CZ185697A3 - Process for producing structural elements from thermoplastic materials being reinforced by fibers and a structural element produced in such a manner - Google Patents

Description

Způsob výroby konstrukčních prvků z termoplastů vyztužených vlákny a konstrukční prvek vyrobený tímto způsobem

Oblast techniky

Vynález se -týká způsobu výroby konstrukčních prvků z termoplastů vyztužených vlákny, při kterém se nejdříve z krátkých, dlouhých nebo nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla v negativní formě přetvařuje ve výsledný konstrukční prvek. Vynález se dále týká způsobu výroby na tah, ohyb a/nebo zkrut namáhaných konstrukčních prvků z termoplastů vytužených vlákny, při kterém se nejdříve z nejméně 50 % objem, nejméně převážně nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla tlakem vytvaruje v negativní formě na konečný tvar konstrukčního prvku. Vynález se konečně týká konstrukčního prvku z termoplastů vyztužených vlákny, vyrobeného tímto způsobem.

Dosavadní stav techniky

Konstrukční prvky z termoplastů, které jsou vyztuženy vlákny, se používají převážně jako spojovací prvky. Lze jimi nahradit například kovové šrouby. Při použití v lékařské technice, tedy například jako šrouby do kostí, jsou právě šrouby z vlákny vyztužených termoplastů podstatně vhodnější, protože jsou svou strukturou s kostmi kompatibilní, nevznikají žádné problémy s odolností proti korozi, ve srovnání s kovovými šrouby se dosáhne nižší hmotnosti a na rozdíl od použití kovových prvků se vyloučí nepříznivé ovlivňování výsledků běžných lékařských vyšetřovacích metod.

Jsou již známy šrouby, popřípadě závitové čepy, z termoplastických umělých hmot, které jsou vyztuženy vlákny. Polotovary těchto šroubů se vyrábějí souosým vytlačováním nebo vícesložkovým vstřikovacím litím. U tohoto provedení, které je známo z dokumentu DE-A-40 16 427, se jako výchozí materiál použijí plné kulaté tyče, které byly vyrobeny souosým -vytlačováním. Pro oblast jádra, se v jednom vytlačovacím stroji připraví termoplastový granulát s vlákny dlouhými 5 až 10 mm, zatímco pro povrchové oblasti se v druhém vytlačovacím stroji připraví termoplastový granulát s krátkými vlákny. Takto se dosáhne výchozího materiálu s koaxiálním uspořádáním dlouhých vláken uvnitř a krátkých vláken při povrchu. Dlouhá vlákna v oblasti vnitřního jádra jsou zásluhou procesu vytlačování orientována převážně ve směru osy, krátká vlákna při povrchu pak přenášejí střižné síly, které působí na závity. Vlastní závity se vyrobí následným tvarováním za studená, například pomocí hlav nebo strojů pro válcování závitů. Zmíněné tvarování za studená je umožněno právě přítomností krátkých vláken, přesto se však právě v důsledku krátkých vláken dosahuje jen nižších hodnot pevnosti v oblasti závitů.

Při způsobu podle dokumentu DE-T2-68919466 se polotovar vloží do dělené formy a tvaruje v této dělené formě. Polotovar se do dutiny ve formě vloží studený, následně se zahřeje, vytvaruje a ochladí. Je tedy možné pouze jedno tvarování v omezeném rozsahu, kromě toho je přídavně prakticky nemožné ovlivnit orientaci vláken, v každém případě je toto ovlivnění předem nedefinovatelné .

Úkolem vynálezu je s přihlédnutím k těmto nedostatkům známých způsobů nalezení takového způsobu výroby konstrukčních prvků z vlákny vyztužených termoplastů, který umožní optimální přizpůsobení vlastností konstrukčního prvku účelu jeho použití. Dalším úkolem vynálezu je nalezení takové struktury konstrukčního prvku vyrobeného tímto způsobem, která ve zvýšené míře umožní přizpůsobení vlastností konstrukčního prvku, zejména přenosu a rozložení sil, popřípadě pevnosti a tuhosti, povaze a struktuře tělesa, se kterým má tento konstrukční prvek spolupůsobit.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol řeší a nedostatky známých způsobů tohoto druhu do značné míry odstraňuje způsob výroby konstrukčních prvků z termoplastů vyztužených vlákny, při kterém se nejdříve z krátkých, dlouhých nebo nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla v negativní formě přetvařuje ve výsledný konstrukční prvek, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že polotovar se nejdříve zahřeje v předehřívacím stupni na tvarovací teplotu a následně se pod tlakem natlačí do negativní formy. Vlákna, která jsou jsou rozložena v celém průřezu polotovaru, se zmíněným protlačováním zorientují a rozloží zcela cíleně a regulovatelně. Orientace a rozložení vláken a tím i mechanické vlastnosti konstrukčního prvku vyrobeného tímto způsobem mohou být takto speciálně předurčeny a ovlivněny procesními parametry způsobu výroby. Orientaci vláken lze přídavně ovlivnit protlačováním, takže lze docílit různých hodnot pevnosti po délce daného konstrukčního prvku.

Předmětem vynálezu je rovněž způsob výroby na tah, ohyb a/nebo zkrut namáhaných konstrukčních prvků z termoplastů vyztužených vlákny, při kterém se nejdříve z nejméně 50 % objem, nejméně převážně nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla tlakem vytvaruje v negativní formě na konečný tvar konstrukčního prvku, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že polotovar se nejdříve zahřeje v předehřívacím stupni na tvarovací teplotu a následně se pod tlakem natlačí do negativní formy. Právě při použití vysokého podílu a tím i hustoty nekonečných vláken lze dobře regulovat tuhost a pevnost vyráběného konstrukčního prvku. Přesná definovatelnost a možnost předvídání optimálního průběhu vláken a jejich optimální hustoty v určitých oblastech konstrukčního prvku se příznivě projevuje zejména u složitě tvarovaných konstrukčních prvků.

Je výhodné, jestliže polotovar se připraví jako tyčový materiál a před protlačováním za tepla ve výsledný konstrukční prvek se nařeže na potřebné délky. Délky materiálu potřebné pro výsledný konstrukční prvek se oddělí od předem připraveného tyčového materiálu a následně se zavedou do procesu protlačování za tepla. Použije se tedy postup, který je podobný postupu při protlačování kovových konstrukčních prvků.

V případě použití nekonečných vláken je výhodné, jestliže se v polotovaru použijí nekonečná vlákna o délce odpovídající nejméně délce polotovaru pro výsledný konstrukční prvek. Takto lze dosáhnout dále zvýšené tuhosti a pevnosti konstrukčního prvku.

Je také možný postup spočívající v tom, že se tvaruje polotovar sestávající z vrstev s různými orientacemi vláken, která probíhají v podélném směru tohoto polotovaru. Tímto se pro způsob podle vynálezu vytvářejí nesčetné nové oblasti jeho použití, protože proces se vždy může přizpůsobit danému speciálnímu účelu použití konstrukčního prvku, u kterého lze dosáhnou přesně předem definovatelné pevnosti a tuhosti.

V této souvislosti s tím je také možné, že se bude tvarovat polotovar sestávající z více než jednoho kompozitního polymeru, například s více vrstvami s různými materiály matrice a různým uspořádáním a/nebo různým procentním objemovým podílem a/nebo různými materiály vláken a/nebo různými délkami těchto vláken. Také těmito opatřeními lze dosáhnout přesného přizpůsobení vyráběného konstrukčního prvku požadavkům na něj kladeným.

V téže souvislosti může být také výhodné, jestliže polotovar se ve výsledný konstrukční prvek tvaruje protitaktovým protlačováním. Polotovar oddělený od výchozího tyčového materiálu se tvaruje v odpovídající protlačovací formě, přičemž se může použít tak zvaný protlačovací proces podle DIN 8583. Při protitaktovém protlačování se polotovar ve výsledný konstrukční prvek v negativní formě vytvaruje vícenásobnými pohyby v obou směrech. Tento postup je zvláště výhodný při výrobě konstrukčních prvků ve tvaru lišt nebo desek.

Na rozdíl od protitaktového protlačování kovových prvků je zde podstatný odlišný znak spočívající v tom, že polotovar se před protlačováním nebo protitaktovým protlačováním zahřeje v ohřívacím stupni na tvarovací teplotu v rozsahu například 350 až 450 °C a poté se vtlačí do negativní formy, načež se v následující fázi dotlačování ochladí pod teplotu zeskelnatění termoplastu, například pod teplotu 143 °C. Ve srovnání se známým způsobem protlačování kovových prvků je zde tedy rozdíl spočívající v tom, že při zpracování vlákny vyztužených termoplastů se polotovar netvaruje za pokojové teploty, nýbrž za teploty nad teplotou tavení nebo změknutí materiálu matrice.

Kromě toho je výhodné, jestliže při protlačování za tepla se jako separátor použije uhlík nebo grafit. Tento druh separátoru se při tvarování termoplastů zřejmě dosud nepoužíval. Dosáhne se tak přídavné zvláštní výhody spočívající v tom, že například grafit, na rozdíl od dosud používaných povrchových vrstev nebo separátorů pro umělé hmoty, je biologicky kompatibilní, takže je vhodný právě pro konstrukční prvky pro medicínské účely.

Dále je výhodné, jestliže se zpracovává polotovar z materiálu PAEK (poly-aryl-ether-keton) vyztuženého uhlíkovými vlákn. Ukázalo se, že právě při použití tohoto materiálu se dosahuje takové pevnosti v tahu z něj vyrobeného konstrukčního prvku, která jev průměru o 30 % nižší než pevnost v tahu srovnatelného ocelového konstrukčního prvku. Pro obor použití takových konstrukčních prvků z vlákny vyztužených termoplastů je to však více než dostatečná pevnost, protože vždy se musí také uvážit, s jakými materiály má takový konstrukční prvek spolupůsobit. Právě při použití v medicínské technice, například u kostních šroubů či destiček nebo kolejniček, je takto vysoká pevnost naprosto dostatečná, protože konstrukční prvky mají takto přesto téměř trojnásobně vyšší pevnost než kost.

Kromě toho je při způsobu podle vynálezu výhodné, jestliže v polotovaru obsahujícím nejméně podíl nekonečných vláken probíhají tato vlákna rovnoběžně s osou tohoto polotovaru. Je také možná varianta spočívající v tom, že v polotovaru obsahujícím nejméně podíl vláken probíhají tato vlákna vůči ose tohoto polotovaru pod úhlem v rozsahu 0 až 90°. Zejména při výrobě protáhlých konstrukčních prvků, například ve tvaru šroubu nebo montážního prvku ve tvaru pásku, se takto dosáhne mimořádných možností přizpůsobení pevností jednotlivých oblastí konstrukčního prvku. Modul pružnosti šroubů, které byly vyrobeny z polotovarů s vlákny probíhajícími rovnoběžně s osou, je přiměřeně vyšší, takové šrouby jsou tedy obecně tužší. Ukázalo se, že při použití protlačování lze dosáhnout změny průběhu vláken oproti průběhu vláken v polotovaru, takže ve spojení se speciální orientací vláken v polotovaru je takto k dispozici další faktor, kterým lze za účelem přizpůsobení aplikaci měnit orientaci vláken v konstrukčním prvku.

Při provádění způsobu podle vynálezu se mohou použít vlákna o délce nejméně 3 mm. Ve všech známých vlákny vyztužených termoplastech pro výrobu příslušných konstrukčních prvků se zpravidla používají krátká nebo dlouhá vlákna. Použití vysokého podílu více než 50 % objem, nekonečných vláken dává ve spojení s tvářením za tepla optimální možnost ovlivnění pevnostních vlastností jednotlivých oblastí konstrukčního prvku, takže lze dosáhnout speciálně lokálně volených tuhostí konstrukčního prvku.

Další výhodný znak způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že vlákna se při protlačování povrchově překryjí a obklopí materiálem matrice. Zásluhou toho není u takto za tepla protlačováním vyrobených konstrukčních prvků zapotřebí již žádné další opracování, protože prakticky veškerý jejich povrch je již zacelený. Výsledkem protlačování za tepla je tedy již hotový konstrukční prvek.

Do rámce vynálezu však spadá i možnost provedení přídavné povrchové úpravy konstrukčních prvků v průběhu tváření za tepla. Působením teploty tvářecího nástroje nebo pomocí vhodných přídavných prostředků, například povrchových vrstev nebo separátorů, lze dosáhnou přídavného zacelení nebo jiného zušlechtění povrchu hotových konstrukčních prvků.

Zásluhou tváření za tepla se nabízejí různé možnosti regulace procesu výroby. Způsob podle vynálezu tak dává možnost, že poloha a orientace vláken ve výsledném konstrukčním prvku se ovlivňují teplotou při protlačování a rychlostí tohoto protlačování. Konstrukční prvky se kromě toho při tváření za tepla přídavně povrchově zušlechtují.

Předmětem vynálezu je rovněž konstrukční prvek z termoplastů vyztužených vlákny, vyrobený způsobem podle vynálezu. Průběh vláken v tomto konstrukčním prvku je pro dosažení oblastí s lokálně předurčenými tuhostmi a pevnostmi předurčen podle tvaru a použití konstrukčního prvku. Nejvyšších hodnot pevnosti v tahu se například dosáhne u konstrukčních prvků, při jejichž výrobě se použily vysoké rychlosti tváření a vysoké teploty polotovaru. Maximálních hodnot pevnosti ve zkrutu se naproti tomu dosáhne při použití poměrně nízké teploty a rychlosti tváření. Při provádění způsobu výroby vlákny vyztužených termoplastů podle vynálezu je tedy řada možností, jak daný konstrukční prvek přizpůsobit účelu jeho speciálního použití, přičemž je také docela dobře možné, že výrobní proces bude složen například ze dvou nebo více než dvou operací s různými rychlostmi tváření.

V závislosti na tvaru a použití konstrukčního prvku lze použít předem určitelný průběh vláken, který může zohledňovat podélný směr konstrukčního prvku, jeho průměr, tlouštku, tvar nebo otvory, prohlubně, vybrání nebo podobně, popřípadě v konstrukčním prvku vytvářet oblasti s různou orientací, popřípadě různými průběhy vláken. Takový konstrukční prvek je pak zvláštním spůsobem přizpůsobitelný speciálnímu účelu jeho použití. U takového konstrukčního prvku lze tedy přenos a rozkládání sil lépe přizpůsobit vlastnostem a povaze tělesa, spojovaného s tímto konstrukčním prvkem. Toto platí zejména pro medicínskou techniku, například pro kostní šrouby nebo pro medicínské montážní prvky a připevňovací pásky a podobně, analogicky však také pro použití i v jiných oborech, například ve strojírenství, elektrotechnice, elektronice nebo v kosmické technice.

Je proto výhodná varianta spočívající v tom, že konstrukční prvek je proveden jako spojovací prvek s úchytným koncem pro nástroj a dříkem-se závitem a s v důsledku různé orientace vláken se měnící tuhostí po délce mezi úchytným a volným koncem tohoto spojovacího prvku. Toto zejména v oblasti medicínské techniky, to jest u konstrukčních prvků spojovaných s kostí, umožňuje přizpůsobení konstrukčního prvku přirozené struktuře kosti, takže takto může vzniknout lehký, nemagnetický, pro rentgenové paprsky prostupný a biologicky kompatibilní spojovací prvek. Na rozdíl od dosud běžných, převážně kovových šroubů, lze zásluhou přizpůsobení struktury a průběhu vláken vytvořit pro daný účel opravdu vhodný konstrukční prvek.

Další výhodné řešení konstrukčního prvku podle vynálezu spočívá v tom, že vlákna od úchytného konce až po bezprostředně na tento úchytný konec navazující chody závitu probíhají nejméně přibližně rovnoběžně se střední osou konstrukčního prvku a vlákna ve zbylém úseku závitu sledují v blízkosti povrchu v osovém směru obrysy tohoto závitu, přičemž v jádru tohoto úseku se směrem k volnému konci konstrukčního prvku zvyšuje náhodnost orientace těchto vláken. Zásluhou tohoto řešení se nejvyšší pevnosti dosáhne právě v oblasti úchytného konce a v navazující oblasti závitu, zatímco oblast úseku závitu zasahujícího do prostoru kosti má naproti tomu nižší pevnost v tahu, protože také právě v této oblasti by neměly být podchycovány žádné tažné síly.

U takového konstrukčního prvku podle vynálezu je tedy výhodné, jestliže v důsledku různé orientace vláken se směrem od úchytného konce k volnému konci stupňovitě nebo plynule zmenšuje tuhost tohoto konstrukčního prvku. Takto lze zásluhou průběhu vláken, který vyplývá ze způsobu výroby podle vynálezu a přirozeně také z rychlosti tváření, docílit přesného přizpůsobení konstrukčního prvku účelu jeho použití.

Jiná další, varianta konstrukčního prvku podle vynálezu spočívá v tom, že je v něm vytvořen nejméně jeden slepý otvor nebo průchozí otvor, například pro zavedení otočného nástroje nebo pro zavedení připevňovacích prvků. Zásluhou tohoto řešení je umožněno, aby se na tento konstrukční prvek při jeho zašroubovávání a zejména při jeho případně potřebném vyšroubovávání přenášely potřebné torzní sily. Výhod se dosahuje i v případě průchozích otvorů nebo podobně v plochých konstrukčních prvcích, protože zvláštní orientací vláken lze vyztužit oblast kolem otvoru. V této souvislosti je výhodné, jestliže slepý otvor nebo průchozí otvor je vytvarován při výrobě tohoto konstrukčního prvku. Právě při tváření za tepla je řada přídavných možností k tomu, aby se již při tomto tváření zároveň vytvořily i příslušné slepé, popřípadě průchozí otvory pro zasunutí otočného nástroj e.

Zvláštní aplikací konstrukčního prvku podle vynálezu je jeho provedení jako kortikální šroub nebo šroub do houbovité kostní tkáně, který je strukturálně kompatibilní pro medicínské účely.

Další možná varianta konstrukčního prvku podle vynálezu spočívá v tom, že tento konstrukční prvek je proveden jako montážní prvek s jedním nebo více průchozími otvory a/nebo s výstupky vytvořenými na jeho podélných, popřípadě bočních stranách, přičemž je předurčena tuhost a pevnost po celé délce a/nebo šířce a/nebo průměru tohoto montážního prvku. Způsobem podle vynálezu lze tedy vyrábět libovolná provedení konstrukčních prvků zvláštních tvarů, přičemž lze dosáhnout potřebné pevnosti a tuhosti určitých oblastí konstrukčního prvku, protože tato pevnost a tuhost je předurčena již diskutovanou volitelnou orientací a hustotou vláken.

V této souvislosti je dále výhodné, že jako montážní prvek provedený konstrukční prvek má zásluhou hustšího uspořádání vláken v oblasti průchozího otvoru a/nebo vyčnívajícího výstupku, která je obvykle zeslabena, stejnou pevnost a tuhost jako ve svých ostatních oblastech. Každý konstrukční prvek tedy může být proveden tak, že již nemá žádné zeslabené oblasti, takže ve všech jeho oblastech lze docílit pevnosti a tuhosti potřebné i pro zcela speciální účely použití.

Takto přizpůsobená pevnost a tuhost konstrukčního prvku je optimální zejména v tom případě, že konstrukční prvek je proveden jako osteosyntetická destička, například pro použití s kortikálním šroubem nebo šroubem do houbovité kostní tkáně.

Přehled obrázků na výkresech

Podstata vynálezu je dále objasněna na neomezujících příkladech jeho provedení, které jsou popsány na základě připojených výkresů, které znázorňují:

- na obr. 1 úsek tyčového polotovaru, z části v řezu, je patrná orientace v něm obsažených nekonečných vláken ve směru jeho osy,·

- na obr. 2 konstrukčníprvek ve tvaru šroubu se schematickým naznačením rozložení orientace vláken v tomto šroubu;

- na obr. 3 diagram průběhu tuhosti po délce konstrukčního prvku provedeného jako spojovací prvek;

- na obr. 4 principiální schéma možného provedení protlačovacího nástroje k výrobě konstrukčního prvku, s naznačenými teplotními zónami;

- na obr. 5 schematické znázornění protlačovacího nástroje;

- na obr. 6 principiální schéma výroby konstrukčního prvku protitaktovým protlačováním; a

- na obr. 7 v půdorysném pohledu konstrukční prvek vyrobený protitaktovým protlačováním, konstrukční prvek je použitelný zejména pro osteosyntézu.

Příklady provedení vynálezu

V následujícím popisu způsobu podle vynálezu a tímto způsobem vyrobeného konstrukčního prvku se vychází z toho, že konstrukčním prvkem je, jak je znázorněno na obr. 1 až 5, především šroub, který se speciálně používá v lékařské technice, tedy například jako kortikální šroub nebo šroub do houbovité kostní hmoty (spongiosa) , nebo je tímto konstrukčním prvkem podle obr. 6 a 7 montážní prvek, zejména osteosyntetická destička, která spolupůsobí s výše uvedeným spojovacím prvkem. Do rámce vynálezu však samozřejmě spadají i jiné konstrukční prvky z termoplastu vyztuženého vlákny, vyrobené způsobem podle vynálezu. Použití těchto konstrukčních prvků není omezeno jen na lékařskou techniku. Je zcela dobře možné představit si použití takových konstrukčních prvků také v jiných oborech, například ve strojírenství, elektrotechnice, kosmické technice, v pozemním a důlním stavitelství a podobně. Konstrukční prvky nemusejí také vždy nutně představovat spojovací prvky, například šrouby, nýbrž mohou být provedeny jako konstrukční prvky zcela jiných tvarů, například jako kolejnice nebo desky. Lze si také například představit, že šrouby z termoplastu vyztuženého vlákny, které obvykle nejsou provedený jako samovrtné, se opatří vhodným vrtacím prvkem, který je případně rovněž zhotoven z biologicky kompatibilního materiálu nebo se po procesu vrtání může snadno odstranit. Podle okoností není takové odstranění v některých oblastech použití vůbec zapotřebí. Příklad bude objasněn na základě vlákny vyztuženého termoplastu, který je zhotoven z nekonečných vláken, jejichž podíl činí nejméně 50 % objemových. Způsobem podle vynálezu však lze stejně výhodně zpracovávat i vlákny vyztužené termoplasty, které obsahují jen krátká nebo dlouhá vlákna, popřípadě kombinaci složek tvořených krátkými, dlouhými a/nebo nekonečnými vlákny. Způsob podle -vynálezu lze s dobrými výsledky použít i tehdy, jestliže podíl vláken v polotovaru je pod 50 % objem.

Spojovací prvek, který je na výkresech znázorněn jako šroub 1, sestává v podstatě z hlavy 2 s úchytem 3 pro přenos síly z neznázorněného nástroje, vykonávajícího otočný pohyb, a z dříku 5, který je opatřen závitem 4. Z obr. 2 je patrné, že podstatný je zejména průběh nekonečných vláken £ uvnitř šroubu 1. Zásluhou záměrně lokálně orientovaných vláken 6 uvnitř struktury šroubu 1 se dosáhne místně cíleně regulované tuhosti tohoto šroubu 1. Zásluhou toho lze při aplikaci tohoto šroubu 1 pro corticalis přizpůsobit tuhost tohoto šroubu 1 přirozené struktuře kosti. Použitím kompositní hmoty z termoplastu s uhlíkovými vlákny se získá lehký a biologicky kompatibilní spojovací prvek, který je prostupný pro rentgenové paprsky. Mimořádná výhoda takového šroubu 1 spočívá v tom, že jeho tuhost nebo gradienty tuhosti jsou přirozené struktuře kosti přizpůsobeny lépe, než je tomu u dosud běžných kovových šroubů. Vláknitou strukturou je zajištěno lepší rozložení sil, to jest nosnými již nejsou jen první tři chody závitu 4. Kromě toho, spojovací prvek podle vynálezu neovlivňuje běžné lékařské vyšetřovací metody, protože je nemagnetický a je prostupný pro rentgenové paprsky. Toto je závažná nevýhoda dosavadních kovových implantátů, mezi nimi i spojovacích prvků, které mohou učinit bezcennými výsledky vyšetřování moderními diagnostickými metodami, jako je například počítačová tomografie nebo jaderná spinová tomografie.

V důsledku tvarové paměti lze fixování takového spojovacího prvku očekávat až po delší době. Při provedení spojovacího prvku jako kortikální šroub 1 lze tento šroub 1 po přetažení s využitím zbylé pevnosti opět vyšroubovat.

Jak již bylo uvedeno, lze spojovací prvek podle -vynálezu použít obecně ve strojírenství, zejména v korozivním prostředí a tam, kde se požaduje vysoká pevnost, popřípadě řízená pevnost při nízké hmotnosti. Také v tomto případě je podstatný přenos sil prostřednictvím více než tří chodů závitu.

Pomocí hlavy 2. kortikálního šroubu 1, který je znázorněn na obr. 2, lze fixovat různé další prvky, například destičku pro osteosyntézu. Úchyt 3 může být proveden například jako vnitřní šestihran. Je však docela dobře možné použít i jiná provedení tohoto úchytu 3., například vnitřní čtyřhran, hvězdicový otvor nebo křížovou drážku.

K výrobě kortikálního šroubu 1, například s průměrem jádra 3 mm, z materiálu PAEK (poly-aryl-ether-keton) vyztuženého uhlíkovými vlákny 6 se používá se obměna protlačování, které je známo ze zpracování kovů. Speciální varianta předpokládá použití materiálu PEEK (poly-ether-ether-keton) vyztuženého uhlíkovými vlákny 6. Uváží se rozložení orientace vláken 6 a mechanické vlastnosti šroubu 1 a zohlední se v parametrech procesu výroby.

Zatížení do zlomu leží u protlačením vyrobených šroubů 1 v rozsahu mezi 3000 a 4000 N a maximální torzní moment jev rozsahu mezi 1 a 1,5 Nm, přičemž maximální úhel zkroucení podle ISOnormy 6475 činí až 370°. Šrouby 1 mají směrem od hlavy 2 ke špičce snižující se modul pružnosti a ve vztahu ke kostem je lze označit za homoeleastické.

Příroda používá ve svých strukturách velmi často princip vyztuženi vlákny. Je tedy z důvodu strukturní kompatibility výhodné, konstruovat medicínské implantáty také jako kompozitní vláknité prvky, zejména v oboru osteosyntézy je pak žádoucí náhrada běžně užívaných ocelových osteosyntetických destiček méně tuhými implantáty na bázi kompozitních vláknitých materiálů. Výhody provedení podle vynálezu se projeví právě v souvislosti s osteosyntetickými destičkami. Takový osteosyntetický systém má ve srovnání s dosud běžnými ocelovými implantáty řadu výhod. Dosáhne se především homoelasticity vůči kosti, což zajištuje vhodný přenos zatížení v kostech. Další výhodou je průchodnost takového implantátu pro rentgenové paprsky a jeho slučitelnost s jadernou spinovou tomografií. Řešení podle vynálezu kromě toho umožňuje cenově příznivou výrobu implantátu protlačováním za tepla. Jiná další přídavná výhoda spočívá v tom, že takto provedené prvky nepřinášejí žádné problémy při alergiích na nikl.

V průběhu výzkumu v této oblasti se zjistilo, že teprve použitím kostních šroubů 1 z termoplastů obsahujících uhlíková vlákna 6. a v této souvislosti způsobem výroby podle vynálezu se mohlo dosáhnout optimálního řešení. Pomocí přitom vyvinutého protlačování byly vyrobeny kostní šrouby 1 z materiálu PEAK vyztuženého uhlíkovými vlákny £ a ověřeny jejich vlastnosti.

Při protlačování kovových prvků je obrobek obvykle za pokojové teploty pomoci razníku vtlačen do formy. Postup tedy patří k tak zvaným protlačovacím metodám podle DIN 8583. Pro zpracování termoplastů vyztužených vlákny byl tento proces modifikován tak, že těleso polotovaru 7 se nepřetváří za pokojové teploty, nýbrž za teploty nad teplotou tavení matricového materiálu .

Jako výchozí polotovar 2 pro výrobu šroubů 1 slouží kulaté tyče - viz obr. 1 - z materiálu PAEK, vyztužené uhlíkovými vlákny 6., která v materiálu objemově představují více než 50 %, s výhodou 60 %, přičemž co se týká orientace vláken 6 byly použity dva různé typy polotovarů J_, to jest jednak polotovary 2 s orientací vláken 6 čistě ve směru osy, jednak polotovary 2 s orientací vláken 6. pod úhlem v rozsahu 0 ± 90°.

Těleso polotovaru 2 se ohřeje ve vyhřívaném protlačovacím nástroji £ - ohřívací stupeň - na tvářecí teplotu například 350 až 450 °C, přičemž ohřev se může provést také v za sebou následujících ohřívacích stupních 9 a 10 - viz obr. 4. Polotovar 2 kulatá tyč - se tedy zavede do prvního ohřívacího stupně 9., kde se přiměřeně předehřeje, v druhém ohřívacím stupni 10 se zahřeje dále a pak se přetvařuje v negativní formě 13 ve stupni 11. Polotovar 2 je pomocí razníku 12 vtlačen do negativní formy 13, kde získá konečný tvar. Rychlost lisování přitom může být v rozsahu 2 až 80 mm za sekundu. Lisovací tlak činil při jednotlivých pokusech přibližně 120 MPa. V průběhu následné fáze dotlačování, kdy lisovací tlak činí přibližně 90 MPa, se nástroj 8 tlakovým vzduchem ochladí pod teplotu zeskelnatění materiálu PAEK, která činí 143 °C. Po rozevření protlačovacího nástroje 8 může být hotový kortikální šroub 1 vyjmut.

Při následném testování takto vyrobeného šroubu 1 se ukázalo, že se vždy dosáhne optimálních hodnot. Vyplývá to z vysokého podílu vláken 6, použití nekonečných vláken 6 a zcela speciálního postupu tvářením za tepla při výrobě šroubu 1. Jak je patrné z obr. 2, jsou vlákna 6 v oblasti hlavy 2. orientována převážně ve směru osy šroubu 1. V oblasti dříku 5 sledují vlákna 6 na obvodu obrysy tohoto šroubu 1, to jest průběh závitů 4, zatímco v jádru šroubu 1 jsou vlákna 6. orientována převážně náhodně.

Co se týká mechanických vlastností bylo zjištěno, že střední hodnota pevnosti v tahu kortikálních šroubů 1 činí přibližně 460 N/mm². Nejvyšších pevností v tahu se dosáhlo u šroubů 1, které byly vyrobeny vysokými tvářecími rychlostmi přibližně 80 mm/s za vysokých teplot polotovaru 2, to jest za teplot přibližně 400 °C. Pevnost v krutu je u šroubů 1, které byly vyrobeny z polotovarů 7 s osově rovnoběžnou orientací vláken 6, je v průměru o 18 % vyšší než u šroubů 1 z polotovarů 2 s orientací vláken v rozsahu 0° ± 45°. Maximální hodnoty byly zjištěny u šroubů 1, které byly vyrobeny za relativně nízkých teplot kolem 380 °C s použitím nízkých rychlostí tváření kolem 2 mm/s. Modul pružnosti v podélném směru šroubu 1 není konstantní, nýbrž směrem ke konci šroubu 1 výrazně klesá. Modul pružnosti kolísá v rozmezí mezi 5 a 23 GPa, přičemž šrouby 1, které byly vyrobeny z polotovarů 2 s 0°-orientací vláken 6., to jest s osově rovnoběžnými vlákny 6, mají obecně vyšší tuhost. Toto je také jednoznačně patrné ze schematického diagramu na obr. 3. Tuhost, která je vynesena od vodorovné osy diagramu, roste směrem k hlavě 2 šroubu 1, přičemž v určitém místě délky dříku 5 se závitem 4 nastává zlom tohoto průběhu. Právě v tomto místě, jak je také patrné z obr. 2, končí v jádru šroubu 1 osově rovnoběžná orientace vláken 6.

Na příkladu kortikálního šroubu 1 je demonstrováno, že protlačováním termoplastů, které jsou vyztuženy dlouhými vlákny 6, lze tvářením za tepla vyrobit i prvky se složitou geometrií. Rozložení orientace vláken 6, které je rozhodujícím faktorem pro mechanické vlastnosti prvku, lze v určitým mezích regulovat vhodnou volbou orientace vláken 6 v polotovaru 7.. Ostatní sledované parametry procesu, jako je rychlost a teplota tváření, mají na výsledek protlačování jen nepatrný vliv.

Pevnost v tahu šroubů 1 vytlačených z materiálu PAEK, který je vyztužen vlákny 6, je v průměru o přibližně 30 % nižší než u odpovídajících a srovnatelných ocelových šroubů. Průměrná síla trhu kolem 3200 N je pro aplikaci v osteosyntéze dostatečná, protože takový šroub 1 je z kosti vytažen již při tažné síle kolem 800 až 1300 N.

ISO-norma 6475 vyžaduje u ocelových šroubů srovnatelných rozměrů minimální moment, při kterém dojde k překroucení, o hodnotě 4,4 Nm a úhel zkroucení minimálně 180°. Těchto hodnot nelze u šroubů i z termoplastů vyztužených vlákny dosáhnout, dosáhne se maximálně 1,3 Nm. Z pokusů však vyplynulo, že překroucení a tím zničení šroubu 1 při zašroubovávání do kosti je vyloučeno, protože již při točivém momentu kolem 0,8 Nm by se v kosti zničil závit 4. Pomalý úbytek zbylé pevnosti po primárním selhání by i ještě po překroucení dovolil vyšroubování poškozeného šroubu 1 z kosti.

Svým modulem pružnosti mezi 5 a 23 GPa se takto vytlačený kortikální šroub 1 svými pružícími vlastnostmi podobá kosti.

Tuhost šroubu 1 v podélném směru ke konci šroubu 1 výrazně klesá - záporný gradient tuhosti. V zašroubovaném stavu se tedy tuhá část šroubu 1, to jest hlava 2, nachází v místě hlavice kosti a tím tedy v nej tužším místě ošetřované kosti. Zásluhou takového rozložení tuhosti lze dosáhnout přenosu sil, který je do značné míry přizpůsoben struktuře kosti.

Řešením podle vynálezu byla poprvé vytvořena možnost vyrábět z vlákny vyztužených termoplastů prvky, například šrouby 1, které mají například zvláštní tvar se závitem 4, hlavou 2. a podobně, a to protlačování za tepla, přičemž na základě vlastností materiálu, zejména přesné orientace vláken 6, lze dosáhnout kompatibility s oblastí použití.

Ve výše uvedeném popisu se vycházelo z metody protlačování, která je prakticky účinná jen v jednom směru. Polotovar se přitom uvede na vhodnou teplotu, to jest do těstovítě, popřípadě medovitě tekutého stavu, a poté se vtlačí do negativní formy 13.

V rámci vynálezu je však možné, zejména při výrobě prvků ve tvaru pásku, kolejničky nebo destičky, ale také při výrobě šroubových nebo jiných spojovacích prvků a v případě zvláštních tvarů prvků nebo čepů speciálního tvaru a podobně použít metodu protitaktového protlačování. Podle okolností pak lze požadované orientace a rozložení vláken 6 dosáhnout vícenásobným lisováním v opačných směrech, tedy jedno- nebo vícenásobným obrácením směru lisování. Další podrobnosti takového postupu budou blíže vysvětleny v souvislosti s obr. 6 a 7. Protitaktové protlačování může pak mít zvláštní význam právě tehdy, jestliže ve vyráběném prvku mají být vytvořeny například slepé otvory, průchozí otvory a vybrání, nebo jestliže prvek má mít jiný zvláštní tvar. Lze pak ovlivnit speciální průběh vláken 6. a takto dosáhnout selektivně vystupňovaného vyztužení vyráběného prvku právě v té oblasti, ve které je takové mimořádné vyztužení právě požadováno.

Jako povrchová vrstva se při použití způsobu podle vynálezu použije uhlík nebo grafit. Tyto povrchové vrstvy, popřípadě separátory, se až dosud používaly prakticky jen v oblasti zpracování kovů a pro umělé.hmoty se nepoužívaly. V případě grafitu se dosahuje přídavné výhody spočívající v tom, že grafit je, na rozdíl od běžných separátorů pro umělé hmoty, biologicky kompatibilní.

Na obr. 2 je, pozorováno v axiálním směru, vytvořen v hlavě 2 jako úchyt 3 jen mělký slepý otvor. V rámci vynálezu je však také možné vytvořit v tomto místě pro nasazení šroubovacího nástroje přiměřeně hluboký slepý otvor nebo také v axiálním směru průchozí otvor. Při tomto řešení se může dosáhnout zvýšení dosud dosahovaných hodnot pevnosti v krutu, tedy vyššího momentu při zašroubovávání, protože příslušný nástroj lze pak zasunout do přiměřeně dlouhých zástrčných kanálků. Protože výroba takového šroubu 1 se provádí metodou protlačováni podle vynálezu, je toto přídavné tvarování dosažitelné bez problémů.

Právě v případě kolejniček nebo destiček se rovněž mohou vytvářet průchozí otvory, vybrání, slepé otvory a podobně, které jsou pak obklopeny vlákny 6 se speciálním průběhem.

Orientace vláken 6 ve šroubu 1 podle obr. 2, popřípadě v jiném prvku pro jinou oblast použití, je v zásadě třeba uvažovat diferencovaně. Právě zásluhou řešení podle vynálezu a použitím způsobu podle vynálezu je umožněno, aby se pro každou speciální aplikaci dosáhlo optimální orientace vláken 6 ve vyráběném prvku. Zejména při vysokém podílu vláken 6, tedy podílu přesahujícím 50 % objemových, a při použití nekonečných vláken 6 se v mnoha oblastech techniky, zejména v oblasti spojovacích prvků a v oblasti lékařské techniky docílí mimořádně vynikajících variant.

Na obr. 6 je schematicky znázorněn způsob protitaktového protlačování, přičemž jsou patrné po sobě následující fáze I až

IV tohoto procesu. Ve fázi I se polotovar 2 zavede do ohřívacího stupně - úsek 9.10 a zahřeje se tam na tvářecí teplotu. Ve fázi II je polotovar 2 vtlačen ve směru šipky 16 do negativní formy

13. Ve fázi III je již jednou vytvarovaný polotovar 2 opět vytlačen v opačném směru - šipka 17. Ve fázi IV je pak jedenkrát nebo vícekrát přetvařovaný polotovar 2 zformován a zahuštěn slisováním v hotový prvek, ochlazen a poté vyjmut.

Pomocí čepů 15, které jsou zasazeny v negativní formě 13. popřípadě skrze tuto negativní formu 13 procházejí, se mohou vyrobit prvky s průchozími otvory 14, přičemž právě při protitaktovém protlačování je polotovar 2 protlačován kolem těchto čepů 15 vícekrát. V těchto místech se tak dosáhne zcela speciálního průběhu vláken 6, který je také patrný z obr. 7. Stejného nebo podobného efektu se dosáhne také tehdy, jestliže na podélných nebo postranních okrajích konstrukčního prvku, který je zde proveden jako montážní prvek 18., by měly být různé výstupky.

V zeslabených zónách A, které mají obvykle nižší pevnost, se způsobem podle vynálezu dosáhne zhuštění vláken 6, takže se v těchto zónách A dosáhne stejné pevnosti nebo tuhosti jako v mezilehlých nezeslabených zónách B takového prvku.

Takové provedení konstrukčního prvku je vynikajícím způsobem vhodné pro osteosyntetické destičky, které se pak mohou použít například ve spojení se šrouby 1, vyrobenými způsobem podle vynálezu. Stejných výhod biologické kompability se pak přirozeně dosáhne i u těchto osteosyntetických destiček, jejichž pevnost a tuhost ostatně nijak nezaostává za až dosud převážně používanými osteosyntetickými destičkami z nerez oceli.

Při protitaktovém protlačování působí různé další přídavné parametry, kterými lze ještě dále zdokonalit definovatelnost průběhu vláken 6 a tím přizpůsobení pevnosti a tuhosti tvaru konstrukčního prvku. Může se například různě volit počet taktů, popřípadě protitaktů, délka či zdvih taktu, rychlost taktu a tlak a protitlak. Popsané fáze II a III se mohou opakovat podle potřeby, přičemž při každém taktu, popřípadě protitaktů, lze nově volit zdvih při tomto taktu. Ve fázi IV se nemusí bezpodmínečně provádět centrování konstrukčního prvku. V průběhu fází II až IV lze libovolně měnit všechny parametry.

Při takovém procesu nedochází k nadměrnému namáhání nekonečných vláken .6, takže tato nekonečná vlákna 6 se vícenásobně nelámají. Přechody mezi oblastmi s výrazně orientovanými vlákny 6 a oblastmi s homogenním rozložením vláken 6. jsou plynulé a spojité. Způsob podle vynálezu umožňuje ve srovnání se známými metodami laminování výrobu i takových konstrukčních prvků, které nemají podobu plechu. Způsob podle vynálezu umožňuje dosažení takových geometrií prvků, které jsou jinak dosažitelné jen vstřikovacím litím. Způsobem podle vynálezu se přitom dokonce dosáhne podstatně vyšších pevností. Stalo se také možným, aby se vyráběly konstrukční prvky s otvory, podříznutými místy a podobně. Orientaci vláken 6 lze přitom optimalizovat tak, že se plně využijí jejich možnosti, například co se týká jejich mechanické pevnosti. Způsob podle vynálezu dovoluje zpracování kompozitních materiálů, což je zvláště vhodné při vyztužení nekonečnými vlákny 6., V jednom konstrukčním prvku se vedle sebe nacházejí místa s isotropními a anisotropními vlastnostmi, aniž by se vytvářely hraniční plochy či jiné předěly. Protože hraniční plochy, popřípadě sváry, jsou současně místy se sníženou pevností, dosáhne se využitím vynálezu mimo jiné také snížení náchylnosti konstrukčního prvku k únavě materiálu.

Při protitaktovém protlačování podle vynálezu jsou však možné ještě další varianty. Například, protlačování v rámci jednoho taktu se nemusí provádět jen v jednom směru, nýbrž také ve dvou nebo třech hlavních osách. Dále si lze představit, že kolíky nebo čepy 15, které jsou znázorněny na obr. 6, se zasunou teprve po homogenizaci polotovaru ]_, tedy až po jedné nebo několika fázích II nebo III. Lze si také představit již homogenizovaný polotovar J_, který tedy již byl jedenkrát nebo vícekrát tvarován v předřazeném stupni.

V rámci vynálezu je také možné použít takové polotovary 7, které sestávají z podélném směru polotovaru 7 probíhajících vrstev s různými orientacemi vláken 6. Lze si také představit, že polotovar 7, vyjde-li se například z předem připraveného tyčového materiálu libovolného průřezu, bude sestávat z více než jednoho kompozitního polymerního materiálu. Polotovar 7 by v takovém případě mohl sestávat z více vrstev s různými materiály polymerní matrice nebo s různým uspořádáním a/nebo různým procentním objemovým podílem vláken 6. a/nebo s různými materiály těchto vláken 6 a/nebo s různými délkami těchto vláken 6. Při použití nekonečných vláken 6 mají tato vlákna 6. obvykle délku odpovídající nejméně délce polotovaru 2, jak se tento pro výrobu předmětného prvku v přiměřené délce oddělí od výchozího tyčového materiálu.

Claims (26)

1. Způsob výroby konstrukčních prvků z termoplastů vyztužených vlákny, při kterém se nejdříve z krátkých, dlouhých nebo nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla v negativní formě přetvařuje ve výsledný konstrukční prvek, vyznačující se tím, že polotovar (7) se nejdříve zahřeje v předehřívacím stupni (9, 10) na tvářecí teplotu a následně se pod tlakem natlačí do negativní formy (13).

2. Způsob výroby na tah, ohyb a/nebo zkrut namáhaných konstrukčních prvků z termoplastů vytužených vlákny, při kterém se nejdříve z nejméně 50 % objem, nejméně převážně nekonečných vláken a termoplastu připraví polotovar, který se protlačováním za tepla tlakem vytvaruje v negativní formě na konečný tvar konstrukčního prvku, vyznačující se tím, že polotovar (7) se nejdříve zahřeje v předehřívacím stupni (9, 10) na tvarovací teplotu a následně se pod tlakem natlačí do negativní formy (13).

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že polotovar (7) se připraví jako tyčový materiál a před protlačováním za tepla ve výsledný konstrukční prvek se nařeže na potřebné délky.

4. Způsob podle nároků 1 a 2, vyznačující se tím, že v polotovaru (7) se použijí nekonečná vlákna (6) o délce odpovídající nejméně délce polotovaru (7) pro výsledný konstrukční prvek.

5. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se tvaruje polotovar (7) sestávající z vrstev s různými orientacemi vláken (6), která probíhají v podélném směru tohoto polotovaru (7).

6. Způsob podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že se tvaruje polotovar (7) sestávající z více než jednoho kompozitního polymeru, například s více vrstvami s různými materiály matrice a různým uspořádáním a/nebo různým procentním objemovým podílem a/nebo různými materiály vláken (6) a/nebo různými délkami těchto vláken (6) .

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se tím, že polotovar (7) se ve výsledný konstrukční prvek tvaruje protitaktovým protlačováním.

8. Způsob podle některého z nároků 1 až 7, vyznačující se tím, že polotovar (7) se před protlačováním nebo protitaktovým protlačováním zahřeje v ohřívacím stupni (9, 10) na tvářecí teplotu v rozsahu například 350 až 450 °C a poté se vtlačí do negativní formy (13), načež se v následující fázi dotlačování ochladí pod teplotu zeskelnatění termoplastu, například pod teplotu 143 °C.

9. Způsob podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že při protlačování za tepla se jako separátor použije uhlík nebo grafit.

10. Způsob podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že se zpracovává polotovar (7) z materiálu PAEK (poly-aryl-ether-keton) vyztuženého uhlíkovými vlákny (6) .

11. Způsob podle některého z nároků 1 až 10, vyznačující se tím, že v polotovaru (7) obsahujícím nejméně podíl nekonečných vláken (6) probíhají tato vlákna (6) rovnoběžně s osou tohoto polotovaru (7).

12. Způsob podle některého z nároků 1 až 11, vyznačující se tím, že v polotovaru (7) obsahujícím nejméně podíl vláken (6) probíhají tato vlákna (6) vůči ose tohoto polotovaru (7) pod úhlem v rozsahu 0 až 90°.

13. Způsob podle některého z nároků 1 až 12, vyznačující se tím, že vlákna (6) mají délku nejméně 3 mm.

14. Způsob podle některého z nároků 1 až 13, vyznačující se t ím, že vlákna (6) se při protlačování povrchově překryjí a obklopí materiálem matrice.

15. Způsob podle některého z nároků 1 až 14, vyznačující se tím, že poloha a orientace vláken (6) ve výsledném konstrukčním prvku se ovlivňují teplotou při protlačování a rychlostí tohoto protlačování.

16. Způsob podle některého z nároků 1 až 15, vyznačující se tím, že konstrukční prvky se při tváření za tepla přídavně povrchově zušlechtují.

17. Konstrukční prvek z termoplastů vyztužených vlákny, vyrobený způsobem podle nejméně některého z nároků 1 až 16, vyznačující se tím, že průběh vláken (6) je pro dosažená oblastí s lokálně předurčenými tuhostmi a pevnostmi předurčen podle tvaru a použití konstrukčního prvku.

18. Konstrukční prvek podle nároku 17, vyznačuj ící se tím, že je proveden jako spojovací prvek s úchytným koncem pro nástroj a dříkem (5) se závitem (4) a s v důsledku různé orientace vláken (6) se měnící tuhostí po délce mezi úchytným a volným koncem tohoto spojovacího prvku.

19. Konstrukční prvek podle nároku 17 nebo 18, vyznačující se tím, že vlákna (6) od úchytného konce až po bezprostředně na tento úchytný konec navazující chody závitu (4) probíhají nejméně přibližně rovnoběžně se střední osou konstrukčního prvku a vlákna (6) ve zbylém úseku závitu (4) sledují v blízkosti povrchu v osovém směru obrysy tohoto závitu (4), přičemž v jádru tohoto úseku se směrem k volnému konci konstrukčního prvku zvyšuje náhodnost orientace těchto vláken (6).

20. Konstrukční prvek podle nároků 18 a 19, vyznačující se tím, že v důsledku různé orientace vláken (6) se směrem od úchytného konce k volnému konci stupňovitě nebo plynule zmenšuje tuhost tohoto konstrukčního prvku.

21. Konstrukční prvek podle některého z nároků 16 až 20, vyznačující se tím, žejev něm vytvořen nejméně jeden slepý otvor nebo průchozí otvor, například pro zavedení otočného nástroje nebo pro zavedení připevňovacích prvků.

22. Konstrukční prvek podle nároku 21, vyznačuj ící setím, že slepý otvor nebo průchozí otvor je vytvarován při výrobě tohoto konstrukčního prvku.

23. Konstrukční prvek podle některého z nároků 17 až 22, vyznačující se tím, že konstrukční prvek je proveden jako kortikální šroub (1) nebo šroub (1) do houbovité kostní hmoty a je strukturálně kompatibilní pro medicínské účely.

24. Konstrukční prvek podle nároku 17, vyznačuj ící se tím, že konstrukční prvek je proveden jako montážní prvek (18) s jedním nebo více průchozími otvory (14) a/nebo s výstupky vytvořenými na jeho podélných, popřípadě bočních stranách, přičemž je předurčena tuhost a pevnost po celé délce a/nebo šířce a/nebo průměru tohoto montážního prvku (18) .

25. Konstrukční prvek podle nároku 17 nebo 24, vyznačující se tím, že jako montážní prvek (18) provedený konstrukční prvek má zásluhou hustšího uspořádání vláken (6) v oblasti průchozího otvoru (14) a/nebo vyčnívajícího výstupku, která je obvykle zeslabena, stejnou pevnost a tuhost jako ve svých ostatních oblastech.

26. Konstrukční prvek podle nároků 17, 24 nebo 25, vyznačující se tím, že je proveden jako osteosyntetická destička, například pro použití s kortikálním šroubem (1) nebo šroubem (1) do houbovité kostní hmoty.