DE3739009C2 - Zahnärztliche Einrichtung mit Mitteln zur Zufuhr von HF- und NF-Energie an ein zahnärztliches Handstück - Google Patents

Description

In der Zahnmedizin sind sowohl HF-Chirurgiehandstücke als auch Ultraschallhandstücke bekannt. Während Ultraschall­ handstücke in der Regel zum Entfernen von Ablagerungen am Zahn, insbesondere zum Entfernen von Zahnstein dienen, wer­ den HF-Chirurgiehandstücke zum Schneiden und Koagulieren von Zahnfleisch eingesetzt. Bei Ultraschallhandstücken kom­ men zur Erregung der Werkzeugspitze sowohl piezokerami­ sche (US-PS 3 809 977) als auch magnetostriktive Wandler (US-PS 3 076 904, US-PS 3 930 173) zur Anwendung. In beiden Anwendungsfällen befindet sich der Versorgungsteil extern des Handstückes. Das gleiche gilt auch für HF-Chirurgiehandstücke (Gerät mit der Bez. "SIROTOM" der Fa. SIEMENS AG). Während der Wandler für ein Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstück mit einer Frequenz von etwa 30 kHz, also im unteren HF-Bereich betrieben wird, werden Chirurgiehandstücke mit einer Frequenz von etwa 2 MHz betrieben.

Aus der DE 27 52 437 A1 ist eine Einrichtung mit einem für eine Ultraschall-Zahnbehandlung geeigneten Handstück bekannt, welches alternativ zum Betrieb als Ultraschallwerkzeug oder als Hochfrequenz-Chirurgiewerkzeug eingesetzt werden kann. Die Einrichtung enthält hierzu zwei Generatoren, deren Ausgänge über eine Umschalteinrichtung an das gemeinsame Zuleitungs­ kabel des- Handstückes anschließbar sind. Das im Handstück angeordnete Werkzeug ist je nach Verwendung des Behandlungs­ gerätes (als US für Ultraschall- oder HF-Chirurgie-Werkzeug) entsprechend auszutauschen.

Aus der DE-AS 23 39 827 ist eine zahnärztliche Einrichtung wie beim Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, die mehrere Handstücke, unter anderem ein Ultraschall-, ein HF- Chirurgie- sowie ein Beleuchtungshandstück für Untersuchungs­ zwecke aufweist. Die Generatoren zur Erzeugung der Ultra­ schallschwingungen sowie deren HF-Frequenz sind, ebenso wie die Lampe für das Beleuchtungshandstück, an einen gemeinsamen Ver­ sorgungsteil angeschlossen, dessen Ausgangsspannung mittels eines Stellgliedes verändert werden kann. Dadurch kann die Leistung des Ultraschall- bzw. HF-Gerätes sowie die Licht­ intensität des Beleuchtungshandstückes variiert werden.

Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstücke mit einer einge­ bauten elektrischen Lampe sind außerdem beispielsweise aus US-PS 4 578 033 bekannt.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei beiden Handstücktypen eine Beleuchtungs- und/oder Anzeigelampe, die in der Regel mit Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung von etwa 50 bis 100 Hz be­ trieben wird, auf einfache Weise vorsehen zu können, ohne daß es bei Übertragung der HF-Energie zu Störungen kommen kann.

Würde man die Energieübertragung fuhr beide Energie formen in herkömmlicher Weise, also mit Hilfe eines Kabels mit unmittel­ bar benachbarten parallelen Leitungen vorsehen, so würden er­ hebliche Störungen bzw. gegenseitige Beeinflussungen auftreten. So würde eine nicht unerhebliche HF-Leistung zur Lampe fließen, die je nach eingestellter HF-Leistung am Verbraucher eine un­ terschiedliche Beeinflussung der Lampenhelligkeit bewirken wür­ de. Im Extremfall könnte sogar eine Zerstörung der Lampe her­ beigeführt werden. Ein weiterer Nachteil würde sich darin erge­ ben, daß ein Teil der HF-Leistung durch die Lampe verbraucht werden würde, wodurch sich für die Einrichtung insgesamt ein schlechterer Wirkungsgrad einstellen würde. Weiterhin ist es nachteilig, daß die Lampe nicht mit einer geregelten Spannung betrieben werden könnte.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich, neben ei­ nem Handstück, welches HF-Leistung abgibt bzw. benötigt, eine Lampe vorsehen zu können, die mit Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung gespeist wird, wobei beide Verbraucher ohne gegenseitige Störbeeinflussung unabhängig von­ einander zu betreiben und gegebenenfalls auch zu regeln sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Einrichtung getrennte Versorgungsquellen für einerseits ein HF-Chirurgiehandstück und andererseits ein Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstück ent­ hält, und wenn Umschaltmittel vorhanden sind, die in Abhängig­ keit von dem gewählten Handstück die eine oder andere Versor­ gungsquelle mit den Energiezufuhrleitungen des Übertragungska­ bels des gewählten Handstückes verbinden. Die Erkennung der be­ nötigten Übertragungsenergie erfolgt vorteilhafterweise da­ durch, daß die Lampe in beiden Handstückvarianten an unter­ schiedlichen Leitern eines Dreileiterkabels angeschlossen ist, und daß der Schaltkreis der Lampe mit Hilfe einer Strom- bzw. Widerstandsmessung abgefragt wird, ob in diesem Schaltkreis eine Lampe vorhanden ist oder nicht. Ist in dem betreffenden Schaltkreis eine Lampe vorhanden, so wird automatisch die zuge­ hörige Versorgungsquelle auf das mit der Lampe versehene Hand­ stück umgeschaltet.

Das gemäß der Erfindung zur Übertragung vorgesehene Dreileiter­ kabel stellt sicher, daß keine HF-Leistung auf die Lampe fließen kann. Es ist vorteilhafterweise als Triax-Kabel ausge­ bildet, dessen erster Abschirmleiter zusammen mit dem Innen­ leiter den HF-Energieträger und dessen zweiter Abschirmleiter zusammen mit dem ersten Abschirmleiter den Energieträger für die Lampe bilden. Anstelle des Triax-Kabels kann vorteilhafter­ weise auch ein Leiter verwendet werden, der um die erste Ab­ schirmleitung herumgewendelt angeordnet ist.

Die beiden Abschirmleiter werden zum Abblocken der HF-Spannung gegenüber der Spannungsquelle für die Lampe über Induktivitäten an den Ausgang einer getakteten Spannungsquelle angeschlos­ sen. Aus Sicherheitsgründen sind sowohl für den HF-Teil als auch für die getaktete Spannungsquelle Übertrager mit galva­ nischer Trennung vorgesehen.

Um trotz getrennter Wicklungen und einer schlechten Koppelung eine gut geregelte Spannung für die Lampe zu erzielen, ist auf der Sekundärseite der getakteten Spannungsquelle ein Referenz­ glied mit Meßverstärker vorgesehen, der eine Spannungsreferenz enthält und der mit derselben Spannung wie die Lampe gespeist wird. Zwischen Regelteil und Referenzglied ist ein vorzugsweise opto-elektronisches Rückkopplungsglied vorgesehen. Nachdem sich das Referenzglied auf der Sekundärseite befindet, sind Toleranzen des Optokopplers ohne Einfluß; sie werden durch das Referenz­ glied, welches einen Meßverstärker einschließt, weitgehend kom­ pensiert. Der Regelteil ist auf der Primärseite der getakteten Spannungsquelle mit einem Steuereingang zur Steuerung der Aus­ gangsspannung der Lampe versehen. Der Verbraucherstrom kann vorteilhafterweise über einen Festwiderstand, der im Sekundär­ kreis angeordnet ist, gemessen werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zahnärztliche Einrichtung mit einem HF-Chirurgie- Handstück und einem Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstück in schaubildlicher Übersicht,

Fig. 2 schaltungstechnische Einzelheiten zum Betrieb der Ein­ richtung nach Fig. 1 mit vereinfachter Darstellung des An­ schlusses eines HF-Chirurgiehandstückes,

Fig. 3 vereinfachte Darstellung des Anschlusses eines Ultra­ schall-Handstückes.

Die Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung eine zahn­ ärztliche Einrichtung mit einem Versorgungsteil 1, an dem mit­ tels Übertragungskabel 2 alternativ entweder ein HF-Chirurgie- Handstück 3 oder ein Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstück 4 angeschlossen werden kann. Das HF-Chirurgie-Handstück 3 ist z. B. mit einem Schneidwerkzeug 5 aus­ gestattet, an dem HF-Leistung abgegeben wird. Unmittelbar be­ nachbart dem Werkzeug 5 ist eine zur Beleuchtung der Präpara­ tionsstelle dienende Lampe 6 vorgesehen, deren Lichtaustritts­ stelle etwa auf die Werkzeugspitze gerichtet ist.

Das Zahnsteinentfernungshandstück 4 enthält in seinem Inneren einen mit 7 angedeuteten Schwinger (piezoelektrisch oder magne­ tostriktiv), der in üblicher Weise mit einem Werkzeug 8 me­ chanisch gekoppelt ist. Der Schwinger wird mit einer Frequenz von etwa 30 kHz, also im unteren HF-Bereich betrieben. Ebenso wie beim Handstück 3, ist auch beim Handstück 4 im Bereich des Werkzeuges 8 ein zur Beleuchtung der Präparationsstelle dienen­ de Lampe 9 vorgesehen. Die beiden Lampen 6 und 9 werden ent­ weder mit Gleichspannung oder mit NF-Wechselspannung von 50 bis 100 Hz betrieben.

Die Versorgung der beiden Handstücke einerseits mit HF-Energie und andererseits mit NF-Leistung erfolgt vom Versorgungsteil 1 aus über das gemeinsame Übertragungskabel 2, welches nachfol­ gend noch näher erläutert wird.

Der Aufbau des Versorgungsteiles 1 geht aus Fig. 2 hervor. Mit 10 ist ein HF-Teil bezeichnet, der in üblicher Weise aufge­ baut ist und aus Sicherheitsgründen mit einem Übertrager 11 mit galvanischer Trennung von Primär- und Sekundärkreis versehen ist. Das gleiche ist auch für den HF-Teil 12 für das Zahnstein­ entfernungshandstück vorgesehen; der Übertrager 13 enthält ebenfalls eine galvanische Trennung von Primär- und Sekundär­ kreis.

Mit 14 sind Umschaltmittel bezeichnet, mit denen alternativ ei­ nerseits der Ausgang des HF-Teils 10 oder der Ausgang des HF- Teils 12 und andererseits der Ausgang einer mit 15 bezeichneten weiteren Versorgungsquelle in nachfolgend näher erläuterter Weise mit den Leitungen des Übertragungskabels 2 verbunden werden.

Das Übertragungskabel 2 ist ein Dreileiterkabel, welches im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Triax-Kabel ausgebildet ist. Über den Mittelleiter 16 wird die HF-Energie vom HF-Er­ zeuger 10 bzw. 12 auf-das Werkzeug 5 bzw. an den Wandler 7 übertragen. Der koaxial zum Mittelleiter angeordnete Abschirm­ leiter 17 bildet zusammen mit einem zweiten, äußeren Abschirm­ leiter 18 die Zu- und Ableitung der niederfrequenteren Ener­ gie für die Lampen 6 bzw. 9. Im Falle der Benutzung eines HF-Chirurgie-Handstückes ist die Lampe zwischen die Abschirm­ leiter 17, 18 geschaltet (Fig. 2); im Falle einer Benutzung des Ultraschall-Zahnsteinentfernungshandstückes ist die Lampe 9 zwischen Mittelleiter 16 und äußerer Abschirmleitung 18 ge­ schaltet (Fig. 3). Die Dimensionierung der koaxial angeordneten Leiter 16, 17, 18 richtet sich nach der zu übertragenden Lei­ stung und nach den Erfordernissen des HF-Energieerzeugers. Der äußere Abschirmleiter 18 liegt, da keine hohen Spannungsisola­ tionen gefordert werden, mit nur geringem Abstand über dem Abschirmleiter 17. Zur Isolierung kann z. B. eine dünne Folie dienen. Im Anwendungsfall liegt die Betriebsspannung für die Lampe bei etwa 3,5 Volt und einem Lampenstrom von 700 bis 1200 mA. Die abgegebene Leistung liegt also zwischen 2 bis 5 Watt.

Aufgrund der koaxialen Anordnung der beiden Abschirmleiter 17 und 18 besteht eine sehr starke kapazitive Kopplung, die eine HF-Spannung von Schirm zu Schirm verhindert.

Anstelle der triaxial angeordneten Abschirmleiter ist es auch denkbar, den äußeren Leiter um den Abschirmleiter 17 herum­ zuwendeln, wodurch ebenfalls eine sehr starke kapazitive Kop­ plung und damit ein Abblocken des HF-Teil gegenüber dem nie­ derfrequenteren Energieträger zur Speisung der Lampen gegeben ist.

Die Lampen 6 und 9 werden von einer getakteten Spannungsquelle 15, die Teil des Versorgungsteils 1 ist, versorgt. Um auch ein Abblocken der HF-Spannung gegenüber dieser Spannungsquelle 15 zu verhindern, sind am Ausgang der Spannungsquelle zwei Induk­ tivitäten 20, 21 vorgesehen. Die getaktete Spannungsquelle 15 enthält einen Übertrager 22 mit ebenfalls galvanischer Tren­ nung. Der Übertrager 22 wird von einer Steuer-Spannungsquelle U_ST betrieben. Im Primärkreis ist ein Regelteil 23 mit Lei­ stungsteil 24 vorgesehen.

Um bei den getrennten Wicklungen und der an sich schlechten Kopplung eine gut geregelte Spannung für die Lampen 6 und 9 zu erreichen, ist im Sekundärkreis der Spannungsquelle 15 ein Re­ ferenzglied 25 mit Meßwertverstärker vorgesehen, der eine Spannungsreferenz enthält und der mit derselben Spannung be­ trieben wird wie die Lampen 6 und 9. Eine Rückkopplung er­ folgt über einen Optokoppler 26. Da sich das Referenzglied auf der Sekundärseite befindet, bleiben Toleranzen des Optokopplers ohne Einfluß; sie werden durch den Meßverstärker im Referenz­ glied 25 kompensiert.

Der durch die beiden Induktivitäten 20 und 21 auftretende Span­ nungsabfall, im Anwendungsbeispiel je 0,5 Volt, wird primär­ seitig im Regelteil 23 kompensiert. Als Steuergröße für die Kompensation wird der mittlere Betriebsstrom der Lampe be­ nutzt.

Die Helligkeit der Lampen 6 und 9 kann über einen zusätzlichen Steuereingang in Form beispielsweise eines Spannungsteilers 27 beeinflußt werden, mit dem die Ausgangsspannung UST verändert werden kann.

Um eine genaue Kompensation des Spannungsabfalles über die In­ duktivitäten 20 und 21 zu erreichen, kann die Kompensation auch vom Referenzglied 25 übernommen werden. Hierzu kann auf der Sekundärseite des Übertragers 22 ein Testwiderstand 28 vorge­ sehen sein, mit dessen Hilfe der Lampenstrom gemessen wird. Diesen Testwiderstand wird man zweckmäßigerweise dann vorsehen, wenn der Lampenwiderstand bzw. der Lampenstrom nicht bekannt sind. Der Spannungsabfall wird über den Widerstand 28 ge­ messen und die Spannung dann so eingeregelt, daß am Ausgang nach den beiden Induktivitäten, also zwischen den beiden Ab­ schirmleitungen 17 und 18 die gewünschte Lampenspannung an­ liegt.

Die Umschaltmittel 14 werden in Abhängigkeit von dem jeweils angeschlossenen Handstück 3 oder 4 gesteuert. Hierzu ist ein Steuerblock 30 vorgesehen, der ein strom- bzw. spannungsab­ hängiges Meßglied 31 enthält, mit dem das Vorhandensein der Lampe 6 bzw. 9 bei angeschlossenem Handstück 3 oder 4 durch Strom- oder Widerstandsmessung erkannt und bei Kennung über ein Relais 32 die erforderliche Umschaltung von der einen Versor­ gungsquelle 10 auf die andere Versorgungsquelle 12 durchge­ führt wird.

Ein wesentlicher Vorteil der vorbeschriebenen Einrichtung ist, daß ein Ultraschallhandstück und ein HF-Chirurgiehandstück mit Lampen versehen werden können, deren Energiezufuhr über das gleiche Anschlußkabel erfolgt, über das auch die HF-Energie übertragen wird. Durch die automatische Umschaltung infolge der Handstückkennung wird eine sehr einfache und sichere Handhabung erzielt. Die Lampen können sowohl zur Beleuchtung der Präpara­ tionsstelle als auch zur Anzeige bestimmter Funktionen dienen.

Claims (9)

1. Zahnärztliche Einrichtung mit Mitteln zur Energiezufuhr an ein zahnärztliches Handstück (4), welches ein durch einen im Handstück angeordneten Schwinger (7) in Ultraschallschwingungen versetzbares Werkzeug (8) enthält und/oder an ein zahnärztli­ ches Handstück (3), welches ein mit hochfrequentem Strom be­ treibbares Chirurgiewerkzeug (5) enthält, unter Verwendung eines einerseits an einen elektrischen Versorgungsteil (1) und andererseits an das Handstück (3, 4) anschließbaren Übertra­ gungskabels (2), welches einen Mittelleiter (16) und eine koaxial dazu angeordnete Abschirmleitung (17) enthält, wobei die Einrichtung eine z. B. zusätzliche Versorgungsquelle (15) zur Erzeugung von Gleichspannung oder einer im Vergleich zur HF-Energie wesentlich niedrigeren Frequenz (NF) zum Antrieb einer elektrischen Lampe (6, 9) enthält, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedes Handstück (3, 4) eine Lampe (6, 9) enthält und daß zur Übertragung einerseits der HF-Energie und andererseits der Energie für die Lampe ein gemeinsames Übertragungskabel (2) vorgesehen ist, an welches die Handstücke (3, 4) alternativ anschließbar sind, wobei zur Übertragung der Gleichspannung bzw. der NF-Energie zur Speisung der Lampe ein dritter Leiter (18) vorhanden ist, der gegenüber der Abschirmleitung (17) derart angeordnet ist, daß zwischen Abschirmleitung (17) und drittem Leiter (18) eine starke ka­ pazitive Koppelung besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zusätzliche Versorgungs­ quelle (15) eine getaktete Spannungsquelle ist, die einen Übertrager (22) enthält, in dessen Primärkreis ein Regelteil (23) zur Kompensation des Spannungsabfalles an Induktivitäten (20, 21) angeordnet ist, welche zwischen dem Ausgang der Spannungsquelle (15) und dem Übertragungskabel (2) angeordnet sind, daß im Sekundärkreis ein Referenzglied (25) angeordnet ist, welches mit derselben Spannung wie die Lampe (6, 9) gespeist wird, und daß zwischen Regelteil (23) und Refe­ renzglied (25) ein opto-elektronisches Rückkopplungsglied (26) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Regelteil (23) mit einem Steuereingang zur Steuerung der Ausgangsspannung der Lampe (6, 9) versehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß auf der Sekundärseite des Über­ tragers (22) ein Testwiderstand (28) vorgesehen ist, über den der zur Lampe (6, 9) fließende Strom gemessen wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in dem Versorgungsteil (1) eine erste Versorgungsquelle (10) zur Erzeugung HF-Energie für das Elektrochirurgiehandstück (3) und eine zweite Versorgungsquelle (12) zur Übertragung von HF-Energie an den Wandler (7) zum Be­ trieb des Ultraschallzahnsteinentfernungshandstückes vorhanden sind, und daß Umschaltmittel (14) vorhanden sind, welche in Abhängigkeit von dem gewählten Handstück (3, 4) die eine oder andere Versorgungsquelle (10, 12) mit den Leitern (16, 17) des Übertragungskabels (2) verbinden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Energiezufuhr für die Lampe (6, 9) bei gewähltem HF-Chirurgie-Handstück (3) über die Ab­ schirmleitung (17) und den dritten Leiter (18) und bei gewähl­ tem Ultraschallzahnsteinentfernungshandstück (4) über den Mit­ telleiter (16) und den dritten Leiter (18) erfolgt, und daß die Lampen (6, 9) in den jeweiligen Handstücken (3, 4) an zwei un­ terschiedlichen Leitern (16, 18; 17, 18) angeschlossen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Umschaltmittel (14) von einem Steuerblock (30) umgeschaltet werden, welcher ein in den Stromkreis der Lampe (6, 9) geschaltetes Strom- oder Spannungs­ meßglied (31) enthält, welches bei Vorhandensein einer Lampe im Handstück das Übertragungskabel mit derjenigen Versorgungs­ quelle (10, 12) verbindet, welche dem mit der Lampe in dem entsprechenden Schaltkreis versehenen Handstück (3, 4) zuge­ ordnet ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dritte Leiter (18) um die Abschirmleitung (17) gewendelt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der dritte Leiter (18) eben­ falls als Abschirmleitung ausgebildet und koaxial zur ersten Abschirmleitung (17) angeordnet ist.