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Die
Erfindung betrifft einen Gegenelektrodentopf zur Herstellung eines
Grünkörpers, insbesondere
eines Grünkörpers für dentale
Anwendungen, wobei der Grünkörper aus
einer im Gegenelektrodentopf aufgenommenen, die abzuscheidenden Partikel
enthaltenden Suspension elektrophoretisch auf eine Abscheidelektrode
abscheidbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Herstellung eines Grünkörpers insbesondere
für dentale
Anwendungen, die eine Abscheidelektrode und einen mit der Abscheidelektrode zusammenwirkenden
Gegenelektrodentopf aufweist, wobei der Grünkörper unter Anlegung einer Spannung
zwischen Abscheidelektrode und Gegenelektrodentopf durch eine elektrophoretische
Abscheidung von Partikeln, die in dem Gegenelektrodentopf in einer
Suspension enthalten sind, bildbar ist.
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Ein
derartiger Gegenelektrodentopf sowie eine derartige Vorrichtung
sind bekannt und werden beispielsweise zur Herstellung von metallfreiem,
vollkeramischem Zahnersatz verwendet. Allgemein werden hierbei auf
einer in eine Suspension eingetauchten Abscheidelektrode unter Anlegen
einer Spannung in der Suspension befindlichen Partikel zur Ausbildung
eines Grünkörpers elektrophoretisch
abgeschieden. Als Gegenelektrode dient dabei ein elektrisch leitender
Gegenelektrodentopf, der gleichzeitig als Aufnahmegefäß für die Suspension
fungiert. Die Abscheidung erfolgt im wesentlichen auf zwei unterschiedliche
Arten: Bei einer direkten Abscheidung werden die in der Suspension
befindliche Partikel unmittelbar auf einer in der Regel metallischen
leitfähigen
Oberfläche
der Abscheidelektrode abgeschieden. Hierbei ist jedoch von Nachteil,
dass auftretende Gasbläschen,
die zur Abscheidelektrode wandern, dort die ungestörte Abscheidung
der Partikel behindern und zu großen, geöffneten Poren bzw. Schlieren im
Grünkörper führen können. Weiterhin
besteht bei der direkten Abscheidung, insbesondere wenn diese auf
einem mit metallischem Leitlack beschichteten Formkörper erfolgt,
die Gefahr, dass Teile des Leitlacks beim Abziehen des abgeschiedenen
Grünkörpers an
dessen Innenseite zurückbleiben
und in der Folge zu Verfärbungen
bzw. veränderten
Eigenschaften des Zahnersatzes führen
können.
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Bei
einer indirekten Abscheidung oder Membrantechnik wird dagegen eine
poröse
Abscheidelektrode – beispielsweise
aus Gips – als
Formkörper
verwendet, in deren Inneren sich im allgemeinen in Ausnehmungen
aufgenommene metallische Elektrodenteile befinden. Obwohl zur Erhöhung der
Leitfähigkeit die
Ausnehmungen oftmals mit leitender Ausgleichsflüssigkeit versehen sind, weisen
die indirekten Abscheidungstechniken dennoch in nachteiliger Weise deutlich
geringere Abscheidungsraten auf, so dass entweder die Abscheidedauer
erhöht
bzw. die Spannung heraufgesetzt werden muss.
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Ebenfalls
bekannt ist eine Kombination aus direkter und indirekter Abscheidung,
die insbesondere bei der Herstellung von dentalen Brücken eingesetzt
wird. Diese weisen kappenförmige
Randbereiche auf, die bei der späteren
Verwen dung des Zahnersatzes über
die noch bestehenden Zahnstümpfe gesteckt
werden, sowie einen Bereich, der als Brückenzwischenglied zum Überbrücken einer
zwischen zwei Zähnen
befindlichen Zahnlücke
dient. Während in
den Randbereichen eine relativ geringe Abscheidung gewünscht wird,
um grazile Brückenkonstruktionen
ausbilden zu können,
ist im Bereich des Brückenzwischenglieds
und insbesondere im Übergangsbereich
zwischen den kappenförmigen
Randbereichen und dem Brückenzwischenglied
eine hohe Materialstärke
erforderlich, um eine hinreichend hohe mechanische Stabilität der Brücke zu gewährleisten.
Um dies zu erreichen, erfolgt in den kappenförmigen Randbereichen die Abscheidung
indirekt unter Verwendung von porösen Formkörpern als Membrane, während im
Bereich des Brückenzwischengliedes
die Abscheidung unter Verwendung der direkten Technik unmittelbar
auf eine Abscheidelektrode erfolgt.
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Das
Gebrauchsmuster DE 20 2005 006 156 der Anmelderin schlägt vor,
dass zur Herstellung eines Grünkörpers für eine mindestes
dreigliedrige Brücke
die Abscheidelektrode mindestens zwei Positivabdrücke zweier
Zahnstümpfe
und mindestens ein Positivmodell eines zu ersetzenden Zahns aufweist, wobei
die am Positivmodell anliegende Spannung und/oder dessen elektrische
Leitfähigkeit
größer ist als
die an den Positivabdrücken
der Abscheidelektrode anliegende Spannung und/oder deren Leitfähigkeit.
Bei der vorgenannten Druckschrift ist also vorgesehen, dass in dem
Bereich, in den eine größere Abscheidung
der Partikel der Suspension stattfinden soll, eine höhere Spannung
und/oder eine höhere Leitfähigkeit
der Abscheidelektrode vorgesehen ist. Hierdurch wird erreicht, dass
im Bereich des Brückenzwischenglieds
eine dickere Schicht abgeschieden wird, während im Bereich der kappenförmigen Randbereiche
eine geringere Abscheidung stattfindet. Die in der vorgenannten
Druckschrift beschriebene Vorgehensweise erlaubt damit die Herstellung von
grazilen Brückenkonstruktionen
bei gleichzeitig hoher Steifigkeit derselben.
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Bei
sämtlichen
Vorgehensweisen werden bislang vollständig aus leitfähigem Material
bestehende, als Behältnis
für die
Suspension dienende Gegenelektro dentöpfe benutzt. Diese weisen jedoch den
Nachteil auf, dass sie einen in sie eingetauchten Formkörper nahezu
allseitig umgeben und somit eine – aus vorgenannten Gründen hier
nicht erwünschte – gleichmäßige Abscheidung
der Partikel der Suspension auf der gesamten Formkörperoberfläche begünstigen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Gegenelektrodentopf
sowie eine Vorrichtung zur elektrophoretischen Abscheidung eines Grünkörpers derart
weiterzubilden, dass die selektive Abscheidung der Partikel einer
Suspension auf bestimmte Bereiche des Formkörpers verbessert wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Gegenelektrode dadurch gelöst, das
der Gegenelektrodetopf einen Behälter
aufweist, der zumindest in dem bei der elektrophoretischen Abscheidung wirksamen
Bereich elektrisch nichtleitend oder elektrisch gering-leitend ist,
und dass der Gegenelektrodentopf eine elektrisch leitende Gegenelektrode
besitzt, die im Inneren des Behälters
angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht die Verwendung eines
erfindungsgemäßen Gegenelektrodentopfs vor.
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Durch
diese erfindungsgemäßen Maßnahmen
wird – im
Gegensatz zu bisher bekannten Gegenelektrodentöpfen – nicht mehr die gesamte innere Oberfläche des
Gegenelektrodentopfs als Gegenelektrode verwendet, sondern diese
Funktion wird in vorteilhafter Weise auf die im erfindungsgemäßen Gegenelektrodentopf
angeordnete Gegenelektrode beschränkt. Hierdurch wird in vorteilhafter
Weise die selektive Abscheidung der Partikel der Suspension an der
Oberfläche
des Formkörpers
verbessert.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Gegenelektrode
mindestens einen vorstehenden Bereich aufweist. Hierdurch wird die Dicke
der Abscheidung örtlich
beeinflussbar und es ist in vorteilhafter Weise – beispielsweise bei Brücken mit
einem zurückgesetzten
mittigen Brückenbereich – möglich, durch
eine geeignete Anordnung und Ausbildung der Gegenelektrode deren
Abstand zu diesem das Brückenzwischenglied
ausbildenden Bereich des Formkörpers
zu verkürzen,
um somit die elektrische Feldstärke
in diesem Bereich des Formkörpers
zu erhöhen
und die Abscheidung dort zu verstärken.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
der vorstehende Bereich der Gegenelektrode eine Ausnehmung aufweist,
die vorzugsweise in der Form einer durchgehenden Nut ausgebildet
ist. Hierbei wird an den Außenkanten
der Ausbildung unter Ausnutzung des so genannten Spitzeneffekts
(„Spitzenentladung") die Feldliniendichte bzw.
die Feldstärke
erhöht
und somit in dem zugeordneten Bereich des Formkörpers die Abscheidung ebenfalls
verstärkt.
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Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass
die Gegenelektrode des Gegenelektrodentopfs in oder auf den Boden
des Gegenelektrodentopfs auswechselbar ein- oder aufgesetzt ist.
Hierdurch kann in vorteilhafter Art und Weise die Gegenelektrode
aus dem Gegenelektrodentopf entfernt werden bzw. unterschiedliche
Gegenelektroden in den Gegenelektrodentopf eingesetzt werden.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel
zu entnehmen, das im Folgenden anhand der Figuren beschrieben wird.
Es zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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2:
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel
entlang der Linie II-II der 1,
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3:
einen Querschnitt durch das Ausführungsbeispiel
entlang der Linie III-III der 2 sowie einen
sich darin befindlichen Formkörper.
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In 1 ist
schematisch ein Gegenelektrodentopf 1 für eine Vorrichtung zur Herstellung
eines Grünkörpers dargestellt.
Er umfasst einen topfartigen Behälter 2,
der im Gegensatz zu bisher bekannten Gegenelektrodentöpfen zumindest
in seinem bei der elektrophoretischen Abscheidung wirksamen Bereich
aus einem elektrisch nicht-leitenden Material oder zumindest aus
einem Material mit geringer elektrischer Leitfähigkeit hergestellt ist. In
einem Boden 2' des
Gegenelektrodentopfs 1 ist eine elektrisch leitende Gegenelektrode 3 eingesetzt,
die an ihrem unteren Ende einen Stab 4 aufweist, der durch
eine Öffnung 5 des
Behälters 2 hindurchtritt
und zum Anschluss einer Spannung dient. Obwohl diese Ausführung bevorzugt
wird, kann die Gegenelektrode 3 bzw. deren Anschluss jedoch
auch durch die obere Öffnung
des Behälters 2 des
Gegenelektrodentopfes 1 in diesen eintreten. Eine Anordnung
der Gegenelektrode 3 auf oder in dem Boden 2' des Behälters 2 und/oder
das Vorsehen einer Öffnung 5 in
dessen Boden 2' ist
daher nicht zwingend erforderlich.
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Zur
elektrophoretischen Abscheidung eines Grünkörpers auf einem als Abscheidelektrode 6 dienenden
Formkörper 6' wird dieser
Formkörper 6' – wie in 3 dargestellt – teilweise
in den mit einer Suspension 7 gefüllten Behälter 2 eingetaucht
und der Gegenelektrode 3 gegenüberliegend plaziert. Dem Fachmann
ist hierbei bekannt, wie er die hier nicht näher beschriebene Halterung 14 sowie
die Elektroden E1–E3
und die Ausgestaltung der Abscheidelektrode 6 entsprechend
der eingesetzten Abscheidetechnik auszubilden hat. Durch das Anlegen
einer entsprechenden Gleichspannung zwischen Abscheidelektrode 6 und
Gegenelektrode 3 werden die in der Suspension befindlichen,
elektrisch geladenen Partikel auf dem Formkörper 6' abgeschieden. Bevorzugt wird hierbei,
dass die Gegenelektrode 3 als Kathode und die Abscheidelektrode 6 als
Anode gepolt ist. Selbstverständlich
ist in Abhängigkeit
von den abzuscheidenden Partikeln auch eine umgekehrte Polung möglich.
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Im
Gegensatz zu bisher bekannten Gegenelektrodentöpfen ist beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel
der elektrisch leitfähige
Bereich auf die Gegenelektrode 3 beschränkt. Hierdurch lässt sich
in vorteilhafter Art und Weise die elek trophoretische Abscheidung
auf den in 3 gezeigten, als Abscheidelektrode 6 dienenden
Formkörper 6' derart steuern, dass
eine selektive Abscheidung auf der Oberfläche des Formkörpers 6' möglich ist.
Denn:
Während
bei den bekannten Gegenelektrodentöpfen die gesamte als Gegenelektrode
wirkende innere Oberfläche
des Behälters
den eingetauchten Formkörper
elektrisch leitend nahezu allseitig umgibt, und daher eine im wesentlichen
gleichmäßige Abscheidung
der in der Suspension gelösten
Partikel auf der gesamten Formkörperoberfläche bewirkt,
wird durch die nicht- oder nur gering-leitende Ausbildung des Gegenelektrodentopfes 1 in
Verbindung mit der elektrisch leitenden Gegenelektrode 3 eine
verstärke
Abscheidung in dem der Gegenelektrode 3 zugeordneten Bereich
des Formkörpers 6' hervorgerufen.
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Die
Funktionsweise einer den beschriebenen Gegenelektrodentopf 1 verwendenden
Vorrichtung wird nun anhand der 3 beschrieben,
wobei die dort gezeigte Anordnung der Herstellung einer dreigliedrigen
Brücke
dient: Der Formkörper 6' wurde mittels
dentaltechnisch gängiger
Methoden von zwei durch eine Zahnlücke getrennten Zahnstümpfen abgeformt
und um ein den verlorengegangenen Zahn substituierendes Zwischenglied
ergänzt.
Der Formkörper 6' stellt somit
das Positivmodel einer Brückenprothetik
dar und weist den Positivabdruck Z1 und Z2 zweier Zahnstümpfe sowie
einen Bereich Z3 für
den zu ersetzenden Zahn auf.
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Da – wie bereits
oben erläutert – es aus Gründen der
Festigkeit und Steifigkeit bevorzugt wird, dass im Bereich Z3, welcher
später
das Brückenzwischenglied
ausbildet, und insbesondere im Übergangsbereich
zwischen dem Brückenzwischenglied
und den kappenförmigen
Randbereichen eine verstärke
Materialabscheidung stattfindet, wird die Abscheidelektrode 6 über der
Gegenelektrode 3 des Gegenelektrodentopfes 2 derart
angeordnet, dass der Bereich Z3 des späteren Brückenzwischenglieds vorzugsweise
unmittelbar über
der Gegenelektrode 3 liegt. Hierdurch wird erreicht, dass
das durch die Abscheidelektrode 6 und die Gegenelektrode 3 aufgebaute
elektrische Feld in diesem Bereich eine höhe re Feldstärke besitzt und somit eine
größere Abscheidung
bewirkt als im Bereich der die kappenförmigen Randbereiche ausbildenden
Positivabdrücke
Z1 und Z2 des Formkörpers 6'. Da der Behälter 2 des
Gegenelektrodentopfes 1 nicht- oder nur gering-leitend ausgebildet
ist, ist die Feldstärke
des elektrischen Feldes im äußeren Bereich
der Positivabdrücke
Z1 und Z2 nur gering, so dass hier im Vergleich zu dem zwischen
den beiden Positivabdrücken
Z1 und Z2 liegenden Bereich Z3 eine geringere Abscheidung der Partikel
der Suspension stattfindet.
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Der
Gegenelektrodentopf 1 bewirkt in Verbindung mit der Gegenelektrode 3,
dass auf den Formkörper 6' in Abhängigkeit
von der Anordnung und Ausbildung der Gegenelektrode 3 selektiv
auf bestimmte Bereiche (hier auf den Bereich des Brückenzwischengliedes
Z3) eine höhere
Abscheidung der Partikel erreicht wird, als in den weiter von der Gegenelektrode 3 entfernten, äußeren Randbereichen
der Positivabdrücke
Z1 und Z2.
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Um
die Abscheidung in diesem Bereich des Formkörpers 6' weiter zu steigern, ist bei dem
beschriebenen Ausführungsbeispiel
vorgesehen, dass die Gegenelektrode 3 einen über ihre
Grundfläche 3' hervorstehenden
Bereich 10 besitzt. Hierdurch wird der Abstand zwischen
dem Bereich Z3 des Formkörpers 6' und der Gegenelektrode 3 weiter
verringert, was zu einer Erhöhung
der Feldstärke
des elektrischen Feldes und somit zu einer Erhöhung der Abscheidrate führt.
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Vorzugsweise
ist hierbei vorgesehen, dass der hervorstehende Bereich 10 der
Gegenelektrode 3 derart ausgebildet ist, dass eine weitere
Erhöhung der
zwischen der Gegenelektrode 3 und dem Bereich Z3 des Formkörpers 6' herrschenden
Feldstärke
bewirkt wird, indem der so genannte Spitzenentladungseffekt ausgenutzt
wird. Eine bevorzugte Ausgestaltung der derart ausgebildeten Gegenelektrode 3 ist,
dass der hervorstehende Bereich 10 mindestens eine hervorstehende
Kante 12 besitzt, welche den Spitzeneffekt bewirkt. Im
beschriebenen Fall weist die Gegenelektrode 3 zwei hervorstehende Kanten 12 auf,
die derart ausgebildet sind, dass der hervorstehende Bereich 10 aus
zwei leitenden Materiallaschen 13 gebildet ist, die durch
eine Ausnehmung 11, welche vorzugsweise als Nut 11' ausgebildet
ist, voneinander getrennt sind.
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Ebenfalls
möglich
sind zahlreiche weitere Ausgestaltungen der Gegenelektrode 3 sowie
deren hervorstehender Bereiche 10, die vorzugsweise an den
jeweiligen Formkörper 6' angepasst sind.
Weiterhin sind statt der Ausbildung des hervorstehenden Bereichs 10 mit
Kanten 12 zahlreiche weitere Ausführungen wie beispielsweise
Spitzen möglich.
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Bevorzugt
wird auch, dass die Gegenelektrode 3 auswechselbar in den
Gegenelektrodentopf 1 einsetzbar ist. Eine derartige Maßnahme erlaubt
in vorteilhafter Art und Weise, in ein und demselben Gegenelektrodentopf 1 unterschiedlich
gestaltete Gegenelektroden 3 zu verwenden, so dass in vorteilhafter
Art und Weise an unterschiedlich gestaltete Formkörper 6' angepasste
Gegenelektroden 3 verwendet werden können.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, dass der beschriebene Gegenelektrodentopf 1 aus
einem nicht- oder nur gering-leitenden Material in Verbindung mit
der elektrisch leitenden Gegenelektrode 3 in vorteilhafter
Art und Weise das selektive Abscheiden von Partikel, die in der
im Gegenelektrodentopf 1 enthaltenen Suspension gelöst sind,
ermöglicht.
Der Gegenelektrodentopf 1 kann in Verbindung mit einer elektrophoretischen
Membranabscheidung, einer elektrophoretischen Direktabscheidung
oder einer Kombination der vorgenannten Methoden eingesetzt werden,
wobei bevorzugt wird, dass zur Unterstützung der Selektivität der Partikelabscheidung
der Formkörper 6' derart ausgebildet
ist, dass in dem oder den Bereichen Z3, in denen eine größere Abscheiderate
erwünscht
ist, die elektrische Leitfähigkeit
des Formkörpers 6' und somit der
Abscheideelektrode 6 größer ist
als in den Bereichen Z1, Z2, in denen nur eine geringere Abscheidung
erfolgen soll.