DE19826380A1 - Osteosynthetisches Befestigungssystem - Google Patents

Abstract

Um bei einem osteosynthetischen Befestigungssystem mit mindestens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungselement, welches Verankerungselement eine U-förmige Aufnahme für das Verbindungselement mit einer Auflagefläche und zwei diese seitlich begrenzenden Schenkeln aufweist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbindungselement gegen die Auflagefläche klemmt, eine verbesserte Spannung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter mit einer Andruckfläche umfaßt, die in verschiedenen Stellungen des Exzenters verschiedene Abstände von der Auflagefläche einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein osteosynthetisches Befesti­ gungssystem mit mindestens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungsele­ ment, welches Verankerungselement eine U-förmige Auf­ nahme für das Verbindungselement mit einer Auflage­ fläche und zwei diese seitlich begrenzenden Schenkeln aufweist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbin­ dungselement gegen die Auflagefläche klemmt.

Derartige osteosynthetische Befestigungssysteme werden beispielsweise im Bereich der Wirbelsäule verwendet, um Wirbelsäulenabschnitte zu stabilisieren. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art (DE 42 43 951 A1; EP 0 441 729 B1; EP 0 487 895 B1; EP 0 572 790 B1; EP 0 528 706 B1; EP 0 626 828 B1) wird das stangenförmige Verbindungs­ element dadurch klemmend in der Aufnahme gehalten, daß über oder zwischen die Schenkel Klemmstücke geschraubt werden, die durch die Schraubbewegung klemmend an den Verbindungselementen oder an diesen anliegenden Druck­ stücken zur Anlage gelangen. Obwohl sich diese Einrich­ tungen bewährt haben, besteht die Gefahr, daß die Schenkel durch die aufschraubbaren Gewindestücke ver­ formt werden, da die Schenkel in relativ großem Abstand zueinander stehen und nur über einen geringen Teil des gesamten Umfanges Gewindegänge für die aufschraubbaren Spannelemente bilden.

Bei einem anderen System erfolgt die Spannung des stan­ genförmigen Verbindungselementes dadurch, daß eine zwischen den Schenkeln angeordnete Welle in axialer Richtung verschoben wird und dadurch mit einer Ausneh­ mung gegen das Verbindungselement geklemmt wird (EP 0 729 731 A1). Dadurch wird das Verbindungselement ein­ seitig mit einer Spannkraft beaufschlagt, man erhält also eine unsymmetrische Kraftbeaufschlagung.

Es ist auch ein derartiges Befestigungssystem bekannt, bei dem die Festlegung des Verbindungselementes dadurch erfolgt, daß die beiden Schenkel der Aufnahme gegenein­ ander gespannt werden (FR 2 731 344 B1). Hierzu ist eine starke Verformung der Aufnahme notwendig, und dies kann in manchen Fällen unerwünscht sein.

Eine sehr komplizierte Konstruktion wird in der US-A- 5,486,174 beschrieben. Dort wird ein das Verbindungs­ element ringförmig umgebendes Befestigungselement in einem weiteren Ring angeordnet, dieses System ist nicht dazu geeignet, das Verbindungselement von oben her zwi­ schen die Schenkel in die Aufnahme einzulegen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein gattungsgemäßes osteosynthetisches Befestigungssystem so auszubilden, daß mit einfachsten Mitteln ein sicheres Spannen des eingelegten stangenförmigen Verbindungselementes erfol­ gen kann, ohne daß die Aufnahme übermäßig mechanisch beansprucht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem osteosynthetischen Befe­ stigungssystem der eingangs beschriebenen Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter mit einer Andruckfläche um­ faßt, die in verschiedenen Stellungen des Exzenters verschiedene Abstände von der Auflagefläche einnimmt. Es genügt für den Benutzer, nach dem Einlegen des stan­ genförmigen Verbindungselementes den Exzenter zu ver­ drehen, um das Verbindungselement in der Aufnahme zu spannen. Dadurch werden die Schenkel gleichmäßig bean­ sprucht, und zwar in Richtung ihrer Ausdehnung, außer­ dem läßt sich der Spannvorgang sehr schnell durchfüh­ ren, es ist dazu nicht notwendig, ein Gewindeelement über ein längeres Gewinde aufzuschrauben.

Günstig ist es, wenn der Exzenter in beiden Schenkeln drehbar gelagert ist und wenn die Andruckfläche zwi­ schen den Schenkeln angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine symmetrische Anordnung, die die Auflage insgesamt mechanisch sehr wenig beansprucht.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Exzenter eine Welle ist mit zwei konzentrischen Endabschnitten und einem exzentrischen Mittelabschnitt. Die konzentri­ schen Endabschnitte dienen der Lagerung in den Schen­ keln, in denen sie in entsprechenden Lageröffnungen aufgenommen werden, der exzentrische Mittelabschnitt bildet die eigentliche Spanneinrichtung.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Außendurchmesser der Endabschnitte unterschiedlich groß ist. Dadurch ergeben sich zwangsläufig auch unterschiedlich große Lageröff­ nungen, und damit ist beim Einsetzen des Exzenters ein­ deutig festgelegt, in welche Richtung dieser eingesetzt wird.

Vorteilhaft ist es, wenn der Außendurchmesser minde­ stens eines Endabschnittes mindestens so groß ist wie der maximale Außendurchmesser des Exzenters. Dadurch ist es möglich, den Exzenter in Richtung des größeren Endabschnittes aus seiner Lagerung herauszuziehen. Der Exzenter weist vorteilhafterweise eine Einsetzöff­ nung für ein Drehwerkzeug aufweist, die konzentrisch zur Drehachse des Exzenters angeordnet ist, beispiels­ weise kann es sich dabei um einen Innensechskant han­ deln.

Es ist günstig, wenn die Andruckfläche des Exzenters profiliert ist, beispielsweise durch achsparallele Rip­ pen, so daß dadurch der Exzenter in der Spannstellung fixiert wird.

Der Exzenter kann unmittelbar auf das stangenförmige Verbindungselement wirken, bei einer bevorzugten Aus­ führungsform ist jedoch vorgesehen, daß zwischen der Andruckfläche des Exzenters und dem Verbindungselement ein Druckstück angeordnet ist.

Dieses Druckstück ist vorzugsweise in Richtung auf die Auflagefläche verschieblich an den Schenkeln geführt.

Diese Führung kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß das Druckstück zwei in den Spalt zwischen den beiden Schenkeln eingreifende Verlängerungen trägt.

Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die dem Exzenter zu­ gewandte Fläche des Druckstückes profiliert ist. Ins­ besondere bei profilierter Andruckfläche des Exzenters ergibt sich dadurch eine besonders sichere Fixierung in der Spannstellung.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß das Verbindungselement im Einlagebe­ reich in die Aufnahme eine kugelringförmige Verdickung aufweist. Während normale stangenförmige Verbindungs­ elemente im Einlagebereich zylindrisch ausgebildet sind, ermöglicht diese kugelringförmige Verdickung ein Verschwenken des eingelegten Verbindungselementes ge­ genüber der Auflage in geringem Umfange, und durch den Exzenter kann das Verbindungselement in der einmal ein­ genommen Schwenklage festgeklemmt werden.

Diese Verdickung kann Teil des Verbindungselementes sein, es ist aber besonders vorteilhaft, wenn die Ver­ dickung durch einen um das Verbindungselement herumge­ legten Kugelring gebildet wird. Dadurch ist es möglich, den Kugelring längs des Verbindungselementes zu ver­ schieben und die Verdickung an der jeweils gewünschten Stelle anzuordnen.

Günstig ist es, wenn der Kugelring einseitig durch ei­ nen Querschlitz unterbrochen ist, so daß beim Spannen der Kugelring in seinem Umfang verkleinert werden und über eine große Länge an das Verbindungselement ange­ preßt werden kann.

Dieser Vorgang wird noch erleichtert, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Kugelring auf der dem Querschlitz gegenüberliegenden Seite eine Querschnitts­ verjüngung aufweist, beispielsweise eine Einkerbung. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn die kugelringförmige Verdickung auf der Außenseite profiliert ist, dies för­ dert die Festlegung der kugelringförmigen Verdickung in der Aufnahme.

Das Druckstück kann auf seiner der kugelringförmigen Verdickung zugewandten Seite eine kugelkalottenförmige Vertiefung aufweisen, die die kugelringförmige Verdic­ kung in sich aufnimmt.

Günstig ist es, wenn die Schenkel ein Innengewinde zur Aufnahme eines Gewindestopfens aufweisen. Damit kann die Aufnahme nach oben hin abgeschlossen werden, außer­ dem kann der Gewindestopfen gleichzeitig den Exzenter in der Spannstellung fixieren und somit ein unbeabsich­ tigtes Lösen des Exzenters verhindern.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungs­ formen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Verankerungs­ elementes mit eingelegtem Verbindungs­ element;

Fig. 2 eine Schnittansicht längs Linie 2-2 in Fig. 1 und

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Verankerungs­ element der Fig. 1.

Das in der Zeichnung dargestellte osteosynthetische Be­ festigungssystem umfaßt mehrere Elemente, nämlich nor­ malerweise mindestens zwei Verankerungselemente 1 und mindestens ein stangenförmiges Verbindungselement 2.

Das Verankerungselement 1 des dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels trägt eine Knochenschraube 3, mit der es in einen Knochen eingeschraubt werden kann, beispiels­ weise einen Wirbelknochen. Bei anderen, in der Zeich­ nung nicht dargestellten Ausführungsbeispielen könnte die Knochenschraube 3 auch ersetzt werden durch andere Festlegungsmittel, beispielsweise durch Haken, die ein Knochenteil umgreifen.

Weiterhin weist das Verankerungselement 1 am oberen Ende der Knochenschraube 3 mit dieser einstückig ausge­ bildet einen Aufnahmekopf 4 auf, der insgesamt im Quer­ schnitt U-förmig ausgebildet ist und eine gebogene Auf­ lagefläche 5 sowie zwei diese seitlich begrenzende, parallel zueinander im Abstand verlaufende Schenkel 6 umfaßt. Die Schenkel 6 sind im Querschnitt kreisförmig gebogen und erstrecken sich jeweils über einen Umfangs­ winkel von etwa 120°.

In den auf diese Weise ausgebildeten Spalt 7 zwischen den Schenkeln 6 ist von oben her das stangenförmige Verbindungselement 2 eingelegt, welches über seine Län­ ge zylindrisch ausgebildet ist und welches im Einlage­ bereich einen auf dem Verbindungselement 2 verschiebli­ chen, auf dieses aufgeschobenen Kugelring 8 trägt, der in diesem Bereich eine kugelförmige Verdickung ausbil­ det. Dieser Kugelring 8 ist an einer Stelle geschlitzt, der Schlitz 9 hat eine endliche Breite und ermöglicht ein Zusammendrücken des Kugelringes 8, so daß dieser im zusammengedrückten Zustand das stangenförmige Verbin­ dungselement 2 dicht umschließt. Dies wird dadurch ge­ fördert, daß gegenüber des Schlitzes 9 eine Einkerbung 10 im Kugelring 8 vorgesehen ist. Die Außenfläche des Kugelringes 8 ist durch in Umfangsrichtung verlaufende Parallelrippen 11 profiliert.

Die Auflagefläche 5 ist in ihrer Biegung dem Kugelring 8 angepaßt, d. h. kugelkalottenförmig ausgebildet, und nimmt somit den Kugelring 8 flächig an diesem anliegend auf. Dadurch kann das stangenförmige Verbindungselement 2 gegenüber der Auflagefläche 5 geringfügig verschwenkt werden, wobei trotzdem das Verbindungselement 2 durch den Spalt 7 seitlich geführt wird.

Auf den Kugelring 8 ist ein plattenförmiges Druckstück 12 aufgelegt, welches den Innenraum 13 zwischen den beiden Schenkeln 6 ausfüllt und welches mit zwei diame­ tral gegenüberliegenden Verlängerungen 14 in den Spalt 7 eingreift und somit zwischen den Schenkeln 6 höhen­ verschieblich geführt ist. Das Druckstück 12 weist an seiner unteren Seite eine kugelkalottenförmige Ausneh­ mung 15 auf, in die der Kugelring 8 eingreift. Die Oberseite 16 des Druckstückes 12 ist durch quer zur Längsrichtung des Verbindungselementes 2 verlaufende Rippen 17 profiliert.

Oberhalb des Druckstückes 12 ist zwischen den beiden Schenkeln 6 eine Exzenterwelle 18 drehbar gelagert. Diese Exzenterwelle 18 weist einen konzentrisch zur Drehachse angeordneten Endabschnitt 19 mit kleinem Durchmesser und einen ebenfalls konzentrisch zur Dreh­ achse angeordneten Endabschnitt 20 mit großem Durch­ messer auf, zwischen den Endabschnitten 19 und 20 be­ findet sich ein exzentrischer Mittelabschnitt 21, des­ sen Außenfläche eine an der Oberseite 16 des Druck­ stückes 12 anliegende Andruckfläche ausbildet.

Der Endabschnitt 19 ist in einer Lageröffnung 22 in einem der beiden Schenkel gelagert, der andere Endab­ schnitt in einer entsprechenden Lageröffnung 23 im ge­ genüberliegenden Schenkel. Diese Lageröffnung 23 ist dabei so groß, daß die Exzenterwelle 18 in axialer Richtung aus der Lagerposition herausgezogen werden kann.

In dem Endabschnitt 20 ist stirnseitig eine konzen­ trisch zur Drehachse angeordnete Vertiefung 24 in Form eines regelmäßigen Sechseckes angeordnet, diese Vertie­ fung bildet eine Einsetzöffnung für ein komplementär ausgebildetes Drehwerkzeug, mit dessen Hilfe die Exzen­ terwelle 18 um ihre Drehachse verdreht werden kann.

Die Außenseite des Mittelabschnittes 21 kann ebenfalls durch achsparallele Rippen profiliert sein, dies ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Oberhalb der Exzenterwelle 18 sind die Innenflächen 25 der Schenkel 6 mit einem Innengewinde 26 versehen, so daß dort ein in der Zeichnung nicht dargestellter Ge­ windestopfen zwischen die Schenkel 6 eingeschraubt wer­ den kann. Dadurch wird der Innenraum zwischen den Schenkeln 6 verschlossen, außerdem kann der Gewinde­ stopfen sich an den Mittelabschnitt 21 der Exzenter­ welle 18 anlegen und diese in einer bestimmten Winkel­ stellung fixieren.

Die beschriebene Ausgestaltung ermöglicht es in einfa­ cher Weise, eine feste Spannverbindung zwischen Veran­ kerungselement 1 und Verbindungselement 2 herzustellen. Dazu genügt es, auf ein Verbindungselement 2, auf wel­ ches ein Kugelring 8 aufgeschoben ist, diesen mit dem Kugelring 8 versehenen Bereich zwischen die beiden Schenkel 6 in den Aufnahmekopf 4 einzulegen und an­ schließend von oben her ein Druckstück zwischen die Schenkel 6 einzulegen und die Exzenterwelle 18 seitlich in ihre Lagerung zwischen den Schenkeln 6 einzuschie­ ben. Durch eine kurze Verdrehung der Exzenterwelle 18 erfolgt das Festspannen des Verbindungselementes 2 im Aufnahmekopf 4, dazu ist eine Drehung notwendig, die deutlich unterhalb einer vollen Umdrehung liegt, im Ge­ gensatz zu Spannvorrichtungen, die Gewindeelemente be­ nutzen, bei denen Mehrfachumdrehungen notwendig werden.

Die Exzenterwelle 18 bleibt normalerweise in ihrer Spannstellung ohne weiteres stehen, jedoch wird diese Festlegung der Exzenterwelle 18 in der Spannstellung noch durch die Profilierung der entsprechenden Oberflä­ chen unterstützt und gegebenenfalls in der beschriebe­ nen Weise durch Einschrauben eines Gewindestopfens in den Aufnahmekopf 4.

Claims (18)

1. Osteosynthetisches Befestigungssystem mit minde­ stens einem Verankerungselement und mindestens einem stangenförmigen Verbindungselement, welches Verankerungselement eine U-förmige Aufnahme für das Verbindungselement mit einer Auflagefläche und zwei diese seitlich begrenzenden Schenkeln auf­ weist, und mit einer an den Schenkeln angreifenden Spanneinrichtung, die im gespannten Zustand das Verbindungselement gegen die Auflagefläche klemmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung einen verdrehbaren Exzenter (18) mit einer An­ druckfläche umfaßt, die in verschiedenen Stel­ lungen des Exzenters (18) verschiedene Abstände von der Auflagefläche (5) einnimmt.

2. Befestigungssystem nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Exzenter (18) in beiden Schenkeln (6) drehbar gelagert ist und daß die An­ druckfläche zwischen den Schenkeln (6) angeordnet ist.

3. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzenter (18) eine Welle ist mit zwei konzentrischen Endab­ schnitten (19, 20) und einem exzentrischen Mittel­ abschnitt (21).

4. Befestigungssystem nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Außendurchmesser der End­ abschnitte (19, 20) unterschiedlich groß ist.

5. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Außen­ durchmesser mindestens eines Endabschnittes (20) mindestens so groß ist wie der maximale Außen­ durchmesser des Exzenters (18) im Bereich des Mit­ telabschnittes (21).

6. Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Exzen­ ter (18) eine Einsetzöffnung (24) für ein Dreh­ werkzeug aufweist, die konzentrisch zur Drehachse des Exzenters (18) angeordnet ist.

7. Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ druckfläche des Exzenters (18) profiliert ist.

8. Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Andruckfläche des Exzenters (18) und dem Ver­ bindungselement (2) ein Druckstück (12) angeordnet ist.

9. Befestigungssystem nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckstück (12) in Richtung auf die Auflagefläche (5) verschieblich an den Schenkeln (6) geführt ist.

10. Befestigungssystem nach Anspruch 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckstück (12) zur Führung zwei in den Spalt (7) zwischen den beiden Schen­ keln (6) eingreifende Verlängerungen (14) trägt.

11. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Exzenter (18) zugewandte Fläche (16) des Druckstückes (12) profiliert ist.

12. Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbin­ dungselement (2) im Einlagebereich in die Aufnahme (4) eine kugelringförmige Verdickung (8) aufweist.

13. Befestigungssystem nach Anspruch 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Verdickung (8) durch einen um das Verbindungselement (2) herumgelegten Kugel­ ring gebildet wird.

14. Befestigungssystem nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kugelring (8) einseitig durch einen Querschlitz (9) unterbrochen ist.

15. Befestigungssystem nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kugelring (8) auf der dem Querschlitz (9) gegenüberliegenden Seite eine Querschnittsverjüngung (10) aufweist.

16. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die kugelringför­ mige Verdickung (8) auf der Außenseite profiliert ist.

17. Befestigungssystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11 und einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Druckstück (12) auf seiner der kugelringförmigen Verdickung (8) zugewandten Seite eine kugelkalottenförmige Vertiefung (15) aufweist.

18. Befestigungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schen­ kel (6) ein Innengewinde (26) zur Aufnahme eines Gewindestopfens aufweisen.