DE102006009468A1 - Method for machining a workpiece, e.g. a endoprosthetic device, comprises using a liquid in the absence of ambient air - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines Werkstückes, insbesondere zur Fräsbearbeitung, mittels eines eine geometrisch bestimmte Schneide aufweisenden Werkzeuges.The The invention relates to a method and a device for cutting Machining a workpiece, in particular for milling, by means of a tool having a geometrically determined cutting edge.
Ein solches Verfahren und eine zur Durchführung solcher Verfahren bestimmte Vorrichtung werden in der Praxis beispielsweise bei der Herstellung künstlicher Gelenke oder Implantate eingesetzt und zählen aufgrund offenkundiger Vorbenutzung zum Stand der Technik.One such method and one intended for carrying out such methods Device become in practice, for example, in the production artificial Joints or implants are used and count due to obvious Prior use to the state of the art.
Bei Humanendoprothesen wird weltweit der Polymerwerkstoff Ultrahochmolekulares Polyethylen (UHMWPE) eingesetzt. Insbesondere wird dieser Werkstoff in Hüft- und Kniegelenken verwendet. Es werden hohe Kräfte übertragen, was dazu führt, dass die statische und die dynamische Festigkeit des Werkstoffes mit der Zeit des Gebrauchs überschritten wird. Dies hat zur Folge, dass in der Regel dieser Werkstoff UHMWPE das lebensdauerbegrenzende Element von TEP's (Total-Endoprothesen) ist.at Human endoprostheses worldwide become the polymer material ultrahigh molecular weight Polyethylene (UHMWPE) used. In particular, this material is in hip and knee joints used. It will transmit high forces, which causes the static and dynamic strength of the material with the Time of use is exceeded. As a result, as a rule, this material UHMWPE the life-limiting element of TEPs (total endoprostheses) is.
Es ist bekannt, dass die Herstellung dieses Werkstoffes vor der Endbearbeitung einen erheblichen negativen Einfluss, insbesondere auf die Fließeigenschaften haben kann. Die Schädigung ist um so größer, desto mehr Sauerstoff Zutritt hat, da eine Oxidation auftritt.It It is known that the production of this material before finishing a significant negative impact, especially on the flow properties may have. The injury is the bigger, the better has more oxygen, as oxidation occurs.
Derselbe Effekt ist unvermeidlich, wenn bei der Endbearbeitung von UHMWPE durch Zerspanung, meistens Fräsen, hohe Schnittkräfte wirken, die Reibungswärme und lokale Werkstoff-Überbeanspruchung zur Folge haben.the same Effect is inevitable when finishing UHMWPE by machining, mostly milling, high cutting forces act, the frictional heat and local material overstress have as a consequence.
Um eine sehr hohe Oberflächengüte zu erreichen, wird daher in der Praxis mit einem Kühlschmiermittel gearbeitet in Verbindung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten, so dass zugleich auch die gewünschte hohe Produktivität realisiert werden kann.Around to achieve a very high surface quality, is therefore working in practice with a cooling lubricant in conjunction with high cutting speeds, so that at the same time also the desired one high productivity can be realized.
Als nachteilig erweist sich dabei in der Praxis, dass es aufgrund des lokal unterschiedlichen Wärmeeintrages und der Kühlmittelzufuhr zu einer partiellen Oberflächenschädigung des Werkstückes unterschiedlichen Ausmaßes kommen kann, welche die Lebensdauer des Implantats herabsetzt.When It proves disadvantageous in practice that it is due to the locally different heat input and the coolant supply to a partial surface damage of the Workpiece different extent which reduces the lifetime of the implant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, durch welches die Lebensdauer des Werkstückes, insbesondere eines Implantates verbessert werden kann. Insbesondere sollen dabei also schädigende Einflüsse aufgrund der spanenden Bearbeitung wesentlich vermindert werden. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung zu schaffen.Of the Invention has for its object to provide a method by which the life of the workpiece, in particular an implant can be improved. In particular, so damaging influences be significantly reduced due to the machining. Furthermore, the invention has the object, one for carrying out the To provide method suitable device.
Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 5 betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens.The The first object is achieved with a method according to the features of Claim 1 solved. The dependent claims 2 to 5 relate to particularly expedient developments of the method.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem die spanende Bearbeitung mittels eines Fluides, insbesondere einer Flüssigkeit, unter Abschluss gegenüber der Umgebungsluft durchgeführt wird. Hierdurch wird einerseits eine konstante Wärmeableitung der beim Zerspanen des Werkstücks freigesetzten Energie sichergestellt, indem die Kühlung nicht in Form eines punktuell wirkenden Flüssigkeitsstrahls, sondern durch Wärmeleitung innerhalb des Fluides erfolgt. Zugleich werden dadurch mögliche Fehlereinflüsse, beispielsweise aufgrund der beim Stand der Technik auftretenden fehlerhaften Dosierung oder Strahlrichtung des Kühlmittels ausgeschlossen. Andererseits wird jedoch auch die Sauerstoffzufuhr durch die entsprechende Auswahl des Fluides bestimmt, so dass eine unkontrollierte Oxidation vermieden werden kann. Vielmehr kann die Bearbeitung dadurch in einfacher Weise auch unter Sauerstoffabschluss erfolgen. Weiterhin kann die Zusammensetzung derart ausgewählt werden, dass diese zu einer Verbesserung der Oberflächeneigenschaften führen. Das Fluid kann dabei beispielsweise deionisiertes Wasser sein.According to the invention is thus a method is provided in which the machining by means of a Fluids, especially a liquid, under graduation opposite carried out the ambient air becomes. As a result, on the one hand, a constant heat dissipation during machining of the workpiece Energy released by cooling does not in the form of a punctiform liquid jet, but by heat conduction takes place within the fluid. At the same time thereby possible errors, for example due to the erroneous dosage occurring in the prior art or jet direction of the coolant locked out. On the other hand, however, also the oxygen supply determined by the appropriate selection of the fluid, so that a uncontrolled oxidation can be avoided. Rather, the Processing in a simple manner even under oxygen exclusion respectively. Furthermore, the composition can be selected in such a way that these lead to an improvement of the surface properties. The Fluid can be, for example, deionized water.
Grundsätzlich könnte die Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung in ihrer Gesamtheit in einer das Fluid enthaltenden Umgebung angeordnet sein. Besonders praxisgerecht erweist sich hingegen eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, bei der das Werkstück zumindest mit seinem zur Bearbeitung vorgesehenen Bereich in einen das Fluid enthaltenden Be hälter getaucht wird, so dass der Zugang zu der Vorrichtung und die Durchführung der Bearbeitung ungehindert mechanisiert oder automatisiert möglich ist. Die Vorrichtung ist hierzu mit einer Fixierung für das Werkstück vorgesehen, die in dem Behälter angeordnet ist oder die zur Bearbeitung in den Behälter abgesenkt wird.Basically, the Device for machining in its entirety in a Be disposed fluid containing environment. Especially practical on the other hand proves an embodiment of the present invention, at the workpiece at least with his intended for editing area in one container containing the fluid is dipped, allowing access to the device and the implementation of Machining is freely mechanized or automated. The device is provided for this purpose with a fixation for the workpiece, in the container is arranged or lowered for processing in the container becomes.
Weiterhin erweist es sich als besonders Erfolg versprechend, wenn die Temperatur des Fluides mittels einer Temperaturregeleinrichtung im Wesentlichen konstant gehalten wird, so dass homogene Eigenschaften der spanend bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks sichergestellt werden können. Hierzu dient beispielsweise eine Temperaturregeleinrichtung durch die während der Bearbeitungsdauer eine konstante Fluidtemperatur entsprechend der Umgebungstemperatur oder bei Werkstoffen zur Verwendung bei Implantaten entsprechend der Körpertemperatur zwischen 35°C und 40°C eingestellt wird. Die Fluidtemperatur kann hierzu durch Heizen oder Kühlen mit einer maximalen Abweichung von beispielsweise 2°C von einer Solltemperatur eingestellt werden. Eine konstante laminare Strömung in dem Behälter beschleunigt zudem den Wärmeausgleich.Furthermore, it proves to be particularly promising if the temperature of the fluid is kept substantially constant by means of a temperature control device, so that homogeneous properties of the machined surface of the workpiece can be ensured. For this purpose, for example, serves a temperature control device by the during the processing time a constant fluid temperature corresponding to the ambient temperature or materials for use in implants according to the body temperature between 35 ° C and 40 ° C is set. The Fluid temperature can be adjusted by heating or cooling with a maximum deviation of for example 2 ° C from a target temperature. A constant laminar flow in the container also accelerates the heat balance.
Weiterhin erweist es sich als zweckmäßig, wenn das Fluidvolumen während der Bearbeitung im Wesentlichen konstant gehalten wird. Hierdurch wird insbesondere die Zufuhr abweichend temperierter Fluides vermieden, indem ein gegebenenfalls vorhandener Zulauf und Ablauf des Behälters während der Bearbeitung verschlossen wird.Farther proves to be expedient if the volume of fluid during the processing is kept substantially constant. hereby In particular, the supply of deviating tempered fluids is avoided by an optionally existing inlet and outlet of the container during the Machining is closed.
Eine andere ebenfalls besonders Erfolg versprechende Abwandlung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die bei der Bearbeitung entstehenden Späne abgesaugt oder abgeschöpft werden, um eine unerwünschte Verunreinigung des Fluides oder eine Beeinträchtigung der spanenden Bearbeitung zuverlässig zu vermeiden. Bei der Bearbeitung von Kunststoffwerkstoffen können diese mühelos an der Oberfläche entfernt werden.A another likewise particularly promising modification of the present Invention is also achieved by the fact that during processing resulting chips sucked off or skimmed off be an unwanted one Contamination of the fluid or deterioration of the machining reliable to avoid. In the processing of plastic materials, these can effortlessly on the surface be removed.
Die zweitgenannte Aufgabe, eine Vorrichtung zur spanenden Bearbeitung eines in einer Aufnahme fixierbaren Werkstückes, insbesondere zur Fräsbearbeitung, mittels eines eine geometrisch bestimmte Schneide aufweisenden Werkzeuges zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, wird dadurch erreicht, dass die Vorrichtung einen Behälter für ein Fluid, insbesondere eine Flüssigkeit aufweist, und dass eine Bearbeitungsposition des Werkzeuges derart einstellbar ist, dass zumindest der zu bearbeitende Bereich des Werkstückes von dem Fluid gegenüber der Umgebung eingeschlossen ist. Hierdurch wird zugleich eine ungleichmäßige Erwärmung aufgrund des schnellen Wärmeausgleichs in der Flüssigkeit vermieden und eine erheblich verminderte Oxidationsreaktion des Werkstücks erreicht. Die Dauerfestigkeit des so geschaffenen Werkstücks ist daher wesentlich verbessert, wobei insbesondere keine lokal differierenden Verschleißerscheinungen auftreten, sondern vielmehr homogene Werkstoffeigenschaften sichergestellt werden können.The second task, a device for machining a fixable in a receptacle workpiece, in particular for milling, by means of a tool having a geometrically determined cutting edge to carry out of the method is achieved in that the device a container for a fluid, in particular a liquid has, and that a machining position of the tool so adjustable is that at least the area to be machined workpiece from the fluid the environment is included. This also causes uneven heating due to the fast heat balance in the liquid avoided and a significantly reduced oxidation of the workpiece reached. The fatigue strength of the thus created workpiece is therefore significantly improved, in particular no locally differing Wear and tear occur, but rather ensures homogeneous material properties can be.
Dabei erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn das Fluid deionisiertes Wasser ist, um so die Einlagerung von sonstigen Bestandteilen des Brauch- oder Leitungswassers in der Oberfläche des Werkstückes und damit eine Veränderung der Materialeigenschaften zu vermeiden.there it proves to be particularly useful when the fluid is deionized In order to prevent the storage of other constituents of the or tap water in the surface of the workpiece and thus a change to avoid the material properties.
Weiterhin erweist sich eine Abwandlung als besonders viel versprechend, bei der die Vorrichtung eine Temperaturregeleinrichtung für das Fluid aufweist. Auf diese Weise kann eine Abweichung der Fluidtemperatur von einem Sollwert auf beispielsweise 2°C beschränkt werden, indem mittels eines Sensors der Temperaturregeleinrichtung die Fluidtemperatur benachbart zu der Bearbeitungszone des Werkstücks erfasst und ein Signal zum Kühlen oder Heizen ausgelöst wird. Die Temperierung kann auch über die Zufuhr von zusätzlicher Fluidvolumina abweichender Temperatur erreicht werden.Farther a modification proves to be particularly promising at the device is a temperature control device for the fluid having. In this way, a deviation of the fluid temperature be limited by a target value, for example, 2 ° C by means of a Sensors of the temperature control device adjacent the fluid temperature detected to the processing zone of the workpiece and a signal for cooling or heating triggered becomes. The temperature control can also be about the supply of additional Fluid volumes deviating temperature can be achieved.
Beispielsweise kann dadurch mittels der Temperaturregeleinrichtung eine während der Bearbeitungsdauer konstante Fluidtemperatur zwischen 20°C und 50°C, insbesondere zwischen 35°C und 40°C einstellbar sein, so dass bei der Verwendung des Werkstücks als Implantat eine geringe thermische Dehnung gegenüber der Körpertemperatur eintritt.For example can characterized by means of the temperature control device during the Processing time constant fluid temperature between 20 ° C and 50 ° C, in particular between 35 ° C and 40 ° C be adjustable, so when using the workpiece as Implant a low thermal strain on body temperature occurs.
Man könnte daran denken, lediglich das Werkzeug oder das Werkstück derart in das Fluid einzutauchen, dass eine schnelle Wärmeabfuhr erreicht werden kann, ohne dass die Bearbeitungszone benetzt ist. Besonders Erfolg versprechend ist es hingegen, wenn das Werkzeug sowie das Werkstück in der Bearbeitungsposition vollständig untergetaucht sind, um so insbesondere den lokalen Wärmeausgleich partiell abweichender Wärmeeinträge in das Werkstück mit geringem Aufwand ausgleichen zu können.you could Remember, just the tool or the workpiece like that to immerse in the fluid, that a rapid heat dissipation can be achieved without wetting the processing zone. Especially promising it is, however, when the tool and the workpiece in the machining position Completely submerged, so in particular the local heat balance partially deviating heat inputs into the workpiece to compensate with little effort.
Weiterhin ist es besonders zweckmäßig, wenn die Vorrichtung eine Einrichtung zum Entfernen von Werkstückspänen, insbesondere zum Abschöpfen oder Absaugen aufweist, um so einerseits eine Beeinträchtigung der Bearbeitung durch die Spanbildung zu vermeiden, andererseits auf einen Austausch des Fluides im Anschluss an die Fräsbearbeitung oder auf eine ebenfalls verwendbare zusätzliche Filteranlage oder Fluidreinigungsanlage verzichten zu können.Farther it is particularly useful if the apparatus comprises means for removing workpiece chips, in particular for skimming or suction, so on the one hand, an impairment to avoid machining by the chip formation, on the other hand to an exchange of the fluid after the milling or on a likewise usable additional filter system or fluid purification system to be able to do without.
Die Vorrichtung ist grundsätzlich zur Bearbeitung beliebiger Werkstücke geeignet. Besonders vorteilhaft ist es hingegen, wenn das Werkstück als wesentlichen Werkstoffbestandteil einen Polymerwerkstoff, insbesondere ein ultrahochmolekulares Polyethylen aufweist und damit eine optimale Eignung zur Verwendung in Verbindung mit einer Humanendoprothese aufweist.The Device is basically suitable for machining any workpieces. Especially advantageous it is, however, when the workpiece as a material material component a polymer material, in particular has an ultra-high molecular weight polyethylene and thus an optimal Suitability for use in conjunction with a human endoprosthesis having.
Zum einfachen Austausch des Fluides in dem hierzu beispielsweise auf einer Unterlage unbeweglich fixierten Behälter zu ermöglichen, kann gemäß einer weiteren besonders sinnvollen Ausgestaltung der Erfindung der Behälter zumindest einen Zulauf und/oder Ablauf für das Fluid aufweisen.To the simple replacement of the fluid in this example, on a container immovably fixed container to allow, according to a further particularly useful embodiment of the invention, the container at least an inlet and / or outlet for having the fluid.
Die
Erfindung lässt
verschiedene Ausführungsformen
zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon
in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese
zeigt in einer Prinzipskizze eine erfindungsgemäße Vorrichtung
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE200610009468 DE102006009468A1 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Method for machining a workpiece, e.g. a endoprosthetic device, comprises using a liquid in the absence of ambient air |
Publications (1)
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DE102006009468A1 true DE102006009468A1 (en) | 2007-08-30 |
Family
ID=38319931
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE200610009468 Withdrawn DE102006009468A1 (en) | 2006-02-27 | 2006-02-27 | Method for machining a workpiece, e.g. a endoprosthetic device, comprises using a liquid in the absence of ambient air |
Country Status (1)
Country | Link |
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