-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Längeneinstellelement,
das insbesondere bei der Positionierung von Knochenfragmenten nach
einer Fraktur oder Fehlstellung in einem Fixateur externe zur Anwendung
kommen kann.
-
Längeneinstellelemente
für manuelle
Betätigung
oder mit Antriebsmotor (auch „Linearantriebe" genannt) werden
auf verschiedenen Gebieten der Technik eingesetzt. Ein spezielles
Einsatzgebiet ist die Positionierung von Knochenfragmenten nach
einer Fraktur oder Fehlstellung in einem Fixateur externe. Hier
kommen Bewegungen in eine Richtung, z.B. bei der Knochenverlängerung
nach Ilisarow oder räumliche
Bewegungen, z.B. durch Kombination von sechs linearen Einstellelementen
im Hexapod (auch „Steward-Plattform" oder „Parallel
Robot Manipulator" genannt)-Fixateur
externe in Frage. Ein Hexapod-Fixateur externe ist in der
DE 296 15 148 U1 beschrieben.
-
Bei
verschiedenen Anwendungen wird ein großer Einstellbereich des Längeneinstellelementes verlangt.
Ferner wird vielfach ein möglichst
geringes Bauvolumen bzw. ein möglichst
geringer Querschnitt des Längeneinstellelementes
gefordert.
-
Typisch
für bekannte
Längeneinstellelemente
ist ein Aufbau wie bei einem Wantenspanner. Sie bestehen aus zwei
Gewindestangen, die in Muttern laufen, die an den Enden eines Rohres
montiert sind, in das die Gewindestangen eintauchen. Die eine Gewindestange
hat ein Rechtsgewinde und die andere ein Linksgewinde, so daß bei drehfest
gehaltenen Gewindestangen durch Drehen des Rohres eine Längeneinstellung
erfolgen kann.
-
Der
Einstellbereich dieser Wantenspanner ist einerseits durch das Zusammenstoßen der
Gewindestangen und andererseits durch das Herausdrehen der Gewindestangen
aus den Muttern begrenzt. Einen erweiterten Einstellbereich hat
eine Ausführung,
bei der die eine Gewindestange als Rohr ausgestaltet ist, in das
die andere Gewindestange eintauchen kann, so daß die Anordnung insgesamt teleskopartig
zusammenschiebbar ist.
-
Für klinische
Anwendungen sind die außen sichtbaren
Gewinde der bekannten Längeneinstellelemente
von Nachteil. Zum einen aus hygienischen Gründen, da intra operativ häufig eine
Blutauflagerung stattfindet, die aus den Gewindegängen schwer zu
entfernen ist. Zum anderen ist aufgrund der außen liegenden Gewinde das Ansetzen
eines äußeren Antriebs
schwierig. Darüber
hinaus sind außen
liegende Gewinde unter ästhetischen
Gesichtspunkten ungünstig.
-
Bereits
bekannt ist, bei einer Anordnung aus zwei ineinander schraubbaren
Gewinderohren und einer in das innere Gewinderohr schraubbaren Gewindestange
am äußeren Ende
des inneren Gewinderohres eine Hülse
zu befestigen, die das Außengewinde
dieses Gewinderohres abdeckt und sich beim Eindrehen dieses Gewinderohres
in das äußere Gewinderohr über das äußere Gewinderohr
schiebt. Dabei ist jedoch die Gewindestange weiterhin von außen sichtbar.
Außerdem
kann am äußeren Gewinderohr
kein Antriebsmotor befestigt werden, weil sich die Hülse über das äußere Gewinderohr
schiebt.
-
Ein
weiterer Nachteil der bekannten Längeneinstellelemente ist, daß die Konstruktionsteile
mit den durchgehenden Außengewinden
ohne weiteres aus den Konstruktionsteilen mit den Innengewinden herausgeschraubt
werden können.
Bei klinischen Anwendungen kann dies für den Patienten sehr gefährlich sein.
-
Die
US 2 420 364 offenbart ein
teleskopierbares Spannschloß,
bei dem eine zweite Gewindehülse
ungehindert aus einer ersten Gewindehülse und eine dritte Gewindehülse ungehindert
aus der zweiten Gewindehülse
herausschraubbar ist. Dieses Längeneinstellelement
ist insbesondere für
klinische Anwendungen ungeeignet, da die praktisch über die Gesamtlängen der
zweiten und dritten Hülse
verlaufenden Gewindegänge
hygienische Nachteile aufweisen und die Gewindehülsen leicht voneinander trennbar
sind, so daß eine
zu fixierende Struktur (z.B. die Fragmente eines Knochenbruches)
zusammenbrechen können.
Darüber
hinaus ist das Längeneinstellelement
nicht an einer unbeabsichtigten Verstellung gehindert und weist
keine definierten Einstellpositionen auf. Außerdem ist die Konstruktion
sperrig und massiv.
-
Die
DE 196 51 580 C2 offenbart
für eine
Teleskopstange eine Rastfixierung in bestimmten Drehstellungen mit
Hilfe eines verfederten Elementes. Dieses Element ist jedoch keine
Herausschraubsicherung.
-
Entsprechendes
gilt für
die in der
US 2 746 314 offenbarte
Verstellsicherung für
definierte Drehpositionen, die keine Herausschraubsicherung aufweist.
-
Die
US 5 928 230 offenbart mehrere
Längeneinstellelemente
an einem Fixateur externe für
die Positionierung von Knochen.
-
Davon
ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Längeneinstellelement
mit großem
Einstellbereich zu schaffen, das weniger sperrig und leichter ist,
hygienisch günstiger
ist, eine sichere Einstellung bestimmter Positionen ermöglicht und
gegen eine unbeabsichtigte Zerlegung geschützt ist.
-
Die
Aufgabe wird durch ein Längeneinstellelement
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
des Längeneinstellelementes
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
-
Das
erfindungsgemäße Längeneinstellelement
hat
- – eine
erste Gewindehülse,
die ein im wesentlichen über
ihre gesamte Länge
erstrecktes erstes Innengewinde aufweist,
- – eine
zweite Gewindehülse,
die an einem Ende ein über
einen Bruchteil ihrer in die erste Gewindehülse einführbaren Länge erstrecktes erstes Außengewinde
aufweist, mit dem ersten Außengewinde
in das erste Innengewinde eingeschraubt ist und ein im wesentlichen über ihre
gesamte Länge
erstrecktes zweites Innengewinde aufweist,
- – ein
längliches
Gewindeelement, das an einem inneren Ende ein über einen Bruchteil seiner
in die zweite Gewindehülse
einführbaren
Länge erstrecktes
zweites Außengewinde
aufweist, mit dem es in das zweite Innengewinde der zweiten Gewindehülse eingeschraubt
ist,
- – wobei
das erste Innengewinde und das zweite Innengewinde und dementsprechend
das erste Außengewinde
und das zweite Außengewinde gegenläufige Gewinde
sind,
- – wobei
die zweite Gewindehülse
am Mantel mindestens eine Abflachung oder Vertiefung aufweist und
die erste Gewindehülse
an dem Ende, aus dem die zweite Gewindehülse herausschraubbar ist, ein
radial zum Mantel der zweiten Gewindehülse gerichtetes federndes Element
aufweist, das mit der mindestens einen Abflachung oder Vertiefung
eine Drehsperre der ersten Gewindehülse bezüglich der zweiten Gewindehülse bewirkt,
die unter Überwindung
der Federkraft des federnden Elementes lösbar ist und das ein Herausschrauben
des ersten Außengewindes
aus der ersten Gewindehülse
verhindert.
-
Dadurch,
daß das
Längeneinstellelement keine
durchgehenden Außengewinde
auf der zweiten Gewindehülse
und auf dem länglichen
Gewindeelement aufweist, sondern Außengewinde an ihren Enden,
die nur über
einen Bruchteil der Länge
des jeweiligen Bauteiles erstreckt sind, die in die erste Gewindehülse bzw.
die zweite Gewindehülse
einführbar ist,
sind im Einstellbereich des Längeneinstellelementes
keine Gewinde frei von außen
zugänglich. Der
Einstellbereich des Längeneinstellelementes
ist besonders groß,
da es bei der kleinsten Längeneinstellung,
in der sämtliche
Bauteile so weit wie möglich ineinandergeschraubt
sind, eine Gesamtlänge
aufweist, die etwa der Länge
des längsten
Bauteiles zuzüglich
etwaiger Befestigungselemente an den Enden der Bauteile entspricht.
In der maximal ausgefahrenen Position hat das Längeneinstellelement eine Länge, die
etwa der Summe der Längen
sämtlicher Bauteile
zuzüglich
der Länge
etwaiger Befestigungselemente und abzüglich der Länge der beiden kurzen Außengewinde
entspricht. Somit ist erstmalig ein Längeneinstellelement zur Verfügung gestellt
worden, das bei besonders großem
Längeneinstellbereich
keine von außen
frei zugänglichen
Gewinde aufweist. Das Längeneinstellelement
ist einfach zu reinigen und hat ein glattes und schlankes ästhetisches
Aussehen mit verhältnismäßig kleinem
Bauvolumen und Querschnitt. Das Längeneinstellelement kann bei
drehfest fixierter erster Gewindehülse und länglichem Gewindeelement allein
durch Drehen der zweiten Gewindehülse verstellt werden.
-
Vorzugsweise
sind das erste und das zweite Außengewinde nur über einen
kleinen Bruchteil der Länge
der zweiten Gewindehülse
bzw. des länglichen
Gewindeelementes erstreckt, mit der die zweite Gewindehülse in die
erste Gewindehülse
bzw. das längliche
Gewindeelemente in die zweite Gewindehülse einführbar ist. Vorzugsweise erstrecken
sich die Außengewinde über weniger
als 50 % der besagten Länge,
weiterhin vorzugsweise über
einen Bruchteil von 5 bis 20 % dieser Länge. Das längliche Gewindeelement ist
vorzugsweise eine das Außengewinde
aufweisende Stange. Dabei kann es sich aber auch um eine weitere
Hülse handeln,
die das Außengewinde
aufweist.
-
Die
zweite Gewindehülse
weist am Mantel mindestens eine Abflachung oder Vertiefung auf und die
erste Gewindehülse
weist an dem Ende, aus dem die zweite Gewindehülse herausschraubbar ist, ein radial
zum Mantel der zweiten Gewindehülse
gerichtetes federndes Element auf, das mit der mindestens einen
Abflachung oder Vertiefung eine Drehsperre der ersten Gewindehülse bezüglich der
zweiten Gewindehülse
bewirkt, die unter Überwindung
der Federkraft des federnden Elementes lösbar ist. Durch die Drehsperre
wird das Längeneinstellelement
an einer unbeabsichtigten Verstellung gehindert. Außerdem ermöglicht diese
Ausgestaltung eine stufenweise Verstellung zwischen den Raststellungen.
Das federnde Element kann beispielsweise ein verfederter Stift oder
eine verfederte Kugel sein.
-
Nach
einer Ausgestaltung hat die zweite Gewindehülse an dem Ende, aus dem das
längliche
Gewindeelement herausschraubbar ist, ein in den Innenquerschnitt
der ersten Gewindehülse
und/oder der zweiten Gewindehülse
vorstehendes Sperrelement, das ein Herausdrehen des zweiten Außengewindes
aus der zweiten Gewindehülse
verhindert. Hierdurch sind die Bauteile des Längeneinstellelementes unverlierbar
miteinander verbunden und ist die maximale Längeneinstellung begrenzt. Das Sperrelement
kann ein federndes Element oder ein Stift sein. Das federnde Element
zur Verwirklichung der Drehsperre zwischen erster Gewindehülse und zweiter
Gewindehülse
kann auch die Funktion haben, die zweite Gewindehülse an einem
Herausschrauben aus der ersten Gewindehülse zu verhindern.
-
Das
Längeneinstellelement
kann von Hand und/oder mittels eines Antriebsmotors eingestellt werden.
Zum Erleichtern des Einstellens von Hand weist nach einer Ausgestaltung
die erste Gewindehülse
an dem Ende, aus dem die zweite Gewindehülse herausschraubbar ist und/oder
die zweite Gewindehülse
an dem Ende, aus dem das dritte Gewindeelement herausschraubbar
ist, am Umfang eine Rändelung
auf.
-
Die
Gewindehülsen
können
mit sehr geringem Querschnitt bzw. sehr geringer Wandstärke ausgeführt sein.
Um das Einstellen und/oder die Integration der Drehsicherung und/oder
der Zerfallssicherung zu fördern,
ist gemäß einer
Ausgestaltung die Rändelung
und/oder das federnde Element und/oder das Sperrelement auf und/oder
in einem ringförmigen
Vorsprung am Mantel der ersten Gewindehülse und/oder der zweiten Gewindehülse angeordnet.
-
Für eine motorische
Einstellung ist nach einer Ausgestaltung an der ersten Gewindehülse ein die
zweite Gewindehülse
antreibender Antriebsmotor fixiert. Dieser Antriebsmotor kann sich
unmittelbar an dem Ende der ersten Gewindehülse befinden, aus dem die zweite
Gewindehülse
herausschraubbar ist. Die Kraftübertragung
zwischen Antriebsmotor und zweiter Gewindehülse kann auf verschiedene Weise erfolgen.
So kann die zweite Gewindehülse
ein Anker des Antriebsmotors sein, d.h. der Teil des Antriebsmotors,
der direkt in Drehung versetzt wird. Ferner kann zwischen Antriebsmotor
und zweiter Gewindehülse
ein Getriebe vorhanden sein. Das Getriebe weist vorzugsweise ein
auf der zweiten Gewindehülse
axial verschiebliches Antriebsrad auf. Dieses Antriebsrad kann beispielsweise
ein Zahnrad oder ein Antriebsrad eines Zugmittelgetriebes (z.B.
ein Riemenrad) sein. Nach einer Ausgestaltung hat das Getriebe ein
drehfest mit einer Motorwelle verbundenes Antriebsrad und ein axial
verschieblich auf der Gewindehülse
angeordnetes Antriebsrad. Das axial verschiebliche Antriebsrad ist
an einer zentralen Bohrung auf der zweiten Gewindehülse verschieblich.
Es kann beispielsweise über
die mindestens eine Abflachung der Drehsperre drehfest mit der zweiten
Gewindehülse
verbunden sein.
-
Das
Längeneinstellelement
kann an seinen äußeren Enden
an der einzustellenden Struktur abgestützt sein. Gemäß einer
Ausgestaltung weist das Längeneinstellelement
am äußeren Ende
der ersten Gewindehülse
und am äußeren Ende
des länglichen Gewindeelementes
Befestigungselemente auf. Dabei kann es sich insbesondere um Schraubelemente, Klemmelemente,
Schwenklagerelemente oder Kugellagerelemente handeln. Kugellagerelemente
sind beispielsweise für
die Anwendung in einem Hexapod-Fixateur externe vorzusehen.
-
Nach
einer Ausgestaltung ist dem Längeneinstellelement
ein Sensor zum Messen einer von der Längeneinstellung beeinflußten Größe, ein
Regler zum Regeln der Längeneinstellung
und ein Stellelement zum Einstellen des Längeneinstellelementes zugeordnet.
Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Kraftsensor
zum Messen der vom Längeneinstellelement
in Axialrichtung übertragenen Kraft
handeln und bei dem Stellelement um einen Antriebsmotor handeln.
Der Einsatz solcher Längeneinstellelemente
in einem Hexapod-Fixateur externe ermöglicht ein automatisches Nachstellen
des Hexapod-Fixateurs externe in Anpassung an den fortschreitenden
Heilungsprozeß (vgl.
D. Wolter und K. Seide: Das intelligente Implantat, Der Unfallchirurg, Heft
261, Seiten 236 bis 240, Springer-Verlag Berlin/Heidelberg 1997).
-
Vorteilhafte
Anwendungen eines oder mehrerer Längeneinstellelemente sind außer am Fixateur externe
mit und ohne Hexapoden in sonstigen Positioniereinrichtungen, Längeneinstellungsmechanismen
oder Roboterkinematiken mit und ohne Hexapodmechanismus möglich. Das
Längeneinstellelement
kann insbesondere bei einem Hexapod-Fixateur externe gemäß
DE 296 15 148 U1 zum Einsatz kommen,
deren Offenbarung durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen von
Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 ein manuell einstellbares
Längeneinstellelement
vollständig
ausgefahren im Längsschnitt;
-
2 dasselbe Längeneinstellement
vollständig
eingefahren im Längsschnitt;
-
3 ein Längeneinstellelement mit Antriebsmotor
vollständig
ausgefahren im Längsschnitt;
-
4 dasselbe Längeneinstellelement
vollständig
ausgefahren in Seitenansicht.
-
Bei
der nachfolgenden Erläuterung
verschiedener Ausführungsbeispiele
sind dieselben Bauteile mit übereinstimmenden
Bezugsziffern bezeichnet.
-
Das
Längeneinstellelement
in 1 und 2 hat eine erste Gewindehülse 1,
die ein im wesentlichen über
ihre gesamte Länge
erstrecktes erstes Innengewinde 2 aufweist.
-
Ferner
hat es eine zweite Gewindehülse 3, die
an einem Ende 4 ein erstes Außengewinde 5 aufweist,
das in das erste Innengewinde 2 eingeschraubt ist. Das
erste Außengewinde 5 ist
auf einen kurzen Bereich neben dem Ende der zweiten Gewindehülse 3 beschränkt.
-
Ferner
hat die zweite Gewindehülse 3 ein über ihre
gesamte Länge
erstrecktes zweites Innengewinde 6.
-
Zudem
ist eine Gewindestange 7 vorhanden, die an einem Ende 8 ein
zweites Außengewinde 9 aufweist,
das in das zweite Innengewinde 6 eingeschraubt ist. Das
zweite Außengewinde 9 ist
ebenfalls axial auf einen kurzen Bereich neben dem Ende 8 der
Gewindestange 7 begrenzt, die das längliche Gewindeelement des
Längeneinstellelementes
bildet.
-
Die
zweite Gewindehülse 3 hat
auf ihrem Mantel eine Vielzahl Abflachungen 10, die sich
axial im wesentlichen über
die gesamte Länge
der zweiten Gewindehülse 3 erstrecken.
-
Die
erste Gewindehülse 1 hat
an ihrem Ende, aus dem die zweite Gewindehülse 3 herausschraubbar
ist, in einer Radialbohrung ein federndes Element 11. Das
Element 11 drückt
in jeder Schraubstellung der zweiten Gewindehülse 3 auf eine der
Abflachungen 10 der ersten Gewindehülse 1. Hierdurch wird
eine Drehsperre bewirkt, die unter Überwindung der Federkraft überwunden
werden kann.
-
Außerdem greift
das federnde Element 11 so weit in den Innenquerschnitt
der ersten Gewindehülse 1 ein,
daß ein
Herausschrauben des ersten Außengewindes 4 aus
dem ersten Innengewinde 2 verhindert wird.
-
Die
zweite Gewindehülse 3 hat
an ihrem Ende, aus dem die Gewindestange 7 herausschraubbar ist,
ebenfalls in einer Radialbohrung ein Sperrelement 12. Das
Sperrelement 12 greift so weit in den Innenquerschnitt
der zweiten Gewindehülse 3 ein, daß es nicht
möglich
ist, die Gewindestange 7 mit dem zweiten Außengewinde 8 aus
dem zweiten Innengewinde 6 herauszuschrauben. Das Sperrelement 12 bewirkt
somit ebenfalls eine Zerfallssicherung.
-
Das
federnde Element 11 und das Sperrelement 12 können aus
ihren Radialbohrungen herausgeschraubt bzw. in diese eingeschraubt
werden, zu Zwecken des Zerlegens und des Zusammenbaus des Längeneinstellelementes.
-
Schließlich weist
die erste Gewindehülse 1 an
ihrem äußeren Ende
eine Kugelschale 13 und die Gewindestange 7 an
ihrem äußeren Ende
eine weitere Kugelschale 14 auf. Die Kugelschalen 13, 14 sind
auf komplementäre
Kugelköpfe
an einer Struktur aufsetzbar, an der eine Längeneinstellung vorzunehmen
ist. Die Kugelschalen 13, 14 enthalten Federelemente,
die ein Aufschnappen auf die Kugelköpfe ermöglichen.
-
Die
Gewinde 2 und 6 und dementsprechend die Gewinde 5 und 9 sind
gegenläufig,
so daß durch Drehen
der zweiten Gewindehülse 3 eine
Einstellung des Längeneinstellelementes
möglich
ist.
-
Hierdurch
kann das Längeneinstellelement in
die zusammengefahrene Stellung gemäß 2 gebracht werden. Wie die Gegenüberstellung
der 1 zeigt, ist das
Längeneinstellelement
etwa auf das Dreifache seiner eingefahrenen Länge ausfahrbar.
-
Um
das Einstellen des Längeneinstellelementes
zu erleichtern bzw. die Elemente 11, 12 unterzubringen,
können
die erste Hülse 1 und
die zweite Hülse 3 an
den entsprechenden Orten ringförmige Vorsprünge mit
Rändelungen
am Umfang aufweisen.
-
Die
Ausführung
der 3 und 4 unterscheidet sich von
der vorbeschriebenen dadurch, daß am Mantel der ersten Gewindehülse 1 ein
elektrischer Antriebsmotor 15 fixiert ist. Dieser ragt
etwas über das
Ende der ersten Gewindehülse 1 heraus,
aus dem die zweite Gewindehülse 3 herausschraubbar ist.
Dort weist der elektrische Antriebsmotor 15 seine Antriebswelle
auf.
-
Diese
treibt über
ein fest auf der Antriebswelle sitzendes Antriebsrad 16 ein
weiteres Antriebsrad 17 an, das axial verschieblich auf
der zweiten Gewindehülse 3 angeordnet
ist. Das Antriebsrad 19 hat eine zentrale Bohrung, die
genau an den Außenquerschnitt
der zweiten Gewindehülse 3 angepaßt ist,
so daß das
Antriebsrad 17 über
die Abflachungen 10 drehfest mit der zweiten Gewindehülse 3 verbunden ist.
Beim Einschrauben oder Herausschrauben der zweiten Gewindehülse 3 in
die erste Gewindehülse 1 gleitet
also das Antriebsrad 17 auf dem Außenumfang der zweiten Gewindehülse 3 und
verändert
seine Lage bezüglich
des Antriebsmotors 15 nicht. Der Einstellbereich wird durch
das Antriebsrad 17 praktisch nicht eingeschränkt.