Ein rechnergesteuerter Biegemeßplatz zur Bestimmung der Elastizitätsparameter hochflexibler orthodontischer Drähte

Zusammenfassung

In der Kieferorthopädie werden hauptsächlich metallische Werkstoffe zur Konstruktion von Behandlungselementen im Rahmen einer Zahnfehlstellungskorrektur eingesetzt. Um die Wirkungsweise dieser Apparaturen beurteilen zu können, ist die Kenntnis der erzeugten Kraftsysteme von Bedeutung. Zur Berechnung der Kräfte und Drehmomente können die Elastizitätsparameter (Youngsche E-Moduln, Grenzdehnungen) der verwendeten Materialien herangezogen werden. Grundsätzlich lassen sich diese Elastizitätsparameter in Zug-und Biegeversuchen bestimmen. Parameter aus Zugversuchen sind jedoch weniger geeignet, da die in der Kieferorthopädie verwendeten Apparaturen vornehmlich auf Biegung beansprucht werden und daher auch die Materialparameter aus geeigneten Biegeversuchen gewonnen werden müssen. Für diese Experimente wird ein neues Verfahren zur Biegeprüfung hochflexibler Materialien und die Bestimmung der zugrundeliegenden Materialparameter vorgestellt. Ein Vergleich von Kraftsystemen, die einerseits mit Hilfe dieser Parameter berechnet, andererseits unmittelbar am Behandlungselement gemessen wurden, zeigt für Biegeparameter eine wesentlich bessere Übereinstimmung als für Zugparameter. Damit wird mit Hilfe des Biegeversuchs eine zuverlässigere Vorhersage der von einem Behandlungselement erzeugten Kraftsysteme und das zielgerichtete Design neuartiger kieferorthopädischer Apparaturen möglich.

Summary

Metals are the most commonly used materials in the construction of orthodontic appliances designed for the correction of malocclusions. Knowledge of the force systems at work is a prerequisite for judging the functionality of these appliances. The elasticity parameters (Young's E-moduli, strain limits) of the alloys employed can be drawn upon to calculate numerically forces and torsional moments. Both tensile tests and bending experiments are used to determine the E-moduli and strain limits of standard steel and highly flexible NiTi wires frequently used in orthodontics. However, parameters obtained by tensile tests are less suited for studying the mechanical properties of orthodontic appliances. Since bending deformation prevails, bending experiments should be preferred method for ascertaining the relevant parameters. This study, therefore, presents a new experimental method for testing the bend ability of highly flexible materials and the determination of the underlying material parameters. A comparison of calculated force systems with direct measurements revealed that bending parameters lead to an appropriate description of forces and moments generated during clinical treatment, whereas calculations based on tensile test parameters differ substantially. The bending test proposed here is, thus, a suitable means for dependably predicting the force systems produced by an orthodontic appliance and the test therefore can contribute to an accurate design of new types of therapeutic devices.