DE2005847C3 - Leistungs-Umschalt-Vorrichtung für elektrische Werkzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Leistungs-Umschaltvorrichtung für elektrische Werkzeuge nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer Reihe von Anwendungen von elektrisch betriebenen Werkzeugen will man aus verschiedenen Gründen die Anbringung eines Leistungsschaiters an dem Werkzeug selbst vermeiden, wobei man Heber wenigstens eine zusätzliche Steuerleitung für Betätigung bzw. Steuerung In dem Speisekabel in Kauf nimmt

Ein typisches Gebiet, auf dem man sich darauf

beschränkt die Funktion eines Werkzeuges von einem

)o stationären Punkt aus zu steuern, ist die Zahntechnik, wo der Antrieb des Handstückes durch ein stationäres

Pedal gesteuert wird. Man kann natürlich stattdessen

einen Miniaturschalter an dem Handstück selbst vorsehen, jedoch sind dann die elektrischen Sicherheits-

)i Vorschriften schwierig einzuhalten, ohne daß das

Handstück zu klobig wird. Außerdem kann die Betätigung der Schalter die Anwendung des Handstük-

kes selbst beeinträchtigen. Weitere Schwierigkeiten ergeben sich bei den Problemen der zuverlässigen

-in Desinfektion des Handstückes.

Wegen der Betätigung des Pedals ist der Zahnarzt in

seiner Beweglichkeit beschränkt auf im wesentlich dieselbe Position. Sehr nachteilig ist ferner die monotone zusätzliche Beanspruchung der Rückenmus-

•n kein durch die Fußbetätigung, welche äußerst ermüdend zusätzlich zu der ohnehin schon hohen Beanspruchung der Rückenmuskeln hinzutritt, die von der meist stehenden Arbeitshaltung herrührt. Diese Nachteile nehmen noch zu bei der Arbeit mit ultraschallbetriebe-

^r><) nen Werkzeugen, die eine weitere Steuerfunktion zur

Regulierung der Flüssigkeitszufuhr erfordern. Ähnliche Verhältnisse wie bei den Handwerkzeugen auf dem Dentalgebiet sind in anderen medizinischen Gebieten

vorhanden, beispielsweise bei der Behandlung der

v> Augen.

Diese Nachteile werden bei einer Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs I gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs I vermieden.

M> Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. I zeigt im Schema das Schaltdiagramm Für ein zahnärztliches Ultraschallwerkzeug,

Fig.2 zeigt das Schalldiagrarnm für eine spezielle ι·"* Anordnung.

Der Wechselstrom- bzw. Impulsgenerator S ist mittels Leitungen K an das Netz angeschlossen. Die in dem Generator S erzeugten Impulse werden über

Speiseleitung M der Induktionsspule /_t zugeführt, welche Vibrationen in dem magnetostriktiven Element E erzeugt, das an dem Werkzeug angebracht ist. Elektrisch gleichwertige Spulen I₂, h sind beidseitig der Spule /| angeordnet und sind miteinander in Serie, aber mit entgegengesetztem Windungssinn geschaltet, die in den Spulen I₂ und /3 induzierten Spannungen sind also gleich groß und einander entgegengesetzt Die Gesamtspannung, die von den Spulen I₂ und /3 über Leitung N zu dem Steuergerät O geliefert wird, ist also normalerweise Null.

Gegenüber der unteren Hilfsspule /3 ist eine KurzschluBwicklung R mit Kurzschlußkontakt K angeordnet. Die Kurzschlußwicklung R mit Kontakt K, die Spulen /1, I₂, /3 und das Magnetostriktive Element E sind auf einem Dental-Handstück angeordnet

Beim Schließen des Kontaktes K wirkt die Kurzschlußwicklung R wegen ihrer Transformatorverbindung mit der Hilfsspule h wie eine kurzgeschlossene Sekundärspule, sie reduziert also wesentlich die Ausgangsspannung der Hilfsspule /3. Wegen der größeren Entfernung der Kurzschlußwicklung R zu der Hilfsspule k mit entgegengesetztem Wicklungssinn wird die Spannung in der Hilfsspule I₂ weit weniger vermindert Das bisherige Gleichgewicht zwischen den Spannungen der Spulen I₂ und /3 wird also gestört, es entsteht eine Differenzspannung, die über Leitung /V auf das Steuergerät O wirkt

In dem Steuergerät O kann die Spannungsdifferenz verstärkt, eventuell gleichgerichtet werden und sie kann über Relais und andere elektrische Schaltmittel (wie Thyristoren, Transistoren oder dgl.) als Schaltspannung zur Steuerung bzw. Schaltung der Ausgangsleistung des Generators S dienen; beispielsweise kann der Ausgang des Generators von einem hohen Wert zu einem niedrigen Wert geschaltet werden. Nach Loslassen des Kontaktes K bzw. Aufhebung des Kurzschlusses der Wicklung R kehrt das Gleichgewicht der Hilfsspulen I₂, I₃ wieder zurück, die Differenzspannung in Leitung N entfällt, der Generator S kehrt also wieder in seinen Ausgangszustand zurück. Die Kurzschlußspannung in Wicklung R und damit die Wärmeentwicklung ist auf Sicherzeitswerte beschränkt, entweder indem die magnetische Verbindung zwischen Wicklung R und Hilfsspule /3 genügend schwach ist oder indem die Spannung Ln dem Kreis auf einen genügend kleinen Wert beschränkt ist.

In Abwandlung der oder zusätzlich zu den vorerwähnten Maßnahmen zur Reduzierung der Wärmeentwicklung kann ein zeitweiliger Kurzschluß der Wicklung R erfolgen. Der resultierende Kontrollspannungsimpuls — der normalerweis? verschiedene abwechselnde Schwingungen umfaßt — wird bei Bedarf verstärkt, gleichgerichtet und einem Thyristor, einem bistabilen Vibrator oder einem Relais mit Selbsthaltung zugeführt, wobei jeweils der Ultraschall-Generator auf seine zweite Leistungsstufe geschaltet und auf dieser gehalten wird. Die elektrischen Kreise sind dabei so auszulegen, daß durch die Schaltvorgänge nicht etwa ein impuls ausgelöst wird, der seinerseits eine unbeabsichtigte Schaltung bewirken könnte. Um die erste LeistUngsslufe des Generators wieder einzuschalten, ist eine neue Betätigung der Kurzschlußwindung erforderlich.

Wenn die Kurzschlußwicklung R zu lange kurzgeschlossen ist, könnte dem beabsichtigten Schalteffekt unmittelbar ein neuer Schaltbefehl folgen, der von dem Steuergerät O stammt, so daß der Generator S zwischen seinen beiden Leistungsstufen hin und her schwanken könnte. Um dies zu verhindern, kann der Schaltimpuls in •1 dem Steuergerät O differenziert und auf eine passende Länge gebracht werden, die unabhängig von der Dauer des manuell ausgelösten Impulses ist

Normalerweise ist ein Wechsel zwischen voller Leistung und geringstmöglicher Leistung bzw. Ruhelei-

lu stung erwünscht Dies ist beispielsweise der Fall bei der Entfernung von Zahnstein gleichzeitig mit Wasserzufuhr, welcher Vorgang intermittierend erfolgt Bei vorstehender Methode mit zeitweiligem Kurzschluß der Wicklung R kann man mit einer Ruheleistung arbeiten,

H bei der der Generator 5 mit seiner so weitgehend reduzierten Leistung arbeitet, daß nur ein Steuerimpuls an die Hilfsspulen gegeben zu werden braucht, um zu der vollen Leistung zu schalten. Als Alternative zur gleichbleibenden Ruheleistung kann eine periodisch wechselnde Ruheleistung erzeugt werden. Hierzu kann eine Schaltung nach F i g. 2 verwende;* werden.

Von den Netzanschlüssen K wird über'transformator T der Gleichrichter G gespeist über Kupplungsrelais KR, welches in dem Steuergerät O untergebracht ist Der Gleichrichter G speist seinerseits einen Filterkreis mit einof Spule L\ und einem Kondensator Q mit Ausgangssignal zum Oszillator OS. Der Ausgang des letzteren, welcher das Ausgangssignal des Generators 5 darstellt, wird wie vorbeschrieben auf die Erregerspule

ίο /ι des Elementes E gegeben. Diese Spule ist umgeben von entgegengesetzt angeordneten Hilfsspulen I₂ und /3, die mit dem Steuergerät O über Leitung N in Verbindung stehen. Ein Kondensator C₂ ist zwischen dem einen Ende der Sekundärwindung des Transforma-

ii tors Tund dem Verbindungspunkt zwischen Spule L\ und Kondensator Q in dem Filterkreis eingeschaltet. Hierdurch kann sich der Filterkondensator Q nur allmählich aufladen. Erst wenn die Gleichspannung an Kondensator Q einen vorbestimmten Schweffwert erreicht kann der Oszillator OS schwingen. Sobald dies stattfindet, wird der Kondensator Q entladen, wobei die Spannung abnimmt und der Generator zu schwingen aufhört, wenn die Spannung unter den Schwellwert fällt. Dann wird der Kondensator Ci wieder leicht aufgeladen

r, und der Zyklus wiederholt sich periodisch. Die Umschaltung wird erreicht, indem die Kurzschlußwick-Iung R kurzgeschlossen wird.

Die Wicklung R kann vorzugsweise als offener Metallring ausgebildet sein, der auf dem Werkzeug

~>ii angebracht ist, und damit leicht abnehmbar ist. Die offenen Enden dieses Ringes bilden die Kontakte K. Der Ring ist aus federndem Material, beispielsweise rostfreiem Stahl, und so ausgebildet und angeordnet, daß die Betätigung des Ringes sich nicht störend

-.-, auswirkt auf die Handhabung des Handstückes. Dieser Ring bringt keinerlei Probleme weder vom eidctrischen Sicherheitsstandpunkt noch bezüglich der Desinfektion. Bei Anwendung für andere als zahnärztliche Ultraschallwerkzeuge Vann das Kurzschlußelement so

ι.η wirken, daß eine Sekundärwicklung entweder vollständig oder teilweise kurzgeschlossen wird.

In Abwandlung der vorbeschriebenen Anordnung könnten die Hilfsspulen h und Λ durch ein spannungsempfindliches Glied in der Speiseleitung ersetzt werden.

.. Dieses Glied wird vo.1 der Wicklung Λ gesteuert.

llicr/ii I llliilt/i-ichiiimgcn

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Leistungs-Umschaltvorrichtung für elektrische Werkzeuge, insbesondere für medizinische Zwecke, mit einer Induktionsspule zum Antrieb des Werkzeugs, welches mittels flexibler Speiseleitung mit einem Wechselstrom- bzw. Impulsgenerator verbunden ist, dessen abgegebene Leistung mittels stationärem Steuergerät veränderlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Steuergeräts eine Kurzschlußwicklung (R) im Bereich des magnetischen Feldes der Induktionsspule (I\) vorgesehen ist, weiche Kurzschlußwicklung zur Betätigung von Hand an dem Werkzeug angebracht und galvanisch von dem übrigen Kreis getrennt ist, und daß ein Steuerglied (I₂, h) mit der Induktionsspule (I\) und dem Steuergerät (O) so in Verbindung steht, daß in Abhängigkeit von den Änderungen der elektrischen Bedingungen, die bei der manuellen Kurzschließung der Kurzschlußwicklung (R) auttreten, das Steuergerät (O) betätigt und damit der Generator in seiner Leistung verändert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerglied von zwei Hilfsspulen (h, h) gebildet ist, die magnetisch gleichwertig mit der Induktionsspule (I\) verbunden sind, daß die eine Hilfsspule (h) stärker als die andere Hilfsspule (Ij) mit der Kurzschlußwicklung (R) gekoppelt ist, daß die beiden Hilfsspulen (h, A) so mit dem Schaltgerät (O) verbunden sind, daß die in ihnen von der Induktionsspule (I₁) induzierten Spannungen gleich groß und entgegengesetzt sin>*' und so bei offener Kurzschlußwicklung (R) keine Spannung von den Hilfsspulen zu dem Steuergerät (O) gelangt, daß aber bei Betätigung der Kurschlußwicklung (R) wegen der unterschiedlichen magnetischen Kopplung der Hilfsspulen (h, h) mit der Kurzschlußwicklung (R) eine Spannungsdifferenz von den Hilfsspulen (h, h) an das Steuergerät (O) gelangt, der zur Schaltung des Generators (S)d\ent.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsspulen (h, h) in Serie geschaltet und mit entgegengesetzten Windungssinn gewickelt sind und daß ihre freien Anschlußenden über eine Leitung (N) mit dem Steuergerät (O) verbunden sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (O) den Generator (S) nur solange auf der niedrigen Leistungsstufe hält, wie die Kurzschlußwicklung (R) kurzgeschlossen bleibt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (O) so ausgebildet ist, daß bei einem ersten zeitweiligen Kurzschluß der Wicklung (R) die zweite Leistungsstufe eingeschaltet wird und eingeschaltet bleibt, und daß bei einem zweiten Kurzschluß der Wicklung (R) die Vorrichtung auf die erste Leistungsstufe zurückgeschaltet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die erste Schaltstellung einer Ruheleistung entspricht und die zweite Schaltstufe der Betriebsleistung entspricht und der Generator einen Gleichrichter mit angeschlossenem Filterkondensator und Oszillator aufweist, welcher Gleichrichter von einer Wechselspannungsqtielle gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impedanz, vorzugsweise ein Kondensator

(C₃) in Serie, zwischen die Wechselstromquelle (T) und dem Verbindungspunkt zwischen Gleichrichter und Filterkondensator gelegt ist

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkzeug als Handstrick für den Dentalgebrauch mit Ultraschall arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurzschlußwicklung in Form eines einfachen offenen, federnden Ringes (R) ausgebildet ist, der um das Handstück herum angebracht ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (O) so ausgebildet ist, daß es gleichzeitig mit seiner elektrischen Funktion auch die Wasserzufuhr zum Handstück steuert