Klebebasen im Backpacker-Design Technische Berechnung Ausführung Prämolar
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- Alfred Pohl
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1 Klebebasen im Backpacker-Design Technische Berechnung Ausführung Prämolar 1. Aufgabenstellung Ermitteln der Spannungen in einer Klebebasis im Backpacker Design. Die Lasteinleitung soll dabei analog der DIN EN ISO (Zahnheilkunde Implantate Dynamische Ermüdungsprüfung für enossale dentale Implantate) erfolgen. Die Berechnung soll mittels FEM in Form einer Vergleichsrechnung durchgeführt werden, Vergleichsobjekt ist eine rotationssymmetrische Klebebasis mit zylindrischer Schraube. 2. Bauteilbeschreibung 2.1. Klebebasis im Backpacker-Design Gewählt wurde die kleinste Klebebasis der Baureihe mit der Artikelnummer AS-35.KB-PM.TC, siehe Zeichnung / Abbildung 2. Klebebasis Befestigungsschrau Implantat Einbettung Abbildung 1 - CAD-Modell (Schnittdarstellung) Seite 1 von 8
2 2.2. Rotationssymmetrische e Ausführung (Vergleichsobjekt) Abbildung 3 - Vergleichsobjekt Abbildung 4 - CAD-Modell (Schnittdarstellung) Modell (Schnittdarste ) Seite 2 von 8
3 3. Werkstoffe 3.1. Für Klebebasis, Schraube und Implantat: Ti6Al4V (Titan Grade 5) Streckgrenze R P0,2 : 830 MPa Elastizitäts-Modul E: MPa Querkontraktionszahl µ: 0,31 Quelle: SolidWorks Werkstoffdatenbank 3.2. Für Einbettung: PMMA Elastizitäts-Modul E: 3300 MPa Querkontraktionszahl µ: 0,37 Gemäß Vorgaben ISO : E-Modul des Einbettungsmaterials muss größer sein als 3000 MPa 4. Lasteinleitung gemäß ISO Abbildung 5 Abgewinkelter Implantat-Aufbau Abbildung 6 Rotationssymmetrischer Implantat-Aufbau (Entnommen aus DIN EN ISO 14801) Seite 3 von 8
4 5. FE-Modell Backpacker Design 5.1. Anmerkungen Benutzte Software: SolidWorks Simulation Verwendet wurden Tetraeder-Elemente mit 10 Knoten. Gerechnet wurde ein Halbmodell mit Symmetrie-Randbedingungen. Krafteinleitung mittels Abgesetzte Last (Direkte Übertragung), dadurch musste der Belastungsaufsatz nicht ausmodelliert werden. Die angesetzte Schraubenvorspannung von 270 N wurde errechnet aus 25 Ncm Anzugsmoment bei o µ G = 0,25 o µ K = 0,19 und o 30 Kopfwinkel Anordnung und Krafteinleitung Abbildung 7 Anordnung Abbildung 8 - Krafteinleitung Seite 4 von 8
5 5.3. Vernetzung Abbildung 9 FE Netz Abbildung 10 Detaildarstellung: feineres Netz an relevanten Stellen 5.4. Lasten, Randbedingungen und Kontakt Prüfkraft 200N Schnittfläche mit Symmetrie- Randbedingungen Schrauben- Vorspannung 270N Kontakttyp Keine Penetration Feste Einspannung Festee Einspannung Kontakttyp Keine Penetration Abbildung 11 Randbedingungen und Lasten Abbildung 12 - Kontakt Kontakttyp Verbunden Seite 5 von 8
6 5.5. Ergebnisse Abbildung 13 GEH Vergleichsspannungen Abbildung 14 Detail Klebebasis: σ V,max = 352 MPa Abbildung 15 Detail Schraube: σ V,max = 251 MPa Seite 6 von 8
7 6. FE-Modell rotationssymmetrisch Lastwinkel 30 gemäß ISO Angesetzte Schraubenvorspannung: 500 N (Errechnet aus 25 Ncm Anzugsmoment bei µ Ges = 0,25) Abbildung 16 - Übersicht Abbildung 17 - Detail Klebebasis: σ V, max. = 891 MPa Abbildung 18 Detail - GEH Vergleichsspannungen Abbildung 19 Detail Schraube: σ V, max. = 1124 MPa Seite 7 von 8
8 7. Vergleichsrechnung Backpacker Design mit 30 Lasteinleitung. Um die Spannungen in den beiden Klebebasis-Typen besser vergleichen zu können, wurde die Klebebasis im Backpacker-Design einer zusätzlichen Analyse mit einem Lastangriffswinkel von 30 unterzogen. Dies entspricht zwar nicht mehr der ISO , sorgt jedoch für eine bessere Vergleichbarkeit der Ergebnisse. Es wurde dasselbe Modell benutzt wie bereits in Kapitel 5. beschrieben Ergebnisse Abbildung 20 - Übersicht Abbildung 21 - Detail Klebebasis: σ V, max. =556 MPa Abbildung 22 Detail Schraube: σ V, max. = 263 MPa Seite 8 von 8
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