International Journal of Computerized Dentistry
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Int J Comput Dent 20 (2017), No. 4     15. Dec. 2017
Int J Comput Dent 17 (2014), No. 3  (07.11.2014)

Page 199-218, PubMed:25558760, Language: English/German


Finite Element Analysis of the Principles and Loosening Force of the Conical Telescopic Crown: A Computer-based Study
Finite-Element-Analyse des Wirkprinzips und der Lösekraftkontrolle der konischen Teleskopkrone: Eine computergestützte Studie

Fingerhut, Christopher / Schindler, Hans J. / Schweizerhof, Karl / Kordaß, Bernd / Lenz, Jürgen
Objectives: The primary goal of the present finite element (FE) analysis of a special removable prosthesis, the conical telescopic crown (CTC), was to validate established results based on a rigid model of the CTC and to analyze its characteristic features as a function of the essential material and geometric parameters. Furthermore, the effectiveness of a new element, the composite stop (CS), was investigated.
Materials and methods: The study used an axisymmetric FE model containing the inner and outer crown including resin or ceramic veneer, the CS, the cement layer between the interior crown and the tooth, and the upper part of the tooth itself.
Results: For a convergence angle (half-cone angle) α = 4° and a moderate chewing force F = 150 N the loosening force decreased from ~ 50 N without to ~ 10 N with CS. Increasing α values yielded a decrease of the loosening force. Adherence between the inner (IC) and outer crown (OC) was achieved for all configurations (α = 2°, 4°, and 6°), except for zirconium crowns with α = 6°. In systems without CS, the maximum tensile stress in the veneer increased proportionally to F, but remained limited in those with CS.
Conclusions: The angle α and the coefficient of static friction μ0 emerged as the decisive parameters of the CTC. The computed fitting/loosening behavior agreed well with results of a simple rigid-body model and experiments. The incorporation of a CS allows ceramic veneering of the outer crown.
Clinical relevance: The optimal angle α of the CTC is ascribed to a number of customary material combinations for IC and OC. The CS limits the loosening forces of the CTC to values which guarantee non-traumatic removal of the prosthesis.

Zielsetzung: Das hauptsächliche Anliegen der vorgestellten Finite-Element-(FE)-Analyse eines speziellen prothetischen Hilfsmittels, der konischen Teleskopkrone (CTC)*, war die Validierung von Ergebnissen, die in früheren Untersuchungen auf der Grundlage eines starren Modells für die CTC ermittelt wurden, sowie die Analyse ihrer charakteristischen Eigenschaften in Abhängigkeit von den wesentlichen materiellen und geometrischen Parametern. Zusätzlich wurde die Effektivität eines neuen Konstruktionselements, des Komposit-Stopps (CS), untersucht.
Materialien und Methoden: Die Studie benutzte ein rotationssymmetrisches FE-Modell, welches die Innen- und Außenkrone mit Kunststoff- oder Keramik-Verblendung, den CS, die Zementschicht zwischen der Innenkrone und dem Zahn sowie den oberen Teil des Zahns selbst umfasste.
Ergebnisse: Bei einem Konvergenzwinkel (halber Kegelwinkel) α = 4° und einer mäßigen Kaukraft F = 150 N verminderte sich die Lösekraft von ~50 N beim Einbau eines CS auf ~10 N. Wachsende Werte α bewirkten eine Abnahme der Lösekraft. Eine Haftung zwischen dem Innen- (IC) und dem Außenkonus (OC) wurde bei allen Konfigurationen (α = 2°, 4° und 6°) erreicht außer bei Zirkoniumkronen mit α = 6°. In Konstruktionen ohne CS wuchs die maximale Zugspannung in der Verblendung proportional zu F an, während sie in denen mit CS begrenzt blieb.
Schlussfolgerungen: Der Winkel α und der Haftungskoeffizient μ0 stellten sich als die wesentlichen Parameter für das CTC heraus. Das berechnete Füge/Löse-Verhalten stimmte gut mit den entsprechenden Resultaten des einfachen starren Modells sowie mit Experimenten überein. Der Einbau eines CS erlaubt eine keramische Verblendung der Außenkrone.
Klinische Relevanz: Einer Reihe von gebräuchlichen Materialkombinationen für IC und OC wird der optimale Konvergenzwinkel α für die CTC zugewiesen. Der CS begrenzt die Lösekräfte der CTC auf Werte, welche eine atraumatische Entnahme der Prothese garantieren.

Keywords: conical crown, removable prosthesis, double crown-retained denture, composite stop, ceramic veneer, loosening force control
Konuskrone, abnehmbare Prothese, Doppelkronensystem, Komposit-Stopp, Keramikverblendung, Lösekraftkontrolle

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