DE2056888A1 - Elektronische Antriebsschaltung für mit Ultraschall arbeitende Zahnbehandlungsgeräte - Google Patents

Description

• Elektronische Antriebsschaltung für mit Ultraschall arbeitende Zahnbehandlungsgeräte.
• Die Erfindung bezieht sich auf Zahnbehandlungsgeräte und insbesondere auf eine elektronische Schaltanordnung fUr mit Ultraschall arbeitenden Zahnbehandlungsgeräte.
• Die Verwendung von Zahnreinigungsgeräten mit einem magnetrostriktiven Wandler, der bei Ultraschallfrequenzen betrieben wird und der mit der Werkzeugspitze verbunden ist, die mit einem KUhlmittel, z.B. Wasser, gespeist wird, ist bekannt. Hierzu wird z.B. auf die US-Patentschrift ).)68.280 verwiesen.
• Ziel vorliegender Erfindung ist es, eine verbesserte elektronisch betriebene Schaltanordnung, insbesondere eine Festkörperschaltanordnung, zum Antrieb des magnetostriktiven Wandlers derartiger mit Ultraschall betriebener Zahnbehandlungsgeräte vorzuschlagen.
• Eine Antriebsschaltung für mit Ultraschall betriebene Zahnbehandlungsgeräte weist normalerweise Schaltelemente zur Einstellung der Leistungsabgabe an das Gerät entsprechend den Anforderungen der vorzunehmenden Zahnbehandlung auf. Eine derartige Leistungssteuerung ist bisher dadurch erreicht worden, daß die Amplitude des abgegebenen Antriebsstromes verändert wurde. Vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine verbesserte und wirksamere Antriebsschaltung erzielt wird, wenn die Leistungsabgabe an den mit Ultraschall betriebenen magnetrostriktiven Wandler des Zahnbehandlungsgerätes dadurch gesteuert wird, daß der Einschaltzyklus der Leistungsabgabe eingestellt wird, die dem Wandler mit Ultraschallfrequenz zugeführt wird, anstatt durch Einstellung der Amplitude.
• Um einen einwandfreien und wirksamen Betrieb von mit Ultraschall betriebenen Zahnbehandlungsgeräten zu erreichen, ist es erwünscht, daß die elektronische Antriebsschaltung genau auf die Resonanzsequenz des magnetrostriktiven Wandlers im Gerät abgestimmt wird.
• Bisher ist dies dadurch erreicht worden, daß die Spitze des Gerätes in Hinblick auf die maximale Bewegung, insbesondere in bezug auf die Verteilung des aktivierten Kühlmittels, beobachtet wurde, während ein Frequenzsteuerelement, das ein Teil der elektrischen Antriebsschaltung war, eingestellt wurde. Eine derartige Abstimmung ist zwar für eine visuelle Abstimmung oder Anpassung des Antriebsabgabestromes an den Wandler geeignet, ist aber zeitaufwendig und ungenau. Deshalb war es erwUnscht, eine Antriebsschaltung der vorbeschriebenen Art zu finden, die visuelle Abstimmittel in Form einer Signallampe oder dergl. enthält, deren Helligkeit die Abstimmgenauigkeit anzeigt.
• Ferner soll die elektronische Antriebsschaltung, die als Energieeinspeisung fUr mit Ultraschall betriebene Zahnbehandlungsgeräte verwendet wird, einfach in der Konstruktion, kompakt, billig in der Herstellung, leistungsfähig im Betrieb sowie zuverlässig und dauerhaft im Betrieb sein.
• Gemäß der Erfindung wird bei einer elektronisch betriebenen Antriebsschaltung zum Erregen des magnetostriktiven Wandlers von mit Ultraschall arbeitenden Zahnbehandlungsgeräten oder dgl. die einen Oszillator aufweisen, dessen Ausgang unter Betriebsbedingungen die dem Wandler aufgegebene Energie steuert, eine Schaltanordnung zur Einstellung des Einschaltzyklus der Kurvenform des dem Wandler aufgegebenen Stromes vorgesehen Bei einer speziellen Ausfahrungsform, die weiter unten im einzelnen beschrieben wird, enthält die Antriebsschaltung einen Gleichrichterteil, der eine Gleichspannungsquelle darstellt, eine Schaltanordnung, die ein konstantes Potential aus der Gleichspannung erzeugt, einen Kipposzillator, der von der konstanten Gleichspannung gespeist wird, und eine Differentialvergleichseinrichtung mit zwei Transistoren, wobei der Einschaltzyklus der Ausgangskurvenform aus der Vergleichseinrichtung einstellbar und die auf diese Weise eingestellte Leistungsabgabe dem Wandler aufgebbar ist. Insbesondere kann ein einstellbares Widerstandselement zur Regelung des Einschaltzyklus vorgesehen werden, indem das der Basis eines der beiden Widerstände aufgegebene PoentiaI gesteuert wird, wodurch das Verhältnis zwischen en sWromeitenden und den nichtstromleitenden Perioden der Transistoren der Differentialvergleichsschaltung gesteuert wird. Der Kpposzillator weist vorzugsweise einen UniJunktion-Transistor auf. Zusätzlich zu der Steuerung der Abgabeenergie besitzt die Antriebsschaltung nach vorliegender Erfindung vorzugsweise eine Schaltanordnung zur Einstellung der Frequenz der Abgabe aus dem Klpposzillator, wobei die Einstellung innerhalb eines Bereiches zwischen 16,5 und 21 kHz vorgenommen wird.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist zur Überwachtung der genauen Abstimmbedingungen ein Differentialverstärker vorgesehen, der auch ein Paar Transistoren aufweist, und in welchem ein Signal, das die an den Wandler angelogte Spannung darstellt, mit einer konstanten Bezugsspannung verglichen wird, du Ausgangssignal aus dem Differentialverstärker steuert dabei ein Anzeigeelement, z.B.
• eine Lampe, Wodurch optimale Betriebsbedingungen überwacht werden.
• Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungbeispieles in Form eines schematischen Schaltbildes einer elektronisch betriebenen Antriebsschaltung dargestellt und beschrieben.
• rn der schematischen Darstellung bezeichnet das gestrichelt eingezeichnete rechteckförmige Geräuse 10 eine Schaltplatte, auf der die kleineren Stromkreiselemente befestigt und zusammengeschaltet sind. Die Doppelpfeile 11 am Umfang der Schaltplatte 10 geben Steokbuchsen an, mit deren Hilfe die Schaltung der Schaltplatzte lösbar zusammengebaut und elektrisch mit dem Ubrigen Teil der Schaltung zusammengeschaltet werden kann, wobei die gesamte anordnung in einem entsprechenden Chassis untergebracht ist. Die Schaltung weist auch ein Gleichstromspeizequelle 12, einen Leitungsverstärker 13, ein Frequenzsteuerelement 14 mit Regelwiderstand, ein Leistungsabgabesteuerelement 15 mit Regeiwiderstand und eine Abstimmanzeigelampe 16 auf, wobei alle diese Elemente vorzugsweise in dem gemeinsamen Chassis angeordnet sind, in welches die Schaltplatte eingesteckt wird. Die Leistungsabgabesignalleitungen 17 und 18 aus dem Chassis enden in einer Gerät buchse 19, wo sie Uber ein flexible Kabel 20 mit dem nagnetostriktiven Wandler 21 in dem Ultraschallzahnbehandlungsgerät (das selbst nicht dargestellt ist) verbunden sind.
• Die Energieeinspeisung 12 weist einen Beistungseingangstransformator 22 auf, dessen Primärwicklung 23 über Leitungen 24, 25 in Reihe mit einem Ein-Aus-Schalter 26 an einen elektrischen Stecker 27 gelegt ist, damit eine Steckverbindung zu einem Behälterauslaß, z.B. einer gewöhnlichen elektrischen Leitung hergestellt wird Die verringerte Spannungsabgabe aus der Sekundärwicklung 28 des Transformators 22 wird dem Eingang eines Vollweggleichrichters aufgegeben, der vier Dioden 29 enthält, die in einer herkdmmlichen Vollwegbrückenschaltung eingeschaltet sind Der Gleichstromausgang aus dem Brückengleichrichter ist über einen Spannungsglättungskondensator 70 geshuntet, damit eine nicht geregelte Gleichstromspeisespannung zwischen den Anschlüssen 71 und 32 der Brückenschaltung erhalten wird.
• Die Gleichstromabgabe zwischen den Anschlüssen 31 und 32 wird an einen in Reihe geschalteten Spannungsregler mit Serienwiderstand 33 und Zenerdiode 34 über Stromleiter 35 und 36 gelegt, damit eine Bezugsspannung von etwa 15 Volt Gleichspannung an der Verbindungsstelle 37 in bezug auf das gemeinsame negative Potential auf der Leitung 36 erhalten wird; die Bezugsspannung wird der Basis eines Emitterfolger-Regeltransistors 38 aufgegeben, dessen Kollektor mit der ungeregelten Speisequelle der Gleichspannung über einen Widerstand 39 geringen Widerstandswertes verbunden ist.
• Die geregelte Spannung von etwa 15 Volt, die am Emitter des Transistors 38 und damit an der Verbindungsstelle 40 auftritt, wird über den Strombegrenzungswiderstand 41 an eine Basis eines Unijunktion-Transistors 42 gelegt, während die andere Basis über den Stromleiter 43 auf einem gemeinsamen negativen Potential gehalten wird. Der Unijunktion-Transistor 42 arbeitet als Kipposzillator, der die Wechselspannung mit Ultraschallfrequenz erzeugt, die verstärkrt, in der Frequenz eingestellt und zur Erregung des magnetostriktiven Wandlers 21 verwendet wird. Hierbei ist ein RC-Kreis mit einem einstellbaren Widerstand 14 in Reihe mit einem Festwiderstand 44 und dem Kondensator 45 vorgesehen; diese Widerstände sind in Reihe zwischen die geregelte Gleichspannungsspeisequelle an der Verbindungsstelle 4o und dem Emitter des UniJunktions-Transistors 42 eingeschaltet, während der Kondensator 45 zwischen den Emitter und das gemeinsame negative Potential gelegt ist. Die Spannung am Emitter des Unijunktions-Transistors 42 weist Sägezahnform auf, die mit 46 gezeigt ist.
• Sie kann in der Frequenz eingestellt werden, vorzugsweise in einem Frequenzbereich zwischen 16,5 und 21 kHz, in dem das Frequenzsteuerelement eingestellt wird, d.h. mit Hilfe des veränderlichen Widerstandes oder Potentiometers 14. Diese in der Frequenz einkellbare Sägezahnkurvenform wird direkt in die Basis eines Transistors 47 eingespeist, der zusammen mit einem zweiten Transistor 48 eine Differentialvergleichsschaltung bildet, die die Sägezahnkurvenform in eine Spannung von Rechteckkurvenform umwandelt und gleichzeitig die Impulsbreite oder den Einschaltzyklus einstellt.
• Der Kollektor des Transistors 47 ist direkt mit der Verbindungsstelle 14 bei der geregelten Gleichspannung über den Leiter 49 verbunden, der Kollektor des Transistors 48 mit der gleichen Speisequelle über einen Lastwiderstand 50. Die Emitter der Transistoren 47 und 48 sind an ein gemeinsames negatives Potential über einen gemeinsamen Vorspannwiderstand 51 verbunden. Ein Spannungsteiler, der den veränderlichen, d.h. einstellbaren Widerstand oder das Potentiometer 15 und Widerstände 52 und 53, die in Reihe an die geregelte Speisequelle der Gleichspannungseinspeisung gelegt sind, ergibt eine Bezugsspannung an der Verbindungsstelle zwischen den Widerständen 52 und 53, die direkt an die Basis des Transistors 48 gelegt wird. Die Widerstandswerte der Spannungsteilerwiderstände 15, 52 und 53 und des Vorspannwiderstandes 51 sind so gewählt, daß die beschnittene rechteckförmige Ausgangskurvenform, die an dem Lastwiderstand 50 auftritt (bei der Frequenz, die durch hinstellung des Frequenzsteuerwiderstandes 14 festgelegt wird),<kann>Uber einen 3:1 Bereich im Binschaltzyklus durch Einstellung des veränderlichen Widerstandes 15 eingestellt werden damit eine. Leistungsabgabesteuerung über einen weiten Bereich erzielt wird..
• Der Ausgang aus der Differentialvergleichsschaltung, d.h. aus dem Transistor 48, wird über einen Stromleiter 54 an die Basis des mit dem gemeinsamen Emitter verbundenen Transistors 55 gelegt werden, der eine Spannungsverstärker-Pufrerstufe darstellt, Der Emitter des Transistors 55 ist mit der geregelten Gleichstromspeisespannung über den Leiter 56 verbunden, der Kollektor mit dem gemeinsamen negativen Potential über Serienvorßpannwiderstände 57 und 58, die an ihrer Verbindungsstelle 59 eine Ausgangsspannung niedriger Impedanz ergeben, die die Basis eines mit einem gemeinsamen Kollektor geschalteten Transistors 60 beaufschlagt, der als StromverstGrkerstufe arbeitet. Der Kollektor des Transistors 60 ist mit der ungeregelten Gleichspannungsquelle über die Leiter 61 und , den in Serie geschalteten Magnetostriktiven Wandler 21 und den Leiter 35 geschaltet. Der Transistor 60 ist über einen Vorspannwiderstand 62 vorgespannt, welcher zwischen dem Emitter und dem gemeinsamen negativen Potential gelegt. Die stromverstärkte Ausgangskurvenform aus dem Transistor 60, die am Emitter/auftritt, wird über den Stromleiter 63 an die Basis eines Transistors 64 gelegt, der der Treiber eines zweistutigen, in Serie geschalteten Leistungsverstärkers mit einem AuFgangstransistor 65 ist. Der Emitter des Treibertransistors 64 ist an das gemeinsame negative Potential über den Stromleiter 66 und den Vorspannwiderstand 67 gelegt. Der Emitter des Leistungsabg-abetransistors 65 ist an das gemeinsame negative Potential über den Stromleiter 68 und den Vorspannwiderstand 69 gelegt. Der Kollektor eines Jeden der Transistoren 65 und 64 ist mit dem magnetstriktiven Wandler 21 über einen Leiter 61, das flexible Kabel 20 und den Leiter 35 gelegt, der an die ungeregelte Speisequelle der Gleichspannungsquelle geführt ist. Ein Vorspannwiderstand-10 ist zwischen die Verbindungsstelle der Stromleiter 61 und 17 geshuntet, die die Verbindung zum magnetostriktiven Wandler 21 bilden, und das gemeinsame negative Potential ergibt stets einen Vorspannstrom durch den Wandler, selbst wenn der Ausgangstransistor 65 nichtleitend ist, damit ein ausreichender Betrieb des Wandlers im geradlinigen Teil der Sättigungskurve erzielt wird.
• Eine zusätzliche elektronische Schaltung ist zur Einstellung des Erregerstromes vorgesehen, der der Abstimmanzeigelampe 16 als Funktion der Genauigkeit der Abstimmung aufgegeben wird, d.h., um die maximale Leuchtkraft der Lampe bei einer Einstellung auf maximalen Strom durch den Wandler 21 zur Anzeige der Resonanz zu erzielen. Hierzu sind die in Serie geschalteten Widerstände 71 und 72, die einen Spannungsteiler bilden, in Reihe mit dem Leistungsabgabevorspannwiderstand 69 an die ungeregelte Speisequelle der Gleichstromeinspeisung gelegt, damit eine SpaNnung erzeugt wird, die an der Verbindungsstelle 73 zwischen den Spannungsteilerwiderständen 71 und 72 auStritt, welche proportional dem durch den Ausgangsvorspannwiderstand 69 fließenden Strom wird. Dieser Strom wiederum ist proportional dem Erregerstrom, der durch den Wandler 21 fließt. Die an der Verbindungsstelle 73 auftretende Spannung wird direkt an die Basis eines Transistors 74 gelegt, der zusammen mit einem Widerstand 75 eine Differentialverstärkerstufe darstellt. Die Emitter der Transistoren 74 und 75 sind miteinander verbunden und durch einen gemeinsamen Vorspannwiderstand 76 vorgespannt, der andie ungeregelte Gleichspannungsquelle über Stromleiter 77 und 95 gelegt ist. Der Kollektor des Transistors 74 ist direkt mit dem gemeinsamen negativen Potential über den Leiter 78 geschaltet, und der Kollektor des Transistors 75 mit dem gemeinsamen negativen Potential über den Lastwiderstand 79. Der Differentialverstärker, der die Transistoren 74 und 75 enthält, vergleicht die veränderliche Spannung, die an der Eingangsstelle 73 auftritt, mit einer voreingestellten Spannung, die aus einem Spannungsteiler erhalten wird, der die Reihenschaltung aus Widerstand 80 und Pogtentiometer 81 enthält, die an die ungeregelte Gleichspannungsspeisequelle über die Leiter 82 und 83 verbunden ist. Diese voreingestellte Spannung, die am Schieberarm des Potentiometers 81 auStritt, wird direkt der Basis des Transistors 75 über den Stromleiter 84 zugeführt. Die sich ändernde Ausgangsspannung des Ausgangstransistors 75 des Differentialverstärkers, die am Widerstand 79 auftritt, wird über den Leiter 85 direkt an die Basis einer Stromverstärkerstufe in Form eines mit einem gemeinsamen Emitter geschateten Transistors 86 gelegt. Der Emitter des Stromverstärkers, der Transistor 86, ist mit dem gemeinsamen negativen Potential über den Leiter 87 geschaltet, und das Ausgangssignal, das am Kollektor des Transistors 86 auftritt, wird über den Strombegrenzungs-Lastwiderstand 88 an die Abstimmanzeigelampe 16 geführt, welche an die nicht geregelte Gleichspannungsspeisequelle über den Leiter 89 angeschlossen ist.
• Im Betrieb werden die Stromkreisparameter und die Werte für die Bauelemente, insbesondere in bezug auf die Lageeinstellung des Potentiometers 81 (das einmal eingestellt, später normalerweise nicht verstellt wird),so gewählt, daß sie eine maximale Leuchtkraft der Abstimmanzeigelampe 16 bei Erzielung eines maximalen Stromes durch den Leistungsabgabevorspannwiderstand 69 ergeben, d.h. bei Erzielung einer Resonanz oder einer maximalen Betriebsleistung des Wandlers.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektrisch betriebene Antriebsschaltung zum Erregen des magnetostriktiven Wandlers von mit Ultraschall arbeitenden zahnärztlichen Geritten oder dgl., mit einem Oszillator, dessen Ausgang unter Betriebsbedingungen die dem Wandler aufgegebene Energie steuert, gekennzeichnet durch eine Schaltanordung zur Einstellung des Einschaltzyklus der Kurvenform des dem Wandler (21) aufgegebenen Stromes.

2. Antriebaschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gleichrichter-teil (29), der eine Gleichspannungsquelle darstellt, eine Schaltanordnung (33, 34), die ein konstantes Potential aus der Gleichspannung erzeugt, einen Kipposzillator (42, 44, 45), der von der konstanten Gleichapannung gespeist wird, und eine Differentialvergleichseinrichtung mit zwei Transistoren (47, 48), wobei der Einschaltzyklus der Ausgangskurvenform aus der Vergleichseinrichtung einstellbar und die auf diese Weise eingestellte Leistungsabgabe dem Wandler (21) aufgebbar ist.

3. Antriebsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein einstellbares Widerstandselement (15) zur Regelung des Binschaltzyklus durch Steuerung des der Basis eines (48) der Transistoren (47, 48) zugeführten Potentiales, wodurch das VerhAltnis zwischen den leitenden und nichtleitenden Perioden der Transistoren (47, 48) der Differentialvergleichseinrichtung steuerbar ist.

4. Antriebsschaltung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gokennzeichnet, daß der Kipposzillator einenUnijuktion-Transistor (42) aufweist.

5. Antriebsachaltung nach Anspruch 2 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch eine Schaltanordnung (14) zur Einstellung der Frequenz des Ausganges aus dem Kipposzillator (42, 44, 45).

6. Antriebsschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz in einem Bereich zwischen 16,5 und 21 kft einstellbar ist.

7. Antriebsschaltung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, gekennzeichnet durch einen Differentialverstärker, der zwei Transistoren (74, 75) aufweist, und in dem ein Signal, welches die dem Wandler (21) aufgegebene Spannung darstellt, mit einer konstanten Bezugzzpannung verglichen wird, wobei das Ausgangssignal aus dem Differentialverstärker ein Anzeigeelement steuert, wodurch optimale Betriebsbedingungen überwacht werden.

8. Antriebsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß du Anzeigeelement eine Lampe (16) ist,und daß du Maß flir die Lichtintensität aus der Lampe (16) die optimalen Betrieb bedingungen überwacht.

L e e r s e i t e