EP3874219A1 - Heizelement für einen dental-keramik brennofen sowie dental-sinter brennofen - Google Patents

Heizelement für einen dental-keramik brennofen sowie dental-sinter brennofen

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EP3874219A1
EP3874219A1 EP19786797.1A EP19786797A EP3874219A1 EP 3874219 A1 EP3874219 A1 EP 3874219A1 EP 19786797 A EP19786797 A EP 19786797A EP 3874219 A1 EP3874219 A1 EP 3874219A1
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EP
European Patent Office
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heating
heating element
dental
closure
combustion chamber
Prior art date
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Pending
Application number
EP19786797.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas BAHOLZER
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Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG
Original Assignee
Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG filed Critical Vita Zahnfabrik H Rauter GmbH and Co KG
Publication of EP3874219A1 publication Critical patent/EP3874219A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
    • A61C13/00—Dental prostheses; Making same
    • A61C13/20—Methods or devices for soldering, casting, moulding or melting
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B17/00—Furnaces of a kind not covered by any preceding group
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    • F27D11/02—Ohmic resistance heating
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    • F27D2099/0011—The resistor heats a radiant tube or surface

Definitions

  • the invention relates to a heating element for a dental ceramic furnace and a dental sintering furnace with a heating element according to the invention.
  • Dental sintering furnaces with different heating elements are known for sintering metal-free dental prostheses, such as zirconium oxide, and for firing dental ceramic materials onto dental alloys, in particular of zirconium and / or other ceramic materials.
  • Resistance heaters are known for ovens which are used for sintering veneering ceramics and for fires for fixing paint or gloss treatments, in which a heating wire - preferably made of Kanthal - is used as a heating element in a quartz glass envelope. Due to the material, these heating elements are up to max. Approx. 1200 ° C can be used, which is sufficient for sintering veneering ceramics and carrying out painting / fixing fires.
  • Dental restorations have increasingly been produced from S1O2 for several years. Typically, this material is processed in a pre-sintered state and then finally sintered in a sintering furnace. Temperatures of 1200 ° C are not sufficient for this, rather temperatures up to approx. 1650 ° C are required.
  • heating elements made of molybdenum disilicide, for example are known. This is a dense metal-ceramic material that consists of molybdenum silicide and an oxide component, predominantly a glass phase. This portion of glass or a protective layer changes during the heating phase. This can lead to flaking and thus contamination in the combustion chamber and also lead to contamination of the object to be sintered. The flaking leads as small pieces of glass and glass dust to contamination of the combustion chamber and / or the object to be sintered.
  • the object of the invention is to provide a heating element for a dental furnace with improved possible uses. It is also an object of the invention to create a dental furnace with such a heating element.
  • the object is achieved according to the invention by a heating element with the features of claim 1 and by a dental furnace with the features of claim 11.
  • the heating element according to the invention for a dental furnace has a tube element for receiving a heating coil within the tube element.
  • the tubular element is closed at least on one side by a closure element.
  • the closure element closes an open end of the tubular element.
  • the second end of the tubular element can be closed or closed by a further closure element.
  • the at least one closure element serves to lead through electrical connection elements for the heating coil.
  • the electrical connection elements can either be passed through both closure elements or only through one of the two closure elements.
  • the tubular element is preferably made of a ceramic material. Oxide ceramics are particularly suitable as the material.
  • Oxide ceramics which have high heat resistance, preferably above 1,700 ° C., in particular above 1,800 ° C., are advantageously used.
  • ceramic materials can be used which achieve a high vacuum tightness or low leakage rate of in particular less than 10 8 mbar * l / s under the conditions of use according to the invention (according to the Helios leak test).
  • the ceramic material particularly preferably comprises or consists of oxide ceramics selected from the group consisting of aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, zinc oxide, aluminum titanate, barium titanate and yttrium oxide and mixtures thereof.
  • oxide ceramics with a high degree of purity have proven to be advantageous.
  • the proportion of oxide ceramic in the tubular element is above 90% by weight, preferably above 95% by weight, in particular above 97% by weight and in particular above 99% by weight. -%, or above 99.5 wt .-%, each based on the total weight of the tubular element material.
  • Aluminum oxide or zirconium dioxide or yttrium oxide is particularly preferred, in each case with a degree of purity above 95% by weight, preferably above 97% by weight, in particular above 98% by weight or 99% by weight and in particular above of 99.5% by weight.
  • a tubular element made of the material described above has the particular advantage that for firing dental ceramic materials good results can be achieved on dental alloys such as zircon and / or other ceramic materials at temperatures up to 1100 ° C. This also applies to the sintering of metal-free dentures, such as zirconium oxide or similar material, especially up to 1600 ° C.
  • flaking off of material parts such as, for example, glass splinters / glass dust, such as when using molybdenum disilicide, is avoided.
  • the tubular element made of the material described above is also significantly less sensitive to forces and moments, so that in particular the passage of a heating element according to the invention through a through opening of a housing of a combustion chamber and a fixing in this through opening is possible well and reliably .
  • the at least one closure element which is preferably used to receive the electrical connections and lead out the electrical connections, is preferably made of quartz glass and / or borosilicate glass.
  • the at least one closure element is preferably connected to the tubular element by means of glasses and / or glass solder.
  • the thermal expansion coefficients of the materials used, in particular of the tubular element and the at least one closure element are similar, preferably essentially identical.
  • the coefficient of thermal expansion of the tubular element is in the range of
  • the heating element In order to avoid stress cracks and thus leaks in the heating element, it is preferable to provide at least one intermediate element between the tubular element and the closure element.
  • the at least one intermediate element has a coefficient of thermal expansion that lies between the coefficients of thermal expansion of the tubular element and the closure element. It is particularly preferred that a plurality of intermediate elements are provided, each having different coefficients of thermal expansion, so that the coefficient of thermal expansion is adjusted in stages. It is preferred here that intermediate glasses or transition glasses are used as intermediate elements in order to compensate or adapt the different coefficients of thermal expansion.
  • intermediate elements made of quartz glass for the electrical connections, preferably 10-15 intermediate glasses and when using borosilicate glass 3-10 intermediate glasses for the tubular element made of aluminum oxide or zirconium dioxide or yttrium oxide are necessary and fused together.
  • the tubular element is fused together via the at least one intermediate element, in particular the plurality of intermediate glasses, in such a way that a vacuum density or leakage rate of in particular less than 10 8 mbar * l / s in this area at temperatures of up to 500 ° C. is ensured.
  • Another possibility is to cool the heating element strongly in the area of the transition between the tube element and the closure elements and / or to provide a long transition so that the occurrence of stresses is avoided or the risk of crack formation is greatly reduced.
  • the heating coil arranged inside the tubular element is a heating coil made of tungsten and / or molybdenum.
  • the heating coil has high-melting metals or metal alloys as the material.
  • the melting temperatures of the materials used are advantageously above 2,000 ° C., preferably above 2,500 ° C., in particular above 2,600 ° C. In one embodiment, the melting temperatures of the heating coil are in particular at least 2,600 ° C or at least 3,400 ° C.
  • the tubular element in which the heating coil is arranged is preferably filled with a protective gas.
  • a protective gas selected from the group consisting of argon, neon and krypton and any mixtures thereof have proven to be protective gas or inert gas.
  • the pipe element is preferably gas-tight, so that the protective gas cannot escape into the combustion chamber. Appropriate gas-tightness is also provided if there is a reduced pressure in the combustion chamber of the dental furnace compared to atmospheric pressure. For this purpose, pressures in the range from 20 mbar to 1 bar, in particular in the range from 30 mbar to 950 mbar, can be used.
  • the invention further relates to a dental firing furnace with a heating element, which is preferably designed as described above.
  • the dental furnace has a housing that forms a combustion chamber.
  • the dental element to be fired or sintered is arranged in the combustion chamber. This is usually done on a burning table, with a relative movement typically taking place between the burning table and the combustion chamber in order to introduce the objects to be burned into the combustion chamber and to close the combustion chamber close.
  • At least one heating element is arranged within the combustion chamber.
  • the housing of the dental firing furnace has at least one through opening, a heating element being passed through a respective through opening or inserted into the combustion chamber.
  • the heating element according to the invention is arranged in such a way that the closure element is arranged outside the combustion chamber and in particular also outside the housing. The closure element is therefore not exposed to the high temperatures prevailing in the combustion chamber.
  • the at least one through opening is preferably closed with a sealing element.
  • the sealing element also serves to generate a vacuum that may exist within the combustion chamber.
  • the sealing element can also hold or fix the heating element.
  • the sealing element is preferably annular and surrounds the heating element.
  • the heating element is held in particular in an area of the tubular element, so that the closure element, i.e. preferably the glass elements are arranged completely outside the housing of the combustion chamber.
  • a receiving element for the heating element is arranged opposite each passage opening.
  • This receiving element which can be a non-continuous opening in the housing, takes up the in particular free end of the heating element, ie the end of the heating element on which no closure element is provided. If the heating element is connected to a closure element on both sides, it is preferred in an alternative embodiment that a further passage opening is arranged opposite each passage opening, so that the second closure element protrudes again from the housing of the combustion chamber on the opposite side .
  • Figure 1 is a greatly simplified schematic perspective view of the essential components of a combustion chamber of a dental furnace and
  • Figure 2 is a schematic sectional view of an inventive
  • a dental firing furnace has a housing 10 which, in the exemplary embodiment shown, has an essentially circular-cylindrical cross section and forms a combustion chamber 12 in the interior.
  • the inside of the housing 10 is provided with high-temperature insulation 14.
  • a firing table 16 With the aid of a firing table 16, it is possible to introduce dental elements to be fired or sintered, which are arranged on an upper side 18 of the firing table 16, into the combustion chamber 12.
  • the combustion chamber 12 is closed on its upper side with a cover, not shown. Vacuum connections for generating a vacuum in the combustion chamber can also be connected via this, for example.
  • two heating elements are arranged in the combustion chamber 12, the heating elements being shown in FIG. 1 before assembly.
  • the two heating elements 20 are each inserted into the combustion chamber through a through opening 22 which is provided in the housing 10.
  • receiving elements 24 opposite the through openings 22 are provided, which in the exemplary embodiment shown are non-through openings into which the free ends of the heating elements 20 are inserted.
  • the heating elements are fixed te 20 in the plugged-in state with the aid of sealing elements 26. In the exemplary embodiment shown, these surround the heating elements in a ring and can be fixed, for example, to the connections of the through openings 22 in the thread provided.
  • the sealing elements 26 surround the tubular element 30 in front of the area of closure elements 40.
  • the heating elements are preferably attached or sealed exclusively in the region of the tubular element 30.
  • a connection by means of intermediate elements which are in particular a plurality of intermediate glasses / transition glasses / glass solder 40 or another connecting material, is preferably provided in order to connect the closure elements 28 to the tubular elements 30.
  • the individual intermediate elements have a different coefficient of thermal expansion, so that the coefficient of thermal expansion is gradually or stepwise adjusted to the coefficient of thermal expansion of the closure element 28, starting from the coefficient of thermal expansion of the tubular element 30.
  • the design of the heating elements 20 is shown in particular in FIG. 2.
  • the illustrated embodiment of the heating elements 20 has a tubular element 30.
  • the tubular element 30 is closed at the free end 32.
  • the free end 32 is inserted into the recesses 24 in this embodiment.
  • a heating coil 34 is arranged within the hollow tubular element 30.
  • the two electrical connections 36/38 of the heating coil are passed through the at least one intermediate element 40 and through the closure element 28 and fused.
  • the closure element 28 is fused to the tubular element 30, for example via a glass solder adapted to the corresponding thermal expansion coefficient and a plurality of intermediate glasses / transition glasses which likewise have the correspondingly adapted thermal expansion coefficients.
  • a protective gas argon, neon, krypton is provided in the cavity 42 of the tubular element 30 which receives the heating coil 34.
  • the heating coil can also be designed such that the connecting element 36/38 is led out on the left-hand side of the tubular element 30 in FIG.
  • a second closure element would then be arranged on the right-hand side, which is designed in accordance with the closure element 28/40 and also with an adapted glass solder and a plurality of intermediate glasses / transition glasses for adapting the different coefficients of thermal expansion with the tube element 30 connected is.
  • These adapted thermal expansion coefficients ensure that the pipe element filled with a protective gas / inert gas, argon / krypton, ensures a leakage rate of less than 10 8 mbar * l / s.

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Abstract

Ein Heizelement für einen Dental-Brennofen weist ein Rohrelement (30) zur Aufnahme einer Heizwendel (34) innerhalb des Rohrelements (30) auf. Mit zumindest einem offenen Ende des Rohrelements ist zumindest ein Verschlusselement (28/40) verbunden, wobei elektrische Anschlüsse (36/38) durch das Verschlusselement (40) hindurchgeführt und mit dem Element (28) verschmolzen sind. Erfindungsgemäß ist das Rohrelement aus keramischem Material, insbesondere Oxidkeramiken welche mit mehreren Zwischengläser/Übergangsgläser und Glaslot zum Ausgleich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit dem Anschlussteil (28, 40) so verbunden dass durch thermische Einwirkung bis 500°C kein Gasaustritt aus dem Rohrelement (30) eintreten kann und somit die betriebssicherheit des Heizelementes sichergestellt ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Dental-Brennofen mit einem derartigen Heizelement.

Description

Heizelement für einen Dental-Keramik Brennofen sowie Dental-Sinter
Brennofen
Die Erfindung betrifft ein Heizelement für einen Dental-Keramik Brennofen so- wie einen Dental-Sinter Brennofen mit einem erfindungsgemäßen Heizele- ment.
Zum Sintern von metallfreiem Zahnersatz, wie Zirkoniumoxyd sowie zum Auf- brennen dentalkeramischer Massen auf Dental-Legierungen, insbesondere aus Zirkon und/oder anderen keramischen Werkstoffen, sind Dental-Brennöfen mit unterschiedlichen Heizelementen bekannt.
Für Öfen, die zum Sintern von Verblendkeramik und für Brände zur Fixierung von Bemalungen oder Glanzbehandlungen verwendet werden, sind Wider- standheizungen bekannt, bei denen ein Heizdraht -vorzugsweise aus Kanthal- in einer Quarzglashülle als Heizelement verwendet werden. Materialbedingt sind diese Heizelemente allerdings bis max. ca. 1200°C einsetzbar, was für das Sintern von Verblendkeramik und die Durchführung von Mal-/Fixierbränden ausreichend ist.
In zunehmendem Maße werden dentale Restaurationen seit einigen Jahren aus S1O2 hergestellt. Typischerweise wird dieses Material in einem vorgesinterten Zustand bearbeitet und anschließend in einem Sinterofen endgesintert. Dafür reichen Temperaturen von 1200°C nicht aus, vielmehr werden Temperaturen bis ca. 1650°C benötigt. Für Sinteröfen, die diese Temperaturanforderungen erfüllen, sind beispielsweise Heizelemente aus Molybdändisilizid bekannt. Hier- bei handelt es sich um ein dichtes metallkeramisches Material, das aus Molyb- dänsilizid und einem Oxidanteil, überwiegend einer Glasphase, besteht. Dieser Glasanteil bzw. eine Schutzschicht verändert sich während der Heizphase. Dies kann zu Abplatzungen und somit zu Verunreinigungen im Brennraum und so- mit auch zu Verunreinigungen des zu sinternden Gegenstandes führen. Die Abplatzungen führen als kleine Glassplitter und Glasstaub zu Verunreinigungen des Brennraums und/oder des zu sinternden Objekts.
Die folgende Auflösung der Oxidschicht an einem derartigen Heizelement führt zur Bildung von M0O3 (Molybdän(VI)-oxid). Dies führt zu einer unerwünschten Grün-Gelb-Verfärbung des zu sinternden bzw. zu brennenden Dentalobjekts. Eine derartige Verfärbung kann nur durch den Einsatz von sogenannten Sin- terschalen mit Abdeckung verhindert werden. Dies stellt eine aufwendige Aus- gestaltung der Dental-Brennöfen dar. Ferner ist es erforderlich zur Erneuerung der Oxidschicht an dem Heizelement einen Reinigungsbrand durchzuführen. Dies bringt einen erheblichen Zeit- und Energieaufwand mit sich, da ein derar- tiger Reinigungsbrand mindestens 4 Stunden bei Temperaturen über 1400°C ohne Bestückung des Dental-Brennofens durchgeführt werden muss.
Des Weiteren ist es bekannt Heizelemente aus Siliziumcarbid zu verwenden. Hierbei handelt es sich um einen keramischen Werkstoff, der jedoch stark bruchgefährdet ist. Der Einbau eines derartigen Heizelementes in dem Brenn- raum des Dental-Brennofens ist daher sehr aufwendig und kompliziert. Insbe- sondere darf ein derartiges Heizelement keinen Kräften oder gar Momenten ausgesetzt sein. Andererseits ist es erforderlich, dass die Brennkammer zum Brennen dentalkeramischer Massen evakuierbar ist. Dies erfordert ein Heraus- führen der Enden des Heizelements aus der Brennkammer. Dies erfolgt durch eine vakuumdichte Durchgangsöffnung im Gehäuse der Brennkammer. Hierbei wird auf das Brennelement eine Kraft und ggf. ein Moment aufgebracht. Dies kann bei Heizelementen aus Siliziumcarbid zu Beschädigungen und insbeson- dere zu einer vollständigen Zerstörung des Heizelements führen. Des Weiteren ist es bei Verwendung mehrerer Heizelemente aus Siliziumcarbid wichtig, dass nur Elemente mit dem gleichen elektrischen Wiederstand zusammengeschaltet werden. Insofern müssen stets sämtliche Heizelemente ausgetauscht werden. Ein Austauschen nur einzelner Heizelemente ist zwar möglich, führt aber in- nerhalb kürzester Zeit zum Ausfall weiterer Heizelemente und ist daher nicht praktikabel. Der Austausch aller Heizelemente eines Ofens ist mit erheblichen Kosten verbunden.
Des Weiteren ist es bekannt dentale Objekte durch Induktion zu sintern. Beim Sintern mittels Induktion ist jedoch die Größe des Brennraums stark begrenzt. Ferner muss beim Bestücken des Brennraums sehr präzise darauf geachtet werden, dass dieser nicht beschädigt wird, da ein Beschädigen der Innenwand des Brennraums zu einer Veränderung des Induktionsverhaltens führen würde. Des Weiteren sind die Einsatzmöglichkeiten eines Induktions-Dental- Brennofens sehr begrenzt, da die Eigenschaften des zu behandelnden Materi- als und der Induktor/Suszeptor exakt aufeinander abgestimmt sein müssen, um das richtige Wärmeverhalten zu erzielen. Der Einsatzbereich ist auch auf- grund der Abhängigkeit von Materialparametern bei induktiv arbeitenden Den- tal-Brennöfen sehr begrenzt.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Heizelement für einen Dental-Brennofen mit verbesserten Einsatzmöglichkeiten zu schaffen. Ferner ist es Aufgabe der Er- findung einen Dental-Brennofen mit einem derartigen Heizelement zu schaf- fen.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Heizelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie durch einen Dental-Brennofen mit den Merkmalen des Anspruchs 11.
Das erfindungsgemäße Heizelement für einen Dental-Brennofen weist ein Rohrelement zur Aufnahme einer Heizwendel innerhalb des Rohrelements auf. Das Rohrelement ist zumindest auf einer Seite durch ein Verschlusselement verschlossen. Durch das Verschlusselement erfolgt ein Verschließen eines of- fenen Endes des Rohrelements. Das zweite Ende des Rohrelements kann ver- schlossen sein oder durch ein weiteres Verschlusselement verschlossen wer- den. Das mindestens eine Verschlusselement dient zum Hindurchführen elektrischer Anschlusselemente für die Heizwendel. Beim Vorsehen von zwei Verschlusselementen bei einem Heizelement können die elektrischen An- schlusselemente entweder durch beide Verschlusselemente oder nur durch eines der beiden Verschlusselemente hindurchgeführt werden. Erfindungsge- mäß ist das Rohrelement bevorzugt aus einem keramischen Material herge- stellt. Als Material sind insbesondere Oxidkeramiken geeignet. Vorteilhaft kommen solche Oxidkeramiken zum Einsatz, die eine hohe Wärmebeständig- keit, vorzugsweise oberhalb von 1.700 °C, insbesondere oberhalb von 1.800 °C aufweisen. Insbesondere können keramische Materialien verwendet werden, die unter den erfindungsgemäßen Einsatzbedingungen eine hohe Va- kuumdichtheit bzw. geringe Leckagerate von insbesondere kleiner 10 8 mbar * l/s erreichen (gemäß Helios-Leckagetest).
Besonders bevorzugt umfasst oder besteht das keramische Material aus Oxidkeramiken ausgewählt aus der Gruppe bestehend auf Aluminiumoxid, Ti tanoxid, Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Zinkoxid, Aluminiumtitanat, Bari- umtitanat und Yttriumoxid sowie Mischungen hiervon. Zur Vermeidung von Verunreinigungen während des erfindungsgemäßen Einsatzes der Heizelemen- te beziehungsweise des Dental-Ofens haben sich Oxidkeramiken mit einer ho- hen Reinheit als vorteilhaft herausgestellt. In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Anteil an Oxidkeramik in dem Rohrelement oberhalb von 90 Gew.-%, vorzugsweise oberhalb von 95 Gew.-%, insbesonde- re oberhalb von 97 Gew.-% und im Speziellen oberhalb von 99 Gew.-%, oder oberhalb von 99,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Rohrelementmaterials.
Speziell bevorzugt ist Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid oder Yttriumoxid, jeweils mit einem Reinheitsgrad oberhalb von 95 Gew.-%, vorzugsweise ober- halb von 97 Gew.-%, insbesondere oberhalb von 98 Gew.-% oder 99 Gew.-% und im Speziellen oberhalb von 99,5 Gew.-%.
Das Vorsehen eines Rohrelements aus dem vorstehend beschriebenen Material hat insbesondere den Vorteil, dass für das Aufbrennen dentalkeramischer Mas- sen auf Dental-Legierungen wie Zirkon und/oder andere keramische Werkstof- fe bei Temperaturen bis 1100°C gute Ergebnisse erzielt werden können. Dies gilt auch für das Sintern von metallfreiem Zahnersatz, wie Zirconoxid oder ähnlichem Material, insbesondere bis 1600°C. Insbesondere wird durch das Verwenden des vorstehenden Materials bei dem Rohrelement ein Abplatzen von Materialteilen wie z.B. Glassplitter/Glasstaub, wie bei der Verwendung von Molybdändisilizid, vermieden. Auch ist das Rohrelement aus dem vorste- hend beschriebenen Material deutlich weniger empfindlich gegenüber auftre- tenden Kräften und Momenten, sodass insbesondere auch das Hindurchführen eines erfindungsgemäßen Heizelements durch eine Durchgangsöffnung eines Gehäuses einer Brennkammer und einem Fixieren in dieser Durchgangsöff- nung gut und zuverlässig möglich ist.
Das mindestens eine Verschlusselement, das vorzugsweise zur Aufnahme der elektrischen Anschlüsse und zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse dient, ist vorzugsweise aus Quarzglas und/oder Borosilikatglas hergestellt.
Das Verbinden des mindestens einen Verschlusselements mit dem Rohrele- ment erfolgt vorzugsweise mittels Gläsern und/oder Glaslot.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind die Wär- meausdehnungskoeffizienten der verwendeten Materialien, insbesondere des Rohrelements und des mindestens einen Verschlusselements ähnlich, vor- zugsweise im Wesentlichen identisch.
Bei einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungs- gemäßen Heizelements, welches eine unabhängige Erfindung darstellt, liegt der Wäremausdehnungskoeffizient des Rohrelementes im Bereich von
8,8 x 10 6 K 1 bis 9,2 x 10 6 K T Üblicherweise liegt der Wärmeausdehnungs- koeffizient für das Verschlusselement zur Aufnahme der elektrischen Anschlüs- se und zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse aus Quarzglas und/oder Borosilikatglas im Bereich von 0,5 x 10 6 K 1 bis 3,3 x 10 6 K T Eine direkte Verbindung von Heizelement und Verschlusselement ist daher aus Gründen von thermisch induzierten mechanischen Spannungen während des erfin- dungsgemäßen Einsatzes problematisch.
Um Spannungsrisse und somit Undichtigkeiten im Heizelement zu vermeiden ist es bevorzugt zwischen dem Rohrelement und dem Verschlusselement zu- mindest ein Zwischenelement vorzusehen. Das mindestens eine Zwischenele- ment weist hierbei einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aus, der zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Rohrelements und des Verschlus- selements liegt. Besonders bevorzugt ist es, dass mehrere Zwischenelemente vorgesehen werden, die jeweils unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffi- zienten aufweisen, sodass der Wärmeausdehnungskoeffizient stufenweise an- gepasst wird. Hierbei ist es bevorzugt, dass als Zwischenelemente Zwischen- gläser bzw. Übergangsgläser verwendet werden, um die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszugleichen bzw. anzupassen.
Beim Verwenden von Zwischenelementen aus Quarzglas für die elektrischen Anschlüsse werden vorzugsweise 10-15 Zwischengläser und bei Einsatz von Borosilikatglas 3-10 Zwischengläser zum Rohrelement aus Aluminiumoxid oder Zirkoniumdioxid oder Yttriumoxid notwendig und miteinander verschmolzen.
Mit diesen aus den Zwischengläsern verschmolzenen Verbindungen vom Rohrelement bis zum Anschlusselement werden auf Grund des jeweils ange- passten Wäremausdehnungskoeffizienten der einzelnen Gläser Spannungen und somit Risse zwischen den einzelnen Gläser vermieden und die Vakuum- dichtheit bzw. Leckagerate von insbesondere kleiner als 10 8 mbar * l/s si- chergestellt.
Das Rohrelement ist über das mindestens eine Zwischenelement, insbesonde- re die mehreren Zwischengläser derart miteinander verschmolzen, dass in die- sem Bereich bei Temperaturen von bis zu 500 °C eine Vakuumdichte bzw. Le- ckagerate von insbesondere kleiner 10 8 mbar * l/s sichergestellt ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Heizelement im Bereich des Über- gangs zwischen dem Rohrelement und den Verschlusselementen stark zu küh- len und/oder einen langen Übergang vorzusehen, sodass das Auftreten von Spannungen vermieden bzw. die Gefahr der Rissbildung stark verringert ist.
Bei der innerhalb des Rohrelements angeordneten Heizwendel handelt es sich in bevorzugter Ausführungsform um eine Heizwendel aus Wolfram und/oder Molybdän. Insbesondere weist die Heizwendel als Material hochschmelzende Metalle oder Metalllegierungen auf. Vorteilhafterweise liegen die Schmelztem- peraturen der eingesetzten Materialien oberhalb von 2.000 °C, vorzugsweise oberhalb von 2.500 °C, insbesondere oberhalb von 2.600 °C. In einer Ausge- staltung liegen die Schmelztemperaturen der Heizwendel hierbei insbesondere bei mindestens 2.600 °C oder bei mindestens 3.400 °C.
Vorzugsweise ist das Rohrelement, in dem die Heizwendel angeordnet ist, mit einem Schutzgas befüllt. Als Schutzgas oder auch Inertgas haben sich insbe- sondere die Edelgase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Argon, Neon und Krypton sowie beliebige Mischungen hiervon herausgestellt. Das Rohrele- ment ist hierbei vorzugsweise gasdicht, sodass das Schutzgas nicht in die Brennkammer austreten kann. Eine entsprechende Gasdichtigkeit ist auch ge- geben, wenn innerhalb des Brennraums des Dental-Brennofens ein gegenüber Atmosphärendruck verminderter Druck herrscht. Hierzu können Drücke im Be- reich von 20 mbar bis 1 bar, insbesondere im Bereich von 30 mbar bis 950 mbar zur Anwendung kommen.
Ferner betrifft die Erfindung einen Dental-Brennofen mit einem Heizelement, das vorzugsweise wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Der Dental- Brennofen weist ein Gehäuse auf, das einen Brennraum ausbildet. In dem Brennraum wird das zu brennende bzw. zu sinternde Dentalelement angeord- net. Dies erfolgt üblicherweise auf einem Brenntisch, wobei typischerweise zwischen Brenntisch und Brennraum eine Relativbewegung erfolgt um die zu brennenden Objekte in den Brennraum einzuführen und den Brennraum zu verschließen. Innerhalb des Brennraums ist mindestens ein Heizelement ange- ordnet. Hierzu weist das Gehäuse des Dental-Brennofens mindestens eine Durchgangsöffnung auf, wobei durch jeweils eine Durchgangsöffnung ein Heiz- element hindurchgeführt bzw. in den Brennraum eingeführt ist. Das erfin- dungsgemäß, wie vorstehend insbesondere auch anhand bevorzugter Weiter- bildungen beschriebene Heizelement ist hierbei derart angeordnet, dass das Verschlusselement außerhalb des Brennraums und insbesondere auch außer- halb des Gehäuses angeordnet ist. Das Verschlusselement ist somit nicht den hohen im Brennraum herrschenden Temperaturen ausgesetzt.
Die mindestens eine Durchgangsöffnung ist vorzugsweise mit einem Dichtele- ment verschlossen. Das Dichtelement dient insbesondere auch dazu, dass ein ggf. innerhalb des Brennraums herrschendes Vakuum erzeugt werden kann. Ferner kann durch das Dichtelement auch ein Halten bzw. Fixieren des Heiz- elements erfolgen. Das Dichtelement ist hierbei vorzugsweise ringförmig aus- gebildet und umgibt das Heizelement. Hierbei wird das Heizelement insbeson- dere in einem Bereich des Rohrelements gehalten, sodass das Verschlussele- ment, d.h. vorzugsweise die Glaselemente, vollständig außerhalb des Gehäu- ses des Brennraumes angeordnet ist.
Des Weiteren ist es bevorzugt, dass bei jeder Durchgangsöffnung gegenüber- liegend ein Aufnahmeelement für das Heizelement angeordnet ist. Durch die- ses Aufnahmeelement, bei dem es sich um eine nicht durchgehende Öffnung in dem Gehäuse handeln kann, erfolgt ein Aufnehmen des insbesondere freien Endes des Heizelements, d.h. desjenigen Endes des Heizelements an dem kein Verschlusselement vorgesehen ist. Sofern das Heizelement auf beiden Seiten mit einem Verschlusselement verbunden ist, ist es in einer alternativen Aus- führungsform bevorzugt, dass bei jeder Durchgangsöffnung eine weitere Durchgangsöffnung gegenüberliegend angeordnet ist, sodass das zweite Ver- schlusselement auf der gegenüberliegenden Seite aus dem Gehäuse des Brennraums wieder herausragt. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert:
Es zeigen :
Figur 1 eine stark vereinfachte schematische, perspektivische Ansicht der wesentlichen Bauteile einer Brennkammer eines Dental- Brennofens und
Figur 2 eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen
Heizelements.
Ein Dental-Brennofen weist ein Gehäuse 10 auf, das im dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Querschnitt aufweist und im Innenraum einen Brennraum 12 ausbildet. Die Innenseite des Gehäu- ses 10 ist mit einer Hochtemperaturisolierung 14 versehen. Mit Hilfe eines Brenntisches 16 ist es möglich zu brennende oder zu sinternde Dentalelemen- te, die auf einer Oberseite 18 des Brenntisches 16 angeordnet sind, in die Brennkammer 12 einzuführen. Ferner ist die Brennkammer 12 an ihrer Ober- seite mit einem nicht dargestellten Deckel verschlossen. Über diesen können beispielsweise auch Vakuumanschlüsse zur Erzeugung eines Vakuums im Brennraum angeschlossen sein.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden zwei Heizelemente im Brenn- raum 12 angeordnet, wobei die Heizelemente in der Figur 1 vor der Montage dargestellt sind. Die beiden Heizelemente 20 werden jeweils durch eine Durchgangsöffnung 22, die im Gehäuse 10 vorgesehen ist, in den Brennraum eingeschoben. Zur Fixierung der Heizelemente 20 in den Brennraum sind ei- nerseits den Durchgangsöffnungen 22 gegenüberliegende Aufnahmeelemente 24 vorgesehen, bei denen es sich im dargestellten Ausführungsbeispiel um nicht durchgehende Öffnungen handelt, in die die freien Enden der Heizele- mente 20 eingeführt werden. Andererseits erfolgt ein Fixieren der Heizelemen- te 20 in eingestecktem Zustand mithilfe von Dichtelementen 26. Diese umge- ben im dargestellten Ausführungsbeispiel die Heizelemente ringförmig und können beispielsweise an Stutzen der Durchgangsöffnungen 22 in vorgesehe- ne Gewinde fixiert werden. Die Dichtelemente 26 umgeben im montierten Zu- stand das Rohrelement 30 vor dem Bereich von Verschlusselementen 40.
Die Befestigung bzw. Abdichtung der Heizelemente erfolgt vorzugsweise aus- schließlich im Bereich des Rohrelementes 30.
Im Übergangsbereich ist ferner vorzugsweise ein Verbinden durch Zwischen- elemente, bei denen es sich insbesondere um mehrere Zwischenglä- ser/Übergangsgläser/Glaslot 40 oder einem anderen Verbindungsmaterial handelt vorgesehen, um die Verschlusselemente 28 mit den Rohrelementen 30 zu verbinden. Die einzelnen Zwischenelemente weisen hierbei einen unter- schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf, sodass der Wärmeausdeh- nungskoeffizient ausgehend von dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Rohrelements 30 stufenweise bzw. schrittweise an den Wärmeausdehnungs- koeffizienten des Verschlusselements 28 angeglichen wird.
Die Ausgestaltung der Heizelemente 20 ist insbesondere in Figur 2 dargestellt. Die dargestellte Ausführungsform der Heizelemente 20 weist ein Rohrelement 30 auf. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Rohrelement 30 an dem freien Ende 32 verschlossen. Das freie Ende 32 wird in dieser Ausführungsform in die Ausnehmungen 24 eingeführt. Innerhalb des hohlen Rohrelements 30 ist eine Heizwendel 34 angeordnet. Die beiden elektrischen Anschlüsse 36/38 der Heizwendel sind durch das mindestens eine Zwischenelement 40 sowie durch das Verschlusselement 28 hindurchgeführt und verschmolzen. Das Verschlus- selement 28 ist mit dem Rohrelement 30 beispielsweise über ein dem entspre- chenden Wärmeausdehnungskoeffizienten angepasstes Glaslot und mehreren Zwischengläser/Übergangsgläser welche ebenfalls die entsprechend angepass- ten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen verschmolzen. In dem die Heizwendel 34 aufnehmenden Hohlraum 42 des Rohrelements 30 ist ein Schutzgas Argon, Neon, Krypton vorgesehen.
Alternativ zu der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform kann die Heizwen- del auch derart ausgestaltet sein, dass das Anschlusselement 36/38 auf der in Figur 2 linken Seite des Rohrelements 30 herausgeführt ist. Bei diesem Aus- führungsbeispiel wäre sodann ein zweites Verschlusselement auf der rechten Seite angeordnet, das entsprechend dem Verschlusselement 28/40 ausgebil- det ist und ebenfalls mit angepasstem Glaslot sowie mehreren Zwischenglä- ser/Übergangsgläser zur Anpassung der unterschiedliche Wärmeausdehnungs- koeffizienten mit dem Rohrelement 30 verbunden ist. Mit diesen angepassten Wärmeausdehnungskoeffizienten wird sichergestellt, dass das mit einem Schutzgas/Inertgas, Argon/Krypton gefüllten Rohrelement eine Leckagerate von kleiner 10 8 mbar * l/s sichergestellt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Heizelement für einen Dental-Brennofen, mit einem Rohrelement (30) zur Aufnahme einer Heizwendel (34) inner- halb des Rohrelements (30) und zumindest einem Verschlusselement (28) zum Verschließen eines offe- nen Endes des Rohrelements (30), wobei elektrische Anschlüsse (36, 38) durch das Verschlusselement (28) herausgeführt sind dadurch gekennzeichnet, dass die Heizwendel (34) in dem Rohr (30) betrieben wird, das gegebenen- falls mit einem Schutzgas befüllt ist.
2. Heizelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des Rohrelements (30) mit einem Verschlusselement (28) ver- schlossen sind, wobei gegebenenfalls nur durch eines der beiden Ver- schlusselement (28) elektrische Anschlüsse (36, 38) herausgeführt sind.
3. Heizelement nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verschlusselement (28) Quarzglas und/oder Boro- silikatglas umfasst oder aus Quarzglas und/oder Borosilikatglas be- steht.
4. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeich- net, dass das mindestens eine Verschlusselement (28) mit dem Rohrelement (30) über mindestens ein Zwischenelement (40) verbun- den ist.
5. Heizelement nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Zwischenelemente (40) vorgesehen sind, bei denen es sich insbeson- dere um Zwischengläser und/oder Übergangsgläser handelt.
6. Heizelement nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Zwi- schengläser und/oder Übergangsgläser unterschiedliche Wärmeaus- dehnungskoeffizienten aufweisen, die zwischen dem Wärmeausdeh- nungskoeffizienten des Rohrelements (30) und des Verschlusselements (28) liegen.
7. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeich- net, dass das Rohrelement (30), das mindestens eine Verschlussele- ment (28) und vorzugsweise das Verbindungsmaterial einen ähnlichen, insbesondere denselben Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen.
8. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeich- net, dass die Heizwendel Metalllegierungen oder Metalle mit einem Schmelzpunkt oberhalb von 2.000 °C aufweist, insbesondere Wolfram und/oder Molybdän.
9. Heizelement nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelztemperatur der Heizwendel mindestens 2.600 °C, vorzugswei- se mindestens 3.400 °C beträgt.
10. Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeich- net, dass das Rohrelement (30) aus keramischem Material, insbeson- dere aus Oxidkeramik besteht oder diese umfasst.
11. Dental-Brennofen mit einem Heizelement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Gehäuse (10) einen Brennraum (12) ausbildet und das Gehäuse (10) mindestens eine Durchgangsöffnung (22) zum hin- durchführen des Heizelements (20) aufweist, wobei das mindestens ei- ne Verschlusselement (28) außerhalb und das Rohrelement (30) inner- halb des Brennraums (12) angeordnet ist.
12. Dental-Brennofen nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchgangsöffnung (22) mit einem Dichtelement (26) verschlossen ist, dass das Heizelement (20) vorzugsweise umgibt.
13. Dental-Brennofen nach Anspruch 11 oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass jeder Durchgangsöffnung (22) gegenüberliegend ein Aufnahme- element (24) für das Heizelement (20) oder eine weitere Durchgangs- Öffnung angeordnet ist.
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