DE102010050884A1

DE102010050884A1 - Ultrasonic instrument for treating teeth of e.g. human, has reinforcing component made of long or continuous fiber composite material, such that long or continuous fibers are extended in parallel along longitudinal axis

Info

Publication number: DE102010050884A1
Application number: DE102010050884A
Authority: DE
Inventors: Prof. Dr.-Ing. habil Hufenbach Werner; Dr. med. dent. Gäbler Stefan; Dr.-Ing. Modler Niels; Dipl.-Ing. Gottwid Robert; Dipl.-Ing. Schubert Frank
Original assignee: TU DRESDEN; Technische Universitaet Dresden
Current assignee: TU DRESDEN; Technische Universitaet Dresden
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2010-11-11
Publication date: 2012-05-16
Also published as: DE102010050884A8

Abstract

The ultrasonic instrument has a fiber composite structure (3) having reinforcing component made of long or continuous fiber composite material. The long or continuous fibers are extended in parallel along the longitudinal axis of the ultrasonic instrument. The fiber composite structure has a clamping adapter for restraining a clamping device (2) of an ultrasonoscope (1). An independent claim is included for method for manufacturing ultrasonic instrument.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise.The invention relates to an ultrasonic instrument in fiber composite construction.

Ultraschallinstrumente werden u. a. in der Zahnmedizin eingesetzt. Dabei dienen dünne, teilweise nur nadelgroße Ultraschallinstrumente u. a. der Behandlung, beispielsweise der Aufweitung und Reinigung zylindrischer oder gekrümmter Kanäle bzw. Bohrungen (Kavitäten), beispielsweise an menschlichen und tierischen Zähnen. Bei schwingendem Betrieb des Ultraschallinstruments im Ultraschallbereich kann unter Ausnutzung des Kavitationseffektes ein besonders effektiver Abtrag von Verunreinigungen bzw. Material der Kanal- oder Bohrungswand erzielt werden. Konventionelle Ultraschallinstrumente bestehen aus Nickel-Titan-Legierungen, Stahllegierungen oder Kunststoffen.Ultrasonic instruments are u. a. used in dentistry. It serve thin, sometimes only needle sized ultrasonic instruments u. a. the treatment, for example, the expansion and cleaning of cylindrical or curved channels or holes (cavities), for example on human and animal teeth. In vibrating operation of the ultrasonic instrument in the ultrasonic range, a particularly effective removal of contaminants or material of the channel or bore wall can be achieved by utilizing the cavitation effect. Conventional ultrasonic instruments consist of nickel-titanium alloys, steel alloys or plastics.

Herkömmliche Methoden zur Aufweitung und Reinigung von Kanälen und Bohrungen nutzen oft Bohr- bzw. Fräswerkzeuge oder Strahlverfahren.Conventional methods for widening and cleaning channels and boreholes often use drilling or milling tools or blasting methods.

Die Nachteile der bekannten mechanisch abtragend arbeitenden Systeme ergeben sich durch das Arbeiten in Kavitäten von hochfesten Werkstoffen im Submillimeterbereich. Darüber hinaus können keine gekrümmten Geometrien mit Hinterschnitt mit den bekannten Bohr-, Fräs- bzw. Strahlverfahren bearbeitet werden.The disadvantages of the known mechanically abrading systems result from working in cavities of high-strength materials in the submillimeter range. In addition, no curved geometries can be machined with undercut using the known drilling, milling or blasting methods.

Beispielsweise erzielen in der zahnarztpraktischen Anwendung herkömmliche Ultraschallinstrumente unter Ausnutzung hydrodynamischer Effekte zwar gute Reinigungswirkungen, reichen jedoch nicht immer bis in die komplexen Kanalenden, können abbrechen und dadurch große Schäden verursachen. Verbesserte Positionierungen und Anpassungen an die Kanalgeometrien aufgrund ihrer Flexibilität bieten zwar Kunststoffinstrumente, dennoch können diese durch eine ungenügende Energieeinkopplung Kavitationseffekte nicht oder nur im geringen Maße erzeugen und besitzen daher nur einen ungenügenden Reinigungseffekt.For example, in the practice of conventional dentistry conventional ultrasonic instruments, while utilizing hydrodynamic effects, achieve good cleaning effects, but do not always reach into the complex channel ends, they can break off and thereby cause great damage. Improved positioning and adjustments to the channel geometries due to their flexibility offer plastic instruments, yet they can not or only to a limited extent produce cavitation effects due to inadequate energy coupling and therefore have only an insufficient cleaning effect.

Aus DE 10 2005 034 010 A1 ist bekannt, dass Wurzelkanalinstrumente in Faserverbundbauweise ein hohes Modifikationspotential, sowie die Möglichkeit steifigkeitsangepasste Beschichtungen zu applizieren, besitzen. Beschrieben wird ein mechanischer Abtrag, die Fräsbearbeitung, durch rotierende Bewegung des Werkzeugs.Out DE 10 2005 034 010 A1 It is known that root canal instruments in fiber composite construction have a high modification potential as well as the possibility to apply stiffness-adapted coatings. Described is a mechanical removal, the milling, by rotating movement of the tool.

In DE 10 2008 042 175 A1 wird ein zahnärztliches Ultraschallinstrument beschrieben, bei dem Kunststoffelemente zur Instrumentenkoppelung eingesetzt werden.In DE 10 2008 042 175 A1 a dental ultrasound instrument is described in which plastic elements are used for instrument coupling.

Darüber hinaus wird die Benutzung von Dentalinstrumenten aus Kompositmaterialien zur Reinigung äußerer Zahnbereiche, in US 5,725,370 A beschrieben. Dabei werden die Verstärkungsmaterialien als Füllstoff, d. h. als Pulver oder in Form von Kurzfasern eingesetzt, welche mit dem Kunststoffgrundmaterial vermischt werden, um die Werkstoffe mit den für Kunststoffinstrumente bisher üblichen Spritzgussverfahren verarbeiten zu können.In addition, the use of dental instruments made of composite materials for cleaning external tooth areas, in US 5,725,370 A described. The reinforcing materials are used as a filler, ie as a powder or in the form of short fibers, which are mixed with the plastic base material in order to process the materials with the usual plastic injection molding methods for plastic instruments.

Bekannt sind nach EP 1 977 716 A1 verschiedene Spitzengeometrien, wobei die Spitzen im Gegensatz zum restlichen Instrument aus einem steifen Material bestehen. Ein Teil der Spitzenoberfläche ist außerdem mit einem Schleifmittel beschichtet.Are known after EP 1 977 716 A1 Different tip geometries, the tips are made of a stiff material in contrast to the rest of the instrument. Part of the tip surface is also coated with an abrasive.

Weiterhin ist nach WO/2009/137815 A1 ein Reinigungsinstrument bekannt, welches mittels eines Flüssigkeitsstrahls reinigt.Furthermore, after WO / 2009/137815 A1 a cleaning instrument known which cleans by means of a liquid jet.

Es bestand nunmehr die Aufgabe, Ultraschallinstrumente zu finden, die nicht die oben genannten Nachteile haben. Insbesondere sollten Instrumente zur Verfügung gestellt werden, die durch Ultraschallschwinger angeregt werden und zur verbesserten Reinigung von komplizierten Dentalkavitäten wie dünnen Bohrungen und Kanälen beitragen.It was now the task of finding ultrasonic instruments that do not have the disadvantages mentioned above. In particular, instruments should be provided which are excited by ultrasonic vibrators and contribute to the improved cleaning of complicated dental cavities such as thin holes and channels.

Gelöst wurde die Aufgabe mittels der Merkmale des Hauptanspruchs.The problem was solved by means of the features of the main claim.

Dabei betrifft die vorliegende Erfindung ein Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise, wobei die Verstärkungskomponente des Faserverbundwerkstoffs aus ein oder mehreren Lang- oder Endlosfasern besteht, die entlang der Längsachse des Ultraschallinstruments hinreichend gestreckt parallel oder textiltechnisch umschlungen ausgerichtet sind.In this case, the present invention relates to an ultrasonic instrument in fiber composite construction, wherein the reinforcing component of the fiber composite material consists of one or more long or continuous fibers which are aligned along the longitudinal axis of the ultrasonic instrument sufficiently stretched parallel or textile-technically aligned.

Die Fasern sind vorzugsweise metallisch, keramisch oder polymer oder bestehen aus Kombinationen der letztgenannten. Insbesondere sind die Fasern aus Kohlenstoff, Glas oder Aramid oder bestehen aus Kombinationen der letztgenannten. Die Matrix oder Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes besteht bzw. bestehen aus einem oder mehreren Werkstoffen, die sich zur Herstellung des Verbundwerkstoffes mit den jeweiligen Fasern in geeigneten Herstellungsverfahren verarbeiten lassen. Vorzugsweise besteht bzw. bestehen die Matrix bzw. Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes aus einem Kunststoff aus der Gruppe der Duromere oder Thermoplaste, insbesondere aus der Gruppe der Polyolefine, Vinylpolymere, Styrolpolymere, Polyacrylate, Polyacetale, Fluorkunstoffe, Polykondensate oder Polyaddukte, besonders bevorzugt aus Polyurethan oder Polycarbonat oder einem Epoxydharz, Polyesterharz, Vinylesterharz, Polyetherketon, beispielsweise PEEK (Polyetheretherketon), oder Polyamid, oder aus Metall, beispielsweise Stahl oder NiTi-Legierungen, einer Keramik, oder aus Kombinationen aller genannten Stoffe bzw. Werkstoffe. In einer weiteren Ausführungsform ist der Verbundwerkstoff des erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments als Mittelseele ausgeführt und besitzt eine Kunststoffummantelung, vorzugsweise aus einem biokompatiblen Kunststoff. Insbesondere kann die Kunststoffummantelung zusätzliche funktionale Fasern besitzen, beispielsweise Aramidfasern zur Versagensbegrenzung, oder elektrisch leitende Fasern für die Analyse der Schwingfrequenz und/oder Deformation und/oder Verzerrung und/oder Beanspruchung. Das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument kann zylindrisch, konisch oder gekrümmt geformt sein. Es kann auch an die Bohrungs- oder Kanalgeometrie angepasst sein oder eine Form aus einer Kombination von den genannten Formen besitzen. Vorzugsweise besitzt das Ultraschallinstrument einen runden, elliptischen, rechteckigen oder frei geformten Querschnitt oder eine Form aus einer beliebigen Kombination von diesen. Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments besitzt einen Einspannadapter, der zur direkten Einspannung in eine Einspannvorrichtung eines Ultraschallgerätes dient. Vorzugsweise kann das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument je nach verwendeten Fasern in die 3 Raumrichtungen verschiedene Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen. The fibers are preferably metallic, ceramic or polymeric or consist of combinations of the latter. In particular, the fibers are made of carbon, glass or aramid or consist of combinations of the latter. The matrix or matrix systems of the composite material consists of one or more materials that can be processed in a suitable manufacturing process to produce the composite material with the respective fibers. Preferably, the matrix or matrix systems of the composite consist of a plastic from the group of thermosets or thermoplastics, in particular from the group of polyolefins, vinyl polymers, styrene polymers, polyacrylates, polyacetals, fluoroplastics, polycondensates or polyadducts, more preferably polyurethane or polycarbonate or an epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, polyether ketone, for example PEEK (polyetheretherketone), or polyamide, or of metal, for example steel or NiTi alloys, a ceramic, or of combinations of all the substances mentioned or materials. In a further embodiment, the composite material of the ultrasonic instrument according to the invention is designed as a center core and has a plastic casing, preferably made of a biocompatible plastic. In particular, the plastic sheath may have additional functional fibers, for example aramid fibers for failure limitation, or electrically conductive fibers for the analysis of the oscillation frequency and / or deformation and / or distortion and / or stress. The ultrasonic instrument according to the invention may be cylindrical, conical or curved. It may also be adapted to the bore or channel geometry or have a shape of a combination of the named shapes. Preferably, the ultrasonic instrument has a round, elliptical, rectangular, or free-formed cross-section or shape of any combination of these. Another embodiment of the ultrasonic instrument according to the invention has a clamping adapter, which serves for direct clamping in a clamping device of an ultrasound device. The ultrasound instrument according to the invention may preferably have different stiffnesses and strengths depending on the fibers used in the three spatial directions.

Das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument besitzt in Abhängigkeit der verwendeten Fasern eine Steifigkeit von mehr als 25000 MPa in Faserrichtung, welche aufgrund der im Vergleich zu bekannten Instrumenten größeren Faserlänge im Verbund hervorgerufen wird. Die hohe Steifigkeit ist für einen hohen Energieeintrag und eine geringe Dämpfung wichtig. Das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument ist in einer weiteren Ausführungsform mit abrasiven Partikeln beschichtet oder abrasive Partikel sind in der Oberfläche des Ultraschallinstrumentes eingebettet. Das Ultraschallinstrument kann außerdem mehrere funktionale Beschichtungen übereinander besitzen.Depending on the fibers used, the ultrasound instrument according to the invention has a stiffness of more than 25,000 MPa in the fiber direction, which is due to the greater fiber length in the composite compared to known instruments. The high stiffness is important for a high energy input and low attenuation. The ultrasonic instrument according to the invention is coated in a further embodiment with abrasive particles or abrasive particles are embedded in the surface of the ultrasonic instrument. The ultrasonic instrument may also have several functional coatings on top of each other.

Weiterhin kann das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument im Inneren ein oder mehrere funktionale Kanülen oder Hohlfasern besitzen, die für einen Flüssigtransport genutzt werden können. Vorzugsweise besitzt das Ultraschallinstrument im Inneren eine oder mehrere Kanülen oder Hohlfasern ohne zusätzliche Verstärkungsfasern.Furthermore, the ultrasound instrument according to the invention can have inside it one or more functional cannulas or hollow fibers which can be used for liquid transport. Preferably, the ultrasonic instrument has inside one or more cannulas or hollow fibers without additional reinforcing fibers.

Die Erfindung betrifft auch das Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments im Pultrusions- oder Extrusionsverfahren.The invention also relates to the method for producing the ultrasonic instrument according to the invention in the pultrusion or extrusion process.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung des erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments in Faserverbundbauweise zur Bearbeitung und/oder Aufweitung und/oder Reinigung technischer und nichttechnischer, beispielsweise biologischer, Kanäle oder Bohrungen. Vorzugsweise wird das Ultraschallinstrument in der Zahnmedizin zur inneren und äußeren Behandlung von Zähnen, beispielsweise zur Reinigung von menschlichen und tierischen Zähnen, verwendet. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Ultraschallinstrument unter gezielter Ausnutzung des Kavitationseffektes verwendet.Furthermore, the invention relates to the use of the ultrasonic instrument according to the invention in fiber composite construction for processing and / or expansion and / or cleaning of technical and non-technical, such as biological, channels or holes. Preferably, the ultrasonic instrument is used in dentistry for the internal and external treatment of teeth, for example for the cleaning of human and animal teeth. In particular, the ultrasonic instrument according to the invention is used with targeted utilization of the cavitation effect.

Die Erfindung erlaubt einen weitgehend schadenstoleranten Betrieb im Ultraschallbereich mit verbesserten Reinigungs- bzw. Abtragsleistungen gegenüber den bekannten Ultraschallinstrumenten bzw. -instrumentenspitzen in dünnen Bohrungen und Kanälen unter Ausnutzung der durch Schwingungen erzeugten hydrodynamischen Effekte, insbesondere des Kavitationseffektes. Dabei erzeugen die Schallwellen des piezoelektrischen Systems (Ultraschall) an allen Grenzflächen in der Wirklösung (Reinigungsmedium), beispielsweise Wasser, kleine Vakuumblasen (Zugphase), die sofort zusammenbrechen (Druckphase). Durch die rasche Abfolge von Druckerhöhung und Druckabfall werden zudem gelöste Gase extrahiert und die Kanalwände mechanisch aufgebrochen oder aufgeweitet, Schmutz und andere Anhaftungen werden abgelöst.The invention allows a largely damage tolerant operation in the ultrasonic range with improved cleaning or Abtragsleistungen compared to the known ultrasonic instruments or instrument tips in thin holes and channels using the hydrodynamic effects generated by vibrations, in particular the cavitation effect. The sound waves of the piezoelectric system (ultrasound) generate at all interfaces in the active solution (cleaning medium), for example water, small vacuum bubbles (pulling phase), which collapse immediately (pressure phase). The rapid sequence of pressure increase and pressure drop also extracts dissolved gases and mechanically breaks up or widened the channel walls, removing dirt and other buildup.

Strukturdynamische Untersuchungen von elementaren Ultraschallinstrumenten bzw. -instrumentenspitzen in Faserverbundbauweise zeigen deutliche Vorteile gegenüber solchen in herkömmlicher Bauweise auf. Ultraschallinstrumente aus faserverstärkten Kunststoffen besitzen bei einem anwendungsangepassten Aufbau ein deutlich schadenstoleranteres Strukturverhalten, so dass ein Totalversagen bei Faser- oder Matrixbruch verhindert wird. Zunächst erfolgten durch Simulation des Schwingungsverhaltens theoretischen Berechnungen, die mit Tests in Modellkanälen bestätigt wurden. Umfangreiche Tests haben gezeigt, dass die Reinigungsleistung von Ultraschallinstrumenten aus kohlenstofffaserverstärkten Duromeren sowie Thermoplasten ähnlich der aus konventionellen NiTi-Legierungen ist, jedoch bei angepasstem Verbundaufbau ein besseres Versagensverhalten aufweisen.Structural dynamic investigations of elementary ultrasonic instruments or instrument tips in fiber composite construction show clear advantages over those in conventional construction. Ultrasound instruments made of fiber-reinforced plastics have, in an application-adapted structure, a clearly damage tolerant structural behavior, so that a total failure in fiber or Matrix break is prevented. First, by simulating the vibration behavior, theoretical calculations were confirmed, which were confirmed by tests in model channels. Extensive tests have shown that the cleaning performance of carbon fiber reinforced thermosets and thermoplastics is similar to that of conventional NiTi alloys, but with improved composite build-up, they exhibit better failure behavior.

Die erfindungsgemäßen Ultraschallinstrumente sind aus einem lang- oder endlosfaserverstärktem Verbundwerkstoff aufgebaut. Die versteifend wirkende Faserverstärkung erlaubt dabei, dass genügend Energie in das Ultraschallinstrument eingekoppelt und damit im Gegensatz zu reinen Kunststoffinstrumenten gezielt der Kavitationseffekt ausgenutzt werden kann. Der Einsatz einer zusätzlichen Kunststoffummantelung um den als Mittelseele ausgeführten Verbundwerkstoff bewirkt, dass die Fail-Safe-Eigenschaften (gutmütiges Versagen) und ungewollten Beschädigungen der Kanäle oder Bohrungen bei einem eventuellen Versagen des Ultraschallinstruments verhindert werden. Die durchgeführten Untersuchungen zeigen zudem, dass Faserverbundwerkstoffe gerade bei geringen Mittelseelendurchmessern höhere Schwingungsamplituden verursachen als etwa metallische. Die Verformung bekannter metallischer Ultraschallinstrumentenspitzen zur Anpassung an gekrümmte Kavitäten verursacht durch die kaltplastische Umformung Versetzungen im Werkstoff, was als beginnende Schädigung zu betrachten ist. Der Einsatz thermoplastischer Verbundwerkstoffe bietet dagegen den besonderen Vorteil, die Kontur nach thermischer Behandlung des Werkstoffs schonend geometrisch anzupassen.The ultrasonic instruments according to the invention are constructed from a long- or continuous fiber-reinforced composite material. The stiffening fiber reinforcement allows enough energy to be coupled into the ultrasound instrument and, in contrast to pure plastic instruments, the cavitation effect can be exploited. The use of an additional plastic sheath around the center-core composite material prevents the fail-safe properties (good-natured failure) and unwanted damage to the channels or holes in case of failure of the ultrasonic instrument. The investigations carried out also show that fiber composites cause higher vibration amplitudes, especially at low center-core diameters than, for example, metallic ones. The deformation of known metallic ultrasonic instrument tips for adaptation to curved cavities caused by the cold plastic deformation dislocations in the material, which is to be regarded as incipient damage. In contrast, the use of thermoplastic composites offers the particular advantage of gently adjusting the contour geometrically after thermal treatment of the material.

Die erfindungsgemäßen Ultraschallinstrumente können in Ultraschallreinigungssystemen im medizinischen Bereich eingesetzt werden. Typische Anwendungen sind in der Zahnmedizin die mechanische und/oder hydrodynamische Reinigung komplizierter Kavitäten (Kanäle, Bohrungen). Durch den schwingenden Betrieb im Ultraschallbereich wird ein Abtrag von Verunreinigungen oder der Materialabtrag zur Aufweitung der Kanäle erzielt.The ultrasonic instruments according to the invention can be used in ultrasonic cleaning systems in the medical field. Typical applications in dentistry are the mechanical and / or hydrodynamic cleaning of complicated cavities (channels, bores). Due to the oscillating operation in the ultrasonic range, a removal of impurities or the removal of material for widening the channels is achieved.

Ultraschallinstrumente müssen die folgende Anforderungen erfüllen:
Das Scaling, d. h. die mechanische Entfernung von Plaque, Zahnstein und Verfärben von Zahnkronen. Die Wurzelglättung, d. h. die Entfernung bakteriell oder toxisch kontaminierten Wurzelzements oder Dentins und Einebnung von Unregelmäßigkeiten der Oberfläche. Die Kürettage, d. h. das Entfernen von Taschenepithel und Granulatsgewebe mit Küretten.Ultrasound instruments must meet the following requirements:
The scaling, ie the mechanical removal of plaque, tartar and discoloration of dental crowns. Root planing, ie the removal of bacterially or toxically contaminated root cementum or dentin and leveling of irregularities of the surface. The curettage, ie the removal of pocket epithelium and granule tissue with curettes.

Mittels der Erfindung können Brüche der Ultraschallinstrumente mit Zurücklassen von Materialrückständen in den Kavitäten und unerwünschten Schädigungen der Kavitätenmaterialien vermieden werden. Mittels eines angepassten Faserverbundaufbaus kann das Ultraschallinstrument so eingestellt werden, dass bei der Behandlung von Kavitäten und Materialien eine geringe und damit eher schonende mechanische Belastung auf die zu bearbeitende Wandung wirkt. Aufgrund der Faserverstärkung bewirkt die hohe Kavitationseffizienz eine Erhöhung der Schwingungsamplituden im Vergleich zu den bekannten Kunststoffinstrumenten bzw. -instrumentenspitzen. Auch erfolgt eine einfache Konturenanpassung durch die erfindungsgemäß eingesetzten thermoplastischen Verbundwerkstoffe.By means of the invention, fractures of the ultrasonic instruments with leaving behind material residues in the cavities and undesired damage to the cavity materials can be avoided. By means of an adapted fiber composite structure, the ultrasonic instrument can be adjusted so that in the treatment of cavities and materials a small and thus rather gentle mechanical stress on the wall to be processed acts. Due to the fiber reinforcement, the high cavitation efficiency causes an increase in the vibration amplitudes in comparison to the known plastic instruments or instrument tips. Also, a simple contour adaptation is effected by the thermoplastic composite materials used according to the invention.

Figurencharacters

Die Figuren zeigen verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments.The figures show various embodiments of the ultrasonic instrument according to the invention.

1 zeigt die Ansicht eines Ultraschallgeräts mit erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form. 1 shows the view of an ultrasonic device with inventive ultrasonic instrument with a cylindrical shape.

2 zeigt die Ansicht eines Ultraschallgeräts mit erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form. 2 shows the view of an ultrasonic device with inventive ultrasonic instrument with a curved shape.

3 zeigt die Ansicht eines Ultraschallgeräts mit erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form und Einspannadapter. 3 shows the view of an ultrasound device with inventive ultrasonic instrument with a curved shape and clamping adapter.

4 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit zylindrischer Form. 4 shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a cylindrical shape.

5 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit konischer Form. 5 shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a conical shape.

6 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit gekrümmter Form. 6 shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a curved shape.

7 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit zylindrischer Form, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung. 7 shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a cylindrical shape, consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating.

8 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit konischer Form, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung. 8th shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a conical shape, consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating.

9 zeigt die Ansicht eines erfindungsgemäßen Ultraschallinstruments mit gekrümmter Form, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung. 9 shows the view of an ultrasonic instrument according to the invention with a curved shape, consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating.

10 zeigt ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument in zylindrischer Form mit Einspannadapter in der Perspektive. 10 shows an inventive ultrasonic instrument in cylindrical form with Einspannadapter in perspective.

11 zeigt ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument in gekrümmter Form mit Einspannadapter in der Perspektive. 11 shows an inventive ultrasonic instrument in a curved shape with chuck adapter in perspective.

12 zeigt ein erfindungsgemäßen Ultraschallinstrument in gekrümmter Form bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung sowie mit Einspannadapter in der Perspektive. 12 shows an ultrasonic instrument according to the invention in a curved shape consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating and with chuck adapter in perspective.

In 1 wird ein Ultraschallgerät 1 mit einer Einspannvorrichtung 2 sowie mit dem in 2 eingespannten erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form 3 gezeigt.In 1 becomes an ultrasound device 1 with a clamping device 2 as well as with the inventive ultrasonic instrument with a cylindrical shape clamped in FIG 3 shown.

In 2 wird ein Ultraschallgerät 1 mit einer Einspannvorrichtung 2 sowie mit dem in 2 eingespannten erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form 5 gezeigt.In 2 becomes an ultrasound device 1 with a clamping device 2 as well as with the in 2 clamped inventive ultrasonic instrument with a curved shape 5 shown.

In 3 wird ein Ultraschallgerät 1 mit einer Einspannvorrichtung 2 sowie mit dem in 2 eingespannten erfindungsgemäßem Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form 14 gezeigt, welches als Mittelseele in Faserverbundbauweise 15 mit einer Kunststoffummantelung 7 ausgeführt ist. Das Ultraschallinstrument ist mittels eines Einspannadapters 8 in der Einspannvorrichtung 2 befestigt.In 3 becomes an ultrasound device 1 with a clamping device 2 as well as with the in 2 clamped inventive ultrasonic instrument with a curved shape 14 shown, which as a middle soul in fiber composite construction 15 with a plastic sheath 7 is executed. The ultrasonic instrument is by means of a gripping adapter 8th in the chuck 2 attached.

In 4 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form 3 sowie die Instrumentenspitze 6 gezeigt. Die Spitze wird als Bereich angedeutet, da sie sich nicht vom „Rest” des Ultraschallinstruments unterscheidet.In 4 is an inventive ultrasonic instrument with a cylindrical shape 3 as well as the instrument tip 6 shown. The tip is indicated as an area because it does not differ from the "rest" of the ultrasound instrument.

In 5 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit konischer Form 4 sowie die (angedeutete) Instrumentenspitze 6 gezeigt.In 5 is an inventive ultrasonic instrument with a conical shape 4 as well as the (indicated) instrument tip 6 shown.

In 6 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form 5 mit (angedeuteter) Spitze 6 gezeigt.In 6 is an inventive ultrasonic instrument with a curved shape 5 with (hinted) tip 6 shown.

In 7 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form 9, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise 15 mit Kunststoffummantelung 7 gezeigt.In 7 is an inventive ultrasonic instrument with a cylindrical shape 9 , consisting of central core in fiber composite construction 15 with plastic coating 7 shown.

In 8 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit konischer Form 10, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise 15 mit Kunststoffummantelung 7 gezeigt.In 8th is an inventive ultrasonic instrument with a conical shape 10 , consisting of central core in fiber composite construction 15 with plastic coating 7 shown.

In 9 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form 11, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise 15 mit Kunststoffummantelung 7 gezeigt.In 9 is an inventive ultrasonic instrument with a curved shape 11 , consisting of central core in fiber composite construction 15 with plastic coating 7 shown.

In 10 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument 12 in zylindrischer Form 3 mit einem Einspannadapter 8 gezeigt.In 10 becomes an ultrasonic instrument according to the invention 12 in cylindrical form 3 with a clamping adapter 8th shown.

In 11 wird ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument 13 in gekrümmter Form 5 mit einem Einspannadapter 8 gezeigt.In 11 becomes an ultrasonic instrument according to the invention 13 in a curved shape 5 with a clamping adapter 8th shown.

12 zeigt ein erfindungsgemäßes Ultraschallinstrument in gekrümmter Form 14, bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise 15 mit Kunststoffummantelung 7 sowie mit Einspannadapter 8. 12 shows an inventive ultrasonic instrument in a curved shape 14 , consisting of central core in fiber composite construction 15 with plastic coating 7 as well as with clamping adapter 8th ,

Mittels der vorliegenden Erfindung können Ultraschallinstrumente zur Ultraschallreinigung zur Verfügung gestellt werden, die es erlauben, insbesondere in der Zahnmedizin eine effektive und schonende Reinigung bzw. Behandlung der Zähne durchzuführen. Bezugszeichenliste 1 Ultraschallgerät/Ultraschallquelle 2 Einspannvorrichtung 3 Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form in Faserverbundbauweise 4 Ultraschallinstrument mit konischer Kontur in Faserverbundbauweise 5 Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form in Faserverbundbauweise 6 Instrumentenspitze des Ultraschallinstrumentes 7 Kunststoffummantelung 8 Einspannadapter 9 Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung 10 Ultraschallinstrument mit konischer Form bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung 11 Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung 12 Ultraschallinstrument mit zylindrischer Form in Faserverbundbauweise mit Einspannadapter 13 Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form in Faserverbundbauweise mit Einspannadapter 14 Ultraschallinstrument mit gekrümmter Form bestehend aus Mittelseele in Faserverbundbauweise mit Kunststoffummantelung und Einspannadapter 15 Mittelseele in Faserverbundbauweise By means of the present invention, ultrasound instruments for ultrasonic cleaning can be made available, which make it possible to carry out an effective and gentle cleaning or treatment of the teeth, in particular in dentistry. LIST OF REFERENCE NUMBERS 1 Ultrasound machine / ultrasonic source 2 chuck 3 Ultrasonic instrument with cylindrical shape in fiber composite construction 4 Ultrasonic instrument with conical contour in fiber composite construction 5 Ultrasonic instrument with curved shape in fiber composite construction 6 Instrument tip of the ultrasonic instrument 7 Plastic sheathing 8th Einspannadapter 9 Ultrasonic instrument with cylindrical shape consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating 10 Ultrasonic instrument with conical shape consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating 11 Ultrasound instrument with curved shape consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating 12 Ultrasonic instrument with cylindrical shape in fiber composite construction with clamping adapter 13 Ultrasonic instrument with curved shape in fiber composite construction with clamping adapter 14 Ultrasound instrument with a curved shape consisting of central core in fiber composite construction with plastic coating and clamping adapter 15 Central core in fiber composite construction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005034010 A1 [0006] DE 102005034010 A1 [0006]
DE 102008042175 A1 [0007] DE 102008042175 A1 [0007]
US 5725370 A [0008] US 5725370 A [0008]
EP 1977716 A1 [0009] EP 1977716 A1 [0009]
WO 2009/137815 A1 [0010] WO 2009/137815 A1 [0010]

Claims

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14), dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungskomponente des Faserverbundwerkstoffs aus ein oder mehreren Lang- oder Endlosfasern, die entlang der Längsachse des Ultraschallinstruments (3–5, 9–14) hinreichend gestreckt parallel oder textiltechnisch umschlungen ausgerichtet sind, besteht.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ), characterized in that the reinforcing component of the fiber composite material consists of one or more long or continuous fibers, which along the longitudinal axis of the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) are sufficiently stretched aligned parallel or textile-technically entwined exists.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern metallisch, keramisch oder polymer sind, oder aus Kombinationen daraus bestehen.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 1, characterized in that the fibers are metallic, ceramic or polymeric, or consist of combinations thereof.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern aus Kohlenstoff, Glas oder Aramid oder aus Kombinationen daraus bestehen.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 2, characterized in that the fibers consist of carbon, glass or aramid or combinations thereof.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix oder Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes aus einem oder mehreren Werkstoffen bestehen, die sich zur Herstellung des Verbundwerkstoffes mit den jeweiligen Fasern in geeigneten Herstellungsverfahren verarbeiten lassen.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the matrix or matrix systems of the composite material consist of one or more materials, which can be processed for the production of the composite material with the respective fibers in suitable manufacturing processes.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix oder Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes aus der Gruppe der Duromere oder Thermoplaste, oder aus einem Metall oder einer Keramik oder aus Kombinationen daraus besteht.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 4, characterized in that the matrix or matrix systems of the composite material from the group of thermosets or thermoplastics, or from a metal or a ceramic or combinations thereof.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix oder Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes aus der Gruppe der Polyolefine, Vinylpolymere, Styrolpolymere, Polyacrylate, Polyacetale, Fluorkunstoffe, Polykondensate oder Polyaddukte besteht.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 5, characterized in that the matrix or matrix systems of the composite material from the group of polyolefins, vinyl polymers, styrene polymers, polyacrylates, polyacetals, fluoroplastics, polycondensates or polyadducts.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix oder Matrixsysteme des Verbundwerkstoffes aus Polyurethan, Polycarbonat, Epoxydharz, Polyesterharz, Vinylesterharz, Polyetherketon, oder Polyamid besteht.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 6, characterized in that the matrix or matrix systems of the composite material consists of polyurethane, polycarbonate, epoxy resin, polyester resin, vinyl ester resin, polyether ketone, or polyamide.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserverbundwerkstoff als Mittelseele (15) ausgeführt ist und eine Kunststoffummantelung (7) besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the fiber composite material as middle soul ( 15 ) is executed and a plastic sheath ( 7 ) owns.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) zusätzlich funktionale Fasern in der Kunststoffummantelung (7) besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 8, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) additionally functional fibers in the plastic casing ( 7 ) owns.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument zylindrisch (3, 9, 12), konisch (4, 10) oder gekrümmt (5, 11, 13, 14) oder an die Bohrungs- oder Kanalgeometrie angepasst ist oder eine Form aus einer Kombination von diesen besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the ultrasonic instrument is cylindrical ( 3 . 9 . 12 ), conical ( 4 . 10 ) or curved ( 5 . 11 . 13 . 14 ) or adapted to the bore or channel geometry or has a shape of a combination of these.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) einen runden, elliptischen, rechteckigen oder frei geformten Querschnitt oder eine Form aus einer beliebigen Kombination von diesen besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) has a round, elliptical, rectangular or free-formed cross-section or shape of any combination of these.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (12, 13, 14) einen Einspannadapter (8) zur Einspannung in einer Einspannvorrichtung (2) eines Ultraschallgerätes (1) besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the ultrasonic instrument ( 12 . 13 . 14 ) a clamping adapter ( 8th ) for clamping in a clamping device ( 2 ) of an ultrasound device ( 1 ) owns.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) je nach verwendeten Fasern in die 3 Raumrichtungen verschiedene Steifigkeiten und Festigkeiten aufweist.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 12, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) Depending on the fibers used in the 3 spatial directions has different stiffnesses and strengths.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) eine Steifigkeit von mehr als 25000 MPa in Faserrichtung besitzt. Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 13, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) has a rigidity of more than 25,000 MPa in the fiber direction.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) mit abrasiven Partikeln beschichtet ist oder abrasive Partikel in der Oberfläche des Ultraschallinstrumentes (3–5, 9–14) eingebettet sind.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 14, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) is coated with abrasive particles or abrasive particles in the surface of the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) are embedded.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) mehrere funktionale Beschichtungen übereinander besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 15, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) has several functional coatings on top of each other.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) im Inneren eine oder mehrere funktionale Kanülen oder Hohlfasern besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 16, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) has one or more functional cannulas or hollow fibers inside.

Ultraschallinstrument in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) im Inneren eine oder mehrere funktionale Kanülen oder Hohlfasern ohne zusätzliche Verstärkungsfasern besitzt.Ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to one or more of claims 1 to 17, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) has inside one or more functional cannulas or hollow fibers without additional reinforcing fibers.

Verfahren zur Herstellung von Ultraschallinstrumenten in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) im Pultrusions- oder Extrusionsverfahren hergestellt wird.Process for the production of ultrasound instruments in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 1, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) is produced in the pultrusion or extrusion process.

Verwendung des Ultraschallinstruments in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 1 zur Bearbeitung und/oder Aufweitung und/oder Reinigung technischer und nichttechnischer Kanäle oder Bohrungen.Use of the ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 1 for processing and / or expansion and / or cleaning of technical and non-technical channels or holes.

Verwendung des Ultraschallinstruments in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 20 in der Zahnmedizin zur inneren und äußeren Behandlung von Zähnen.Use of the ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 20 in dentistry for the internal and external treatment of teeth.

Verwendung des Ultraschallinstruments in Faserverbundbauweise (3–5, 9–14) nach Anspruch 20 und/oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ultraschallinstrument (3–5, 9–14) unter gezielter Ausnutzung des Kavitationseffektes eingesetzt wird.Use of the ultrasonic instrument in fiber composite construction ( 3 - 5 . 9 - 14 ) according to claim 20 and / or 21, characterized in that the ultrasonic instrument ( 3 - 5 . 9 - 14 ) is used with targeted utilization of the cavitation effect.