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Surgical instrument or part of it, e.g. retractor valves and scalpel handles, is made from polyetheretherketone with embedded carbon fibers

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Abstract

A surgical instrument or part of a surgical instrument is made from polyetheretherketone (PEEK) in which carbon fibers are embedded. Independent claims are included for: (a) a method for making a surgical instrument or a part thereof comprising coating a carbon fiber cloth with powdered PEEK and heating and compressing to mold it to the desired shape; and (b) a method as above in which a carbon fiber cloth is coated with powdered PEEK, sprayed with carbon fiber reinforced PEEK in a mold and the molding is then worked to produce the desired shape. This may be carried out using a high pressure liquid stream or a diamond or hard metal tool.

Description

Die Erfindung betrifft chirurgische Instrumente oder Teile davon sowie ein Verfahren zur Herstellung dersel­ ben.The invention relates to surgical instruments or Parts thereof and a method for manufacturing them ben.

Chirurgische Instrumente oder Teile davon, beispiels­ weise Retraktorvalven, Spekula, Handgriffe, Ohrtrich­ ter, Rippensperrer, Knochenhebel etc. werden herkömm­ licherweise aus körperverträglichen Metallen herge­ stellt, da diese Werkstoffe eine hohe Festigkeit auf­ weisen. Es ist auch bekannt, zur Herstellung dieser Teile Kunststoffe zu verwenden, insbesondere steri­ lisierbare Kunststoffe. Diese haben den Vorteil eines geringeren Gewichtes, weisen aber nicht immer die für den Einsatz dieser Instrumente notwendigen Festig­ keitseigenschaften auf.Surgical instruments or parts thereof, for example wise retractor valves, specula, handles, ear groove ter, rib blocker, bone lever etc. are conventional Lechlich from body-compatible metals because these materials have a high strength point. It is also known to make this Parts to use plastics, especially steri plasticisable. These have the advantage of one lighter weight, but do not always have the for the use of these instruments necessary Festig properties.

Es ist auch bekannt, chirurgische Instrumente aus Kunststoff herzustellen, um dadurch bei bildgebenden Verfahren Störungen zu vermeiden, die bei Metallinstru­ menten durch deren Absorption der Beobachtungsstrahlung auftreten (DE 198 58 578 A1; DE 298 05 043 U1).It is also known to make surgical instruments Manufacture plastic, thereby in imaging Procedure to avoid malfunctions that occur with metal instru ment by absorbing the observation radiation occur (DE 198 58 578 A1; DE 298 05 043 U1).

Es ist Aufgabe der Erfindung, chirurgische Instrumente oder Teile davon so auszugestalten, daß sie bei gleich­ zeitig geringem Gewicht hohe Festigkeitseigenschaften und Formstabilitäten aufweisen.It is an object of the invention to provide surgical instruments or design parts of it so that they are the same early low weight high strength properties and have dimensional stability.

Diese Aufgabe wird bei chirurgischen Instrumenten oder Teilen davon erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sie aus Polyetheretherketon (PEEK) bestehen, in welches Ma­ terial Kohlenstoff-Fasern eingebettet sind.This task is done with surgical instruments or Parts of the invention solved in that they consist of polyether ether ketone (PEEK), in which Ma material carbon fibers are embedded.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß dieses Kunststoffmaterial durch die Einbettung von Kohlenstoff-Fasern eine so hohe Festigkeit erhält, daß mit ihm chirurgische Instrumente und Teile davon herge­ stellt werden können, die ähnlich wie chirurgische In­ strumente oder deren Teile aus Metall eingesetzt werden können, die also ähnliche Festigkeitseigenschaften auf­ weisen, die aber ein erheblich geringeres Gewicht zei­ gen. Diese Substanzen sind röntgentransparent, steri­ lisierbar, biokompatibel, antimagnetisch, resistent ge­ gen Desinfektionsmittel und stellen in der Regel einen dunklen bis schwarzen Werkstoff dar, der blendfrei ist. Dies ist für viele medizinisch-chirurgische Einsätze von großer Bedeutung.It has surprisingly been found that this plastic material by embedding Carbon fibers are so strong that with it surgical instruments and parts thereof that can be similar to Surgical In instruments or their parts made of metal can have similar strength properties have, but zei a significantly lower weight gen. These substances are X-ray transparent, steri customizable, biocompatible, antimagnetic, resistant ge disinfectants and usually provide one dark to black material that is glare-free. This is for many medical-surgical uses of great importance.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Kohlenstoff- Fasern in Form eines textilen Flächengebildes in dem PEEK-Material vorliegen.It is particularly advantageous if the carbon Fibers in the form of a textile fabric in the PEEK material is available.

An sich ist kohlefaserverstärkter Kunststoff, insbeson­ dere kohlefaserverstärktes PEEK-Material, bekannt (RD 426107 A) jedoch wird dieses Material im bekannten Fall für vollständig andere Gegenstände verwendet, ein Hinweis auf die Herstellung von chirurgischen Instru­ menten oder Teilen davon aus diesem Material ist dieser Veröffentlichung nicht zu entnehmen.In itself is carbon fiber reinforced plastic, in particular their carbon fiber reinforced PEEK material, known  (RD 426107 A), however, this material is known in the Case used for completely different items Reference to the manufacture of surgical instru elements or parts of this material is this Publication not to be found.

Insbesondere können die Kohlenstoff-Fasern in Form von gewebten Fasermatten in dem PEEK-Material vorliegen.In particular, the carbon fibers can be in the form of woven fiber mats are present in the PEEK material.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß mehrere textile Flächengebilde unter Ausbildung eines Laminates übereinander liegen. In a particularly preferred embodiment provided that several textile fabrics under Formation of a laminate lie on top of each other.  

Ein solches Laminat kann parallel zur Laminatebene einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten von 4 × 10-6/K aufweisen, senkrecht dazu vorzugsweise etwa 35 × 10-6/K.Such a laminate can have a thermal expansion coefficient of 4 × 10 -6 / K parallel to the laminate plane, preferably approximately 35 × 10 -6 / K perpendicular to it.

Dabei kann vorgesehen sein, daß das aus PEEK mit ein­ gebetteten Kohlefasern bestehende Instrument oder das entsprechende Teil eine Dichte von etwa 1,55 g/cm3 auf­ weist.It can be provided that the instrument consisting of PEEK with an embedded carbon fiber or the corresponding part has a density of approximately 1.55 g / cm 3 .

Die Zugfestigkeit kann vorzugsweise etwa bei 750 N/mm2 liegen.The tensile strength can preferably be approximately 750 N / mm 2 .

Die Biegefestigkeit kann vorzugsweise bei etwa 950 N/mm2 liegen.The bending strength can preferably be approximately 950 N / mm 2 .

Die Druckfestigkeit kann vorzugsweise bei etwa 50 N/mm2 liegen.The compressive strength can preferably be approximately 50 N / mm 2 .

Derartige Instrumente oder Teile weisen einen sehr ho­ hen Elastizitätsmodul auf, beispielsweise in der Grös­ senordnung von 50000 N/mm2.Such instruments or parts have a very high modulus of elasticity, for example in the order of 50,000 N / mm 2 .

Die Bruchdehnung kann etwa 1,9% betragen.The elongation at break can be about 1.9%.

Es ist günstig, wenn der Gehalt an Kohlenstoff-Fasern über 50 Vol% liegt.It is beneficial if the content of carbon fibers is over 50 vol%.

Die in dieser Weise ausgestalteten chirurgischen In­ strumente oder die Teile davon können die unterschied­ lichsten Funktionen aufweisen, besonders vorteilhaft ist der Einsatz dieser Werkstoffe bei Valven für Bauch­ deckenhalter, bei den dabei zum Einsatz kommenden Rah­ men, bei Spekula und anderen Retraktorvalven, bei Skalpellgriffen, Kopfklemmen, Ohrtrichtern, Nervwurzel­ haken, Rippensperrern, Knochenhebeln und anderen chir­ urgischen Instrumenten und deren Teilen, die normaler­ weise aus Metall gefertigt werden und bei denen hohe Festigkeitswerte notwendig sind.The surgical devices designed in this way instruments or parts of it can make the difference have the most diverse functions, particularly advantageous  is the use of these materials at Valven für Bauch ceiling bracket, for the frames used men, with specula and other retractor valves, with Scalpel handles, head clamps, ear specula, nerve root hooks, rib locks, bone levers and other chir Urginal instruments and their parts, the more normal be made of metal and where high Strength values are necessary.

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines chirurgischen Instrumentes oder eines Teiles desselben mit den oben beschriebenen Merkmalen geht man erfindungsgemäß so vor, daß man Kohlefasern in Form eines textilen Flä­ chengebildes mit PEEK in Pulverform beschichtet und durch Einwirkung von Druck und Wärme verschweißt und daß man das so entstandene Formteil auf die gewünschte Form nachbearbeitet.In a method of making a surgical Instrumentes or a part of the same with the above described features is so according to the invention before that carbon fibers in the form of a textile surface with powder-coated PEEK and welded by the action of pressure and heat and that the molded part so created to the desired Post-processed shape.

Bei einem anderen Verfahren beschichtet man Kohlefasern in Form eines textilen Flächengebildes mit PEEK in Pul­ verform und umspritzt oder hinterspritzt dieses be­ schichtete Flächengebilde in einer Form mit kohlefaser­ gefülltem PEEK.Another method involves coating carbon fibers in the form of a textile fabric with PEEK in pul deforms and overmoulds or injects this back layered fabrics in a form with carbon fiber filled PEEK.

Das auf diese Weise gewonnene Formteil wird vorzugs­ weise mit Flüssigkeitsstrahlen unter hohem Druck nach­ bearbeitet.The molded part obtained in this way is preferred demonstrate with liquid jets under high pressure processed.

Außerdem läßt sich eine Feinbearbeitung mit Werkzeugen aus Diamant oder Hartmetall durchführen.In addition, fine machining can be done with tools made of diamond or hard metal.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment tion form of the invention serves in connection with the Drawing of the detailed explanation. Show it:

Fig. 1: eine perspektivische Ansicht eines Rippensperrers mit einem Rahmen und mit zwei Retraktorvalven und Fig. 1: a perspective view of a rib lock with a frame and with two retractor valves and

Fig. 2: eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1. Fig. 2 is a sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1.

Die Erfindung wird am Beispiels eines Rippensperrers erläutert, es versteht sich aber, daß die Erfindung auch auf andere chirurgische Instrumente und Teile von chirurgischen Instrumenten Anwendung finden kann, die hohe Formstabilität und geringes Gewicht erfordern.The invention is based on the example of a rib lock explained, but it is understood that the invention also on other surgical instruments and parts of surgical instruments that can be used require high dimensional stability and low weight.

Der in der Zeichnung dargestellte Rippensperrer 1 um­ faßt eine Zahnstange 2, an deren Ende ein quer abste­ hender Haltearm 3 befestigt ist, während ein weiterer Haltearm 4 mittels einer die Zahnstange 2 umgebenden Hülse 5 längs der Zahnstange 2 verschiebbar ist. Die Verschiebung erfolgt mittels eines Griffes 6, der ein in der Zeichnung nicht dargestelltes, mit der Zahnstan­ ge 2 kämmendes Zahnrad an der Hülse 5 verdrehen kann.The rib retractor shown in the drawing to 1 summarizes a rack 2, a cross abste budding arm 3 is secured at the end thereof, while another arm 4 by means of a rack 2 surrounding sleeve 5 of the rack 2 is longitudinally displaceable. The displacement takes place by means of a handle 6 , which can rotate a gear (not shown in the drawing) with the toothed rack 2 meshing gear on the sleeve 5 .

An den freien Enden der parallel zueinander quer von der Zahnstange 2 abstehenden Haltearme 3 und 4 ist je­ weils eine Retraktorvalve 7, 8 gehalten, die im wesent­ lichen rechteckig ausgebildet sind und nach unten von den Haltearmen 3 und 4 abstehen. Die Retraktorvalven 7 und 8 sind dabei leicht gebogen und an ihrem unteren Ende abgewinkelt.At the free ends of the mutually parallel projecting from the rack 2 arms 3 and 4 each Weil a retractor valve 7 , 8 is held, which are rectangular in wesent union and protrude downwards from the holding arms 3 and 4 . The retractor valves 7 and 8 are slightly curved and angled at their lower end.

Sowohl die Retraktorvalven 7, 8 als auch die Einzel­ teile des gesamten Rippensperrers bestehen aus Poly­ etheretherketon (PEEK), in welches Kohlenstoff-Fasern eingebettet sind, und zwar in Form von textilen Matten, die flächig aneinanderliegend aufeinander laminiert sind. Vorzugsweise ist der Volumenanteil der Kohlen­ stoff-Fasern größer als 50%.Both the retractor valves 7 , 8 and the individual parts of the entire rib barrier are made of polyether ether ketone (PEEK), in which carbon fibers are embedded, in the form of textile mats that are laminated to one another. The volume fraction of the carbon fibers is preferably greater than 50%.

Die auf diese Weise hergestellten Teile haben eine außerordentlich große Formstabilität und Festigkeit und sind dabei gleichzeitig sehr leicht. Sie sind röntgen­ transparent, biokompatibel und antimagnetisch, außerdem resistent gegen Chemikalien, insbesondere gegen Desin­ fektionsmittel und lassen sich ohne weiteres im Auto­ klaven sterilisieren.The parts manufactured in this way have a extraordinarily large dimensional stability and strength and are very light at the same time. You are x-rayed transparent, biocompatible and anti-magnetic, moreover resistant to chemicals, especially desin agents and can be easily in the car sterilize slaves.

Claims (17)

1. Chirurgische Instrumente oder Teile davon, da­ durch gekennzeichnet, daß sie aus Polyetherether­ keton (PEEK) bestehen, in welches Material Koh­ lenstoff-Fasern eingebettet sind.1. Surgical instruments or parts thereof, characterized in that they consist of polyether ether ketone (PEEK), in which material is embedded carbon fibers. 2. Instrumente oder Teile davon nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Fasern in Form eines textilen Flächengebildes in dem PEEK-Material vorliegen.2. Instruments or parts thereof according to claim 1, there characterized in that the carbon fibers in the form of a textile fabric in the PEEK material is available. 3. Instrumente oder Teile davon nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kohlenstoff-Fasern in Form von gewebten Fasermatten in dem PEEK-Ma­ terial vorliegen.3. Instruments or parts thereof according to claim 2, there characterized in that the carbon fibers in the form of woven fiber mats in the PEEK-Ma material. 4. Instrumente oder Teile davon nach einem der An­ sprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere textile Flächengebilde unter Ausbildung eines Laminates übereinander liegen. 4. Instruments or parts thereof according to one of the An sayings 2 or 3, characterized in that several textile fabrics under training of a laminate lie on top of each other.   5. Instrumente oder Teile davon nach Anspruch 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Laminat parallel zur Laminatebene einen thermischen Ausdehnungs­ koeffizienten von etwa 4 × 10-6/K aufweist.5. Instruments or parts thereof according to claim 4, characterized in that the laminate parallel to the laminate plane has a thermal expansion coefficient of about 4 × 10 -6 / K. 6. Instrumente oder Teile davon nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Laminat senk­ recht zur Laminatebene einen thermischen Ausdeh­ nungskoeffizienten von etwa 35 × 10-6/K aufweist.6. Instruments or parts thereof according to claim 4 or 5, characterized in that the laminate perpendicular to the laminate plane has a thermal expansion coefficient of about 35 × 10 -6 / K. 7. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dichte von etwa 1,55 g/cm3 aufwei­ sen.7. Instruments or parts thereof according to one of the preceding claims, characterized in that they have a density of approximately 1.55 g / cm 3 . 8. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Zugfestigkeit von etwa 750 N/mm2 aufweisen.8. Instruments or parts thereof according to one of the preceding claims, characterized in that they have a tensile strength of about 750 N / mm 2 . 9. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Biegefestigkeit von etwa 950 N/mm2 aufweisen. 9. Instruments or parts thereof according to one of the preceding claims, characterized in that they have a bending strength of about 950 N / mm 2 . 10. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Druckfestigkeit von etwa 50 N/mm2 aufweisen.10. Instruments or parts thereof according to one of the preceding claims, characterized in that they have a compressive strength of about 50 N / mm 2 . 11. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Elastizitätsmodul von etwa 50000 N/mm2 aufweisen.11. Instruments or parts thereof according to one of the preceding claims, characterized in that they have a modulus of elasticity of about 50,000 N / mm 2 . 12. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Bruchdehnung von etwa 1,9% aufwei­ sen.12. Instruments or parts of them according to one of the before pending claims, characterized, that they have an elongation at break of about 1.9% sen. 13. Instrumente oder Teile davon nach einem der vor­ anstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Kohlenstoff-Fasern über 50 Vol% liegt.13. Instruments or parts thereof according to one of the before pending claims, characterized, that the content of carbon fibers over 50 vol% lies. 14. Verfahren zur Herstellung eines chirurgischen In­ strumentes oder eines Teils desselben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohlefasern in Form eines textilen Flä­ chengebildes mit PEEK in Pulverform beschichtet und durch Einwirkung von Druck und Wärme verschweißt und daß man das so entstandene Formteil auf die gewünschte Form nachbearbeitet.14. Method of making a surgical In instruments or a part of the same after one of claims 1 to 13, characterized in that carbon fibers in the form of a textile surface chengestildes coated with powdered PEEK and welded by the action of pressure and heat  and that the molded part thus created reworked to the desired shape. 15. Verfahren zur Herstellung eines chirurgischen In­ strumentes oder eines Teils desselben nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man Kohlenstoff-Fasern in Form eines textilen Flächengebildes mit PEEK in Pulverform beschich­ tet und in einer Form mit kohlefasergefülltem PEEK umspritzt oder hinterspritzt, und daß man das so entstandene Formteil auf die gewünschte Form nachbearbeitet.15. Method of making a surgical In instruments or a part of the same after one of claims 1 to 13, characterized in that carbon fibers in the form of a textile Coat the fabric with powdered PEEK tet and in a form filled with carbon fiber PEEK injected or injected, and that one the resulting molded part to the desired one Post-processed shape. 16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß man das Formteil mit Flüssig­ keitsstrahlen unter hohem Druck nachbearbeitet.16. The method according to claim 14 or 15, characterized ge indicates that the molding with liquid post shot blasting under high pressure. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, da­ durch gekennzeichnet, daß man das Formteil mit Werkzeugen aus Diamant oder Hartmetall nachbear­ beitet.17. The method according to any one of claims 14 to 16, there characterized in that the molding with Tools made of diamond or carbide can be reworked beitet.
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