DE3315006C2 - Bestrahlungsgerät zur Strahlungspolymerisation von Kunststoffen in Zahnersatzteilen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Bestrahlungs­ gerät, wie es im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 im Hin­ blick auf die deutsche Gebrauchsmusterschrift DE 80 07 265 U1 als bekannt vorausgesetzt wird.

Das aus dieser Gebrauchsmusterschrift bekannte Gerät zum Behandeln von Zahnersatzteilen enthält als Lichtquelle eine Halogen-Wolfram-Niederspannungslampe, die in einem para­ boloidförmigen Reflektor angeordnet ist. Zur Aufnahme der zu behandelnden Zahnersatzteile diente eine Schublade, in der ein topfförmiger zweiter Reflektor angeordnet ist, dessen obere kreisförmige Öffnung die gleiche Größe hat wie die nach unten gerichtete Öffnung des der Lampe zugeordneten ersten paraboloidförmigen Reflektors.

Aus der US-PS 4,167,669 ist es bekannt, strahlungspolymeri­ sierbare Materialien mit Hilfe von gepulsten Blitzlampen zu polymerisieren. Bei einem näher beschriebenen Ausführungs­ beispiel sind zwei im Abstand parallel zueinander angeordnete stabförmige Blitzlampen vorgesehen, denen jeweils ein eigener, im Querschnitt parabelförmiger Reflektor zugeordnet ist.

Aus der DE-OS 26 07 249 ist ein Bestrahlungsgerät für den ultravioletten Spektralbereich bekannt, das eine Wolfram- Halogen-Lampe als Strahlungsquelle, einen Lichtleiter und ein dielektrisches Dünnschichtfilter enthält, welches den kurz­ welligen Anteil der von der Lampe emittierten Strahlung in den Lichtleiter reflektiert, die unerwünschte langwellige Strahlung durchläßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Bestrahlungsgerät anzugeben, das eine gleich­ mäßige, intensive und allseitige Bestrahlung von Zahnersatz­ teilen gewährleistet und preiswert hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein Bestrahlungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen eines solchen Bestrahlungsgerätes sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 9.

Das vorliegende Bestrahlungsgerät enthält also eine, vom Bestrahlungsraum aus gesehen, ausgedehnte Blitzlampe, ins­ besondere Xenon-Blitzlampe, mit einem rohrförmigen, gebogenen, sich in zwei Dimensionen einer Fläche erstreckenden und daher eine gewisse Fläche einnehmenden Kolben, der vorzugsweise mindestens 80 mm lang ist. Der Kolben hat vorzugsweise die Gestalt einer Wendel, die eine vollständige Windung und von dieser in gleicher Richtung parallel abstehende Enden aufweist, so daß der gewundene Teil des Kolbens sich über etwa 540° erstreckt. Der Kolben der Blitzlampe kann jedoch auch kreisförmig, U-, W-, S- oder Z-förmig sein.

Der der Blitzlampe zugeordnete pyramidenstumpfförmige Reflektor, der vorzugsweise aus dielektrischem Material besteht, ist vorteilhafterweise aus ebenen Dünnschicht- Interferenzfilterplatten zusammengekittet. Das Interferenz-Dünnschichtfilter ist vorzugsweise so ausgelegt, daß es Strahlung im Bereich von etwa 300 bis 520 Nanometer reflektiert, langwelligere Strahlung jedoch durchläßt. Der Reflektor kann jedoch auch ganz oder zumindest an seiner Oberfläche aus mikrokristallinem Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Keramik bestehen.

Die Aufnahmevorrichtung für das bestrahlende Zahnersatzteil, die den Bestrahlungsraum begrenzt, ist vorzugsweise eine dickwandige Wanne aus PTFE oder Keramik. Die Wandstärke wird im allgemeinen zwischen etwa 2 und 5 mm, insbesondere bei etwa 4 mm liegen. Die Wanne hat vorzugsweise einen etwa quadratischen Querschnitt mit abgerundeten Ecken und weist vorzugsweise Löcher auf, z. B. im Boden, um den Durchtritt von Kühlluft zu ermöglichen.

Eine dickwandige Wanne aus PTFE hat den wesentlichen Vorteil, daß der zu polymerisierende Kunststoff, z. B. eine Verblendung des Zahnersatzteils, wegen der Durchlässigkeit von PTFE für langwellige Strahlung bei der Polymerisation relativ kalt bleibt und daher weniger schrumpft. Dieser Vorteil wird trotz der relativ hohen Transparenz von PTFE ohne wesentliche Verlängerung der Polymerisa­ tionszeit im Vergleich zu einem metallischen Reflektor erreicht, da die kurzwellige Strahlung durch das mikrokristalline PTFE in den Bestrahlungsraum zurückgestreut wird. Es hat sich ferner gezeigt, daß die Bestrahlung des zu polymerisierenden Kunststoffes sehr gleichmäßig ist. Das PTFE behält diese vorteilhaften Eigenschaften, während metallische Spiegel schnell matt und blind werden. Die Wanne umgibt das Zahnersatzteil mit erheblichem Abstand, berührt den zu polymerisierenden Kunststoff also nicht oder allenfalls nur an kleinflächigen Bereichen, so daß eine gleichmäßige Bestrahlung gewährleistet ist.

Die Geräuschentwicklung der im Impulsbetrieb arbeitenden Blitzlampe kann durch eine Reihe von Maßnahmen klein gehalten werden, die für sich allein, vorzugsweise jedoch in Kombination zu mehreren oder allen angewendet werden. Der Xenon-Druck soll in der Xenon-Blitz­ lampe im Bereich zwischen 20 kPa und 55 kPa (ca. 150 Torr und 400 Torr) liegen und kann insbesondere 36,5 kPa (ca. 275 Torr) betragen.

Der Kolben der Blitzlampe hat vorzugsweise eine Länge zwischen etwa 150 und 400 mm, am zweckmäßigsten etwa 250 mm, und einen Innendurchmesser zwischen 4 und 10 mm, vorzugsweise etwa 7 mm.

Die Pulslänge soll zwischen 0,1 und 2 ins liegen und vorzugsweise 0,4 . . . 0,5 ms betragen.

Die Impulswiederholungsfrequenz soll zwischen 10 und 60 Hertz liegen und vorzugsweise einen ganzzahligen Bruchteil der Netzfre­ quenz, insbesondere die halbe Netzfrequenz (25 bzw. 30 Hz) betragen.

Die Betriebsspannung der Lampe kann je nach Kolbendurchmesser, Kolbenlänge und Fülldruck zwischen 600 und 2000 Volt, insbesondere bei etwa 1500 Volt liegen. Die mittlere elektrische Leistungsauf­ nahme der Blitzlampe kann bei den oben erwähnten, am meisten bevorzugten Werten ca. 350 W betragen.

Es ist ferner vorteilhaft, die Blitzlampe so zu zünden, daß die Zündung kurz nach dem Scheitelwert der den Speicherkondensator aufladenden Netzspannungshalbwelle erfolgt, also während des auf Null abfallenden Astes der Ladespannung.

Diese vorteilhaften Maßnahmen finden vorzugsweise bei allen Ausführungsformen der Erfindung Anwendung.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine horizontal geschnittene Draufsicht auf einen Teil eines Bestrahlungsgerätes gemäß einer Ausführungsform der Erfin­ dung;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt in einer Ebene II-II der Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt in einer Ebene III-III der Fig. 1;

Fig. 4 ein Schaltbild für das Bestrahlungsgerät gemäß Fig. 1 bis 3.

In den Fig. 1 bis 3 ist die derzeit bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bestrahlungsgerätes dargestellt. Dieses Bestrahlungsgerät enthält einen Rahmen 10, der in einem Außengehäu­ se 12 angeordnet ist. Der Rahmen 10 hat eine Frontplatte 14 mit einer Öffnung 16, die durch eine Tür 18 verschließbar ist. Die Tür ist durch ein Scharnier 20 an der Frontplatte 14 befestigt. An der Innenseite der Tür 18 ist eine waagerechte Halterungsplatte 19 für eine Aufnahmevorrichtung für ein nicht dargestelltes, zu behandeln­ des Zahnersatzteil befestigt. Die Aufnahmevorrichtung besteht bei dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung aus einer dickwandigen, im Querschnitt etwa quadratischen Wanne 22 aus mikrokristallinem, weißem PTFE. Die Dicke der Wände der Wanne beträgt etwa 3 bis 4 mm. Die Ecken der Wanne sind abgerundet (Fig. 1). Der Boden der Wanne hat unten einen rechteckigen Vorsprung 22a, der in eine entsprechendes Aussparung der Halterungsplatte 19 paßt, so daß die Wanne 22 sicher in der Halterungsplatte 19 sitzt, aber leicht herausgenommen werden kann. Der Boden der Wanne 22 ist mit Kühlluft-Löchern 23 versehen. Dort, wo die Unterseite der Wanne 22 auf der Halterungsplatte 19 aufliegt, ist letztere mit entsprechenden, mit den Löchern 23 fluchtenden Löchern 25 versehen.

Der Innenraum der Wanne 22 bildet einen Bestrahlungsraum 27. Oberhalb des Bestrahlungsraumes 27 ist eine Xenon-Blitzlampe 26 angeordnet. Die Blitzlampe 26 hat einen rohrförmigen, gewendelten Kolben, der eine vollständige und eine halbe Windung bildet und parallele Anschlußenden aufweist, in denen sich zylindrische Wolfram-Sinterelektroden 26a befinden. Die Blitzlampe hat ferner eine Zündelektrode 26b in Form eines den Kolben wendelartig umschlingenden dünnen Drahtes mit einem Anschluß 26c. Die Länge der Entladungsstrecke im Kolben zwischen den Elektroden 26a beträgt etwa 250 mm. Der Außendurchmesser der Wendel beträgt etwa 55 mm. Der Kolbeninnendurchmesser beträgt etwa 7 mm und der Fülldruck beträgt etwa 34,5 bis 37,2 kPa (260 bis 280 Torr). Die Lampe wird mit einer Spannung von etwa 1500 Volt betrieben. Dadurch, daß diese Xenon-Blitzlampe eine verhältnismäßig lange Entladungsstrecke und einen relativ hohen Fülldruck hat, ergibt sich ein hoher Anteil an wirksamer kurzwelliger (blauer) Strahlung. Die genannten Parameter bewirken außerdem, daß die kurzen impulsartigen Entladungen, mit denen die Blitzlampe betrieben wird, von einem relativ geringen Geräusch begleitet sind. Die gesinterten Wolfram-Elektroden 26a gewährleisten eine lange Lebensdauer.

Die Anschlüsse der Lampe sind mit einer Steckerleiste 28 verbunden, die durch zwei Schrauben 28a an einem nach innen umgebogenen Rand eines herausnehmbaren Lampengehäuses 34 befestigt ist. Die Stecker­ leiste 28 hat drei Anschlußstecker 29, die in einen am Rahmen 10 befestigten Sockel 31 einsteckbar sind, der mit einer zur Speisung der Blitzlampe dienenden elektronischen Schaltung 30 verbunden ist, auf die unter Bezugnahme auf Fig. 6 noch näher eingegangen werden wird. Am anderen Ende liegt das Lampengehäuse auf mindestens einer am Rahmen 10 befestigten Stütze 10a auf.

Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, ist die Blitzlampe 26 in einem konkaven Reflektor 32 angeordnet, der kastenförmig, insbesondere näherungsweise pyramidenstumpfförmig ist, aus ebenen dielektrischen Dünnschicht-Interferenzspiegeln zusammengesetzt ist und an der Anschlußseite der Lampe (in Fig. 3 rechts) offen ist. Die Spiegel enthalten eine dielektrische Schichtstruktur, welche die kurzwel­ lige Nutzstrahlung im Wellenlängenbereich von etwa 300 bis 520 mmin den Behandlungsraum 27 reflektiert, während langwelligere uner­ wünschte Wärmestrahlung durchgelassen und vom Lampengehäuse 34 absorbiert wird, das den Reflektor 32 umgibt und haltert. Am unteren, offenen Ende des Reflektors 32 ist ein ebenes Dünnschicht- Interferenzfilter 36 angeordnet, das die kurzwelligere Nutzstrah­ lung in das Innere des Behandlungsraumes 27 durchläßt, während es die langwelligere, unerwünschte Strahlung reflektiert.

Im unteren Teil des Gehäuses ist ein schematisch dargestelltes Axialgebläse 38 angeordnet, das Kühlluft durch Öffnungen im Boden des Außengehäuses 12 ansaugt und nach oben durch die Öffnungen in der Halterungsplatte 19 und im Boden der Wanne 22 fördert. Das Lam­ pengehäuse 24 ist an seinen schmalen Seitenflächen und an seiner oberen Seite ebenfalls mit Durchbrüchen (nicht dargestellt) versehen, so daß die Kühlluft hindurchtreten kann.

Zur Geräuschdämpfung kann das Außengehäuse 12 innen mit einer Schallschluckschicht 33 versehen sein.

Die in Fig. 4 dargestellte bevorzugte elektrische Schaltungsanord­ nung 30 für die Speisung der Blitzlampe 26 enthält einen Spartransformator 600, dessen Primärwicklungsteil 600a über Relais­ kontakte RL3a und RL3b, ein Störschutzfilter 602 sowie einen Netzschalter 604 an das Wechselstromnetz angeschlossen wird. Der Transformator 600 liefert eine hochtransformierte Spannung von beispielsweise 360 Volt an eine Spannungsvervierfacherschaltung 606, an deren Ausgangsklemmen im Betrieb eine mittlere Spannung von etwa 1500 V auftritt und die Entladungsstrecke der Blitzlampe 26 angeschlossen ist. Die Spannungsvervierfacherschaltung enthält Kon­ densatoren C1 bis C4 und Dioden D1 bis D4, die in der dargestellten Weise geschaltet sind. Von der Verbindung der Kondensatoren C1 und C2 wird eine unipolare Spannung aus Halbwellenimpulsen der Netzspannung abgegriffen und einer Zündschaltung 608 zugeführt, die eine Zeitkonstantenschaltung mit einem Kondensator C8, ein Diac 610 sowie einen Zündthyristor 612 enthält, mit dem die Primärwicklung eines Zündtransformators 614 über einen Kondensator 616 verbunden ist. Das Diac 610 spricht bei jedem zweiten Halbwellenimpuls an, so daß der Thyristor 612 mit der halben Netzfrequenz zündet. Die Sekundärwicklung des Zündtransformators 614 liefert dann einen Zündspannungsimpuls von etwa 20 kV an die Zündelektrode 26b der Blitzlampe.

Zur Steuerung der Bestrahlungszeit dient eine Zeitgeberschaltung 618, die einen Netzteil 620 und zwei integrierte Schaltkreise 622 und 624 enthält, die als Zeitgeber für zwei verschiedene Bestrah­ lungszeiten, z. B. 30 Sekunden und 90 Sekunden, dienen und jeweils durch einen an der Frontplatte 14 angeordneten Tastschalter T1 bzw. T2 steuerbar sind. Die Zeitgeber steuern ein Relais RL1 bzw. RL2. Die Relais schließen beim Ansprechen Relaiskontakte R1a bzw. R2a, durch die Anzeigelämpchen L1 bzw. L2, die in den Tasten der Tastschalter angeordnet sind, eingeschaltet werden, und Kontakte R1b bzw. R2b, bei deren Schließen ein Relais RL3 erregt wird, welches dann die Arbeitskontakte RL3a und RL3b schließt, die in die Netz-Zuleitungen zum Transformator 600 geschaltet sind. Das Relais RL3 hat außerdem Ruhekontakte RL3c, die beim Ansprechen des Relais öffnen und in Reihe mit Entladewiderständen R11, R12 zwischen die Ausgangsklemmen der Schaltung 606 geschaltet sind, so daß die Kondensatoren der Schaltung 606 automatisch entladen werden, wenn die Netzspannung vom Transformator 600 abgeschaltet wird.

Es sind ferner Schutzschalter M1 und M2 vorgesehen, die beim Öffnen der Türe 14 bzw. beim Abnehmen des Außengehäuses 12 öffnen und das Netzteil 620 stromlos machen. Die Relais RL1, RL2 und damit auch das Relais RL3 können dann nicht eingeschaltet werden bzw. fallen ab, so daß der Transformator 600 nicht eingeschaltet werden kann bzw. abgeschaltet und der Ausgang der Schaltung 606 durch die Entladungswiderstände R11, R12 überbrückt wird.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele lassen sich in der verschiedensten Weise abwandeln und sind nicht einschränkend auszulegen.

Claims (9)

1. Bestrahlungsgerät zur Strahlungspolymerisation von Kunst­ stoffen in Zahnersatzteilen, mit einer elektrischen Lampe als Quelle für eine im kurzwelligen sichtbaren und nahen ultra­ violetten Spektralbereich liegende Strahlung, ferner mit einer einen Bestrahlungsraum begrenzenden Aufnahmevorrichtung für ein zu bestrahlendes Zahnersatzteil, und einem die Lampe umgebenden konkaven Reflektor zum Reflektieren der Strahlung der Lampe in den Bestrahlungsraum, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Lampe (26) aus einer Blitzlampe besteht, die einen rohrförmigen, gebogenen, vom Bestrahlungsraum aus gesehen sich in zwei Dimensionen erstreckenden Kolben hat und daß der Reflektor (32) pyramidenstumpfförmig ist.

2. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben der Blitzlampe eine der folgenden Formen hat: Wendelform, Kreisform, U-Form, S-Form, Z-Form, W-Form.

3. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor aus ebenen Dünnschicht-Interferenzfilter­ scheiben zusammengesetzt ist, die Strahlung im Wellenlängen­ bereich von etwa 300 bis 520 Nanometer reflektieren, lang­ welligere Strahlung jedoch durchlassen.

4. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung (22) eine topf­ artige Wanne ist, die zumindest an der Innenfläche aus einem der Materialien PTFE oder Keramik besteht.

5. Bestrahlungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmevorrichtung eine topfartige Wanne (22) aus PTFE mit einer Wandstärke von mindestens 2 mm ist.

6. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wanne in einer Halterung herausnehmbar gehaltert ist, welche ihrerseits an einer Türe eines Gehäuses herausschwenkbar angebracht ist.

7. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wanne (22) Kühlluftlöcher (23) aufweist.

8. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Kolben der Blitzlampe die Form einer Wendel mit etwa 1 1/2 Windungen und tangential abstehenden parallelen geraden Enden hat,
• b) der Reflektor (32) eine offene Schmalseite aufweist, durch die sich die Enden des Blitzlampenkolbens nach außen erstrecken, und
• c) die Aufnahmevorrichtung eine Wanne (22) ist, die einen viereckigen Querschnitt hat, aus PTFE besteht und das Zahnersatzteil mit Abstand umgibt.

9. Bestrahlungsgerät nach Anspruch 1 oder 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Blitzlampe (26) durch eine Steckerleiste (28), die Anschlußstecker für die Elektroden der Blitzlampe aufweist, in einem Lampengehäuse (34) gehaltert ist; daß der Reflektor (32) im Lampengehäuse (34) montiert ist, und daß die Anordnung aus Lampengehäuse (34), Reflektor (32), Blitzlampe (26) und Steckerleiste (28) mit einer Halterung im Gerät leicht lösbar verbunden ist.