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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Heizmuffel für einen Muffelofen zur Herstellung
eines Titanenthaltenden keramischen Dentalprodukts nach Anspruch
1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Heizmuffel, sowie
einen Muffelofen, der die Heizmuffel enthält.
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US 6 252 202 beschreibt
einen Ofen zur Hitzbehandlung eines Dentalmaterials, der ein Heizelement
aufweist, das eine Reihe von Ringkomponenten aufweist, oder in Form
einer einzigen Spiralstruktur vorliegt. Heizmuffel als Komponenten
von Muffelöfen
für Dentalkeramiken
sind lange bekannt gewesen. Sie bestehen aus feuerfester Keramik,
Keramikfasern oder Quarz als Stützmaterial.
Das Heizelement ist üblicherweise
spiralförmig
oder besitzt eine helikale oder Zick-Zack-Form und ist im Stützmaterial fixiert.
Das Heizelement ist üblicherweise
in einer im Trägermaterial
ausgebildeten Rinne vorhanden, oder ist in einem Rohr aus Kieselglas
oder Quarzglas enthalten. Diese Heizmuffel bestehen aus einem Hohlblock
aus einem zylindrischen Rohr, der an beiden Enden offen ist, und
der entsprechende Befestigungen für einen Wärmeleiter aufweist. Im Muffelofen eingebaut
werden diese Heizmuffel oben durch eine isolierende Platte abgedichtet
und am Boden durch einen isolierenden Sockel zum Beheizen. Ein Nachteil
dieser Konstruktion ist es, dass die vollständige Innenwandkonstruktion
des Hohlblocks nicht beheizt werden kann. Wenn der Block aufgeheizt
wird, tritt deshalb ein ziemlich großer Abfluss von Hitze durch die
zwei unbeheizten Oberflächen
auf, d.h., die isolierende Platte und den Sockel, wobei insbesondere über die
obere isolierende Platte ein intensiver Wärmeabfluss auftritt. Deshalb
treten vertikale und horizontale Temperaturgradienten auf, die für den zu brennenden
Körper
ungünstig
sind.
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Temperaturgradienten
sind insbesondere dann von Nachteil, wenn ein keramisches Dentalprodukt,
das Titan enthält,
gebrannt wird. Titan weist ein Verhalten auf, das für dieses
Metall spezifisch ist. Bei 822°C
tritt ein Phasenübergang
auf, der zu einer Volumenänderung
des Titans führt.
Bei der Herstellung von keramischen Dentalprodukten, die Titan enthalten,
muss man deshalb vermeiden, diese Temperatur zu überschreiten. Für Titan
enthaltende keramische Dentalprodukte wurden spezielle niedrigschmelzende
keramische Verbindungen entwickelt, die gerade unterhalb von 822°C schmelzen
und eine genaue Brenntemperatur erfordern. Die Schaffung eines Muffelofens
und einer Heizmuffel, die einen gleichmäßigen Wärmeübergang zum Produkt sicherstellen
und Temperaturgradienten vermeiden, wurde deshalb gewünscht.
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Aus
US-A-6 157 004 ist
eine Muffel bekannt, die einen zylindrischen Hohlblock aufweist,
der an einem Ende mit einem flachen zylindrischen Deckel verschlossen
ist. Die Innenwand kann durch in der Muffel vorgesehene Heizdrähte vollständig beheizt werden.
Die elektrischen Heizdrähte
sind innerhalb des zylindrischen Hohlkörpers in bestimmten Abständen von
einander beabstandet und können
getrennt von einander mittels einer Regelvorrichtung ein- oder abgeschaltet
werden. Die Heizdrähte
werden entsprechend eines vorgegebenen Schwellenwerts durch zwei
Temperatursensoren ein- oder abgeschaltet, die an zwei verschiedenen
Niveaus in der Brennkammer des Muffelofens angeordnet sind. Auf diese
Weise wird ein gleichmäßiges Erhitzen
der zu brennenden keramischen Produkte erzielt, und Temperaturgradienten
werden vermieden. Diese Muffel löst
jedoch nicht diese Probleme. Ganz im Gegenteil weist sie mehrere
Nachteile auf.
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Es
ist vor allem eine kostspielige Temperaturregelung erforderlich.
Diese Temperaturkontrolle reagiert jedoch auf einen Temperaturgradienten
nur sehr träge
und langsam, da die Heizdrähte
innerhalb der Zylinderwände
liegen und in einem großen
Abstand von den Innenwänden
des Zylinders, weshalb trotz der kost spieligen Kontrolle relativ
große
Temperaturschwankungen während
des Betriebs dieser Heizmuffel auftreten. Diese Temperaturregulierung führt zu Temperaturdifferenzen
und Temperaturgradienten an der Innenwand des Hohlkörpers der
Heizmuffel. Lokal überhitzte
Bereiche und Punkte, sogenannte "Hot-Spots", treten auf, die
keine gleichmäßige Wärmeübertragung
zum keramischen Produkt und ein exaktes Temperaturprogramm für ein Brennverfahren
mit dieser Heizmuffel ermöglichen.
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Zweitens
kann die in
US-A-6 157
004 beschriebene Muffel mindestens zwei Keramikprodukte aufnehmen.
Diese Keramikprodukte werden an der Oberseite eines Sockels entlang
seines Umfangs angeordnet, wobei der Sockel zusammen mit der Muffel die
Heizkammer ausbildet. Auf diese Weise wird jedes individuelle keramische
Dentalprodukt um eine Achse rotiert, die parallel zur Zylinderachse
der Muffel ist. Während
ihrer Rotation werden die individuellen Keramikprodukte an ihrer
von der Innenwand der Muffel weggerichteten Seite während des
Brennens abgekühlt.
Die gegen die Innenwand gerichtete Seite liegt näher zur Innenwand der Muffel,
durch die das Keramikprodukt beheizt wird, während auf der anderen Seite
die von der Innenwand weggerichtete Seite von der Heizquelle weiter
entfernt ist. Während
der Rotation tritt deshalb notwendigerweise ein Temperaturgradient
zwischen der gegen die Innenwand gerichteten Seite des Produkts
und der von der Innenwand weggerichteten Seite des Produkts auf,
wenn das Keramikprodukt gebrannt wird. Aus diesem Grund ist deshalb
die Wärmeübertragung
zu dem zu brennenden keramischen Produkt auch nicht gleichmäßig.
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Aufgabenstellung
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Heizmuffel für einen
Muffelofen zur Herstellung eines Titan enthaltenden keramischen
Dentalprodukts bereitzustellen, mit der auf einfachem Weg eine gleichmäßige Wärmeübertragung
zu einem keramischen Dentalprodukt durchgeführt werden kann, und während des
Brennens Temperaturgradienten vermieden werden können. Zusätzlich werden ein Verfahren
zur Herstellung dieser Heizmuffel und ein die Muffel enthaltender
Muffelofen bereitgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung löst
die angegebene Aufgabenstellung mit einer Heizmuffel für den Muffelofen
zur Herstellung eines Titan enthaltenden keramischen Dentalprodukts
nach Anspruch 1. Diese Heizmuffel umfasst einen Hohlblock, der bereitgestellt
wird mit mindestens einer Öffnung
zur Aufnahme des Keramikprodukts, und der Innenwände aufweist, die vollständig beheizt
werden können.
Zusammen mit einem Sockel kann die Heizmuffel eine Brennkammer ausbilden,
in der das keramische Produkt durch die Innenwände beheizt wird. Der Hohlblock
umfasst mindestens ein spiralförmig
gebogenes Rohr, das einen Wärmeleiter
für eine
gleichmäßige Wärmeübertragung
zum keramischen Dentalprodukt aufweist, um Temperaturgradienten
zu vermeiden.
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Durch
die einfache Konstruktion des spiralförmigen Rohrs, das einen Wärmeleiter
enthält,
und die Konstruktion der Heizmuffel als Hohlblock mit Innenwänden, die
vollständig
beheizt werden können, kann
einerseits eine gleichmäßige und
direkte Wärmeübertragung
zum Keramikprodukt von gleichmäßig beheizbaren
Innenwänden
des Hohlkörpers,
die aus dem den Wärmeleiter
enthaltenden Rohr bestehen, erreicht werden, und andererseits ein
Ausfluss von Wärme
durch einen nicht erhitzten Teil des Hohlkörpers und damit ein Temperaturgradient
vermieden werden. Die gesamten Innenwände des Hohlblocks der erfindungsgemäßen Heizmuffel
können
auf diese Weise rasch erhitzt werden, und das Aufheizen kann leicht
durch Applizie ren einer Spannung an den Wärmeleiter kontrolliert werden.
Mit Ausnahme des Sockels werden deshalb die gesamten Innenwände der Brennkammer
vollständig
beheizt. Lokal überhitzte Bereiche
an den Innenwänden
des Hohlblocks werden vermieden, und ein Keramikprodukt kann im
wesentlichen gleichmäßig ohne
Tem peraturschwankungen durch die Innenwände des Hohlblocks erhitzt werden.
Wärmeübertragung
findet gleichmäßig statt. Temperaturgradienten
werden vermieden. Die Einstellung verschiedener Wärmeleiter
durch Anschalten und Abschalten ist somit nicht erforderlich. Verschiedene
Temperaturzonen an den Innenwänden und
Temperaturgradienten an den Innenwänden der Brennkammer werden
vermieden, die notwendigerweise in Vorrichtungen des Standes der
Technik aufgrund der Verzögerung
in der Temperaturregulierung verschiedener Bereiche in der Brennkammer
auftreten.
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Zusätzlich stellt
die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Heizmuffel
bereit. Zur Ausbildung des Hohlblocks, der beheizbare Innenwände aufweist,
wird ein Rohr, das einen Wärmeleiter
enthält,
spiralförmig angeordnet.
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Es
wird auch ein neuer und vorteilhafter Muffelofen bereitgestellt,
der die erfindungsgemäße Heizmuffel
enthält.
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Andere
vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird nun auf der Grundlage der anliegenden
Zeichnungen erläutert. Es
bedeuten:
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1 den
Querschnitt einer erfindungsgemäßen Heizmuffel
für einen
Muffelofen zur Herstellung eines Titan enthaltenden keramischen
Dentalprodukts;
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2 den
Querschnitt einer anderen erfindungsgemäßen Heizmuffel;
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3 die
Draufsicht auf die Heizmuffel nach 2.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Heizmuffel
10.
Sie besteht aus einem Hohlblock, der zur Aufnahme eines Keramikprodukts
(nicht dargestellt) mit einer Öffnung
11 versehen
ist. Die Öffnung
des Hohlblocks ist in Betriebsstellung gegen den Boden gerichtet
und kann nach Aufnahme des Keramikprodukts zusammen mit dem Sockel
(nicht dargestellt) eine Brennkammer ausbilden. Die erfindungsgemäße Muffel
kann z.B. in dem in
EP-A-0
087 111 beschriebenen Muffelofen verwendet werden, kann aber
auch in irgendeinem anderen üblichen
Muffelofen verwendet werden. Der Hohlblock besteht aus einem mit
einem zylindrischen Deckel mit einer Höhe H und einem Durchmesser
D verschlossenen Zylinder. Der Zylinder umfasst den Zylindermantel
15 und
den Zylinderdeckel
12.
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Der
Zylinderdeckel 12 ist flach. In einer anderen Ausführungsform
kann er jedoch auch gewölbt sein,
wodurch er wie eine Halbkugel oder eine Kuppel, wie in 2,
geformt ist. Der Zylinderdeckel 12 ist vorzugsweise geschlossen.
Er kann jedoch auch eine andere Öffnung 13 mit
einem Durchmesser d für ein
Thermoelement aufweisen, wie in 1 und 2 dargestellt.
In der Ausführungsform
mit einem geschlossenen Zylinderdeckel kann ein Thermoelement z.B.
durch den Sockel in die Brennkammer eingeführt werden. Der Hohlblock umfasst
ein spiralförmig
gebogenes Rohr 16, das einen Wärmeleiter für eine gleichmäßige Wärmeübertragung
zum Keramikprodukt und zur Vermeidung von Temperaturgradienten enthält. In einer
bevorzugten Ausführungsform besteht
der Hohlblock aus einem einzigen solchen Rohr. Er kann deshalb auf
einfache Weise hergestellt werden. Wenn dies erforderlich ist, kann
er jedoch, z.B. aufgrund der Größe der Muffel,
mehrere spiralförmig
gebogene Rohre aufweisen.
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2 zeigt
eine andere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Heizmuffel,
worin die Elemente, die auch in 1 dargestellt
sind, durch die gleichen Bezugszeichen charakterisiert sind. Die Heizmuffel
der 2 umfasst einen Hohlblock, der aus einem an einem
Ende mit einem gewölbten
Zylinderdeckel 12 ver schlossenen Zylinder besteht. Der
Zylinderdeckel 12' ist
vorzugsweise ebenfalls geschlossen. Die andere Öffnung 13 für das Thermoelement
ist jedoch in 2 dargestellt.
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In
allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen
der Heizmuffel befindet sich der Wärmeleiter 18 vorzugsweise
in der Wand des Rohrs 16. Er kann, wie in 2 dargestellt,
im gebogenen Rohr 16 spiralförmig angeordnet sein.
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Die
Wanddicke des Rohrs 16 kann 1 bis 4 mm, vorzugsweise 1,5
bis 3 mm, betragen, und beträgt
besonders bevorzugt 1,5 mm. Der Außendurchmesser OD des Rohrs 16 kann
8 bis 14 mm, vorzugsweise 8 bis 12 mm, und besonders bevorzugt 10
mm, betragen. Der Innendurchmesser ID des Rohrs 16 kann
6 bis 13 mm, vorzugsweise 7 bis 10 mm, und besonders bevorzugt 7
mm, betragen.
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Das
Rohr 16 kann aus Quarz bestehen, und besteht vorzugsweise
aus Kieselglas oder Quarzglas. Besonders bevorzugt ist Quarzglas.
Weil Quarzglas transparent ist, kann die Wärmeübertragung von dem im Quarzglas
enthaltenen Wärmeleiter
zum Keramikprodukt direkt durch primäre Strahlung erfolgen. Die
Wärmeübertragung
erfolgt deshalb in einer noch gleichmäßigeren Weise. Die Heiz- und Brennverfahren
können
leichter gesteuert werden als in einer Heizmuffel mit einem Hohlblock
aus einem opaken Kieselglasrohr. Im Falle eines opaken Kieselglasrohrs,
das einen Wärmeleiter
enthält,
wird die Wärmeübertragung
durch Sekundärstrahlung
ausgebildet. Der Wärmeleiter
erhitzt zuerst das Kieselglasrohr, und letzteres überträgt die Wärme auf
ein in der Brennkammer befindliches Keramikprodukt.
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Die
Höhe H
des Hohlblocks der erfindungsgemäßen Heizmuffel
ist nicht besonders beschränkt. Sie
kann z.B. 50 bis 150 mm betragen und beträgt vorzugsweise 60 bis 80 mm.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
beträgt
sie ca. 70 mm, wenn der Hohlblock, wie in 1 dargestellt,
aus einem mit einem flachen Zylinderdeckel verschlossenen Zylinder
besteht.
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In
einer Ausführungsform
nach 2 mit einem gewölbten Zylinderdeckel beträgt die Höhe des Hohlblocks
in einer besonders bevorzugten Ausführungsform ca. 80 mm. Die Höhe h des
Zylindermantels 15 kann 20 bis 50 mm betragen, und beträgt vorzugsweise
25 bis 30 mm, und besonders bevorzugt ca. 28 mm. Der Durchmesser
D des Hohlblocks kann 70 bis 150 mm betragen. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser
D 90 bis 130 mm. In den bevorzugten Ausführungsformen gemäß 1 und 2 beträgt der Durchmesser
D des Zylinders ca. 110 mm.
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Der
Radius r des halbkugelförmig
gewölbten Zylinderdeckels
kann ca. 30 bis 70 mm, vorzugsweise 40 bis 60 mm, betragen, und
beträgt
insbesondere ca. 50 mm.
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In
einer anderen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Heizmuffel,
die nicht dargestellt ist, besteht der Hohlblock aus einem im wesentlichen halbkugelförmigen Hohlblock
oder einen im wesentlichen kugelförmigen Hohlblock, wobei dieser
Hohlblock vorzugsweise einen Durchmesser D und einen Radius r mit
den vorstehend genannten Werten für die anderen Ausführungsformen
aufweist. In dieser Ausführungsform,
die nicht dargestellt ist, wird eine noch gleichmäßigere Wärmeübertragung
auf das Keramikprodukt als in den in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsformen
ausgebildet.
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Eine
zentrale Anordnung des Keramikprodukts auf dem Sockel, der zusammen
mit der Muffel in Betriebsstellung die Brennkammer ausbildet, ist besonders
vorteilhaft. Für
die zentrale Anordnung eines Keramik- Produkts in einem im wesentlichen kugelförmigen Hohlblock
kann der Sockel einen erhobenen Teil im Zentrum aufweisen, auf das
das Keramikprodukt für
das Brennverfahren positioniert wird, wodurch sich in der Betriebsstellung
das Keramikprodukt etwa im Mittelpunkt des im wesentlichen kugelförmigen Hohlblocks
befindet. Zusätzlich
können
die Ausführungsformen
mit dem im wesentlichen halbkugelförmigen Hohlblock oder mit dem
im wesentlichen kugelförmigen
Hohlblock, die nicht dargestellt sind, zusätzlich zur Öffnung für die Aufnahme des Keramikprodukts
auch eine andere Öffnung
für ein
Thermoelement aufweisen.
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Der
Durchmesser d der anderen Öffnung 13 für ein Thermoelement
kann in allen Ausführungsformen 8 bis
50 mm betragen, und beträgt
vorzugsweise 8 bis 40 mm.
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3 zeigt
eine Draufsicht auf die Heizmuffel nach 2. Sie umfasst
ein einen Wärmeleiter enthaltendes
einziges Rohr 16, das zur Ausbildung des Hohlblocks, der
beheizbare Innenwände
aufweist, spiralförmig
angeordnet ist. Elektrische Anschlüsse 21 und 22 befinden
sich an den Enden des spiralförmig
angeordneten Rohrs 16, mit deren Hilfe der im Rohr 16 enthaltenen
Wärmeleiter
mit Spannung beliefert werden kann. Im Verfahren zur Herstellung
der erfindungsgemäßen Heizmuffel
wird ein Rohr 16, das einen Wärmeleiter 18 enthält, wie
in 3 dargestellt, spiralförmig angeordnet. Die Steigung
der spiralförmigen
Anordnung ergibt sich aus den oben angegebenen Werten für das Rohr
und die Form für
den Hohlblock.
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Somit
kann das Rohr 16 spiralförmig relativ zu einem aus einem
Zylindermantel 15 oder 15' und einem Zylinderdeckel 12 oder 12', der den Zylinder an
einem Ende verschließt,
bestehenden Zylinder spiralförmig
angeordnet sein. Zur Ausbildung eines gewölbten Zylinderdeckels 12' kann das Rohr
spiralförmig
mit einem kleineren Radius relativ zum Zylindermantel 15' angeordnet
sein, wodurch die in 2 dargestellte Heizmuffel hergestellt
werden kann.
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Um
einen flachen Zylinderdeckel 12 mit einem gegenüber dem
Zylindermantel 15 kleineren Radius auszubilden, kann das
Rohr spiralförmig
angeordnet sein, wobei die Spiralform im Bereich des Zylinderdeckels 12 keine
Steigung aufweist, wodurch die in 1 dargestellte
Heizmuffel erhalten wird.
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Rohr 16 kann
jedoch für
einen im wesentlichen halbkugelförmigen
Hohlblock oder einen im wesentlichen kugelförmigen Hohlblock spiralförmig angeordnet
sein.
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Die
spiralförmige
Anordnung des Rohrs 16, das einen Wärmeleiter enthält, kann
in allen diesen Verfahren an beiden Enden hergestellt werden. An dem
Ende, das die Öffnung 11 zur
Aufnahme des Keramikprodukts aufweist, oder auch an dem Ende, das vollständig geschlossen
ist, kann sie eine andere Öffnung 13 für ein Thermoelement
aufweisen. Alle diese Verfahren ergeben den Vorteil, dass das Ausfräsen einer
Rinne in einem aus Keramik oder Keramikfasern bestehenden Stützmaterial
nicht erforderlich ist. Ein neuer und vorteilhafter Muffelofen enthält eine
erfindungsgemäße Heizmuffel,
die auf einfache Weise nach einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt
werden kann.