DE19755246C1 - Gelenkpfanne für Prothesen - Google Patents

Abstract

Um bei einer Gelenkpfanne für Prothesen, bestehend aus einem Pfannenteil und einem Verschlußteil, wobei das Pfannenteil im Pfannenboden eine rotationssymmetrische Öffnung besitzt, in die das Verschlußteil formschlüssig paßt, einen definierten und reproduzierbaren Einbau des Verschlußteils in das Pfannenteil mit größtmöglicher Ausdrücksicherheit des Verschlußteils zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, daß das Verschlußteil mit dem Pfannenboden eine Bajonettverbindung bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkpfanne für Prothesen, bestehend aus einem Pfannenteil und einem Verschluß­ teil, wobei das Pfannenteil im Pfannenboden eine rota­ tionssymmetrische Öffnung besitzt, in die das Ver­ schlußteil formschlüssig paßt.

Derartige Gelenkpfannen, insbesondere Schraubpfannen von Hüftgelenkprothesen, werden in den Hüftknochen ein­ geschraubt und dienen der Aufnahme eines Einsatzes, der den Kugelkopf am Oberschenkelknochen aufnimmt. Das Pfannenteil besitzt im Pfannenboden eine Öffnung, damit der Abstand zum knöchernen Boden des Acetabulums gemes­ sen werden kann. Damit wird kontrolliert, wie tief die Gelenkpfanne im Hüftknochen sitzt. Außerdem kann die Hüftpfanne gegebenenfalls mit Knochenmaterial durch die Öffnung hindurch hinterfüttert werden. Es ist notwen­ dig, die Öffnung im Pfannenboden zu verschließen, um einen unerwünschten Kontakt zwischen Knochen und Ein­ satzmaterial zu vermeiden. Besonders bei einem Poly­ ethylen-Einsatz ist dies unabdingbar.

Es sind Pfannentypen bekannt, bei denen das Verschluß­ teil direkt am Einsatz befestigt ist (Aesculap AG & Co. KG: Produktbeschreibung des Schraubrings Modell "Mün­ chen"). Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß das Verschlußteil in einem Arbeitsgang mit dem Einsatz im Pfannenboden befestigt wird. Allerdings wirkt bei die­ sen Pfannentypen eine Ausdrückkraft nicht nur auf das Verschlußteil, sondern auch auf den Einsatz. Die Aus­ drücksicherheit ist somit abhängig von der Art der Ein­ satz-Verankerung. Deshalb ist es von Vorteil, das Ver­ schlußteil unabhängig vom Einsatz im Gelenkpfannenboden zu befestigen. In den Druckschriften WO 96/23457 und WO 96/03096 sind zwei mögliche Ausführungsformen von Verschlußteilen beschrieben, die nicht fest mit dem Einsatz verbunden sind. Nachteil dieser Ausführungsfor­ men ist, daß sie allein durch Kräfte, die senkrecht zur Radialebene der Öffnung auf das Verschlußteil wirken, ausgedrückt werden können.

Es ist dementsprechend Aufgabe der Erfindung, eine Ge­ lenkpfanne mit zugehörigem Verschlußteil so auszubil­ den, daß das Verschlußteil in die Öffnung des Pfannen­ teils der Gelenkpfanne definiert, formschlüssig und re­ produzierbar eingesetzt und in einer definierten Ebene verdreht werden kann und daß eine größtmögliche Aus­ drücksicherheit gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Gelenkpfanne der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußteil mit dem Pfannenboden eine Bajonettver­ bindung bildet, daß die Bajonettverbindung durch minde­ stens zwei Nut- und Federverbindungen gebildet wird, wobei ein Teil der Nut- und Federverbindung am Ver­ schlußteil, der andere Teil am Pfannenboden ausgebildet ist, daß die Nut- und Federverbindung durch eine Nut und einen Schraubkeil gebildet wird, wobei sich die Nut nur über einen Abschnitt der Öffnung erstreckt und der Schraubkeil als ein abstehender Vorsprung ausgebildet ist, und daß Nut und Schraubkeil in einer Ebene liegen, die parallel zur Radialebene der Öffnung verläuft, wo­ durch eine Drehung des Verschlußteils in der Pfannen­ öffnung um die Symmetrieachse der Öffnung möglich ist.

Das Verschlußteil wird also in das Pfannenteil einge­ schraubt. Diese Befestigungsart erfordert Tangential­ kräfte, die am Verschlußteil angreifen, um dieses wie­ der aus dem Pfannenteil herauszuschrauben. Normalkräf­ te, die parallel zur Symmetrieachse des Verschlußteils wirken, können das Verschlußteil nicht aus dem Pfannen­ teil herausdrücken. Ebenso bleiben Relativbewegungen des Einsatzes bezogen auf das Pfannenteil ohne Wirkung, da das Verschlußteil nicht direkt mit dem Einsatz ver­ bunden ist. Auch ein erhöhter Druck des Hüftknochens von außen auf den Pfannenboden kann das Verschlußteil nicht aus dem Pfannenboden herausdrücken. Der Schraub­ keil gleitet bei einer Drehung des Verschlußteils in der Pfannenöffnung in der zugehörigen Nut. Durch dieses Ineinandergreifen von Nut und Schraubkeil ist es nicht mehr möglich, das Verschlußteil durch eine Kraft paral­ lel zur Symmetrieachse der Öffnung auszudrücken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zwischen dem Ver­ schlußteil und dem Pfannenteil eine Haltevorrichtung vorgesehen ist, die das Verschlußteil in der Öffnung des Pfannenbodens in der eingeschraubten Stellung fi­ xiert. Eine solche Haltevorrichtung kann zum Beispiel durch eine elastische Rastverbindung realisiert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zur Ausbildung der Haltevorrichtung Nut und Schraubkeil eine relative winkelabhängige Abstands­ änderung in Umfangsrichtung aufweisen, die sich in ra­ dialer oder zur Symmetrieachse paralleler Richtung aus winkelabhängigen Änderungen der Querschnittsformen von Schraubkeil und Nut ergeben kann, und die das Ver­ schlußteil im Pfannenboden im Klemmsitz hält.

Grundsätzlich ist es möglich, die relative Abstandsän­ derung von Nut und Schraubkeil durch eine Abnahme der radialen Erstreckung des Schraubkeils in Umfangsrich­ tung zu realisieren. Denkbar wäre auch eine Abnahme der Tiefe der Nut oder eine Kombination aus Abnahme der Tiefe der Nut und der radialen Erstreckung des Schraub­ keils in Umfangsrichtung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Schraubkeil und Nut relativ zueinander so geformt sind, daß mindestens eine Begrenzungsfläche der Nut für mindestens eine Begren­ zungsfläche des Schraubkeils eine Aufgleitfläche bil­ det, wodurch sich Nut und Schraubkeil in mindestens zwei Punkten berühren. Beim Einschrauben des Verschluß­ teils gleitet demzufolge eine Fläche so auf der anderen auf, daß es zu einer Verklemmung von Nut und Schraub­ keil kommt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Verschlußteil Schraubkeile trägt, deren radiale Erstreckung in Umfangsrichtung abnimmt.

Dabei kann vorgesehen sein, daß jeder Nutabschnitt im Pfannenboden durch zwei Seitenflächen und einen Nutbo­ den gebildet wird und die Nuttiefe in radialer Richtung konstant ist.

Die Schraubkeile können eine rechteckige Querschnitts­ form aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verschlußteil drei Schraubkeile trägt.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Seitenfläche der Nut, die die Begrenzung der Nut zur Pfannenaußenseite darstellt, parallel zur Radialebene der Öffnung ver­ läuft und wenn die andere Seitenfläche gegenüber der Radialebene zur Pfanneninnenseite hin abgeschrägt ist. Dadurch ist das Verschlußteil nach dem Einsetzen in die Gelenkpfanne nicht nur dreh- sondern auch in Richtung der Symmetrieachse der Öffnung verschiebbar. Die Schraubkeile des Verschlußteils gleiten während des Einschraubens so lange an der abgeschrägten Nuthälfte auf, bis sie an die nicht abgeschrägte Nuthälfte ansto­ ßen. Auf diese Weise kann während des Einschraubvor­ gangs unterfüttertes Knochenmaterial mit verhältnismä­ ßig geringem Kraftaufwand zurückgedrängt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß mindestens einer der relativen Winkel zwischen den Begrenzungsflächen des Schraubkeils und der zugehörigen Nut als selbsthemmender Verklemmungs­ winkel ausgebildet ist. Der aus dem allgemeinen Maschi­ nenbau bekannte Effekt der Selbsthemmung wird hier an­ gewendet, um ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung zwischen dem Verschlußteil und der Gelenkpfanne zu ver­ hindern.

Günstig ist es, wenn sich die nicht abgeschrägte Nut­ hälfte über den gesamten Umfang der Öffnung im Pfannen­ boden erstreckt.

Es ist vorteilhaft, wenn die Erstreckung des Schraub­ keils in Umfangsrichtung etwa dreimal der Erstreckung der Nut in Umfangsrichtung entspricht.

Grundsätzlich kann vorgesehen sein, daß das Verschluß­ teil auf seiner der Pfanneninnenseite zugewandten Flä­ che mindestens eine Vertiefung besitzt, in die ein kom­ plementäres Werkzeug zur Befestigung des Verschlußteils eingreifen kann. Dadurch kann das Verschlußteil mit ei­ nem Drehmomentschlüssel definiert in seiner Einbaulage fixiert werden.

Die nachfolgende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh­ rung der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeich­ nung der näheren Erläuterung.

Es zeigen:

Fig. 1: eine Schnittansicht längs Linie 1-1 in Fig. 2 durch eine Gelenkpfanne mit eingesetztem Verschlußteil;

Fig. 2: eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3: eine Ausschnittsvergrößerung des Berei­ ches A in Fig. 1;

Fig. 4: eine perspektivische Darstellung längs Linie 4-4 in Fig. 1 mit dem Verschluß­ teil vor dem Einsetzen in die Gelenk­ pfanne.

In Fig. 1 ist das insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 versehene Pfannenteil einer Gelenkpfanne dargestellt. Das Pfannenteil 1 hat außen in etwa die Form einer Halbkugel und ist außen mit einem Schraubgewinde verse­ hen, wobei das Schraubgewinde abschnittsweise unterbro­ chen ist. Dadurch bleiben an der Außenseite des Pfan­ nenteils 1 einzelne Gewindeabschnitte 2 stehen. Die In­ nenseite des Pfannenteils 1 ist dreistufig ausgenommen, und zwar so, daß die Rotationssymmetrie des Pfannen­ teils 1 erhalten bleibt. Von der ebenen Halbkugelfläche ist ein Kegelstumpf mit einem Randwinkel nahe 90° bis zur Hälfte des Radius der Halbkugel des Pfannenteils 1 ausgenommen, der einen Basisradius von etwa 3/4 des Ra­ dius des Pfannenteils 1 hat. Daran anschließend ist ein Kegelstumpf ausgenommen, dessen Basisradius dem Deckra­ dius des ersten Kegelstumpfes entspricht, und der einen Randwinkel von etwa 45° besitzt. Die Höhe dieses Kegel­ stumpfes beträgt etwa ein Viertel des Radius der Halb­ kugel. Ausgehend von der Deckfläche der zweiten Ausneh­ mung ist das Pfannenteil 1 in seinem Pfannenboden zen­ tral durch eine Öffnung 3 durchbrochen, deren Radius etwa der Hälfte des Radius der Halbkugel entspricht.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt des Randes der rotati­ onssymmetrischen Öffnung 3. In diesen Rand ist eine Nut mit einer Seitenfläche 4, einem Nutboden 5 und einer als Aufgleitfläche 6 abgeschrägten Seitenfläche einge­ arbeitet. Die Seitenfläche 4 verläuft parallel zur Ra­ dialebene der Öffnung. Der Nutboden 5 bildet zu der Seitenfläche 4 einen rechten Winkel. Der Winkel zwi­ schen der Aufgleitfläche 6 und dem Nutboden 5 ist grö­ ßer als 90°. Die Nuthälfte mit der Aufgleitfläche 6, die der Innenseite des Pfannenteils 1 zugewandt ist, ist im Gegensatz zur anderen Nuthälfte nicht durchgän­ gig ausgebildet. Vielmehr besteht diese Nuthälfte nur aus drei Nutabschnitten, die jeweils in einem Winkelab­ stand von 120° verlaufen und sich etwa über einen Win­ kelbereich von 10 bis 20° erstrecken.

In die Öffnung 3 des Pfannenteils 1 paßt ein Deckel 7. Die Grundform des Deckels 7 ist zylindrisch. Sein Au­ ßendurchmesser ist etwas kleiner als der Durchmesser der Öffnung 3. Der Deckel 7 ist in Umfangsrichtung ein­ stückig mit drei Schraubkeilen 8 versehen. Die Schraub­ keile 8 erstrecken sich jeweils über einen Winkelbe­ reich, der zusammen mit dem Winkelbereich, über den sich der zugehörige Nutabschnitt in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1 erstreckt, etwa 100° ergibt. Die Höhe der Schraubkeile 8 am Deckel 7 in radialer Richtung nimmt in Umfangsrichtung zu, und zwar im Uhrzeigersinn, wenn man den Deckel 7 von außen betrachtet, wie in Fig. 2 dargestellt. Die maximale Höhe der Schraubkeile 8 in radialer Richtung ist etwas kleiner als die Nuttiefe in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1.

Die bislang beschriebenen Gestaltungsformen von Pfan­ nenteil 1 und Deckel 7 gestatten eine Verbindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Dabei wird der Deckel 7 von der Innenseite des Pfannenteils 1 kommend so in die Öffnung 3 des Pfannenteils 1 eingeführt, daß die Schraubkeile 8 in die Aussparungen zwischen die Nutab­ schnitte mit den Aufgleitflächen 6 hineinpassen. Der Deckel wird so weit in die Öffnung 7 eingeführt, bis die Schraubkeile 8 an die Seitenfläche 4 der Nut in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1 anstoßen. Von der Innen­ seite des Pfannenteils 1 aus gesehen wird der Deckel 7 im Uhrzeigersinn in das Pfannenteil 1 eingeschraubt. Dabei gleiten die Schraubkeile 8 so lange auf der Auf­ gleitfläche 6, bis die Breite des Schraubkeils 8 der Breite der Nut in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1 ent­ spricht, was durch die Höhenänderung des Schraubkeils 8 erreicht wird. Weiteres Verschrauben führt zur Verklem­ mung von Deckel 7 und Pfannenteil 1. Der Deckel 7 be­ findet sich nun in einer definierten und fixierten Stellung im Pfannenteil 1. Diese Einbaustellung ist in Fig. 2 von außen zu sehen. Fig. 3 zeigt die Position von Nut und Schraubkeil 8, bei der die Breite des Schraubkeils exakt der Breite der Nut entspricht, was letztendlich zum Klemmsitz führt.

Auf der Deckelinnenseite befindet sich eine Vertiefung 9, in die ein Werkzeug eingreifen und mit dem man den Deckel in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1 festschrau­ ben kann. Insbesondere bei der Verwendung eines Drehmo­ mentschlüssels ist so eine definierte Fixierung des Deckels 7 in der Öffnung 3 des Pfannenteils 1 gewähr­ leistet.

Claims (14)

1. Gelenkpfanne für Prothesen, bestehend aus einem Pfannenteil und einem Verschlußteil, wobei das Pfannenteil im Pfannenboden eine rotationssymme­ trische Öffnung besitzt, in die das Verschlußteil formschlüssig paßt, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußteil (7) mit dem Pfannenboden eine Bajonettverbindung bildet, daß die Bajonettverbin­ dung durch mindestens zwei Nut- und Federverbin­ dungen gebildet wird, wobei ein Teil der Nut- und Federverbindung am Verschlußteil (7), der andere Teil am Pfannenboden ausgebildet ist, daß die Nut- und Federverbindung durch eine Nut und einen Schraubkeil (8) gebildet wird, wobei sich die Nut nur über einen Abschnitt der Öffnung (3) erstreckt und der Schraubkeil (8) als ein abstehender Vor­ sprung ausgebildet ist, und daß Nut und Schraub­ keil (8) in einer Ebene liegen, die parallel zur Radialebene der Öffnung (3) verläuft, wodurch eine Drehung des Verschlußteils (7) in der Pfannenöff­ nung (3) um die Symmetrieachse der Öffnung (3) möglich ist.

2. Gelenkpfanne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem Verschlußteil (7) und dem Pfannenteil (1) eine Haltevorrichtung vorge­ sehen ist, die das Verschlußteil (7) in der Öff­ nung (3) des Pfannenbodens in der eingeschraubten Stellung fixiert.

3. Gelenkpfanne nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ausbildung der Haltevorrichtung Nut und Schraubkeil (8) winkelabhängig eine rela­ tive Abstandsänderung aufweisen, die sich in ra­ dialer oder zur Symmetrieachse paralleler Rich­ tung aus winkelabhängigen Änderungen der Quer­ schnittsformen von Schraubkeil (8) und/oder Nut ergibt, und die das Verschlußteil (7) im Pfannen­ boden im Klemmsitz hält.

4. Gelenkpfanne nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die relative Abstandsänderung von Nut und Schraubkeil (8) durch eine Abnahme der Tiefe der Nut und/oder der Höhe des Schraubkeils (8) in Umfangsrichtung realisiert ist.

5. Gelenkpfanne nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Schraubkeil (8) und Nut relativ zueinander so geformt sind, daß mindestens eine Begrenzungsfläche der Nut für mindestens eine Begrenzungsfläche des Schraub­ keils (8) eine Aufgleitfläche (6) bildet, wodurch sich Nut und Schraubkeil (8) in mindestens zwei Punkten berühren.

6. Gelenkpfanne nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ schlußteil (7) Schraubkeile (8) trägt, deren ra­ diale Erstreckung in Umfangsrichtung abnimmt.

7. Gelenkpfanne nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder Nutabschnitt im Pfannenboden durch zwei Seitenflächen (4, 6) und einen Nutbo­ den (5) gebildet wird, und daß die Nuttiefe in radialer Richtung konstant ist.

8. Gelenkpfanne nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraub­ keile (8) eine rechteckige Querschnittsform auf­ weisen.

9. Gelenkpfanne nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ver­ schlußteil (7) drei Schraubkeile (8) trägt.

10. Gelenkpfanne nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenfläche (4) der Nut, die die Begrenzung der Nut zur Pfannen­ außenseite darstellt, parallel zur Radialebene der Öffnung (3) verläuft und daß die andere Sei­ tenfläche (6) gegenüber der Radialebene zur Pfan­ neninnenseite hin abgeschrägt ist.

11. Gelenkpfanne nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der relativen Winkel zwischen den Begrenzungsflächen des Schraubkeils (8) und der zugehörigen Nut als selbsthemmender Verklemmungswinkel ausgebildet ist.

12. Gelenkpfanne nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sich die nicht abge­ schrägte Nuthälfte (4) über den gesamten Umfang der Öffnung (3) im Pfannenboden erstreckt.

13. Gelenkpfanne nach einem der voranstehenden An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstrec­ kung des Schraubkeils (8) in Umfangsrichtung etwa dreimal der Erstreckung der Nut in Umfangsrich­ tung entspricht.

14. Gelenkpfanne nach einem der vorstehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschluß­ teil (7) auf seiner der Pfanneninnenseite zuge­ wandten Fläche mindestens eine Vertiefung (9) aufweist, in die ein komplementäres Werkzeug zur Befestigung des Verschlußteils (7) eingreifen kann.