DE3914809C2 - Fatigue resistant surface - Google Patents

Fatigue resistant surface

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Description

Die Erfindung betrifft eine ermüdungsfeste Oberfläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fatigue-resistant surface after the Preamble of claim 1.

Bei Prothesen, bei welchen eine oder mehrere Prothesenoberflä­ chen mit dem Knochen verwachsen sollen wird durch geeignete Formgebung der Prothesenoberfläche versucht, das Einwachsen des Knochens zu begünstigen.In prostheses, in which one or more prosthesis Oberflä should grow together with the bone is made by suitable Shaping the prosthesis surface tries to wax to favor the bone.

In der Druckschrift "Oberflächenstrukturierte Prothesen aus technischer und medizinischer Sicht" über die 8. Vortragsreihe des Arbeitskreises Implantate medizinisch-technische Zusam­ menarbeit am 17. November 1987 im Oskar-Helene-Heim in Berlin, Seite 25 bis 38 wird über kugelbeschichtete und über poröse Oberflächen berichtet. Dabei treten im Bereich der Rauhigkei­ ten bei Belastungen und Verkippungen Kerbspannungen auf, wel­ che zu Ermüdungsbrüchen führen. Dadurch wird die Lebensdauer der Implantate drastisch reduziert.In the publication "Surface-structured prostheses aus technical and medical point of view "on the 8th series of lectures of the working group implants medico-technical co on 17 November 1987 at the Oskar-Helene-Heim in Berlin, Page 25 to 38 is about ball-coated and over porous Surfaces reported. This occurs in the area of Rauhigkei at stress and tilting notch stresses, wel lead to fatigue fractures. This will increase the life drastically reduced implants.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ermüdungsfeste Oberfläche der eingangs genannten Art so zu strukturieren, daß die möglichen Kerbspannungen minimiert werden, bei gleich­ zeitig optimaler Verbindung der Oberfläche mit dem Material mit dem sie verbunden werden soll, z. B. Knochen, der in die Oberfläche einwächst.The invention is based on the object, a fatigue-resistant Surface of the type mentioned above to be structured so that the possible notch stresses are minimized, at the same time early optimum connection of the surface with the material with which it is to be connected, z. B. bone, in the Growing surface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Part of claim 1 solved.

Die Ansprüche 2 bis 6 stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Die Ansprüche 7 und 8 beanspruchen Verwendun­ gen der Erfindung. The claims 2 to 6 represent advantageous embodiments of Invention claims. Claims 7 and 8 claim gene of the invention.  

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Oberflä­ che besteht darin, daß auch die Fläche, welche mit ihr in Kon­ takt steht keiner Kerbspannung ausgesetzt ist und daß durch die vergrößerte Kontaktoberfläche die Flächenbelastung verrin­ gert wird.Another advantage of the inventively designed Oberflä This consists in the fact that the surface which is in contact with it in Kon clock is not exposed to notch stress and that by the enlarged contact surface reduces the wing loading will be.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Figur nä­ her erläutert.An embodiment will nä below with reference to the figure her explained.

Die Figur zeigt die Kontur 4 einer Erhebung, dargestellt durch einen Schnitt durch diese Erhebung mit quadratischem Grundriß, der parallel zu einer Seitenfläche ausgeführt ist und der durch die Mitte der Erhebung verläuft. Der Maßstab kann durch Multiplikation mit einer Konstanten verändert werden, ohne daß die Oberfläche ihre positiven Eigenschaften verliert. Der Kurvenverlauf zwischen den Punkten 1 und 2 läßt sich durch folgende Funktion beschreiben:The figure shows the contour 4 of a survey, represented by a section through this survey with a square plan, which is parallel to a side surface and which extends through the center of the survey. The scale can be changed by multiplication by a constant, without the surface losing its positive properties. The curve between points 1 and 2 can be described by the following function:

F (x) = 0,19433 · x² - 0,25925 · x⁴ + 1,2404 · x⁶F (x) = 0.19433 x x 2 - 0.25925 x x + 1.2404 x x

dabei hat 1 die Koordinaten (0; 0) und 2 die Koordinaten (0,703; 0,182).where 1 has the coordinates (0; 0) and 2 has the coordinates (0.703; 0.182).

Dieser Kurvenabschnitt ist auch als Wertetabelle angegeben.This curve section is also specified as a value table.

Der Kurvenverlauf zwischen den Punkten 2 und 3 hat für die Kerbspannungsfreiheit keine Bedeutung mehr. In der Figur sind in diesem Bereich Rillen 5 eingezeichnet, welche die Oberflä­ che vergrößern und z. B. das Einwachsen des Knochens begünsti­ gen. Diese Rillen haben bei Prothesenoberflächen vorzugsweise eine Tiefe zwischen 30 und 300 µm. Die Höhe der Erhebungen liegt vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 Millimetern. Eine Größenbeschränkung nach oben oder unten existiert nicht, da sich die Eigenschaften der Oberfläche bei Maßstabsveränderun­ gen nicht ändern. The curve between points 2 and 3 has no significance for the notch stress freedom. In the figure, grooves 5 are located in this area, which increase the Oberflä surface and z. B. gene ingrowth of the bone. These grooves have prosthesis surfaces preferably a depth between 30 and 300 microns. The height of the elevations is preferably between 0.3 and 3 millimeters. A top or bottom size limitation does not exist because the properties of the surface do not change with scale changes.

Der Abszissenabstand der Punkte 2 und 3 darf gegenüber der Figur vergrößert aber nicht verkleinert werden.The abscissa distance of points 2 and 3 may be increased compared to the figure but not reduced.

Die Erhebungen sind also 4seitige Pyramiden die im oberen Teil der Seiten umlaufende Querrillen als Substruktur aufwei­ sen. Sie stehen dicht an dicht, so daß eine zweidimensionale schachbrettartige Struktur entsteht.The elevations are therefore 4-sided pyramids in the upper Part of the sides revolving transverse grooves as a substructure aufwei sen. They are close to each other, so that a two-dimensional a checkered structure arises.

Bei gleicher Querschnittskontur können die Erhebungen auch rechteckige, vieleckige oder runde Grundrisse aufweisen.With the same cross-sectional contour, the surveys can also have rectangular, polygonal or round floor plans.

Verwendung finden solche Oberflächen bei Prothesen, z. B. bei Knieprothesen und im oberen Teil des Schaftes von Hüftgelenks­ prothesen.Use find such surfaces in prostheses, z. B. at Knee prostheses and in the upper part of the shaft of hip joint prostheses.

In der Zahnmedizin ist die Oberfläche geeignet für künstliche Zahnwurzeln und für Verankerungsteile von Zahnprothesen.In dentistry, the surface is suitable for artificial Tooth roots and for anchoring parts of dentures.

Bei belasteten Metall-Kunststoffverbindungen kann die metall­ seitige Verbindungsfläche erfindungsgemäß ausgebildet sein, ebenso bei Verbindungen von Metall mit Faserverbundwerkstof­ fen.In loaded metal-plastic compounds, the metal be formed side connecting surface according to the invention, also in compounds of metal with Faserverbundwerkstof fen.

x-Koordinatex-coordinate y-Koordinate |0.0|0.0y coordinate | 0.0 | 0.0 5.0396264E-02|4.9018860E-045.0396264E-02 | 4.9018860E-04 9.7803771E-02|1.3618469E-039.7803771E-02 | 1.3618469E-03 0.14201444|3.3636093E-030.14201444 | 3.3636093E-03 0.18345815|5.1E-030.18345815 | 5.1E-03 0.22146857|8.2702637E-030.22146857 | 8.2702637E-03 0.25692707|1.1E-020.25692707 | 1.1E-02 0.28965676|1.41E-020.28965676 | 1.41E-02 0.31945157|1.8515587E-020.31945157 | 1.8515587E-02 0.34850132|2.2E-020.34850132 | 2.2E-02 0.37649626|2.67E-020.37649626 | 2.67E-02 0.40428942|3.2E-020.40428942 | 3.2E-02 0.43124861|3.7380219E-020.43124861 | 3.7380219E-02 0.45776540|4.2293549E-020.45776540 | 4.2293549E-02 0.48353475|4.9386978E-020.48353475 | 4.9386978E-02 0.50890476|5.6294441E-020.50890476 | 5.6294441E-02 0.53324980|6.4815521E-020.53324980 | 6.4815521E-02 0.55744958|7.2573662E-020.55744958 | 7.2573662E-02 0.59044343|8.7E-020.59044343 | 8.7E-02 0.62157142|0.103933330.62157142 | 0.10393333 0.65007830|0.1250.65007830 | 0125 0.67788804|0.151712420.67788804 | 0.15171242 0.70273793|0.182127000.70273793 | 0.18212700

Claims (8)

1. Ermüdungsfeste Oberfläche von implantierbaren Knochen- oder Zahnprothesen oder bei belasteten Metall-Kunststoffverbin­ dungen, bei der aus einer sonst glatten Fläche regelmäßig geformte Erhebungen mit konkav ausgeformten Außenflächen herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß jede Seitenfläche einer Erhebung mit einer Ebene, welche senkrecht auf der sonst glatten Fläche steht, eine Schnittlinie bildet, die im normierten Bereich zwischen Punkt (1) und (2), bezogen auf die glatte Fläche, zwischen den Werten 0 bis 0,7027 durch die Funktion F = 0,19433 x² - 0,25925 x⁴ + 1,2404 x⁶beschrieben wird, wobei die Schnittlinie im weiteren Be­ reich bis zur Mitte der Erhebung bei 1,303 beliebig ver­ laufen kann.1. Fatigue-resistant surface of implantable bone or dental prostheses or in loaded Metall-Kunststoffverbin applications, projecting from an otherwise smooth surface regularly shaped elevations with concave outer surfaces, characterized in that each side surface of a survey with a plane which is perpendicular to the otherwise smooth surface is, forms a cutting line in the normalized range between point ( 1 ) and ( 2 ), based on the smooth surface, between the values 0 to 0.7027 by the function F = 0.19433 x² - 0.25925 x⁴ + 1,2404 x⁶ is described, wherein the section line in the wider Be rich up to the middle of the survey at 1.303 can run ver. 2. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhebungen eine quadratische Grundfläche haben und schachbrettartig angeordnet sind.2. Fatigue resistant surface according to claim 1, characterized marked records that the elevations a square base have and are arranged like a checkerboard. 3. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnittlinie vom Punkt (2) bis zum Punkt (3) eine Gerade ist mit der Steigung der Funktion F im Punkt (2).3. fatigue-resistant surface according to claim 1, characterized in that the section line from the point ( 2 ) to the point ( 3 ) is a straight line with the slope of the function F in the point ( 2 ). 4. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen zwischen den Punkten (2) und (3) Rillen enthalten, welche parallel zur glatten Fläche laufen. 4. Fatigue-resistant surface according to claim 1 or one of the following, characterized in that the surfaces between the points ( 2 ) and ( 3 ) include grooves which run parallel to the smooth surface. 5. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen einen Kreis als Grundriß haben und möglichst dicht beieinander stehen.5. fatigue-resistant surface according to claim 1, 3 and 4, characterized characterized in that the elevations a circle as a plan and be as close together as possible. 6. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ein regelmäßiges Vieleck als Grundriß haben und möglichst dicht beieinander stehen.6. fatigue resistant surface according to claim 1, 2, 3 or 4, since characterized in that the surveys are a regular Have polygon as a plan and as close as possible stand. 7. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche auf der Metallseite bei Metall- und Kunstharzverbindungen verwendet wird.7. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface on the metal side in metal and synthetic resin compounds is used. 8. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche auf der Metallseite bei Metall-Faserverbundwerkstoffverbin­ dungen verwendet wird.8. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface on the metal side in metal fiber composite used.
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