Zahnmedizinische Behandlungsinstrumente, wie beispiels- weise Zahnbohrer oder Zahnfeilen, sind bei ihrem Einsatz einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt. Trotz des Einsatzes von hochfesten Materialien, wie z. B. Titan, ist eine Beanspruchung dieser Instrumente über ihre Elastizi- täts-und Festigkeitsgrenzen hinaus oft unvermeidbar.

Dies führt neben starker Abnutzung teilweise bis zum Ab- scheren eines Instrumentenkopfes.

Zur Verhinderung einer solchen Instrumenten-Überbelastung ist bekannt elektronische Einrichtungen einzusetzen, um das auf den rotierenden Bohrer wirkende mechanische Dreh- moment auf einen vom jeweiligen Instrumenten-Typ abhängi- gen spezifisch ermittelten Maximalwert zu begrenzen. Da als Antriebsquelle solcher Dental-Behandlungsinstrumente in der Regel ein Elektromotor, z. B. ein elektronisch kom- mutierter DC-Motor"DC brushless motor", eingesetzt wird, erfolgt die Begrenzung des Antriebsdrehmoments durch eine Begrenzung der elektrischen Versorgungsparameter, insbe- sondere des Stromes, des Antriebsmotors. Von Nachteil bei der Strombegrenzung des Antriebsmotors ist, dass eine spezifisch vorgegebene Motor-Kennlinie durchfahren wird, welche in einer Labor-Umgebung, d. h. bei homogenem Bohr- material, experimentell ermittelt wurde. Im Praxiseinsatz sind die auftretenden Drehmomente z. B. im Wurzelkanal ei-

nes Zahnes jedoch stark von der individuellen Geometrie des Zahnmaterials und der individuellen Konsistenz des Zahnmaterials abhängig. Somit ergibt sich in der Praxis eine deutliche Abweichung und Streuung der tatsächlich auftretenden Drehmomente, insbesondere Drehmomentsprünge, im Gegensatz zu den experimentell ermittelten Parametern.

Darüber hinaus wächst das Widerstandsmoment des eindrin- genden Bohrers in nicht linearer Weise mit der Eindring- tiefe in den Zahn überproportional. Einem drohenden Ab- scheren eines Zahnbohrkopfes, also einem sogenannten In- strumentenbruch, geht eine starke Torsion des Bohrers voran, welche auch bereits vor Erreichen des maximal to- lerierten Antriebs-Drehmoments eintreten kann. Dieses Phänomen tritt insbesondere bei bereits stark benutzten Behandlungsinstrumenten aufgrund von Metall-Ermüdung auf.

Somit kann nachteiligerweise ein Instrumentenbruch auch unterhalb des kritischen Antriebs-Drehmoments erfolgen, welches mit den oben genannten Methoden nicht vermieden werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben ange- gebenen Nachteile zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die direkte Drehmoment-Erfassung gemäß der vorliegenden Erfindung macht es möglich, z. B. einen Zahnarzt von der Aufgabe zu befreien, kritische Arbeitspunkte, welche ei- nen Instrumentenbruch mit sich bringen können, empirisch bzw. intuitiv zu beachten.

Die Ansteuerung der Antriebseinrichtung wird in Abhän- gigkeit des erfassten Drehmoments geregelt und schaltet vor Erreichen eines vorbestimmten Drehmoments oder auch bei einem vorbestimmten Drehmomentanstieg sofort ab. In- strumentenbrüche können auf diese Weise vermieden werden.

Neben einer Kostenreduktion für einen Zahnarzt, für wel- chen der Instrumenteneinsatz einen nicht zu vernachlässi- genden Kostenfaktor darstellt, ergibt sich gegenüber dem Patienten der Vorteil der Vermeidung eines abgebrochenen Behandlungsinstrumentes im Mundraum bzw. direkt im Zahn weitestgehend erspart.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Er- findung anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben.

In der Zeichnung zeigt : Figur 1 eine schematische Querschnittsansicht eines zahnmedizinischen Behandlungsinstruments zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorlie- genden Erfindung ; Figur 2 eine schematische Querschnittsansicht einer Dental-Einrichtung mit einer Einrichtung zur Aufnahme der Dental-Einrichtung zur Erläuterung eines Details einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ; und Figur 3 eine schematische Querschnittsansicht einer Dental-Einrichtung mit einer Einrichtung zur Aufnahme der Dental-Einrichtung zur Erläuterung

eines Details einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

In Figur 1 ist schematisch im Querschnitt eine Vorrich- tung zur Behandlung von Zähnen dargestellt. Eine Dental- Einrichtung 1 zur Bearbeitung von Zähnen bzw. Zahnober- flächen ist in einer Einrichtung 2 zur Aufnahme der Den- tal-Einrichtung eingespannt. Die Dental-Einrichtung 1 wird vorzugsweise durch eine Zahnfeile oder einen Zahn- bohrer gebildet, welche insbesondere aus einem hochfesten Material, wie beispielsweise Titan, bestehen. Die Ein- richtung 2 zur Aufnahme der Dental-Einrichtung 1 ent- spricht im wesentlichen einem Bohrfutter, in welchem Den- tal-Einrichtungen 1 zur Übertragung von Drehmomenten ein- gespannt werden.

Die Aufnahme-Einrichtung 2 ist drehbar in einer Halterung 3, z. B. einem Winkelstück, gelagert. Das Winkelstück 3 ist über eine Verlängerungseinrichtung 4 mit einer An- triebseinrichtung 5 starr verbunden. Über eine drehbar gelagerte Welle 6 ist die Antriebseinrichtung 5 mit der drehbar gelagerten Aufnahme-Einrichtung 2 zum Antreiben dieser verbunden. Im Bereich des Winkelstücks 3 ist zu diesem Zweck beispielsweise eine Zahnrad-Konstruktion oder zumindest ein Kardan-Gelenk oder dergleichen (je- weils nicht dargestellt) vorgesehen. Die Antriebseinrich- tung 5 wird vorzugsweise durch einen Elektromotor gebil- det, welcher drehfest mit der Welle 6 verbunden ist, kann jedoch auch beispielsweise durch eine pneumatische An- triebseinrichtung ersetzt sein. Darüber hinaus ist al- ternativ auch ein Direktantrieb der Aufnahmeeinrichtung 2 durch die Antriebseinrichtung 5 ohne langgestreckte Welle (nicht dargestellt) vorgesehen.

Das im Betrieb auf die Dental-Einrichtung 1 wirkende Drehmoment wird über die Aufnahme-Einrichtung 2 direkt am Schaft der Dental-Einrichtung 1 gemessen, so dass fehler- hafte Einflüsse in der Übertragungskette von der An- triebseinrichtung 5 über die Welle 6 bis zur Aufnahme- Einrichtung 2 vermieden werden. Die Aufnahme-Einrichtung 2 bzw. das spezielle, miniaturisierte Bohrfutter dient dabei als mechanisches Kupplungsglied zwischen dem Win- kelstück 3, der Welle 6 und der Dental-Einrichtung 1.

Die rotatorisch durch die Welle 6 angetriebene Aufnahme- Einrichtung 2 weist vorzugsweise ein Torsions-sensitives Piezo-Element 2a auf, welches ein der Torsion entspre- chendes Drehmoment-proportionales elektrisches Spannungs- signal abgibt. Alternativ hierzu kann die Aufnahme-Ein- richtung 2 auch eine kapazitive Einrichtung 2b variabler Kapazität aufweisen, welche zusammen mit einer festen In- duktivität 2c gemäß Fig. 3 einen elektrischen Schwing- kreis 7 bildet, dessen Resonanzfrequenz sich entsprechend mit dem auf die Aufnahme-Einrichtung 2 wirkenden Drehmo- ment verändert. Diese Resonanzfrequenz wird durch eine Detektionseinrichtung (nicht dargestellt) erfasst und kann somit zur Drehmoment-Bestimmung herangezogen werden.

Das Piezo-Element 2a der Aufnahme-Einrichtung 2 erfasst eine Kraft, welche auf das Piezo-Element 2a wirkt. Ent- sprechend dieser Kraftwirkung generiert das Piezo-Element 2a ein Spannungssignal. Diese Kraft und somit die gene- rierte Spannung ist proportional dem auf die Aufnahme- Einrichtung 2 wirkenden Drehmoment. Im Falle der Verwen- dung einer kapazitiven Einrichtung 2b alternativ zum Pie- zo-Element 2a ändert sich entsprechend einer Drehmoment- proportionalen Krafteinwirkung auf diese Einrichtung 2a die Kapazität. Dadurch ändert ein Schwingkreis 7 gemäß

Fig. 3 aus dieser veränderlichen Kapazität 2b und einer festen Induktivität 2c seine Resonanzfrequenz. Aus dieser Frequenzänderung lässt sich schließlich entsprechend ein auf die Aufnahme-Einrichtung 2 wirkendes Drehmoment er- mitteln.

Da der von der Aufnahme-Einrichtung 2 generierte Messwert bzw. das generierte Signal (nicht dargestellt) an einer rotierenden Einrichtung, nämlich der Aufnahme-Einrichtung 2, generiert wird, ist eine berührungslose Signalübertra- gung zwischen der rotierenden Aufnahme-Einrichtung 2 und dem festen Winkelstück 3 vorgesehen. Gemäß der vorliegen- den Ausführungsform werden Signale induktiv vom stati- schen System, d. h. dem Winkelstück 3, auf das rotierende System, d. h. die rotierende Aufnahme-Einrichtung 2, über eine Übertragungseinrichtung 3a, vorzugsweise mit einem konzentrischen, zylindrischen Luftspalt, und in anderer Richtung eingekoppelt.

Gemäß der Ausführungsform mit der kapazitiven Einrich- tung 2b in der Aufnahme-Einrichtung 2 wird die sich im Schwingkreis 7 ausbildende Resonanzfrequenz, welche von dem auf die Aufnahme-Einrichtung 2 wirkenden Drehmoment abhängig ist, dadurch ermittelt, dass eine Anregungsfre- quenz im benachbarten Frequenzbereich"gewobbelt"wird.

Unter"Wobbeln"ist ein periodisches Durchfahren eines Frequenzbereiches zu verstehen. Im Schwingkreis 7 herrscht bei der Anregungsfrequenz eine Resonanz, wenn die maximale Energie auf den Schwingkreis 7 übertragen wird. In Kenntnis der gegenwärtigen gewobbelten Anre- gungsfrequenz lässt sich somit die Frequenz des Schwing- kreises 7 mit der kapazitiven Einrichtung 2b der Aufnah- me-Einrichtung 2 bestimmen. Daraus ist ein Rückschluss auf das auf die Dental-Einrichtung 1 bzw. die Aufnahme-

Einrichtung 2 wirkende Drehmoment möglich.

Für jede Dental-Einrichtung l, d. h. jeden Instrumenten- Typ, wie beispielsweise Bohrer, Feilen, usw., existiert ein spezifisches Bruch-bzw. Abscher-Drehmoment, welches als obere Belastungsgrenze für das individuelle Instru- ment gilt. Um einen Instrumentenbruch, d. h. ein Absche- ren, zu vermeiden, darf dieses Grenz-Drehmoment nicht überschritten oder erreicht werden. Wird, wie im Voran- gehenden erläutert, ein Drehmoment-Wert an der Aufnahme- Einrichtung 2 der Dental-Einrichtung 1 ermittelt, welcher über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, so wird die Antriebseinrichtung 5, vorzugsweise unter Wahrung eines zusätzlichen Abstands vom vorbestimmten Schwellwert, ge- stoppt bzw. abgeregelt. Dies erfolgt gemäß der Ausfüh- rungsform mit dem Piezo-Element 2a beispielsweise über eine Komparatorschaltung zum Vergleich der Spannung am Piezo-Element 2a mit einer vorbestimmten Schwellenspan- nung. Gemäß der Ausführungsform mit der kapazitiven Ein- richtung 2b und dem damit gebildeten Schwingkreis 7 nach Fig. 3 entspricht eine bestimmte Resonanzfrequenz einem Drehmoment. In diesem Fall wird vorzugsweise ein Ver- gleich der Resonanzfrequenz mit einer in einer Spei- chereinrichtung abgelegten Frequenz/Drehmoment-Tabelle durchgeführt.

In praxisnahen Fällen, in welchen das mechanisch angrei- fende Drehmoment an der Dental-Einrichtung 1 bzw. der Aufnahme-Einrichtung 2 spontan und sprunghaft ansteigt, wie beispielsweise beim Blockieren eines Bohrers aufgrund eines stark gekrümmten Wurzelkanals, ist es erforderlich, die Antriebseinrichtung 5 sofort zu stoppen. Wird bei- spielsweise ein Elektromotor als Antriebseinrichtung 5 eingesetzt, so ist der Motorstrom sofort abzuschalten,

und vorzugsweise sind die Rotorwicklungen des Motors kurzzuschließen. Auf diese Weise wird ein möglichst schneller Stopp der Welle 6 und folglich auch der Aufnah- me-Einrichtung 2 und der Dental-Einrichtung 1 erzielt, so dass es nicht zu einem Bruch der Dental-Einrichtung 1 kommt.

Figur 2 zeigt schematisch im Querschnitt eine Dental-Ein- richtung l, welche in einer Aufnahme-Einrichtung 2 einge- spannt ist, wobei die Aufnahme-Einrichtung 2 gemäß Figur 2 mit einer Torsions-sensitiven Piezo-Einrichtung 2a zur direkten Kraft-bzw. Drehmomentmessung dargestellt ist.

Figur 3 zeigt ein ähnliches Schnittbild wie Figur 2, je- doch ist gemäß Figur 3 die Aufnahme-Einrichtung 2 mit ei- nem elektrischen Schwingkreis 7 mit kapazitiver Einrich- tung 2b variabler Kapazität und einer daran gekoppelten, festen Induktivität 2c ausgeführt, welcher eine Torsions- sensitive Resonanzfrequenz zur Drehmomenterfassung auf- weist, wie im Vorangehenden erläutert.

Dental-Einrichtungen 1, d. h. Dental-Instrumente, wie bei- spielsweise Bohrer oder Feilen, weisen auch bei einem vor Überlastung geschützten Betrieb eine begrenzte Lebensdau- er auf. Dies liegt in der Material-Ermüdung dieser stark beanspruchten Instrumente begründet. Für jedes individu- elle Instrument existiert dabei ein Ermüdungs-Grenzwert, welcher als Integral darstellbar ist, wobei EGW für den Ermüdungs-Grenzwert

steht,'D (t) das aktuelle Drehmoment wiedergibt und T für die Nutzungszeit des Instruments darstellt. Der Ermü- dungs-Grenzwert eines Instruments, d. h. einer Dental-Ein- richtung 1, sollte nicht überschritten werden, um einem Bruch des Instruments, einem sogenannten Ermüdungs-Bruch vorzubeugen. Dazu weist eine in der Zeichnung nicht dar- gestellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Speichereinrichtung auf, in welcher für jedes individu- elle verwendete Instrument, d. h. eine Dental-Einrichtung 1, ein"Ermüdungs-Konto"geführt wird. In diesem"Ermü- dungs-Konto"wird die Nutzungs-Historie eines individuel- len Dental-Instruments erfasst und gespeichert.

Jedem neuen Dental-Instrument 1 wird zu Beginn der Wert 0 zugewiesen. Bei jedem Gebrauch des Instruments 1 wird mit der Drehmoment-Erfassung in der Aufnahme-Einrichtung 2 der Verlauf des Belastungs-Drehmoments ermittelt, mit der jeweiligen Einsatz-Dauer multipliziert, d. h. gewichtet, und auf das Konto des individuellen Instruments aufad- diert. Die Erfassung des Drehmoments erfolgt vorzugsweise mit einer vorbestimmten Abtastrate, so dass sich als Kon- towert nach dem Gebrauch eines Instruments eine Summe aus dem Produkt des Kehrwerts der Abtastrate mit dem Drehmo- ment-Wert zum entsprechenden Abtast-Zeitpunkt ergibt. So- lange der für jedes individuelle Dental-Instrument aufad- dierte Konto-Wert des entsprechenden Drehmoment- Zeitprodukts kleiner als der oben beschriebene Ermüdungs- Grenzwert ist, darf das Instrument weiter verwendet wer- den. Bei Erreichen bzw. Überschreiten dieses Grenzwerts ist das Instrument durch ein Substitut zu ersetzen und insbesondere der entsprechende Konto-Wert für das neue Dental-Instrument auf 0 zurückzusetzen.

Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevor- zugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.

Bezugszeichenliste 1 Dental-Einrichtung, z. B. Zahnfeile oder Zahnbohrer 2 Aufnahmeeinrichtung, vorzugsweise Mini-Bohrfutter 2a druck-bzw. torsionssensitive Piezo-Einrichtung 2b druck-bzw. torsionssensitive kapazitive Einrichtung 2c feste Induktivität 3 Halterung, vorzugsweise Winkelstück 3a Übertragungseinrichtung, vorzugsweise berührungslos 4 Verlängerungseinrichtung 5 Antriebseinrichtung, vorzugsweise Elektromotor 6 Antriebswelle 7 elektrischer Schwingkreis