DE4211497C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbundes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbundes, insbesondere für die Dentalprothetik, wobei auf einem metallischen Träger eine haftvermittelnde, amorphe, metalloxidische Schicht mittels eines Reibung erzeugenden Bearbeitungsvorganges aufgebracht wird, die dann über eine Zwischenschicht aus einem Haft-Silan mit einem Kunst­ stoff verbunden wird.

Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbundes, insbesondere für die Dentalprothetik, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Es werden seit langer Zeit Versuche unternommen, insbesondere auf dem Gebiet der Dentalprothetik, einen Metall-Kunststoff-Verbund zu bilden mit einer hohen Haftfestigkeit des Kunststoffes, beispielsweise auf einem metallischen Träger­ gerüst. Hierbei besteht die Problematik, daß durch die unterschiedlichen Aus­ dehnungen zwischen dem Metallteil und dem darauf aufgebrachten Kunststoff sogenannte Randspalte entstehen, die eine verminderte Haftfestigkeit zwischen Metall und Kunststoff bewirken.

Als haftvermittelnde Schichten werden für solche Metall-Kunststoff-Verbunde auf das Metallteil Silanisierungsschichten aufgebracht, die die gewünschten Haftverbesserungen mit sich bringen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die mit solchen Silanisierungsschichten erzielbaren Haftergebnisse, die sich an der Scherfestigkeit zwischen Metall und Kunststoff messen lassen, von dem Ver­ fahren, mit dem solche Schichten aufgebracht werden, abhängen.

Ein Verfahren bzw. das entsprechende Gerät zur Herstellung eines Metall-Kunst­ stoff-Verbundes ist in dem Deutschen Patent 34 03 894 sowie der Produktin­ formation der Kulzer GmbH "Das Kulzer Silicoater-Verfahren zur Herstellung eines spaltfreien Kunststoff-Metall-Verbundes in der Zahnheilkunde" (100689/D 260 SK dt.) beschrieben. Nach diesem sogenannten "Silicoater-Verfahren" wird auf eine gesandstrahlte Metalloberfläche eine dünne, glasartige SiO_x-C-Schicht aufgebracht, und zwar mittels Flammhydrolysebrenner, an­ schließend ein aktiviertes Haftsilan aufgestrichen und die so gebildete Ober­ fläche mit einer Opakerschicht versiegelt. Auf diese Schicht kann dann ein Kunststoff aufgetragen werden, wobei sich dieser Metall-Kunststoff-Verbund, insbesondere im Dentalbereich bei der Verblendung von Kronen und Brücken, durch seine Randspaltfreiheit bzw. Scherfestigkeit auszeichnet. Ein anderes Verfahren wird in der aufgeführten Produktinformation als sogenannte "Silicoater MD-Verfahren" beschrieben, bei dem zwischen Kunststoff und Metall eine metalldotierte Schicht (Metalloxidschicht) eingebrannt wird, auf der anschließend eine silikatbildende Lösung eingebrannt wird, wobei es zu einer Eindiffusion und einer anschließenden Bindung des Metalloxids an das Silikat­ gerüst kommt. Diese Silikatschicht bildet dann ein Haftbett für das aufzu­ bringende Haftsilan, das den Untergrund für einen Opaker bzw. einen Kunststoff bildet.

Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art ist aus der DE-PS 38 02 043 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren zur Vorbereitung einer Metalloberfläche für die Verbindung mit Kunststoff durch Aufbringen einer silizium­ haltigen Schicht und Verwendung von silizumhaltigem Material. Hierzu wird eine Metall­ oberfläche durch Sandstrahlen mit einem Mittel aus 0,1 bis 30 Gewichts-% gegebenen­ falls silanisiertem, amorphem, siliziumhaltigem Material mit einer Korngröße < 1 µm und mit dem Rest aus einem Sandstrahlmedium mit einer mittleren Korngröße < 1 µm eine Schicht aufgebracht und diese gegebenenfalls anschließend silanisiert.

Die vorstehend angegebenen Verfahren haben sich gut bewährt. Mit diesen Verfahren bzw. den entsprechenden Vorrichtungen können jeweils die Trägerstrukturen in ihrer Gesamtheit mit einer Haftschicht versehen werden. Insbesondere für Reparaturen an ei­ nem bereits vorhanden Metall-Kunststoff-Verbund, der eine Fehlstelle in dem Kunststoff aufweist, ist eine gezielte Beschichtung des Metallunterbaues im Bereich dieser Fehl­ stelle jedoch nicht möglich.

Ausgehend von dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik liegt der vorliegen­ den Erfindung die Aufgabe nun zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzuge­ ben, mit der eine gezielte Aufbringung einer Haftschicht auf einem Metallträger vorge­ nommen werden kann und mit der es weiterhin möglich ist, den zu beschichtenden Be­ reich zu selektieren, so daß dieses Verfahren auch im Rahmen einer Reparatur am Pati­ enten durchführbar ist.

Die vorstehende Aufgabe wird bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß für den Bearbeitungsvorgang eine relative Bewegung zwischen dem metalli­ schen Träger und einem Werkzeug unter Berührung dadurch erzeugt wird, wobei das Werkzeug die metalloxidbildende Komponente trägt, durch die dadurch entstehende Reibungswärme auf dem Träger aufgebracht wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß das Metalloxid in der Kuppe eines Werkzeuges enthalten ist oder sie bildet.

Das angegebene Verfahren bzw. die angegebene Vorrichtung haben den Vorteil, daß mit dem Werkzeug unmittelbar Bereiche des metallischen Teiles, auf dem die haftver­ mittelnde, amorphe, metalloxidische Schicht aufgebracht werden soll, an selektierten Stellen beschichtbar ist. Insbesondere für Reparaturzwecke, beispielsweise auf dem Ge­ biet der Dentalprothetik, bringt das Verfahren den Vorteil mit sich, daß ein beschädigter Metall-Kunststoff-Verbund, bei dem beispielsweise ein Teil der Kunststoffverblendung derart herausgebrochen ist, daß der metallische Träger frei liegt, im Bereich der frei lie­ genden Fläche des metallischen Trägers dieser gezielt mit der haftvermittelnden Oxid­ schicht versehen werden kann. Hierbei ist weiterhin von Vorteil, daß zum haftfesten Ver­ binden der metalloxidbildenden Komponente auf dem metallischen Träger keine zusätz­ liche Wärmezufuhr erforderlich ist, sondern die Reibungswärme, die durch die Relativbe­ wegung zwischen dem metallischen Teil und einem Werkzeug hervorgerufen wird, für eine haftfeste Verbindung ausreicht. Je nach Art des hierzu eingesetzten Werkzeugs können sehr kleine Bereiche des Metallträgers gezielt beschichtet werden.

Bevorzugt wird die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Träger durch Rotation des Werkzeugs erzielt. Beispielsweise können hierzu Bohr- oder Schleifeinrichtungen verwendet werden, die beispielsweise in jedem Dentallabor, aber auch beim Zahnarzt, vorhanden sind. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß diese Relativbewegung zwischen Werkzeug und Träger durch Ultraschall oder durch piezo­ elektrische Schwingungen hervorgerufen wird, wobei die Relativbewegungen sowohl durch ein Schwingen des metallischen Teils oder aber durch ein entsprechend schwin­ gendes Werkzeug erreicht werden können; einem schwingenden Werkzeug ist der Vor­ zug zu geben. Üblicherweise sind, ebenfalls in einem Dentallabor, falls das vorliegende Verfahren zur Behandlung einer Dentalprothetik eingesetzt wird, solche Ultraschallein­ richtungen vorhanden, auf die ein entsprechendes Werkzeug, das die metalloxidbilden­ de Komponente trägt, aufgesetzt werden muß.

Bevorzugt wird ein Werkzeug verwendet, das eine Kuppe aufweist, die die metalloxidische Verbindung trägt. Beispielsweise kann in einer besonders ein­ fachen Ausgestaltung ein metallischer Stift an seinem Ende einen gesinterten Körper aus einem pullverförmigen Metalloxid aufweisen, der unterschiedlich geformt ist. Geeignet sind beispielsweise kegelförmige Sinterkörper, runde Sinterkörper oder auch zylindrische Sinterkörper, die es ermöglichen, die unterschiedlichen Bereiche eines komplexen metallischen Teiles zu bearbeiten. Falls ein solches Werkzeug durch Rotation angetrieben wird, wird durch die Reibung dieses Sinterkörpers an dem metallischen Teil einerseits lokale Wärme erzeugt und andererseits durch den Abrieb des Metalloxids das metallische Teil an der erwärmten Stelle mit einer metalloxidischen Schicht überzogen.

Eine weitere, sehr einfache, aber dennoch äußerst wirksame Ausgestaltung eines solchen Werkzeuges ist in Form eines porösen Körpers gegeben, der mit der metalloxidischen Verbindung getränkt ist. Ebenso kann der Körper mit einer ein Metalloxid bildenden Lösung getränkt werden. Durch die Relativbewegung zwischen dem metallischen Teil und dem so getränkten Werkzeug wird wiederum Reibungswärme erzeugt und die in dem porösem Körper vorhandene metalloxidische Verbindung bzw. die ein Metalloxid bildende Lösung auf den metallischen Träger abgegeben.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die metalloxidische Verbindung in Form einer metalloxidischen Paste oder in Form einer eine metalloxidische Verbindung bildenden Paste, mit der ein Werkzeug in Form eines porösen Körpers getränkt ist, aufzubringen.

Falls größere metallische Träger mit der Metalloxid bildenden Komponente beschichtet werden sollen, kann das Metalloxid in Form einer Flüssigkeit der Oberfläche des Werkzeuges zugeführt werden. Hierbei ist eine vorteilhafte Ausgestaltung des Werkzeuges in Form eines porösen Körpers gegeben, der einen inneren Hohlraum aufweist, dem die Flüssigkeit aus einem Vorratsreservoir zugeführt wird. In Verbindung mit dieser Flüssigkeitszuführung ist ein Werkzeug vorteilhaft, daß durch Ultraschall oder piezo-elektrisch in Schwingung versetzt wird, so daß, im Gegensatz zu einem rotierenden Werk­ zeugkopf, die Zuführung in einfacher technischer Ausgestaltung erfolgen kann, da keine Drehzuführungen, beispielsweise durch den Schaft eines Trägers, er­ forderlich sind.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 bis 3 ein Werkzeug mit einem Trägerstift, der an seiner Kuppe ver­ schiedene Körper aufweist, die eine metalloxidische Verbindung ent­ halten,

Fig. 4 zeigt einen Trägerstift mit einem porösen Körper an seinem Ende, der eine metalloxidische Verbindung enthält,

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die der Ausführungsform nach Fig. 4 ähnlich ist, wobei die metalloxidische Verbindung dem porösen Körper zugeführt wird.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, bei der das Werkzeug nach Fig. 1 in eine An­ triebseinheit eingesetzt ist, an dessen Kopf ein metallischer Träger bearbeitet wird und

Fig. 7 zeigt eine Anordnung, bei der der metallische Träger auf einer beweg­ lichen Unterlage aufgesetzt ist, der mit verschiedenen Werkzeugen bearbeitet wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein sehr einfach aufgebautes Werkzeug 1 gezeigt, das einen Trägerstift 2 besitzt, an dessen Ende ein Sinter-Körper 3 aus einem Metalloxidpulver aufgebaut ist. Die Ausführungen nach den Fig. 1 bis 3 unterscheiden sich durch die Form des Sinter-Körpers 3, der nach Fig. 1 kegelförmig ausgebildet ist, in der Ausführung nach Fig. 2 die Form eines Ellipsoids und in der Ausführung nach der Fig. 3 einen Zylinder bildet. Ein solches Werkzeug kann in den Kopf eines Antriebes, wie er beispielsweise in Dentallabor in Form eines Schleifwerkzeuges vorhanden ist, eingesteckt werden, wie an der Nut 4 am oberen Ende des Trägerstiftes 2 zu erkennen ist. Durch einen solchen Antrieb rotiert das Werkzeug 1, wie der Drehpfeil 5 zeigt, mit hoher Geschwindigkeit. Falls der Sinter-Körper 3 auf einen metallischen Träger aufgesetzt wird, wird durch die hohe Drehgeschwindigkeit auf der Oberfläche des metallischen Trägers durch die auftretende Reibung Wärme erzeugt, gleich­ zeitig von dem Sinter-Körper 3 ein Abrieb der Metalloxid bildenden Komponente hervorgerufen, wobei zumindest ein Teil dieses Abriebes auf dem erwärmten Bereich des metallischen Trägers aufgebracht wird. Je nach der Form des Werk­ zeuges 1 können unterschiedliche Bereiche des metallischen Trägers in der geschilderten Art und Weise mit der Metalloxid bildenden Komponente als haft­ vermittelnde Schicht aufgebracht werden.

In der Fig. 4 ist ein Werkzeug 1 dargestellt, wiederum mit einem Träger­ stift 2, an dessen Ende ein poröser Körper 6 aufgebracht ist, der beispiels­ weise mit einer metalloxidischen Verbindung oder mit einer Metalloxid bil­ denden Lösung getränkt ist. In ähnlicher Weise kann dieser poröse Körper 6 mit einer Paste getränkt werden, die, gegenüber einer Lösung, den Vorteil hat, daß die Paste länger in diesem porösem Körper 6 verbleibt bzw., die Abgabe der Paste über die entsprechende Stärke der Relativbewegung zwischen dem Werk­ zeug 1 und dem metallischen Träger eingestellt werden kann. In Fig. 4 ist durch die beiden Pfeile 7 angedeutet, daß die Relativbewegung zwischen dem Träger und dem Werkzeug 1 durch Schwingungen in Richtung der Achse des Träger­ stiftes 2 oder senkrecht dazu erzeugt werden kann.

Falls größere metallische Teile beschichtet werden sollen, kann eine Ausbil­ dung des Werkzeuges von Vorteil sein, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist. In Fig. 5 ist am Ende eines Trägerstiftes 2 wiederum ein poröser Körper 6 angeordnet, beispielsweise aus einem geeigneten Keramikmaterial, der einen als Zwischenspeicher dienenden inneren Hohlraum 8 aufweist. Über diesen Hohlraum 8 wird über einen Durchgang 9 im Inneren des Trägerstiftes 2 eine metallische Verbindung in flüssiger Form oder eine ein Metalloxid bildende Lösung kontinuierlich aus einem nicht dargestellten Vorratsbehälter zugeführt, wie durch den Pfeil 10 angedeutet ist. Es ist auch möglich, den porösen Körper 6 ohne den inneren Hohlraum 8 auszubilden und dem porösen Körper 6 die metallische Verbindung oder die ein Metalloxid bildende Lösung direkt aus dem Vorratsbehälter, zuzuführen.

Wie bereits vorstehend erläutert wurde, kann das Werkzeug 1, wie es in den Fig. 1 bis 5 dargestellt ist, in einen geeigneten Antrieb eingesetzt werden. Fig. 6 zeigt einen stationären Antrieb 11, in den das Werkzeug 1, wie es die Fig. 1 zeigt, seitlich eingesteckt wird. Bei dem Antrieb 11 handelt es sich um einen solchen Antrieb, der das Werkzeug 1 rotierend antreibt. In einer solchen Ausbildung wird der metallische Träger 12, beispielsweise ein Träger­ gerüst für eine Dentalprothetik, dem Sinter-Körper 3 des Werkzeuges 1 mit denjenigen Bereichen entlanggeführt auf denen eine haftvermittelnde, amorphe metalloxidische Schicht aufgebracht werden soll. Falls es sich um eine Reparatur eines Teiles handelt, bei dem ein Bereich einer Kunststoffver­ blendung herausgebrochen ist, so daß der metallische Träger 12 sichtbar frei­ liegt, können mit dem gezeigten Werkzeug sehr gezielt diese freiliegenden Stellen des Metallgerüstes mit der metalloxidischen Schicht überzogen werden, um im Rahmen einer Reparatur eine ausreichende Haftung des Kunststoffes am Metallgerüst über diese metalloxidische Schicht als haftvermittelnde Schicht zu erzielen.

Im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 6, in der das Werkzeug bzw. der Antrieb feststeht und der metallische Träger 12 am Werkzeug entlanggeführt wird, ist in der Ausführung nach der Fig. 7 der metallische Träger 12 auf einer Halterung 13 aufgesetzt. Dieser metallische Träger 12 steht somit fest positioniert auf einer Unterlage, so daß das Werkzeug 1 entlang der Oberfläche des metallischen Trägers 12 entlanggeführt werden kann. Das Werkzeug 1 wird in der Ausführungsform nach der Fig. 7 durch einen Antrieb 14 angetrieben, der beispielsweise in einem Handstück untergebracht ist; der Antrieb kann aber auch über eine flexible Welle erfolgen, die durch eine stationäre Antriebsein­ heit 11 angetrieben wird, wie sie die Fig. 6 zeigt, während das Werkzeug 1 in einem entsprechenden Handstück zur Führung des Werkzeuges eingeklemmt ist. In Fig. 7 sind zwei verschiedene Werkzeuge 1 angegedeutet, die wahlweise zur Bearbeitung des metallischen Trägers 12 eingesetzt werden können. Im einen Fall handelt es sich um ein Werkzeug mit einem kegelförmigen Sinterkörper an dem Ende des Trägerstiftes 2, wobei dieses Werkzeug der Ausführung nach Fig. 1 entspricht, während das andere Werkzeug einen kugelförmigen Sinter-Körper 3 aufweist, der der Ausführung nach Fig. 2 entspricht. Während das linke Werkzeug 1 mit dem kugelförmigen Sinter-Körper 3 rotiert, um die Relativbewegung zwischen dem metallischen Träger 12 und dem Werkzeug zu er­ halten, wobei diese Drehbewegung durch den Drehpfeil 5 angedeutet ist, ist das rechte Werkzeug mit einem entsprechenden Antrieb versehen, so daß dieses Werk­ zeug in Richtung der beiden Pfeile 7 schwingt. Bei dem Antrieb 14 des Werk­ zeuges, das rechts in Fig. 7 dargestellt ist, handelt es sich um einen Ultraschall-Generator, bei dem es sich konkret um einen piezo-elektrischen Schallgeber handeln kann. Umgekehrt kann auch der metallische Träger 12 bzw. die entsprechende Halterung 13 durch einen solchen Ultraschallgenerator in Schwingungen versetzt werden, wie dies ebenfalls die Pfeile 7 andeuten, die die Halterung 13 in mindestens zwei zueinander senkrecht stehenden Richtungen in Schwingungen versetzt. Selbstverständlich kann diese Schwingung auch in drei zueinander senkrechten Raumrichtungen ausgeführt werden, woraus eine erhöhte Vibration folgt, die zu einer erhöhten Reibung zwischen dem metallischen Träger 13 und dem Sinter-Körper 3 führt.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbunds, insbesondere für die Dentalprothetik, wobei mittels eines Reibung erzeugenden Bearbeitungsvorgangs auf einem metallischen Träger eine haftvermittelnde, amorphe, metalloxidische Schicht aufgebracht wird, die dann über eine Zwischenschicht aus einem Haft-Si­ lan mit einem Kunststoff verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß für den Be­ arbeitungsvorgang eine relative Bewegung zwischen dem metallischen Träger und einem Werkzeug unter Berührung erzeugt wird, wobei das Werkzeug die metal­ loxidbildende Komponente trägt, die durch die dadurch entstehende Reibungswär­ me auf dem Träger aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Träger durch Rotation des Werkzeugs erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Träger durch Ultraschall erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung zwischen dem Werkzeug und dem Träger mittels piezo-elektrischer Schwingungen erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug durch Ul­ traschall bewegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug durch piezo-elektrische Schwingungen bewegt wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 6 zur Herstellung eines Metall-Kunststoff-Verbunds, insbesondere für die Dentalprothe­ tik, in der eine metalloxidische Verbindung bevorratet ist, die auf einen metallischen Träger aufbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die metalloxidische Verbin­ dung in der Kuppe eines Werkzeugs (1) enthalten ist oder sie bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid in Form von Pulver auf dem Werkzeug (1) aufgesintert ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) einen porösen Körper (6) aufweist, der mit der metalloxidischen Verbindung ge­ tränkt ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) einen porösen Körper (6) aufweist, der mit einer metalloxidbildenden Lösung getränkt ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) einen porösen Körper (6) aufweist, der mit einer metalloxidischen Paste ge­ tränkt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) einen porösen Körper (6) aufweist, der mit einer eine metalloxidische Verbin­ dung bildenden Paste getränkt ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid in Form einer Flüssigkeit der Oberfläche des Werkzeugs (1) zuführbar ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug einen porösen Körper (6) mit einem inneren Hohlraum (8) aufweist, wobei die Flüssigkeit über den Hohlraum zuführbar ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Metalloxid auf einem Trägerstift (2) aufgesintert ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugkuppe unterschiedlich geformte Sinter-Körper (3, 6) aufweist.