DE19954389C2

DE19954389C2 - Proof test equipment for ceramic dental root posts

Info

Publication number: DE19954389C2
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: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2019-11-13
Also published as: DE19954389A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und eine Anwendung, mit denen langgestreckte Prüflinge im Dentalbereich, insbesondere keramische Dentalwurzelstifte, kurz vor ihrem klinischen Einsatz auf ihre Beanspruchbarkeit hin mit Hilfe eines sogenannten Prooftests untersucht werden können.The invention relates to a device, a method and an application with which elongate test specimens in the dental field, in particular ceramic dental root posts, shortly before their clinical use for their resilience with the help of a so-called proof tests can be examined.

Für Restaurationen von Zähnen mit Stiftaufbauten stehen metallische und seit einiger Zeit auch keramische (z. B. aus Zirkonoxid, ZrO₂) Dentalwurzelstifte 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 konventionellen Wurzelstiften aus Titan weisen keramische Wurzelstifte nämlich keine negativen Farbeffekte auf, wenn ein Aufbau mit einer vollkeramischen Zahnkrone erfolgen soll. Außerdem gelten keramische Werkstoffe als biokompatibler im Vergleich zu Metallen.Metallic and, for some time now, ceramic (e.g. zirconium oxide, ZrO ₂ ) dental root posts have been available for restoring teeth with post abutments. These dental root posts are used to anchor a crown (post crown) in the root of an endodontically pretreated tooth. The advantages of ceramic pens are that they can meet high aesthetic demands. In contrast to conventional titanium root posts, ceramic root posts do not have any negative color effects when a full ceramic tooth crown is to be used. In addition, ceramic materials are considered to be more biocompatible than metals.

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 zylindrischen und einen konischen Abschnitt. Mit dem konischen Abschnitt wird der Wurzelstift klinisch im distalen Bereich der Pulpa, d. h. zur Pulpaspitze hin, verankert. Am proximalen, zylindrischen, nicht konischen Ende des Wurzelstiftes, d. h. auf der entgegengesetzten Seite wird mit einem Aufbaumaterial ein künstlicher Zahnstumpf befestigt, der dann seinerseits zur Befestigung einer künstlichen Zahnkrone dient.Commercially available ceramic root posts (type Cosmopost, Ivoclar, Schaan, FL and type Cerapost, Komet, Lemgo, FRG) are approx. 20 mm long and have Diameter between 1.4 and 1.7 mm. They have one in the pin axis direction cylindrical and a conical section. With the conical section the Clinical root canal in the distal area of the pulp, d. H. anchored to the pulp tip. At the proximal, cylindrical, non-conical end of the root post, d. H. on the the opposite side becomes an artificial tooth stump with a build material attached, which in turn is used to attach an artificial tooth crown.

Es ist bekannt, daß wie bei allen Bauteilen aus keramischen Werkstoffen auch bei keramischen Dentalwurzelstiften aufgrund der statistischen Fehlstellenpopulation die Festigkeitswerte streuen. Das bedeutet, daß es für keramische Wurzelstifte keinen einzelnen Festigkeitswert gibt, sondern, daß nur eine Ausfallwahrscheinlichkeit für eine charakteristische Festigkeit angegeben werden kann. Gerade im medizinischen Bereich ist jedoch eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 0% unter den auftretenden Einsatzspannungen gewünscht, um Reparationen zu vermeiden. It is known that as with all components made of ceramic materials ceramic dental root posts due to the statistical defect population Scatter strength values. This means that there is none for ceramic root posts individual strength value there, but that only one probability of failure for one characteristic strength can be specified. Especially in the medical field however, there is a 0% probability of failure among the occurring Tension voltages required to avoid reparations.

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 realisieren. Diese Überlastspannung wird auf Grundlage des sogenannten V_eff/S_eff-Modells (z. B. Munz, D. Fett, T.: Mechanisches Verhalten keramischer Werkstoffe, Springer, Berlin, 1989) kalkuliert. Dieses Rechenmodell ist so ausgelegt, daß die Ausfallwahrscheinlichkeit der Bauteile, die den Prooftest bestehen (kein Bruch), im späteren Einsatz in Bezug auf die zuvor definierte Einsatzbeanspruchung 0% ist.It is also known that a failure probability of 0% with a defined threshold voltage can be ensured by the proof test established in the technical field. This is a readout test. This means that the components that cannot withstand the stresses in later use are read out. The reading is done by the criterion fraction. The induced test voltage is selected as the overload voltage in order to implement a safety distance from the operational stress. This overload voltage is calculated on the basis of the so-called V _eff / S _eff model (e.g. Munz, D. Fett, T .: Mechanical behavior of ceramic materials, Springer, Berlin, 1989). This calculation model is designed in such a way that the failure probability of the components that pass the proof test (no breakage) is 0% in later use in relation to the previously defined operational stress.

Für einen langgestreckten Prüfling beschreibt die DE-GM 19 73 178 beispielsweise eine Prüfmaschine für die Einzeldrahtprüfung, in der ein metallischer Draht an seinen beiden Enden von zwei Spannfuttern festgehalten wird und zur Prüfung eine Zugkraft auf den Draht ausgeübt wird oder der Draht mit Hilfe weiterer Biege- und Verwindungsvorrichtungen geprüft wird. Diese Vorrichtung eignet sich insbesondere für Prüflinge aus duktilen Werkstoffen und erfordert das Einspannen der Prüflinge.For an elongate test object, DE-GM 19 73 178 describes, for example Testing machine for single wire testing, in which a metallic wire on its two Is held by two chucks and to test a tensile force on the Wire is exercised or the wire with the help of further bending and Torsion devices is checked. This device is particularly suitable for Test specimens made of ductile materials and require the test specimens to be clamped.

Für Prüflinge aus sprödem Material, insbesondere aus einem keramischen Werkstoff, sind mehrere hierfür zugeschnittene Prooftests bekannt. Ein Beispiel hierfür ist ein Prooftest für Röhren aus gesinterter Keramik, die mittels eines aufgebrachten Innendrucks getestet werden, vgl. hierzu GB 1531557 "Proof-testing of the strength of tubes of sintered ceramic material". Die Verwendung von Thermospannungen für Prooftests ist beispielsweise aus der DE 44 19 750 C1 bekannt.For test objects made of brittle material, in particular made of a ceramic material, several proof tests tailored for this purpose are known. An example of this is a Proof test for tubes made of sintered ceramic, which are applied by means of an Internal pressure are tested, cf. GB 1531557 "Proof-testing of the strength of tubes of sintered ceramic material ". The use of thermal voltages for Proof tests are known for example from DE 44 19 750 C1.

Ebenso beschreibt die DE 197 05 412 A1 ein "Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung eines aus sprödem Material bestehenden Bauteils". Diese Schrift beschreibt eine Vorrichtung mit dazugehörigem Verfahren für die Prüfung von langgestreckten Prüflingen, bei dem Thermospannungen und rein mechanische Spannungen durch die Einwirkung rein mechanischer Kräfte simuliert werden, in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel für Ein- und Auslassventile bei Ottomotoren. Eine einfache Rotation des Prüflings, sodaß bei unveränderter Geometrie der Vorrichtung die Richtung der Krafteinwirkung für den Prüfling verändert ist, ist nicht offenbart.DE 197 05 412 A1 also describes a "method and device for testing a component made of brittle material ". This document describes a Device with associated method for testing elongated Test specimens in which thermal stresses and purely mechanical stresses are caused by the Influence of purely mechanical forces are simulated in the described Exemplary embodiment for intake and exhaust valves in gasoline engines. An easy one Rotation of the test specimen, so that the geometry of the device remains unchanged The direction of the force applied to the device under test is not disclosed.

Weiterhin sind "Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Festigkeit von Fasern, insbesondere von Keramikfasern" aus der DE 197 33 323 A1 bekannt, in der die Prüfung bzw. Erfassung von Messwerten zur Festigkeitsbestimmung von einzelnen Fasern mit Hilfe eines Drei- oder Vierpunkt Biegeversuchs beschrieben ist. Hierbei werden die Prüflinge ausschließlich in einer einzigen Richtung belastet.Furthermore, "Method and device for determining the strength of fibers, in particular of ceramic fibers "from DE 197 33 323 A1, in which the test or acquisition of measured values for determining the strength of individual fibers A three- or four-point bending test is described. Here, the DUTs are only loaded in one direction.

Es ist weiterhin bekannt, daß im medizinischen Bereich der Prooftest seit vielen Jahren als Auslesetest für Hüftgelenkendoprothesen (Werkstoff: Aluminiumoxid Al₂O₃ und Zirkonoxid ZrO₂) angewandt wird, wie beschrieben in der DE 197 18 615 A1 "Verfahren zum Prüfen von keramischen Pfannen für Hüftgelenkendoprothesen". Dabei werden die zu testenden keramischen Pfannen abgestimmt auf die physiologische Belastungssituation im Hüftgelenksbereich mit einer Überlast zyklisch beansprucht.It is also known that in the medical field the proof test has been used for many years as a readout test for hip joint endoprostheses (material: aluminum oxide Al ₂ O ₃ and zirconium oxide ZrO ₂ ), as described in DE 197 18 615 A1 "Method for testing ceramic pans for hip joint endoprostheses ". The ceramic pans to be tested are cyclically subjected to an overload due to the physiological load situation in the hip joint area.

Für keramische Komponenten, die im zahnmedizinischen oder zahntechnischen Bereich in Form von Prothesen oder Implantaten zum Einsatz kommen, sind bisher keine Testapparaturen entwickelt worden, mit denen die Bauteile einem Prooftest unterzogen werden können.For ceramic components used in dental or dental technology Area in the form of prostheses or implants have been used so far No test equipment has been developed with which the components are subjected to a proof test can be subjected.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Apparatur zu schaffen, mit der keramischen Dentalwurzelstifte kurz vor ihrem 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 orientieren.The object of the invention is to create an apparatus with which ceramic dental root posts can be checked for possible defects in the material shortly before their clinical use. The root posts should be mechanically stressed by an overload defined on the theoretical basis of the proof test (S _eff / V _eff model). The (tensile) stresses generated by this overload during the test in the component should be based on the maximum (tensile) stresses expected later in the mouth.

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.According to the invention, the object is achieved by a so-called proof test apparatus, commercially available dental root posts made of ceramic materials (e.g. made of aluminum oxide and zirconium oxide) are subjected to a readout test. The pencils are subjected to a bending load. The by the amount of bending load tensile stress generated is based on the stresses occurring in vivo.

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 maximalen Biegemoment unterzogen. Die Last wird über ein Gestänge, abgefedert durch ein Dämpfersystem mit einstellbarem Vorschub, aufgebracht.A necessary design feature of the present invention is that the load is applied as a four-point bending load. This will make the root post subjected to a maximum bending moment over a wide range. The burden will be via a linkage, cushioned by a damper system with adjustable feed, applied.

Ein weiteres notwendiges Konstruktionsmerkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Biegebelastung in definierten Winkelschritten mehrfach hintereinander aufgebracht werden kann. Der Wurzelstift wird dazu entlastet, um einen definierten Winkelschritt um seine Achse gedreht und anschließend wieder belastet. Dieser Vorgang wiederholt sich über dem gesamten Umfang des Wurzelstiftes. Dadurch wird ein maximal mögliches Teilvolumen bzw. eine maximal mögliche Teiloberfläche des dentalkeramischen Wurzelstiftes mit (für Keramik versagensrelevanten) Zugspannungen beansprucht und damit auf Fehlstellen hin geprüft.Another necessary design feature of the present invention is in that the bending load in defined angular steps several times in succession can be applied. The root canal is relieved to a defined Angle step rotated around its axis and then loaded again. This The process is repeated over the entire circumference of the root canal. This will a maximum possible partial volume or a maximum possible partial surface of the dental ceramic root post with (for ceramic failure-relevant) Tension stressed and thus checked for defects.

Weiterhin ist vorgesehen, die Rotationsbewegung des Wurzelstiftes vorzugsweise mit Hilfe eines Schrittmotors auszuführen.It is also provided that the rotational movement of the root post is preferably carried out with Using a stepper motor.

Ferner ist vorgesehen, daß die Rotationsbewegung alternativ mittels eines gerasterten Drehknopfes von Hand ausgeführt werden kann.It is also provided that the rotational movement alternatively by means of a gridded rotary knob can be carried out by hand.

Ferner ist 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 Wurzelstiftes aus einer ferromagnetischen Hülse, die mittels Konusklemmsitz auf den konischen Abschnitt des Wurzelstifts aufgesteckt ist.It is also provided that the coupling between the rotation unit and the root post via a releasable coupling. The coupling unit is on the side of the Rotation unit from an electromagnet and on the side of the dental Root pin made of a ferromagnetic sleeve, which by means of a conical clamp on the conical section of the root post is attached.

Ferner ist vorgesehen, daß die Rotationseinheit in Richtung der Wurzelstiftachse verschiebbar gelagert ist, so daß sie an den Wurzelstift mit aufgesteckter ferromagnetischer Hülse herangefahren und wieder zurückgefahren werden kann.It is also provided that the rotation unit in the direction of the root pin axis is slidably mounted so that it is attached to the root post ferromagnetic sleeve can be moved up and down again.

Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise auch dadurch weitergebildet sein, daß kurz vor der jeweiligen Belastung des keramischen Dentalwurzelstiftes durch Abschalten des Elektromagneten die Verbindung zwischen Wurzelstift (mit aufgeklemmter ferromagnetischer Hülse) und Rotationseinheit getrennt und die Rotationseinheit zurückgefahren werden kann.The invention can advantageously be further developed in that short before the respective load on the ceramic dental root post by switching off the Electromagnet the connection between root post (with clamped ferromagnetic sleeve) and rotation unit separately and the rotation unit can be reduced.

Ferner kann die Erfindung in vorteilhafter Weise dadurch weitergebildet sein, daß nach dem jeweiligen Belastungsvorgang des dentalkeramischen Wurzelstiftes zum Drehen des Stiftes in einem definierten Winkelschritt nach Heranfahren der Rotationseinheit an den Wurzelstift durch Anschalten des Elektromagneten die Verbindung zwischen Wurzelstift (mit aufgeklemmter ferromagnetischer Hülse) und Rotationseinheit drehmomentübertragend geschlossen werden kann.Furthermore, the invention can be developed in an advantageous manner in that after the respective loading process of the dental ceramic root post for turning of the pin in a defined angular step after moving the rotation unit the root pin by switching on the electromagnet the connection between Root pin (with ferromagnetic sleeve clamped on) and rotation unit can be closed to transmit torque.

Auf der beiliegenden Skizze mit angefügter Bezugszeichenliste ist ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung dargestellt. On the attached sketch with attached list of reference symbols is a Embodiment shown for the invention.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

keramischer Dentalwurzelstift
ceramic dental root canal

22

unteres Auflager mit Rollen
lower support with rollers

33

oberes Auflager mit Rollen
upper support with rollers

44

Last
load

55

Gestänge
linkage

66

Dämpfersystem
damper system

77

Rotationseinheit, in Richtung der Wurzelstiftachse verfahrbar
Rotation unit, can be moved in the direction of the root post axis

88th

Elektromagnet
electromagnet

99

ferromagnetische Hülse mit angepaßtem Innenkonus
ferromagnetic sleeve with adapted inner cone

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.Annotation:
The four-point bending unit includes components 2 and 3,
components 3-6 belong to the load unit,
components 7 and 8 and
Components 8 and 9 belong to the coupling unit.

Claims

1. Proof test apparatus for elongate test specimens in the dental field with a rotary element (7, 8) that rotates around the axis of the test specimen at one end and that detects it at one end,
with a four-point load bearing (2, 3), which has two load bearing elements on opposite sides of the test object, the elements arranged on one side being arranged between those arranged on the other side. Elements,
with one of the elements lying on one side of the test specimen supporting rod (5) and
with a damping system (6) assigned to the pressure linkage (5).

2. Proof test apparatus according to claim 1, characterized in that the rotation unit (7, 8) can be moved in the axial direction of the test object.

3. Proof test apparatus according to one of the preceding claims, characterized indicates that the test specimen is connected to the rotation unit (7, 8) via a current magnetic sleeve (9) is connectable.

4. Proof test apparatus according to one of the preceding claims, characterized indicates that weights to be applied are to be used as the load (4).

5. Proof test apparatus according to one of the preceding claims, characterized shows that the rotation unit (7, 8) consists of a shaft, at the end of which a Electromagnet (8) is located.

6. Proof test apparatus according to one of the preceding claims, characterized records that for the rotation of the rotation unit (7, 8) a stepper motor or a rasterized Hand knob is provided.

7. Procedure for loading elongated test specimens with relevant applications Tensile stresses with a proof test apparatus according to one of the preceding claims, wherein a test object is loaded several times in succession in defined angular steps around its axis rotated and subjected to a four-point bending load after each rotation has been completed and the load (4) via a linkage (5), cushioned by a damper system (6) adjustable feed is applied.

8. Use of the proof test apparatus according to one of the preceding claims, the proof test apparatus being used for dental root posts (1).