DE4332065A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Formteiles, insbesondere einer keramischen Zahnrestauration, sowie zur Herstellung von Sonotrodenkronen - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit der Ultraschallbearbeitung von Werkstücken zur Herstellung von Formteilen, insbesonde­ re zur Herstellung eines keramischen Zahnersatzes, wie z. B. Verblendschalen, Einlagefüllungen, Kronen oder Brücken aus dentalkeramischem Material. Aufgrund ihrer günstigen biolo­ gisch-chemischen Eigenschaften, ihrer hohen Gewebeverträg­ lichkeit und der geringen Tendenz zur Plaque-Anlagerung werden keramische Zahnersatzmaterialien allgemein als Werk­ stoffsysteme erster Wahl diskutiert.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit den Verfahren nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 14 sowie mit einer Ultraschallbearbeitungsmaschine nach dem Oberbe­ griff des Patentanspruches 4 und einer Anlage nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 21.

Das im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebene Ver­ fahren und die im Oberbegriff des Patentanspruchs 4 angege­ bene Ultraschallbearbeitungsmaschine sind aus der DE 39 28 684 C2 (HAHN) bekannt. Auf diese Patentschrift sowie den darin genannten Stand der Technik wird ausdrücklich ergän­ zend verwiesen.

Im übrigen sind aus der Literaturstelle "Keramikbearbei­ tung", Carl Hanser Verlag, München 1989, Seiten 423-443, ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, mit dem spröd­ harte Werkstoffe, z. B. Keramik, Glas, Glaskeramik u. a., mit Hilfe von Ultraschall bearbeitet werden können. Dabei wird die mechanische Energie des oszillierenden Werkzeuges auf ein Läppkorngemisch im Arbeitsspalt zwischen der Sonotro­ denkrone und dem Werkstück übertragen, was zu einer Span­ bildung und letztlich zur Abbildung der Sonotrodenkrone in das Werkstück führt. Diese Verfahren sind jedoch auf die Umformung einer Werkstückoberfläche beschränkt. Die notwen­ digen Formzeuge werden mit konventionellen, spanenden Fer­ tigungsverfahren, z. B. Drehen, Fräsen, Bohren etc. oder mit Hilfe der Funkenerosion hergestellt. Darüberhinaus können geometrisch komplexe Formen kleiner Dimension aus konven­ tionellen Werkstückmaterialien häufig nicht hergestellt werden.

Die DE 40 29 285 A1 (SIEMENS) beschreibt eine Sonotrode, deren formgebendes Teil, d. h. deren Sonotrodenkrone, wenig­ stens teilweise aus Silizium besteht. Diese Materialauswahl dient einer Optimierung des Verschleißverhaltens. Sie er­ möglicht darüberhinaus den Einsatz der sogenannten Mikro­ strukturtechnik zur Ausformung der Arbeitsfläche der Sono­ trodenkrone. Die Mikrostrukturtechnik ist aus der Herstel­ lung von Halbleiterbauelementen bekannt und umfaßt z. B. die Photolithographie sowie isotrope und anisotrope Ätztechni­ ken.

Die eingangs angesprochene funkenerosive Herstellung von Formteilen zur Bearbeitung von Dentalersatz ist bei­ spielsweise aus der DE 37 35 558 C2 (HERAEUS) und der DE 35 44 123 C2 (WALTER) bekannt. Deren Nachteile sind in der o.g. DE 39 28 648 C2 (HAHN) abgehandelt.

Aufgrund des unvermeidlichen, z. T. erheblichen Verschleißes und der daraus resultierenden kurzen Standzeiten der Sono­ trodenkronen, sind die herkömmlichen feinwerktechnischen, oder mikroelektronischen oder funkenerosiven Fertigungsver­ fahren zur Herstellung von Sonotrodenkronen häufig nicht wirtschaftlich.

Schließlich beschreibt die DE 36 06 305 A1 (HANSEN) ein Ultraschallbearbeitungswerkzeug, bestehend aus einem Ul­ traschallgenerator (Ultraschallwandler einschließlich Ver­ stärker) und einer Sonotrode. Die Sonotrode ist durch eine Differentialschraube am Ultraschallgenerator festgespannt und mittels zylindrischer Schultern zentriert. Hierdurch kann die Sonotrode rasch ausgewechselt werden, ohne daß danach eine Neujustierung zum Werkstück erforderlich wäre.

Die Erfindung möchte ein weiteres Verfahren zur ultra­ schall-technischen Herstellung eines Formteiles, insbeson­ dere einer keramischen Zahnrestauration, und eine entspre­ chende Ultraschallbearbeitungsmaschine zur Verfügung stel­ len; ferner ein Verfahren und eine zu dessen Durchführung geeignete Anlage zur Herstellung von Sonotrodenkronen zur Verwendung im vorgenannten Verfahren und der vorgenannten Ultraschallbearbeitungsmaschine.

Sie erreicht dieses Ziel durch die Gegenstände der Patent­ ansprüche 1, 4, 14 und 19.

Die erfindungsgemäßen Gegenstände verbessern die Herstel­ lung von Kleinserien deutlich. Insbesondere erlauben sie eine besonders wirtschaftliche, weniger kosten- und zeit­ intensive Herstellung derartiger Serien. So kommen etwa die Gegenstände der Patentansprüche 1 und 4 mit einer einzigen ultraschallgebenden Einheit zur allseitigen Bearbeitung des Werkstückes aus, ohne daß bei dem hierdurch bedingten Wech­ sel der Sonotrodenkronen eine Neujustierung erforderlich wäre. Die Gegenstände der Patentansprüche 14 und 19 basie­ ren auf den Grundlagen der Modell- und Artikulatortechnik und erlauben auf einfache Weise die paßgenaue Herstellung zueinander komplementärer Sonotrodenkronen zur allseitigen Bearbeitung dentalkeramischer Rohlinge.

Die Maßnahme des Patentanspruches 2, nämlich, daß die frei­ en Ränder der Sonotrodenkronen der Äquatoriallinie der Zahnkrone entsprechen, hat den Vorteil einer besonders einfachen lagegenauen Justierung der beiden Sonotroden zueinander, nämlich durch Ermittlung eines Formschlusses der beiden Sonotrodenkronenränder.

Die in Patentanspruch 5 angegebene Maßnahme, die beiden Vorrichtungen zur Halterung der Sonotrodenkronen gleich, insbesondere identisch auszubilden, erleichtert deren Aus­ wechselbarkeit ohne die Notwendigkeit einer Nachjustierung erheblich.

Die in den Ansprüchen 7-9 angegebenen Varianten der mecha­ nischen Aufteilung von Ultraschallgenerator und Sonotroden­ kronenhaltevorrichtung führen zu einer weiteren Erleichte­ rung der paßgenauen Auswechselbarkeit der Sonotronenkronen­ haltevorrichtung. Unter Ultraschallgenerator wird hierbei der eigentliche Generator einschließlich etwaiger Verstär­ ker verstanden. Dies soll jedoch nicht ausschließen, daß in der Sonotrode selbst weitere Verstärker angeordnet sind.

Die Ankopplung der Sonotrode an den Ultraschallgenerator nach Patentanspruch 10 ist an sich aus der eingangs genann­ ten DE 36 06 305 (HANSEN) bzw. der entsprechenden US 4 751 916 bekannt. Die im Patentanspruch 10 angegebene zusätzli­ che Schraubverbindung umfaßt auch die in den beiden vor­ genannten Druckschriften geschilderte Schraubverbindung.

Die im Patentanspruch 11 an dem dem Ultraschallgenerator gegenüberliegenden Maschinenende angegebenen Mittel zur Aufnahme und Justierung der die Sonotrodenkronen tragenden Vorrichtungen ermöglichen den in einem zweiten Bearbei­ tungsschritt vorgesehenen Halteeingriff der ersten Sonotro­ denkrone mit dem Werkstück. Die in den Patentansprüchen 12 und 13 angegebenen Justiermittel ermöglichen eine bequeme, lagegenaue Ausrichtung der beiden Sonotrodenkronen zuein­ ander.

Das im Patentanspruch 14 angegebene Verfahren bedingt die an sich bekannte funktionelle Rekonstruktion der zu ferti­ genden Zahnrestauration (z. B. Inlay, Veneer, Teilkrone, Krone, Brücke etc.) aus einem thermoplastischen Modellwerk­ stoff, z. B. Modellierwachs.

Das in Patentanspruch 14 angegebene, härtende Material kann ein bekanntes Modellierwachs oder ein Polyinerwerkstoff sein.

Die im Patentanspruch 14 angegebene Äquatoriallinie defi­ niert den sogenannten Modelläquator, etwa den Zahnkronenä­ quator, der durch den größten Durchmesser des Modells, bezogen auf die Modellängsachse bzw. virtuelle Bearbei­ tungsachse, gemessen wird. Diese Begrenzung stellt sicher, daß keine sogenannten "Bearbeitungsschatten" beim Eindrin­ gen der Sonotrodenkrone in das Werkstück entstehen. Der Modelläquator begrenzt diejenige, durch das Modell im we­ sentlichen quer zur Modellängsachse, geführte Schnittflä­ che, von der aus die Außenwände der Zahnrestauration stets monoton oder streng monoton sich verjüngende Restaurations­ abschnitte umgeben. Deshalb wird das in Anspruch 16 ange­ gebene, durch Aushärten der Abformmasse erhaltene Gebilde auch längs der Äquatoriallinie des Verbrauchsmodells durch­ trennt.

Die in Patentanspruch 15 angegebene Verschlüsselung dient der späteren positionsgenauen Ausrichtung der beiden Sono­ troden zueinander.

Bei dem in Patentanspruch 16 angegebenen Verfahren kann das sogenannte "Wax-up" auf seinem üblicherweise aus einem Dentallabor gelieferten Modellstumpf verbleiben und wird mit diesem lösbar an der einen Phantomsonotrode justiert. Gedanklich wird das "Wax-up", also die Modellform, an ihrem prothetischen Äquator in zwei "Hälften" geteilt. Zunächst wird die "okklusale" Halbseite der Restauration bis zum Äquator mit einem schrumpfungsarmen, schnellhärtenden Poly­ mer überschichtet und in der Restaurationsachse an einer vorgefertigten Sekundärsonotrode fixiert. Nach Beendigung der in Patentanspruch 16 angegebenen Verfahrensschritte wird das Wachsmodell vorsichtig aus den durch Abformen erzielten sonotrodenkronenformen herausgelöst.

Das im Patentanspruch 18 angegebene Ausgießen der Kronen­ hohlform mit flüssigem Metall dient der Optimierung der Verschleißfestigkeit der Sonotrodenkronen durch Überführung der Polymersonotrodenkronen in Metall. Die Überführung geschieht nach dem an sich in der Dentaltechnik bekannten Angießprozeß. Ein manuelles Ausarbeiten der Sonotrodenkronen ist nicht erforderlich.

Zur Vermeidung einer Gratbildung bei der späteren Ultra­ schallbearbeitung mit den Sonotrodenkronen, kann deren Herstellungsverfahren so geführt werden, daß sich deren freie Randbereiche scherenartig überlappen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante wird die Sonotrodenkrone an den anschließenden Sonotrodenteil verlötet, verschweißt oder verklebt.

Das im Patentanspruch 20 angegebene geometrische Modell gewährleistet eine paßgenaue gegenseitige Justierung der Sonotrodenkrone bei maximalen Freiheitsgraden zur Ausrich­ tung der an die Sonotrodenkronen angrenzenden Sonotroden­ teile und ausreichendem Arbeitsraum für manuelle Tätig­ keiten bei der Herstellung der Sonotrodenkronen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen, die in der beigefügten Zeichnung rein schematisch dargestellt sind, noch näher erläutert. Die Zeichnung ent­ hält zusätzliche Erläuterungen der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Teilabschnitt ei­ ner Ultraschallbearbeitungsmaschine;

Fig. 2 die in Fig. 1 dargestellte Primärsonotrode, je­ doch vergrößert;

Fig. 3 eine Anlage zur Herstellung von Sonotrodenkronen in Form eines geometrischen Modells einer Ultra­ schallbearbeitungsmaschine; gleichzeitig einen Verfahrens schritt zur Herstellung von Sono­ trodenkronen;

Fig. 4 ein weiteres geometrisches Modell einer Ultra­ schallbearbeitungsmaschine zur Herstellung von Sonotrodenkronen; gleichzeitig einen weiteren Verfahrensschritt zur Herstellung von Sono­ trodenkronen;

Fig. 5 einen Schnitt längs der Linie A-A in Fig. 4; und

Fig. 6 ein weiteres geometrisches Modell einer Ultra­ schallbearbeitungsmaschine zur Herstellung von Sonotrodenkronen.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel weist einen Ultraschallgenerator 2 auf, der über eine Fixierschraube 4 und einen Zentrierkonus 6 mit Schulter an eine Primärso­ notrode 8, die einen dem Zentrierkonus 6 entsprechenden Ke­ gelstumpf 9 aufweist, mechanisch angekoppelt ist. Der Ul­ traschallgenerator 2 und die Primärsonotrode 8 werden im folgenden "ultraschallgebende Einrichtung" 10 genannt. Die ultraschallgebende Einrichtung 10 wird in bekannter Weise mit Hilfe einer Vorschubsteuerung 12 in Richtung auf das zu bearbeitende Werkstück 14, hier ein dentalkeramisches Werk­ stück 14, derart vorgeschoben, daß der Arbeitsspalt zwi­ schen der aktiven Sonotrodenkrone 16 und der Werk­ stückoberfläche die gewünschten Abmessungen hat. Als Vor­ richtung zur Halterung der Sonotrodenkrone 16 dient eine Sekundärsonotrode 18, die an ihrem der Primärsonotrode 8 zugewandten Ende kegelstumpfförmig ausgebildet ist und durch einen entsprechenden Zentrierkonus am werkstückseiti­ gen Ende der Primärsonotrode 8 zentriert wird.

Die Sekundärsonotrode 18 dient zur Halterung der auf ihr befestigten Sonotrodenkrone 16. Die Sonotrodenkrone 16 kann auf ihr verpreßt, verlötet, verschweißt und/oder verklebt oder durch sonstige bekannte Fügetechniken befestigt sein.

Das dentalkeramische Werkstück 14 wird auf seiner der akti­ ven Sonotrodenkrone 16 gegenüberliegenden Seite in Formein­ griff mit einer weiteren passiven Sonotrodenkrone 20 gehal­ ten. - Fig. 1 veranschaulicht also den in der Beschrei­ bungseinleitung und den Patentansprüchen angesprochenen zweiten Bearbeitungsschritt.

Die passive Sonotrodenkrone 20 sitzt ebenfalls auf einer Sekundärsonotrode 22. Diese ist ebenso ausgebildet, wie die ihr gegenüberliegende Sekundärsonotrode 18. Insbesondere hat sie den gleichen Zentrierkegelstumpf, der in einen entsprechenden Zentrierkonus eines Aufnahmeteiles 23 einge­ schoben ist. Die identische Ausbildung der Vorrichtungen zur Halterung der Sonotrodenkronen 16, 20, hier der Sekun­ därsonotroden 18, 22, erlaubt ein einfaches Auswechseln der beiden Sekundärsonotroden 18, 22 in der Primärsonotrode 8.

Die lagerichtige Ausrichtung der beiden Sonotrodenkronen 16, 20 erfolgt durch eine Verschlüsselung, d. h. durch zu­ mindest eine Formschlußstelle in ihren freien Rändern. Dieser Formschluß kann dadurch geprüft werden, daß das Werkstück 14 aus seiner Bearbeitungsposition herausgenommen wird, die Sonotrodenkronen 16, 20 in Formschluß gebracht und in dieser Ausrichtung in den Zentrierkonus 6 eingescho­ ben werden. Im Anschluß daran wird das Werkstück 14 wieder in Formschluß mit der passiven Sonotrodenkrone 20 gebracht und die aktive Sonotrodenkrone 16 in Vorschubrichtung auf das Werkstück 14 vorgeschoben.

Alternativ kann eine Lageverschlüsselung der Sonotrodenkronen 16, 20 auch durch eine Nut- und Federausbildung in den Zentrierkonus 6 und -kegelstümpfen für die bzw. der Sekundärsonotroden 18, 22 vorgesehen werden.

Die Aufnahmevorrichtung 23 für die passive Sonotrodenkrone 20 ruht auf zwei Justierwellen oder Stangen 24, die par­ allel zur Vorschubrichtung, d. h. der Bearbeitungsachse 26 ausgerichtet sind. Sind das Werkstück 14 und die Sonotro­ denkronen 16, 20 in ihrer Bearbeitungsposition eingerich­ tet, wird die Aufnahmeeinrichtung 23 mit Hilfe einer Fest­ stellschraube 28 fixiert.

Die dentalkeramische Zahnrestauration ist fertiggestellt, sobald die freien Ränder der Sonotrodenkronen 16, 20 gegen­ einander anschlagen. Die Zahnrestauration wird sozusagen von den Sonotrodenkronen 16, 20 durch beidseitige Bearbei­ tung in zwei nacheinanderfolgenden Bearbeitungsschritten ausgestanzt. Bearbeitet wird dabei die Zahnrestauration stets von ein und derselben Raumrichtung her, nämlich von der Richtung, in welcher die ultraschallgebende Einrichtung 10 angeordnet ist.

Zur Vermeidung einer Gratbildung überlappen sich die freien Randbereiche der Sonotrodenkronen 16, 20 scherenartig.

Fig. 2 zeigt die Primärsonotrode 8 in vergrößerter Darstel­ lung. Sie zeichnet sich durch einen generatorseitigen Zen­ trier-Kegelstumpf 9 und einen werkstückseitigen Zentrierko­ nus 31 aus. Vorzugsweise hat sie eine kreiszylindrische Außenwand mit dem Durchmesser ⌀, der gleich dem Durchmesser des Aufnahmeteils 23 ist, und eine Lageverschlüsselung mit dem Zentrierkonus 6 des Ultraschallgenerators 2, etwa nach Art einer Nut-Feder-Verschlüsselung.

Bei einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel ist es die Primärsonotrode 8, die als auswechselbare Vor­ richtung zur Halterung der Sonotrodenkrone 16 dient. Die Sekundärsonotrode 18 kann in diesem Fall entfallen. Dafür ist das die passive Sonotrodenkrone 20 halternde Aufnahme­ teil ebenfalls als Primärsonotrode 8 ausgebildet.

Das in Fig. 3 dargestellte geometrische Modell einer Ultraschallbearbeitungsmaschine dient zur Herstellung von zwei zueinander komplementären Sonotrodenkronen zur all­ seitigen Bearbeitung einer keramischen Zahnrestauration, hier einer Krone. Das Modell besteht aus einer Grundplatte 32, die in Fig. 3 im Längsschnitt dargestellt ist, d. h. einem vertikalen Schnitt, dessen Schnittebene die virtu­ elle Bearbeitung zur Längsachse 26 enthält. Der Quer­ schnitt der Grundplatte 32 entspricht dem in Fig. 5 darge­ stellten Schnitt durch ein anderes Ausführungsbeispiel eines Modells. Wie die Schnittansichten zeigen, wird die Grundplatte 32 von zwei trogförmigen, sich kreuzenden Ausnehmungen 34 und 37 durchzogen, derart, daß an den vier Ecken der Grundplatte 32 jeweils säulenartige Erhebungen 36 nach oben stehen. Die säulenartigen Erhebungen 36 haben einen rechteckförmigen Horizontalquerschnitt.

Auf jeder säulenartigen Erhebung 36 ist eine Führungsstange 38 vorgesehen, welche die säulenartige Erhebung 36 beidsei­ tig überkragt. Insgesamt sind also vier Führungsstangen 38 vorgesehen. Sämtliche Führungsstangen 38 sind parallel zur virtuellen Bearbeitungslängsachse 26 ausgerichtet. Sie tragen jeweils paarweise ein Aufnahmeteil 40, 41. Jedes Aufnahmeteil 40, 41 ist auf den Führungsstangen 38 in Rich­ tung der Bearbeitungslängsachse 26 verschiebbar. Es kann durch Feststellschrauben 28 oder Spannbügel in einer be­ stimmten Lage auf den Führungsschienen 38 positioniert werden.

Das in Fig. 3 links dargestellte Aufnahmeteil 40 weist einen werkstückseitigen Abschnitt 42 auf, der in einer zur Bearbeitungslängsachse 26 orthogonalen Ebene verschiebbar ist. Insgesamt ist dieses Teil 42 also in allen drei Raum­ richtungen und damit maximal verschiebbar. Es kann über einen Kreuzschlitten mit dem auf den Führungsschienen 38 fixierbaren Abschnitt 43 verbunden sein. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es durch Magnethalterungen 44 befe­ stigt und damit besonders bequem in der orthogonalen Ebene verschieblich. Der Magnet kann ein Permanentmagnet sein oder statt dessen - zur Veränderung der magnetischen Anzie­ hungskraft - als Elektromagnet mit steuerbarer Stromzuführung ausgebildet sein. Der verschiebliche Abschnitt 42 ragt über die trogförmige Rinne oder Aussparung 34 vor und ist dadurch besonders leicht zugänglich. Das aus der dem Den­ tallabor gelieferte Wachsmodell ("Wax-up") 46 ist mit sei­ nein ebenfalls mitgeliefertem Modellstumpf 46 mittels Knet­ masse 49 in einer Ausnehmung 47 des verschiebbaren Aufnah­ meabschnittes 42 fixiert. Die Knetmasse 49 erleichtert die Ausrichtung des Wachsmodelles 46 - dessen prothetische Äquatorfläche muß im wesentlichen zur Bearbeitungslängs­ achse 26 ausgerichtet werden. Der prothetische Äquator wird bevorzugt bereits im Dentallabor ermittelt und auf das "Wax-up" 46 aufgezeichnet. Hierdurch wird dessen lagerich­ tige Ausrichtung erleichtert.

Nach Ausrichtung des Wachsmodells 46 in Bearbeitungslage, d. h. in der Lage, in welcher später die Zahnrestauration von den Sonotrodenkronen sozusagen ausgestanzt wird, wird die okklusale Oberfläche bis zur Äquatorlinie mit einem schrumpfungsarmen, schnell härtenden Polymer überschichtet, also direkt abgeformt. Die Polymerschicht wird dann soweit aufgebaut, bis sie auf einem kronenseitigen Konus 50 der Sekundärsonotrode 22 aufsitzt und mit diesem fixiert ist. Statt des Konus 50 kann der kronenseitige Abschnitt der Sekundärsonotrode 22, auch Sonotrodenkopf genannt, ein Schraubgewinde haben. Die Sekundärsonotrode 22 kann auch eine andere Retentionsform für die Sonotrodenkrone aufwei­ sen.

Die so hergestellte Sonotrodenkrone 54 kann in der Regel noch nicht zur Ultraschallbearbeitung eines sprödharten Werkstoffes verwendet werden. Sie wird in einem solchen Fall in eine Metallgußform überführt. Bis zur Überführung in eine Metallform stellt sie im Ergebnis eine Präsonotro­ denkrone 54 dar. - Die Sekundärsonotrode 22 kann auch als "Sekundärsonotrodenhalbzeug" aufgefaßt werden, nämlich dann, wenn man unter dem Begriff Sekundärsonotrode die Gesamtheit aus Sekundärsonotrodenhalbzeug und Sekundärsono­ trodenkrone versteht.

Nachdem die Präsonotrodenkrone 54 an der Sekundärsonotrode 22 befestigt ist, haftet das Wachsmodell 46 exakt an der erhärteten Sonotrodenkroneoberfläche.

Die an der Äquatorlinie endenden freien Randflächen der Präsonotrodenkrone 54 werden nun isoliert und im Anschluß daran der Modellstumpf 48 vorsichtig entfernt. Anstelle des Modellstumpfes 48 wird nunmehr eine zweite "cervikale" Sonotrodenkrone aufgebaut, und zwar in grundsätzlich glei­ cher Weise wie die okklusale Präsonotrodenkrone 54. Hierzu wird eine zweite Sekundärsonotrode analog zur ersten Sekun­ därsonotrode 22 im verschiebbaren Aufnahmeabschnitt 42 des linken Aufnahmeteils 40 angeordnet.

Die zervikale Präsonotrodenkrone wird in gleicher Weise wie die okklusale Präsonotrodenkrone 54 auf der ihr zugeord­ neten Sekundärsonotrode befestigt. Zur Herstellung der zweiten Präsonotrodenkrone werden vorzugsweise dieselben Materialien verwendet wie zur Herstellung der ersten Präso­ notrodenkrone 54. Die Befestigung der Präsonotrodenkronen an den ihnen zugeordneten Sekundärsonotrodenköpfen kann gleichzeitig mit dem Abformvorgang oder nach diesem durch­ geführt werden.

Im Anschluß daran wird das "Wax-up" 46 vorsichtig herausge­ löst, etwa durch Ausbrühen - was vor der Trennung der bei­ den Präsonotroden entlang der isolierten Äquatoriallinie oder danach vorgenommen werden kann.

Zur Optimierung des Verschleißverhaltens der Sonotroden­ kronen werden die Sonotroden samt der aufsitzenden Sonotrodenkrone in eine feuerfeste Form eingebettet. Die Kronen werden sodann entfernt, beispielsweise durch Aus­ brennen. Der hierdurch entstehende Kronenhohlraum wird dann mit Metall ausgegossen. Auf diese Weise werden ver­ schleißfeste Sonotrodenkronen direkt an den Kopf der Sekundärsonotroden angegossen. Der die Sonotrodenkrone tragende Sonotrodenkopf ist hierzu in geeigneter Form retentiv ausgebildet, z. B. durch einen umgekehrten Kegel oder das bereits genannte Gewinde. Die Verbindung kann durch zusätzliches Verlöten, Verschweißen oder Verkleben der Fügestellen optimiert werden.

Eine andere Möglichkeit besteht in der bereits genannten konischen Ausbildung des Sekundärsonotrodenkopfes, was eine gezielte Abnahme der Sonotrodenkrone nach deren Erhärtung ermöglicht. Die Sonotrodenkronen lassen sich über den ko­ nusförmigen Kopf der Sekundärsonotrode exakt reponieren und können nun mit den herkömmlichen Fügetechniken, z. B. ver­ preßt und/oder verklebt und/oder verlötet und/oder ver­ schweißt etc. werden.

Wie bereits ausgeführt, erfolgt die spätere Ultraschall­ bearbeitung mit den so hergestellten Sonotrodenkronen in zwei aufeinanderfolgenden Abschnitten. Zunächst wird die erste Sonotrodenkrone unter Verwendung einer geeigneten Läpp-Suspension in einen Dentalkeramik-Rohling vollständig abgebildet. Danach wird der Rohling von der ersten Sonotro­ denkrone gehalten und von der kontralateralen Seite durch die zweite Sonotrodenkrone bearbeitet. Die Einsenktiefe wird durch den Kontakt der korrespondierenden Sonotroden­ kronen limitiert. Es kommt sozusagen zum "Ultraschall-Aus­ stanzen" des gewünschten Formteiles, wobei scherenartig überlappende Randbereiche der Sonotrodenkronen eine Grat­ bildung verhindern.

In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anlage zur erfindungsgemäßen Herstellung von zwei zueinander kom­ plementären Sonotrodenkronen 54 dargestellt - doch in einem anderen Bearbeitungszustand als das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel.

Die beiden Präsonotrodenkronen 54 sind bereits auf den ihnen zugeordneten Sekundärsonotroden bzw. sonotrodenhalb­ zeugen 18, 22 fixiert. Es müssen nur noch das Wachsmodell 46 entfernt und die beiden Sonotrodenkronen 54 voneinander getrennt werden. Der sich anschließende Verfahrensschritt des Angießens der Sonotrodenkronen 54 in der bereits ge­ nannten feuerfesten Form steht ebenfalls noch aus. In diesem Ausführungsbeispiel ist darüber hinaus das Wachs­ modell 46 in einem ersten Verfahrensschritt unmittelbar mittels der Knetmasse 49 auf der Sekundärsonotrode 18 lösbar fixiert worden.

Der in Fig. 5 gezeigte vertikale Querschnitt längs der Linie A-A in Fig. 4 zeigt ein kreiszylindrisches Aufnahme­ teil 40, das mit Linienkontakt auf den ebenfalls kreis­ zylindrischen Führungsstangen 38 aufliegt.

Fig. 6 zeigt schließlich ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein geometrisches Modell einer Ultraschallbearbei­ tungsmaschine zur Herstellung zueinander komplementärer Sonotrodenkronen.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Aufnahmeteile 40, 41 in genau gleicher Weise an zwei einander gegenüberlie­ genden fixierten Halterungen 58 befestigt, wie die in Fig. 1 gezeigte Primärsonotrode 8 im dortigen Ultraschallgene­ rator 2.

Eine Primärsonotrode 8 kann im geometrischen Modell auch unmittelbar als Anlageteil 40 eingesetzt werden.

Claims (20)

1. Verfahren zur Herstellung eines Formteiles, insbeson­ dere einer keramischen Zahnrestauration, mittels einer Ultraschallbearbeitungsmaschine, in der zu beiden Seiten des zu bearbeitenden Werkstückes (14) einander gegenüberliegend je eine Aufnahme für eine profilierte Sonotrodenkrone (16, 20) positioniert ist, bei welchem

• a) in einem ersten Bearbeitungsschritt eine Werk­ stückhalterung das Werkstück (14) haltert, die eine, erste, Sonotrodenkrone (20) über ihre Auf­ nahme aktiviert wird, hierdurch die eine Werk­ stückhälfte auf die gewünschte Form bearbeitet und dabei in Formeingriff mit dem Werkstück (14) gelangt; und
• b) in einem zweiten Bearbeitungsschritt die nunmehr passive erste Sonotrodenkrone (20) das Werkstück (14) durch den Formeingriff haltert, die zweite Sonotrodenkrone (16) aktiviert wird und hierdurch die restliche Werkstückhälfte auf die gewünschte Form bearbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß
• c) zwischen den beiden Bearbeitungsschritten
  c1) die erste Sonotrodenkrone (20) gegen die zweite Sonotrodenkrone (16) ausgewechselt und in der gegenüberliegenden Aufnahme befestigt wird, und
  c2) beide Sonotrodenkronen (16, 20) zur Fortführung der Werkstückbearbeitung zueinander ausgerichtet wer­ den,
  c3) wobei das Werkstück (14) im zuvor erzielten Form­ eingriff mit der ersten Sonotrodenkrone (20) belas­ sen oder wieder in diesen gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung einer Zahn­ krone oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß Sonotrodenkronen (16, 20) verwendet werden, deren freie Ränder der Aquatoriallinie der Zahnkrone entsprechen und die Sonotrodenkronen (16, 20) zwischen beiden Bearbei­ tungsschritten durch Formschluß ihrer freien Ränder zu­ einander ausgerichtet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sonotrodenkronen (16, 20) in horizontaler Richtung das Werkstück (14) bearbeiten.

4. Ultraschallbearbeitungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche mit folgenden Merkmalen:

• a) eine erste Vorrichtung haltert eine erste Sono­ trodenkrone (20) und überträgt Ultraschallschwin­ gungen auf diese;
• b) während eines ersten Bearbeitungsschrittes hal­ tert eine Werkstückhalterung ein Werkstück (14), das von der ersten Sonotrodenkrone (20) längs einer Bearbeitungsachse (26) halbseitig bearbei­ tet wird und dabei in Formeingriff mit der ersten Sonotrodenkrone (20) gelangt;
• c) eine zweite Vorrichtung (18) haltert eine zweite Sonotrodenkrone (16) und überträgt Ultraschall­ schwingungen auf diese;
• d) beide Vorrichtungen sind derart angeordnet, daß das Werkstück (14) während eines zweiten Bearbei­ tungsschrittes von der ersten Sonotrodenkrone (20) in Formeingriff gehalten und gleichzeitig durch Vorschubbewegung längs der Bearbeitungsach­ se (26) von der zweiten Sonotrodenkrone (16) auf seiner anderen Werkstückhälfte fertig bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
• e) für beide Vorrichtungen dieselbe ultraschallgeb­ ende Einrichtung vorgesehen ist und hierzu
• f) die ultraschallgebende Einrichtung und beide Vor­ richtungen derart aneinander angepaßt sind, daß sie in lösbaren, formschlüssigen Schallübertra­ gungseingriff bringbar sind.

5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Vorrichtungen gleich ausgebildet sind.

6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die ultraschallgebende Einrichtung stationär auf der einen Seite der Werkstückbearbeitungsposition fixiert ist.

7. Maschine nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ultraschallgebende Einrichtung aus einem Ultraschallgenerator (2) mit angeschlossener Primärsonotrode (8) besteht und die Vorrichtungen aus auf die Primärsonotrode (8) aufsteckbaren Sekundärso­ notroden (18, 22) bestehen.

8. Maschine nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärsonotrode (8) an ihrem werkstückseitigen Ende einen Zentrierkonus (31) und die Sekundärsonotro­ de (18) an ihrer dem Werkstück (14) abgewandten Ende einen entsprechenden Kegelstumpf aufweist.

9. Maschine nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ultraschallgebende Einrichtung aus dem Ultraschallgenerator (2) und die Vorrichtungen aus einer unmittelbar an den Ultraschallgenerator (2) me­ chanisch ankoppelbaren Sonotrode (8) bestehen.

10. Maschine nach einem der Ansprüche 4-9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mechanische Ankopplung der Sonotrode oder Primärsonotrode (8) an den Ultraschallgenerator (2) ebenfalls über einen Zentrierkonus (6, 9) erfolgt, insbesondere unter Einsatz einer zusätzlichen Schraubverbindung (4).

11. Maschine nach einem der Ansprüche 6-10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß an dem - dem Ultraschallgenerator (2) gegenüberliegenden - Maschinenende Mittel zur Auf­ nahme und Justierung jeweils einer der Vorrichtungen vorgesehen sind.

12. Maschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme-/Justiermittel stationäre Schienen, Wel­ len, Kanten oder dergl. (24) sind, die in einen par­ allel zur Bearbeitungsachse (26) verlaufenden Linien­ kontakt mit den Vorrichtungen bringbar sind.

13. Maschine nach den Ansprüchen 9 und 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest die auf den Aufnahme-/Justier­ mitteln aufliegende Fläche der Sonotrode (8), vorzugs­ weise die gesamte Sonotrode (8) kreiszylindrisch aus­ gebildet ist.

14. Verfahren zur Herstellung von Sonotrodenkronen (54) für die Ultraschallbearbeitung eines Werkstückes (14) zu einem Formteil, etwa einer keramischen Zahnrestau­ ration, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) zunächst ein Verbrauchsmodell (46) des Formteils gefertigt und
• b) sodann die Sonotrodenkronen (54) unter direkter Abformung des Verbrauchsmodells (46) hergestellt werden, wobei die Abformung durch Aufbringen eines plastisch verformbaren und später härten­ den oder härtbaren Materials durchgeführt wird, und
• c) das nach dem Aushärten der Abformmasse erhaltene Gebilde längs der Äquatoriallinie des Ver­ brauchsmodells (46) durchtrennt wird und die beiden hierdurch erhaltenen Teilgebilde jeweils zu einer vollständigen Sonotrodenkronenform (54) ausgebaut werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß - bei rotationssymmetrischer Aquatoriallinie - die beiden Sonotrodenkronen (54) in ihrer räumlichen Zuordnung zueinander verschlüsselt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

• a) das Verbrauchsmodell (46) wird in einem geome­ trischen Modell, welches in den geometrischen Abmessungen im wesentlichen der zur späteren Werkstückbearbeitung vorgesehenen Ultraschall­ maschine entspricht, in die Werkstückbearbei­ tungsposition einjustiert und lösbar an seiner der einen Modellsonotrode (18; 42) zugewandten Oberfläche fixiert;
• b) sodann erfolgen die Abformung der der anderen Modellsonotrode (22) zugewandten Modellober­ fläche bis zum Modelläquator und der Aufbau zur vollständigen Sonotrodenkronenform (54);
• c) danach oder gleichzeitig mit dem Sonotroden­ kronenausbau wird die Sonotrodenkrone (54) an dem ihr zugewandten Modellsonotrodenteil (22) befestigt und hierdurch das Verbrauchsmodell (46) daran fixiert;
• d) sodann wird die längs des Modelläquators verlau­ fende Kante der Sonotrodenkrone (54) mit einer Isolierschicht versehen und die zu Beginn (a) herbeigeführte lösbare Fixierung entfernt;
• e) schließlich wird die andere Sonotrodenkrone (54) in analoger Weise aufgebaut und an dem ihr zuge­ wandten Modellsonotrodenteil (18) fixiert.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur ersten lösbaren Fixierung des Verbrauchs­ modells (46) Knetmasse (49) verwendet wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Sonotrodenteil (18, 22) samt seiner daran fixierten Sonotrodenkronenform (54) in eine feuerfeste Form eingebettet, sodann die Krone ent­ fernt, etwa durch thermisches Ausbrennen, und schließlich die hierdurch erhaltene Kronenhohlform mit Metall ausgegossen wird.

19. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 18, gekennzeichnet durch ein geome­ trisches Modell einer Ultraschallbearbeitungs­ maschine, mit welchem die die Bearbeitungsanlagen des Werkstückes (14) und der Sonotrodenkronen (54) be­ stimmenden Parameter reproduzierbar/simulierbar sind.

20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das geometrische Modell aufweist:

• a) eine Grundplatte (32) mit zwei sich kreuzenden, etwa trog- oder rinnenförmigen Ausnehmungen (34, 37), derart, daß von der Grundplatte (32) vier etwa säulenartige Erhebungen (36) nach oben vor­ stehen und gemeinsam ein Rechteck aufspannen;
• b) auf jeder Erhebung (36) eine Führungsschiene (38), derart, daß alle vier Führungsschienen (38) parallel zur virtuellen Bearbeitungsachse (26) ausgerichtet sind;
• c) ein erstes auf zwei der Führungsschienen (32) verschiebbar gelagertes Aufnahmeteil (41) zur Fixierung des an eine Sonotrodenkrone (54) an­ grenzenden Sonotrodenteils (48); und
• d) ein zweites auf dem verbleibenden Führungsschie­ nenpaar (38) verschiebbar gelagertes Aufnahme­ teil (40) mit einem werkstückseitigen Abschnitt (42), der in einer zur virtuellen Bearbeitungs­ achse (26) orthogonalen Ebene verschiebbar ist und an seinem werkstückseitigen Ende mit Mitteln zur Fixierung des an eine Sonotrodenkrone (54) angrenzenden Sonotrodenteiles (48) bestückt ist.