sich in einem Wurzelkanal festsetzt, und mittels der werkzeugpositionsabhängigen Autostop-Steuerung wird außerdem verhin­ dert, daß sie in eine Wurzelspitze eindringt. Somit kann durch Anwendung der vorliegenden Ausführungsform auf eine bei der Ausbildung eines Wurzelkanals benutzte Motorsteuerung die Betriebsfähigkeit der Wurzelkanal-Behandlungsvorrichtung wesentlich verbessert wer­ den, wodurch der praktische Wert der Vorrichtung erheblich gesteigert wird.

Wenn sich die Spitze der Feile 17 der Wurzelspitze nähert, kann die Feile 17 leicht brechen. Es ist daher zweckmäßig, daß das Referenzdrehmoment für die Autoreverse-Steuerung klei­ ner wird, wenn die Werkzeugspitze näher an die Wurzelspitze herankommt. Wenn außerdem wie bei dem oben erwähnten Beispiel die Wurzelkanal-Längenmeßfunktion ausgeführt wird, wird die Position der Spitze der Feile sukzessiv erfaßt. Das Referenzdrehmoment kann somit durch die von der CPU 1 ausgeführte Steuerung automatisch verändert werden. Fig. 8 ist eine Kurvendarstellung eines Steuerungsbeispiels. Das Referenzdrehmoment wird in der Nähe der Wurzelspitze auf einem minimalen festen Wert gehalten und es wird größer, wenn der Abstand der Feile zu der Wurzelspitze zunimmt. Der Pegel der Kennkurve wird durch den veränderbaren Widerstand 11 zum Einstellen des Referenzdrehmoments innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingestellt, wie es durch die gestrichelten Linien angedeutet ist.

Zusätzlich zu der normalen geeigneten Rotationsgeschwindigkeit für gewöhnliches Bohren oder Fräsen kann bei den oben beschriebenen Steuerungsbeispielen als Motordrehzahl zum Zeitpunkt des Wiederaufnehmens des Bohrens oder Fräsens eine Drehzahl gewählt werden, die jener direkt bevor das Lastdrehmoment oder die Werkzeugposition den Referenzwert er­ reicht entspricht, oder einer Drehzahl, die geringer als die normale Drehzahl ist. Eine dieser Drehzahlen sollte zuvor gewählt und in ein Programm eingearbeitet werden. Alternativ kann dafür gesorgt sein, daß der Bediener eine der Geschwindigkeiten je nach Wunsch über einen Wählschalter auswählen kann.

Wenn während einer Behandlung unter Verwendung einer Feile die Autoreverse-Steuerung ausgeführt wird, wird während der Rückwärtsrotation des Motors eine Kraft erzeugt, die die Feile aus der Wurzelkanalöffnung herausdrückt. An dem Handstück wird eine Kraft erzeugt, welche den Handstückkopf anhebt. Infolgedessen wird der Kopf des Handstückes bei wie­ derholten Vorwärts- und Rückwärtsdrehungen auf- und niederbewegt, wodurch der Bediener daher das Bohren bzw. Fräsen fühlen kann. Da der Bediener somit das Erreichen der Refe­ renzposition bzw. des Referenzdrehmoments körperlich walirnehmen kann, ist die Vorrich­ tung leicht zu verwenden.

Bei der obigen Beschreibung wurde davon ausgegangen, daß das Bohr- oder Fräswerkzeug, nämlich die Feile 17, kontinuierlich in einer Richtung von dem Motor 2 gedreht wird. Jedoch kann für das Betätigen des Bohr- oder Fräswerkzeugs, z. B. der Feile, statt einer kontinuier­ lichen Rotation ein Drehantriebsmodus vorgesehen sein, bei welchem Vorwärts- und Rück­ wärtsdrehungen in einem vorgegebenen Bereich wiederholt werden, oder ein Antriebsverfah­ ren, bei welchem das Bohr- oder Fräswerkzeug in dessen Axialrichtung zum Vibrieren ge­ bracht wird. Bei Anwendung dieser Antriebsverfahren ist der Gebrauch der Rückwärtsrota­ tionssteuerung des Motors bedeutungslos. Da jedoch die durch Motorstop oder Drehzahlsen­ kung aktivierte Autostop-Funktion problemlos ausgeführt werden kann, ist die vorliegende Erfindung auf solche Verfahren ebenso anwendbar. Es ist möglich, einen Ein/Aus-Schalter jeweils für die drehzahlabhängige Autostop-Steuerung, die Autoreverse-Steuerung und die werkzeugpositionsabhängige Autostop-Steuerung vorzusehen, so daß jede dieser Funktionen selektiv nach Wunsch ein- und ausgeschaltet werden kann.

Obschon die in Fig. 2B gezeigte Anzeigevorrichtung 8 LEDs aufweist, können ebenso An­ zeigevorrichtungen benutzt werden, bei welchen andere lichtemittierende Elemente benutzt werden oder eine Meldevorrichtung zum Erzeugen von Geräuschen, wie beispielsweise einem Brummton oder einer synthetischen Stimme. Zur Ausbildung solch einer Meldevor­ richtung kann ein Verfahren zum Erzeugen eines Meldetones benutzt werden, wenn das Lastdrehmoment das Referenzdrehmoment erreicht oder wenn das Werkzeug die Referenz­ position erreicht. Ferner können viele andere Verfahren ebenfalls benutzt werden. Beispiels­ weise kann zu allen Zeiten ein Pulsgeräusch erzeugt werden, wobei das Drehmoment und die Position aufeinanderfolgend gemäß der Periode des Pulsgeräusches gemeldet werden. Wenn das Referenzdrehmoment oder die Referenzposition erreicht wird, wird dieser Zustand in speziell vorgegebenen kürzeren Perioden gemeldet. Diese Art der Meldung über Geräusch oder Stimme ist zweckmäßig, da der Bediener das Lastdrehmoment oder die Werkzeug­ position bestätigt bekommt, ohne daß er seine Augen auf die Meldevorrichtung richten muß.

In Fig. 1 sind die veränderbaren Widerstände 11, 12 und 13 vorgesehen, um das Referenzdrehmoment, die relative Einschaltdauer bzw. die Referenzposition einzustellen. Dies ist je­ doch nur als ein Beispiel zu verstehen. Anstelle des kontinuierlichen Einstellverfahrens unter Verwendung von veränderbaren Widerständen können ebenso andere Verfahren benutzt wer­ den. Beispielsweise kann eine Mehrzahl von Schaltern benutzt werden, um eine schrittweise Auswahl vorzunehmen.

Claims (12)

1. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmoment-Erfassungsanordnung zum Erfassen des auf ein Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachten Lastdrehmoments sowie eine Steueranordnung vorgesehen sind, um bei Erreichen eines vorangestellten Referenzdrehmoments den Antriebsmotor für das Bohr- oder Fräswerkzeug anzuhalten, die Drehzahl des Motors zu senken, oder die Drehrichtung des Motors dauerhaft oder zeitweilig umzukehren.

2. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmoment-Erfassungsanordnung zum Erfassen des auf ein Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachten Lastdrehmoments, und/oder eine Positions-Erfassungsanordnung zum Erfassen der Position des außerdem als eine Wurzelkanal-Längenmeßelektrode benutz­ ten Bohr- oder Fräswerkzeugs sowie eine Steueranordnung vorgesehen sind, um den Antriebsmotor für das Bohr- oder Fräswerkzeug anzuhalten oder die Drehzahl des Motors zu senken, wenn das erfaßte Lastdrehmoment ein voreingestelltes Referenzdrehmoment erreicht und/oder wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug eine voreingestellte Referenzposition erreicht hat.

3. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehmoment-Erfassungsanordnung zum Erfassen des auf ein Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachten Lastdrehmoments, und/oder eine Positions-Erfassungsanordnung zum Erfassen der Position des außerdem als eine Wurzelkanal-Längenmeßelektrode benutz­ ten Bohr- oder Fräswerkzeugs sowie eine Steueranordnung vorgesehen sind, um die Drehrichtung des Antriebsmotors für das Bohr- oder Fräswerkzeug umzukehren, wenn das erfaßte Lastdrehmoment ein voreingestelltes Referenzdrehmoment erreicht und/ oder wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug eine voreingestellte Referenzposition erreicht hat.

4. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steueranordnung eine aus zeitweiliger Rückwärtsdrehung des Antriebsmotors für das Bohr- oder Fräswerkzeug und anschließender Vorwärtsdrehung des Motors bestehende Betriebsabfolge immer dann wiederholt, wenn das erfaßte Lastdrehmoment das voreingestellte Referenzdrehmoment erreicht hat und/oder wenn das Bohr- oder Fräswerkzeug die voreingestellte Referenzposition erreicht hat.

5. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung den Motor erneut in Vorwärtsrichtung dreht, wenn das erfaßte Lastdrehmoment geringer als das voreingestellte Referenzdreh­ moment ist, nachdem es zuvor das Referenzdrehmoment erreicht hatte und/oder wenn die Position des Bohr- oder Fräswerkzeugs weniger tief als die voreingestellte Refe­ renzposition ist, nachdem zuvor die Referenzposition erreicht worden war.

6. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung den Motor in Vorwärtsrichtung dreht, wenn das Lastdrehmoment geringer als ein zweites Referenzdrehmoment ist, welches etwas geringer als das Referenzdrehmoment ist, oder wenn die Position des Bohr- oder Fräs­ werkzeugs weniger tief als eine zweite Referenzposition ist, die etwas weniger tief als die Referenzposition liegt, nachdem der Motor in Rückwärtsrichtung betrieben wurde.

7. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch eine Meldeanordnung zum Melden der erfaßten Last und/oder der Position des Bohr- oder Fräswerkzeuges mittels Geräusch oder Stimme.

8. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranordnung den Motor gemäß einer Ausgangskennkurve betreibt, bei welcher die Drehzahl abnimmt, wenn das auf das Bohr- oder Fräswerkzeug aufgebrachte Lastdrehmoment steigt.

9. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Steueranordnung den Motor unter Verwendung einer gepulsten Aus­ gangsspannung mit festem Maximalwert und veränderlicher relativer Einschaltdauer steuert.

10. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 7, oder 9, gekennzeichnet durch eine Referenzdrehrooment-Einstellanordnung zum Einstellen des Referenzdrehmoments und/oder eine Anzeigeanordnung, um anzu­ zeigen, daß das Referenzdrehmoment eingestellt wurde.

11. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach Anspruch 8 oder 9, gekenn­ zeichnet durch eine Ausgangskennkurven-Einstellanordnung zum Einstellen der Ab­ senkrate der Drehzahl entsprechend dem Anstieg des Lastdrehmoments und/oder eine Anzeigeanordnung, um anzuzeigen, daß die Ausgangskennkurve eingestellt wurde.

12. Motorsteuergerät für ein zahnärztliches Handstück nach einem der Ansprüche 2 bis 5, 7, 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine Referenzposition-Einstellanordnung zum Ein­ stellen der Referenzposition und/oder eine Anzeigeanordnung, um anzuzeigen, daß die Referenzposition eingestellt wurde.