Dr. W. Strickling:

Vergleichende Untersuchungen zur Härte von Aufbrennlegierungen und die klinische Relevanz von Härteangaben

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2.8. Die Aussagefähigkeit von Härteangaben

Über die Aussagefähigkeit und klinische Relevanz von Härteangaben findet zur Zeit, in der zahnärztlichen Literatur eine kontroverse Diskussion statt, die durch das Aufkommen der neuen, im Vergleich zu Edelmetallegierungen härteren, edelmetallreduzierten und edelmetallfreien Legierungen ausgelöst wurde. So wird für Testmethoden im allgemeinen eine klinische Bedeutung insofern gefordert, als die Beanspruchung der im Munde zumindest nahekommen soll [45, 124] .

Mach Meinung vieler Autoren hat die Härte eine klinische Bedeutung. Beispielsweise nennt ZUKUNFT [132] die Brinellhärte, die Streckgrenze, die Zugfestigkeit und die Bruchdehnung die wichtigsten Kenngrößen einer Legierung, die deren Einsatzmöglichkeiten bestimmen. Ebenso ist nach EICHNER [32] "die Vickershärte HV . . . direkt von Bedeutung im Munde". Zur Einteilung der Legierungen in Indikationstypen schreibt er, es sei "der Härte für die Indikation eine besondere Bedeutung zuzumessen. Die Härte korreliert mit anderen Eigenschaften, sie wird daher zur Unterteilung herangezogen." WAGNER [123] ist der Ansicht, daß die hohen Anforderungen, die in der Prothetik an die mechanischen Eigenschaften der Edelmetallegierungen gestellt werden, sich nur mit aushärtbaren Werkstoffen erfüllen lassen.

Im allgemeinen wird die Harte zahnärztlicher Werkstoffe mit folgenden Problempunkten in Verbindung gebracht:

1. Der Abrasionsfähigkeit und -festigkeit im Munde
2. Dem Abrieb zwischen Attachments und feinmechanischen Elementen
3. Der Grazilität und Festigkeit von Kronen und Brückengerüsten
4. Der Verarbeitbarkeit

2.8.1. Die Abrasionsfestigkeit im Munde

Zur Frage der Abrasionsbeständigkeit von Zahnersatzmaterialien weichen die Positionen sehr voneinander ab. Grundsätzlich besteht kein Konsens darüber, ob Zahnersatz eine höhere oder die gleiche Abrasionsfestigkeit wie die natürlichen Zähne haben sollte.

Die Frage geht wohl zurück auf eine Bewertung der Abrasion an sich. KÖRBER [63] ist folgender Ansicht: "Der Verlust an Kauflächensubstanz führt grundsätzlich zur Störung der normalen biostatischen Beziehung zwischen Antagonisten. Kleiner Kauflächendefekt oder Verlust kleiner Qkklusions-muster wirkt sich zunächst begrenzt auf die Gewebe aus..." Nach SIEBERT [113] "... ist der im neueren Schrifttum angegebenen Definition, Abrasion sei ein pathologischer Zustand, zu folgen, da dies auch neueste Untersuchungen bestätigen. ... Da Parodontien und Kaumuskulatur hohe adaptive Fähigkeiten besitzen, sind trotzdem bei 76 % der Patienten mit Schliffacetten durch Parafunktionen keine Beschwerden zu verifizieren". Koeck betont: "Die Übergänge zwischen der Anpassung der Kaufläche an eine veränderte Funktion und dem Abgleiten ins pathologische sind fließend." Andere Autoren sehen Abrasion als diffusen Substanzverlust infolge kaufunktionellen Abriebes an [nach 112].

Eichner [35] schreibt: "Die Harte läßt sich bei zahnäztlichen Legierungen als Maß für den Widerstand, den der Werkstoff der Abnutzung und Verdrängung (dem Abkauen) entgegensetzt, auffassen." Demzufolge empfehlen KUWATA [76] und SCHWICKERATH [108] für Kronen- und Brückenmaterialien eine Abriebfestigkeit gegen Kaukraftbeanspruchung. Von Schwickerath wird allerdings die Frage erhoben, ob eine fast vollkommene Beständigkeit gegen Abnutzungen durch die Kautätigkeit bei keramikverblendeten Kauflächen nicht einen ungünstigen Einfluß auf die Parodontien der Pfeilerzähne hat. Nach EICHNER [36] ist Keramik zwar härter als Schmelz, was aber klinisch nicht so bedeutungsvoll ist. RAMFJORD und ASH [97] fordern für Restaurationen gleiche Härtegrade, um ungleichmäBiger Abrasion vorzubeugen. Ähnlicher Ansicht sind MILLER / SHORE / SCHUYLER [nach 39].

Früher waren viele Autoren der Meinung, daß ein gewisses Mindestmaß an Abrasion an Zahnersatzmaterialien notwendig sei. So nannte SPRENG [115] 1940 eine maximale Härte von 130 HB, um Abrasion zu ermöglichen. BRUHN [15] vertrat 1960 die Meinung, daß weichere Metalle einer Parodontalerkrankung vorbeugen.

Nach KANTER [56] ist eine Co-Ni-Cr Legierung einer Goldlegierung weit unterlegen und wegen ihrer Härte für gnathologische Arbeiten kaum empfehlenswert ("Gold und Gnathologie gehören zusammen").

HOHMANN [50] hält für 220 HV 10 für den optimalen Härtewert von edelmetallfreien Werkstoffen.

Zur Beurteilung der Abrasionsverhältnisse sind statische Härteprüfungen nach Meinung vieler Autoren nicht geeignet, da sie zu wenig die Situation im Munde wiedergeben. Als Ersatz werden entweder Ritzhärtebestimmungen [45] oder Abriebversuche [8, 46, 64, 120] vorgeschlagen.

Dabei kommen FUCHS [40] und MEINERS [86] zu dem Schluß, daß harte Edelmetalle und Keramik ein ähnliches Abrasionsverhalten wie der Schmelz haben.

Abriebversuche mit unterschiedlichen Materialpaaren zeigen jedoch, daß die Eindringhärten in keinem Zusammenhang mit den Ergebnissen von Abrieb- und Ritzhärtemessungen stehen, ebensowenig wie zwischen Eindruck- und Ritzhärte Zusammenhänge bestehen. Beispielsweise hat BAUER [8] festgestellt, daß das Abriebpaar Schmelz - Metall wesentlich weniger Abrasion zeigt als Keramik - Metall; das Paar Keramik -Schmelz abradierte viel stärker als Schmelz - Schmelz, dieses wiederum abradierte stärker als Schmelz - Metall, Ebenso wurde eine außerordentlich starke Abrasion von Metallen durch Kunststoffe nachgewiesen [8, 46, 108]. TAPPE [120] zeigte, daß das Paar Kunststoff - Kunststoff stärker zur Abrasion neigt, als Keramik - Kunststoff.

Angesichts dieser schwer zu interpretierenden Ergebnisse kommt HENKEL [46] zu dem Schluß, solche Abrasionstests mit Vorsicht zu bewerten, da viele unterschiedliche Mechanismen für die Ergebnisse verantwortlich sind, und Abriebtests für zahnärztliche Zwecke bisher noch nicht genormt sind [8]. MEINERS [86] geht soweit, die Bewertung von Abrasionswirkungen nur noch aufgrund klinischer Beurteilung zu fordern, da Labortests bisher keine zufriedenstellenden Ergebnisse liefern und deren Ergebnisse in Qualität und Quantität von den Versuchsbedingungen abhängig sind.

2.8.2. Der Abrieb zwischen feinmechanischen Attachments

Für Verschleißerscheinungen zwischen Attachments gelten grundsätzlich ähnliche Überlegungen wie für die Abrasion zwischen Schmelz und Zahnersatzmaterialien. Im Unterschied dazu handelt es sich jedoch bei den Verschleißpartnern (dem tribulogischem System) meistens um gleiche oder ähnliche Werkstoffe.

Da Verschleiß und Härte beide von grundsätzlichen mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe abhängen, bestehen zwar "gewisse Zusammenhänge" [106, 108]. Trotzdem lassen sich nur in geringem Maße Rückschlüsse von Härtemessungen auf den Verschleiß oder umgekehrt ziehen [106, 108]. Wach Meinung einiger Autoren sind Ritzhärtebestimmungen zur Beurteilung der Verschleißfestigkeit eher geeignet als Eindruckhärtemessungen [90, 108]. KNISCHEWSKI [60] schreibt, daß zwar kein Zusammenhang zwischen der Ritzhärte und der Verschleißfestigkeit bestehe, daß man aber bei harten Metallen meistenteils mit einer geringeren Abnutzung rechnen kann.

Zahlreiche Abriebversuche belegen jedoch, daß keinerlei Zusammenhänge zwischen Härte und Verschleiß bestehen [8, 46, 117]. NITZSCHE [93] führt den Verschleißwiderstand als Beispiel für einen Begriff an, "den man gern mit der Härte gleichsetzt, was aber unrichtig ist. Von Verschleißversuchen her ist bekannt, daß Stoffe gleicher Härte doch unterschiedlichen Abrieb zeigen." Zu beachten sind bei solchen Versuchen allerdings die speziellen Bedingungen des tribulogischen Systems. "Der Verschleißbegriff kennzeichnet keine konstante Werkstoffeigenschaft. Beim Verschleiß handelt es sich vielmehr um eine Systemeigenschaft, deren Eigenheiten unter anderem vom Beanspruchungskollektiv, der Werkstaffanstrengung, den physikalischen Eigenschaften der Reibungspartner und den vorhersehenden Verschleißmechanismen bestimmt werden." [117]. Als wichtige Verschleißfaktoren führt STÜTTGEN [117] unter anderem auf :

- Adhäsion durch Mikroschweißverbindungen
- chemische Einflüsse (Tribooxidation)
- Abrasionswirkung (besonders die Mikrozerspanung bei dem Paar Gold-NEM)
- Zerrüttung durch Rißbildung und -Vergrößerung bei ständig wechselnden Zug - Druckbeanspruchungen
- Schmierstoffeinflüsse

2.8.3. Grazilität und Festigkeit von Kronen und Brücken

Im allgemeinen herrscht Konsens darüber, daß die härteren Legierungen eine höhere Grazilität bei den Gerüsten für Kronen und Brücken erlauben [34, 39, 40, 54, 56, 61, 76, 82, 85, 96, 111]. Wandstärken von 0,3 mm werden dabei als ausreichend angesehen [96].

SHILLINGBURG [110] fordert für die Metallkeramik eine möglichst große Härte, die garantiert, daß sich die Konstruktion weder beim Einsetzen noch unter der Kaubelastung verbiegt, da es dann zum Abplatzen der Keramik kommen kann [110, 13, 108], Am haltbarsten sei eine dünne Keramikverblendung auf einem harten Metallgerüst [110]. Ebenso bedeutsam ist die Formstabilität der Gerüste während des Keramikbrandes [34, 85], um spätere Abplatzungen und ein Verziehen von Brücken zu vermeiden.

Andere Autoren weisen auf einen besseren Randschluß durch geringe Verformbarkeit beim Ausarbeiten und Einzementieren sowie auf eine bessere Konturierung durch dünner auslaufende Kronenränder hin [13, 76, 111].

2.8.4. Die Verarbeitung harter Legierungen

Im Vordergrund von Untersuchungen zur Verarbeitung harter Werkstoffe, insbesondere der edelmetallreduzierten und edelmetallfreien Legierungen, stehen die Verarbeitbarkeit und Ausarbeitung im zahntechnischen Labor, das Einschleifen und die Beseitigung von Oklusionsstörungen auf der Kaufläche, die Bearbeitbarkeit von fest einzementierten Konstruktionen sowie der exakte Randschluß.

Unter "harten" Legierungen werden hier im allgemeinen Legierungen mit einer VICKERS-Härte von mindestens 150 HV 5 verstanden, entsprechend der klinischen Kategorie IV "extrahart" nach DIN 13 906 [23]. Dementsprechend müBten nach [111] Edelmetall-Legierungen für die Metallkeramik (Härte ca. 240 HV), alle goldreduzierten Legierungen (Härte 170 - 280 HV), Palladium-Basis-Legierungen (Härte 160 - 300 HV für Palladium-Silber-Legierungen, 260 - 300 HV für Palladium-Kupfer-Legierungen), Co-Basis-Legierungen (Härte 250 - 350 HV) und Ni-Basis-Legierungen (Härte 160 -270 HV) in die Kategorie IV eingeteilt und als "extrahart" bezeichnet werden.

1. Die Verarbeitung im Labor

Aus der täglichen Erfahrung beim Umgang mit harten Werkstoffen heraus berichten viele Autoren, daß Legierungen mit hoher Härte schwieriger auszuarbeiten seien [l, 33, 47, 51, 67, 76, 91, 116, 125]. Nach MÜLLER und LINDIGKEIT [91] ist "die Härte des Werkstoffes ... für das Bearbeiten im zahntechnischen Labor besonders wichtig". Ebenfalls wird häufig betont, daß die Materialeinsparungen durch Verwendung edelmetallreduzierter bzw. edelmetallfreier Legierungen durch erhöhte Kosten für Lohn und Verbrauchsmaterial wieder aufgefangen werden [41, 56, 126].

SCHON [101] schreibt zur Verarbeitung von Nichtedelmetal1-legierungen, daß man bei einer annehmbaren Härte relativ wenig Schwierigkeiten beim Ausarbeiten hat, wobei 295 -330 HV 10 von KULMBURG [75] noch als annehmbar bezeichnet werden.

Im Gegensatz dazu stehen neuere Untersuchungen, die durch spezialisierte und verbesserte Bearbeitungsinstrumente die Ausarbeitung von harten Werkstoffen vereinfachen [13, 106, 111], SCHWICKERATH [106] berichtet von Versuchen, nach denen die Schneidleistung an "weichen" Werkstoffen wie Messing unter Umständen geringer ist als an einer "harten" UEM-Legierung (Wiron S) .

Nach MERINSKY [87] stellt die 0,2 %-Dehngrenze ein Maß für die Verarbeitung dar, da sie angibt, wieviel Kraft zur Erzielung einer bleibenden Verformung aufgewendet werden muß. Ein Zusammenhang mit der Härte bestehe jedoch nicht.

2. Die Ausarbeitung der Kaufläche

Durch die von vielen Autoren erwähnte schlechte Bearbeit-barkeit harter Legierungen ist eine funktioneil einwandfreie Kauflächengestaltung erschwert, so daB solche Legierungen für okklusale Rekonstruktionen als ungünstig angesehen werden. Da ein optimales Einschleifen schwierig ist, ist der natürliche Zahn als Antagonist gefährdet, so daß kleinste Artikulationshindernisse schnell zu parodontalen Beschwerden führen können [39].

3. Bearbeitung einzementierter Konstruktionen

Verschiedentlich wird über Schwierigkeiten bei der Entfernung harter edelmetall freier Legierungen aus dem Munde des Patienten geklagt. KANTER [56] schreibt: "Der Zahnarzt, der einen festsitzenden Zahnersatz aus einer Co-Ni-Cr-Legierung aus dem Munde entfernen muß, wird dabei mit einer Arbeitszeit rechnen müssen, die weit über dem Aufwand liegt, der bei Edelmetallarbeiten notwendig ist. Abgesehen davon, daß eine Perforation einer Krone zur nachträglichen Behandlung eines Pfeilerzahnes so gut wie ausgeschlossen ist." Ähnlich argumentieren EICHNER [34] und FRANZ [39].

Dem hält JARC [54] entgegen, daß die Konstruktionen graziler gehalten werden können und so ein Ausgleich wieder gegeben ist. SIEBERT und REULING [111] weisen auf neue Instrumentengenerationen wie gesinterte Diamantschleifer hin, die es dem Zahnarzt ermöglichen, im Mund mit dem gleichen Zeitaufwand wie bei edelmetallhaltigen Legierungen zu arbeiten. KIMMEL [57, 58] betont die Hatwendigkeit der individuellen Verarbeitung der Legierungstypen, die von den Herstellern schon lange gefordert wurde und sieht darin "einen der Schlüssel zur erfolgreichen Anwendung im zahntechnischen und zahnärztlichen Bereich."

4. Der Randschluß

Bei harten Nichtedelmetallegierungen wurde des öfteren über unzureichenden RandschluB von Inlays und Onlays berichtet. Einige Autoren halten deshalb diese Legierungen für Gußfüllungen nicht geeignet [l, 67, 82]. KROPP [67] schreibt, daß heute noch kein Anlaß bestehe, "für Inlays Ersatzwerkstoffe aus Unedelmetallen zu verwenden". Er führt hier "die zu hohe Härte, die geringe Dehnung, die hierdurch bedingte schwierige Verarbeitbarkeit, die ungenügende Paßgenauigkeit und die umstrittenen gesundheitlichen Gefahren, die von Nickel ausgehen können ..." als Gründe dafür an.

SIEBERT und REULING [111] geben jedoch für alle heute verwendeten Legierungsgruppen die Gußfüllungstherapie als eine Indikation an.

MERINSKY [87] bezeichnet die Finierbarkeit als die für den Randspalt von gegossenen Restaurationen relevante Größe. Die Finierbarkeit ist als die Bruchdehnung dividiert durch die Streckgrenze definiert. In Versuchen stellte er im allgemeinen einen kleineren Randspalt bei weicheren Legierungen fest, ohne jedoch einen eindeutigen Zusammenhang zu ermitteln.

Auf den positiven Effekt durch eine geringere Deformation der Kronenränder wurde bereits hingewiesen [13, 76, 111].

2.9. Härteangaben in zahnärztlichen Normen

In der zahnärztlichen Literatur werden immer wieder verbindliche Normen für Werkstoffe und Prüfverfahren gefordert [81, 85, 121, 127]. Der Zweck solcher Normen ist nach Viohl:

1. Schutz des Patienten vor minderwertigen Produkten
2. Qualitätsvergleich für den Zahnarzt und Zahntechniker
3. Beurteilung und Beratung durch den Handel
4. Produktions- und Qualitätskontrolle beim Hersteller

Ebenso werden einheitliche Prüfverfahren für die Werkstoffe gefordert, da sonst Vergleiche nicht möglich sind [37], Ein Problem stellen jedoch individuelle Unterschiede in der Bearbeitung dar, so daß technologische Normen weder möglich noch sinnvoll sind [124], Andererseits fordert WEBER [124] die klinische Relevanz von Tests und Mindestanforderungen.

Für Dentallegierungen existieren zur Zeit folgende Normen:
DIN ISO ADA
Goldlegierungen 13 906 1562 Spec No. 5
Cobalt-Chrom-Legierungen 13 912 6871 DIS
Goldreduzierte Leg. 13 926 E 8891 DIS
Metallkeramische Systeme 13 927 V

Leider sehen die obigen Normen für Härteprüfungen unterschiedliche Prüfverfahren vor.Während DIN 13 906 [23] und DIN 13 927 [26] das HV 5-Verfahren vorsehen, legt DIN 13 912 [24] HV 10 als Spezifikation fest. Dagegen ist in der alten ADA Specification No. 5 [3] nur das HV 1-Verfahren vorgesehen, die geplante Revision [2] soll die Verwendung von HV l oder HV 5 freistellen. Die ISO-Norm 1562 [52] legt die in Europa unübliche BRINELL-Härte HB 1,59/ 15/10 zugrunde, während in der DDR nach den TGL-Normen (Technische Normen / Gütevorschriften und Lieferbedingungen) HB 2,5/62,5 vorgeschrieben ist [14]. DIN 13 926 [25] legt gar keine Härtebestimmung mehr fest.

In einigen Normen werden Grenzwerte für die Legierungshärte festgelegt. Diese beziehen sich zum einen auf die Einteilung der Goldgußlegierungen in ihre klinischen Klassifikationen nach den Typen I - IV [3, 23, 52], zum anderen aber auf festgelegte Maximalwerte für Co-Basis-Legierungen auf 420 HV 10 max, [24] sowie für Aufbrennlegierungen auf 300 HV 5 max.

In Anbetracht der beschränkten Aussagefähigkeit von Härteangaben wird in der vorgeschlagenen Revision der ADA Specification No. 5 [2] auf die Festlegung von Härtegrenzen verzichtet. Die Legierungen sollen allein nach ihrer Dehngrenze und ihrer Bruchdehnung eingeteilt werden. Nach DIN 13 906 [23], DIN 13 926 [25], ISO 1562 [52] und der alten ADA Spec, No. 5 [2] werden diese Kriterien bereits als zusätzliche Spezifikation angegeben.


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