• Einleitung

—      Prof. Dr. U. Stüttgen — —      (Redaktionell überarbeitete Fassung eines Referates, das anlässlich des NEM-Symposiums in Stuttgart am 28.Januar 1989 gehalten wurde.)

Es ist wohl allgemein bekannt, daß es zwischen denen, die die parallelwandige Teleskopkrone und jenen, die die Konuskrone bevorzugen, hin und wieder Meinungsverschiedenheiten gegeben hat. Ich selbst zähle mich zu denen, die gerne parallelwandige Teleskopkronen anwenden. Da meine Ausbildung an der Universität Düsseldorf erfolgte, ist meine Vorliebe für parallelwandige Doppelkronen leicht zu verstehen. Gegenüber den edelmetallfreien Legierungen in der  Doppelkronentechnik war ich lange Zeit sehr kritisch eingestellt. Grundsätzlich ging ich davon aus, daß das Maß, an dem die NEM-Legierungen gemessen werden sollten, die dauerhaft funktionierende Teles­kopkrone sein müßte

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• Zur Funktion von konischen und parallelwandigen Doppelkronen

Meine ersten speziellen Ausführungen betreffen eine Veröffent­lichung von Prof. K.H. KORBER aus Kiel. Dort war von einem Modellversuch die Rede, in welchem Ringe aus Silberstahl 1. über parallelwandige und 2. über konische Zapfen geschoben werden sollten. Es stellte sich heraus, daß sich die Ringe auf den parallelwandigen Zapfen frühzeitig verkanteten und sich dadurch nicht in ihre vorgesehene Endposition bringen ließen. Ganz anders verhielt es sich bei den konischen Zapfen. Für sie war das Erreichen des endgültigen Paßsitzes kein Problem. Dieser experimentelle Befund hat uns in Düsseldorf sehr beun­ruhigt, denn aus klinischer Erfahrung wußten wir, daß die Teleskopkrone — allen Modellversuchen zum Trotz —  bestens funktionierte.

Zur Erklärung der scheinbaren Widersprüche sei folgendes ausgeführt. Im vorliegenden Modellversuch handelte es sich in beiden Fällen um zwei nahezu starre Systeme, die aufeinander-geschoben werden sollten. Die Betonung sei ausdrücklich auf das Wort “starr“ gelegt, da alles, was “starr“ ist, und sich damit einer elastischen Verformung entgegenstellt, für die Herstellung parallelwandiger, reibschlüssiger Verbindungen weniger geeignet ist. Zu diesem Phänomen werden bei der Besprechung des Friktionskontaktes zwischen Doppelkronen noch weiter­führende Erklärungen folgen. Die Konuspassung hingegen läßt sich gerade mit “starren“ Teilen erzielen. Daß die parallel­wandigen Teleskope dennoch dauerhaft funktionieren, läßt sich an dem Beispiel einiger Musikinstrumente demonstrieren. Um z.B. eine Querflöte tiefer zu stimmen, kann man ganz einfach das Mundstück - mit teleskopierender Passung zum Mittelstück etwas herausziehen und damit die Gesamtlänge des Instru­mentes, in dem die Luftsäule zum Schwingen gebracht wird, vergrößern. Natürlich darf das Instrument in dem auseinander gezogenen Zustand nicht auseinander fallen! Hier wäre also eine Konuspassung ganz ungeeignet. Die parallelwandigen Passungen kennen wir jedoch nicht nur bei Blasinstrumenten, sondern man findet sie häufig auch bei Tabakpfeifen. Einige Hersteller verarbeiten sogar für die zylindrische Passung des Mundstücks im Pfeifenkopf konfektionierte Kunststoffteile. 

Über die elastische Verformung der parallelwandigen Kunststoffteile läßt sich dann das Pfeifenmundstück mühelos “teleskopierend“ in die Matrize des Pfeifenkopfs hinein schieben. Auch in diesem Beispiel findet man also die Kombination von zylindrischer, reibschlüssiger Passung und der Werkstoffeigenschaft “Elastizität“. Natürlich gibt es neben den teleskopierenden Pfeifenmund­stücken auch solche mit einer konischen Passung zwischen Mundstück und Pfeifenkopf. Dies zum Trost für alle Konus-Kronen-Anhänger.

Bei Glasstopfen von Glasgefäßen hingegen zeigt sich, daß sich mit spröden Materialien parallelwandige, reibschlüssige Passungen — wenn überhaupt — nur mit einem sehr großen techni­schen Aufwand realisieren lassen. Hier hat man es mit konischen Steckverbindungen deutlich einfacher.

Zusammenfassend läßt sich festhalten, daß bei relativ elasti­schen Materialien (mit geringem Elastizitätsmodul) im Regelfall keine Schwierigkeiten bei der Herstellung von parallelwandigen, teleskopierenden Verbindungen bestehen. Immer dann, wenn es an elastischer Verformbarkeit fehlt, ist man jedoch besser beraten, auf konusförmige Verbindungen auszuweichen.  

 

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• Zum Friktionskontakt von Doppelkronen

Um die bei dem Friktionskontakt von Doppelkronen bestehenden Probleme aufzeigen zu können, sei die folgende Versuchsan­ordnung beschrieben. Wird die Außenfläche eines Außentele­skops mit Dehnungsmeßstreifen bestückt (Abb. 1), so läßt sich feststellen, daß das gesamte Außenteleskop — z.B. aus der hochgoldhaltigen Legierung Degulor M —  verformt wird. Bei dem hier abgebildeten Außenteleskop handelt es sich — wie man gleich noch sehen wird —  im eigentlichen Sinne um einen “getarnten Druckknopfanker“. Der Kraftverlauf während der in einer Verschleißprüfmaschine durchgeführten Verschleißfahrten zeigt deutlich die Charakteristika von Druckknopfankern; d.h., daß es in der Anfangsphase des Fügens bzw. Trennens zu einem Ausdehnen des Außenteils kommt, das sich im Sinne eines Zurückfederns anschließend wieder elastisch zurückstellt. Auf dem nächsten Bild (Abb. 2) sieht man den Primäranker mit seinen unterschiedlichen Bereichen, die mit Farblack sichtbar gemacht wurden.

Allgemein stellt sich an dieser Stelle die Frage, inwieweit es heutzutage der Zahntechnik möglich ist, “Parallelwandigkeit“ überhaupt zu erreichen. Zur Beantwortung dieser Frage haben wir einige Teleskope vermessen und feststellen können, daß wirklich parallelwandige Teleskope so gut wie nicht vorkom­men. Ein kleiner Konuswinkel von ein bis zwei Grad stellt sich offensichtlich beim Fräsen der Außenflächen schon von alleine ein. Dies liegt u.a. am Spiel der rotierenden Fräswerkzeuge. Wenn man seine parallelwandigen Teleskope einmal nach­messen würde, wäre man vor einigen Überraschungen bestimmt nicht sicher.

Zur Verschleißprüfung von Teleskopkronen benutzen wir eine spezielle Verschleißprüfmaschine. Der Primäranker sitzt auf einer Membran, die mit acht Dehnungsmeßstreifen bestückt ist (jeweils vier auf der Vorder- und Rückseite). Die Teleskope bzw. die  teleskopieren den Verbindungen (es können auch Geschiebe sein) werden immer zusammen mit ihren Frässockeln der Meßmembran aufgespannt. Hierdurch lassen sich Übertra­gungsfehler weitestgehend ausschließen. Jeder Prüfkörper muß in dieser Maschine 10.000 Verschleißfahrten hinter sich bringen. Die Sekundäranker werden über einen Schubkurbeltrieb den Primärankern aufgeschoben bzw. von den Primärankern abgezogen. Bei dem in Abb. 2 gezeigten “Druckknopfteleskop“ läßt sich mit einer solchen Versuchsanordnung selbst nach 2.000 Fahrten noch kein Friktionsverlust darstellen. Eine hochedelmetallhaltige Legierung, wie z.B. Degulor M, hat einen E-Modul von ca. 100.000 N/mm² und ermöglicht offenbar eine fehlerähnliche Verformung. Wenn wir uns jetzt einmal die Haftreibungskräfte von Doppelkronen im Verschleißversuch anschauen, so finden wir zu Beginn der Verschleißprüfungen immer wieder deutliche Einschleifphasen, die mit einem Friktionsverlust verbunden sind. Dies gilt ausdrücklich für edelmetallhaltige teleskopierende Verbindungen. Neuere Untersu­chungen mit edelmetallfreien Legierungen ergeben diesbezüglich nahezu kontroverse Ergebnisse.

Die Einschleifvorgänge spielen für die Funktionsfähigkeit von teleskopierenden Teilen aus edelmetallhaltigen Legierungen eine große Rolle. Letztlich stellt sich bei diesen Legierungen die dauerhafte Friktion durch ein Einschleifen der teleskopierenden Flächen nahezu von alleine ein. Man kann davon ausgehen, daß sich diese Einspielvorgänge bis ungefähr zur 1.500 Ver­schleißfahrt hinziehen. Geht man davon aus, daß eine inkor­parierte Teleskopprothese ca. dreimal am Tag aus dem Mund genommen wird (morgens, mittags und abends), so erscheint es zweckmäßig, die endgültige Friktionskraft von Teleskoppro­thesen in einem Zeitraum von mehr als einem Jahr einzustellen. In jedem Fall ist es ratsam, den gewünschten Friktionswert nicht schon in den ersten Sitzungen nach dem definitiven Einsetzen von Teleskopprothesen durch “Ausschleifen“ der Außenteile einstellen zu wollen.

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• Doppelkronen aus NEM-Legierungen

Wenn man nun weiß, wie schwierig es ist, teleskopierende Passungen herzustellen, macht man sich zwangsläufig Gedanken darüber, wie es denn einfacher gehen könnte. Natürlich denkt man in diesem Zusammenhang auch an Kunst­stoffteile, die auf vielen Gebieten der Technik konstruktive Probleme lösen helfen. Ein Patent beschreibt z.B. Kunststoffringe, die in Außenkronen eingelegt werden können, um den friktiven Kontakt zwischen Innen- und Außenteil herzustellen. Ein weiterer Vorschlag geht dahin, die teleskopierenden Teile über eine Kunststoffschicht auf der Innenfläche des Außenteleskops “passend“ zu machen und dadurch gleichzeitig besonders geeignete “Laufflächen“ zu erzielen. Tatsächlich besitzen die elastisch verformbaren Kunststoffe Eigenschaften, die für die Herstellung teleskopierender Elemente sehr interessant sind. Im Bereich der Attachments gibt es heute schon konfektionierte Kunststoffteile zur Aufrechterhaltung des friktiven Kontaktes. Beispielhaft sei hier der Preci-Vertix‘-Anker genannt.

Versucht man elastische Hilfsteile aus Metall in die Hülsen­kronen einzubauen, so kommt man zwangsläufig auf die Idee, elastische “Friktionsstiftchen“ — analog dem Rillen-Schulter-Stift-­Geschiebe —  zu verwenden. Die Friktionsstiftchen bieten in diesen Fällen den Grad an elastischer Verformbarkeit, die der Kronenwandung aus materialspezifischen Gründen ggfs. fehlt. In solchen Fällen stellt der Friktionsstift, der zusätzlich noch aktivierbar ist, eine geeignete Lösung für das “teleskopierende Passungsproblem“ dar.

Abb. 3 zeigt ein parallelwandiges Teleskop aus- der Legierung Dentitan®. Teleskope dieser Art werden momentan in der schon angesprochenen Verschleißprüfmaschine untersucht. Setzt man die Sekundärkrone auf den Primäranker, so läßt sich bei der gezeigten Doppelkrone beobachten, wie die Sekundärkrone — wie von einem Luftkissen getragen —auf das Innenteil  herabsinkt. Beim Trennen dieser Doppelkronen verspürt man einen deutlichen Unterdruck. Die Haltekräfte entstehen also bei den hier vorgestellten Doppelkronen weniger durch eine Abb. 3 elastische Verformung der Sekundärkrone als vielmehr durch ein beim Abziehen der Sekundärkrone entstehendes Vakuum. Die entstehenden “Haft- und Gleitreibungskräfte“ lassen sich ohne weiteres bis zur 10.000 Verschleißfahrt nachweisen. Es handelt sich hier wohl um die erste Teleskopkrone, die in einer Verschleißmaschine Friktionskräfte messen ließ, die im eigentlichen Sinne gar keine Friktionskräfte waren. Neben geringfügigen mechanischen Kontakten waren es wohl vor allem die Luftviskosität und der durch sie bewirkte Unterdruck, der die gemessenen Kräfte verursachte.

Die zuletzt angesprochenen Untersuchungen haben zum Ziel, edelmetallfreie teleskopierende Verbindungen in einem Verschleißtest auf ihre dauerhafte Funktion zu überprüfen. Die ersten Ergebnisse wecken im vorliegenden Fall einige Hoff­nungen. Für eine Empfehlung in dieser oder jener Richtung reichen die Meßdaten zur Zeit leider noch nicht aus. Man darf jedoch auf das endgültige Resultat gespannt sein.

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Drucktechnische Wiedergabe des Vortrages mit freundlicher Genehmigung des Verfassers durch:

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