Erfahrungen mit dem Welder der Firma



Ich möchte ihnen heute den Welder der Fa Schütz Dental vorstellen. Ich wurde von der Fa Schütz eingeladen den Welder kennen zu lernen. Die Schulung fand im Hause Schütz im Anwendungslabor in Rosbach statt. Herr ZTM Wermter leitete die Schulung.
Ich hatte schon 1987 die Möglichkeit mit einem Dentallaser der Fa. Haas bei der Fa. Stemmann Zahntechnik GmbH in Hamburg zu arbeiten. Die Fa. Haas Laser Technik stellte damals den ersten Dentallaser her. Es war eine abgespeckte Industrieversion eines kleinen Lasers mit einer 10 Watt Festkörper Strahlquelle. Er gehörte zu der Familie der gepulsten Festkörperlaser, bei der ein Speziell hergestellter Kristall durch anreichern durch Neodym die Eigenschaft erhält Teile des auftreffendes Lichts ( In diesem Fall durch Blitzlampen) in einem bestimmten Wellenbereich dieses Licht dafür nutzen diese Energie aufzunehmen und ab einer bestimmten Energiemenge wieder abzugeben, in diesem Moment entsteht der austretende Lichtpuls. Zu der Zeit waren die Geräte sehr groß und verbrauchten sehr viel Strom, Die Leistungsaufnahme lag in der Größenordnung von ca. 6 KW .da der Wirkungsgrad eines Lasers nur ungefähr 3% betrug. In der Zwischenzeit hat sich der Wirkungsgrad durch neue Technologien etwas verbessert. Die Anschaffungskosten beliefen sich damals schon auf ca. 70.000 DM netto. Heut liegen die Gerätepreise in einer Größenordnung von ca. 20.000 bis 25.000 Euro.
Wir nutzten den Laser hauptsächlich um die Korrosionsanfälligen Micromagnete die aus Bor Eisen Neodym bestanden in eigens dafür hergestellte Titangehäuse einzuschweißen. Zu der Zeit war es für viele nicht vorstellbar die Magnete, die auch thermisch sehr sensibel sind ( über 80 Grad Celsius verlieren sein einen Großen Teil ihrer Kraft )mittels dieser Technik in ein Gehäuse einzuschweißen. Die alternative Technik war kleben, brachte aber nicht den gewünschten Erfolg. Die Gasdichtigkeit wurde in einem Spezialverfahren untersucht, dabei wurde festgestellt das die Gehäuse zu 100% Gasdicht sind. Diese Eigenschaft war ein wesentlicher Teil der Basis für den weltweiten Erfolg diese Systems.
Diese Gewonnenen Erfahrungen in der Fügetechnik wurden dann auf den Laboralltag übertragen und alle Anfallenden Arbeiten, bei denen bisher Lötungen erforderlich waren, wurden dann mit dem Dentallaser ausgeführt. Mir persönlich kam dabei die gewonnenen Erfahrungen im Bereich Elektroschweißen zugute die ich zuvor in Schweißlehrgängen für Industrietechnik erworben habe.

Jetzt findet wieder eine Weiterentwicklung in dem Bereich Fügetechnik im dentalen Bereich statt. Und zwar ein in der Industrie schon länger angewendetes Schweißverfahren nämlich das sogenannte Wig-Schweißen(Wolfram- inert- Gas) bei dem Mittels einer Wolframelektrode und einem Lichtbogen die Werkstücke soweit erhitzt werden das ein artgleiches Material zugeführt werden kann. Diese System hat den Vorteil das mit Hilfe von Schutzgas ( in diesem Fall Argon) Edelstähle und Aluminium sehr gut geschweißt werden können, und die Schweißnähte auch Optisch ohne Nacharbeit so belassen werden können.


Im Gegensatz zu den Metall-Schutzgasverfahren MIG/MAG brennt der Lichtbogen beim WIG-Schweißen zwischen einer nicht abschmelzenden Wolframelektrode und dem Grundwerkstoff. Zum Schutz von Wolframelektrode und Schmelzbad sind inerte Gase wie Argon oder Helium bzw. Gasgemische mit nicht oxidierenden Komponenten notwendig. Durch die inerte Schutzgasatmosphäre findet keine Reaktion zwischen der Luftatmosphäre und dem Schmelzbad statt. Die verschiedenen Gasgemische beeinflussen -neben dem Schutz der Schmelze vor der Atmosphäre - die Lichtbogenstabilität, das Einbrandverhalten, die Schweißgeschwindigkeit sowie die Rauch- und Schadstoffentwicklung. Das WIG-Schweißen ist bei allen schmelzschweißbaren Metallen anwendbar. Die Auswahl von Stromart, Polarität und Schutzgas richtet sich nach dem Grundwerkstoff. Das enorm vielseitige WIG- Schweißverfahren erzeugt mit einer nicht abschmelzenden Wolfram-Elektrode qualitativ hochwertige Nähte ohne Spritzer und Schlacken. Das Hauptanwendungsgebiet liegt bei Werkstoffen von ca. 0.3 – 4.0 mm Dicke, wobei alle Schweißpositionen geschweißt werden können. Die in Frage kommenden Schweißschutzgase sind auf die Besonderheiten des Verfahrens abgestimmt.

Wolfram (engl. tungsten oder wolfram, nach dem Mineral Wolframit)

Eigenschaften:   
Reines Wolfram ist ein silberweiß glänzendes Schwermetall, das gut verformbar ist. Geringe Mengen an Kohlenstoff oder Sauerstoff machen das Metall jedoch sehr hart und spröde. Aufgrund dieser Verunreinigungen erklärt sich die große Härte des Wolframs, die das Metall auch auf seine Legierungen überträgt. Wolfram besitzt auch die höchsten Schmelz- und Siedetemperaturen aller Metalle und ist ein sehr guter Leiter für Wärme und Strom. Bei tiefen Temperaturen zeigt es Supraleitfähigkeit. Die Dichte von Wolfram ist fast so hoch wie die Dichte von Gold.  
Im chemischen Verhalten zeigt das relativ unedle Wolfram große Ähnlichkeiten zum Molybdän. Von Luft, Wasser und nichtoxidierenden Säuren wird kompaktes Wolfram nicht angegriffen. Oxidierende Säuren wie Salpetersäure bilden auf der Oberfläche eine Oxidschicht, die das Metall vor einem weiteren Angriff schützt (Passivierung). Gemische aus Flusssäure und Salpetersäure greifen Wolfram jedoch an. Fein verteiltes Wolframpulver ist pyrophor, d.h. es kann sich von selbst entzünden. Mit reinem Sauerstoff reagiert Wolfram bei Rotglut zu Wolfram(VI)-oxid:  
Vorkommen:   
Das Metall steht in der Elementhäufigkeit mit einem Anteil von 6,4 x 10-3 % an 26. Stelle und steht damit hinter Kupfer. In der Natur tritt es nie elementar auf. Wichtige Wolframerzen sind der Wolframit und der Scheelit. Beide Erze enthalten Wolframate. Die wichtigsten Vorkommen liegen in China, in Kanada, USA, GUS-Staaten, Australien, Südkorea, Türkei, Bolivien, Burma und Uganda. In Deutschland finden sich nur im Erzgebirge geringe Vorkommen.  
   
Geschichtliches: 
 
Bereits im Mittelalter wussten die sächsischen Bergleute im Erzgebirge, dass Wolframerze bei der Reduktion des Zinnsteins (Zinnoxid) durch Kohle das Zinn verschlacken und die Ausbeute vermindern. "Sie reißen das Zinn fort und fressen es auf wie der Wolf das Schaf". Daher bezeichneten sie das zinnfressende Erz als "Geifer von Wölfen" ("Wolf-Rahm"). Im Jahre 1752 entdeckte der schwedische Chemiker und Mineraloge Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765) ein schweres Mineral, das er mit der schwedischen Bezeichnung "Tungsten" ("Schwerstein") benannte. Obwohl Cronstedt ein neues Element in diesem Mineral vermutete, gelang es erst dem Schweden Carl Wilhelm Scheele (1742-1786) im Jahre 1781 in Köping daraus Wolframsäure zu isolieren. Zwei Jahre später reduzierten die Brüder Fausto de Elhúyar (1755-1833) und Juan Jose de Elhúyar (1754-1796) die Wolframsäure mit Tierkohle und gewannen als erste das Metall. Der Name "Wolframium" mit dem Symbol W schlug J.J. Berzelius vor.   
   
 Verwendung:   
Die hohe Hitzebeständigkeit des Wolframs ermöglicht einen Einsatz als Glühdrähte in Glühlampen und Elektronenröhren, in Schweiß-Elektroden, in Heizleitern von Hochtemperaturöfen und in Raketenspitzen, Raketendüsen und Hitzeschilden für die Raumfahrt. Ferro-Wolfram, eine Eisenlegierung mit 60-80% Wolfram dient zur Herstellung von Wolframstählen, die sich durch sehr hohe Härte und Hitzebeständigkeit auszeichnen. Sie werden für z.B. für Schneidwerkzeuge und Gewindebohrer verwendet. Wolfram-Kohlenstoff-Verbindungen (Wolframcarbide) eignen sich als härtender Zusatz in Schneidwerkzeugen und anderen Hartmetallen. Aufgrund der hohen Dichte eignet sich das Wolfram für Schwungmassen in Armbanduhren oder für Wuchtgeschosse  
   

Argon   engl. Argon; griech. Aergón = "träge, untätig"                                         

Eigenschaften:   
Argon ist bei Zimmertemperatur ein farbloses, geruchloses Gas. Seine Dichte ist fast doppelt so groß wie Neon, es ist schwerer als Luft und nicht giftig, aber in hohen Konzentrationen erstickend. Tiefgekühltes flüssiges Argon kann zu Erfrierungen hervorrufen.
Argon ist wie alle Edelgase an sich ein schlechter elektrischer Leiter. Legt man jedoch an das Gas in Gasentladungsröhren eine Spannung an, beginnt ein Strom zu fließen, und das Argon erzeugt bei seiner Glimmentladung ein blaues Licht.   
Wie alle anderen Edelgase (Helium, Neon, Krypton, Xenon) ist Argon sehr reaktionsträge. Daher sind in der Natur keine Argonverbindungen bekannt.   

 Vorkommen:   
Argon ist ein seltenes Element auf der Erde. Es steht mit einem Masseanteil von 3,6x10-4% an 53. Stelle in der Elementhäufigkeit. In der Luft ist es jedoch das häufigste Edelgas. Ein Liter Luft enthält 9,3ml Argon (0,9327 Volumenprozent Anteil). In kleineren Mengen kommt es auch in Gesteinen, z.B. in Kaliumsalzen vor. Aus diesem Grund findet sich das Argon auch im Meerwasser (0,45g/m³), in heißen Quellen, in Grubengasen oder in vulkanischen Gasausstößen 

Geschichtliches:   
Die Entdeckung des Elements Argon wird den beiden englischen Chemikern Sir William Ramsay (1852-1916) und Lord William Rayleigh (1842-1919) im Jahre 1894 in London zugeschrieben. Sie entdeckten es, als sie aus atmosphärischer Luft den Sauerstoff entfernten und die Dichte für den Reststickstoff nicht mit dem theoretischen Wert übereinstimmte. Da es das erste entdeckte Edelgas war, schlugen sie den Namen "Argon" nach dem griechischen Wort aergón ("träge, untätig") aufgrund der Reaktionsträgheit des Edelgases vor. Schon dem englischen Chemiker Henry Cavendish (1731-1810) war 100 Jahre zuvor aufgefallen, dass ein "Restgas" in der Luft zurückblieb, nachdem er den Sauerstoff und den Stickstoff der Luft in Oxide übergeführt hatte.   
   
Herstellung:    

Luftbestandteil  Siedetemperatur 
Xenon  -107,10 C 
Krypton  -153,35 C 
Sauerstoff  -182,96 C 
Argon  -185,86 C 
Stickstoff  -195,82 C 
Neon  -246,06 C 
Helium  -268,94 C 

Das Edelgas fällt als Nebenprodukt bei der fraktionierten Destillation von verflüssigter Luft an. Dabei wird Luft unter Druck abgekühlt und verflüssigt. Bei der nachfolgenden, langsamen Erwärmung verdampfen die unterschiedlichen Bestandteile der Luft jeweils bei ihren Siedetemperaturen, so dass sie in verschiedenen Fraktionen gewonnen werden können:  
    
Tabelle der Siedetemperaturen












Verwendung:
   
 
Wegen seiner Reaktionsträgheit ist Argon zusammen mit Stickstoff ein wichtiges Füllgas für Glühlampen. Das Edelgas verhindert das Verdampfen des Glühdrahtes aus Wolfram und ermöglicht eine Temperaturerhöhung des Wolframdrahtes auf über 2400 °C. Aufgrund der blauen Glimmentladung dient Argon zur Füllung von Gasentladungsröhren in Leuchtreklamen.
In der Lasertechnik ermöglicht es den Bau der Argon-Laser. Beim Lichtbogenschweißen von leicht oxidierbaren Metallen wie Aluminium oder Magnesium wird es als Schutzgas verwendet.  
Jetzt hält diese Technik auch in die Zahntechnik Einzug, zwar in einem auf die Zahntechnik angepasstem Zustand ( Größe und Leistung), sie hat den Vorteil das die Anschaffungskosten und die Betriebskosten nur einen Bruchteil eines Lasers, aber Schweißtechnisch das Gleiche erreicht werden kann. Da heute betriebswirtschaftlichen Denken für einen Betrieblichen Erfolg unumgänglich ist wird mit dieser Technik ein weiteres Plus in die Zahntechnik getragen.
Durch die geringe Wärmeeinfließzone besteht der Vorteil das auch in der Nähe von Thermisch sehr sensiblen Objekten( Kunststoffzähne, Kunststoffverblendungen, usw.) Schweißungen vorgenommen werden können ohne das es zu großflächigen Oxydation oder Beschädigungen des restlichen Zahnersatzes führt. Zum Beispiel können an aus Dentallegierungen bestehende Arbeiten Schweißungen ausgeführt werden ohne das im Anschluss großflächig Oxyde entfernt werden müssen( Zum Beispiel Poren oder Lunker, Kontaktpunkte an Vollguss, - Teilkronen und Inlays oder Verblendgerüsten, Wiederherstellung der Funktion von Doppelkronen). Das spart sehr viel Arbeitszeit und ermöglicht Veränderungen an Arbeiten die ohne diese Technik nicht möglich wären. Dieser Zeitvorteil sorgt dafür das sich die Anschaffungskosten für das Gerät und die Einarbeitung in diese Technik schnell für ein Labor bezahlt machen.















Abb. 1 Welderschweißnaht mit ca. 70% Überlappung


Ein weiter Vorteil gegenüber eines Dentallasers ist die nicht vorhandene sehr gefährliche Streustrahlung. Da Laser in einem Wellenbereich von ca. 1060 Nanometer arbeiten und diese für das Menschliche Auge nicht sichtbar sind findet auch beim Auftreffen kein Lidschutzreflex statt der das Auge (Spez. die Retina (Netzhaut)) vor Zerstörungen schützt. Diese Verletzungen des Auges sind nicht reversibel! Beim Schweißen mit einem Lichtbogen entsteht auch eine Strahlung, aber diese liegt einem Bereich der zwar die durch die Lichtintensität die Augen überreizt, aber unter normalen Umständen nicht dauerhaft schädigen wird. Das sogenannte „ verblitzten der Augen „ ist sehr Schmerzhaft und verursacht das Gefühl man hätte Mengen Sand im Auge. Bei dem Welder sorgt ein sogenannter „Shutter“ ( das ist ein Metallstreifen der beim Pulsauslösen vor die Optik geschwungen wird) dafür das keine Lichtstrahlung das Auge durch das Mikroskop erreichen und schädigen kann. Also in diesem Punkt ein sehr sicheres Gerät. Eventuell auftretende Streustrahlung liegt auch in einem sichtbaren Lichtwellenbereich und wird durch das Augenlid ( Lidschlussreflex) aufgehalten um die empfindliche Netzhaut zu schützen. Das heißt aber nicht das man mit dieser Strahlung leichtfertig umgehen kann.

2.Bestandteile des Welders:

GehäuseMikroskopFußpedalSchlauch für SchutzgasDruckminderer und DurchflussmengenreglerHalter für die Elektrode2 Kabel mit KrokodilklemmenSichtscheibenElektronische SteuerungDisplay für verschiedene Anzeigefunktionen Bauteile für SpannungsaufbereitungVerschiedene SchalterNetzanschlusskabelAnschlussmöglichkeit für Externe AbsaugungBeleuchtung


3. Funktion des Welders:



Nach einschalten des Welders kann über den Programmschalter das auszuführende Schweißprogramm aufgerufen werden. Die Programme können modifiziert oder selbst erstellt werden, um eine individuelle Einstellung für das Werkstück vornehmen zu können.
Es gibt 2 veränderbare Parameter:
Die Spannung in Stufen von 1 bis 9Die Impulsdauer in Stufen von 10 bis 99 Millisekunden.
Die Schweißspannung verändert im Wesentlichen die Eindringtiefe in das Werkstück
Die Pulsdauer verändert im Wesentlichen dem Schweißpunktdurchmesser. (Siehe Abb.2)
Diese Kombination der 2 Parameter ermöglichen eine umfangreiche Anpassung der Schweißleistung an das zu bearbeitende Werkstück. Die Schweißeinstellung soll so eingestellt werden das 60% des Werkstückes geschweißt werden beim Schweißen von der gegenüberliegenden Seite ergibt daraus ein Überschneiden der Scheißpunkte und eine geschlossene Naht. ( Siehe Abb. 3)

Abb. 2 Überlappung der Schweißpunkte













Abb. 3 Schnitt durch Schweißnaht




Metall  DichteGramm/cm3  WärmeleitfähigkeitW/m K  SchmelzpunktGrad/ Celsius  Spezielle Wärmekapazität Per 1 Gr. J/gk 
Ti  4,51  22  1668  0,523 
Cr  8,90  67  1890  0,460 
Pd  12,02  75  1554  0,244 
Ni  8,90  92  1455  0,439 
Co  7,14  100  1493  0,422 
Zn  8,96  113  419  0,380 
AU  19,19  316  1064  0,125 
Cu  10,49  393  1083  0,385 
Ag  10,49  418  960  0,460 

Tabelle der Legierungen und Metalle in aufsteigender Reihenfolge der Wärmeleitfähigkeit





3.1 Einstellen der Schweißparameter



Die Einstellung der Schweißparameter erfolgt nach folgenden Gesichtspunkten:
Metalle und Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit erfordern eine Höhere Schweißenergie als Werkstoffe mit kleinerer Wärmeleitfähigkeit (siehe Tabelle, Blauer Bereich). Titan braucht nach dieser Tabelle die geringste Schweißenergie, Gold benötigt die höchste Schweißenergie. Je geringer die Differenz der Wärmeleitfähigkeit der zu verbindenden Werkstücke desto einfacher ist es durch den annähernden gleichen Energiebedarf eine Schweißnaht zwischen den Werkstücken herzustellen. Die Ausnahme bildet hier Titan, es lässt sich nicht mit anderen Werstoffen verschweißen. Bei stark unterschiedlichen Legierungen sollte man die Legierung mit dem geringeren Energiebedarf aufschmelzen dann kommt es zu dem Phänomen der kalten Löslichkeit und die Verbindung durch schweißen ist möglich. Den Energiebedarf kann man anhand der Legierungsbestandteile schätzen. Es ist jedoch unerlässlich die Schweißparameter der im eigenen Labor verwendeten Metalle und Legierungen im Versuch zu ermitteln.
Zinkhaltige Legierungen( Lote)lassen sich aufgrund des geringen Siedepunktes und des hohen Dampfdruckes kaum oder gar nicht verschweißen. Da Lote zur Schmelzpunktreduzierung unter anderem Zink enthalten, müssen Lotreste in jedem Fall von den zu verschweißenden Objekten rückstandslos entfernt werden um ein Verschweißen möglich zu machen. Durch den hohen Dampfdruck des Zinks entstehen Gasblasen in der Schweißnaht die eine mechanische Belastung unmöglich machen. (Siehe Tabelle der Legierungen)


  CoCr - Leg.  Au > 70 %  Au < 70 %  Pd Cu  Pd Ag  Titan 
CoCr Leg.  *****  ***  ***  ***  ****  Nein 
Au > 70%  ****  *****  ****  ***  ***  Nein 
Au < 70 %  ***  ****  *****  ***  ***  Nein 
Pd Cu  ***  ***  ***  *****  ***  Nein 
Pd Ag  ****  ***  ***  ***  *****  Nein 
Titan  Nein  Nein  Nein  Nein  Nein  ***** 

Anhand der folgenden Tabelle ist die Verschweißbarkeit der gängigen Dentalen Metalle und Legierungen zu sehen. Sie dient aber lediglich als Anhalt, für verwendete Legierungen sind eigene Erfahrungen unumgänglich, da Legierungen mit unterschiedlichen Masseanteilen ganz unterschiedlich Eigenschaften haben können. Grundsätzlich sind aber alle Dentale Legierungen untereinander verschweißbar, mit Ausnahme von Titan das sich nur mit Titan verschweißen lässt.