[0001] Die Erfindung betrifft eine Schraube und ein Werkzeug zum Ein- oder Ausdrehen der Schraube gemäss dem Oberbegriff des jeweiligen unabhängigen Patentanspruchs.
[0002] Derartige Werkzeuge dienen ganz allgemein dem Ein- und Ausdrehen von Schrauben und kommen unter anderem auch auf dem Gebiet der Traumatologie, der Handchirurgie oder der Mund-, Kiefer- oder Gesichtschirurgie zum Einsatz, wo beispielsweise Knochensegmente in einer bestimmten Art und Weise positioniert und mit Hilfe von Knochenplatten und Knochenschrauben in gewünschter Weise fixiert werden sollen, damit sie in dieser Position wieder zusammenwachsen können. Beim Ein- und Ausdrehen der Knochenschrauben kommen dabei die genannten Werkzeuge zum Einsatz.
[0003] Bei den Schrauben haben sich auf diesem Gebiet unter anderem sogenannte TORX(RTM)-Schrauben (z.B. Schrauben mit einem Innenvielrund als Aufnahme, siehe z.B.
Fig. 1) bewährt. Diese Schrauben weisen in ihrem Schraubenkopf 10 eine Aufnahme 11 mit einer etwa sternartigen Kontur mit vollständig abgerundeten "Zacken" (Aussparungen) auf, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Innenvielrund handelt es sich hier speziell um einen Innensechsrund.
[0004] Wie aus Fig. 2 (stark vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 1) zu erkennen ist, weist der Kopf 20 des zugehörigen Schraubendrehers in Umfangsrichtung betrachtet eine zu der Kontur der Aufnahme 11 in etwa komplementäre Kontur mit vollständig abgerundeten Vorsprüngen (im beschriebenen Fall also einen Aussenvielrund, insbesondere einen Aussensechsrund) auf.
In Längsrichtung betrachtet (hier nicht erkennbar) ist der Kopf an seinem freien Ende über einen wesentlichen Teil konisch zulaufend ausgebildet, wodurch die Schraube auf den Schraubendreherkopf aufgesteckt und auf dem Schraubendreherkopf verklemmt werden, kann.
[0005] Dieses Verklemmen der Aufnahme der Schraube auf dem Schraubendrehkopf kann man gut aus Fig. 2 entnehmen. Die abgerundeten Aussparungen (der Innensechsrund) der Aufnahme 11 der Schraube weisen dabei im relevanten Bereich einen Radius R2 auf, während die abgerundeten Vorsprünge (der Aussensechsrund) des Schraubendreherkopfs 20 dort einen Radius R1 aufweisen, der kleiner ist als der Radius R2.
Wie man ebenfalls erkennt, sind die Fusspunkte der Radien R2 und R1 verschieden (der Fusspunkt des kleineren Radius R1 liegt näher zu dem Ort, in welchem der Aussensechsrund des Schraubendreherkopfs 20 und der Innensechsrund der Aufnahme 11 der Schraube ineinander eingreifen und die Klemmung bewirken). Somit kann der Schraubendreherkopf 20 leicht in die Aufnahme 11 der Schraube hinein eingeführt und mit der Aufnahme 11 verklemmt werden, wobei es sich streng genommen (keine Verformbarkeit des Materials der Schraube angenommen, der Kopf des Schraubendrehers ist ohnehin gehärtet) um einen punktförmigen bzw. in Längsrichtung der Schraube betrachtet allenfalls linienförmigen Kontakt handelt, der aber aufgrund der Elastizität des Materials der Schraube (typischerweise Titan bzw.
Titanlegierungen) zu einem flächigen Kontakt - wenn auch von geringer Ausdehnung - führt.
[0006] Ist nun die Schraube mit der Aufnahme 11 auf dem Schraubendreherkopf 20 aufgesteckt (siehe Fig. 2) und geklemmt, kann sie sich nicht mehr selbsttätig vom Schraubendreherkopf 20 lösen. Dadurch kann der operierende Arzt nach dem Aufstecken und Verklemmen der Schraube mit einer Hand den Schraubendreher mit der auf dem Schraubendreherkopf aufgesteckten Schraube halten und betätigen, während er die andere Hand zur Verfügung hat, um beispielsweise ein Knochensegment in einer gewünschten Position zu halten.
Hieran erkennt man bereits, dass bei solchen Operationen ein gutes Handling der einzelnen Komponenten (hier: der Knochenschrauben) für den operierenden Arzt von ganz entscheidender Bedeutung ist, weil dadurch die Operation sowohl erleichtert als auch effizienter gestaltet wird.
[0007] Beim Eindrehen bzw. Ausdrehen einer Knochenschraube in ein Knochensegment bzw. aus einem Knochensegment müssen Kräfte auf die Schraube übertragen werden, um eine Drehung der Schraube zu bewirken. Dies führt bei der anhand von Fig.2 beschriebenen Klemmung zwischen Schraubendreherkopf 20 und Aufnahme 11 der Schraube dazu, dass der Aussensechsrund des Schraubendreherkopfs 20 sich relativ zu dem Innensechsrund der Aufnahme 11 in Umfangsrichtung verschiebt, wie dies in Fig. 3 zu erkennen ist.
Der Pfeil T gibt dabei die Richtung an, in welcher der Schraubendreherkopf 20 bewegt wird, während die gestrichelte Linie den ursprünglichen Verlauf des Innensechsrunds der Aufnahme 11 der Schraube wiedergibt. Bei der Grösse der Kräfte, wie sie üblicherweise beim Eindrehen von Knochenschrauben aufgebracht werden müssen, und bei den üblichen Materialien der Schrauben (Titan bzw. Titanlegierungen) reicht die Reibung am Ort der Klemmung der Schraube nicht zur Übertragung derjenigen Kräfte aus, die zum Drehen der Schraube benötigt werden, der Aussensechsrund des Schraubendreherkopfs 20 verschiebt sich mithin relativ zu dem Innensechsrund der Aufnahme 11. Als Folge kommt es zu Verformungen des Innensechsrunds (also der Innenkontur der Aufnahme 11), die nicht mehr im Bereich elastischer Verformungen liegen, sondern bereits plastische Verformungen darstellen.
Dies wird beim Betrachten von Fig. 3 gut ersichtlich, weil beim Verdrehen des Schraubendreherkopfs 20 relativ zu der Aufnahme 11 z.B. der am weitesten radial aussen liegende Punkt des Aussensechsrunds (der Ort, wo die Klemmung erfolgt) sofort nach Beginn des Verdrehens sich in Umfangsrichtung relativ zum Innensechsrund verschiebt, wobei der Abstand der Kontur des Innensechsrunds von der Mittellängsachse abnimmt.
[0008] Der Innensechsrund wird also plastisch verformt.
Insbesondere z.B. bei der Handchirurgie oder auch bei sonstigen chirurgischen Anwendungen, wo Knochenschrauben im Laufe einer Operation repositioniert werden müssen, um beispielsweise eine optimale Positionierung einzelner Knochensegmente relativ zueinander zu erlauben (z.B. mit Hilfe einer Knochenplatte), um einen optimalen Erfolg der Operation zu erzielen, kann durch eine solche plastische Verformung der Aufnahme ein erneutes Eindrehen oder Ausdrehen der Schraube stark erschwert bzw. sogar unmöglich werden.
[0009] Hier setzt die vorliegende Erfindung an, deren Aufgabe es ist, diesbezüglich Verbesserungen vorzuschlagen.
[0010] Diese Aufgabe wird durch eine Schraube bzw. durch ein Werkzeug, wie sie im jeweiligen unabhängigen Patentanspruch vorgeschlagen werden, gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich jeweils aus den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche.
[0011] Insbesondere weisen bei der erfindungsgemässen Schraube die Aussparungen jeweils einen in Umfangsrichtung verlaufenden, radial aussen liegenden Klemmbereich auf, dessen Erzeugende - in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse der Aufnahme betrachtet - ein konstanter Radius ist, dessen Fusspunkt auf der Mittellängsachse der Aufnahme liegt. In Umfangsrichtung sind jeweils zu beiden Seiten des Klemmbereichs von dem Klemmbereich verschiedene Kraftübertragungsbereiche vorgesehen, deren Verlauf von der Umfangsrichtung abweicht.
Durch diese Massnahme wird selbst bei einem ansonsten gleichen Schraubendreherkopf wie in Fig. 2, speziell aber im Zusammenwirken mit dem Werkzeugkopf des erfindungsgemässen Werkzeugs, eine plastische Verformung der Kontur der Aufnahme beim Eindrehen bzw. Ausdrehen der Schraube verhindert. Somit kann die Schraube beispielsweise nach erfolgtem Ausdrehen wieder vom Werkzeugkopf abgenommen und anschliessend wieder selbsthaltend auf den Werkzeugkopf aufgesteckt werden. Zudem wird quasi eine Entkopplung der Übertragung der Klemmkräfte und der Übertragung der Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments erreicht, sodass auch nach Beendigung des Eindrehens bzw.
Ausdrehens der Schraube der Werkzeugkopf ohne grössere Schwierigkeiten wieder aus der Aufnahme herausgeführt werden kann.
[0012] Die Aufnahme kann dabei in Längsrichtung der Schraube betrachtet zylindrisch ausgebildet sein, was die Herstellung vereinfacht.
[0013] Die Aufnahme kann dabei im Wesentlichen als Innenvielrund ausgebildet sein, insbesondere im Wesentlichen als Innensechsrund, dessen Aussparungen jedoch jeweils mit den radial nach aussen weisenden Klemmbereichen versehen sind. Dadurch kann insbesondere im Zusammenhang mit einem entsprechenden Werkzeugkopf eine besonders gute Entkopplung bei der Übertragung der Klemmkräfte und der Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments erreicht werden und gleichzeitig eine plastische Verformung der Aufnahme beim Eindrehen bzw.
Ausdrehen der Schraube vermieden werden.
[0014] Wie bereits erwähnt, kann eine, wie vorstehend beschriebene Schraube als Knochenschraube ausgebildet sein, wobei aber die Erfindung keineswegs auf dieses Anwendungsgebiet beschränkt ist, nur liegt hier eben ein besonders vorteilhaftes Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Schraube.
[0015] Bei dem erfindungsgemässen Werkzeug, welches z.B. als Schraubendreher ausgebildet sein kann, weisen die Vorsprünge (analog zu der Aufnahme der Schraube) jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende, radial aussen liegende Klemmfläche auf, deren Erzeugende - in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse des Werkzeugkopfs betrachtet - ein konstanter Radius ist, dessen Fusspunkt auf der Mittellängsachse des Werkzeugskopfs liegt.
In Umfangsrichtung sind zu beiden Seiten der Klemmflächen jeweils von den Klemmflächen verschiedene Kraftübertragungsflächen vorgesehen, deren Verlauf von der Umfangsrichtung abweicht. Dadurch kann speziell im Zusammenhang mit der vorstehend beschriebenen Schraube und deren Aufnahme eine plastische Verformung der Aufnahme der Schraube beim Eindrehen bzw. Ausdrehen vermieden werden. Ausserdem wird ebenfalls eine Entkopplung der Übertragung der Klemmkräfte und der Übertragung der Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments erreicht, sodass auch nach Beendigung des Eindrehens bzw.
Ausdrehens der Schraube der Werkzeugkopf ohne grössere Schwierigkeiten wieder aus der Aufnahme herausgeführt werden kann.
[0016] Der Werkzeugkopf kann einen sich an dasjenige Ende des die Klemmfläche aufweisenden, sich verjüngenden Teils mit dem geringeren Aussendurchmesser anschliessenden ersten zylindrischen Teil umfassen, der einen geringeren Aussendurchmesser aufweist als der Durchmesser des Klemmbereichs der Aufnahme der Schraube.
Ein solcher quasi reduzierter Aussendurchmesser in diesem ersten zylindrischen Teil des Werkzeugkopfs erleichtert das Einführen des Werkzeugkopfs in die Aufnahme, wobei im Bereich des ersten zylindrischen Teils keine Klemmung erfolgt, sondern im Bereich des ersten zylindrischen Teils lediglich Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments auf die Schraube übertragen werden können.
[0017] Bei einer Weiterbildung weist der Werkzeugkopf einen zweiten zylindrischen Teil auf, der sich an dasjenige Ende des die Klemmfläche aufweisenden, sich verjüngenden Teils mit dem grösseren Aussendurchmesser anschliesst, wobei dieser zweite zylindrische Teil einen grösseren Aussendurchmesser aufweist als der Durchmesser des Klemmbereichs der Aufnahme der Schraube.
Dieses Ausführungsbeispiel ist von der herstellungstechnischen Seite gut beherrschbar, weil es im Prinzip zwei grundsätzlich zylindrische Kernbereiche aufweist und einen zwischen diesen Bereichen liegenden sich verjüngenden (z.B. konisch zulaufenden) Bereich. Diese Bereiche können zunächst an einem Rohling hergestellt werden, bevor dann ggf. in den jeweiligen Bereichen die jeweilige Kontur vorgesehen wird.
[0018] Weiterhin kann zum freien Ende des Werkzeugkopfs hin eine Fase vorgesehen sein. Diese Fase ist von grossem Nutzen beim Hineingleiten des Werkzeugkopfs in die Aufnahme der Schraube bzw. bei der Zentrierung der Schraube auf dem Werkzeugkopf.
Gerade bei den von den absoluten Abmessungen her sehr kleinen Schrauben ist dies ein ganz wesentlicher Vorteil, weil der Werkzeugkopf sehr viel einfacher die Aufnahme einer Schraube "findet".
[0019] Wie bereits bei der Schraube erwähnt, kann auch der Werkzeugkopf im Wesentlichen als Aussenvielrund, insbesondere im Wesentlichen als Aussensechsrund, ausgebildet sein.
[0020] Eine besonders vorteilhafte Ausführungsart eines solchen Werkzeugs ist dann gegeben, wenn - wie bereits weiter oben erwähnt - das Werkzeug als Schraubendreher ausgebildet ist.
[0021] Schliesslich ist noch zu erwähnen, dass ein Aspekt der vorliegenden Erfindung auch ein Set betrifft, mit mindestens einer Schraube, vorzugsweise einer Vielzahl von Schrauben wie vorstehend beschrieben, und mit mindestens einem wie vorstehend beschriebenen Werkzeug, z.B. einem Schraubendreher.
Da das Werkzeug, ggf. nach einer Sterilisierung, wiederverwendet werden kann, kann ein solches komplettes Set z.B. mit verschiedenen Schraubengrössen oder Schraubentypen beispielsweise an Chirurgen abgegeben werden.
[0022] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Hilfe der Zeichnung. Es zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine Aufsicht (schematisch) auf die Aufnahme des Schraubenkopfs einer konventionellen Innensechsrundschraube,
<tb>Fig. 2<sep>eine stark vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts der Aufnahme-, aus- Fig. 1, zusammen mit einem Ausschnitt aus einem konventionellen Schraubendreherkopf,
<tb>Fig. 3<sep>die Darstellung aus Fig. 2, jedoch beim Aufbringen eines Drehmoments,
<tb>Fig. 4<sep>eine Aufsicht (schematisch, entsprechend Fig. 1) auf eine Aufnahme des Schraubenkopfs eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Schraube,
<tb>Fig. 5<sep>eine detailliertere Aufsicht auf die Aufnahme des Schraubenkopfs einer erfindungsgemässen Schraube,
<tb>Fig. 6<sep>einen Längsschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schraube,
<tb>Fig. 7<sep>eine perspektivische Darstellung des Werkzeugkopfs eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Werkzeugs,
<tb>Fig. 8<sep> die Einzelheit VIII aus Fig. 7 in vergrösserter Darstellung,
<tb>Fig. 9<sep>eine perspektivische Darstellung des Werkzeugkopfs aus Fig. 7 über einer erfindungsgemässen Schraube,
<tb>Fig. 10<sep>eine stark vergrösserte Darstellung eines Ausschnitts der Aufnahme einer erfindungsgemässen Schraube, zusammen mit einem Ausschnitt aus dem Werkzeugkopf eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemässen Werkzeugs (entsprechend der Darstellung in Fig. 2), und
<tb>Fig. 11<sep>die Darstellung aus Fig. 10, jedoch beim Aufbringen eines Drehmoments (entsprechend der Darstellung in Fig. 3).
[0023] Fig. 4 zeigt schematisch eine Aufsicht auf die Aufnahme 11 im Schraubenkopf 10 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Schraube, wobei die Aufnahme 11 hier im Wesentlichen als Innensechsrund ausgebildet ist, in gewisser Weise zwar dem Innensechsrund einer konventionellen Schraube ähnelt, jedoch signifikante Unterschiede dazu aufweist, wie im Folgenden erläutert wird. Die Aufnahme 11 weist mehrere in Umfangsrichtung angeordnete Aussparungen 110 auf, die jeweils einen in Umfangsrichtung verlaufenden Klemmbereich 111 aufweisen.
Dieser Klemmbereich 111 weist - in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse 13 der Schraube betrachtet (also z.B. in der Papierebene) - radial nach aussen (darunter soll verstanden werden, dass der Vektor senkrecht auf den Klemmbereich 111 jeweils in radialer Richtung zeigt). In Fig. 4 ist dieser signifikante Unterschied im Vergleich zu dem konventionellen Innensechsrund (Fig. 1) besonders gut zu erkennen. Während die strichpunktierte Kreislinie C2 in Fig. 4 nämlich den Verlauf des konventionellen Innensechsrunds im Bereich der Aussparung 110 repräsentiert und den Radius R2 aufweist, dessen Fusspunkt relativ nahe zum Klemmbereich 111 liegt (vgl. Fig. 2), ist die Erzeugende des Klemmbereichs 111 in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse 13 der Aufnahme 11 ein Radius R, dessen Fusspunkt auf der Mittellängsachse 13 (die in die Papierebene hineinweist) liegt.
Zur Erläuterung dieses Sachverhalts dient der strichpunktierte Ausschnitt der Kreislinie C in Fig. 4.
[0024] In der Aussparung 110 sind - in Umfangsrichtung betrachtet - zu beiden Seiten des Klemmbereich 111 Kraftübertragungsbereiche 112 vorgesehen, auf welche die bei der Erzeugung des Drehmoments erforderlichen Kräfte übertragen werden, sodass die Schraube ein- bzw. ausgedreht werden kann.
[0025] Eine etwas detailliertere Aufsicht auf die Aufnahme 11 ist in Fig. 5 dargestellt, man erkennt dort, dass die Aufnahme 11 - in Richtung der Mittellängsachse 13 betrachtet - zylindrisch ausgebildet ist, und erkennt insbesondere auch den Boden 114 der Aufnahme 11.
[0026] In Fig. 6 erkennt man ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schraube 1 im Längsschnitt, z.B.
eine Knochenschraube, die in ihrem Schraubenkopf 10 eine Aufnahme 11 aufweist, wie sie vorstehend erläutert wurde. Auf die Darstellung des Aussengewindes der Schraube wurde in Fig. 6 verzichtet, weil das Aussengewinde der Schraube konventionell ausgebildet und daher für das Verständnis der Erfindung irrelevant ist.
[0027] In Fig. 7 erkennt man in einer perspektivischen Darstellung den Werkzeugkopf 20 eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemässen Werkzeugs 2. Das Werkzeug 2 kann von seiner äusseren Gestalt her beispielsweise als konventioneller Schraubendreher (mit oder ohne auswechselbarer Klinge) ausgebildet sein.
Der Werkzeugkopf 20 verjüngt sich zu seinem freien Ende hin, allerdings nicht kontinuierlich über die axiale Länge des Werkzeugskopfs 20 hinweg, wie noch genauer erläutert werden wird.
[0028] Etwas genauer betrachtet, weist der in Fig. 7 gezeigte Werkzeugkopf 20 drei Bereiche auf, nämlich einen sich in Richtung zum freien Ende hin konisch verjüngenden Teil 21 mit radial nach aussen weisenden Klemmflächen 211, die besonders gut in der Darstellung der Einzelheit VIII aus Fig. 7 - dargestellt in Fig. 8 - ersichtlich sind.
Ausserdem erkennt man in Fig. 7 noch die Kraftübertragungsflächen 212.
[0029] Ferner weist der Werkzeugkopf 20 einen sich an dasjenige Ende des sich verjüngenden Teils 21 mit dem geringeren Aussendurchmesser anschliessenden ersten zylindrischen Teil 22 auf, und schliesslich einen zweiten zylindrischen Teil 23, der sich an dasjenige Ende mit dem grösseren Aussendurchmesser anschliesst. Dieser zweite zylindrische Teil 23 weist einen grösseren Aussendurchmesser auf als der Innendurchmesser der Aufnahme 11 im Schraubenkopf 10 der Schraube 1. Die Kraftübertragungsflächen 212 sind am Werkzeugkopf 20 nicht nur in dem konisch sich verjüngenden Teil 21 vorgesehen, sondern auch in den anderen Teilen, wie man leicht aus Fig. 7 bzw.
Fig. 8 entnehmen kann.
[0030] Schliesslich erkennt man am dem freien Ende des Werkzeugskopfs zugewandten Ende des ersten zylindrischen Bereichs 22 an den Vorsprüngen des Werkzeugkopfs jeweils eine Fase 222, welche das Einführen des Werkzeugkopfs 20 in die Aufnahme erheblich erleichtert, der Werkzeugkopf 20 "findet" quasi die Aufnahme der Schraube beim Einführen von alleine und führt zu einer Zentrierung der Aufnahme der Schraube auf dem Werkzeugkopf.
[0031] Fig. 9 zeigt diese Situation, in welcher das Werkzeug 2 über der Schraube 1 angeordnet ist, und zwar unmittelbar vor dem Eingriff des Werkzeugkopfs 20 in die Aufnahme 11 im Schraubenkopf 10.
Im ersten zylindrischen Bereich 22 des Werkzeugkopfs 20 (Fig. 7) sind die radial nach aussen weisenden Flächen 221 im Aussendurchmesser im Vergleich zum Innendurchmesser der Aufnahme 11 reduziert, sodass ein kleines Spiel in radialer Richtung existiert, was zusammen mit der Fase 222 das Einführen des Werkzeugkopfs in die Aufnahme erleichtert.
[0032] In der in Fig. 10 gezeigten Darstellung ist nun der Werkzeugkopf 20 bereits in die Aufnahme 11 eingetaucht. Aus dieser Darstellung erkennt man gut, dass die Klemmflächen 211 in Umfangsrichtung verlaufen. Die Erzeugende der Klemmflächen 211 ist - in einer Ebene senkrecht zur Mittellängsachse 23 (Fig. 9) des Werkzeugkopfs 20 betrachtet - ein konstanter Radius R3, dessen Fusspunkt auf der Mittellängsachse des Werkzeugkopfs 20 liegt.
Zu beiden Seiten der Klemmflächen 211 erkennt man die Kraftübertragungsflächen 212, die von den Klemmflächen 211 verschiedene Flächen sind und deren Verlauf signifikant von der Umfangsrichtung abweicht. Mit Hilfe dieser Kraftübertragungsflächen 212 werden die Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments beim Drehen der Schraube übertragen.
[0033] In der in Fig. 10 gezeigten Darstellung befinden sich die Klemmflächen 211 mit den Klemmbereichen 111 der Aufnahme 11 in Eingriff, die Schraube ist also auf dem Werkzeugkopf geklemmt, während zwischen den Kraftübertragungsflächen 212 und den Kraftübertragungsbereichen, 112 der Aufnahme 11 ein kleines Spiel existiert.
In der Eingriffsebene stimmt der Radius R3 der Klemmfläche 211 mit dem Radius R (Fig. 4) des Klemmbereichs 111 überein.
[0034] Wird nun ein Drehmoment übertragen, wird also der Werkzeugkopf 20 in Richtung des Pfeils T gedreht, wie dies in Fig. 11 dargestellt ist, so können sich bei der Grösse der Kräfte die Klemmflächen 211 relativ zu den Klemmbereichen 111 verschieben. Da aber die Radien R und R3 am Ort der Klemmung gleich sind, kommt es zu keiner plastischen Verformung der Aufnahme, sondern lediglich zu einer relativen Verschiebung von Klemmflächen 211 und Klemmbereichen 111, bis die Kraftübertragungsflächen 212 an den Kraftübertragungsbereichen 112 anliegen.
Danach können die Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments auf die Kraftübertragungsbereiche 112 übertragen werden, während die Schraube weiterhin über die Klemmflächen 211 und Klemmbereiche 111 auf dem Werkzeugkopf 20 geklemmt bleibt. Wie man sehen kann, sind die Klemmung und die Übertragung der Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments dabei entkoppelt, wodurch die Klemmkraft bei der Übertragung der Kräfte zur Erzeugung des Drehmoments im Wesentlichen gleich bleibt. Nach Beendigung des Eindrehens oder Ausdrehens der Schraube ist - aufgrund der Trennung von Klemmung und Drehmomentübertragung - ein einfaches Lösen der Klemmung und anschliessendes Entfernen des Werkzeugkopfs 20 aus der Aufnahme 11 der Schraube möglich.
Gleichzeitig stehen für die Übertragung der Kräfte bei der Erzeugung des Drehmoments genügend grosse Flächen zur Verfügung, denn diese Kräfte werden nicht nur in derjenigen Ebene, in welche die Klemmung stattfindet, übertragen, sondern über die gesamte axiale Länge der Kraftübertragungsflächen 212 bzw. Kraftübertragungsbereiche 112.
The invention relates to a screw and a tool for screwing in or out of the screw according to the preamble of the respective independent claim.
Such tools are generally used for screwing and unscrewing and are used inter alia in the field of traumatology, hand surgery or oral, maxillofacial or facial surgery, where, for example, positioned bone segments in a certain manner and with the help of bone plates and bone screws to be fixed in the desired manner so that they can grow together again in this position. When screwing in and out of the bone screws, the tools mentioned are used.
In the case of screws, so-called TORX (RTM) screws have been used in this field (e.g., screws having an internal round for receiving, see e.g.
Fig. 1) proven. These screws have in their screw head 10, a receptacle 11 with an approximately star-like contour with fully rounded "teeth" (recesses), as shown in Fig. 1. The internal rounding shown in FIG. 1 is specifically a hexalobular.
As can be seen from Fig. 2 (greatly enlarged view of a detail of Fig. 1), the head 20 of the associated screwdriver viewed in the circumferential direction to the contour of the receptacle 11 in approximately complementary contour with fully rounded projections (in described case so a Außenvielrund, in particular a hexagon) on.
Viewed in the longitudinal direction (not visible here), the head is tapered at its free end over a substantial part, whereby the screw can be plugged onto the screwdriver head and clamped on the screwdriver head can.
This jamming of the recording of the screw on the screwdriver head can be seen well from Fig. 2. The rounded recesses (the hexalobular) of the receptacle 11 of the screw have a radius R2 in the relevant area, while the rounded projections (the hexalobular) of the screwdriver head 20 there have a radius R1 which is smaller than the radius R2.
As can also be seen, the root points of the radii R2 and R1 are different (the root of the smaller radius R1 is closer to the location in which the hexalobular of the screwdriver head 20 and the hexalobular of the socket 11 of the screw engage and cause the clamping). Thus, the screwdriver head 20 can be easily inserted into the receptacle 11 of the screw and clamped with the receptacle 11, which strictly speaking (no deformability of the material of the screw assumed, the head of the screwdriver is hardened anyway) to a punctiform or in Viewed longitudinal direction of the screw considered at best linear contact, but due to the elasticity of the material of the screw (typically titanium or
Titanium alloys) to a flat contact - albeit of small extent - leads.
Now, if the screw with the receptacle 11 on the screwdriver head 20 plugged (see Fig. 2) and clamped, they can no longer automatically solve the screwdriver head 20. This allows the surgeon after attaching and jamming the screw with one hand holding the screwdriver with the screwed on the screwdriver head screw and operate while he has the other hand available, for example, to hold a bone segment in a desired position.
This already shows that in such operations a good handling of the individual components (in this case the bone screws) is of decisive importance for the operating physician, because this makes the operation both easier and more efficient.
When screwing in or out a bone screw in a bone segment or from a bone segment forces must be transferred to the screw to effect a rotation of the screw. In the case of the clamping between screwdriver head 20 and receptacle 11 of the screw described with reference to FIG. 2, this results in that the external hexal of the screwdriver head 20 moves in the circumferential direction relative to the hexalobular of the receptacle 11, as can be seen in FIG.
The arrow T indicates the direction in which the screwdriver head 20 is moved, while the dashed line represents the original course of the hexalobular of the receptacle 11 of the screw. The size of the forces, which usually have to be applied when screwing in bone screws, and in the usual materials of the screws (titanium or titanium alloys), the friction at the location of the screw is not enough for the transmission of those forces for turning the As a result, it comes to deformations of the hexalobular (ie, the inner contour of the receptacle 11), which are no longer in the range of elastic deformations, but already plastic deformations represent.
This will be readily apparent upon viewing Fig. 3 because, as the screwdriver head 20 is rotated relative to the receptacle 11, e.g. the radially outermost point of the hexalobular thread (the location where the clamping is made) shifts circumferentially relative to the hexalobular notch immediately after the twisting begins, with the distance of the contour of the hexalobular notch from the medial longitudinal axis decreasing.
The hexalobular is thus plastically deformed.
In particular e.g. in hand surgery, or in other surgical applications where bone screws must be repositioned during surgery, for example, to allow optimal positioning of individual bone segments relative to each other (eg with the help of a bone plate) in order to achieve optimal success of the surgery can Such a plastic deformation of the receptacle makes re-screwing or unscrewing the screw much more difficult or even impossible.
This is where the present invention whose object is to propose improvements in this regard.
This object is achieved by a screw or by a tool as proposed in the respective independent claim.
Advantageous developments emerge in each case from the features of the dependent claims.
In particular, in the inventive screw, the recesses each have a circumferentially extending, radially outboard clamping region whose generatrix - considered in a plane perpendicular to the central longitudinal axis of the recording - is a constant radius, the base of which lies on the central longitudinal axis of the recording. In the circumferential direction of the clamping area different power transmission areas are provided in each case on both sides of the clamping area, the course of which deviates from the circumferential direction.
By this measure, even with an otherwise identical screwdriver head as in Fig. 2, but especially in cooperation with the tool head of the inventive tool, a plastic deformation of the contour of the recording during insertion or removal of the screw prevented. Thus, the screw can be removed, for example, after completion of unscrewing again from the tool head and then again plugged self-holding on the tool head. In addition, a decoupling of the transmission of the clamping forces and the transmission of the forces for generating the torque is virtually achieved so that even after completion of the screwing or
Unscrewing the screw of the tool head without much difficulty again out of the recording can be led out.
The recording can be viewed cylindrical in the longitudinal direction of the screw, which simplifies the production.
The receptacle can be designed substantially as Innenvielrund, in particular substantially as a hexalobular, but the recesses are each provided with the radially outwardly facing clamping areas. This can be achieved in particular in connection with a corresponding tool head a particularly good decoupling in the transmission of the clamping forces and the forces for generating the torque and at the same time a plastic deformation of the recording when screwing or
Unscrewing the screw can be avoided.
As already mentioned, may be formed as a bone screw, as described above, but the invention is not limited to this field of application, only here is just a particularly advantageous application of the inventive screw.
In the inventive tool, which is e.g. can be designed as a screwdriver, the projections (analogous to the recording of the screw) each have a circumferentially extending, radially outboard clamping surface whose generatrix - viewed in a plane perpendicular to the central longitudinal axis of the tool head - is a constant radius whose base point on the central longitudinal axis of the tool head is located.
In the circumferential direction different force transmission surfaces are provided on both sides of the clamping surfaces each of the clamping surfaces, the course of which deviates from the circumferential direction. As a result, especially in connection with the above-described screw and its reception, a plastic deformation of the receptacle of the screw when screwing in or turning out can be avoided. In addition, a decoupling of the transmission of the clamping forces and the transmission of the forces for generating the torque is also achieved, so that even after completion of the screwing or
Unscrewing the screw of the tool head without much difficulty again out of the recording can be led out.
The tool head may comprise a first cylindrical part, which has a smaller outer diameter than the diameter of the clamping region of the receptacle of the screw at the one end of the clamping surface having tapered portion with the smaller outer diameter.
Such a quasi-reduced outer diameter in this first cylindrical part of the tool head facilitates insertion of the tool head into the receptacle, wherein in the region of the first cylindrical part no clamping takes place, but only forces for generating the torque are transmitted to the screw in the region of the first cylindrical part can.
In a further development, the tool head has a second cylindrical part, which adjoins that end of the clamping surface having, tapered portion with the larger outer diameter, said second cylindrical portion having a larger outer diameter than the diameter of the clamping portion of the receptacle the screw.
This embodiment is well manageable from the manufacturing point of view because it has in principle two basically cylindrical core portions and a tapered (e.g., tapered) portion between these portions. These areas can first be made on a blank, before then possibly in the respective areas of the respective contour is provided.
Furthermore, a bevel can be provided for the free end of the tool head. This chamfer is of great use when sliding the tool head into the receptacle of the screw or when centering the screw on the tool head.
Especially with the very small screws of the absolute dimensions, this is a very significant advantage, because the tool head much easier "finds" the inclusion of a screw.
As already mentioned in the case of the screw, the tool head can also essentially be designed as an outer multi-round, in particular substantially as an outer hexagon.
A particularly advantageous embodiment of such a tool is given if - as already mentioned above - the tool is designed as a screwdriver.
Finally, it should be mentioned that one aspect of the present invention also relates to a set comprising at least one screw, preferably a plurality of screws as described above, and at least one tool as described above, e.g. a screwdriver.
Since the tool can be reused, possibly after sterilization, such a complete set can be used e.g. with different screw sizes or screw types, for example, to surgeons.
Further advantageous embodiments of the invention will become apparent from the following description with the aid of the drawing. Show it:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a plan view (schematic) of the receptacle of the screw head of a conventional hexagon socket screw,
<Tb> FIG. 2 <sep> is a greatly enlarged illustration of a detail of the receptacle, Fig. 1, together with a section of a conventional screwdriver head,
<Tb> FIG. 3 <sep> the illustration of Figure 2, but when applying a torque,
<Tb> FIG. 4 is a plan view (schematically, corresponding to FIG. 1) of a receptacle of the screw head of an exemplary embodiment of a screw according to the invention, FIG.
<Tb> FIG. 5 <sep> a more detailed view of the receptacle of the screw head of a screw according to the invention,
<Tb> FIG. 6 <sep> a longitudinal section through an embodiment of a screw according to the invention,
<Tb> FIG. 7 <sep> is a perspective view of the tool head of an embodiment of the tool according to the invention,
<Tb> FIG. 8 <sep> the detail VIII of Fig. 7 in an enlarged view,
<Tb> FIG. 9 <sep> is a perspective view of the tool head from FIG. 7 over a screw according to the invention,
<Tb> FIG. 10 is a greatly enlarged illustration of a section of the receptacle of a screw according to the invention, together with a detail of the tool head of an exemplary embodiment of a tool according to the invention (corresponding to the illustration in FIG. 2), and FIG
<Tb> FIG. FIG. 11 shows the illustration from FIG. 10, but during the application of a torque (as shown in FIG. 3).
Fig. 4 shows schematically a plan view of the receptacle 11 in the screw head 10 of an embodiment of a screw according to the invention, wherein the receptacle 11 is here designed essentially as a hexalobular, although somewhat similar in a certain way to the hexalobular a conventional screw, but significant differences as will be explained below. The receptacle 11 has a plurality of circumferentially disposed recesses 110, each having a circumferentially extending clamping portion 111.
This clamping region 111 has - viewed in a plane perpendicular to the central longitudinal axis 13 of the screw (that is, for example in the plane of the paper) - radially outward (it should be understood that the vector points perpendicular to the clamping region 111 in each case in the radial direction). In Fig. 4, this significant difference compared to the conventional hexalobular (Fig. 1) can be seen particularly well. Namely, while the dot-dashed line C2 in Fig. 4 represents the course of the conventional hexalobular notch in the area of the recess 110 and has the radius R2 whose root point is relatively close to the clamp portion 111 (see Fig. 2), the generatrix of the clamp portion 111 is in a plane perpendicular to the central longitudinal axis 13 of the receptacle 11, a radius R, whose base point on the central longitudinal axis 13 (which hinweist in the plane of the paper) is located.
To explain this fact is the dash-dotted section of the circle C in Fig. 4th
In the recess 110 are - viewed in the circumferential direction - provided on both sides of the clamping portion 111 power transmission areas 112 to which the forces required in the generation of torque are transmitted, so that the screw on or can be turned off.
A somewhat more detailed view of the receptacle 11 is shown in Fig. 5, it can be seen there that the receptacle 11 - viewed in the direction of the central longitudinal axis 13 - is cylindrical, and in particular also detects the bottom 114 of the receptacle eleventh
FIG. 6 shows an embodiment of a screw 1 according to the invention in longitudinal section, e.g.
a bone screw having a receptacle 11 in its screw head 10, as explained above. In the representation of the external thread of the screw was omitted in Fig. 6, because the external thread of the screw is conventionally formed and therefore irrelevant to the understanding of the invention.
In Fig. 7 can be seen in a perspective view of the tool head 20 of an embodiment of the inventive tool 2. The tool 2 can be formed from its outer shape, for example, as a conventional screwdriver (with or without interchangeable blade).
The tool head 20 tapers toward its free end, but not continuously over the axial length of the tool head 20, as will be explained in greater detail.
Considered in more detail, the tool head 20 shown in Fig. 7 has three areas, namely a tapered toward the free end portion 21 with radially outwardly facing clamping surfaces 211, which are particularly well in the representation of the detail VIII from Fig. 7 - shown in Fig. 8 - are visible.
In addition, one recognizes in Fig. 7 nor the power transmission surfaces 212th
Further, the tool head 20 has a to the one end of the tapered portion 21 with the smaller outer diameter subsequent first cylindrical portion 22, and finally a second cylindrical portion 23, which adjoins the one end with the larger outer diameter. This second cylindrical portion 23 has a larger outer diameter than the inner diameter of the receptacle 11 in the screw head 10 of the screw 1. The power transmission surfaces 212 are provided on the tool head 20 not only in the conically tapered portion 21, but also in the other parts, as one easily from Fig. 7 or
Fig. 8 can be seen.
Finally, one recognizes at the free end of the tool head facing the end of the first cylindrical portion 22 at the projections of the tool head each have a chamfer 222, which facilitates the insertion of the tool head 20 into the recording considerably, the tool head 20 "finds" almost the recording the screw when inserting by itself and leads to a centering of the recording of the screw on the tool head.
Fig. 9 shows this situation, in which the tool 2 is arranged above the screw 1, and immediately prior to the engagement of the tool head 20 in the receptacle 11 in the screw head 10th
In the first cylindrical portion 22 of the tool head 20 (Fig. 7), the radially outwardly facing surfaces 221 are reduced in outer diameter compared to the inner diameter of the receptacle 11 so that a small clearance exists in the radial direction, which together with the chamfer 222, the insertion of Tool head facilitates in the recording.
In the illustration shown in FIG. 10, the tool head 20 is now already immersed in the receptacle 11. From this representation, it can be seen well that the clamping surfaces 211 extend in the circumferential direction. The generatrix of the clamping surfaces 211 is - viewed in a plane perpendicular to the central longitudinal axis 23 (FIG. 9) of the tool head 20 - a constant radius R3 whose root point lies on the central longitudinal axis of the tool head 20.
On both sides of the clamping surfaces 211 can be seen the force transmission surfaces 212, which are different surfaces of the clamping surfaces 211 and whose course deviates significantly from the circumferential direction. With the aid of these force transmission surfaces 212, the forces for generating the torque during rotation of the screw are transmitted.
In the illustration shown in Fig. 10, the clamping surfaces 211 with the clamping portions 111 of the receptacle 11 are engaged, the screw is thus clamped on the tool head, while between the power transmission surfaces 212 and the power transmission areas 112 of the receptacle 11 a small Game exists.
In the engagement plane, the radius R3 of the clamping surface 211 coincides with the radius R (FIG. 4) of the clamping region 111.
Now, if a torque is transmitted, that is, the tool head 20 is rotated in the direction of the arrow T, as shown in Fig. 11, so the clamping surfaces 211 can move relative to the clamping portions 111 at the size of the forces. However, since the radii R and R3 are the same at the location of clamping, there is no plastic deformation of the recording, but only to a relative displacement of clamping surfaces 211 and clamping portions 111 until the power transmission surfaces 212 abut the power transmission areas 112.
Thereafter, the forces for generating the torque can be transmitted to the power transmission areas 112, while the screw continues to remain clamped over the clamping surfaces 211 and clamping regions 111 on the tool head 20. As can be seen, the clamping and the transmission of the forces for generating the torque are decoupled, whereby the clamping force in the transmission of the forces for generating the torque remains substantially the same. After completion of screwing in or out of the screw is - due to the separation of clamping and torque transmission - a simple release of the clamping and subsequent removal of the tool head 20 from the receptacle 11 of the screw possible.
At the same time are available for the transmission of forces in the generation of torque sufficiently large areas, because these forces are transmitted not only in the plane in which the clamping takes place, but over the entire axial length of the power transmission surfaces 212 and Kraftübertragungsbereiche 112th