Kronen/Brücken

Teil 1 : allgemeiner Überblick

Einbettmassen: was man weiß, was man wissen sollte

Abb. 1: Dentaler Feinguß
Abb. 1: Dentaler Feinguß

Indizes: Historie, Einteilung, Normen, Qualitätssicherung, Produktion, Wirtschaftlichkeit

Die zunehmende Zahl von CAD/CAM-basierten Restaurationen ändert nichts daran, daß die dentale Feingußtechnik nach wie vor einen bedeutenden Stellenwert besitzt (Abb. 1). Neue Entwicklungen kombinieren CAD-Technik mit der Gußtechnik [1, 2] und generieren nicht nur Kronenund

Brückenteile aus Wachs, wie Neo 50, Dentaurum/Cynovad [1] oder Kunststoff [2], sondern auch komplexe Teile der Geschiebe- und Implantat-Prothetik, die anschließend mittels Gußtechnik in der geeignetsten Legierung gegossen werden können ohne Rücksicht auf die Fräsbarkeit der Legierung oder konstruktive bzw. fertigungsbedingte Grenzen des CAM-Verfahrens [3, 4]. So wird das traditionsreiche Verfahren des dentalen Feingusses mit innovativen Methoden erneuert, den veränderten Anforderungen angepaßt und bleibt aktuell. Aber auch im traditionellen Bereich hat die Gußtechnik qualitativ und wirtschaftlich häufig die Nase vorn. Der bisweilen suggerierte Eindruck, daß jeder Zahntechniker, der sein Brückengerüst nicht fräst, sondern gießt, hoffnungslos rückständig ist, läßt sich bei genauerem Betrachten nicht halten [5]. Genug Gründe also, sich dem

Thema Einbettmassen zu widmen und den aktuellen Stand aufzuzeigen.

Eine Einteilung der Einbettmassen läßt sich unter verschiedenen Aspekten durchführen. Eine Einteilung nach dem Bindersystem führt zu den gips-, phosphat- und ethylsilikatgebundenen Materialien. Letztere werden bisweilen etwas unpräzise auch Bindereinbettmassen genannt. Der Chemismus dieser Einbettmassensysteme ist in der Literatur mehrfach beschrieben und kann dort nachgelesen werden [siehe z.B. 7, 8, 9]. Ergänzend müssen hier noch die Feineinbettmassen genannt werden, die in der Regel auf einem Wasserglasbinder basieren, sowie die neueren, z.B. auf einem Magnesiumacetatbinder basierenden Titaneinbettmassen. Die Speedeinbettmassen sind bei einer Charakterisierung nach dem Binder-System nicht extra zu erwähnen, da sie alle auf den bereits genannten Binder-Systemen basieren, meistens auf phosphatgebundener Basis.

Normung

Normen definieren Anforderungen an Eigenschaften, Prüfverfahren und erforderliche Angaben der Hersteller zu einem Produkt. Bisherige Normen im Bereich der Einbettmassen basierten meist auf einer zusammensetzungsorientierten Ordnung wie im vorherigen Kapitel beschrieben [siehe auch 10, 11, 12]. Eine Ausnahme bildete die Norm für Löteinbettmassen, die schon 1998 indikationsbezogen war [13] und die Norm für phosphatgebundene Modellstumpfwerkstoffe [14]. Die neue Norm für Einbettmassen und Stumpfmaterialen [15] basiert nun auf dem mehr praxisorientierten Ansatz einer Indikationssystematik: Diese EN ISO 15912 (Abb. 2)

  • Abb. 2

  • Abb. 2
unterscheidet nach Typ (insgesamt 4 Typen) und Klasse (insgesamt 2 Klassen), umfaßt nunmehr die vorgenannten Normen und wird diese alle ersetzen. Der Anwender, vor allem der Zahntechniker, wird sich an die entsprechende Kennzeichnung schnell gewöhnen. Durch die Universalität vieler heutiger Einbettmassen können diese dabei sowohl Klasse 1 und Klasse 2 abdecken, d.h. universell vorwärmbar sein und bzw. oder auch für mehr als eine Indikation geeignet sein. Die neue Norm regelt auch einheitlich sicherheitsrelevante Angaben zur Kennzeichnung von Einbettmassen und erforderliche Angaben zur sicheren Verarbeitung.

Präzision

Eine wichtige Voraussetzung für die Herstellung hochwertigen Zahner satzes sind perfekte Güsse, die maßgeblich von der Einbettmasse abhängig sind. Gute Verarbeitbarkeit, hohe Paßgenauigkeit und exzellente Oberflächengüte sind daher zentrale Anforderungen der Zahntechnik an eine Einbettmasse. Die Grundlagen hierzu werden bestimmt von der Rezeptur der Einbettmasse, den verwendeten Rohstoffen und der Reproduzierbarkeit der Herstellung beim Einbettmassenproduzenten. Der Hersteller der Einbettmasse trägt damit durch Qualität und Reproduzierbarkeit seines Produkts entsprechend zur Qualität der Prothetik bei.

Herstellung

Die Vielfalt an Legierungen, die heute in der Zahntechnik zum Einsatz kommen, erfordert auch eine Vielzahl an unterschiedlichen Einbettmassen, denn jede Legierung besitzt andere Eigenschaften, die sich auf die Art ihrer Verarbeitung auswirken. So muß etwa die beim Erstarren der Legierungen oder der Metalle auftretende Kontraktion durch entsprechende Expansion der Einbettmasse kompensiert werden.

  • Abb. 3: Industrielle Anlage zur Einbettmassenfertigung (Dentaurum, Ispringen)

  • Abb. 3: Industrielle Anlage zur Einbettmassenfertigung (Dentaurum, Ispringen)
Die hohe Qualität und Vielfalt der Ein bettmassen – heute sind es z.B. bei Dentaurum bereits 15 Rezepturen – erfordert den Ein satz zahlreicher Rohstoffe und unterschiedlicher Additive. In vielen Fällen handelt es sich dabei um Reaktionskomponenten, die beson ders schonend und exakt dosiert und verarbeitet werden müssen.
Ideale Voraussetzungen, um diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, liefert z.B. eine Einbettmassenfertigungsanlage wie bei Dentaurum in Ispringen, die weltweit eine der modernsten ihrer Art ist (Abb. 3). Die komplexe Anlage arbeitet als geschlosse nes System, staub- und kontaminationsfrei. Dies ermöglicht gleichzeitig sowohl die Sicherung einer hohen Pro duktqualität als auch den Schutz der Ge sundheit aller Mitarbeiter.

Beschickung und Lagerung

Bei der genannten Anlage wurden die Lagersysteme zum Schutz der teilweise hygroskopischen Rohstoffe in Form von Silos im Gebäudeinneren installiert (Abb. 4).

  • Abb. 4+5: Silos zur Rohstoff-Lagerung. Rohstoff-Anlieferung per Silofahrzeug

  • Abb. 4+5: Silos zur Rohstoff-Lagerung. Rohstoff-Anlieferung per Silofahrzeug

Mußten früher jährlich rund 68.000 Säcke mühsam vom Lagerbereich in die Produktion transportiert werden, so werden heute jeweils 30 – 40 t Rohware per Silofahrzeug angeliefert und automatisiert in die Silos eingefüllt (Abb. 5).
Die schonende, staubfreie Beschickung der Innensilos erfolgt als Sammelbeschickungssystem über eine Saugförderung. Alle Silos sind mit groß dimensionierten Filtern, sicherer Vibrationsboden-Austragung und Dosierschnecken mit Grob/Fein -Umschaltung ausgerüstet für eine gleichmäßige Dosierung.
Dem Unterdruckerzeuger ist ein zu sätzlicher Sicherheitsfilter vorgeschaltet, um höchste Staubfreiheit zu garan tieren. Damit werden die Vorschriften der TA-Luft er füllt, nach der staubförmige Emissionen die Grenze von 10 mg/m3 nicht überschreiten dürfen.
Lieferanten- bzw. mengenspezi fisch werden einige Rohstoffe nach wie vor in Säcken oder in so genannten Big Bags angeliefert. Da sich insbesondere Big Bags als wirtschaftli ches Transportmedium immer mehr durchsetzen, ist eine separate Big-Bag-Aufgabestation vorhanden. Auch die in Säcken angelieferten Rohstoffe werden über eine spezielle Sackaufgabe staubfrei umgela gert, ein integrierter Leersackver dichter erleichtert die Entsorgung. Um die in Big Bags und Säcken gelieferten Rohstoffe ebenfalls in den Automati onsprozeß mit einzubeziehen, stehen weitere zehn Innensilos mit unterschiedlichem Fassungsvermögen von 1–5 cbm bereit.

Qualitätssicherung, Wareneingang

Zur Qualitätssiche rung durchläuft jede Rohstoff-Lieferung eine Eingangsprüfung im hauseigenen Labor. Die Prüfungen umfassen je nach Rohstoff z.B. Kornvertei lung (Abb. 6),

  • Abb. 6: Bestimmung der Kornverteilung, Siebanalyse per Cilas-Granulometer

  • Abb. 6: Bestimmung der Kornverteilung, Siebanalyse per Cilas-Granulometer
Feuchtigkeitsgehalt (Abb. 7), Rieselfähigkeit und Schüttdichte sowie Element- und Verbindungs analysen. Dabei werden hohe Qualitätsanforderungen gestellt, um Schwankungen in den Eigenschaften der Rohstoffe und in der fertigen Einbettmasse auf ein Minimum zu reduzieren. Dementsprechend werden mit den Herstellern ganz spezifische Rohstoffspezifikationen vereinbart. Entspricht die Qualität den Anforderungen, wird der Rohstoff zur Einlagerung freigegeben.

Die Mischung

Mit exakter Wiege- und Dosier genauigkeit werden die für die Einbettmasse notwendigen Kompo nenten über eine spezielle Förder waage mit Ventil weiche und elektromechanischer Wiegeeinrichtung in den Mischer gefördert (Abb. 8). Um auch Großmengen mit hohem Durchsatz zu fördern und gleichzeitig mit höchster Genauigkeit zu dosieren, werden Saugwiegesysteme zur Beschickung eingesetzt. Eventuelle Verunreinigungen und Agglomerate werden automatisch über eine in den För derstrom integrierte Wirbelstrom-Siebmaschine ausgesondert. Diese automatische Beschickung ist sehr genau und zudem wirtschaftlich. Die dadurch erreichte hohe Rezept genauigkeit innerhalb sehr enger Toleranzgrenzen bei einer Chargengröße von immerhin bis zu 2.000 kg sichert den Ein bettmassen eine reproduzierbare, gleichmäßig hohe Qualität.

  • Abb. 7: Feuchtigkeitsmessung
  • Abb. 8: Einbettmassenfertigung, Saugwiegesystem mit Förderwaage für Großmengen
  • Abb. 7: Feuchtigkeitsmessung
  • Abb. 8: Einbettmassenfertigung, Saugwiegesystem mit Förderwaage für Großmengen

Dokumentation

Die gesamte Prozeßsteuerung erfolgt vom zentralen Leitstand. Hier wird die Produktion geplant, hier können Aufträge vorab eingegeben und termingerecht abgerufen werden. Über die Stammdatenverwaltung werden Lagerort, Material- und Rezeptdaten sowie Rezeptzuordnung und Materialten bestand überprüft und gegebenenfalls angepaßt. Je nach Bedarf kann der Bediener im zentralen Leitstand dabei von einer Gesamtübersicht auf fünf Detailbilder umschalten. Monitore zeigen auf übersichtlichen Farbgrafiken die Inhalte der verschiede nen Silos, die jeweiligen Rohstoff entnahmen und – als wichtigste Information – die komplette Mischer beschickung an. Anhand farblich eindeutiger Kennzeichnung erkennt der Bediener auf einen Blick, welche Funktionen aktiv sind. Gleichzeitig werden sämtliche Soll- und Ist-Werte kontrolliert und der gesamte Mischvorgang überwacht. So können Abweichungen früh genug erkannt und wirksam gegengesteuert werden. Ein integriertes Stör-Meldesystem ermöglicht es, Störungen schnell zu lokalisieren und ent sprechend zu reagieren. Während der Produktion erfolgt eine lückenlose Dokumentation der Einbettmassenherstellung. Im Chargenprotokoll wird eine Produktionshistorie geführt, die eine genaue Rezepturverfolgung (lot tracking) erlaubt und zur Doku mentation und Nachweis der Rezepturkonformität dient.

  • Abb. 9: Messung der Fließfähigkeit nach EN ISO 15912
  • Abb. 10: Messung des Erstarrungsbeginns nach EN ISO 15912
  • Abb. 9: Messung der Fließfähigkeit nach EN ISO 15912
  • Abb. 10: Messung des Erstarrungsbeginns nach EN ISO 15912

  • Abb. 11: Bestimmung der Druckfestigkeit nach EN ISO 15912
  • Abb. 12 :Dilatometrische Messung der thermischen Expansion nach EN ISO 15912
  • Abb. 11: Bestimmung der Druckfestigkeit nach EN ISO 15912
  • Abb. 12 :Dilatometrische Messung der thermischen Expansion nach EN ISO 15912

Qualitätssicherung, Endkontrolle

Bevor eine Einbettmassencharge das Werk verläßt, wird sie genauestens technisch und zahntechnisch geprüft. Die technische Prüfung umfaßt charakteristische Einbettmassenkennwerte wie Fließfähigkeit (Abb. 9), Erstarrungsbeginn (Abb. 10) Druckfestigkeit (Abb. 11) und thermische Expansion (Abb. 12) nach den Vorschriften der Norm EN ISO 15912. Zusätzlich wird die für die Paßgenauigkeit wichtige Abbinde-Expansion gemessen. Eine weitere Prüfung mißt die exotherme Reaktion der Einbettmasse in Abhängigkeit von der Zeit.
Einen hohen Stellenwert hat die praktische, zahntechnische Chargenprüfung. Dabei wird ein praxisnaher Modellguß bzw. eine Brücke nach der aktuellen, produktspezifischen Gebrauchsanweisung der jeweiligen Einbettmasse angefertigt (Abb.13).
Es wird nicht nur die erzielte Paßgenauigkeit bewertet, sondern es werden noch weitere wichtige Aspekte berücksichtigt, wie z.B. Verarbeitungskonsistenz, Dublierverhalten, thermische Stabilität und Glätte des Gußobjekts.
Erst wenn alle diese Prüfungen den Qualitätsanforderungen entsprechen, wird die Einbettmasse für den Verkauf freigegeben und verpackt (Abb.14).

Qualität und Wirtschaftlichkeit

Eine zeitgemäße Einbettmassenproduktion am Standort Deutschland erfordert, wie gezeigt wurde, einen beträchtlichen Aufwand, um die hohen Anforderungen der zahntechnischen Labors an die Qualität zu erfüllen. Der allgegenwärtige Zwang zu höchster Wirtschaftlichkeit erfordert gleichzeitig eine variable Kapazitätsplanung und höchste Flexibilität in der Produktion. Durch eine vorausschauende Investition in eine entsprechende Technik kann sich ein Hersteller dieser Herausforderung erfolgreich stellen. Die daraus resultierende Kundenzufriedenheit ist Ansporn, immer noch besser zu werden. Damit ist eine Einbettmassenfertigung mittels modern er Prozeßleittechnik auch eine Investition in die Zukunft.

  • Abb. 13: Zahntechnische Einbettmassen-Prüfung
  • Abb. 14: Einbettmassenverpackungsanlage (Dentaurum)
  • Abb. 13: Zahntechnische Einbettmassen-Prüfung
  • Abb. 14: Einbettmassenverpackungsanlage (Dentaurum)

Zahntechnische Aspekte

Aber auch die Verarbeitung im Labor hat einen großen Einfluß. Darauf soll deshalb nachfolgend näher eingegangen werden. Die grundlegende Forderung des Zahntechnikers ist eine leicht zu verarbeitende Einbettmasse, die das in Wachs oder Kunststoff modellierte Objekt formgetreu in Metall oder Keramik umsetzt. Ideal wäre für den Zahntechniker ein Produkt, das alle gebräuchlichen Materialien und Techniken einschließt – das heißt eine einzige Einbettmasse für alle Legierungen einschließlich der Preßkeramik, gleichwohl geeignet für Kronen, Brücken und Modellguß, schnellaufheizfähig und mit steuerbarer Expansion für exakte Passung bei allen eingesetzten Werkstoffen. Eine solche „eierlegende Wollmilchsau“ könnte aus der Vielfalt der Forderungen heraus jedoch immer nur eine Kompromißlösung sein. Zusätzliche Ausnahmen wären dennoch nötig, z.B. Spezialmassen für Lötblöcke und Stümpfe bei Vollkeramik sowie die Feineinbettmassen.
Die Vielzahl der Einbettmassen hat deshalb doch ihren Sinn (Abb. 15). Als wesentlich und allgemein wichtig können nachfolgende Eigenschaften einer Einbettmasse aufgeführt werden:
Formstabilität – die Einbettmasse muß hitzeresistent sein und dem Druck des Gieß- bzw. Preßvorgangs standhalten. Je sensibler das Produkt ist, desto mehr muß dies bei der Vorwärmung beachtet werden.
Kontrolliertes Expansionsverhalten – die Einbettmasse muß dem Werkstoff angepaßt sein. Im vorgewärmten Zustand muß die Einbettmasse um das gleiche Maß expandieren, wie der zu gießende (pressende) Werkstoff schrumpft.
Oberflächengüte – die Modell-Oberflächen müssen exakt wiedergegeben werden. Dies erfordert einen Kornaufbau der eingesetzten Masse, der sehr glatte Flächen ermöglicht, gleichzeitig aber auch eine genügend große Hitzeresistenz aufweist, um nicht von den schmelzflüssigen Materialien angegriffen zu werden.
Gasdurchlässigkeit – das in den Hohlraum der ausgebrannten Muffel einfließende Metall darf nicht durch einen Gasstau daran gehindert werden, auch sehr feine Hohlräume auszufüllen. Das Gas muß durch feine Poren in der Einbettmasse verdrängt werden können (Abb. 16). Darüber hinaus gibt es weitere spezielle Forderungen, die unterschiedlich gewichtet werden können.

  • Abb. 15: Indikationsbezogene Vielfalt von Einbettmassen

  • Abb. 15: Indikationsbezogene Vielfalt von Einbettmassen

Gute Verarbeitungseigenschaften sind z.B. sehr nützlich, um fehlerhafte Resultate auszuschließen. Die Verarbeitung wird erleichtert,wenn

  • die Einbettmasse beim Anmischen eine dünnflüssige, sämige Konsistenz aufweist, denn dadurch werden auch feinste Details der Modellation wiedergegeben,
  • die Verarbeitungszeit bis zum Abbinden ausreichend lang ist, damit die Aushärtung nicht schon einsetzt, wenn noch eingebettet wird (Abb. 17),
  • die Gesamtverarbeitungszeit im Bedarfsfall verkürzt werden kann. Dies betrifft insbesondere die Vorwärmezeit, die beispielsweise durch das
    Speedverfahren stark reduziert werden kann,
  • die Steuerung der Gesamtexpansion zuverlässig und einfach durchgeführt werden kann,
  • die Härte der Masse besonders nach dem Guß reduziert ist. Dies vereinfacht das Entformen der Gußobjekte. 

Die Forderungen, die vom Zahntechniker an die Einbettmasse gestellt werden, können nur dann das gewünschte Endresultat (Abb. 18) sichern, wenn zwei Eckpunkte gegeben sind: Das vom Hersteller gelieferte Produkt unterliegt einer strengen Qualitätskontrolle, so daß keine Schwankungen in den einzelnen Produktionschargen zu erkennen sind, und der Zahntechniker verarbeitet die Einbettmasse nach allen Vorschriften (Gebrauchsanweisung), die ein gleichmäßig gutes Ergebnis garantieren.

  • Abb. 16: Verarbeitungssicherheit durch gute Gasdurchlässigkeit
  • Abb. 17: Verarbeitungssicherheit durch ausreichend lange Abbindezeit
  • Abb. 16: Verarbeitungssicherheit durch gute Gasdurchlässigkeit
  • Abb. 17: Verarbeitungssicherheit durch ausreichend lange Abbindezeit

  • Abb. 18: Eine der wichtigsten Eigenschaften: ein paßgenauer Guß
  • Abb. 18: Eine der wichtigsten Eigenschaften: ein paßgenauer Guß


Von der Lagerung über das Anmischen und Vorwärmen bis zum Gießen sind viele Faktoren zu beachten, die im Detail in den nächsten Kapiteln dieser mehrteiligen Einbettmassenserie erörtert werden.

Näheres zum Autor des Fachbeitrages: J. Lindigkeit - Th. Schneiderbanger - P. Ohnmacht

Bilder soweit nicht anders deklariert: J. Lindigkeit , Th. Schneiderbanger , P. Ohnmacht


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