DE19720552C2 - Chirurgiemotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Chirurgiemotor mit einem lösbaren Anschluß für eine zu einem chirurgischen Werk­ zeug führende Antriebswelle und mit einer Steuerung für den Betrieb des Motors, wobei am Anschluß ein Magnet­ sensor angeordnet ist, der in seinem Bereich vorhandene Magnetfelder bestimmt und der Größe des gemessenen Ma­ gnetfeldes entsprechende Signale der Steuerung zuführt, die die Betriebsparameter des Motors in Abhängigkeit von diesen Signalen einstellt.

Chirurgiemotoren werden verbreitet eingesetzt, um chir­ urgische Werkzeuge anzutreiben, beispielsweise Fräser, Bohrmaschinen, Sägen etc. Es ist dabei üblich, die An­ triebsleistung von einem stationären Motor über eine Antriebswelle an das Werkzeug zu übertragen, diese Wel­ le ist häufig als Biegewelle ausgebildet, so daß der das Werkzeug betätigende Chirurg durch diese Antriebs­ welle weitgehend unbehindert arbeiten kann.

Diese Chirurgiemotoren werden mit unterschiedlichen Werkzeugen eingesetzt, das heißt an diese Chirurgiemo­ toren können über zum Werkzeug gehörige Antriebswellen unterschiedliche Werkzeug-Antriebswellen-Einheiten an­ geschlossen werden. Zu diesem Zweck sind die Anschlüsse der Antriebswellen am Motor lösbar ausgebildet.

Entsprechend den jeweils angeschlossenen Werkzeugen müssen die Motoren mit unterschiedlichen Betriebspara­ metern betrieben werden, beispielsweise darf bei be­ stimmten Werkzeugen eine maximale Drehzahl nicht über­ schritten werden, bei anderen Werkzeugen ist es notwen­ dig, eine Umschaltung der Drehrichtung des Motors zu verhindern, da das Werkzeug nur in einer Drehrichtung betrieben werden kann etc. Es ist bekannt, diese Ände­ rung der Betriebsparameter in Abhängigkeit von dem je­ weils angeschlossenen Werkzeug durch von Hand betätig­ bare Schaltelemente am Chirurgiemotor vorzunehmen. Dies ist jedoch umständlich und birgt außerdem die Gefahr in sich, daß bei der Wahl der Betriebsparameter Bedie­ nungsfehler auftreten.

Es ist bei chirurgischen Instrumenten, beispielsweise bei Dentalwerkzeugen, auch bekannt, Werkzeuge mit akti­ ven elektrischen Schaltelementen zu versehen und diese Schaltelemente beim Anschluß der Werkzeuge an einen Elektromotor über entsprechende elektrische Verbindun­ gen mit der Steuerung des Motors zu verbinden, so daß auf diese Weise die für jedes Werkzeug verschiedenen elektrischen Bauelemente erkannt und zur Steuerung der Betriebsparameter des Motors verwendet werden können. Dies ist jedoch eine sehr aufwendige Methode, denn alle Werkzeuge müssen mit entsprechenden elektrischen Bau­ elementen ausgerüstet werden, außerdem müssen zusätz­ lich zu der mechanischen Verbindung im Anschluß elek­ trische Verbindungen vorgesehen werden, die den Aufbau komplizieren und erneut eine Fehlerquelle bilden kön­ nen.

In der WO 97/16123 ist ein Magnetfelderkennungssystem für Werkzeuge beschrieben, bei dem am Anschluß, d. h. am Gerät selbst, ein Magnetsensor angeordnet ist. Um un­ terschiedliche Werkzeuge erkennen zu können, müssen die angeschlossenen Werkzeuge eine unterschiedliche Zahl von Magneten tragen. Dazu muß also das Instrument oder die Anschlußwelle entsprechend ausgebildet werden, nur durch unterschiedliche Anzahl von Magneten ist eine Un­ terscheidung möglich.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Chirurgiemotor der gattungsgemäßen Art in einfachster Weise so auszuge­ stalten, daß beim Anschluß unterschiedlicher Antriebs­ wellen unterschiedliche Betriebsparameter des Motors ausgewählt werden.

Diese Aufgabe wird bei einem Chirurgiemotor der ein­ gangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß am Anschluß ein Magnet angeordnet ist, in dessen Magnetfeld sich der Magnetsensor befindet, und daß die Antriebswelle im angeschlossenen Zustand derart im Be­ reich des Magneten und/oder des Magnetsensors angeord­ net ist, daß das Material der Antriebswelle die Größe des Magnetfeldes am Magnetsensor beeinflussen kann.

Allein das Material der Antriebswelle beeinflußt also die Betriebsparameter des Motors dadurch, daß dieses Material der Antriebswelle die Größe des Magnetfeldes am Ort des Magnetsensors beeinflußt. Beispielsweise kann das Material der Antriebswelle Eisen sein, so daß ein magnetischer Rückschluß zwischen Magnet und Magnet­ sensor ausgebildet wird, in einem anderen Fall könnte dieses Material Kunststoff sein, welcher das Magnetfeld unbeeinflußt läßt. Der Magnet und der Magnetsensor bil­ den somit eine Vorrichtung zur Erkennung der magneti­ schen Eigenschaften des Materials der Antriebswelle und können entsprechend den erkannten magnetischen Eigen­ schaften die Betriebsparameter des Motors automatisch wählen, ohne daß dazu die Antriebswelle in irgendeiner Weise verändert werden muß, insbesondere ist es nicht notwendig, spezielle elektrische Bauelemente und elek­ trische Verbindungen zwischen Antriebswelle und Motor vorzusehen.

Grundsätzlich kann als Magnetsensor jedes magnetfeld­ empfindliche Bauelement verwendet werden, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetsensor eine Hall-Sonde.

Die Beeinflussung des Magnetfelds kann beispielsweise darin bestehen, daß die Verteilung des Magnetfelds im Bereich des Magnetsensors geändert wird. Beispielsweise kann das magnetische Material einer Antriebswelle die Feldlinien des Magnetfelds so verschieben, daß sie ei­ nen Magnetsensor durchsetzen, der sich ohne den Ein­ schub einer magnetischen Antriebswelle in einem Gebiet ohne Magnetfeld oder mit nur schwachem Magnetfeld be­ findet. Der Magnetfeldsensor kann dabei räumlich dicht am Permanentmagneten angeordnet sein, sofern durch die Geometrie des magnetischen Teils der Antriebswelle si­ chergestellt ist, daß eine solche Änderung des Magnet­ felds am Ort des Magnetfeldsensors erreicht werden kann.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist es vorteil­ haft, wenn das Material der angeschlossenen Antriebswelle eine magnetische Brücke zwischen Magnet und Ma­ gnetsensor ausbildet, welche das Magnetfeld mehr oder weniger konzentriert und damit die Größe des Magnetfel­ des am Ort des Magnetsensors verändert.

Dabei kann auch vorgesehen werden, daß Magnet und Ma­ gnetsensor durch ein magnetisches Rückschlußelement miteinander verbunden sind, vorzugsweise befindet sich dieses magnetische Rückschlußelement auf der Seite von Magnet und Magnetsensor, die dem Material der Antriebs­ welle gegenüberliegt.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das das Magnetfeld beeinflussende Mate­ rial der Antriebswelle durch eine auf den Anschluß auf­ steckbare Aufsteckhülse am Ende der Antriebswelle ge­ bildet wird. Es ist dann nicht notwendig, was grund­ sätzlich auch möglich wäre, spezielles, das Magnetfeld beeinflussendes Material an der Antriebswelle zusätz­ lich anzuordnen, sondern es können die ohnehin notwen­ digen Teile der Antriebswelle als Signalgeber verwendet werden, indem das Material der Aufsteckhülse bei ver­ schiedenen Antriebswellen unterschiedlich ist.

Insbesondere können der Magnet und der Magnetsensor un­ mittelbar neben der Außenwand der Aufsteckhülse der an­ geschlossenen Antriebswelle im Abstand zueinander ange­ ordnet sein. Eine solche Anordnung ermöglicht es auch, Magnet und Magnetsensor nachträglich an bereits vorhan­ denen Motoren anzuordnen, die damit nachträglich mit einer entsprechenden Antriebswellenerkennung ausgerü­ stet werden können.

Es ist günstig, wenn sich der Magnet, der Magnetsensor und gegebenenfalls das magnetische Rückschlußelement in einer abgeschlossenen Kammer befinden. Diese erstreckt sich vorzugsweise konzentrisch zur Kammer über einen Teilumfangsbereich des Anschlusses und läßt zwischen sich und dem Anschluß einen Einführschlitz für die Auf­ steckhülse frei.

Die nachfolgende Beschreibung der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1: eine Querschnittsansicht im Bereich des Anschlusses eines Chirurgiemotores mit angeschlossener Antriebswelle;

Fig. 2: eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3: eine Teilansicht des Anschlußbereiches ähnlich Fig. 2 beim Anschluß einer An­ triebswelle mit nichtmagnetischem Materi­ al.

In einem Gehäuse 1 befindet sich ein Elektromotor 2, der lediglich in Fig. 2 schematisch dargestellt ist. Die Betriebsparameter dieses Elektromotors, also seine Drehzahl, seine Drehrichtung sowie die Betriebszeiten werden durch eine Steuerung 3 beeinflußt, die in der Darstellung der Fig. 2 ebenfalls nur schematisch dar­ gestellt ist und die über eine Verbindungsleitung 4 mit dem Elektromotor 2 verbunden ist.

An der Außenseite des Gehäuses 1 befindet sich ein An­ schluß 5 für eine Biegewelle 6, die in aus der Zeich­ nung nicht ersichtlicher Weise zu einem Werkzeug führt, beispielsweise einer Säge, einem Bohrer, einem Fräser etc. Die Biegewelle 6 ist mit einer Aufsteckhülse 7 an ihrem dem Gehäuse 1 zugewandten Ende auf einen zylin­ drischen Sockel 8 des Anschlusses 5 aufgesteckt und in dieser Form durch in der Zeichnung nicht dargestellte Mittel dauerhaft, jedoch lösbar gehalten. Diese Mittel können beispielsweise ein Rastgesperre oder ein Bajo­ nettanschluß sein.

Im angeschlossenen Zustand überträgt die Biegewelle 6 die Drehbewegung des Elektromotors 2 auf das an die Biegewelle angeschlossene Werkzeug, dies ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 9 angedeutet.

Unterhalb des Sockels 8 erstreckt sich über einen Teil­ bereich des Umfanges des Sockels 8 eine geschlossene Kammer 10, die der Kontur des Sockels 8 konzentrisch folgt und die zwischen sich und dem Sockel 8 einen kreisbogenförmigen Schlitz 11 freiläßt, dessen Breite so gewählt ist, daß die Aufsteckhülse 7 im aufgesteck­ ten Zustand in diesen Schlitz 11 eintaucht.

Im Inneren der Kammer 10 befindet sich an einem Ende derselben ein Permanentmagnet 12, am anderen Ende eine Hall-Sonde 13. Zwischen Permanentmagnet 12 und Hall- Sonde 13 erstreckt sich an deren dem Sockel 8 abgewand­ ten Seite ein bogenförmiges magnetisches Rückschlußele­ ment 14, das beispielsweise aus weichmagnetischem Mate­ rial, wie Eisen oder Nickel, bestehen kann. Die Hall- Sonde 13 ist über eine Leitung 15 mit der Steuerung 3 verbunden.

Der Permanentmagnet 12 erzeugt am Ort der Hall-Sonde 13 ein Magnetfeld, wobei die Größe des Magnetfeldes durch das magnetische Rückschlußelement 14 beeinflußt wird. Eine weitere Beeinflussung der Größe dieses Magnetfel­ des am Ort der Hall-Sonde ergibt sich durch das in den Schlitz 11 eingeführte Material der Aufsteckhülse 7. Wenn dieses Material magnetische Eigenschaften auf­ weist, wie dies beispielsweise bei Eisen der Fall ist, ergibt sich durch das Einführen der Aufsteckhülse 7 in den Schlitz 11 eine Änderung der Größe des Magnetfeldes am Ort der Hall-Sonde 13, wenn dagegen das Material der Aufsteckhülse 7 keine magnetischen Eigenschaften hat, also beispielsweise aus Kunststoff besteht, wie es im Ausführungsbeispiel der Fig. 3 dargestellt ist, dann beeinflußt das Einschieben der Aufsteckhülse 7 in den Schlitz 11 das Magnetfeld am Ort der Hall-Sonde nicht.

Die Hall-Sonde erzeugt elektrische Signale, deren Größe von der Größe des Magnetfeldes am Ort der Hall-Sonde abhängig ist, und diese Signale werden über die Leitung 15 der Steuerung 3 zugeführt. Diese Signale hängen vom Material der Aufsteckhülse 7 ab und ändern sich mit den magnetischen Eigenschaften dieses Materials, so daß beim Anschluß verschiedener Biegewellen 6, die Auf­ steckhülsen 7 aus unterschiedliche magnetisch wirkbarem Material tragen, diese unterschiedlichen Biegewellen 6 von der Steuerung erkannt werden können. In Abhängig­ keit von dieser Erkennung werden dann die Betriebspara­ meter des Elektromotors 2 gewählt. Dazu sind keinerlei Veränderungen an der Biegewelle 6 notwendig, es genügt, die Aufsteckhülsen verschiedener Biegewellen je nach den gewünschten Betriebsparametern aus magnetisch un­ terschiedlich wirksamem Material herzustellen. Da diese Aufsteckhülsen zur Herstellung der Verbindung ohnehin notwendig sind, ergibt sich dadurch praktisch kein zu­ sätzlicher Bauaufwand, außerdem besteht keine Gefahr einer Fehlfunktion durch Beschädigungen.

Claims (8)

1. Chirurgiemotor mit einem lösbaren Anschluß für eine zu einem chirurgischen Werkzeug führende An­ triebswelle und mit einer Steuerung für den Be­ trieb des Motors, wobei am Anschluß ein Ma­ gnetsensor angeordnet ist, der in seinem Bereich vorhandene Magnetfelder bestimmt und der Größe des gemessenen Magnetfeldes entsprechende Signale der Steuerung zuführt, die die Betriebsparameter des Motors in Abhängigkeit von diesen Signalen einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß am An­ schluß (5) ein Magnet (12) angeordnet ist, in dessen Magnetfeld sich der Magnetsensor (13) be­ findet, und daß die Antriebswelle (6) im ange­ schlossenen Zustand derart im Bereich des Magne­ ten (12) und/oder des Magnetsensors (13) angeord­ net ist, daß das Material (7) der Antriebswelle (6) die Größe des Magnetfeldes am Magnetsensor (13) beeinflussen kann.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetsensor (13) eine Hall-Sonde ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Material (7) der angeschlosse­ nen Antriebswelle (6) eine magnetische Brücke zwischen Magnet (12) und Magnetsensor (13) aus­ bildet.

4. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet (12) und der Magnetsensor (13) durch ein magnetisches Rückschlußelement (14) miteinander verbunden sind.

5. Motor nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das das Magnetfeld beeinflussende Material der Antriebswelle (6) durch eine auf den Anschluß (5) aufsteckbare Auf­ steckhülse (7) am Ende der Antriebswelle (6) ge­ bildet wird.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Magnet (12) und Magnetsensor (13) unmittelbar neben der Außenwand der Aufsteckhülse (7) der an­ geschlossenen Antriebswelle (6) im Abstand zuein­ ander angeordnet sind.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Magnet (12), der Magnetsensor (13) und gegebenenfalls das magnetische Rückschlußele­ ment (14) in einer abgeschlossenen Kammer (10) befinden.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sich die abgeschlossene Kammer (10) konzen­ trisch zum Anschluß (5) über einen Teilanschluß­ bereichs des Anschlusses (5) erstreckt und zwi­ schen sich und dem Anschluß (5) einen Einführ­ schlitz (11) für die Aufsteckhülse (7) freiläßt.