DE19750502A1 - Life-extension method for metallic dental components - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von metallischen zahntechnischen Teilen, wie Wurzelstiften, Implantaten, Prothesen oder Brücken, durch eine Oberflächenbehandlung dieser Teile.The invention relates to a method for increasing the Service life of metallic dental parts, such as Root posts, implants, prostheses or bridges a surface treatment of these parts.
Metallische Teile ertragen generell schwingende Belastungen auch dann nicht beliebig oft ohne zu Bruch zu gehen, wenn die Spannungsamplitude relativ klein gegenüber der im Zugversuch ermittelten Zugfestigkeit der entsprechenden Werkstoffe ist. Oft gehen metallische Bauteile auch dann noch zu Bruch, wenn die Spannungsamplitude kleiner als die Dehngrenze des eingesetzten Werkstoffes ist. Das Werkstoffverhalten wird also durch die Spannungsamplitude und die Häufigkeit ihrer Wiederholung bestimmt. Daneben wirken sich auch die Umgebungsbedingungen und die Geometrie der Teile auf die Schwingfestigkeit aus.Metallic parts generally bear vibrating loads also not as often as you like without breaking the voltage amplitude is relatively small compared to that in Tensile test determined tensile strength of the corresponding Materials. Often, metallic components also work still break if the voltage amplitude is less than that Yield strength of the material used. The Material behavior is determined by the stress amplitude and determines the frequency of their repetition. Besides also affect the environmental conditions and the geometry of the parts based on the fatigue strength.
Im zahntechnischen Bereich werden viele Bauteile absichtlich (z. B. Federn) oder unabsichtlich (z. B. Wurzelstifte) schwingend beansprucht. Dabei ergibt sich immer wieder das Problem, daß Bauteile, obwohl aus einer optimierten Legierung gefertigt und ausreichend dimensioniert, wie z. B. Wurzelstifte oder Konstruktionselemente, brechen, ohne daß im nachhinein Materialfehler oder Verarbeitungsfehler feststellbar sind. Vielmehr zeigen Untersuchungen, daß die Bauteile aufgrund von Materialermüdung, welche durch die Umgebungsbedingungen (Speichel) noch gefördert wird, versagt haben. Eine Möglichkeit, diese Ermüdungsbrüche zu vermeiden wäre eine stärkere Dimensionierung der Bauteile, um die lokalen Spannungen im Bauteil zu reduzieren. Dies ist jedoch oft aus Gründen der Platzsituation im Munde oder aus ästhetischen Gründen nicht möglich. Solche Brüche sind meist nur sehr schwer und mit großem Aufwand zu reparieren.Many components are used in the dental field intentionally (e.g. feathers) or unintentionally (e.g. Root pins) vibrating. It follows again and again the problem that components, although from one optimized alloy and sufficient dimensioned such. B. root posts or Construction elements, break without retrospectively Material or processing errors can be identified. Rather, studies show that the components are due of material fatigue caused by the environmental conditions (Saliva) is still promoted, have failed. A One way to avoid these fatigue breaks would be stronger dimensioning of the components to the local Reduce stresses in the component. However, this is often the case for reasons of space in the mouth or out aesthetic reasons not possible. Such breaks are mostly difficult to repair and with great effort.
Im Fahrzeug- und Flugzeugbau ist das Kugelstrahlen zur Verbesserung der physikalischen Eigenschaften von Metallgegenständen schon seit vielen Jahren bekannt und wird dort erfolgreich eingesetzt. So wurde allgemein gefunden, daß bei vielen Teilen, welche einer Kugelstrahlung unterzogen wurden, eine erhöhte Ermüdungsfestigkeit festgestellt werden konnte. Die erhöhte Ermüdungsfestigkeit ist dabei auf die in die Oberflächenschicht eingebrachten Druckspannungen zurückzuführen, welche die Ausbildung von Rissen im Bauteil erschweren. So werden im Fahrzeugbau Differentialgetriebe für Fahrzeugachsen, Spindeln, Wellen, Druckringe sowie Verbindungsstangen kugelgestrahlt, um die Dauerfestigkeit zu erhöhen. Auch im Turbinenbau werden Schaufeln, welche im Verdichterteil der Turbine eingesetzt werden, oft kugelgestrahlt, um die Ermüdungsfestigkeit und damit die Lebensdauer des Bauteils zu erhöhen.Shot peening is used in vehicle and aircraft construction Improve the physical properties of Metal objects have been known for many years and is used successfully there. It became common found that in many parts, which one Shot peening was increased Fatigue strength could be determined. The increased Fatigue strength is based on that in the Compressive stresses introduced into the surface layer attributed to the formation of cracks in the component complicate. This is how differential gears are used in vehicle construction for vehicle axles, spindles, shafts, pressure rings as well Link rods shot peened for durability to increase. Also in turbine construction, blades which are used in Compressor part of the turbine are used, often shot peened to the fatigue strength and thus the Increase the life of the component.
Solche Techniken sind im Dentalbereich bisher nicht angewendet worden. Spezielle Verfahren zur Verbesserung der Ermüdungsfestigkeit sind bisher auch noch nicht in Betracht gezogen worden. Such techniques are not yet used in the dental field been applied. Special procedures to improve Fatigue strength has not yet been considered been drawn.
Im Dentalbereich wird zum Beispiel das Sandstrahlen für das Reinigen von Gußteilen eingesetzt. Durch das Sandstrahlen wird aber mehr Material abgetragen als Verformung in die Oberflächenschicht eingebracht. Die Oberfläche der Teile wird daher nur aufgerauht. Diese mikroskopischen Defekte führen, da sie nicht von Druckspannungen überlagert werden, eher zu einer Abnahme der Ermüdungsfestigkeit dieser Teile.In the dental field, for example, sandblasting is used for Cleaning castings used. By sandblasting but more material is removed than deformation in the Surface layer introduced. The surface of the parts is therefore only roughened. These microscopic defects lead because they are not overlaid by compressive stresses, rather a decrease in the fatigue strength of these parts.
Durch Sandstrahlen der Teile läßt sich eine Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit nicht erzielen.Sandblasting the parts can increase the Do not achieve fatigue strength.
Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Erhöhung der Lebensdauer von metallischen zahntechnischen Teilen, wie Wurzelstiften, Implantaten, Prothesen oder Brücken, durch eine Oberflächenbehandlung zu entwickeln.It was therefore an object of the present invention Process for increasing the life of metallic dental parts, such as root posts, implants, Prostheses or bridges, through a surface treatment too develop.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in die Oberflächenschicht dieser Teile Druckspannungen durch Kugelstrahlen eingebracht werden.This object is achieved in that in the surface layer of these parts due to compressive stress Shot peening can be introduced.
Trotz der im Vergleich zu herkömmlichen Anwendungsgebieten völlig anderen Ausgangsproblemstellung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die Lebensdauer von aus üblichen Dentallegierungen gefertigten Teilen durch Einbringen von Druckspannungen in die Oberflächenschicht der Teile mittels Kugelstrahlen beträchtlich erhöht werden kann. Auf diese Weise läßt sich die Anzahl der Lastwechsel bis zum Bruch um über zwei Zehnerpotenzen erhöhen. Falls gewünscht können die auf der Oberfläche der kugelgestrahlten Teile zurückbleibenden Eindruckstellen mit geeigneten Mitteln ohne Aufhebung der Druckspannungen in der Oberflächenschicht entfernt werden. Ansonsten können sie zur Erhöhung der Retention, z. B. bei Wurzelstiften, belassen werden.Despite the compared to conventional application areas has completely different starting problem Surprisingly shown that the lifespan of parts made by conventional dental alloys Introduction of compressive stresses in the surface layer the parts are significantly increased by shot peening can. In this way, the number of load changes increase by more than two powers of ten until it breaks. If desired on the surface of the shot-blasted parts left with indentations suitable means without releasing the compressive stress in the surface layer can be removed. Otherwise you can them to increase retention, e.g. B. with root posts, be left.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle in der Zahntechnik üblichen metallischen Materialien und die daraus gefertigten Teile geeignet. Diese bestehen überwiegend aus Edelmetallegierungen und können als Hauptlegierungsbestandteile Gold, Silber, Platin und Palladium enthalten. Auch Titan bzw. Titan-haltige Legierungen kommen im Dentalbereich zum Einsatz und können erfindungsgemäß behandelt werden.The method according to the invention is basically for everyone metallic materials common in dental technology and the parts made from it are suitable. These exist predominantly made of precious metal alloys and can be used as Main alloy components are gold, silver, platinum and Contain palladium. Also titanium or titanium-containing Alloys are used in the dental field and can are treated according to the invention.
Als Kugelstrahlmaterialien kommen Stahl oder Glas zum Einsatz, wobei die Partikel im wesentlichen kugelige, vorzugsweise exakte Kugelgestalt aufweisen. Die Kugelgröße wird zweckmäßigerweise auf die Dimensionierung der zu behandelnden Teile abgestimmt und kann zwischen 400 und 600 µm, vorzugsweise zwischen 420 und 500 µm und insbesondere um 500 µm liegen.Steel or glass are used as shot peening materials Insert, the particles being essentially spherical, preferably have an exact spherical shape. The ball size is expediently based on the dimensioning of the Treated parts matched and can be between 400 and 600 µm, preferably between 420 and 500 µm and in particular around 500 µm.
Eine ausreichende Behandlung ist bei einem Strahldruck von 1 bis 10 bar, vorzugsweise 2 bis 9 bar, und bei einer Dauer von 30 bis 60 Sekunden gewährleistet.Adequate treatment is given at a jet pressure of 1 to 10 bar, preferably 2 to 9 bar, and for a duration guaranteed from 30 to 60 seconds.
Die zu behandelnden Dentalteile werden zweckmäßigerweise in einem Abstand von 10 bis 40 mm von der Kugelstrahldüse, die zweckmäßigerweise einen Innendurchmesser von 3 bis 8 mm aufweist, angeordnet. Um eine möglichst gleichmäßige Behandlung der Objektoberfläche zu erreichen, läßt man den Gegenstand rotieren, zweckmäßigerweise mit einer Drehgeschwindigkeit von 0,5 bis 5 Umdrehungen pro Sekunde. The dental parts to be treated are expediently in a distance of 10 to 40 mm from the shot peening nozzle expediently an inner diameter of 3 to 8 mm has arranged. To be as uniform as possible To achieve treatment of the object surface is allowed to Rotate the object, expediently with a Speed of rotation from 0.5 to 5 revolutions per second.
Geeignete Apparaturen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Kugelstrahlverfahrens sind vorhanden und ihr Betrieb ist dem Fachmann geläufig.Suitable equipment for carrying out the Shot peening methods according to the invention are present and their operation is familiar to the expert.
Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung einer solchen Apparatur. Aus der Düse (1) treten die Kugeln (2) als Strahl aus und treffen auf die Oberfläche des rotierenden Objekts (3). Fig. 1 shows schematically the arrangement of such an apparatus. The balls ( 2 ) emerge from the nozzle ( 1 ) as a jet and hit the surface of the rotating object ( 3 ).
Folgende Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern:
Probestäbe der Abmessung 40 mm Länge und 2,5 mm Durchmesser
aus verschiedenen Werkstoffen wurden kugelgestrahlt mit
Glaskugeln der Körnung 420 bis 590 µm. Der Strahldruck
betrug 8 bar bei einem Abstand Düse - Probe von 35 mm und
einer Strahlzeit von 45 Sekunden. Die Probe rotierte dabei
einmal pro Sekunde um ihre Achse.The following examples are intended to illustrate the invention:
Test rods measuring 40 mm in length and 2.5 mm in diameter made of different materials were shot-peened with glass balls with a grain size of 420 to 590 µm. The jet pressure was 8 bar with a nozzle - sample distance of 35 mm and a jet time of 45 seconds. The sample rotated around its axis once per second.
Zur Beurteilung der Lebensdauer bzw. Dauerfestigkeit dieser Proben wurden sogenannte Wöhlerkurven bestimmt. Dazu werden mehrere Probestäbe aus dem gleichen Werkstoff bei konstanter Mittelspannung mit verschiedenen großen Spannungsamplituden bis zum Bruch schwingend beansprucht.To assess the service life or fatigue strength of these So-called Wöhler curves were determined. To do this several test bars made of the same material constant medium voltage with different large Stress amplitudes vibratingly stressed until break.
Die folgende Tabelle zeigt die gemessenen Werte an den kugelgestrahlten Proben, im Vergleich zu unbehandelten Proben für drei Werkstoffe. Man erkennt dabei die beträchtliche Erhöhung der Dauerfestigkeiten bzw. Lebensdauer der kugelgestrahlten Proben gegenüber den unbehandelten. The following table shows the measured values on the shot peened, compared to untreated Samples for three materials. You can see the considerable increase in fatigue strength or Lifetime of shot peened samples compared to untreated.
Fig. 2 zeigt Wöhlerkurven für den Werkstoff 1. In der Darstellung ist für erfindungsgemäß behandelte Probestäbe (⚫) und für lediglich geschliffene Probestäbe (o) der Gang der Bruchlastspielzahl bei Änderung der Spannungsamplitude aufgetragen. Die Verbesserung der behandelten Proben ist deutlich zu erkennen. Fig. 2 shows SN curves for the material 1. In the diagram is plotted on change of the voltage amplitude of inventively treated sample rods (⚫) and for only cut test pieces (o) the response of the fatigue life. The improvement in the treated samples can be clearly seen.
Fig. 3 zeigt für den Werkstoff 1 den Einfluß unterschiedlichen Kugelstrahldrucks auf die Bruchlastspielzahl (bei einer Spannungsamplitude von 350 Mpa); zum Vergleich der Wert für eine nur geschliffene Probe. Fig. 3 shows for material 1 the influence of different shot peening pressure on the number of breaking cycles (with a stress amplitude of 350 Mpa); for comparison the value for a ground sample only.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 19636215 Format of ref document f/p: P |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUSSA-HUELS AG, 60311 FRANKFURT, DE |
|
| AF | Is addition to no. |
Ref country code: DE Ref document number: 19636215 Format of ref document f/p: P |
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUSSA AG, 40474 DUESSELDORF, DE |
|
| 8162 | Independent application | ||
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
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| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: DEGUDENT GMBH, 63457 HANAU, DE |
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| 8170 | Reinstatement of the former position | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20130601 |