Wenn Bügel und Folie verschmelzen

Die Bügelteile des Icon-Applikators der DMG Dental-Material Gesellschaft aus Hamburg sind aufgrund ihrer kleinen Abmessungen sowie der konvexen und konkaven Formen ein schwieriges Bauteil. Geringste Maßschwankungen der Spritzgussteile wirken sich verhängnisvoll aus. Zum Verschweißen der Polystyrol-Bügel mit gleichzeitigem Klemmen der Folie musste die Schweißnaht so gestaltet werden, dass ohne seitlichen Schmelzaustritt eine ausreichende Verbindung entstand. Auch die korrekte Positionierung der filigranen Folie aus PET musste gegeben sein. Die bereits vorliegende Perforierung der Folie ist eine „Kerbwirkungsstelle“, an der die mechanischen Schwingungen des Ultraschalls zu Spannungsspitzen führen und das Material ungewollt plastifizieren können.

Bei den Schweißmaschinen von Herrmann Ultraschall lassen sich die Schweißkräfte aber variabel progammieren und die Fügegeschwindigkeit kontrollieren – das war der Schlüssel zum Erfolg. In Zusammenarbeit mit dem Maschinenbauer für Ultraschall-Schweißmaschinen und Modulen hat DMG die Bügelteile so konzipiert, dass vier Zentrierungsdome und vier kleine Dünnwandnähte für ein optimales Ergebnis sorgten. Die von Herrmann entwickelte Dünnwandnahtgestaltung eignet sich besonders für kleine Bauteile mit dünnen Wandstärken. Der Energierichtungsgeber hat eine klar definierte Auflagefläche und erleichtert die Selbstzentrierung. Dazu kommen hohe Festigkeitswerte und eine gute Optik.

Normalerweise können neben artgleichen Stoffen nur solche im gleichen Schmelzindex miteinander verschweißt werden. Amorphe und teilkristalline Kunststoffe haben einen unterschiedlichen Schmelzindex und sind schwerer miteinander zu verbinden.

Beim Icon-Applikator wurde genau dies zum Vorteil genutzt: Während sich der amorphe Bügel durch die mechanischen Schwingungen gut und schnell erwärmt, reagiert die teilkristalline Folie verzögert, was sie aber vor thermischer Schädigung schützt. Genauer gesagt galt es, den idealen Arbeitspunkt zu finden, bei dem die amorphen Dome des Bügels erfolgreich plastifiziert waren, während in der Folie nur die amorphen Bestandteile ausreichend reagierten und die kristallinen Anteile nicht. Geht der Energieeintrag über diesen Punkt hinaus, schmilzt die Folie zu stark auf und ist zerstört.

Die erfolgreiche Verschweißung zweier Teile kann visuell darstellt werden. Eine grafische Darstellung der Schweißleistung, Fügegeschwindigkeit und Schweißkraft auf dem Dialog-Bildschirm der Schweißmaschine ermöglicht genaue Aussagen über die Qualität des Fügeprozesses. Angestrebt ist ein schneller, möglichst linearer Anstieg, der einen harmonischen Fügeverlauf und eine gleichmäßige Schmelzentwicklung garantiert. Das Schweißteil wird nicht unnötig belastet, und der Prozess selber ist reproduzierbar. Die mögliche Programmierung von drei unterschiedlichen Schweißkräften optimiert die Schweißung und stellt den linearen Anstieg der Kurve sicher.

Bei Icon wurde bei einem Fügeweg von 0,22 mm im letzten Drittel des Schweißprozesses auf die zweite Schweißkraft umgeschaltet. Die mit der ersten Schweißkraft erzeugte Schmelze wird durch die Umschaltung auf eine höhere, zweite Schweißkraft komprimiert. Die Geschwindigkeit des Schweißvorgangs bleibt auch zum Ende hin aufrecht erhalten. Somit verkürzt sich die Schweißzeit und die Belastung der Folie durch mechanische Schwingungen – ein wichtiger Faktor, um Schädigungen an der Folie zu vermeiden. Zudem verpresst sich die erkaltende Schmelze während der Haltezeit stärker mit der Folie und erhöht die Festigkeit der Schweißung.

Thomas Herrmann Herrmann Ultraschall, Karlsbad

Die Kariesinfiltration mit Icon ist eine neuartige, international belegte Behandlungsmöglichkeit für Karies im Anfangsstadium. Gemeinsam mit Wissenschaftlern der Charité Berlin und der Universitätsklinik Kiel hat die Dentalfirma DMG aus Hamburg das neuartige Produkt entwickelt, das 2009 auf den Markt kam. Icon basiert auf einem speziellen lichthärtenden Kunststoff, mit dem der krankhafte Zahnschmelz aufgefüllt und – durch Blaulicht aktiviert – verschlossen wird. Aufgetragen wird er in den Zahnzwischenräumen mit Hilfe einer zweilagigen, teilweise perforierten Folie aus PET (Polyethylenterephtalat), eingespannt in einem Bügel aus Polystyrol.