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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement für
ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem mit einem ersten
Befestigungsabschnitt zum Festlegen an einer ersten Knochenbefestigungseinrichtung,
einem zweiten Befestigungsabschnitt zum Festlegen an einer zweiten
Knochenbefestigungseinrichtung und einem zwischen dem ersten und
dem zweiten Befestigungsabschnitt angeordneten oder ausgebildeten,
mindestens teilweise flexiblen Zwischenabschnitt, welcher Zwischenabschnitt
in Form eines streifenförmigen, gewundenen Blattfederelementes
ausgebildet ist und mindestens eine in einer Richtung quer zu einer
vom Zwischenabschnitt definierten Längsachse seitlich geöffnete
Ausnehmung aufweist.
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Des
Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem
umfassend mindestens eine erste Knochenbefestigungseinrichtung,
mindestens eine zweite Knochenbefestigungseinrichtung und ein Verbindungselement,
welches Verbindungselement einen ersten Befestigungsabschnitt zum
Festlegen an der mindestens einen ersten Knochenbefestigungseinrichtung,
einen zweiten Befestigungsabschnitt zum Festlegen an der mindestens
einen zweiten Knochenbefestigungseinrichtung und einen zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt angeordneten oder ausgebildeten,
mindestens teilweise flexiblen Zwischenabschnitt umfasst, welcher
Zwischenabschnitt in Form eines streifenförmigen, gewundenen
Blattfederelements ausgebildet ist und mindestens eine in einer
Richtung quer zu einer vom Zwischenabschnitt definierten Längsachse
seitlich geöffnete Ausnehmung aufweist.
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Ferner
wird nachfolgend ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements
für ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem mit
einem ersten Befestigungsabschnitt zum Festlegen an einer ersten
Knochenbefestigungseinrichtung, einem zweiten Befestigungsabschnitt
zum Festlegen an einer zweiten Knochenbefestigungseinrichtung und
einem zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt angeordneten
oder ausgebildeten, mindestens teilweise flexiblen Zwischenabschnitt
beschrieben, welcher Zwischenabschnitt in Form eines streifenförmigen,
gewundenen Blattfederelements ausgebildet ist und mindestens eine
in einer Richtung quer zu einer vom Zwischenabschnitt definierten
Längsachse seitlich geöffnete Ausnehmung aufweist.
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Verbindungselemente
und Wirbelsäulenstabilisierungssystem der eingangs beschriebenen
Art sind beispielsweise aus der
US 2006/0184171 A1 bekannt. Bei den bekannten
Verbindungselementen hängt die gewünschte Steifigkeit
derselben, insbesondere von deren Zwischenabschnitt, von den jeweiligen
Fertigungstoleranzen ab. Ferner ist es bei den bekannten Verbindungselementen
nicht möglich, die Steifigkeit des Zwischenabschnitts gezielt
in kleinen Bereichen während des Fertigungsprozesses oder
aber auch später einzustellen. Eine solche ”Feinjustierung” wäre
jedoch vorteilhaft. Des Weiteren sind dünnwandige, federnde
Bauteile schwierig zu fertigen, wobei insbesondere eine hohe Oberflächenqualität
mit spanenden Bearbeitungsverfahren nur schwer zu erreichen ist.
Folge hiervon sind wieder unvermeidliche Fertigungstoleranzen. Zwar
können Blattfederelemente beispielsweise gut mittels Drahterodierverfahren
hergestellt werden, allerdings kann das Gefüge des erodierten
Materials an der Oberfläche nachteilig verändert
werden. Außerdem müssen in der Regel Rückstände
des Erodierdrahtes durch chemische Verfahren wie zum Beispiel Beizen entfernt
werden, was wiederum zu weniger definierten Dimensionen und Oberflächen
führt. Darüber hinaus ermöglichen es
die bekannten Verbindungselemente nicht, deren Steifigkeit gegebenenfalls
auch intra-operativ zu verändern.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindungselement
für ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem und
ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem der eingangs beschriebenen Art
so zu verbessern, dass eine gewünschte Federsteifigkeit
insbesondere des Zwischenabschnitts unabhängig von eventuellen
Fertigungstoleranzen des Fertigungsprozesses möglichst
genau eingehalten wird.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verbindungselement der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
des Blattfederelements mindestens ein Steifigkeitsänderungselement
umfasst.
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Das
mindestens eine Steifigkeitsänderungselement kann insbesondere
genutzt werden, um eine aufgrund von Fertigungstoleranzen bei der
Herstellung des Zwischenabschnitts vom Sollwert abweichende Federsteifigkeit
des Zwischenabschnitts gezielt zu korrigieren. Dies kann insbesondere
direkt bei der Herstellung erfolgen, also bei der Fertigung des Verbindungselements,
oder gegebenenfalls auch zu einem späteren Zeitpunkt, zum
Beispiel intra-operativ durch Operateur. Selbstverständlich
können beide Blattfederelementoberflächen des
Blattfederelements ein oder mehrere Steifigkeitsänderungselemente
umfassen. Diese können insbesondere parallel zueinander
oder aber auch beabstandet voneinander eine gemeinsame Längsrichtung
definieren oder seitlich zueinander versetzt angeordnet oder ausgebildet
sein.
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Besonders
einfach und stabil herstellen lässt sich das Verbindungselement,
wenn das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement und
das Blattfederelement einstückig ausgebildet sind.
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Die
Herstellung des Verbindungselements lässt sich weiter vereinfachen,
wenn das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement streifenförmig ausgebildet
ist. Vorzugsweise erstreckt sich das Steifigkeitsänderungselement
in einer vom Blattfederelement definierten Längsrichtung.
Denkbar wäre es jedoch auch, dass mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
quer zu dieser Längsrichtung auszubilden.
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Da
sich Fertigungstoleranzen typischerweise auf das Blattfederelement
insgesamt auswirken, ist es günstig, wenn sich das mindestens
eine Steifigkeitsänderungselement längs der gesamten
Länge des Blattfederelements erstreckt. Beispielsweise kann
es in Form eines Längsstreifens vom einen Ende bis zum
anderen Ende des Blattfederelements reichen, sich also zwischen
den beiden Befestigungselementen längs der gesamten Länge
des Zwischenabschnitts erstrecken. Optional können beide Blattfederelementoberflächen
ein solches Steifigkeitsänderungselement aufweisen.
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Vorteilhaft
ist es, wenn beide Blattfederelementoberflächen des Blattfederelements
jeweils mindestens ein Steifigkeitsänderungselement umfassen. Diese
können in Abhängigkeit von der jeweiligen Blattfederelementoberfläche
identisch oder optional unterschiedlich ausgebildet sein.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen
sein, dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
in Form eines von einer der beiden Blattfederelementoberflächen
abstehenden Versteifungsvorsprungs ausgebildet ist. Ein solcher
Versteifungsvorsprung lässt sich fertigungstechnisch besonders
einfach herstellen, wenn die Ausnehmung des Blattfederelements spanend
mittels Stirnfräsern von zwei entgegengesetzten Seiten
präpariert und zunächst eine Trennwand, die die
von beiden Seiten ausgebildeten Vertiefungen voneinander trennt,
stehen gelassen wird. Eine solche Trennwand und ein gegebenenfalls
nach teilweise Entfernung derselben noch verbleibender Versteifungsvorsprung
können komplett belassen oder aber auch anschließend
teilweise entfernt werden, wobei eine Steifigkeit des Blattfederelements
in Abhängigkeit des verbleibenden Versteifungsvorsprungs,
das heißt in Abhängigkeit von dessen Größe
und/oder Erstreckung und/oder dessen Dicke, in gewünschter und
gezielter Weise eingestellt oder gegebenenfalls nachjustiert werden
kann. Durch den Versteifungsvorsprung lässt sich insbesondere
eine aufgrund der Herstellung zu geringe Steifigkeit auf einfache
Weise und hochpräzise erhöhen.
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Um
gegebenenfalls eine etwas erhöhte Steifigkeit des Zwischenabschnitts
am Ende des Fertigungsprozesses etwas zu verringern, kann es vorteilhaft
sein, wenn das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
in Form einer sich von einer der beiden Blattfederelementoberflächen
in das Blattfederelement hinein erstreckenden Versteifungsnut ausgebildet
ist. Eine solche Versteifungsnut lässt sich auf einfache
Weise beispielsweise mit einem T-Fräser herstellen. Ebenso
wie der Versteifungsvorsprung kann sich eine Versteifungsnut in
Längsrichtung des Blattfederelements erstrecken oder gegebenenfalls auch
quer dazu. Es kann lediglich eine einzige Versteifungsnut vorgesehen
sein oder auch mehrere, welche beabstandet hintereinander und/oder
seitlich versetzt zueinander angeordnet oder ausgebildet sein können.
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Vorteilhafterweise
erstreckt sich das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
zwischen zwei aufeinander zu weisenden Oberflächenabschnitten
einer der beiden Blattfederelementoberflächen. Mit anderen
Worten kann das Steifigkeitsänderungselement zum Beispiel
im Bereich einer Ausnehmung ausgeordnet sein. Es kann insbesondere
stegförmig oder in Form einer Art ”Schwimmhaut” ausgebildet
sein und so eine Windung des Blattfederelements gezielt in seiner
Steifigkeit erhöhen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
im Bereich der mindestens einen Ausnehmung angeordnet ist. Insbesondere
kann es so groß angeordnet und ausgebildet sein, dass es
die Ausnehmung quer zur Längsachse des Verbindungselements
vollständig verschließt. Allerdings kann eine
Dicke des Versteifungselements nur einen Bruchteil der Breite des Zwischenabschnitts
in diesem Bereich betragen. Insbesondere kann das Steifigkeitsänderungselement eine
Dicke aufweisen, die kleiner als eine Dicke des Blattfederelements
ist.
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Besonders
einfach lässt sich das Verbindungselement herstellen, wenn
das Verbindungselement spiegelsymmetrisch oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch
zu einer Spiegelebene ausgebildet ist. Im Wesentlichen spiegelsymmetrisch
bedeutet insbesondere, dass aufgrund von Fertigungstoleranzen bei einer
Herstellung des Zwischenabschnitts aus einem Vollmaterial keine
durchgehende Blattfederelementoberfläche hergestellt werden
kann, sondern dass diese mindestens einen einstufigen Absatz aufgrund
leicht versetzt eingeführter Fräser oder anderer
spanender Bearbeitungswerkzeuge aufweisen kann.
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Die
Stabilität sowie die Biegeeigenschaften des Verbindungselements
lassen sich besonders einfach und hochpräzise einstellen,
wenn die Spiegelebene eine vom Verbindungselement definierte Längsachse
enthält.
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Das
Verbindungselement lässt sich insbesondere hervorragend
als Ersatz eines geraden, stabförmigen Verbindungselements
nutzen, wenn die Längsachse Längsachsen der Befestigungsabschnitte
definiert.
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Besonders
einfach herstellen lässt sich das Verbindungselement sowie
eine Steifigkeit desselben einstellen lässt sich, wenn
das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement spiegelsymmetrisch oder
im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zur Spiegelebene ausgebildet
ist. Beispielsweise kann es wie oben beschrieben durch spezielle
Fertigungsverfahren in Form einer Trennwand ausgebildet sein, welche
spiegelsymmetrisch zur Spiegelebene ausgebildet ist.
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Vorteilhaft
kann es ferner sein, wenn das Blattfederelement unterschiedliche
Dicken diesseits und jenseits des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
aufweist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, Anforderungen
an die Fertigungstoleranzen bei der Herstellung des Zwischenabschnitts etwas
herabzusetzen. Auf diese Weise vereinfacht sich die Herstellung
des Verbindungselements, da sich auf die Steifigkeit des Zwischenabschnitts
auswirkende Fertigungstoleranzen durch eine entsprechende Ausgestaltung
des Steifigkeitsänderungselements gezielt korrigieren lassen.
Insbesondere ist so auch eine Fertigung des Blattfederelements durch Fräsen
mittels zwei in entgegengesetzte Richtungen weisenden Fräsern
möglich, welche die Ausnehmung zunächst durch
zwei durch eine Trennwand voneinander getrennte Vertiefungen ausbilden. Wandstärken
des Blattfederelements können dabei insbesondere diesseits und
jenseits der Trennwand, das heißt diesseits und jenseits
des Steifigkeitsänderungselements, bedingt durch Fertigungstoleranzen variieren.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass das Verbindungselement mindestens eine sich
quer zu einer vom Verbindungselement definierten Längsachse
erstreckende Durchbrechung aufweist, welche mindestens abschnittsweise
vom mindestens einen Steifigkeitsänderungselement begrenzt
ist. In Abhängigkeit der Größe der Durchbrechung
kann eine durch das Steifigkeitsänderungselement bewirkte Steifigkeitsänderung
des Blattfederelements gezielt angepasst werden. Insbesondere ist
es denkbar, dass das Steifigkeitsänderungselement die Durchbrechung
vollständig umgibt, insbesondere kann es allseitig an die
Durchbrechung angrenzen.
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Beispielsweise
zur Ausbildung von Verbindungsstegen am Blattfederelement kann es
vorteilhaft sein, wenn die Durchbrechung mindestens teilweise vom
Blattfederelement begrenzt ist. Sie kann dann insbesondere auch
teilweise vom Steifigkeitsänderungselement begrenzt werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn eine Dicke des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
in einer Richtung quer oder im Wesentlichen quer zu einer vom Befestigungselement
definierten Längsachse maximal etwa einer Dicke des Blattfederelements entspricht.
Die Dicke des Steifigkeitsänderungselements kann insbesondere
für eine Anpassung der Steifigkeit des Zwischenabschnitts,
beispielsweise zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen, dienen. Da die
Steifigkeit in erster Linie bestimmt werden soll durch das Blattfederelement,
ist es günstig, wenn die Dicke des Steifigkeitsänderungselements
in der angegebenen Weise gewählt wird.
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Vorzugsweise
liegt die Dicke des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
in einem Bereich von etwa 0,2 mm bis etwa 0,6 mm. Günstig
ist es, wenn sie in einem Bereich von etwa 0,3 mm bis etwa 0,5 mm
liegt.
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Günstigerweise
liegt die Dicke des Blattfederelements in einem Bereich von etwa
0,5 mm bis etwa 0,9 mm. Vorzugsweise liegt sie in einem Bereich
von etwa 0,6 mm bis etwa 0,8 mm. Die Dicke des Blattfederelements
kann insbesondere variieren. Beispielsweise können gekrümmte
Abschnitte dicker sein als geradlinige Abschnitte des Blattfederelements.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann
vorgesehen sein, dass mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
mindestens zwei stufenförmig ausgebildete Absätze
aufweist, so dass die mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
mindestens zwei, vorzugsweise drei ebene, parallel zueinander verlaufende
Blattfederelementoberflächenabschnitte aufweist. Derartig
geformte Blattfederelementoberflächen können beispielsweise
einen streifenförmigen Vorsprung, welcher auch als Rippe
bezeichnet werden kann und zur Ausbildung eines Steifigkeitsänderungselements
dient, oder aber eine Versteifungsnut, welche ebenfalls zwei Oberflächenabschnitte
der Blattfeder voneinander trennt, aufweisen. Die stufenförmigen
Absätze der Blattfederelementoberflächen können
in Abhängigkeit von der Höhe der jeweiligen Absätze
gezielt genutzt werden, um eine von einem Sollwert abweichende Steifigkeit des
Zwischenabschnitts gezielt auf den Sollwert nachzujustieren.
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Vorzugsweise
ist die mindestens eine Ausnehmung in zwei voneinander entgegengesetzte Richtungen
weisend seitlich geöffnet. Dies kann beispielsweise dadurch
erreicht werden, dass mittels zweier Fräser in aufeinander
zu weisende Richtungen die Ausnehmung präpariert wird derart,
dass zwischen den beiden ausgebildeten Vertiefungen eine Trennwand
verbleibt. Optional kann die Trennwand auch teilweise entfernt werden.
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Zu
einer Erhöhung der Stabilität des Verbindungselements
ist es günstig, wenn es einstückig ausgebildet
ist.
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Oberflächen
hoher Güte lassen sich insbesondere dann erreichen, wenn
das Verbindungselement durch spanende Bearbeitung aus einem Vollmaterial
hergestellt ist. Eine Dauerfestigkeit des Verbindungselements hängt
insbesondere von einer Qualität der Oberflächen
des Verbindungselements ab. Diese kann gegebenenfalls nach einer
spanenden Bearbeitung durch eine anschließende Oberflächenbehandlung
erhöht werden.
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Günstig
ist es, wenn das Verbindungselement aus einem metallischen Material
oder aus einem Kunststoff hergestellt ist. Je nach erforderlicher Steifigkeit
kann das eine oder das andere Material zur Herstellung des Verbindungselements
gewählt werden. Insbesondere können durch eine
Wahl des Materials praktisch beliebige Steifigkeiten eingestellt werden.
Vorzugsweise liegen diese in einem Bereich von etwa 30 N/mm bis
150 N/mm.
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Vorzugsweise
ist das metallische Material Titan, eine Titanlegierung oder eine
Kobalt-Chrom-Legierung oder enthält die genannten Materialien.
Insbesondere handelt es sich dabei um körperverträgliche
metallische Materialien.
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Günstigerweise
ist der Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) oder kohlefaserverstärktes
Polyetheretherketon (PEEK) oder enthält die genannten Materialien.
Insbesondere die genannten Materialien zeichnen sich durch eine
hohe Körperverträglichkeit aus.
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Die
eingangs gestellte Aufgabe wird bei einem Wirbelsäulenstabilisierungssystem
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
des Blattfederelements mindestens ein Steifigkeitsänderungselement
umfasst.
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Ein
derart verbessertes Verbindungselement des Wirbelsäulenstabilisierungssystems
weist die bereits oben beschriebenen Vorteile auf und dient somit
auch zu einer Verbesserung des Wirbelsäulenstabilisierungssystems
insgesamt.
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Ferner
ist es günstig, wenn das Verbindungselement des Wirbelsäulenstabilisierungssystems
in Form eines der oben beschriebenen, bevorzugten Ausführungsformen
ausgebildet ist. Das Wirbelsäulenstabilisierungssystem
weist dann insgesamt auch die Vorteile der verbesserten Verbindungselemente auf.
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Ferner
wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art zum Herstellen
eines Verbindungselements für ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem
vorgeschlagen, dass auf mindestens einer der beiden Blattfederelementoberflächen
des Blattfederelements mindestens ein Steifigkeitsänderungselement
ausgebildet wird.
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Durch
das Ausbilden des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
können Fertigungstoleranzen beim Herstellen des Verbindungselements beispielsweise
am Ende des Fertigungsprozesses oder gegebenenfalls auch noch später,
zum Beispiel intra-operativ durch einen Operateur, in gewünschter Weise
ausgeglichen werden. Das Ausbilden des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
ermöglicht es also, aufgrund von Fertigungstoleranzen bei
der Herstellung des Zwischenabschnitts auftretende Abweichungen
von der gewünschten Steifigkeit eines Blattfederelements
gezielt zu korrigieren.
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Besonders
einfach herstellen lässt sich das Verbindungselement, wenn
das Blattfederelement durch spanende Bearbeitung aus einem Vollmaterial hergestellt
wird. Insbesondere können so Oberflächen des Blattfederelements
mit hoher Güte ausgebildet werden, welche zu einer Erhöhung
der Dauerfestigkeit des Verbindungselements insgesamt beitragen.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn der erste und/oder der zweite Befestigungsabschnitt
durch spanende Bearbeitung aus einem Vollmaterial hergestellt werden.
So kann insbesondere das Verbindungselement insgesamt aus einem
Vollmaterial und damit bei Bedarf auch einstückig hergestellt
werden.
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Das
Verbindungselement lässt sich insbesondere mit hoher Qualität
und hoher Oberflächengüte auf einfache Weise dadurch
herstellen, dass es spanend bearbeitet wird durch Fräsen.
Beispielsweise können Ausnehmungen in der oben beschriebenen
Weise mit Stirnfräsern hergestellt werden, Steifigkeitsänderungselemente
in Form von Nuten mittels T-Fräsern.
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Gemäß einer
bevorzugten Variante des vorgeschlagenen Verfahrens kann vorgesehen
sein, dass die mindestens eine Ausnehmung durch beidseitiges Fräsen
in aufeinander zu weisende Richtungen quer zu einer vom Befestigungselement
definierten Längsachse ausgebildet wird und dass eine Frästiefe
in einer Richtung quer zur Längsachse insgesamt kleiner
ist als eine Dicke des Befestigungselements in Fräsrichtung
quer zur Längsachse, so dass ein beide ausgefrästen
Vertiefungen voneinander trennendes Trennelement ausgebildet wird.
Die Summe der Tiefen beider Vertiefungen ist also kleiner als eine
Dicke des Befestigungselements in Fräsrichtung quer zur
Längsachse. Das Trennelement kann so insbesondere in der
Art einer die Ausnehmungen seitlich verschließenden ”Schwimmhaut” ausgebildet
werden, welche die ausgefrästen Vertiefungen voneinander
trennt. Insbesondere kann das Trennelement über die Windungen
des Blattfederelements seitlich vorstehen und so in einer Queransicht eine äußere
Kontur des Befestigungselements des Zwischenabschnitts begrenzen.
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Besonders
einfach ausbilden lässt sich das Trennelement, wenn es
wandförmig ausgebildet wird. Beispielsweise kann über
eine Wandstärke des Trennelements eine Steifigkeit des
Blattfederelements gezielt eingestellt werden.
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Insbesondere
um eine Steifigkeit des Verbindungselements in gewünschter
Weise nachzujustieren, kann das Trennelement teilweise entfernt
werden. Beispielsweise kann es durchbrochen oder zur Ausbildung
eines streifenförmigen Vorsprungs nahezu vollständig
entfernt werden.
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Besonders
einfach lässt sich das Trennelement teilweise entfernen
durch Bohren, Fräsen oder Schneiden. Insbesondere das teilweise
Entfernen durch Schneiden lässt sich bei Bedarf auch noch
intra-operativ realisieren. Beispielsweise kann das Verbindungselement
zunächst mit einer vollständig ausgebildeten Trennwand
ausgeliefert werden, so dass diese erst zur besonderen Anpassung
an die physiologischen Bedürfnisse eines Patienten in gewünschtem
Umfang zum Beispiel durch einen Operateur entfernt werden kann.
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Vorteilhafterweise
wird das Trennelement quer zur Längsachse teilweise durchbrochen.
Auf diese Weise lässt sich eine Steifigkeit des Blattfederelements
gezielt herabsetzen.
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Die
vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend
in Form durchnummerierter Sätze explizit aufgeführten
Ausführungsformen eines Verbindungselements für
ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem, eines Wirbelsäulenstabilisierungssystems
sowie eines Verfahrens zum Herstellen eines solchen Verbindungselements:
- 1. Verbindungselement (18) für
ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem (10) mit
einem ersten Befestigungsabschnitt (20) zum Festlegen an
einer ersten Knochenbefestigungseinrichtung (12), einem
zweiten Befestigungsabschnitt (22) zum Festlegen an einer
zweiten Knochenbefestigungseinrichtung (14) und einem zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (20, 22)
angeordneten oder ausgebildeten, mindestens teilweise flexiblen
Zwischenabschnitt (24), welcher Zwischenabschnitt (24)
in Form eines streifenförmigen, gewundenen Blattfederelements
(25) ausgebildet ist und mindestens eine in einer Richtung
quer zu einer vom Zwischenabschnitt (24) definierten Längsachse
(40) seitlich geöffnete Ausnehmung (66, 68)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden
Blattfederelementoberflächen (100, 101)
des Blattfederelements (25) mindestens ein Steifigkeitsänderungselement
(80) umfasst.
- 2. Verbindungselement nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass
das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement (80)
und das Blattfederelement (25) einstückig ausgebildet
sind.
- 3. Verbindungselement nach Satz 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement (80)
streifenförmig ausgebildet ist.
- 4. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
(80) längs der gesamten Länge des Blattfederelements
(25) erstreckt.
- 5. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass beide Blattfederelementoberflächen
(100, 101) des Blattfederelements (25)
jeweils mindestens ein Steifigkeitsänderungselement (80)
umfassen.
- 6. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement (80)
in Form eines von einer der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) abstehenden Versteifungsvorsprungs
(98) ausgebildet ist.
- 7. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement (80)
in Form einer sich von einer der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) in das Blattfederelement (36)
hinein erstreckenden Versteifungsnut (114) ausgebildet
ist.
- 8. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass sich das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
(80) zwischen zwei aufeinander zu weisenden Oberflächenabschnitten
(90, 92) einer der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) erstreckt.
- 9. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement (80)
im Bereich der mindestens einen Ausnehmung (66, 68)
angeordnet ist.
- 10. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (18)
spiegelsymmetrisch oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer
Spiegelebene (65) ausgebildet ist.
- 11. Verbindungselement nach Satz 10, dadurch gekennzeichnet,
dass die Spiegelebene (65) eine vom Verbindungselement
(18) definierte Längsachse (40) enthält.
- 12. Verbindungselement nach Satz 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Längsachse (40) Längsachsen
der Befestigungsabschnitte (20, 22) definiert.
- 13. Verbindungselement nach einem der Sätze 10 bis
12, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steifigkeitsänderungselement
(80) spiegelsymmetrisch oder im Wesentlichen spiegelsymmetrisch
zur Spiegelebene (65) ausgebildet ist.
- 14. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass das Blattfederelement (25)
unterschiedliche Dicken diesseits und jenseits des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements
(80) aufweist.
- 15. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
gekennzeichnet durch mindestens eine sich quer zu einer vom Verbindungselement
(18) definierten Längsachse (40) erstreckende
Durchbrechung (126, 128; 140, 142),
welche mindestens abschnittsweise vom mindestens einen Steifigkeitsänderungselement
(80) begrenzt ist.
- 16. Verbindungselement nach Satz 15, dadurch gekennzeichnet,
dass die Durchbrechung (126, 128; 140, 142)
mindestens teilweise vom Blattfederelement (25) begrenzt
ist.
- 17. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (110; 120)
des mindestens einen Steifigkeitsänderungselements (80)
in einer Richtung quer oder im Wesentlichen quer zu einer vom Befestigungselement
(18) definierten Längsachse (40) maximal
etwa einer Dicke (76, 78) des Blattfederelements
(25) entspricht.
- 18. Verbindungselement nach Satz 17, dadurch gekennzeichnet,
dass die Dicke (110; 120) des mindestens einen
Steifigkeitsänderungselements (80) in einem Bereich
von etwa 0,2 mm bis etwa 0,6 mm liegt, vorzugsweise in einem Bereich
von etwa 0,3 mm bis etwa 0,5 mm.
- 19. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze
dadurch gekennzeichnet, dass eine Dicke (76, 78)
des Blattfederelements (25) in einem Bereich von etwa 0,5
mm bis etwa 0,9 mm liegt, vorzugsweise in einem Bereich von etwa
0,6 mm bis etwa 0,8 mm.
- 20. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) mindestens zwei stufenförmig
ausgebildete Absätze (106, 108) aufweist,
so dass die mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) mindestens zwei, vorzugsweise drei
ebene, parallel zueinander verlaufende Blattfederoberflächenabschnitte
(94, 96, 104; 94, 96, 118)
aufweist.
- 21. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (66, 68)
in zwei voneinander entgegengesetzte Richtungen weisend seitlich
geöffnet ist.
- 22. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass es einstückig ausgebildet
ist.
- 23. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass es durch spanende Bearbeitung aus einem
Vollmaterial hergestellt ist.
- 24. Verbindungselement nach einem der voranstehenden Sätze,
dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem metallischen Material
oder aus einem Kunststoff hergestellt ist.
- 25. Verbindungselement nach Satz 24, dadurch gekennzeichnet,
dass das metallische Material Titan, eine Titanlegierung oder eine
Kobalt-Chrom-Legierung ist oder enthält.
- 26. Verbindungselement nach Satz 24, dadurch gekennzeichnet,
dass der Kunststoff Polyetheretherketon oder Kohlefaser verstärktes
Polyetheretherketon ist oder enthält.
- 27. Wirbelsäulenstabilisierungssystem (10)
umfassend mindestens eine erste Knochenbefestigungseinrichtung (12),
mindestens eine zweite Knochenbefestigungseinrichtung (14)
und ein Verbindungselement (18), welches Verbindungselement
(18) einen ersten Befestigungsabschnitt (20) zum
Festlegen an der mindestens einen ersten Knochenbefestigungseinrichtung
(12), einen zweiten Befestigungsabschnitt (22)
zum Festlegen an der mindestens einen zweiten Knochenbefestigungseinrichtung
(14) und einen zwischen dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt
(20, 22) angeordneten oder ausgebildeten, mindestens
teilweise flexiblen Zwischenabschnitt (24) umfasst, welcher
Zwischenabschnitt (24) in Form eines streifenförmigen,
gewundenen Blattfederelements (25) ausgebildet ist und
mindestens eine in einer Richtung quer zu einer vom Zwischenabschnitt
(24) definierten Längsachse (40) seitlich
geöffnete Ausnehmung (60, 68) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass mindestens eine der beiden Blattfederelementoberflächen
(100, 101) des Blattfederelements (25)
mindestens ein Steifigkeitsänderungselement (80)
umfasst.
- 28. Wirbelsäulenstabilisierungssystem nach Satz 27,
gekennzeichnet durch ein Verbindungselement (18) nach einem
der Sätze 2 bis 26.
- 29. Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements (18)
für ein Wirbelsäulenstabilisierungssystem (10)
mit einem ersten Befestigungsabschnitt (20) zum Festlegen
an einer ersten Knochenbefestigungseinrichtung (12), einem
zweiten Befestigungsabschnitt (22) zum Festlegen an einer
zweiten Knochenbefestigungseinrichtung (14) und einem zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt (20, 22)
angeordneten oder ausgebildeten, mindestens teilweise flexiblen
Zwischenabschnitt (24), welcher Zwischenabschnitt (24)
in Form eines streifenförmigen, gewundenen Blattfederelements
(25) ausgebildet ist und mindestens eine in einer Richtung
quer zu einer vom Zwischenabschnitt (24) definierten Längsachse
(40) seitlich geöffnete Ausnehmung (60, 68)
aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass auf mindestens einer der
beiden Blattfederelementoberflächen (100, 101)
des Blattfederelements (25) mindestens ein Steifigkeitsänderungselement
(80) ausgebildet wird.
- 30. Verfahren nach Satz 29, dadurch gekennzeichnet, dass das
Blattfederelement (25) durch spanende Bearbeitung aus einem
Vollmaterial hergestellt wird.
- 31. Verfahren nach Satz 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und/oder der zweite Befestigungsabschnitt (20, 22)
durch spanende Bearbeitung aus einem Vollmaterial hergestellt werden.
- 32. Verfahren nach Satz 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet,
dass die spanende Bearbeitung durch Fräsen durchgeführt
wird.
- 33. Verfahren nach einem der Sätze 29 bis 32, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Ausnehmung (66, 68)
durch beidseitiges Fräsen in aufeinander zu weisende Richtungen
quer zu einer vom Befestigungselement (18) definierten Längsachse
(40) ausgebildet wird und dass eine Frästiefe
in einer Richtung quer zur Längsachse (40) insgesamt
kleiner ist als eine Dicke des Befestigungselements (18)
in Fräsrichtung quer zur Längsachse (40),
so dass ein beide ausgefrästen Vertiefungen (86, 88)
voneinander trennendes Trennelement (84) ausgebildet wird.
- 34. Verfahren nach Satz 33, dadurch gekennzeichnet, dass das
Trennelement (84) wandförmig ausgebildet wird.
- 35. Verfahren nach Satz 33 oder 34, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trennelement (84) teilweise entfernt wird.
- 36. Verfahren nach Satz 35, dadurch gekennzeichnet, dass das
Trennelement (84) durch Bohren, Fräsen oder Schneiden
teilweise entfernt wird.
- 37. Verfahren nach Satz 35 oder 36, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trennelement (84) quer zur Längsachse
(40) teilweise durchbrochen wird.
-
Die
nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren
Erläuterung. Es zeigen:
-
1:
eine schematische Gesamtansicht eines an einer Wirbelsäule
festgelegten Wirbelsäulenstabilisierungssystems;
-
2:
eine perspektivische schematische Ansicht eines Verbindungselements
des Wirbelsäulenstabilisierungssystems aus 1;
-
3a:
eine schematische Schnittansicht längs Linie 3a-3a in 2;
-
3b:
eine Schnittansicht analog 3a bei
einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements;
-
4a:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselements;
-
4b:
eine Seitenansicht des Verbindungselements aus 4a;
-
5a:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselements;
-
5b:
eine Seitenansicht des Verbindungselements aus 5a;
-
6a:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselements;
-
6b:
eine Seitenansicht des Verbindungselements aus 6a;
-
7a:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselements;
-
7b:
eine Seitenansicht des Verbindungselements aus 7a;
-
8a:
eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
eines Verbindungselements;
-
8b:
eine Seitenansicht des Verbindungselements aus 8a;
und
-
9:
eine beispielhafte schematische Darstellung der Steifigkeitszunahme
des Zwischenabschnitts in Abhängigkeit der Wandstärke
des Blattfederelements, und zwar mit und ohne Steifigkeitsänderungselement
in Form eines Vorsprungs.
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In 1 ist
schematisch ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnetes
Wirbelsäulenstabilisierungssystem dargestellt. Es umfasst
erste Knochenbefestigungseinrichtungen 12 und zweite Knochenbefestigungseinrichtungen 14,
die bei dem in 1 schematisch dargestellten
Ausführungsbeispiel alle in Form identischer Knochenschrauben 16 ausgebildet
sind, jedoch auch unterschiedlich ausgebildet sein können.
Ferner umfasst das Wirbelsäulenstabilisierungssystem 10 im
Wesentlichen stabförmige Verbindungselemente 18,
welche einen ersten Befestigungsabschnitt 20 zum Festlegen
an einer Knochenschraube 16, einen zweiten Befestigungsabschnitt 22 zum
Festlegen an zwei Knochenschrauben 16 und einen zwischen
dem ersten und dem zweiten Befestigungsabschnitt 20, 22 angeordneten oder
ausgebildeten, mindestens teilweise flexiblen Zwischenabschnitt 24 in
Form eines Blattfederelements 25 umfassen.
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Die
Knochenschrauben 16 umfassen jeweils einen Knochenverankerungsabschnitt 26 mit
einem Knochengewinde zum Verankern in einem Knochen, beispielsweise
in einem der in 1 schematisch dargestellten
Wirbel 28, 30 und 32 einer Wirbelsäule 33.
Des Weiteren umfasst jede Knochenschraube 16 einen in einer
Justagestellung gelenkig am Knochenverankerungsabschnitt 26 gelagerten
Halteabschnitt 34 in Form eines Gabelkopfes, welcher eine
Befestigungsabschnittsaufnahme 36 für einen der
Befestigungsabschnitte 20, 22 eines Verbindungselements 18 umfasst.
Mittels einer Klemmschraube 38 kann ein in die Befestigungsabschnittsaufnahme 36 eingeführter
Befestigungsabschnitt 20, 22 in einer Implantationsstellung
klemmend fixiert werden. Durch Festlegen des Befestigungsabschnitts 20, 22 am
Halteabschnitt 34 wird vorzugsweise auch eine Relativstellung
zwischen dem Knochenverankerungsabschnitt 26 und dem Halteabschnitt 34 dauerhaft
festgelegt.
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Die
Befestigungsabschnitte 20, 22 sind jeweils rundstabförmig
ausgebildet und weisen somit einen kreisförmigen Querschnitt
auf. Sie sind einstückig mit dem Zwischenabschnitt 24 ausgebildet.
Vorzugsweise, wie bei dem in den 1 und 2 dargestellten
Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 18,
definieren die Befestigungsabschnitte 20 und 22 eine
gemeinsame Längsachse 40, die auch eine Längsachse
des Zwischenabschnitts 24 definiert.
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Der
Zwischenabschnitt 24 ist an ein erstes Ende des Befestigungsabschnitts 20 angeformt
und bildet im Übergangsbereich 42 zum Befestigungsabschnitt 20 eine
im Wesentlichen flache, quaderförmige Endplatte 44 aus.
An einer Längsseite derselben schließt sich quer
ab von der Längsachse 40 ein gekrümmter
Abschnitt 46 an. Dieser erstreckt sich über einen
Winkelbereich von etwas mehr als 180°. An den gekrümmten
Abschnitt 46 schließt sich ein flacher ebener
Abschnitt 48 an, der wiederum in einen gekrümmten
Abschnitt 50 übergeht, welcher ebenfalls von der
Längsachse 40 weg weisend konvex gekrümmt
ist. Die gekrümmten Abschnitte 46 und 50 weisen
jedoch in zueinander entgegengesetzte Richtungen. Eine in Richtung
auf den zweiten Befestigungsabschnitt 22 hin weisende Endfläche 52 der Endplatte 44 ist
etwas gegen den ebenen Abschnitt 48 geneigt. An den gekrümmten
Abschnitt 50 schließt sich wiederum ein ebener
Abschnitt 54 an, welcher ebenfalls etwas gegen die Endfläche 52 geneigt
verläuft. Die schlangenförmige Kontur des Zwischenabschnitts 24 setzt
sich fort mit weiteren gekrümmten Abschnitt 46,
einem weiteren, sich daran anschließenden ebenen Abschnitt 48,
einem sich daran anschließenden gekrümmten Abschnitt 50,
einem sich daran anschließenden ebenen Abschnitt 54 und
einem letzten, sich daran anschließenden gekrümmten Abschnitt 46,
welcher in eine zur Endplatte 44 entsprechend geformte
Endplatte 56 übergeht, welche eine in Richtung
des ersten Befestigungsabschnitts 20 weisende Endfläche 58 aufweist,
die ebenfalls etwas geneigt relativ zu den ebenen Abschnitten 54, aber
parallel zur Endfläche 52 verläuft.
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Eine
Steifigkeit des Zwischenabschnitts 24 liegt je nach Wahl
des Materials, aus welchem das Verbindungselement 18 hergestellt
ist, in einem Bereich von etwa 30 N/mm bis etwa 150 N/mm. Der Zwischenabschnitt 24 ist
aus einem insgesamt im Wesentlichen flachen blattfederförmigen
Material gebildet beziehungsweise aus einem Vollmaterial durch spanende
Bearbeitung, beispielsweise Fräsen, oder Erodieren geformt.
Quer ab von der Längsachse 40 weist der Zwischenabschnitt 24 zwei
in einer Grundstellung, in welcher auf den Zwischenabschnitt 24 keine äußeren
Kräfte einwirken, parallel zueinander und voneinander weg
weisende Seitenflächen 60 und 62 auf.
Diese verlaufen zudem parallel zu einer die Längsachse 40 enthaltenden
Symmetrieebene 64 des Verbindungselements 18,
welche eine Spiegelebene 54 definiert.
-
Durch
die schlangenförmige Ausgestaltung des Zwischenabschnitts 24 sind
bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel
insgesamt fünf Ausnehmungen 66, 68 ausgebildet,
wobei die drei Ausnehmungen 66 in dieselbe Richtung weisen
wie die, in welche die konvex gekrümmten Abschnitte 50 weisend
geöffnet sind, die zwei Ausnehmungen 68 jedoch
in die entgegengesetzte Richtung, also in die Richtung, in die die
konvex gekrümmten Abschnitte 46 weisen. Jede der
Ausnehmungen 66, 68 definiert eine Einführöffnung 70 beziehungsweise 72,
die jeweils einem gekrümmten Abschnitt 46 beziehungsweise 50 gegenüberliegt
und in die jeweils entgegengesetzte Richtung weist. Jede Ausnehmung 66, 68 wird
durch zwei in Richtung der jeweiligen Einführöffnung 70, 72 aufeinander
zu laufende ebene Abschnitte 48 und 54 begrenzt,
so dass sich ein Querschnitt der jeweiligen, in etwa tropfenförmigen
Ausnehmung 66, 68 von der Einführöffnung 70 beziehungsweise 72 in
Richtung auf den die Ausnehmungen 66, 68 weiter
begrenzenden gekrümmten Abschnitte 46, 50 hin
zunimmt. Damit definiert jede Einführöffnung 70, 72 eine
Engstelle 74. Die Ausnehmungen 66, 68 sind
somit jeweils in einer Richtung quer zur Längsachse 40 seitlich
geöffnet.
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Eine
Dicke 76 des Zwischenabschnitts 24 im Bereich
der gekrümmten Abschnitte 46, 50 ist
größer als im Bereich der ebenen Abschnitte 48, 54.
Die Dicke 76 beträgt etwa das 1,1fache bis etwa
1,5fache der Dicke 78, vorzugsweise etwa das 1,3fache bis etwa
1,35fache. Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel
beträgt die Dicke 76 etwa 0,8 mm, die Dicke 78 etwa
0,6 mm. Die Dicke 76 liegt vorzugsweise in einem Bereich
von etwa 0,7 mm bis etwa 0,9 mm, die Dicke 74 in einem
Bereich von etwa 0,5 mm bis etwa 0,7 mm. Ein Innenradius der gekrümmten
Abschnitte 46, 50 beträgt bei den in
den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen etwa 1,6 mm,
ein Außenradius etwa 2,2 mm. Beide Radien können
abhängig von der Dicke 76 entsprechend abweichen.
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Zur
Erhöhung der Dauerfestigkeit des Verbindungselements 18 kann
dessen äußere Oberfläche 80 durch
ein Strahlverfahren mindestens teilweise bearbeitet sein.
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Das
Verbindungselement 18 umfasst ferner ein Steifigkeitsänderungselement 80.
Dieses kann, wie in den 3a bis 8b dargestellt,
auf unterschiedliche Weise geformt sein und in nachfolgend beschriebener
Weise hergestellt werden.
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In 3a ist
schematisch dargestellt, wie zur Ausbildung der Ausnehmung 68 mittels
zweier rotierender Stirnfräser 82, zunächst
zwei durch ein Trennelement 84 getrennte Vertiefungen 86 und 88 ausgebildet
werden. Aufgrund von Fertigungstoleranzen liegen die die Vertiefungen 86 und 88 begrenzenden Blattfederoberflächenabschnitte 90 und 92 nicht
auf derselben Linie, das heißt sie definieren unterschiedliche
Niveaus 94 beziehungsweise 96. Würde
der die Vertiefung 86 ausbildende Stirnfräser 82 weiter
in Richtung auf die Vertiefung 88 hin vorgeschoben werden,
wobei dann das Trennelement 84 vollständig entfernt
würde, entstünde im Übergangsbereich
ein einstufiger Versatz zwischen den Niveaus 94 und 96, welche
von den Blattfederoberflächenabschnitten 90 und 92 definiert
werden.
-
Grundsätzlich
wäre es möglich, das Trennelement 84,
welches wandförmig in der Art einer ”Schwimmhaut” ausgebildet
ist, zu belassen. Allerdings kann, wie in 3a dargestellt,
das Trennelement 84 nahezu vollständig mittels
eines der Stirnfräser 82 entfernt werden, wobei
es nicht darauf ankommt, ausgehend von welcher Vertiefung 86 oder 88 dies
geschieht.
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Das
Trennelement 84 bei der Herstellung des Verbindungselements 18 zunächst
vollständig stehen zu lassen hat insbesondere den Vorteil,
dass Fertigungstoleranzen gegenüber einem direkten Durchfräsen
weiter verringerbar sind, da eine Grundsteifigkeit des Verbindungselements
beim Herstellungsprozess deutlich erhöht ist. Es kann also
beim Fräsen des Verbindungselements 18 aus einem
Vollmaterial praktisch nicht mehr zu Verwindungen kommen, zumindest
lässt sich diese Gefahr deutlich reduzieren.
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Wird
das Trennelement 84 in der beschriebenen Weise nicht ganz
vollständig entfernt, bleibt ein geringer Überstand
in Form eines Versteifungsvorsprungs 98, welcher das Steifigkeitsänderungselement 80 definiert.
Eine von der Blattfederelementoberfläche 100 abstehende
Stirnfläche 102 des Versteifungsvorsprungs 98 definiert
ein drittes Niveau 104, so dass insgesamt zwei stufenförmige
Absätze 106 und 108 ausgebildet werden,
und zwar einerseits zwischen dem Niveau 94 und dem Niveau 102 sowie zwischen
dem Niveau 102 und dem Niveau 96.
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Eine
Breite 110 sowie eine Höhe 112 des Versteifungsvorsprungs 98 bezogen
auf eines der beiden Niveaus 94 oder 96 bestimmt
letzten Endes eine Steifigkeitsänderung des Zwischenabschnitts 24 im
Vergleich zu einer Steifigkeit desselben ohne Steifigkeitsänderungselement 80.
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Alternativ
zum Versteifungsvorsprung 98 kann, wie schematisch in 3b dargestellt,
auch eine Versteifungsnut 114 mittels eines T-Fräsers 116 ausgebildet
werden. Bei gleicher Dicke des Blattfederelements 25 kann
so eine geringe Steifigkeitsabnahme des Blattfederelements 25 erreicht
werden. Vor Ausbildung der Vertiefungsnut 114 wird das
vorzugsweise zunächst ausgebildete Trennelement 84 vollständig
entfernt, und zwar indem von einer Seite, beispielsweise ausgehend
von der Vertiefung 86 mittels des Stirnfräsers 83,
das Trennelement 84 komplett herausgefräst wird.
Dadurch entsteht ein direkter Versatz zwischen den Niveaus 94 und 96.
Wird im Bereich des so entstandenen Versatzes die Vertiefungsnut 114 eingebracht,
wird ein drittes Niveau 118 definiert. Eine Breite 120 der
Vertiefungsnut 114 wird im Wesentlichen definiert durch
eine Dicke beziehungsweise eine Breite des T-Fräsers 116.
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Das
Trennelement 84 hat vorzugsweise eine Wandstärke
von etwa 0,3 mm bis etwa 0,5 mm. Damit ist es ausreichend stabil,
um eine Verformung des Zwischenabschnitts 24 beim spannenden
Formen desselben aus einem Vollmaterial zu vermeiden. Andererseits
kann ein solches Trennelement 84 durch geringe Schnittkräfte
ganz oder teilweise herausgetrennt werden.
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In
der beschriebenen Weise kann der Blattfederabschnitt 25 sowohl
auf der Blattfederelementoberfläche 100 als auch
auf einer in entgegengesetzter Richtung weisenden Blattfederelementoberfläche 101 mit
einem Steifigkeitsänderungselement 80 ausgestattet
werden. Denkbar ist es jedoch auch, nur eine der beiden Blattfederelementoberflächen 100 oder 101 mit
einem Steifigkeitsänderungselement 80 auszustatten.
Selbstverständlich können auch mehrere Steifigkeitsänderungselemente 80 vorgesehen werden,
welche wahlweise in Form eines Versteifungsvorsprungs oder einer
Versteifungsnut ausgebildet sein können.
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In
den 4a und 4b ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 18 dargestellt.
Es unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten
Verbindungselement 18 durch die Ausgestaltung des Steifigkeitsänderungselements 80.
Es bildet im Wesentlichen eine durchgehende Trennwand 122,
welche das Blattfederelement 25 praktisch vollständig
umschließt. In der in 4b dargestellten
Seitenansicht des Verbindungselements 18 ist erkennbar,
dass eine äußere Kontur 124 der Trennwand 122 in
einer Drauf- oder Seitenansicht des Verbindungselements 18 rechteckig
mit abgerundeten Ecken geformt ist. In einer Richtung quer zur Längsachse 40 überragt
die äußere Kontur 24 das Blattfederelement 25 etwas.
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Das
in den 4a und 4b dargestellte Ausführungsbeispiel
kann insbesondere auch als Zwischenstufe bei der Herstellung des
in 2 dargestellten Ausführungsbeispiels
betrachtet werden. Durch ganz oder teilweises Entfernen der Trennwand 122 können
wahlweise Versteifungsvorsprünge 98 oder Versteifungsnuten 114 auf
den jeweiligen Blattfederelementoberflächen 100 beziehungsweise 101 ausgebildet
werden.
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Das
in den 5a und 5b dargestellte Ausführungsbeispiel
eines Verbindungselements 18 unterscheidet sich von dem
in den 4a und 4b dargestellten
Verbindungselement 18 dadurch, dass im Bereich der Ausnehmungen 66 und 68 Durchbrechungen 126 beziehungsweise 128 vorgesehen
sind, welche allseitig umschlossen sind. Die Durchbrechungen 126 und 128 werden
jeweils teilweise von der verbleibenden Trennwand 122 und teilweise
vom Blattfederelement 25 begrenzt. Insgesamt bleibt so
die äußere Kontur 124 der Trennwand 122 nahezu
erhalten. Parallel zur Längsachse 40 verbleiben
so zwei äußere Stegelemente 130 und 132, welche
jeweils benachbarte gekrümmte Abschnitte 46 beziehungsweise
benachbarte gekrümmte Abschnitte 50 jeweils paarweise
miteinander verbinden und so den Zwischenabschnitt 24 etwas
versteifen.
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Bei
dem in den 6a und 6b dargestellten
weiteren Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 18 ist
das Steifigkeitsänderungselement 80 ebenfalls
in Form einer teilweise entfernten Trennwand 122 ausgebildet.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei dem in
den 4a und 4b dargestellten
Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 18 eine
Kontur 134 des Trennelements 84 so gewählt
wird, dass sie seitlich bündig mit den gekrümmten
Abschnitten 46 beziehungsweise 50 abschließt.
Es werden so wiederum Stegelemente 130 und 132 ausgebildet,
die benachbarte gekrümmte Abschnitte 46 beziehungsweise 50 jeweils
paarweise miteinander verbinden und versteifen. Des Weiteren ist
die Trennwand 122 bei dem in den 6a und 6b dargestellten
Verbindungselement 18 ebenfalls mit Durchbrechungen 126 und 128 im
Bereich der Ausnehmungen 66 und 68 versehen.
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Bei
dem in den 7a und 7b dargestellten
Ausführungsbeispiel eines Verbindungselements 18 verbleiben
lediglich im Bereich der Ausnehmungen 66 und 68 Trennwände 136 und 138,
die jedoch nicht miteinander in Verbindung stehen. Sie erstrecken
sich jeweils zwischen einander gegenüberliegenden, aufeinander
zu weisenden Oberflächenabschnitten einer der beiden Blattfederelementoberflächen 100 beziehungsweise 101.
Die Trennwände 136und 138 erstrecken
sich nicht ganz bis in den Bereich der Einführöffnungen 70 und 72,
schließen sich jedoch direkt an die Ausnehmungen 66 und 68 begrenzende
Innenflächen der gekrümmten Abschnitte 46 und 50 an.
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Das
in den 8a und 8b dargestellte Ausführungsbeispiel
unterscheidet sich vom Verbindungselement 18, wie es in
den 7a und 7b dargestellt
ist, dadurch, dass es, in der Seitenansicht in 8b erkennbare,
kreisförmige Durchbrechungen der Trennwände 136 und 138 direkt
angrenzend an die gekrümmten Abschnitte 46 und 50 im
Bereich der Ausnehmungen 66 und 68 aufweist. Dadurch
entstehen stegförmige Trennwandabschnitte, welche einander
gegenüberliegende ebene Abschnitte 48 beziehungsweise 54 miteinander
verbinden und die Steifigkeit des Blattfederelements 25 auf
diese Weise etwas erhöhen.
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Die
in den 4a bis 8b dargestellten Ausführungsbeispiele
von Verbindungselementen 18 können, wie in Verbindung
mit den 3a und 3b beschrieben,
lediglich Vorstufen zur Ausbildung von Versteifungsvorsprüngen
und Versteifungsnuten bilden, welche beispielsweise nur in dem Bereich
ausgebildet werden, in welchem die Verbindungselemente 18,
wie sie in den 4a bis 8b dargestellt
und beschrieben Trennelemente 84 aufweisen.
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Die
Trennelemente 84, die schwimmhautartig ausgebildet sind,
können auch zur Feineinstellung der Federsteifigkeit in
Richtung der Längsachse 40 verwendet werden. Beim
Herstellungsprozess lassen sich tatsächlich erreichte Nennmaße
innerhalb der Toleranz messen. In einem nächsten Schritt
wird das notwendige Maß beziehungsweise der Überstand
für das dann noch verbleibende Trennelement 84 bestimmt
und entsprechend gefräst. Insbesondere können
so die Breite 110 sowie die Höhe 112 eines
Verstreifungsvorsprungs 98, in analoger Weise auch die Abmessungen
einer Versteifungsnut, sowie gegebenenfalls die Größe
der Durchbrechungen 126 und 128 beziehungsweise 140 und 142 bestimmt
werden. Dies ist dadurch möglich, dass der geometrische
Einfluss des verbleibenden Trennelements 84 in Form beispielsweise
des Verstreifungsvorsprungs 98 wesentlich geringer ist
als die Blattfederdicke selbst.
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9 zeigt
ein Diagramm, in welchem der Einfluss der Dicke des Blattfederelements 25 ohne Versteifungsvorsprung 98 (gestrichelt
gezeichnet) beziehungsweise der Einfluss der Gesamtdicke des Blattfederelements 25 mit
Versteifungsvorsprung 98 (durchgezogen gezeichnet) auf
eine Zunahme der Steifigkeit dargestellt ist. Bei dem angenommenen Beispiel
erkennt man, dass die axiale Steifigkeit durch eine Änderung
beispielsweise einer Dicke 76 beziehungsweise 78 von
0,75 mm auf 0,8 mm um 20% zunimmt, wenn kein Verstreifungsvorsprung vorgesehen
ist. Im Gegensatz dazu erreicht man die gleiche Zunahme der Steifigkeit
erst mit einer wesentlich größeren Zunahme des
Verstreifungsvorsprungs 98, hier beispielsweise etwa 0,3
mm pro Seite.
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Das
Diagramm in 9 zeigt somit anschaulich, dass
Steifigkeitsänderungen, die durch Toleranzen der Dicke 76 beziehungsweise 78 hervorgerufen werden,
sehr empfindlich reagieren. Allerdings können sie durch
weitaus weniger empfindliche Toleranzen der Höhe des Versteifungsvorsprungs 98 oder gegebenenfalls
einer entsprechenden Versteifungsnut kompensiert werden.
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Wie
bereits oben beschrieben, besteht auch die Möglichkeit,
das Trennelement 84, wie beispielsweise in den 4a und 4b dargestellt,
stehen zu lassen. Dies ermöglicht es einem Operateur intra-operativ
nach Bedarf einen Teil des Trennelements 84 herauszutrennen.
Dadurch besteht die Möglichkeit, die Steifigkeit des Verbindungselements 18 individuell
einzustellen. Das Heraustrennen kann zum Beispiel mit einer Stanze
erfolgen, die zum Blattfederelement 25 korrespondierende
Maulteilgeometrien aufweist.
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Die
oben beschriebenen Blattfederelemente 25 weisen vorzugsweise
zwei Absätze auf, welche es ermöglichen, dass
beim Fertigungsprozess eine höhere Stabilität
des Blattfederelements 25 erreicht wird. Auf diese Weise
lassen sich insbesondere Fertigungstoleranzen ausgleichen und die
Oberflächenqualität des Zwischenabschnitts 24 verbessern.
Wie dargelegt können ein Versteifungsvorsprung 98 oder eine
Versteifungsnut 114 zur Feinjustierung der axialen Steifigkeit
verwendet werden, sowohl im Fertigungsprozess als auch intraoperativ.
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Die
beschriebenen Verbindungselemente 18 können aus
metallischen Materialien oder aus Kunststoffen hergestellt sein,
beispielsweise aus den bereits oben genannten Materialien.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - US 2006/0184171
A1 [0004]
