DE4142835C1 - Hardening unit for photopolymerisable materials - includes UV light source light guide flexible main air channel coaxial with light guide and spacing guides between guide and channel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Aushärtung von Polymeren, bei denen die Aus­ härtung lichtabhängig ist und die Festigkeit der Polymeren durch hohe Luftfeuchtigkeit beeinträchtigt wird.

Unter Photopolymerisation versteht man allgemein einen Prozeß, bei dem durch photochemische Initiation, das heißt durch Photolyse labiler Mole­ küle zu Radikalen, die Polymerisation eingeleitet wird oder durch Licht­ induktion eine Vergrößerung des Molekulargewichtes erfolgt. In der Den­ taltechnik wird beim Einbringen von Kunststoffmaterialien in zu behan­ delnde Zähne bereits mit einer UV-A-Härtung über Lichtleiter gelenkte UV-Strahlung gearbeitet. Dabei wird an eine UV-Quelle nach Herausfilte­ rung von Strahlung bestimmter Wellenlange diese über ein Lichtleiterka­ bel an das Kunststoffmaterial herangeführt, um dort die Aushärtung zu bewirken.

So beschreibt die EP 46 939 eine UV-Lampe mit einem Filter für Licht der Wellenlängen 400-700 nm, an die eine flexible Lichtleiterführung ange­ schlossen ist, die bis zu einem Handstück mit Aus- und Einschaltmög­ lichkeit reicht, um damit lichthärtbare Polymere bei der zahnärztlichen Behandlung auszuhärten.

Es sind auch andere Verfahren bekannt, bei denen die Aushärtung licht­ härtbarer Kunststoffe durch Strahlungsbehandlung in gesonderten Räumen oder Kammern erfolgt und im Anschluß daran die Überführung des Mate­ rials in Formen, in denen es aushärtet. Die DE 37 02 999 beschreibt ein solches Verfahren, das in der DE 37 31 321 noch verbessert wird im Hin­ blick auf Festigkeitserhöhung durch die Anordnung mehrerer Strahlungs­ quellen. Damit soll eine durchgehende Härtung erzielt werden zur Ein­ schränkung von Restmonomeren. Es sind auch Überdruckkammern für lichtgehärtete Polymere bekannt, so zum Beispiel in der DE 39 28 967, wodurch ebenfalls Qualitätsverbesserungen erreicht werden sollen.

Nachteilig bei den bekannten nicht stationären Verfahren, das heißt im Mund des Patienten, ist die hohe Luftfeuchtigkeit der Mundhöhle während der Behandlung. Dies wird verstärkt durch ständigen Speichelfluß. Damit werden während des Einbringens und der Aushärtung der Kunststoffe feinste Wassertröpfchen in diese Materialien mit eingeschlossen und schließlich die Festigkeit des ausgehärteten Polymeren herabgesetzt. Auch das zwischenzeitliche Ausblasen der Mundhöhle mit einem separaten Luftstrahl bringt nur eine bedingte Verbesserung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, photopolymerisierbare Materia­ lien ohne Festigkeitsverluste und mit geringstem Aufwand zu polymeri­ sieren.

Diese Aufgabe wird durch eine Aushärteinrichtung für photopolymeri­ sierbare Materialien gelöst, die aus folgenden Bestandteilen zusammen­ gesetzt ist:
einer UV-A-Strahlung abgebenden Lichtquelle, die in Verbindung mit einem Lichtleiter steht und von der die UV-A-Strahlung über den Licht­ leiter abgeführt wird;
einem koaxial um den Lichtleiter angeordneten flexiblen und im wesent­ lichen gasdichten Hauptluftkanal, der durch Distanzelemente vom Licht­ leiter entfernt gehalten wird;
Eintritts- und Austrittsöffnungen für die Luft und den Lichtleiter im Hauptluftkanal, wobei Luft und Lichtleiter gemeinsam durch eine erste Öffnung eintreten und gemeinsam durch eine zweite Öffnung austreten können;
eine Vorrichtung zur Förderung der Luft durch den Hauptluftkanal.

Durch diese Einrichtung ist es möglich, Luft aus der Umgebung zusammen mit dem von der Lichtquelle ausgehenden UV-Strahl direkt auf das pho­ topolymerisierbare Material zu richten und mit geringstem Aufwand in der unmittelbaren Umgebung des Materials eine Atmosphäre mit niedriger Luftfeuchtigkeit zu schaffen.

Der Hauptluftkanal wird durch eine Zuführung mit vorgewärmter, trocke­ ner Luft versorgt. Es ist vorteilhaft, wenn diese Zuführung über zwei Leitungen mit Luft gespeist wird. Die erste Leitung steht mit der Umge­ bungsluft über die UV-Lichtquelle in Verbindung und kann dadurch die zur Kühlung der UV-Lichtquelle dienende Luft, deren Temperatur deutlich über der Umgebungstemperatur liegt, heranführen. Die zweite Leitung steht direkt mit der Umgebungsluft in Verbindung, wobei gegebenenfalls eine zusätzliche Vorwärmung vorgesehen sein kann. Beide Luftströme werden angesaugt und an eine Mischeinrichtung herangeführt, die über eine elektronische Regelung die Luftströme so miteinander verwirbeln kann, daß eine Lufttemperatur in der gewünschten Höhe erreicht wird. Die Steuerung dieser Mischtemperatur ist abhängig von dem auszuhärten­ den Material und der gewünschten Temperatur in der Materialumgebung.

Die Erfindung ist besonders vorteilhaft anwendbar bei der Aushärtung von Polymeren im Dentalbereich. Durch die hohe Luftfeuchtigkeit im Mund des Patienten besteht besonders die Gefahr eines Einschlusses von Was­ sertröpfchen in dem zu polymerisierenden Material. Die zusammen mit dem Lichtleiter im Hauptluftkanal herangeführte Luft hat dabei erfindungs­ gemäß eine Temperatur von 35-50° C am Luftaustrittspunkt, vorzugs­ weise 40-45° C. Die Vermischung der beiden Luftströme, wie sie als vorteilhaft beschrieben worden sind, erfolgt beispielsweise durch einen Lüfter. Der durch diese Vorrichtung in einem kreisförmigen Querschnitt der Leitung entstehende Sog zieht dabei sowohl die Luft aus der ersten Leitung als auch die aus der zweiten Leitung heran und drückt sie nach der Verwirbelung in die Zuführung zum Hauptluftkanal, wo sie um den Lichtleiter herum turbulent bis zum Ausgang des Hauptluftkanals geführt werden kann. Zur Regulierung der Temperatur des Luftstromes kann in der zweiten Leitung ein Absperrelement, wie zum Beispiel eine Klappe, angeordnet sein, oder der Kanal weist eine bestimmte geometrische Form auf.

Erfindungsgemäß weist der Hauptluftkanal am Austrittspunkt einen kreisförmigen Querschnitt auf, der durch den Querschnitt des Lichtleiters verringert wird. Von dort gelangt die Luft, wenn der Hauptluftkanal durch seine Flexibilität unmittelbar bis an den mit photopolymerisierba­ ren Kunststoff behandelten Zahn eines Patienten geführt wird, in die direkte Umgebung des Zahns und sorgt damit für eine Atmosphäre mit wesentlich verringerter Luftfeuchtigkeit. Zugleich wird durch den auf das polymerisierbare Material gerichtete UV-A-Strahl die Polymerisierung be­ wirkt, die in Folge der relativ trockenen Umgebungsatmosphäre zu hohen Festigkeiten des Materials führt.

Der Einsatz von Luft ist dabei besonders vorteilhaft, weil diese ohne zusätzlichen Aufwand in genügender Menge zur Verfügung steht. Günstig ist der Einsatz insbesondere bei nicht-acrylatischen und nicht-methacry­ latischen Materialien.

Die Luftgeschwindigkeit beträgt im allgemeinen 0,2-0,5 m/s, vorzugs­ weise 0,2-0,4 m/s.

Der Durchmesser des Hauptluftkanals ist nicht kritisch, sollte jedoch im allgemeinen zwischen 6 und 15 mm liegen. In Abhängigkeit vom Durch­ messer des Lichtleiters sollte der Abstand zwischen Lichtleiter und Wan­ dung des Hauptluftkanals zwischen 2 und 4 mm liegen.

Die Distanzelemente zwischen Lichtleiter und Wandung des Hauptluftka­ nals befinden sich im allgemeinen in solchen Abständen, daß bei Biegung des flexiblen Hauptluftkanals kein Kontakt des Lichtleiters mit der Wan­ dung erfolgen kann. Vorteilhaft sind beispielsweise angegossene Noppen im Innern des Hauptluftkanals.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Aushärtung photopolymeri­ sierbarer Materialien, das dadurch gekennzeichnet ist, daß über einen Lichtleiter UV-Strahlung auf das temperaturhärtbare Polymere gerichtet wird, wobei der Lichtleiter koaxial von einem Hauptluftkanal einge­ schlossen ist, über den Luft mit niedriger relativer Feuchte bis an die Austrittsstelle des Lichtleiters geführt wird und zusammen mit dem Lichtstrahl den Luftkanal verläßt. Die UV-Strahlung wird durch einen Filter auf eine Wellenlänge zwischen etwa 300 und 400 nm eingestellt. Die Temperatur der Luft beträgt etwa 35-50° C vorzugsweise 40-45° C.

Die Luft besteht im wesentlichen aus einem Gemisch von Umge­ bungsluft des Einsatzortes, gegebenenfalls vorgewärmt, und der Kühlluft der Lichtquelle, deren Temperatur deutlich über der Temperatur der Um­ gebungsluft liegt. Beide Luftströme werden vor Eintritt in den Hauptluft­ kanal miteinander vermischt und gelangen dann über eine Zuführung in den flexiblen Hauptluftkanal, um gemeinsam mit dem Lichtleiter den Hauptluftkanal zu verlassen.

Das Verfahren ist besonders vorteilhaft für die Lichthärtung von Poly­ meren im Dentalbereich, das heißt direkt im Mund des Patienten einzu­ setzen.

Die Erfindung soll nachstehend durch Beispiele näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1 Schnitt der Aushärteinrichtung.

In Fig. 1 ist der Aufbau eines Hauptgehäuses 1 eines Dentalbehand­ lungsgerätes mit einer abnehmbaren Verschlußkappe 2 dargestellt. Aus der in der Einrichtung befindlichen UV-Lampe 3 wird Licht der Wel­ lenlänge 350-400 nm durch den UV-Filter 4 und den Lichtleiter 5 gelei­ tet. Die Lichtaustrittsstelle 6 befindet sich am Ende des Hauptluftkanals 7. Der aus einem flexiblen Material bestehende Hauptluftkanal 7 ist auf einem Ansatzstück 8 des Gehäusedeckels befestigt, umschließt den Licht­ leiter 5 und weist Distanzelemente 9 auf, die punktförmig auf der Innen­ seite des Lichtleiters angeordnet sind.

Durch den Kühllufteintritt 11 gelangt diese zu Kühlzwecken eingesetzte Außenluft über den Innenraum 14 (der auch eine Rohrleitung sein kann) und durch den Lüfter in die Zuführung 13. Diese Luft hat sich nach Kontakt mit dem Filter und der UV-Lampe erwärmt und wird vom Lüfter 12, der mit dem Antrieb 12a verbunden ist, mit der durch den Innenraum 14 angesaugten Außenluft vermischt. Die durch den Innenraum 14 und die Leitung 15 herangeführte Luftmenge wird über die Misch- und Dosiereinrichtung 18 gesteuert, in der Weise, daß darüber die gewünschte Temperatur der Luft eingestellt wird. Die Luft gelangt über die Zufüh­ rung 13 in den Hauptluftkanal 7 und tritt an der Öffnung 16 aus.

Durch die Flexibilität des Hauptluftkanals und die Form des Lichtleiters ist es möglich, die Luft/Lichtaustrittsstelle an den gewünschten Punkt im Mund des Patienten heranzubringen. Die Luftgeschwindigkeit wird dabei so gesteuert, daß sie über der Ausströmgeschwindigkeit der vom Patien­ ten ausgeatmeten Luft liegt.

Claims (14)

1. Aushärteinrichtung für photopolymerisierbare Materialien, gekenn­ zeichnet durch
eine für die Abgabe von UV-Strahlung geeignete Lichtquelle, die in Verbindung mit einem Lichtleiter steht und von der die UV-Strahlung über den Lichtleiter ab­ geführt werden kann;
einen koaxial um den Lichtleiter angeordneten flexiblen Hauptluftkanal, der durch Distanzelemente in einer im wesentlichen gleichen Entfernung vom Lichtleiter gehalten wird und der wenigstens eine Eintrittsöffnung für Luft, eine Eintrittsöffnung für den Lichtleiter eine Austrittsöffnung für Luft und eine Austrittsöffnung für den Lichtleiter aufweist, wobei Luft und Lichtleiter durch eine einzige Öffnung eintreten und durch eine einzige Öffnung austreten können;
eine Vorrichtung zur Bewegung der Luft durch den Hauptluftkanal.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Haupt­ luftkanal mit einer Zuführung in Verbindung steht, in die Luft aus einer ersten Rohrleitung eingespeist werden kann, die mit der Umgebungsluft über die Lichtquelle in Verbindung steht, und einer zweiten Rohrleitung, die mit der Umgebungsluft direkt oder über eine gesonderte Vorwärmstation in Verbindung steht.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrleitungen in einer Mischvorrichtung zusammen geführt sind, wobei die Mischvorrichtung zugleich eine Dosiervorrichtung sein kann.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Lichtleiter und Lichtquelle ein Filter angeordnet ist, das nur für die UV-Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen etwa 300 und 400 nm, vor­ zugsweise 350 und 400 nm durchlässig ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vorrichtung zur Bewegung der Luft zugleich die Mischvor­ richtung ist, vorzugsweise eine lüfterartige Vorrichtung.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Rohrleitung die Kühlungsluft der UV-Lichtquelle aufnimmt.

7. Aushärteinrichtung für nicht-acrylatische und -methacrylatische photo­ polymerisierbare Materialien, bestehend aus einer UV-Lampe, einem UV-Filter und einem Lichtleitkabel, gekennzeichnet durch
einen flexiblen, um das Lichtleitkabel angeordneten Hauptluftkanal, der auf seiner Innenseite Distanzelemente zwischen Lichtleitkabel und Innen­ wandung aufweist;
eine Zuführung für vorgewärmte Luft zum Hauptluftkanal;
eine erste Rohrleitung für Umgebungsluft, die zu einer Mischvorrichtung führt, wobei die Mischvorrichtung vor der Zuführung für die vorgewärmte Luft angeordnet ist;
eine zweite Rohrleitung, die die Kühlluft der UV-Lampe und des UV-Fil­ ters aufnimmt, wobei die zweite Rohrleitung zur Mischvorrichtung führt;
ein Mengenregulierungselement in der ersten Rohrleitung;
eine Vorrichtung zur Bewegung der Luft durch den Hauptluftkanal.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft­ austrittsöffnung einen runden Querschnitt aufweist, der um den Quer­ schnitt des Lichtleiterkabels verringert ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Misch­ vorrichtung zugleich die Vorrichtung zur Bewegung der Luft ist und durch ein Lüfterrad verkörpert wird.

10. Verfahren zur Aushärtung photopolymerisierbarer Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß über einen Lichtleiter UV-Strahlung auf das photo­ polymerisierbare Material gerichtet wird, wobei der Lichtleiter koaxial von einem Luftkanal eingeschlossen ist, über den vorgewärmte Luft mit nied­ riger relativer Feuchte bis an die Austrittsstelle des Lichtleiters geführt wird und zusammen mit dem Lichtstrahl den Luftkanal verläßt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Luft an der Austrittsöffnung eine Temperatur im Bereich von 35 bis 50° C auf­ weist, vorzugsweise von 40 bis 45° C.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Luft die Kühlluft der Lichtquelle im Gemisch mit Umgebungsluft des Einsatz­ ortes oder mit vorgewärmter Umgebungsluft des Einsatzortes verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtstrahl und Luftstrom auf ein im Dentalbereich eingesetztes Polymeres gerichtet sind.

14. Verwendung einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 im Dentalbereich zur Aushärtung von Polymeren, vorzugsweise von nicht-acrylatischen und -methacrylatischen Polymeren.