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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zur lösbaren Verbindung mindestens eines Bauteils mit einem Trägerelement mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus der Technik bekannte lösbare Verbindungseinheiten sind insbesondere Schraubenverbindungen sowie die aus dem Gerüstbau bekannten Keilverbindungen.
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Schraubenverbindungen werden in sämtlichen Bereichen der Technik in vielfachen Ausführungen und Variationen verwendet. Schraubenverbindungen besitzen einige Nachteile, die sich je nach Verwendungszweck mehr oder weniger stark auswirken können. So können Verschraubungen unter Verwendung von Muttern als Gegenstück aufgrund von Verschmutzungen oder Korrosion miteinander verbacken und sind dann nur noch unter großem Aufwand oder gar nicht mehr lösbar. Leichte Deformationen am Gewinde der Schraube können ebenfalls das Lösen von Schraubenverbindungen erschweren. Im Falle von Holz- oder Blechschrauben, deren Gewinde eine schiefe Ebene darstellt und bei deren Verwendung im Gegenstück ein Muttergewinde ausgebildet wird, ergibt sich nach dem Lösen häufig das Problem, dass das Material des Gegenstücks einem erneuten Einsatz der Schraube nicht gewachsen ist, so dass eine Wiederverwendung der Bauteile erschwert oder verhindert wird. Beim Anziehen einer Schraube wird bekanntlich eine kleine Umfangskraft zu einer großen Axialkraft verstärkt, so dass es bei einem zu starken Anziehen einer Schraube zu Veränderungen oder Verformungen am Gegenstück kommen kann, wodurch eine Verbindungsbildung zerstört oder zumindest beschädigt werden kann.
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Keilverbindungen, wie sie beispielsweise in der
DE 34 11 598 A1 der
DE 20 2004 002 953 U1 und der
DE 298 04 518 U1 beschrieben werden, umfassen üblicherweise ein zapfenartiges Element, das durch Öffnungen in den zu verbindenden Bauteilen hindurch gesteckt wird. Dabei weist das zapfenartige Element an einem Ende eine einen Anschlag ausbildende Kontur auf, während am gegenüberliegenden Ende eine Durchgangsöffnung oder Nut ausgebildet ist, die auf die Abmessungen eines keilförmigen Konterelements abgestimmt ist. Die Verbindung der Bauteile wird durch das Durchtreiben und Verklemmen des Keils in der Durchgangsöffnung oder Nut ausgebildet. Ein Nachteil von Keilverbindungen besteht darin, dass eine Berechnung und Steuerung der tatsächlich wirkenden Eintreibkräfte nicht möglich ist, so dass Keilverbindungen nur bei Verbindungen eingesetzt werden, bei denen keine hohe Genauigkeit notwendig ist. Beim Lösen einer Keilverbindung hat man darüber hinaus das Problem, dass das vordere Ende des Keils zugänglich sein muss, um ein Herausschlagen des Keils aus der Nut zu ermöglichen.
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Die
DE 10 2007 014 484 B4 beschreibt eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden wenigstens eines Vierkanthohlprofils mit einer im Verbindungsbereich quer zur Achse des Vierkantprofils verlaufenden Profilwand, wobei ein Keilspannelement eingesetzt wird, das mittels eines Schraubelementes in Achsrichtung des Vierkanthohlprofils verschiebbar ist.
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Das Gebrauchsmuster
DE 71 13 521 U beschreibt eine Vorrichtung zum Befestigen einer hohlen Strebe an einem quer dazu verlaufenden Rahmenteil, wobei ein in dem Rahmenteil verankerter Bolzen mit einem Kopfteil durch einen Durchbruch der Wandung der Hohlstrebe ragt und ein von der offenen Stirnseite der Hohlstrebe aus gegen den Bolzen anziehbarer Keil sich einerseits gegen das Kopfteil des Bolzens und andererseits gegen die Innenwand der Hohlstrebe abstützt.
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In dem Gebrauchsmuster
DE 297 17 476 U1 wird eine Hohlprofilbefestigung beschrieben, die durch zwei in das Hohlprofilelement einführbare Keilhülsen realisiert wird, die sich längs einer zur Achse des Hohlprofilelements schrägen Fläche aneinander abstützen und gegeneinander sowie gegenüber der Innenwand des Hohlprofilelements spannbar sind.
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Insbesondere in der Medizintechnik, bei der ingenieurwissenschaftliche Prinzipien und Regeln auf dem Gebiet der Medizin Anwendung finden, werden aufgrund der besonderen Umstände und Gegebenheiten des menschlichen Körpers häufig unkonventionelle technische Lösungen für die Behandlung und Therapie von körperlichen Gebrechen gesucht.
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In der
DE 100 57 675 A1 wird ein Kniegelenk-Endoprothesensystem beschrieben, das ein Transversalträger-Tibiaplateau mit zwei Gelenkflächeneinheiten umfasst. Durch das separate Einbringen der beiden Gelenkflächeneinheiten in das Kniegelenk können chirurgische Probleme durch die geringe Aufklappbarkeit des Kniegelenks bei Erhalt des vorderen Kreuzbandes verringert werden. Eine Weiterentwicklung dieses Systems ist in der
DE 10 2004 053 075 A1 beschrieben, wobei Gelenkflächen separat von vorne auf Gelenkflächenträgern, welche formschlüssig mit einem Transversalträger verbunden sind, fixiert werden. Dabei werden die Gelenkflächenträger mit Hilfe von Trägerschrauben auf dem Transversalträger befestigt. Es hat sich herausgestellt, dass die Befestigung der Gelenkflächenträger mit Hilfe von Trägerschrauben insbesondere aufgrund der schwierigen medialen Zugänglichkeit problematisch ist und das Operationsverfahren erschwert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine lösbare Verbindungsanordnung anzubieten, die Vorteile gegenüber dem Stand der Technik aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es auch, ein Transversalträger-Tibiaplateau zur Verfügung zu stellen, das durch den Einsatz einer verbesserten Verbindungsanordnung der einzelnen Komponenten eine Implantation vereinfacht.
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Gelöst werden die Aufgaben durch eine Verbindungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterentwicklungen und Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Keilverbindung mit einer Schraubenverbindung zu kombinieren, um auf diese Weise für eine Verbindungsanordnung die jeweiligen Vorteile der beiden Verbindungsarten zu erhalten.
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Dies kann mit einer Verbindungsanordnung zu einer lösbaren Verbindung mindestens eines Bauteils mit einem mindestens eine Aufnahmeöffnung für das zu verbindende mindestens eine Bauteil aufweisenden Trägerelement realisiert werden. Dabei ist in dem Trägerelement zusätzlich eine zu der mindestens einen Aufnahmeöffnung quer verlaufende Aufnahme für einen Verbindungskeil vorgesehen. Diese Aufnahme bildet zusammen mit einem in dem mindestens einen Bauteil vorgesehenen Durchlass für einen Verbindungskeil eine Aufnahmeeinheit für den Verbindungskeil. Erfindungswesentlich ist dabei, dass der Verbindungskeil mit einer mit einem Außengewinde versehenen Verschlussschraube kombiniert ist, mit welcher der Verbindungskeil über ein mit einem Innengewinde versehenen Gegenstück in der Aufnahmeeinheit des Trägerelements in das Trägerelement einschraubbar ist und dort fixiert werden kann.
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Der Verbindungskeil und die Verschlussschraube sind erfindungsgemäß separate Bauteile, die zur Fertigstellung der Verbindungsanordnung vormontiert werden. Dafür besitzt die Verschlussschraube eine Aufnahme, in die der Verbindungskeil einsetzbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Verbindungsanordnung mehrere Bauteile, die am Trägerelement angeordnet sind und über das Trägerelement miteinander verbunden werden. In diesem Fall ist es besonders vorteilhaft, wenn der Verbindungskeil stufenförmig ausgebildet ist, wobei die Anzahl der Keilstufen der Anzahl der mit dem Trägerelement zu verbindenden Bauteile entspricht. Die stufenförmige Ausbildung des Keils ist dabei so gewählt, dass lediglich in dem Bereich des Durchlasses des Bauteils für den Verbindungskeil, dort wo der Verbindungskeil in das Bauteil eingreift und dieses vorspannt, eine Keilform realisiert ist, während der Verbindungskeil in den Zwischenbereichen, die den Abstand zwischen den Bauteilen definieren, zylinderförmig ausgebildet ist und parallel verlaufende Außenflächen aufweist. Auf diese Weise können auch große Abstände zwischen den einzelnen Bauteilen verwirklicht werden, die mit einem sich permanent verengenden Verbindungskeil nur schwer zu erhalten wären. Selbstverständlich können jedoch auch mehrere Bauteile mit einem sich permanent verengenden Keil verbunden werden, wenn es der Abstand zwischen den einzelnen Bauteilen zulässt.
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Bevorzugt sind das Trägerelement und das mindestens eine Bauteil formschlüssig miteinander verbunden. Dasselbe gilt für das Trägerelement und den Verbindungskeil mit Verschlussschraube, wobei die Verschlussschraube vorzugsweise formschlüssig mit dem Trägerelement abschließt.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen am Beispiel eines Transversalträger-Tibiaplateaus ausführlich erläutert. Dabei zeigen
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1 eine perspektivische Darstellung einer Verschlussschraube,
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2 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungskeils,
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3 eine perspektivische Darstellung der Kombination aus Verschlussschraube und Verbindungskeil,
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4 eine Schnittdarstellung der Verbindungskomponenten für ein Transversalträger-Tibiaplateau als Explosionszeichnung,
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4a eine perspektivische Darstellung des Transversalträger-Tibiaplateaus aus 4,
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5 eine Schnittdarstellung eines Transversalträger-Tibiaplateaus und
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5a eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung als Klemmverbindung.
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Die 1 zeigt in der Perspektive eine Verschlussschraube 1 mit einem Außengewinde 2 und einer Aufnahme 3 für einen Verbindungskeil 4.
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Der dazu passende nicht rotationssymmetrische Verbindungskeil 4 ist in der 2 dargestellt. Der Verbindungskeil 4 weist an seinem Kopfende einen knopfartige Erweiterung 6 auf, die korrespondierend zur Aufnahme 3 geformt ist und in diese zur Vormontage eingeführt werden kann. Der Verbindungskeil 4 weist in der gezeigten Ausführungsform zwei Keilstufen 5 auf. Zwischen den beiden Keilstufen 5 verjüngt sich der Verbindungskeil 4 nicht weiter, sondern zeigt eine zylinderförmige Ausgestaltung mit parallel verlaufenden Außenflächen. Diese stufenförmige Ausgestaltung ist insbesondere von Interesse, wenn mehrere Bauteile mit Hilfe eines Verbindungskeils 4 mit einem Trägerelement verbunden werden sollen, wobei der Abstand zwischen den zu verbindenden Bauteilen auf einfache Weise mit der Länge des zylinderförmigen Zwischenteils variiert werden kann.
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Die 3 zeigt perspektivisch eine vormontierte Kombination aus Verschlussschraube 1 und Verbindungskeil 4. Dabei ist die knopfartige Erweiterung 6 des Verbindungskeils 4 in die Aufnahme 3 der Verschlussschraube 1 eingeführt. Bevorzugt ist die Öffnung der Aufnahme 3 der Verschlussschraube 1 etwas unterdimensioniert, so dass die knopfartige Erweiterung 6 in die Aufnahme 3 eingepresst werden muss und dann dort lösbar fixiert ist, wobei der Keil um seine eigene Achse drehbar in der Verschlussschraube 1 gelagert ist.
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Die 4 zeigt in einer Art Explosionsdarstellung Schnitte der Einzelkomponenten einer Verbindungsanordnung mit einem Trägerelement 7 und zwei Bauteilen 10 sowie einem Verbindungskeil 4 mit vormontierter Verschlussschraube 1 am Beispiel eines Transversalträger-Tibiaplateaus, das aus zwei Gelenkflächeneinheiten (Bauteile) 10 besteht, die auf einem Transversalträger (Trägerelement) 7 anzuordnen sind.
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Im Folgenden werden die bisher gewählten allgemeinen Bezeichnungen teilweise durch die für diesen Spezialfall üblichen Bezeichnungen ersetzt, wobei jedoch die Bezugszeichen beibehalten werden. Die Gelenkflächeneinheiten 10 werden zur Montage der Verbindungsanordnung mit ihren Trägern 12 in die Aufnahmeöffnungen 8 in den Transversalträger 7 eingeführt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahmeöffnungen 8 und die Träger 12 nicht rotationssymmetrisch sind, so dass mit der Einführung in die Aufnahmeöffnung 8 gleichzeitig eine Orientierung und Ausrichtung der Gelenkflächen 11 erfolgt. Darüber hinaus können die einzelnen Aufnahmeöffnungen 8 vorteilhaft unterschiedliche Durchmesser aufweisen, die auf die jeweils einzusetzenden Gelenkflächenträger 12 abgestimmt sind, so dass beispielsweise eine Vertauschung der Gelenkflächeneinheiten 10 während einer Operation am Kniegelenk ausgeschlossen ist. Die Gelenkflächenträger 12 der Gelenkflächeneinheiten 10 weisen jeweils einen für den Verbindungskeil 4 passenden Durchlass 13 auf, der zusätzlich auf die Aufnahme 9 im Transversalträger 7 abgestimmt ist und zusammen mit der Aufnahme 9 eine Aufnahmeeinheit für den Verbindungskeil 4 ausbildet.
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Der Transversalträger 7 umfasst zwei Aufnahmeöffnungen 8 für die Gelenkflächeneinheiten 10, wobei die Aufnahmeöffnungen 8 quer zur Aufnahme 9 für den Verbindungskeil 4 verlaufen. Der Eingangsbereich der Aufnahme 9 ist mit einem Innengewinde 14 versehen und als Gegenstück zur Verschlussschraube 1 ausgebildet.
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Zur Montage werden zunächst die Gelenkträgereinheiten 10 in die Aufnahmeöffnungen 8 eingeführt. Anschließend wird der vormontierte Verbindungskeil 4 seitlich in die Aufnahme 9 eingeführt bis die Gewinde 2, 14 greifen. Durch das Anziehen der Verschlussschraube 1 wird der Verbindungskeil 4, der um seine eigene Achse drehbar in der Verschlussschraube 1 gelagert ist, axial in die Aufnahme 9 verschoben und zieht dabei aufgrund seiner Keilform die Gelenkflächeneinheiten 10 in bzw. auf den Transversalträger 7, bis diese formschlüssig mit dem Transversalträger 7 verbunden sind.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass als Gewinde 2, 14 selbstsichernde Feingewinde ausgewählt werden, so dass ein Selbstlösen des Verbindungskeils 4 und der Bauteile 10 selbst bei extrem langen Einsatzzeiten und hohen physikalischen Belastungen verhindert wird.
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Die 4a zeigt die Einzelkomponenten des Transversalträger-Tibiaplateaus aus 4 in einer perspektivischen Darstellung. Bei dieser Darstellung sind auf dem Transversalträger 7 Vertiefungen 16 zu erkennen, in welche die Gelenkflächenträger 10 bei der Verbindungsbildung formschlüssig eingezogen werden.
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Die 5 zeigt ebenfalls am Beispiel eines Transversalträger-Tibiaplateaus die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung als Schnitt im fertigmontierten Zustand. Die Bauteile 10 und das Trägerelement 7 bilden sowohl am Eingang als auch am Ausgang der Aufnahmeöffnungen 8 einen Formschluss. Die Verschlussschraube 1 ist formschlüssig im Trägerelement 7 versenkt. Durch die schräge Anordnung der Gelenkflächenträger 10 wird die Stabilität und Steifigkeit der Verbindungsanordnung zusätzlich erhöht.
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Anhand der 5a, die im Wesentlichen der 5 entspricht, soll als weitere Funktion der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung eine Klemmverbindung erläutert werden, bei der ein weiteres Bauteil 15 durch das Eindrehen der Verschlussschraube 1 und Spannen des Bauteils 10 durch die axiale Verschiebung des Verbindungskeils 4 mit dem Bauteil 10 und dem Trägerelement 7 eine Klemmverbindung eingeht.
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Auch wenn in der obigen Beschreibung die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung insbesondere am Beispiel eines Transversalträger-Tibiaplateaus erläutert ist, ist darin keine Einschränkung zu sehen. Vielmehr ist die Kombination aus einer Keil- und einer Schraubenverbindung universell zur Verbindung eines oder mehrerer Bauteile 10 mit einem Trägerelement 7 einsetzbar, wobei Bauteile 10 und Trägerelement 7 sowie deren Anordnung zueinander in einem breiten Rahmen variiert werden können. Dabei kann die Form des Trägerelementes 7 oder die Winkelstellung der Bauteile 10 beliebig ausgewählt werden, so dass als weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sich beispielsweise quaderförmige Trägerelemente 7 mit senkrecht oder in einem anderen definierten Winkel darauf angeordneten Bauteilen 10 anbieten, wobei beim Einsatz mehrerer Bauteile 10 diese selbstverständlich auch jeweils unterschiedliche Winkelstellungen zum Trägerelement 7 aufweisen können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verschlussschraube
- 2
- Außengewinde
- 3
- Aufnahme
- 4
- Verbindungskeil
- 5
- Keilstufe
- 6
- knopfförmige Erweiterung
- 7
- Trägerelement (Transversalträger)
- 8
- Aufnahmeöffnung
- 9
- Aufnahme
- 10
- Bauteil (Gelenkflächeneinheit)
- 11
- Gelenkfläche
- 12
- Gelenkflächenträger
- 13
- Durchlass
- 14
- Innengewinde
- 15
- Bauteil
- 16
- Vertiefung
