DE19606493C1 - Verfahren zum Brennen von dentalkeramischem Material und Brennofen hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Brennen von dentalkeramischem Material in einer Brennkammer, die von einem oder mehreren, von Thermosensoren gesteuerten Heizelementen beheizt wird, und in die ein verstellbarer Brenngutträger eingebaut ist, auf dem sich der metallische Träger befindet. Außerdem betrifft sie einen Brennofen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Metallischer Zahnersatz wird heute meist mit Dentalkeramik verblendet. Zu diesem Zweck werden dentalkeramische Massen auf die Metallteile in einem Brennofen bei höheren Temperaturen eingebrannt. Die Temperatur des Brennguts wird dabei durch Steuerung der Temperatur der Heizelemente des Brennofens eingestellt. Dabei ist man bestrebt, eine möglichst gleichmäßige Temperaturverteilung in der Brennkammer des Brennofens zu erreichen.

Die Qualität des verblendeten Zahnersatzes hängt entscheidend von der Temperaturführung in der Brennkammer ab. Bei der Steuerung der Temperatur in der Brennkammer über die Steuerung der Temperatur der Heizelemente ist nicht auszuschließen, daß bei erforderlichen Temperaturwechseln am Brennobjekt ein Überschwingen der Ist-Temperatur gegenüber den Sollwerten eintritt. Die Auswertungsergebnisse an vielen Öfen zeigten hier eine durchschnittliche Abweichung von ±20°C gegenüber der Soll- Temperatur. Bei einigen Öfen wurden im praktischen Einsatz auch deutlich höhere Abweichungen von bis zu mehr als 60°C registriert. Die Temperaturmessungen wurden dabei jeweils direkt am Objekt durchgeführt. Je mehr sich die Ist- Temperatur der Solidus-Temperatur der Legierung annähert, umso größer wird die Gefahr eines Gerüstverzuges der im Ofen plazierten Arbeit. Bei den in letzter Zeit zunehmend eingesetzten niedrigschmelzenden Metallkeramiksystemen und ebenso bei konventionellen Gold-Platin-Legierungen, die als sogenannte palladium- und kupferfreie Legierungen gehandelt werden, läßt sich eine deutliche Empfindlichkeit gegenüber Abweichungen der Brenntemperatur von den Soll-Werten registrieren. Im Ergebnis ist dort eine erhöhte Verzugsneigung aufgrund der überschwingenden Temperatur zu beobachten.

Aus dem DE 91 13 284 U1 ist es bekannt, die Temperaturführung am Brennobjekt zu verbessern, indem man die Temperatur innerhalb der Brennkammer möglichst nahe am Brennobjekt mißt. Dazu wird ein Thermosensor in der Brennkammermittelachse oberhalb des Brenngutträgers eingebaut. Außerdem wird ein Brenngutträger verwendet, der relativ zum Ofengehäuse verstellbar ist. Diese Anordnung beseitigt allerdings nicht die Nachteile des Überschwingens der Temperatur bei erforderlichen Temperaturwechseln.

Es war daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Brennen von dentalkeramischem Material in einer Brennkammer zu finden, die von einem oder mehreren, von Thermosensoren gesteuerten Heizelementen beheizt wird, und in die ein verstellbarer Brenngutträger eingebaut ist, auf dem sich die dentalkeramische Arbeit befindet, wobei die Temperatur am Brennobjekt stets möglichst nahe der gewünschten Soll-Temperatur gehalten werden sollte. Außerdem sollte ein entsprechender Brennofen entwickelt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Brennkammer ein Temperaturgradient erzeugt und über einen im Brenngutträger eingebauten Thermosensor durch Vergleich der Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur der verstellbare Brenngutträger längs des Temperaturgradienten in die gewünschte Temperaturzone gefahren wird.

Die Ausbildung des Temperaturgradienten kann durch die Anordnung der Heizelemente und/oder die Art der Beheizung erreicht werden. Die Ausrichtung des Temperaturgradienten ist beliebig, sollte jedoch auf eine möglichst einfache mechanische Verfahrung des Brenngutträgers abgestellt sein.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzt man vorteilhafterweise einen Brennofen, bestehend aus einem hitzebeständigen Gehäuse, in dem sich eine wärmeisolierte Brennkammer befindet, die von einem oder mehreren, von Thermosensoren gesteuerten Heizelementen beheizt wird, und in die ein verstellbarer Brenngutträger eingebaut ist, auf dem das Dentalteil befestigt ist. Dieser Brennofen ist dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente zur Ausbildung eines Temperaturgradienten in der Brennkammer unregelmäßig angeordnet oder ungleich beheizt werden, der Brenngutträger mit einem Thermosensor versehen und längs des Temperaturgradienten mittels einer mechanischen Einrichtung verschoben werden kann.

Die Verschiebung des Brenngutträgers kann elektromotorisch, pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Am besten bewährt hat sich die elektromotorische Verschiebung.

Die Verschiebung längs des Temperaturgradienten wird von einer Regelungstechnik vorgenommen, die die am Brenngutträger gemessenen Ist-Temperaturwerte mit den Soll-Temperaturwerten vergleicht und der mechanischen Verstelleinrichtung die entsprechenden Impulse liefert.

Überraschend hat sich gezeigt, daß bei der Steuerung der Temperatur des Brenngutes durch Verschieben des Brenngutes längs des Temperaturgradienten es zu deutlich genaueren Brennergebnissen kommt. Die zum Beispiel für die hydrothermalen dental-keramischen Massen notwendige exakte Einhaltung der Soll-Brenntemperatur läßt sich mit diesem Verfahren auch bei beliebig angeordneten Brennobjekten unter allen Umständen erreichen. Dies gilt nicht nur für einen definiert gesteuerten Aufheizvorgang, sondern auch für die ebenfalls sehr wichtige, definiert gesteuerte Halte- und Abkühlphase.

Das neue Brennverfahren ermöglicht zum Beispiel durch schnelle Abstandsänderungen zwischen Heizelement und Brennobjekt eine beliebig rasche Änderung der Objekttemperatur, die im wesentlichen nur noch von der Wärmekapazität und Oberflächenbeschaffenheit des Brennobjektes selber beeinflußt wird. Für den Einsatz moderner Keramikmassen, insbesondere hydrothermaler dental­ keramischer Massen, hat sich ebenso wie bei neueren verzugsempfindlichen Edelmetallegierungen gezeigt, daß dieses Verfahren von wesentlicher Bedeutung für den Brennerfolg ist.

Für das Beladen der Brennkammer ist eine abdichtbare Öffnung in der Brennkammer erforderlich. Da diese zweckmäßigerweise unterhalb des Brenngutträgers liegt, ist dieser zumindest in Teilen vorteilhafterweise aus wärmeisolierendem und/oder reflektierendem Material ausgeführt. Zur Erzielung guter Vakuumeigenschaften kann der Brenngutträger aus gasdichtem Material hergestellt, beziehungsweise zum Teil mit geeignetem Material gasdicht ummantelt werden. Durch eine oder mehrere Bohrungen im Brenngutträger sind ein oder mehrere von außen zugeführte Thermoelemente angebracht, welche in der Nähe der Brennobjekte die Temperatur messen.

Anhand der Abbildung wird schematisch eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennofens dargestellt.

Der Brennofen besteht aus einem Quarzrohr (1), dessen unterer Teil (11) gasdicht mit einem Metallflansch (2) verbunden ist. Die Wandung des Metallflansch (2) ist mit einem Gaseinlaßstutzen (3) versehen, der obere, abgerundete Teil des Quarzrohres (1) mit einem Vakuumanschluß (4). Am oberen Teil des Quarzrohres (1) befindet sich eine Heizung (5), welche über ein oder mehrere Thermoelemente (6) und über einen oder mehrere Temperaturregler (7) gesteuert wird.

Der Metallflansch (2) wird durch eine Verschlußplatte (8), welche mit einer vakuumdichten Durchführung (9) für das Führungsrohr (10) versehen ist, mit Hilfe von Dichtringen vakuumdicht verschlossen. Das Führungsrohr (10) wird am oberen Ende durch die Brennsockelplatte (12) mit Bohrung abgedeckt, auf der der Brennsockel (13) plaziert ist. Der Brennsockel (13) besteht aus gasdichter Keramik, vorzugsweise aus keramischem Faserisoliermaterial, welches allseitig in Quarzglas eingeschmolzen ist. Zur besseren Wärmereflektion kann im oberen Teil des Brennsockels (13) ein Metallspiegel (14) mit eingeschmolzen werden. Auf dem Brennsockel (13) wird der Brenngutträger (15) mit dem Brenngut (16) plaziert. Der Brenngutträger (15) als auch der Brennsockel (13) besitzen eine Durchführung für ein oder mehrere Thermoelemente (17), welche in unmittelbarer Nähe des Brenngutes (16) angeordnet sind.

Das bzw. die Thermoelemente (17) sind durch den Brennsockel (13) und das Führungsrohr (10) geführt und vakuumdicht verschlossen. Die Thermoelementenden sind mit einer Temperaturreglereinheit (19) verbunden, dessen Impulse über eine Hebe-/Senkeinrichtung (18) auf das Führungsrohr (10) weitergegeben werden.

Zum Beschicken des Brennofens mit dem Brenngut (16) wird die Verschlußplatte (8) mittels einer elektrischen Mechanik gesenkt oder das Quarzrohr (1) angehoben.

Der gesamte Brennofen ist mit einem hitzebeständigen Gehäuse umkleidet, wobei im vertikalen Bereich der Quarzröhre ein Beobachtungsausschnitt für den Operator ausgespart ist. Darüber hinaus kann der Beobachtungsausschnitt mit einer Hitze- und lichtabsorbierenden Glasscheibe bei Bedarf geschlossen werden.

Zu Beginn des Brennvorgangs ist der Brennsockel (13) bis zur Verschlußplatte (8) abgesenkt, so daß das Brenngut (16) mit dem Brenngutträger (15) auf dem Brennsockel (13) plaziert werden kann. Der Thermosensor (17) ist in etwa auf der Höhe des Brenngutes angeordnet. Das Quarzrohr (1) wird nun auf die Verschlußplatte (8) abgesenkt, so daß der Brennofen geschlossen ist. Die Temperaturreglereinheit (19) ist mit dem Temperaturregler (7) gekoppelt, wobei eine Differenztemperatur zwischen dem Thermoelement (17) am Brenngut (16) und dem Temperaturregler (6) der Heizung (5) frei gewählt werden kann. Eine Basistemperatur von 800°C wird beispielsweise vorgegeben und der Temperaturregeleinheit (19) eingegeben.

Nach Drücken der Starttaste an der Temperaturregeleinheit (19) startet das Brennprogramm. Hierbei wird die Heizung (5) auf die Basistemperatur von 800°C gebracht, wobei gleichzeitig das Brenngut (16) zum Trocknen (Austreiben der Restfeuchtigkeit) für eine Zeit von 7 Minuten auf 130°C gebracht wird. Durch die Hebe-/Senkvorrichtung (18) wird das Brenngut (16) so lange in Richtung Heizung (5) gefahren, bis dessen Abstrahlwärme am Thermoelement (17) 130°C registriert. Bei zunehmender Heizungshitze (Basistemperatur 800°C) vergrößert sich die Abstrahltemperatur, welche vom Thermoelement (17) registriert wird und das Brenngut (16) nach unten fährt, damit die Trockentemperatur von 130 ±2°C eingehalten wird.

Die genaue Objekttemperatur wird durch geringfügiges Auf- und Abfahren des Brenngutes (16) eingehalten. Nach Ablauf der Trocknung wird die Objekttemperatur von 130°C mit einer Steigrate von 55°C/Minute bis auf eine Vorwärmtemperatur 550°C gebracht, indem sich die Hebevorrichtung in Richtung Heizung (5) nach oben bewegt. Ist die Temperatur von 550°C erreicht, wird diese Temperatur bis auf ±2° durch vertikales Pendeln eingehalten. Nach abgelaufener Vorwärmung startet eine Vakuumpumpe, bis ein vorbestimmtes Vakuum erreicht ist. Bis zum Erreichen dieses Vakuums wird die Objekttemperatur von 550°C beibehalten. Erst nach Erreichen des Vakuums wird die Objekttemperatur in 55°C/Minute von 550°C auf 930°C gebracht, indem die Hebevorrichtung weiter in Richtung Heizung (5) bewegt und die Heizung auf 1000°C gebracht wird. Nach Erreichen der Objekttemperatur von 930°C (±2°C) wird die Vakuumpumpe ausgeschaltet und das Quarzrohr (1) mit Luft geflutet. Anschließend wird das Brenngut (16) 1 Minute bei 930°C gehalten. Ist diese Zeit abgelaufen, bewegt sich das Brenngut (16) nach unten und pendelt sich bei der Abkühltemperatur I von 850 ±2°C während 3 Minuten ein. Eine weitere Abkühlzeit II von 2 Minuten, bei einer Abkühltemperatur II von 650°C erfolgt nach dem gleichen Muster wie bei der Abkühlphase I.

Nach Ende der Abkühlphase schaltet die Heizung (5) ab und das Brenngut (16) fährt bis zur Verschlußplatte (8) ab. Danach kann der Brennofen geöffnet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß das Brenngut (16) parallel mit den Thermoelementen (17) in einem vertikalen Temperaturgradienten bewegt wird. Bedingt durch den metallisch blanken Thermosensor und die geringe Massenmenge des Meßpunktes wird die Objekttemperatur praktisch ohne Zeitverzögerung gemessen. Die reale Temperatur des Brenngutes entspricht der zeitlichen Verzögerung der Wärmeleitdifferenz zwischen Sensor und metallkeramischen Objekt. Sie beträgt ca. 20 Sekunden. Diese Zeitverzögerung ist für das Brennergebnis nicht relevant, da der Brennzustand durch die Vorgabe des Brennprogramms exakt reproduziert werden kann.

Claims (2)

1. Verfahren zum Brennen von dentalkeramischem Material in einer Brennkammer, die von einem oder mehreren, von Thermosensoren gesteuerten Heizelementen beheizt wird, und in die ein verstellbarer Brenngutträger eingebaut ist, auf dem sich der metallische Träger befindet, dadurch gekennzeichnet, daß in der Brennkammer ein Temperaturgradient erzeugt und über einen im Brenngutträger eingebauten Thermosensor durch Vergleich der Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur der verstellbare Brenngutträger längs des Temperaturgradienten in die gewünschte Temperaturzone gefahren wird.

2. Brennofen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem hitzebeständigem Gehäuse, in dem sich eine wärmeisolierte Brennkammer befindet, die von einem oder mehreren, von Thermosensoren gesteuerten Heizelementen beheizt wird, und in die ein verstellbarer Brenngutträger (15) eingebaut ist, auf den das zu verblendende Dentalteil (16) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (5) zur Ausbildung eines Temperaturgradienten in der Brennkammer unregelmäßig angeordnet oder ungleich beheizt sind, der Brenngutträger (15) mit einem Thermosensor (17) versehen und längs des Temperaturgradienten mittels einer mechanischen Einrichtung (18) verschoben werden kann, wobei die Temperaturregeleinheit (19), welche mit dem Thermosensor (17) und dem Temperaturregler (7) gekoppelt ist, die Ist- und Soll-Temperaturwerte vergleicht und die Impulse an die mechanische Verstelleinrichtung weitergibt.