DE19954389A1

DE19954389A1 - Prooftestapparatur für keramische Dentalwurzelstifte

Info

Publication number: DE19954389A1
Application number: DE1999154389
Authority: DE
Inventors: Horst Fischer; Walter Rentzsch; Rudolf Marx
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: DE19954389C2

Abstract

Die Erfindung mit dem Titel "Prooftestapparatur für keramische Dentalwurzelstifte" beinhaltet eine Konstruktion, mit der dentalprothetische Wurzelstifte aus keramischen Werkstoffen kurz vor dem klinischen Einsatz auf mögliche Fehlstellen im Material hin geprüft werden können. DOLLAR A Die Maschine ist so ausgelegt, dass Wurzelstifte, die aufgrund von keramiktypischen kritischen Mikrofehlstellen eine geforderte klinische Einsatzbeanspruchung nicht ertragen können, durch das Kriterium Bruch ausgelesen werden. DOLLAR A Keramische Werkstoffe frakturieren immer aufgrund von Zugspannungsspitzen im Bereich von Fehlstellen. Daher können solche Fehlstellen indirekt über die Beanspruchbarkeit des Werkstoffs detektiert werden. Diesen Zusammenhang macht sich die Erfindung für keramische Dentalwurzelstifte zunutze. Mit Hilfe der Apparatur könnten klinische Fälle ausgeschossen werden, bei denen keramische Dentalwurzelstifte, die von aussen nicht sichtbare aber bruchmechanisch kritische Fehlstellen enthalten, am Patienten eingegliedert werden und dann im Mund frakturieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Apparatur, mit deren Hilfe keramische Dentalwurzelstifte kurz vor ihrem klinischen Einsatz auf ihre Beanspruchbarkeit hin mit Hilfe eines sogenannten Prooftests untersucht werden können.

Für Restaurationen mit Stiftaufbauten stehen metallische und seit einiger Zeit auch Den talwurzelstifte aus keramischen Werkstoffen (z. B. Zirkonoxid, ZrO₂) zur Verfügung. Diese Dentalwurzelstifte dienen zur Verankerung einer Krone (Stiftkrone) in der Wurzel eines endodontisch vorbehandelten Zahnes. Die Vorteile der keramischen Stifte liegen darin, daß sie hohe Ansprüche an die Ästhetik erfüllen können. Im Gegensatz zu konven tionellen Wurzelstiften aus Titan weisen keramische Wurzelstifte nämlich keine negativen Farbeffekte auf, wenn ein Aufbau mit einer vollkeramischen Zahnkrone erfolgen soll. Au ßerdem gelten keramische Werkstoffe als biokompatibler im Vergleich zu Metallen.

Zur Zeit kommerziell erhältliche keramische Wurzelstifte (Typ Cosmopost, Ivoclar, Schaan, FL und Typ Cerapost, Komet, Lemgo, FRG) sind ca. 20 mm lang und haben Durchmesser zwischen 1,4 und 1,7 mm. In Stiftachsenrichtung besitzen sie einen zylindri schen und einen konischen Abschnitt. Mit dem konischen Abschnitt wird der Wurzelstift klinisch im distalen Bereich der Pulpa, d. h. zur Pulpaspitze hin, verankert. Am proxima len, zylindrischen, nicht konischen Ende des Wurzelstiftes, d. h. auf der entgegengesetzten Seite wird mit einem Aufbaumaterial ein künstlicher Zahnstumpf befestigt, der dann sei nerseits zur Befestigung einer künstlichen Zahnkrone dient.

Es ist bekannt, dass wie bei allen Bauteilen aus keramischen Werkstoffen auch bei kerami schen Dentalwurzelstiften aufgrund der statistischen Fehlstellenpopulation die Festigkeits werte streuen. Das bedeutet, dass es für keramische Wurzelstifte keinen einzelnen Festig keitswert gibt, sondern, dass nur eine Ausfallwahrscheinlichkeit für eine charakteristische Festigkeit angegeben werden kann. Gerade im medizinischen Bereich ist jedoch eine Aus fallwahrscheinlichkeit von 0% unter den auftretenden Einsatzspannungen gewünscht, um Reoperationen zu vermeiden.

Es ist weiterhin bekannt, dass eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 0% bei einer definierten Einsatzspannung durch den im technischen Bereich etablierten Prooftest sichergestellt werden kann. Dabei handelt es sich um einen Auslesetest. Dies bedeutet, dass die Bauteile, die den Beanspruchungen im späteren Einsatz nicht standhalten, ausgelesen werden. Das Auslesen erfolgt durch das Kriterium Bruch. Die induzierte Prüfspannung wird dabei als Überlastspannung gewählt, um einen Sicherheitsabstand zur Einsatzbeanspruchung zu rea lisieren. Diese Überlastspannung wird auf der Grundlage des sogenannten V_eff/S_eff-Modells (z. B. Munz, D., Fett, T.: Mechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe, Springer, Ber lin, 1989) kalkuliert. Dieses Rechenmodell ist so ausgelegt, dass die Ausfallwahrschein lichkeit der Bauteile, die den Prooftest bestehen (kein Bruch), im späteren Einsatz in Bezug auf die zuvor definierte Einsatzbeanspruchung 0% ist.

Es ist auch bekannt, dass für verschiedene keramische Komponenten ein individuell zuge schnittener Prooftest entwickelt worden ist. Ein Beispiel hierfür ist ein Prooftest für Röhren aus gesinterter Keramik, die mittels eines aufgebrachten Innendruckes getestet werden (Proof-testing of the strength of tubes of sintered ceramic material, Veröffentlichungs nummer GB 1531557). Es ist weiterhin bekannt, dass für Prooftests auch Thermospan nungen eingesetzt werden können (Prooftest for ceramic parts DE 44 19 750). Die verschie denen Prüfapparaturen wurden jeweils auf die speziellen konstruktiven Eigenheiten der Komponenten und auf die individuell verschiedenen Einsatzrandbedingungen abgestimmt.

Es ist weiterhin bekannt, dass im medizinischen Bereich der Prooftest seit vielen Jahren als Auslesetest für keramische Hüftgelenkendoprothesen (Werkstoffe: Aluminiumoxid, Al₂O₃ und Zirkonoxid, ZrO₂) angewandt wird (Verfahren zum Prüfen von keramischen Pfannen für Hüftgelenkendoprothesen, DE 197 18 615 A 199 80 108). Dabei werden die zu testenden keramischen Pfannen abgestimmt auf die physiologische Belastungssituation im Hüftge lenksbereich mit einer Überlast zyklisch beansprucht. Für keramische Komponenten, die im zahnmedizinischen oder zahntechnischen Bereich in Form von Prothesen oder Implan taten zum Einsatz kommen, sind bisher keine Testapparaturen entwickelt worden, mit de nen die Bauteile einem Prooftest unterzogen werden könnten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Apparatur zu schaffen, mit der keramische Dentalwurzelstifte kurz vor dem klinischen Einsatz auf mögliche Fehlstellen im Material hin geprüft werden können. Dabei sollen die Wurzelstifte durch eine auf den theoretischen Grundlagen des Prooftests (S_eff/V_eff-Modell) definierte Überlast mechanisch beansprucht werden. Die durch diese Überlast beim Test im Bauteil erzeugten (Zug-)Spannungen sollen sich dabei an den später im Mund erwarteten maximalen (Zug-)Einsatzspannungen orien tieren.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine sogenannte Prooftestapparatur gelöst, bei der kommerziell erhältliche Dental-Wurzelstifte aus keramischen Werkstoffen (z. B. aus Aluminiumoxid und Zirkonoxid) einem Auslesetest unterzogen werden. Die Stifte werden dabei einer Biegebelastung ausgesetzt. Die durch die Höhe der Biegebelastung erzeugte Zugbeanspruchung orientiert sich an den in vivo auftretenden Spannungen.

Ein notwendiges Konstruktionsmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Last als Vier-Punkt-Biegebelastung aufgebracht wird. Dadurch wird der Wurzelstift über einen weiten Bereich einem konstanten maximalen Biegemoment unterzogen. Die Last wird über ein Gestänge, abgefedert durch ein Dämfersystem mit einstellbarem Vorschub, aufgebracht.

Eine weiteres notwendiges Konstruktionsmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Biegebelastung in definierten Winkelschritten mehrfach hintereinander auf gebracht werden kann. Der Wurzelstift wird dazu entlastet, um einen definierten Winkel schritt um seine Achse gedreht und anschließend wieder belastet. Dieser Vorgang wieder holt sich über dem gesamten Umfang des Wurzelstiftes. Dadurch wird ein maximal mögli ches Teilvolumen bzw. eine maximal mögliche Teiloberfläche des dentalkeramischen Wurzelstiftes mit (für Keramik versagensrelevanten) Zugspannungen beansprucht und da mit auf Fehlstellen hin geprüft.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Roationsbewegung des Wurzelstiftes vorzugsweise mit Hilfe eines Schrittmotors auszuführen.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Rotationsbewegung alternativ mittels ei nes gerasterten Drehknopfes von Hand ausgeführt werden kann.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Ankopplung zwischen Rotationseinheit und Wurzelstift über eine lösbare Kupplung erfolgt. Die Kupplungseinheit besteht auf der Seite der Rotationseinheit aus einem Elektromagneten und auf der Seite des dentalen Wur zelstiftes aus einer ferromagnetischen Hülse, die mittels Konusklemmsitz auf den koni schen Abschnitt des Wurzelstiftes aufgesteckt ist.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Rotationseinheit in Richtung der Wurzel stiftachse verschiebbar gelagert ist, so daß sie an den Wurzelstift mit aufgesteckter ferro magnetischer Hülse herangefahren und wieder zurückgefahren werden kann.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass kurz vor der jeweiligen Belastung des keramischen Dentalwurzelstiftes durch Abschalten des Elektromagneten die Verbindung zwischen Wur zelstift (mit aufgeklemmter ferromagnetischer Hülse) und Rotationseinheit getrennt und die Rotationseinheit zurückgefahren werden kann.

Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass nach dem jeweiligen Belastungsvorgang des dentalkeramischen Wurzelstiftes zum Drehen des Stiftes in einem definierten Winkelschritt nach Heranfahren der Rotationseinheit an der Wurzelstift durch Anschalten des Elektro magneten die Verbindung zwischen Wurzelstift (mit aufgeklemmter ferromagnetischer Hülse) und Rotationseinheit drehmomentübertragend geschlossen werden kann.

Auf der beiliegenden Skizze mit angefügter Bezugszeichenliste ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt.

Bezugszeichenliste

1

keramischer Dentalwurzelstift

2

unteres Auflager mit Rollen

3

oberes Auflager mit Rollen

4

Last

5

Gestänge

6

Dämpfersystem

7

Rotationseinheit, in Richtung der Wurzelstiftachse verfahrbar

8

Elektromagnet

9

ferromagnetische Hülse mit angepaßtem Innenkonus
Anmerkung
Zur Vier-Punkt-Biegeeinheit gehören die Komponenten

2

und

3

,
zur Belastungseinheit gehören die Komponenten

3-6

,
zur Rotationseinheit gehören die Komponenten

7

und

8

und
zur Kupplungseinheit gehören die Komponenten

8

und

9

.

Claims

1. Prooftestapparatur für keramische Dentalwurzelstifte, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

- Belastungseinheit, die die keramischen Dentalwurzelstifte mit einsatzrelevanten Zug spannungen beansprucht,
- Rotationseinheit, mit der die keramischen Dentalwurzelstifte unabhängig vom Belas tungsvorgang um ihre eigene Achse in definierten Winkelschritten, reproduzierbar gedreht werden können und
- Kupplungseinheit, über die Belastungs- und Rotationsvorgang der keramischen Dental wurzelstifte entkoppelt voneinander ausgeführt werden können.

2. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungseinheit vorzugsweise als Vier-Punkt-Biege-Vorrichtung ausgeführt ist.

3. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungseinheit alternativ als Drei-Punkt-Biege-Vorrichtung ausgeführt ist.

4. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungen durch aufgelegte Gewichte aufgebracht werden.

5. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Lastanstiegsgeschwindigkeit durch ein Dämpfersystem eingestellt werden kann, das sich zwischen aufgelegten Gewichten und Biegeeinheit befindet.

6. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungseinheit aus einem Elektromagneten und einer auf das konische Ende des keramischen Dentalwurzelstiftes aufgesteckten ferromagnetischen Hülse mit angepaß ter konischer Innenbohrung besteht.

7. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinheit aus einer Welle besteht, an deren Ende sich die Kupplungseinheit befindet.

8. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinheit in Richtung der Wurzelstiftachse verschiebbar gelagert ist.

9. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinheit vorzugsweise mit Hilfe eines Schrittmotors rotiert wird.

10. Prooftestapparatur nach Schutzanspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass die Rotationseinheit alternativ durch einen gerasterten Drehknopf von Hand rotiert wird.