DE4018107C1 - Electrically heated modelling appts. for dental wax - has heating element exhibiting large resistance jump upon reaching reference temp. - Google Patents
Electrically heated modelling appts. for dental wax - has heating element exhibiting large resistance jump upon reaching reference temp.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein elektrisch beheiztes Modelliergerät mit schneller Aufheizphase gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electrically heated modeling device with rapid heating phase according to the preamble of claim 1.
Durch die Modellation von Wachsen werden in der Dentaltechnik Formen und Modelle hergestellt. Dazu wird mittels eines erwärmten Instrumentes Wachs geschmolzen und gezielt aufgetragen. Es sind zwei grundlegende Verfahren und Geräte bekannt.By modeling waxes in dental technology Shapes and models made. To do this, use of a heated wax instrument and applied specifically. There are two basic procedures and Devices known.
Bei dem ersten, am häufigsten eingesetzten Verfahren wird ein Handinstrument über einer offenen Gasflamme erwärmt und zur Modellation der Wachse eingesetzt. Der Vorteil dieser Technik ist, daß der Anwender die Möglichkeit hat, durch die schnelle Aufheizung und Abkühlung des Instrumentes den Flüssigkeitsgrad des Wachses frei zu bestimmen. Nur durch die Ausnutzung der Gelierphase des Wachses ist eine zielführende Bearbeitung möglich. Nachteilig ist die Benutzung einer offenen Flamme, die jeweils nur kurz zur Erwärmung des Handinstrumentes benutzt wird, jedoch immer zur Verfügung stehen muß. Eine Arbeitsplatzbelastung durch Erwärmung, schlechter Luft und einer Gefährdung durch die offene Flamme ist gegeben, bei schlechter Energienutzung und hohen Energiekosten. Da keine Möglichkeit besteht, die Bearbeitungstemperatur auf einen für die Wachse unschädlichen Wert zu begrenzen, sind Überhitzungen häufig und stellen aufgrund von unkontrollierbaren Schrumpfungen der Wachsmodelle eine Qualitätsminderung dar. Die Behebung dieser Minderungen stellen einen nicht unerheblichen Arbeitsaufwand dar. Die Ergonomie ist ungünstig, da das Instrument immer wieder zur Erhitzung in die Flamme geführt werden muß, was die Konzentration auf das in der Dentaltechnik übliche kleine Arbeitsfeld irritiert.The first, most commonly used method is a hand instrument warmed over an open gas flame and used for wax modeling. The advantage of this Technology is that the user has the opportunity through the rapid heating and cooling of the instrument The degree of liquidity of the wax can be freely determined. Only through that Utilization of the gelation phase of the wax is a useful one Processing possible. The disadvantage is the use of a open flame, each only briefly to warm the Hand instrument is used, but always available must stand. Workplace stress from warming, bad air and an open flame hazard is given, with poor energy use and high Energy costs. Since there is no way that Processing temperature to a harmless to the waxes To limit value, overheats are common and pose due to uncontrollable shrinkage of the Wax models represent a reduction in quality. The correction of this Reductions represent a not inconsiderable amount of work The ergonomics are unfavorable because the instrument is always which must be brought back into the flame for heating the concentration on what is common in dental technology Working area irritated.
Das zweite Verfahren basiert auf der Verwendung bekannter elektrisch beheizter Modelliergeräte. Hinweise zu bekannten Geräten sind in DE 29 52 102 C2 und in DE 37 27 705 A1 zu finden. Diese Geräte verwenden zur Heizung thermisch träge Heizpatronen und lassen eine Temperatureinstellung zu, die Ausgangstemperatur ist konstant. Aus der US 43 01 357 ist ein Gerät bekannt, das als Wärmequelle eine in Durchflußrichtung betriebene Halbleiterdiode benutzt, wobei die thermische Trägheit mit einer normalen Heizpatrone vergleichbar ist. Die Heizquellen bei diesen Geräten befinden sich ganz oder teilweise in den Handgriffen, was zu deren Erwärmung, oder aus Wärmeisolationsgründen zu unhandlichen Abmessungen führt, bei gleichzeitiger Erhöhung der thermischen Trägheit. Es ist ein Gerät bekannt, das bei konstanter Vorlauftemperatur eine benutzergesteuerte Temperaturüberhöhung zuläßt. Die Aufheizzeit für diese Temperaturüberhöhung ist heizkörperbedingt zu langsam, ebenso eine folgende Abkühlphase zurück zur Vorlauftemperatur.The second method is based on the use of known ones electrically heated modeling equipment. Notes on known Devices are in DE 29 52 102 C2 and in DE 37 27 705 A1 Find. These devices use thermally slow for heating Cartridge heaters and allow a temperature setting that Initial temperature is constant. From US 43 01 357 a device known as a heat source in the flow direction operated semiconductor diode used, the thermal inertia comparable to a normal heating cartridge is. The heat sources are located on these devices completely or partially in the handles, what to their Warming, or unwieldy for thermal insulation reasons Dimensions leads, while increasing the thermal Inertia. A device is known that works at constant Flow temperature a user-controlled temperature increase allows. The heating up time for this temperature increase is too slow due to the radiator, also a following one Cooling phase back to the flow temperature.
Diese Geräte werden benutzt, in manchen Fällen in Kombination zum ersten Verfahren, jedoch nur von einem beschränkten Teil der Anwender. Der Grund für die eingeschränkte Akzeptanz ist die thermische Trägheit der Geräte, die eine Modellation des Wachses unter Ausnutzung der Erweichungs- und Gelierphase erschweren. Wachs, das auf konstanter Temperatur gehalten wird, läßt sich nur erschwert auf ein Arbeitmodell aufbauen.These devices are used, in some cases in combination on the first procedure, but only from a limited one Part of users. The reason for the restricted Acceptance is the thermal inertia of the devices Modeling the wax using the softening and Complicate the gelling phase. Wax that is at a constant temperature is held, is difficult to apply to a working model build up.
Es ist ein Gerät bekannt, bei dem zur Erwärmung eine kurzschlußbeheizte Arbeitsspitze mit kurzer Aufheizzeit verwendet wird. Nachteilig ist die sehr hohe Spitzentemperatur, die bis zum Ausglühen der Arbeitsspitze führen kann und das Wachs, selbst bei intermittierendem Betrieb der Steuerelektronik, überhitzen kann.A device is known in which a short-circuit heated tip used with short heating time becomes. The disadvantage is the very high peak temperature, that can lead to the annealing of the working tip and that Wax, even with intermittent operation of the control electronics, can overheat.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Modelliergerät zu schaffen, mit dem die Nachteile der bestehenden Techniken beseitigt werden, qualitativ und quantitativ bessere Ergebnisse zu erzielen und Kosten bei der Herstellung von Wachsmodellationen, sowie Energie einzusparen.The invention has for its object a modeling device to create the disadvantages of the existing Techniques are eliminated, qualitatively and quantitatively Get better results and manufacturing costs wax models as well as saving energy.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt die Verwendung eines Heizkörpers (2) gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.To achieve this object, the use of a radiator ( 2 ) leads to the characterizing part of claim 1.
Der Heizkörper (2) hat einen sehr hohen positiven Temperaturkoeffizienten und stellt im kalten Zustand einen guten elektrischen Leiter dar. Nach dem Anschluß an einen Stromkreis erwärmt sich der Heizkörper sehr schnell, da ein hoher Strom fließt. Bei Erreichen der Bezugstemperatur steigt der Durchgangswiderstand sprungsartig auf ein Vielfaches des Kaltwiderstandes an, der Stromfluß sinkt stark ab, die Heizkörpertemperatur pendelt sich selbsttätig auf die Bezugstemperatur ein. Es besteht die Möglichkeit, das Gerät mit gleichzeitig zwei verschiedenen Arbeitsspitzen (3 + 13) auszuführen, was den Gebrauchswert weiter erhöht und die Effizienz steigert.The radiator ( 2 ) has a very high positive temperature coefficient and is a good electrical conductor when cold. After connecting to a circuit, the radiator heats up very quickly because a high current flows. When the reference temperature is reached, the volume resistance suddenly increases to a multiple of the cold resistance, the current flow drops sharply, the radiator temperature automatically settles to the reference temperature. It is possible to run the device with two different working tips ( 3 + 13 ) at the same time, which further increases the utility value and increases efficiency.
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß der Anwender durch kurzzeitiges definiertes Schließen des Stromkreises nach maximal 4 Sekunden die maximale Arbeitstemperatur an der Arbeitsspitze (3) erreicht und diese nicht überschritten wird. Danach setzt wieder eine Abkühlphase ein. In diesem Modus wird der überwiegende Anwendungsfall - Wachs erwärmen und unter Nutzung der Gelierphase auftragen - so, wie mit einem in einer Flamme erhitzten Instrument ohne dessen Nachteile simuliert. Für Anwendungsfälle, wo für spezielle Aufgaben eine konstante Temperatur unterhalb der Bezugstemperatur gewünscht wird, wird in einem weiteren Betriebsmodus die Spannungsquelle periodisch und mit kurzen Pulsen vom Steuergerät selbsttätig geschaltet. Durch eine Variation des Verhältnis von Pulslänge zu Pausenlänge ist an der Arbeitsspitze (3) jede beliebige effektive Temperatur unterhalb der Bezugstemperatur zu erreichen. Die thermische Schnelligkeit des gesamten Heizsystems erleichtert die Anwendung in der Praxis wesentlich und verbessert die Akzeptanz zur Verwendung eines energiesparenden, elektrisch beheizten Gerätes mit allen seinen Vorteilen.The advantages that can be achieved with the invention are that the user reaches the maximum working temperature at the working tip ( 3 ) by briefly defined closing of the circuit after a maximum of 4 seconds and this is not exceeded. Then a cooling phase begins again. In this mode, the predominant application - heating wax and applying it using the gelling phase - is simulated with an instrument heated in a flame without its disadvantages. For applications where a constant temperature below the reference temperature is required for special tasks, the voltage source is automatically switched periodically and with short pulses by the control unit in a further operating mode. By varying the ratio of pulse length to break length, any effective temperature below the reference temperature can be reached at the working tip ( 3 ). The thermal speed of the entire heating system makes it much easier to use in practice and improves acceptance of using an energy-saving, electrically heated device with all of its advantages.
Der Aufwand für Spannungsversorgung und Steuerung ist gering. Der Heizkörper wird direkt aus einem Transformator mit einer Wechselspannung von 24 Volt betrieben und über einen Fußtaster, oder einen am Handgriff angebrachten Berührungssensor mittels einer Schaltstufe gesteuert. Für einen möglichen Konstanttemperaturbetrieb ist noch eine zuschaltbare freilaufende Multivibrationsschaltung mit regelbaren Puls- und Pausenverhältnis hinzuzufügen. Eine einfache Sicherungsschaltung verhindert Schäden am Gerät, wenn es versehentlich zu einem Kurzschluß zwischen Stützprofil (1) und Stützprofil (4) kommen sollte.The effort for power supply and control is low. The radiator is operated directly from a transformer with an alternating voltage of 24 volts and controlled by means of a switch or a foot switch or a touch sensor attached to the handle. For a possible constant temperature operation, a switchable free-running multivibration circuit with adjustable pulse and pause ratio has to be added. A simple fuse circuit prevents damage to the device if a short circuit between the support profile ( 1 ) and the support profile ( 4 ) should accidentally occur.
An einem Steuergerät können, mit einer Umschaltmöglichkeit, beliebig viele Modelliergeräte mit verschiedenen Arbeitsspitzen (3) betrieben werden. Durch die schnelle Aufheizung sind keine Wartezeiten bis zur Betriebsbereitschaft nötig, das umständliche Wechseln von Arbeitsansätzen, mit der Gefahr von Verbrennungen, entfällt.Any number of modeling devices with different working tips ( 3 ) can be operated on a control device with a switchover option. Due to the rapid heating up, there are no waiting times until operational readiness, the laborious changing of work approaches with the risk of burns is eliminated.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of an exemplary embodiment as well as from the drawing.
In Fig. 1 ist die Schnittzeichnung eines erfindungsgemäßen Gerätes in vergrößerter Form dargestellt. Die Originallänge beträgt von der Spitze (3) bis zum Ende des Handgriffes (7) 13 cm.In Fig. 1 the sectional drawing of a device according to the invention is shown in an enlarged form. The original length is 13 cm from the tip ( 3 ) to the end of the handle ( 7 ).
Fig. 2 ist ein vergrößerter Querschnitt durch Fig. 1 nach deren Linie II-II. Fig. 2 is an enlarged cross section through Fig. 1 along the line II-II.
Fig. 3 ist ein Teilausschnitt aus Fig. 1 mit einer zweiten Arbeitsspitze (13). Fig. 3 is a partial section from Fig. 1 with a second working tip ( 13 ).
Das in Fig. 1 dargestellte Modelliergerät besteht aus einem Handgriff (7) aus Kunststoff und einer darin eingeschobenen Einsatzbuchse (5) aus wärmebeständigen Polyetheretherketon (PEEK). Die Einsatzbuchse (5) ist der Träger für das gesamte Heizsystem, macht dieses austauschbar und ist mit Schraube (6) im Handgriff arretiert. Das Kabel (8) verbindet das Heizsystem nach Zugentlastung durch Schraube (9) mit dem zum Betrieb nötigen Stromkreis.The modeling device shown in Fig. 1 consists of a handle ( 7 ) made of plastic and an inserted insert ( 5 ) made of heat-resistant polyether ether ketone (PEEK). The insert socket ( 5 ) is the support for the entire heating system, makes it interchangeable and is locked in the handle with screw ( 6 ). The cable ( 8 ) connects the heating system to the circuit necessary for operation by means of screw ( 9 ).
Der Heizkörper (2) ist mit den im Heizkörperbereich halbrunden Stützprofilen (1 u. 4) aus Messing verlötet. Um die aufheizbare Materialmenge und die damit verbundene Speicherfähigkeit von Wärme zu verringern, reduziert sich der Querschnitt der Stützprofile (1 u. 4) gleich hinter dem Heizkörper (2) auf ein rundes Profil. Die Stützprofile (1 u. 4) werden durch zwei Bohrungen in der Einsatzbuchse (5) geführt und im Hohlraum (10) mit Vergußmasse eingegossen.The radiator ( 2 ) is soldered to the brass half-round support profiles ( 1 and 4 ) in the radiator area. In order to reduce the amount of material that can be heated and the associated storage capacity of heat, the cross-section of the support profiles ( 1 and 4 ) is reduced to a round profile right behind the radiator ( 2 ). The support profiles ( 1 and 4 ) are guided through two holes in the insert bushing ( 5 ) and cast in the cavity ( 10 ) with potting compound.
In Fig. 2 ist der schichtweise Aufbau des Heizsystems erkennbar. Der Heizkörper (2) ist an seinen Randzonen (11 u. 12) mit einer lötbaren Metallisierung versehen. Auf diese Randzonen (11 u. 12) wird eine Lötpaste aufgetragen, Heizkörper (2) mit den Stützprofilen (1 u. 4) lagerrichtig zusammengefügt, fixiert und nach dem Reflow-Verfahren im Ofen verlötet.The layered structure of the heating system can be seen in FIG . The heating element ( 2 ) is provided with a solderable metallization on its edge zones ( 11 and 12 ). A solder paste is applied to these edge zones ( 11 and 12 ), radiators ( 2 ) are assembled with the support profiles ( 1 and 4 ) in the correct position, fixed and soldered in the furnace using the reflow method.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausformung der Arbeitsspitze (3) gibt eine im dentalen Bereich häufig benutzte Variante wieder. Solche Arbeitsspitzen können Sonden, Messer, Löffel oder benutzerdefinierte Formen haben. Die in Fig. 1 gezeigte Arbeitsspitze (3) ist aus dem Stützprofil (4) gearbeitet und aus dem gleichen Material. Dies hat den Vorteil der direktesten thermischen Kopplung, es ist jedoch ebenfalls eine trennbare Ausführung möglich und im Sinne des Anspruchs 3.The shape of the working tip ( 3 ) shown in FIG. 1 represents a variant which is frequently used in the dental field. Such working tips can have probes, knives, spoons or custom shapes. The working tip ( 3 ) shown in Fig. 1 is made of the support profile ( 4 ) and made of the same material. This has the advantage of the most direct thermal coupling, but a separable design is also possible and within the meaning of claim 3.
Fig. 3, ein Teilausschnitt aus Fig. 1 zeigt eine Ausführungsvariante nach Anspruch 4 mit zwei Arbeitsansätzen (3 u. 13). In diesem Fall ist die Arbeitsspitze (13) aus dem Stützprofil (1), die Arbeitsspitze (3) aus dem Stützprofil (4) gearbeitet und aus dem gleichen Basismaterial. Diese Anordnung bietet sich überwiegend für Anwendungen mit sondenförmigen Arbeitsspitzen an. Bei diesen Anwendungen werden zum groben und feinem Auftragen von Wachs Sonden mit mindestens zwei verschiedenen Durchmessern benötigt. Durch einfaches Drehen des Handgriffes kann abwechselnd mit jeder Sonde gearbeitet werden, ohne das Gerät aus der Hand zu legen oder umzuschalten. Ein besonderes Merkmal ist die Verwendung des gleichen Heizkörpers für zwei Ansätze. Fig. 3, a partial section from Fig. 1 shows an embodiment variant according to claim 4 with two working approaches ( 3 and 13 ). In this case, the working tip ( 13 ) is made from the support profile ( 1 ), the working tip ( 3 ) from the support profile ( 4 ) and from the same base material. This arrangement is mainly suitable for applications with probe-shaped working tips. In these applications, coarse and fine application of wax requires probes with at least two different diameters. By simply turning the handle, you can work alternately with each probe without putting the device down or switching. A special feature is the use of the same radiator for two approaches.
Das in Anspruch 1 Punkt d) angegebene Merkmal einer Aufheizzeit von unter 4 Sekunden, ist ein Maximalwert. Der exakte Wert der Schnelligkeit der Aufheizung ist abhängig von der Größe des Heizkörpers (2), dessen Bezugstemperatur, der mit dem Heizkörper verbundenen aufzuheizenden Masse und der Höhe der Versorgungsspannung. Die bei vorliegenden Geräten gemessenen Werte liegen je nach Größe der Arbeitsspitze bei durchschnittlich 2,5 Sekunden. Der Maximalwert von 4 Sekunden wurde selbst bei größeren Arbeitsansätzen sicher unterschritten.The feature of a heating-up time of less than 4 seconds specified in claim 1 point d) is a maximum value. The exact value of the speed of heating depends on the size of the radiator ( 2 ), its reference temperature, the mass to be heated connected to the radiator and the level of the supply voltage. Depending on the size of the working tip, the values measured on the devices are 2.5 seconds on average. The maximum value of 4 seconds was safely undercut even with larger work approaches.
Ein Rechenbeispiel belegt die dynamische Leistungsaufnahme des Systems. Im kalten Zustand beträgt der Nennwiderstand des Heizkörpers 18 Ohm, die Versorgungsspannung 24 Volt, ergibt einen Einschaltstrom von 1,3 Ampere und eine Leistungsaufnahme von 31,2 Watt. Bei Erreichen der Bezugstemperatur, im heißen Zustand, unter Berücksichtigung des kontinuierlichen Wärmeentzuges an das umgebende Material und Medium, beträgt der Widerstand 120 Ohm. Daraus ergibt sich bei gleicher Versorgungsspannung ein Stromfluß von 0,2 Ampere und eine Leistungsaufnahme von 4,8 Watt.A calculation example shows the dynamic power consumption of the system. When cold, the nominal resistance is of the radiator 18 ohms, the supply voltage 24 volts, results in an inrush current of 1.3 amps and one Power consumption of 31.2 watts. When the reference temperature is reached, in the hot state, taking into account the continuous heat removal from the surrounding material and Medium, the resistance is 120 ohms. This results in with the same supply voltage, a current flow of 0.2 amperes and a power consumption of 4.8 watts.
Claims (4)
- a) der Heizkörper (2) ist aus einer mit Bariumcarbonat und Titanoxyd dotierten Keramik, die an der Grenzschicht (11) und an der Grenzschicht (12) mit einer lötbaren Metallkontaktierung versehen ist und bei Erreichen der Bezugstemperatur, einen sprunghaften Widerstandsanstieg aufweist,
- b) die Bezugstemperatur des Heizkörpers (2) liegt über 150°C und unter 180°C.
- a) the radiator ( 2 ) is made of a ceramic doped with barium carbonate and titanium oxide, which is provided at the boundary layer ( 11 ) and at the boundary layer ( 12 ) with a solderable metal contact and has an abrupt increase in resistance when the reference temperature is reached,
- b) the reference temperature of the radiator ( 2 ) is above 150 ° C and below 180 ° C.
- e) der Heizkörper (2) ist mit einem ersten Stützprofil (1) und einem zweiten Stützprofil (4), außerhalb einer Einsatzbuchse (5) oder einem Handgriff (7) verlötet,
- f) der Heizkörper (2) befindet sich in unmittelbarer Nähe einem Arbeitsteil (3), in ergonomisch kürzest möglicher Distanz.
- e) the heating element ( 2 ) is soldered to a first support profile ( 1 ) and a second support profile ( 4 ), outside an insert bushing ( 5 ) or a handle ( 7 ),
- f) the radiator ( 2 ) is in the immediate vicinity of a working part ( 3 ), at the ergonomically shortest possible distance.
- g) das Arbeitsteil (3) ist mit dem zweiten Stützprofil (4) verbunden.
- g) the working part ( 3 ) is connected to the second support profile ( 4 ).
- h) das Arbeitsteil (3) ist mit dem zweiten Stützprofil (4) verbunden und aus dem gleichen Stück gefertigt,
- i) ein weiteres Arbeitsteil (13) ist mit dem ersten Stützprofil (1) verbunden und aus dem gleichen Stück gefertigt.
- h) the working part ( 3 ) is connected to the second support profile ( 4 ) and made from the same piece,
- i) a further working part ( 13 ) is connected to the first support profile (1) and made from the same piece.
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