CH698862B1 - Befestigungselement und Anordnungen zum Eintreiben des Befestigungselements. - Google Patents

Befestigungselement und Anordnungen zum Eintreiben des Befestigungselements. Download PDF

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CH698862B1
CH698862B1 CH01358/09A CH13582009A CH698862B1 CH 698862 B1 CH698862 B1 CH 698862B1 CH 01358/09 A CH01358/09 A CH 01358/09A CH 13582009 A CH13582009 A CH 13582009A CH 698862 B1 CH698862 B1 CH 698862B1
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shaft
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CH01358/09A
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Saddy R. Garcia
Ryan N. Luby
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Biomet Microfixation Llc
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement (60), welches aus einem Losbrechabschnitt (62) und einem Befestigungsabschnitt (64) mit einem zwischenliegenden Losbrechbereich (74), welcher einen verringerten Durchmesser aufweist, besteht. Der Losbrechbereich (74) stellt eine Schwächestelle dar, welche bricht, wenn ein vorgegebener Drehmomentgrenzwert überschritten ist, so dass sich der Losbrechabschnitt (62) des Befestigungselementes (60) vom Befestigungsabschnitt (64) trennt. Der Losbrechabschnitt (62) weist eine Abfolge von Vertiefungen (58), die mit korrespondierenden Vertiefungen in einer Adapteranordnung (14) in drehbaren Eingriff bringbar sind, auf. Ferner betrifft die Erfindung eine Adapteranordnung (14) zum Eintreiben des Befestigungselementes (60) in eine Struktur (76) und umfasst einen Kolben (16) und einen Antriebsteil (18). Der Kolben (16) besitzt einen mittigen Körperabschnitt (20), einen Verbindungsschaft (22) und einen generell zylinderförmigen Ausstossschaft (24). Der Verbindungsschaft (22) ist mit einem mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittel (12) zum Antreiben der Adapteranordnung (14) in Eingriff bringbar. Der Ausstossschaft (24) ist verschiebbar innerhalb des Antriebsteiles (18) angeordnet, und der Antriebsteil (18) weist einen Abschnitt (56), in dem das Befestigungselement (60) aufnehmbar ist, auf.

Description

Bezugnahme auf zugehörige Anmeldungen
[0001] Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Prioritäten der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/904,678 vom 2. März 2007 und der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/905 157 vom 6. März 2007. Die Offenbarungen der vorgenannten Anmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme mit umfasst.
Technisches Gebiet
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft mit einem Gewinde versehene Befestigungselemente und insbesondere eine Antriebsanordnung zum Einführen von mit einem Gewinde versehenen Befestigungselementen.
Hintergrund der Erfindung
[0003] Die Ausführungen in diesem Abschnitt schaffen lediglich zu der Erfindung gehörige Hintergrundinformationen und bilden nicht notwendigerweise Stand der Technik.
[0004] Typische Vorgehensweisen beim Einführen von Befestigungselementen umfassen das Beaufschlagen eines mit einem Gewinde versehenen Befestigungselementes mit einem Drehmoment, um das Befestigungselement unter Drehung in eine Struktur einzutreiben. Die Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes ist üblicherweise grösser als das das Befestigungselement beaufschlagende Drehmoment, um ein Zerstören des Befestigungselementes vor dem Abschluss des Einführvorganges zu verhindern. Dass das Befestigungselement beaufschlagende Drehmoment erhöht sich bei Einsatz eines selbstschneidenden Befestigungselementes aufgrund der zusätzlichen Kraft, die erforderlich ist, um Gewindegänge in die Struktur einzubringen.
Zusammenfassende Erläuterung der Erfindung
[0005] Eine Vorrichtung gemäss der vorliegenden Erfindung verfügt über ein mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement, das eine Torsionsfestigkeit aufweist, und über eine mit dem Befestigungselement in Eingriff stehende Antriebsanordnung. Die Antriebsanordnung ist dazu eingerichtet, das Befestigungselement mit einer ersten Drehgeschwindigkeit in eine Struktur einzutreiben und das Befestigungselement mit einer drehmomentbedingten Kraftkomponente zu beaufschlagen.
[0006] Das Befestigungselement ist dazu eingerichtet, eine auf die erste Drehgeschwindigkeit zurückgehende, durch kinetische Energie bedingte Kraftkomponente aufzuweisen und die Struktur mit einer Gesamtkraft zu beaufschlagen, die die drehmomentbedingte Kraftkomponente und die durch kinetische Energie bedingte Kraftkomponente umfasst. Das Befestigungselement kann somit auf der Grundlage der Gesamtkraft Gewindegänge in die Struktur schneiden. Die Gesamtkraft kann grösser oder auch gleich einer Kraft sein, die erforderlich ist, die Gewindegänge einzuschneiden, und die drehmomentbedingte Kraftkomponente kann kleiner als die Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes sein.
[0007] Die Antriebsanordnung kann weiterhin das Eintreiben beenden, wenn ein Befestigungsabschnitt des Befestigungselementes über einen vorbestimmten Weg in die Struktur eingeführt ist.
[0008] Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich aus der hiermit vorgelegten Beschreibung. Es versteht sich, dass die Beschreibung und die spezifischen Ausführungsbeispiele lediglich Erläuterungszwecken dienen und nicht dazu vorgesehen sind, den Umfang der vorliegenden Offenbarung einzuschränken.
Zeichnungen
[0009] Die nachfolgend erläuterten Zeichnungen dienen lediglich Erläuterungszwecken und sind nicht dazu vorgesehen, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Art und Weise zu beschränken.
[0010] Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines mit Energie beaufschlagten Antriebsmittels gemäss der vorliegenden Offenbarung,
[0011] Fig. 2 eine Schnittansicht einer Adapteranordnung und eines Befestigungselementes gemäss der vorliegenden Offenbarung und
[0012] Fig. 3 ist eine weitere Schnittansicht der Adapteranordnung und des Befestigungselementes gemäss Fig. 2.
Detaillierte Beschreibung
[0013] Die nachfolgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und dient nicht dazu, die vorliegende Offenbarung, einen Einsatz oder Verwendungen einzuschränken.
[0014] Mit Bezug auf Fig. 1–3 verfügt eine Antriebsanordnung für ein Befestigungselement über ein mit Energie beaufschlagbares Antriebsmittel 12 und über eine Adapteranordnung 14. Das mit Energie beaufschlagbare Antriebsmittel 12 ist dabei ein beliebiges Mittel, das dazu eingerichtet ist, die Adapteranordnung 14 in der nachfolgend erläuterten Art und Weise anzutreiben. Das mit Energie beaufschlagbare Antriebsmittel 12 gemäss Fig. 1stammt von Micro Aire Surgical Instruments L.L.C. in Charlottesville, Virginia. Die Adapteranordnung 14 ist dazu eingerichtet, mit dem Antriebsmittel 12 in Eingriff zu kommen und angetrieben zu werden.
[0015] Zweckmässigerweise verfügt die Adapteranordnung 14 über einen Kolben 16 und über ein Antriebsteil 18. Der Kolben 16 weist einen mittigen Körperabschnitt 20, einen Verbindungsschaft 22 und einen Ausstossschaft 24 auf. Der mittige Körperabschnitt 20 ist mit einem im Wesentlichen zylinderartigen Körper 26 ausgestattet, der ein erstes Ende 28 und ein zweites Ende 30 aufweist. Eine längliche Durchlassausnehmung 32 erstreckt sich in radialer Richtung durch den zylinderartigen Körper 26 und weist in dem zylinderartigen Körper 26 auch eine Erstreckung in axialer Richtung auf. Der Verbindungsschaft 22 erstreckt sich von dem ersten Ende 28 des zylinderartigen Körpers 26 und ist mit dem mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittel 12 zum Antreiben der Adapteranordnung 14 in Eingriff bringbar. Der Ausstossschaft 24 ist beispielsweise im Wesentlichen zylinderartig oder in Gestalt eines Bohreinsatzes zum nachfolgend erläuterten Bohren eines Führungslochs 78 ausgebildet und erstreckt sich axial von dem zweiten Ende 30 des zylinderartigen Körpers 26, wobei er wie nachfolgend erläutert verschiebbar innerhalb des Antriebsteiles 18 angeordnet ist.
[0016] Das Antriebsteil 18 verfügt über einen länglichen Körper 34 mit einem ersten Ende 36 und mit einem zweiten Ende 38. Durch den länglichen Körper 34 und die ersten sowie zweiten Enden 36, 38 erstreckt sich axial eine mittige Ausnehmung 40. Ein erster Abschnitt 42 des länglichen Körpers 34 weist einen ersten Abschnitt 44 der durch diesen verlaufenden mittigen Ausnehmung 40 auf. Der erste Abschnitt 44 der mittigen Ausnehmung 40 erstreckt sich durch das erste Ende 36 und weist einen ersten Durchmesser auf, der grösser als der Durchmesser des mittigen Abschnittes 20 des zylinderartigen Körpers 26 sowie dessen zweiten Endes 30 und kleiner als der Durchmesser des ersten Endes 28 des zylinderartigen Körpers 26 ist. Eine Anzahl von Öffnungen 46, 48 erstreckt sich radial durch den ersten Abschnitt 42 des Antriebsteiles 18 nahe des ersten Endes 36.
[0017] Ein zweiter Abschnitt 49 des länglichen Körpers 34 weist einen zweiten Abschnitt 50 der durchgehenden mittigen Ausnehmung 40 auf. Der zweite Abschnitt 50 der mittigen Ausnehmung 40 ist mit einem zweiten Durchmesser ausgebildet, der unter Ausbildung einer zwischenliegenden Stufe 52 kleiner als der erste Durchmesser des ersten Abschnittes 44 ist. Der zweite Durchmesser des zweiten Abschnittes 50 ist grösser als der Durchmesser des Ausstossschaftes 24 und kleiner als der Durchmesser des zylinderartigen Körpers 26 des Kolbens 16.
[0018] Ein dritter Abschnitt 54 des länglichen Körpers 34 ist mit einer Antriebsgeometrie ausgebildet. Insbesondere weist der dritte Abschnitt 54 einen sich dadurch hindurcherstreckenden dritten Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40 auf. Der dritte Abschnitt 56 erstreckt sich durch das zweite Ende 38 des Antriebsteiles 18 und bildet eine Abfolge von Vertiefungen 58 oder eine andere Ausgestaltung einer Antriebsgeometrie an einer Innenwand des dritten Abschnittes 56. Der dritte Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40 ist mit einem dritten Durchmesser ausgebildet, der unter Ausbilden einer zwischenliegenden Stufe 59 grösser als der zweite Durchmesser des zweiten Abschnittes 50 ist.
[0019] Der zylinderartige Körper 26 ist in dem ersten Abschnitt 44 der mittigen Ausnehmung 40 angeordnet, und ein Stift 61 durchtritt die Öffnungen 46, 48 des Antriebsteiles 18 und die längliche Durchlassausnehmung 32 in dem Kolben 16 unter ein Verschieben gestattendem Koppeln des Kolbens 16 mit dem Antriebsteil 18. Der Ausstossschaft 24 erstreckt sich in dem ersten Abschnitt 44 und in dem zweiten Abschnitt 50 der mittigen Ausnehmung 40, wenn der Kolben 16 in einer rückgezogenen Stellung (wie in Fig. 2 und 3 dargestellt) ist und erstreckt sich in den dritten Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40, um, wie weiter unten näher erläutert, an dem Befestigungselement 60 anzustossen und/oder dieses auszustossen. Eine Feder 63 ist mit der Stufe 52 und dem zweiten Ende 30 des zylinderartigen Körpers 26 in Eingriff, um den Kolben 16 in die rückgezogene Stellung zu zwingen.
[0020] In dem dritten Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40 ist ein Befestigungselement 60 angeordnet. Das Befestigungselement 60 ist mit einer drehmomentbegrenzenden Stelle wie beispielsweise ersten und zweiten Abschnitten ausgebildet, die voneinander entfernbar sind, wenn ein vorbestimmter Drehmomentgrenzwert überschritten ist. Beispielsweise umfasst der erste Abschnitt einen Losbrechabschnitt 62, und der zweite Abschnitt verfügt über einen Befestigungsabschnitt 64. Der Losbrechabschnitt 62 ist mit dem Befestigungsabschnitt 64 verbunden und verfügt über eine Abfolge von Vertiefungen, die mit den Vertiefungen 58 in dem dritten Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40 in Eingriff sind, um einen Antrieb des Befestigungselementes 60 durch das mit Energie beaufschlagbare Antriebsmittel 12 sicherzustellen. Der Losbrechabschnitt 62 kann auch in dem dritten Abschnitt 56 der mittigen Ausnehmung 40 durch eine kraftschlüssige Verbindung gehalten werden. Der Befestigungsabschnitt 64 verfügt über einen Kopf 66, der einen oberen Abschnitt 68 und einen unteren Abschnitt 70 aufweist, und über einen mit einem Gewinde versehenen Schaft 72. Der Losbrechabschnitt 62 kann einstückig mit dem und an den oberen Abschnitt 68 des Kopfes 66 über einen Losbrechbereich 74 mit verringertem Durchmesser gekoppelt sein, und der mit einem Gewinde versehene Schaft 72 erstreckt sich von dem unteren Abschnitt 70. In einem Umfangsbereich des Kopfes 66 ist zweckmässigerweise eine Abfolge von Vertiefungen (nicht dargestellt) ausgebildet.
[0021] Das Befestigungselement 60 kann aus einer Vielzahl von Materialien wie ohne Anspruch auf Vollständigkeit Metalle (einschliesslich Titan, Titanlegierungen, Edelstahl, Zirkonium und CoCr), biokompatible nicht resorbierbare Materialien (einschliesslich Polyetheretherketon (PEEK) und Polyetherketonketon (PEKK)), biokompatible resorbierbare Materialien, Keramiken, Verbundmaterialien, Allotransplantate oder Xenotransplantate (einschliesslich entmineralisierter Knochenmatrix und Korallenmaterial) oder Kombinationen hiervon gebildet sein.
[0022] Die Befestigungselemente und die nachfolgend erläuterte Einführvorrichtung umfassen eine Vielzahl von Anwendungen im kraniofazialen Bereich, neurochirurgischen Bereich, spinalen Bereich, orthopädischen Bereich, oder Bereichen wie Nahtanker (Glencord-Anker), Fixieren/Verankern von kleinen Knochen, Einrichtungen zum Fixieren des vorderen Kreuzbandes (ACL) (Sehnenreparatur-Einrichtungen) und Anker für weiches Gewebe.
[0023] Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, lässt sich das Befestigungselement 60 an einer Struktur 76 wie beispielsweise Knochen, Holz oder einem anderen Material anbringen. Zweckmässigerweise wird ein Führungsloch 78 in die Struktur 76 gebohrt, und das Befestigungselement 60 wird in das Führungsloch 78 eingefügt. Insbesondere schneidet das Befestigungselement 60 Gewindegänge in das Führungsloch 78. Das Befestigungselement 60 kann daher wie eine selbstschneidende Schraube wirken. Um eine selbstschneidende Schraube einzubringen, muss an der Schraube Arbeit verrichtet werden. Arbeit ist allgemein definiert als eine über einen Weg verrichtete Kraft: <tb><sep>Arbeit = Fi x D,wobei Fi die Kraft und D der Weg ist.
[0024] Im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung ist die in der vorgenannten Definition der Arbeit genannte Kraft (Fi) im Allgemeinen eine Summe aus der Kraft (Fc), die erforderlich ist, um Gewindegänge zu schneiden (oder materialabführend einzubringen) und der von den Gewindegängen der Struktur 76 stammenden Reibungskraft (Ff1). Das Antriebsmittel 12 beaufschlagt das Befestigungselement 60 mit der Kraft (Fi), um das Befestigungselement 60 in das Führungsloch 78 einzuführen. Die durch das Befestigungselement 60 ausgeübte Kraft (Fs) umfasst grundsätzlich die Summe aus der durch das das Befestigungselement beaufschlagende Drehmoment bedingten Kraft (Ft) und der durch die in das Befestigungselement 60 eingeleitete kinetische Energie bedingten Kraft (Fk). Um das Befestigungselement 60 in die Struktur 76 einzuführen, sollte daher die Kraft (Fs) grösser als die Kraft (Fi) sein. Wenn das Befestigungselement 60 bei niedrigen Drehgeschwindigkeiten eingebracht wird, ist die durch die kinetische Energie bedingte Kraftkomponente (Fk) kleiner als die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft).
[0025] Die kinetische Energie ist im Allgemeinen definiert als: K = 1⁄2 I ω<2> <tb><sep>,wobei K die kinetische Energie, I das Trägheitsmoment und ω die Winkelgeschwindigkeit ist. Die Winkelgeschwindigkeit ist direkt proportional zu der Drehgeschwindigkeit. Daher ist die durch die kinetische Energie bedingte Kraftkomponente (Fk) direkt proportional zu dem Quadrat der Drehgeschwindigkeit, mit der das Befestigungselement 60 angetrieben wird. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Befestigungselementes 60 zunimmt, kann die zum Eintreiben des Befestigungselementes 60 in die Struktur 76 erforderliche drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) verringert werden. Insbesondere kann das Befestigungselement 60 mit einer Drehgeschwindigkeit angetrieben werden, die die zum Eintreiben des Befestigungselementes 60 in die Struktur 76 erforderliche drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) unter die Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes 60 verringert. Somit kann das Befestigungselement 60 Gewindegänge in die Struktur 76 schneiden, auch wenn die Struktur 76 einen Torsionswiderstand entgegensetzt, der grösser als die Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes 60 ist.
[0026] Sobald jedoch das Befestigungselement 60 vollständig in die Struktur 76 eingeführt ist und der Kopf 66 an der Struktur 76 anliegt, erhöht sich die zum weiteren Einführen des Befestigungselementes 60 in die Struktur 76 erforderliche Kraft (Fi) durch die Reibungskraft (Ff2) zwischen dem Kopf 66 und der Struktur 76. Um das Drehen des Befestigungselementes 60 aufrechtzuerhalten, muss die Kraft (Fs) erhöht werden. Wenn die dem Befestigungselement 60 verliehene Drehgeschwindigkeit gleich bleibt, nimmt die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) zu. Sobald die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) die Torsionsfestigkeit des Losbrechbereiches 74 übersteigt, trennt sich der Losbrechabschnitt 62 von dem Befestigungsabschnitt 64 ab. Alternativ können andere drehmomentbegrenzende Charakteristika des Befestigungselementes 60 oder des Antriebsmittels 12 ein weiteres Beaufschlagen des Befestigungsabschnittes 64 mit einem Antriebsdrehmoment begrenzen.
[0027] Die das Befestigungselement 60 zum Antrieb beaufschlagende Kraft (Fs) kann jedoch so begrenzt sein, dass sie grösser als die Summe der zum Schneiden (oder materialentfernenden Einbringen) von Gewindegängen erforderlichen Kraft (Fc) und der durch die Gewindegänge der Struktur 76 bedingten Reibungskraft (Ff1), aber kleiner als eine Durchdrehkraft (FSO) (FSO > Fs> Fc + Ff1) ist. Ein Durchdrehen kann vorkommen, wenn das Befestigungselement 60 innerhalb der Struktur 76 angeordnet und ohne weiteres Einbringen in die Struktur 76 zum Drehen angetrieben wird. Um eine derartige Durchdrehbedingung zu vermeiden, sobald das Befestigungselement 60 in die Struktur 76 eingeführt ist und der Kopf 66 des Befestigungselementes 60 an der Struktur 76 anliegt, kann die das Befestigungselement 60 beaufschlagende Kraft (Fs) so begrenzt sein, dass sie kleiner als die Summe der zum Schneiden (oder einem materialentfernenden Einbringen) der Gewindegänge erforderliche Kraft (Fc), die durch die Gewindegänge der Struktur 76 bedingte Reibungskraft (Ff1) und die zwischen dem Kopf 66 sowie der Struktur 76 herrschende Reibungskraft (Ff2) ist, die kleiner als die Durchdrehkraft (FSO) (FSO> Fc + Ff1+ Ff2 > Fs) ist.
[0028] Die oben erläuterte Anordnung kann auch benutzt werden, wenn das Befestigungselement 60 ein selbstbohrendes Befestigungselement und kein Führungsloch 78 vorhanden ist, auch wenn die voranstehende Erläuterung ein Führungsloch 78 umfasst. In der selbstbohrenden Konfiguration gilt die obige Diskussion entsprechend, ausser dass die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Kraft (Fi) durch eine Bohrkraft (Fd) erhöht ist. Entsprechend ist die durch die kinetische Energie bedingte Kraftkomponente (Fk) des Befestigungselementes 60 erhöht, um die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) unterhalb der Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes 60 zu erhalten.
[0029] Das Führungsloch 78 weist einen Durchmesser auf, der grösser als der kleinste Durchmesser und kleiner als der grösste Durchmesser des Befestigungselementes 60 ist. Die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit wird in Abhängigkeit der Relation zwischen der Grösse des Führungslochs 78, dem grössten Durchmesser des Befestigungselementes 60, der Länge des mit einem Gewinde versehenen Schaftes 72 und der Materialdichte der Struktur 76 im Verhältnis zu der Materialdichte des Befestigungselementes 60 verändert.
[0030] Mit Zunahme des Durchmessers des Führungslochs 78 nimmt insbesondere die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit ab, und bei Verringern des Durchmessers des Führungslochs 78 ist die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit erhöht. Entsprechend ist bei Vergrössern der Länge des mit einem Gewinde versehenen Schaftes 72 die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit erhöht, und bei Verringern der Länge des mit einem Gewinde versehenen Schaftes 72 ist die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit verringert. Bei Erhöhen der Materialdichte der Struktur 76 in Bezug auf die Materialdichte des Befestigungselementes 60 ist die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit erhöht, und bei Verringern der Materialdichte der Struktur 76 in Bezug auf die Materialdichte des Befestigungselementes 60 ist die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderliche Drehgeschwindigkeit verringert.
[0031] Im Betrieb wird die Adapteranordnung 14 mit dem mit Energie versorgten Antriebsmittel 12 gekoppelt, und für das mit Energie versorgte Antriebsmittel 12 wird eine Antriebsgeschwindigkeit gewählt. Das Befestigungselement 60 wird in die Adapteranordnung 14 eingeführt, ein Ende des Befestigungselementes 60 wird in eine Öffnung des Führungslochs 78 eingeführt und das Befestigungselement 60 wird axial mit dem Führungsloch 78 ausgerichtet. Dann wird, wie oben erläutert, das Befestigungselement 60 in das Führungsloch 78 eingetrieben.
[0032] Insbesondere kann das mit Energie versorgte Antriebsmittel 12 schnell anstatt nach und nach in Betrieb gesetzt werden, um schnell eine gewünschte Drehgeschwindigkeit zu erreichen. Sobald das mit Energie versorgte Antriebsmittel 12 in Gang gesetzt worden ist, um die erforderliche Drehgeschwindigkeit zum Eintreiben des Befestigungselementes 60 in die Struktur 76 zu erhalten, wird auf das Befestigungselement 60 durch Versetzen des Kolbens 16 in Eingriff mit dem Befestigungselement 60 eine nach unten gerichtete Kraft ausgeübt. Das Befestigungselement 60 kann aus einem Material hergestellt sein, das eine grössere oder eine geringere Torsionsfestigkeit als der Torsionswiderstand der Struktur 76 aufweist. Auch wenn das Befestigungselement 60 aus einem Material mit einer geringeren Torsionsfestigkeit als der Torsionswiderstand der Struktur 76 hergestellt ist, kann das Befestigungselement 60 dennoch einschneidend in das Führungsloch 78, wie oben erläutert, bedingt durch die auf der kinetischen Energie beruhende Kraftkomponente (Fk) und der auf dem Drehmoment beruhende Kraftkomponente (Ft) des Befestigungselementes 60 eingetrieben werden.
[0033] Wenn das Befestigungselement 60 bei einer hohen Drehgeschwindigkeit in das Führungsloch 78 eingetrieben wird, kann die durch das Befestigungselement 60 ausgeübte Kraft (Fs) gross genug sein, um eine Struktur 76 wie einen Knochen zu bearbeiten. Wenn, wie oben erläutert, die Drehgeschwindigkeit des Befestigungselementes 60 gross genug ist, verringert die durch die kinetische Energie bedingte Kraftkomponente (Fk) die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft), die zum Antreiben des Befestigungselementes 60 erforderlich ist, auf einen Wert unterhalb der Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes 60. Da sich das gesamte Befestigungselement 60 (Losbrechabschnitt 62 und Befestigungsabschnitt 64) mit einer hohen Drehgeschwindigkeit dreht, wird ein kleiner Betrag an Drehmoment über das Befestigungselement 60 übertragen, was es dem Befestigungselement 60 gestattet, Gewindegänge in die Struktur 76 zu schneiden, auch wenn die Struktur 76 einen Torsionswiderstand aufweist, der grösser als die Torsionsfestigkeit des Befestigungselementes 60 ist.
[0034] Sobald, wie oben erläutert, der Kopf 66 des Befestigungselementes 60 an einer äusseren Oberfläche der Struktur 76 anliegt, wird ein Betrag an Drehmoment, der erforderlich ist, um das Befestigungselement 60 weiter in die Struktur 76 einzutreiben, für die durch die kinetische Energie bedingte Kraftkomponente (Fk) des Befestigungselementes 60 zu gross, und die drehmomentbedingte Kraftkomponente (Ft) wird erhöht. Dann wird dem Losbrechbereich 74 Drehmoment zugeführt, was ein Ablösen des Losbrechabschnittes 62 von dem Befestigungsabschnitt 64 zur Folge hat. Das mit Energie beaufschlagte Antriebsmittel 12 wird dann abgeschaltet, und der Losbrechabschnitt 62 wird dann unter Einsatz des Ausstossschaftes 24 aus der Adapteranordnung 14 ausgestossen.
[0035] Bei der oben erläuterten Vorrichtung können mehrere Parameter zum Antreiben des Befestigungselementes 60 variiert werden. Beispielsweise können die zur geeigneten Abstimmung von Befestigungselement und Antrieb gemäss der voranstehend erläuterten Vorrichtung verwendeten Parameter den grössten und kleinsten Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Schaftes 72, die Länge des mit einem Gewinde versehenen Schaftes 72, den Durchmesser des Führungslochs 78, die auf das Befestigungselement 60 ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft, die Zunahme der Geschwindigkeit des mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittels 12, die Sollgeschwindigkeit des mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittels 12, die Rate an Auslösebetätigung des mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittels 12 und Materialeigenschaften der Struktur 76 und des Befestigungselementes 60 wie die Materialdichten umfassen. Insbesondere zeigt die unten stehende Tabelle 1 verschiedene Konfigurationen und zugeordnete Parameterwerte zum Antreiben eines Befestigungselementes 60 in der oben erläuterten Art und Weise. Die unten aufgeführten Konfigurationen sind Beispiele und grundsätzlich auf eine als Knochen ausgebildete Struktur 76 und ein aus einem Polymer hergestelltes Befestigungselement 60 anwendbar. Wie oben erläutert, kann das Befestigungselement 60 aus einem Material hergestellt sein, das eine grössere oder eine kleinere Torsionsfestigkeit als der Torsionswiderstand der Struktur 76 aufweist. In den unten angeführten Beispielen hat das aus einem Polymer hergestellte Befestigungselement 60 eine Torsionsfestigkeit, die kleiner als der Torsionswiderstand von Knochen ist. <tb>Grössster Durchmesser (mm) des Befestigungselementes 60<sep>Schaftlänge (mm) des Befestigungselementes 60<sep>Durchmesser des Führungslochs 78 (mm)<sep>Antriebsgeschwindigkeit (Upm) <tb>1,5<sep>5<sep>1,3<sep>12.000 <tb>1,5<sep>3<sep>1,1<sep>20.000 <tb>1,5<sep>4<sep>1,1<sep>25.000–30.000 <tb>1,5<sep>4<sep>1,2<sep>25.000–30.000 <tb>1,5<sep>5<sep>1,1<sep>25.000–30.000 <tb>1,5<sep>5<sep>1,2<sep>25.000–30.000 <tb>1,5<sep>8<sep>1,3<sep>25.000–30.000

Claims (6)

1. Mit einem Gewinde versehenes Befestigungselement (60), welches aus einem Losbrechabschnitt (62) und einem Befestigungsabschnitt (64) besteht, – wobei der Losbrechabschnitt (62) eine Abfolge von Vertiefungen (58), die mit korrespondierenden Vertiefungen in einer Adapteranordnung (14) in drehbaren Eingriff bringbar sind, aufweist, und – wobei der Befestigungsabschnitt (64) einen Kopf (66), welcher mit einem oberen Abschnitt (68), der über einen Losbrechbereich (74) mit verringertem Durchmesser mit dem Losbrechabschnitt (62) verbunden ist sowie einen unteren Abschnitt (70) aufweist, der mit einem mit dem Gewinde versehenen Schaft (72) des Befestigungselementes (60) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Losbrechbereich (74), mit dem der obere Abschnitt (68) des Kopfes (66) mit dem Losbrechabschnitt (62) verbunden ist, eine Schwächestelle darstellt, welche bricht, wenn ein vorgegebener Drehmomentgrenzwert überschritten ist, so dass sich der Losbrechabschnitt (62) des Befestigungselementes (60) vom Befestigungsabschnitt (64) trennt.
2. Befestigungselement (60) nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem Polymer, einem Metall, einem biokompatiblen nicht resorbierbaren Material, einem biokompatiblen resorbierbaren Material, einer Keramik, einem Verbundmaterial, einem Allotransplantat oder einem Xenotransplantat gebildet ist.
3. Befestigungselement (60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentgrenzwert genügend gross vorgegeben ist, so dass das Befestigungselement (60) in eine Struktur (76), welche Knochenmaterial umfasst, eintreibbar ist.
4. Adapteranordnung (14) zum Eintreiben eines Befestigungselementes (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die einen Kolben (16) und einen Antriebsteil (18) umfasst, – wobei der Kolben (16) einen mittigen Körperabschnitt (20), einen Verbindungsschaft (22) und einen Ausstossschaft (24) aufweist, – wobei der mittige Körperabschnitt (20) im Wesentlichen einen zylinderartigen Körper (26) mit einem ersten Ende (28) und einem zweiten Ende (30) ist, und eine radiale längliche Durchlassausnehmung (32) die sich auch in axialer Richtung erstreckt, aufweist, und – wobei der Verbindungsschaft (22) sich axial vom ersten Ende (28) des zylinderartigen Körper (26) erstreckt und mit einem mit Energie beaufschlagbaren Antriebsmittel (12) zum Antreiben der Adapteranordnung (14) in Eingriff bringbar ist, und – wobei der Ausstossschaft (24) sich axial von dem zweiten Ende (30) des zylinderartigen Körpers (26) erstreckt und verschiebbar innerhalb des Antriebsteiles (18) angeordnet ist, und – wobei der Antriebsteil (18) ein länglichen Körper (34) mit einem ersten Ende (36) und einem zweiten Ende (38) mit mittiger Ausnehmung (40) ist, dessen zweites Ende (38) einen Abschnitt (56) aufweist, in dem das Befestigungselement (60) aufnehmbar ist.
5. Adapteranordnung (14) nach Anspruch 4, wobei der Ausstossschaft (24) in Form eines Bohreinsatzes zum Bohren eines Führungslochs (78) in eine Struktur (76) ausgebildet ist.
6. Antriebsanordnung für ein Befestigungselement (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein mit Energie beaufschlagbares Antriebsmittel (12) und eine Adapteranordnung (14) nach Anspruch 4 oder 5 umfasst.
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