DE4428267A1

DE4428267A1 - Artificial replacement joint esp. for human

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Publication number: DE4428267A1
Application number: DE19944428267
Authority: DE
Inventors: Dietmar Prof Kubein-Meesenburg; Peter Prof Dr Ing Adam; Hans Dr Naegerl
Original assignee: KUBEIN MEESENBURG DIETMAR
Current assignee: KUBEIN MEESENBURG DIETMAR
Priority date: 1994-08-10
Filing date: 1994-08-10
Publication date: 1996-02-15

Abstract

The joint has at least two parts with relatively movable functional surfaces. The functional surfaces of the joint parts (1,2,4) are spherical, and/or toroidal and/or rotationally symmetrical. When inserted into place, ready for use, a force transmission line (KL) is formed between the joint parts. The joint parts consist of a ball (1) and socket between which is a sliding pressure-distribution body (4) which has slide surfaces (5,6) and a hole (7). The ball has a rotational centre (M1) and the socket has a rotational centre (M2). The circular convex and concave shapes of the socket have radii (R1,R2). The pressure-distribution body has a thickness (D) on the extension of the connecting line between the ball and socket rotational centres. A hole (3) in the socket has a rim forming the force transmission part.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein künstliches Gelenk zum Ersatz insbesondere von menschlichen Gelenken, beste hend aus mindestens zwei Gelenkteilen mit zueinander sich bewegenden Funktionsflächen, und zwar einem Gelenkkopf und einer Gelenkpfanne, wobei das Gelenk mindestens drei Freiheitsgrade der Bewegung besitzt. Im Falle von drei Gelenkteilen, einem Gelenkkopf, einem Druckverteilungs körper und einer Gelenkpfanne, besitzt das Gelenk fünf Freiheitsgrade.The present invention relates to an artificial joint to replace especially human joints, best starting from at least two joint parts with each other moving functional surfaces, namely a joint head and a socket, the joint being at least three Degrees of freedom of movement. In the case of three Joint parts, a joint head, a pressure distribution body and a socket, the joint has five Degrees of freedom.

Bei den bekannten künstlichen Gelenken, insbesondere künstlichen menschlichen Gelenken, besteht grundsätzlich eine geringe Radiusdifferenz zwischen der Gelenkpfanne und dem Gelenkkopf, damit ein Einsetzen des Gelenkkopfes in die Gelenkpfanne möglich ist, so daß ein punktförmiger Kontakt zwischen diesen beiden Gelenkteilen vorhanden ist. Dieser punktförmige Kontakt wird bei Kompression der Gelenkteile durch elastische Verformung der Materialien zu einer kleinen kreisförmigen Fläche erweitert, auf der ein hoher Kontaktdruck herrscht, so daß ein hoher Verschleiß derartig belasteter künstlicher Gelenkteile vorhanden ist. Hieraus resultiert nur eine begrenzte Haltbarkeit der künstlichen Gelenkteile.In the known artificial joints, in particular artificial human joints, basically exists a small radius difference between the socket and the joint head, so that an insertion of the joint head into the Joint socket is possible, so that a point-like contact is present between these two joint parts. This point contact occurs when the joint parts are compressed by elastic deformation of the materials into one small circular area expanded on which a high one Contact pressure prevails, so that such wear is high stressed artificial joint parts is present. Out of this results in a limited shelf life of the artificial Joint parts.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haltbarkeit künstlicher Gelenkteile, insbesondere von künstlichen menschlichen Gelenken zu erhöhen.The present invention is based on the object Durability of artificial joint parts, especially of to increase artificial human joints.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Funk tionsflächen der Gelenkteile sphärisch und/oder toroidför mig und/oder rotationssymmetrisch gestaltet sind und zwischen den kontaktierenden Funktionsflächen im eingesetz ten Zustand, d. h. in der Funktionsstellung, ein linienför miger Kraftübertragungsbereich ausgebildet ist. Rotations symmetrisch bedeutet, daß um eine Rotationsachse rotierte Konturen vorhanden sind. Hierdurch wird erfindungsgemäß bei gleicher Kraftübertragung der Druck am Ort der Kraftüber tragung punktuell deutlich verringert, woraus eine erheb lich reduzierte Materialbelastung und ein verringerter Materialabrieb folgen. Somit wird erfindungsgemäß die Lebensdauer der künstlichen Gelenkteile beträchtlich erhöht. Der linienförmige Kraftübertragungsbereich kann erfindungsgemäß kreisförmig, ellipsoid, trapezförmig oder aber auch hufeisenförmig ausgebildet sein. Die Ausbildung des linienförmigen Kraftübertragungsbereichs wird im wesentlichen durch die vorherrschenden, besonderen Funk tionsrichtungen bestimmt. Erfindungsgemäß wird ein linien förmiger Kraftübertragungsbereich beispielsweise dadurch erhalten, daß eine sphärisch gestaltete Gelenkfläche mit einer toroidförmig gestalteten Gelenkfläche oder zwei toroidförmig gestalteten Gelenkflächen miteinander kon taktieren. Die Ausbildung eines linienförmigen Kraftüber tragungsbereichs gemäß der Erfindung erbringt sowohl Vorteile bei künstlichen Gelenken mit drei als auch mit fünf Freiheitsgraden.According to the invention this is achieved in that the radio spherical and / or toroidal mig and / or are rotationally symmetrical and inserted between the contacting functional surfaces condition, d. H. in the functional position, a linear miger power transmission area is formed. Rotation symmetric means that it rotated around an axis of rotation Contours are present. As a result, according to the invention equal power transmission the pressure at the location of the power transfer wearing significantly reduced at certain points, from which a considerable increase material load and a reduced Follow material abrasion. Thus, according to the invention The lifespan of the artificial joint parts is considerable elevated. The line-shaped power transmission area can circular, ellipsoidal, trapezoidal or but also be horseshoe-shaped. Training of the linear power transmission area is in essentially due to the prevailing, special radio directions determined. According to the invention is a lines shaped power transmission area, for example get that with a spherical joint surface a toroidal articular surface or two toroidal articulated surfaces con tact. The formation of a linear force over wearing range according to the invention provides both Advantages in artificial joints with three as well as with five degrees of freedom.

Bei der Ausbildung eines Gelenks mit fünf Freiheitsgraden, wie es z. B. aus der deutschen Patentanmeldung P 39 08 958.4 bekannt ist, bei dem zwischen dem Gelenkkopf und der Ge lenkpfanne ein Druckverteilungskörper angeordnet ist, kann die Ausbildung des linienförmigen Kontaktes sowohl zwischen Gelenkpfanne und Druckverteilungskörper als auch zwischen Druckverteilungskörper und Gelenkkopf vorgesehen sein.When creating a joint with five degrees of freedom, how it z. B. from German patent application P 39 08 958.4 is known in which between the joint head and the Ge Steering pan a pressure distribution body is arranged, can the formation of the linear contact both between Joint socket and pressure distribution body as well between Pressure distribution body and joint head may be provided.

Damit die erfindungsgemäße Reduzierung des Kontaktdruckes besonders effektiv ist, kommt es auf die relative Dimensio nierung der Krümmungsradien der Gelenkflächen an der Kontaktstelle an. Diese Dimensionierung hängt von den verwendeten Materialien ab. Bei Metall-Metall-Kontakt kann es deshalb vorteilhaft sein, daß sich die Krümmungsradien nur geringfügig unterscheiden. Die Radiendifferenz kann beispielsweise kleiner als 2% bis einige Promille des größeren Radius sein.Thus the reduction in contact pressure according to the invention is particularly effective, it comes down to the relative dimension Nation of the radii of curvature of the articular surfaces on the Contact point. This dimensioning depends on the used materials. With metal-to-metal contact it may therefore be advantageous that the radii of curvature differ only slightly. The radius difference can for example less than 2% to a few parts per thousand of the be larger radius.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unter ansprüchen enthalten.Advantageous embodiments of the invention are in the sub claims included.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.Using those shown in the accompanying drawings The invention is explained in more detail in exemplary embodiments.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 bis Fig. 13 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen künstlichen Gelenks im Quer schnitt durch den Drehpunkt des jeweiligen Gelenks. Fig. 1 to Fig. 13 different embodiments of an artificial joint according to the invention in cross section through the pivot point of the respective joint.

In Fig. 1 ist zu erkennen, daß ein erfindungsgemäßes künstliches Gelenk aus einem künstlichen Gelenkkopf 1 und einer künstlichen Gelenkpfanne 2 gebildet ist. Bei der Verwendung als künstliches Hüftgelenk für den Menschen ist die Gelenkpfanne 1 die Fossa und der Gelenkkopf 2 der Kondylus. In der dargestellten Ausführungsform bilden die Gelenkpfanne 1 und der Gelenkkopf 2 ein Kugelgelenk mit drei Freiheitsgraden, dessen Drehpunkt P ist. Der Radius R₁ des Gelenkkopfes 1 und der der Gelenkpfanne 2 sind bis auf einen geringen Spalt quasi gleich groß. In der Gelenkpfanne 2 ist ein Loch 3 ausgebildet, und zwar derart, daß das Zentrum des Loches 3 in der Hauptkraftwirkungslinie des künstlichen Gelenks in der Gelenkgrundstellung liegt. Die Hauptkraftwirkungslinie ist mit X-X angegeben. Die Größe des Loches kann 1/6 bis 5/6 der Gelenkpfannenfläche bis zu deren Äquator bilden, so daß der Öffnungswinkel α ent sprechend veränderbar ist. Die Größe des Öffnungswinkels α hängt von der Materialpaarung der Materialien von dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 ab. Die Form des Loches 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig. Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht be schränkt, besonders kann auch eine ellipsoide, trapezförmi ge oder aber auch hufeisenförmige Lochform vorgesehen sein. Durch dieses Loch 3 wird ein linienförmiger Kraftüber tragungsbereich K_L zwischen dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 im Randbereich des Loches geschaffen, und somit der Kraftübertragungsbereich vergrößert. Bei gleicher Kraftübertragung reduziert sich der Druck am Ort der Kraftübertragung, und es resultiert eine deutlich ver ringerte Materialbelastung hieraus.In Fig. 1 it can be seen that an inventive artificial joint of an artificial joint head 1 and an artificial joint socket 2 is formed. When used as an artificial hip joint for humans, the socket 1 is the fossa and the joint head 2 is the condyle. In the embodiment shown, the socket 1 and the joint head 2 form a ball joint with three degrees of freedom, the pivot point of which is P. The radius R₁ of the joint head 1 and that of the socket 2 are almost the same size except for a small gap. A hole 3 is formed in the socket 2 in such a way that the center of the hole 3 lies in the main line of action of the artificial joint in the basic joint position. The main line of action is indicated by XX. The size of the hole can form 1/6 to 5/6 of the socket area up to the equator, so that the opening angle α can be changed accordingly. The size of the opening angle α depends on the material pairing of the materials from the joint head 1 and the joint socket 2 . The shape of the hole 3 is circular in the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, in particular an ellipsoidal, trapezoidal or also horseshoe-shaped hole shape can be provided. Through this hole 3 , a linear force transmission area K _{L is created} between the joint head 1 and the joint socket 2 in the edge region of the hole, and thus the force transmission area is enlarged. With the same power transmission, the pressure at the location of the power transmission is reduced, and this results in a significantly reduced material load.

Bei Vorhandensein eines Schmierfilms wird durch das Aus füllen des Lochs mit Binde- und Knorpelgewebe die benetzte Fläche zwischen Gelenkpfanne und Gelenkdiskus nicht nur erheblich erweitert, sondern auch eine Schmierung im zen tralen Bereich ermöglicht und die Gefahr des Abreißens des Schmierfilms stark reduziert. Hierdurch kann ein möglicher Abrieb auf ein Minimum eingeschränkt werden. Gleichzeitig wird mit der Vergrößerung der benetzten Fläche des Gelenk kopfes durch das Loch die zu benetzende Fläche der Ge lenkpfanne deutlich verringert und besonders die jeweilige Schmierstrecke beträchtlich eingeschränkt. Hierdurch kann die Abnutzung durch Abrieb im Gelenk weiter deutlich verkleinert werden.In the presence of a lubricating film, the out fill the hole with connective and cartilage tissue the wetted Not only the area between the socket and the joint disc considerably expanded, but also a lubrication in the zen central area and the risk of tearing off the Grease film greatly reduced. This can be a possible Abrasion can be kept to a minimum. At the same time becomes with the enlargement of the wetted area of the joint head through the hole the surface of the Ge to be wetted steering pan significantly reduced and especially the respective Lubrication distance considerably restricted. This can the wear due to abrasion in the joint continues to be clear be made smaller.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gelenk handelt es sich um ein Kugelgelenk mit drei Freiheitsgraden. Die vorliegende Erfindung ist aber auch bei einem Gelenk mit fünf Frei heitsgraden anwendbar, wie es aus der deutschen Patentan meldung P 39 08 958.4 bekannt ist, wobei auf dieses Patent im vollen Umfange Bezug genommen wird. Zur Erläuterung dient die Darstellung in der beiliegenden Fig. 2. Bei diesem dargestellten Gelenk ist zwischen der Gelenkpfanne 2 und dem Gelenkkopf 1 ein Druckverteilungskörper 4, ein sogenannter Druckverteilungskörper 4, angeordnet. Der Gelenkkopf 1 besitzt ein Rotationszentrum M₁ und die Gelenkpfanne 2 ein Rotationszentrum M₂. Die kreisförmige, konvexe Schnittkontur des Gelenkkopfes 1 besitzt den Radius R₁ und die konkave, kreisförmige Schnittkontur der Ge lenkpfanne 2 den Radius R₂. Der Druckverteilungskörper 4 hat eine Dicke D auf der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen M₁ und M₂. Der Druckverteilungskörper 4 besitzt Gleitflächen 5, 6, deren Radien denjenigen der anliegenden Flächen der Gelenkpfanne 2 und des Gelenkkopfes 1 ent sprechen. Der Radius R der Gelenkachsenbahn der dimeren Gelenkkette mit zwei Gelenkachsen durch die beiden Rota tionszentren M₁ und M₂ istThe joint shown in FIG. 1 is a ball joint with three degrees of freedom. The present invention is also applicable to a joint with five degrees of freedom, as is known from the German patent application P 39 08 958.4, reference being made to this patent in its entirety. The illustration in the accompanying FIG. 2 serves for explanation . In this joint shown, a pressure distribution body 4 , a so-called pressure distribution body 4 , is arranged between the joint socket 2 and the joint head 1 . The joint head 1 has a center of rotation M₁ and the socket 2 a center of rotation M₂. The circular, convex cutting contour of the joint head 1 has the radius R₁ and the concave, circular cutting contour of the Ge steering socket 2 has the radius R₂. The pressure distribution body 4 has a thickness D on the extension of the connecting line between M₁ and M₂. The pressure distribution body 4 has sliding surfaces 5 , 6 , the radii of which correspond to those of the abutting surfaces of the socket 2 and the joint head 1 . The radius R of the articulated axis path of the dimeric articulated chain with two articulated axes through the two rotation centers M 1 and M 2

R = R₂ - R₁ - D,R = R₂ - R₁ - D,

d. h. R hat einen positiven Betrag, so daß R₂ < R₁ + D ist.d. H. R has a positive amount so that R₂ <R₁ + D.

Erfindungsgemäß besitzt die Gelenkpfanne 2 ein Loch 3, das entsprechend dem Loch 3 in Fig. 1 ausgebildet ist und entsprechend angeordnet sein kann. Weiterhin ist es zweck mäßig, wenn auch im Druckverteilungskörper 4 ein Loch 7 ausgebildet ist. Durch diese Ausgestaltung der Gelenkpfanne 2 und des Druckverteilungskörper 4 werden linienförmige Kraftübertragungsbereiche im Randbereich der Löcher zwi schen den anliegenden Gelenkteilen erzeugt mit der bereits beschriebenen Reduzierung des Druckes am Ort der jeweiligen Kraftübertragung und der damit gewonnenen verringerten Materialbelastung. Zudem wird eine gleichförmige Ausbildung des Schmierfilmes zwischen den aufeinander gleitenden Flächen gewährleistet.According to the invention, the joint socket 2 has a hole 3 which is designed in accordance with the hole 3 in FIG. 1 and can be arranged accordingly. Furthermore, it is appropriate if a hole 7 is also formed in the pressure distribution body 4 . With this design of the socket 2 and the pressure distribution body 4 , linear force transmission areas are generated in the edge region of the holes between the adjacent joint parts with the already described reduction in pressure at the location of the respective force transmission and the resulting reduced material load. In addition, a uniform formation of the lubricating film between the surfaces sliding on one another is ensured.

In den folgenden Figuren sind gleiche Teile wie in Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugsziffern versehen.In the following figures, the same parts as in Figs. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen künstlichen Gelenks gezeigt. Hierbei ist der Gelenkkopf 1 kugelförmig mit einer kreisförmigen Schnittkontur und dem Radius R₁ in P ausgebildet. Die Gelenkpfanne 2 ist, ma thematisch gesehen, ein Toroid. Seine Rotationsachse ist X-X. Die kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittelpunkten M₂₁ und M₂₂ und den zugehörenden Radien R₂₁ und R₂₂ stellen mathematisch den das Toroid erzeugenden Kreis dar, der zur Erzeugung der Toroidfläche um die Rationsachse X-X rotiert wird. R₂₁ ist deshalb gleich R₂₂:In Fig. 3 is shown an embodiment of an artificial joint according to the invention. Here, the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour and the radius R 1 in P. The joint socket 2 is, from a thematic point of view, a toroid. Its axis of rotation is XX. The circular sectional contours with the centers M₂₁ and M₂₂ and the associated radii R₂₁ and R₂₂ represent mathematically the toroid generating circle which is rotated to generate the toroidal surface around the ration axis XX. R₂₁ is therefore equal to R₂₂:

R₂₁ = R₂₂ = R₂.R₂₁ = R₂₂ = R₂.

R₂ ist also der Radius des das Toroid erzeugenden Kreises. Weiterhin gilt R₁ < R₂. R_T ist ein äußerer Torusradius. Er ist durch jenen Punkt der Toroidfläche definiert, der den größten Abstand von der Rotationsachse X-X besitzt. Die Kontaktlinie K_L ist ein Kreis. Der zugehörige Mittelpunkt liegt auf der Rotationsachse X-X des Toroids. Der Radius ist R₃. β ist ein Kegelwinkel zum Kontaktradius R₃. Die Gelenkpfanne kann im unteren Teil ein Loch enthalten, das den Eintritt von Flüssigkeit erlaubt, und somit die Schmie rung des Gelenkes erhöhen hilft.R₂ is the radius of the toroid generating circle. Furthermore, R₁ <R₂ applies. R _T is an outer radius of the torus. It is defined by the point on the toroidal surface that has the greatest distance from the axis of rotation XX. The contact line K _L is a circle. The associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid. The radius is R₃. β is a cone angle to the contact radius R₃. The joint socket can contain a hole in the lower part that allows liquid to enter, thus helping to increase the lubrication of the joint.

Dieses Gelenk der Fig. 3, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome trische Mittelpunkt des Gelenkkopfes ist. Weiterhin gilt:This joint of Fig. 3, which is drawn in the basic position, is in function a ball joint with three degrees of freedom. The joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is the geometric center of the joint head. The following also applies:

R_T = R₂ - (R₂ - R₁) · sin(β/2); R₃ = R₁ · sin(β/2).R _T = R₂ - (R₂ - R₁) · sin (β / 2); R₃ = R₁ · sin (β / 2).

Der Winkel β bestimmt Lage und Größe des Kontaktkreises K_L. Seine Größe hängt von den gewählten Materialien der Gelenk flächen ab. In der Regel ist ein Winkel β = 90° besonders vorteilhaft.The angle β determines the position and size of the contact circle K _L. Its size depends on the materials chosen for the joint surfaces. As a rule, an angle β = 90 ° is particularly advantageous.

Die Radiendifferenz δR = (R₂ - R₁), zwischen dem toroid erzeugenden Radius R₂ und dem Radius R₁ der Gelenkkopfkugel ist in der Regel klein. Sie kann z. B. kleiner als 2% bis zu einigen Promille von R₂ sein. In dieser Ausführungsform muß die Gelenkfläche der Gelenkpfanne nicht unbedingt ein Torus sein. Es kann auch die im Schnittbild konkave Ober fläche eines anderen Körpers mit Rotationssymmetrie sein. The radius difference δR = (R₂ - R₁), between the toroid generating radius R₂ and the radius R₁ of the joint head ball is usually small. You can e.g. B. less than 2% to to be a few parts per thousand of R₂. In this embodiment the joint surface of the socket does not necessarily have to Be a torus. It can also be the concave upper section surface of another body with rotational symmetry.

Auf der Kontaktlinie für die Radiendifferenz δR zwischen Kugelradius und Krümmungsradius der Schnittkontur sinngemäß die obigen Aussagen.On the contact line for the radius difference δR between The radius of the sphere and the radius of curvature of the cutting contour are analogous the above statements.

In Fig. 4 ist eine Variante zu der Gelenkausbildung gemäß Fig. 3 dargestellt. Auch hierbei ist wiederum der Gelenk kopf 1 kugelförmig mit einer kreisförmigen Schnittkontur um den Drehpunkt P ausgebildet, wobei die kreisförmige Schnittkontur den Radius R₁ um P besitzt. Die Gelenkpfanne 2 stellt ein Toroid dar. Zu seiner Erzeugung wird um die Rotationsachse X-X der toroiderzeugende Kreis mit R₂ rotiert. Im Schnittbild entstehen so zwei konvexe, kreis förmige Pfannenkonturen 9, 10 mit den Mittelpunkten M₂₁ und M₂₂ und dem Radius R₂. Die Kontaktlinie K_L ist ein Kreis. Der zugehörige Mittelpunkt liegt auf der Rotationsachse X-X des Toroids. Der Radius ist R₃. β ist der Kegelwinkel zum Kontaktradius R₃. FIG. 4 shows a variant of the joint design according to FIG. 3. Again, the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour around the pivot point P, the circular cutting contour having the radius R 1 to P. The socket 2 represents a toroid. To generate it, the toroid-generating circle is rotated with R₂ about the axis of rotation XX. In the sectional view, two convex, circular pan contours 9 , 10 are formed with the centers M₂₁ and M₂₂ and the radius R₂. The contact line K _L is a circle. The associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid. The radius is R₃. β is the cone angle to the contact radius R₃.

Dieses Gelenk der Fig. 4, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome trische Mittelpunkt des Gelenkkopfes ist. Verläuft der resultierende Kraftvelitor außerhalb des Winkelbereichs von β, so verändert sich das Gelenk in ein Gelenk mit fünf Freiheitsgraden. Weiterhin gilt:This joint of Fig. 4, which is drawn in the basic position, is in function a ball joint with three degrees of freedom. The joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is the geometric center of the joint head. If the resulting force adjuster is outside the angular range of β, the joint changes into a joint with five degrees of freedom. The following also applies:

R_T = R₂ - (R₂ + R₁) · sin(β/2); R₃ = R₁ · sin(β/2).R _T = R₂ - (R₂ + R₁) · sin (β / 2); R₃ = R₁ · sin (β / 2).

In Fig. 5 ist eine weitere Alternative eines erfindungs gemäßen künstlichen Gelenks gezeigt. Bei dieser Ausfüh rungsform ist der Gelenkkopf 1 toroidförmig ausgebildet, und die Gelenkpfanne 2 ist kugelförmig. Ihre konkave, kreisbogenförmige Schnittkontur hat den Mittelpunkt P und den Radius R₂. Der toroidförmige Gelenkkopf 1 besitzt im Schnittbild zwei kreisförmige, konvexe Konturen mit den Radien R₁₁ und R₂₂, die durch den toroiderzeugenden Kreis R₁ gegeben sind.In Fig. 5, a further alternative of a fiction, modern artificial joint is shown. In this embodiment, the joint head 1 is toroidal, and the socket 2 is spherical. Your concave, arcuate cutting contour has the center P and the radius R₂. The toroidal joint head 1 has in the sectional view two circular, convex contours with the radii R₁₁ and R₂₂, which are given by the toroid-generating circle R₁.

R₁ = R₁₁ = R₁₂ (Mittelpunkte M₁₁, M₁₂).R₁ = R₁₁ = R₁₂ (centers M₁₁, M₁₂).

Hierbei ist R₂ < R₁.Here, R₂ <R₁.

Im übrigen sind die gleichen Radien und Winkel wie in den vorhergehenden Figuren eingezeichnet.Otherwise the same radii and angles as in the previous figures.

In der Gelenkpfanne 2 ist wiederum ein Loch 3 ausgebildet, und zwar in der zu Fig. 1 beschriebenen Art. Bei dieser Ausführungsform ist der linienförmige Kraftübertragungs bereich auf dem Gelenkkopf ausgebildet. Es gilt:In the socket 2 , in turn, a hole 3 is formed, in the manner described for FIG. 1. In this embodiment, the linear force transmission area is formed on the joint head. The following applies:

R_T = R₁₁ + (R₂ - R₁₁) · sin(β/2); R₃ = R₂ · sin(β/2).R _T = R₁₁ + (R₂ - R₁₁) · sin (β / 2); R₃ = R₂ · sin (β / 2).

Dieses Gelenk der Fig. 5, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome trische Mittelpunkt der Gelenkpfanne 2 ist. Grundsätzlich gilt auch hier, daß statt eines Toroids auch ein anderer rotationssymmetrischer Körper als Gelenkkopf 1 Verwendung finden kann.This joint of FIG. 5, which is drawn in the basic position, is in function of a ball joint having three Liberty degrees. The joint head can only rotate around the pivot point P, which is also the geometric figures trical center of the acetabular cup 2 in this example. In principle, it also applies here that instead of a toroid, another rotationally symmetrical body can be used as the joint head 1 .

Die Radiendifferenz δR = (R₂ - R₁), zwischen dem Radius R₂ der kugelförmigen Gelenkpfanne und dem Radius R₁ des toroidförmigen Gelenkkopfes ist in der Regel klein. Sie kann z. B. kleiner als 2% bis zu einigen Promille von R₂ sein.The radius difference δR = (R₂ - R₁), between the radius R₂ the spherical socket and the radius R₁ des toroidal joint head is usually small. she can e.g. B. less than 2% to a few parts per thousand of R₂ his.

In dieser Ausführungsform muß die Gelenkfläche des Gelenk kopfes 1 nicht unbedingt ein Torus sein. Es kann auch die im Schnittbild konkave Oberfläche eines anderen Körpers mit Rotationssymmetrie sein. Auf der Kontaktlinie für die Radiendifferenz δR zwischen Kugelradius und Krümmungsradius der Schnittkontur sinngemäß die obigen Aussagen.In this embodiment, the joint surface of the joint head 1 need not necessarily be a torus. It can also be the concave surface of another body with rotational symmetry in the sectional view. On the contact line for the radius difference δR between the radius of the sphere and the radius of curvature of the cutting contour, the above statements apply accordingly.

In den Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gelenks, bestehend aus dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 dargestellt. Hierbei ist sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 toroidförmig gestaltet. Dabei haben in Grundstellung (Fig. 6) beide Toroide dieselbe Rotationsachse X-X. Die Drehachse P dieses Gelenks ist nicht stationär, wie dies aus den Fig. 6 und 7 erkennbar ist, wobei Fig. 7 eine Beugestellung des Gelenkes zeigt. Der Gelenkkopf 1 zeigt im Schnittbild zwei konvexe, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M₁₁ und M₁₂ und den Radien R₁₁ und R₁₂. Sie entsprechen dem Kreis R₁ = R₁₁ = R₁₂: das ist wiederum der Kreis, der das Toroid bei Rotation um die Toroidachse X-X erzeugt. Entsprechend zeigt die Schnittfigur der Gelenkpfanne zwei konkave, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M₂₁ und M₂₂ und den Radien R₂₁ und R₂₂. Sie entsprechen dem toroiderzeugenden Kreis R₂ = R₂₁ = R₂₂. Die Verbindungslinie der Mittelpunkte M₂₂ und M₁₂ schneidet die Verbindungslinie der Mittelpunkte M₂₁ und M₁₁ in der Drehachse P.In Figs. 6 and 7, another embodiment of a joint according to the invention, consisting of the swivel head 1 and the socket 2 is shown. Here, both the joint head 1 and the socket 2 are toroidal. In the basic position ( FIG. 6), both toroids have the same axis of rotation XX. The axis of rotation P of this joint is not stationary, as can be seen from FIGS. 6 and 7, FIG. 7 showing the joint in a bent position. The joint head 1 shows in the sectional view two convex, circular contours with the center points M₁₁ and M₁₂ and the radii R₁₁ and R₁₂. They correspond to the circle R₁ = R₁₁ = R₁₂: this in turn is the circle that generates the toroid when rotating about the toroid axis XX. Accordingly, the sectional figure of the socket shows two concave, circular contours with the centers M₂₁ and M₂₂ and the radii R₂₁ and R₂₂. They correspond to the toroid generating circle R₂ = R₂₁ = R₂₂. The connecting line of the center points M₂₂ and M₁₂ intersects the connecting line of the center points M₂₁ and M₁₁ in the axis of rotation P.

L₂ ist das Koppelglied zwischen M₂₁ und M₂₂ und L₁ ist das Koppelglied zwischen M₁₁ und M₁₂. δR₂ und δR₁ sind die Pleuelglieder. Es gilt:L₂ is the coupling link between M₂₁ and M₂₂ and L₁ is that Coupling link between M₁₁ and M₁₂. δR₂ and δR₁ are the Connecting rods. The following applies:

(L₂ - L₁)/(2 · (R₂ - R₁)) = sin(β/2.
R_1T = R₁ - L₁/2. R_2T = R₂ - L₂/2.
δR₂ = δR₁ = δR.(L₂ - L₁) / (2 · (R₂ - R₁)) = sin (β / 2.
R _1T = R₁ - L₁ / 2. R _2T = R₂ - L₂ / 2.
δR₂ = δR₁ = δR.

Die Ausbildung dieses Gelenks hat die Vorteile, daß die linienförmigen Kontaktbereiche auf beiden Gelenkoberflächen wandern. Weiterhin wird eine Pumpwirkung für die Gelenk flüssigkeit erzeugt, und es besteht ein stabiles mechani sches Gleichgewicht in der Ruhestellung (Grundstellung) und eine Selbststabilisierung beim Einnehmen der einzelnen Beugestellungen.The formation of this joint has the advantages that the linear contact areas on both joint surfaces hike. It also acts as a pump for the joint creates liquid, and there is a stable mechani equilibrium in the rest position (basic position) and self-stabilization when taking the individual Inflections.

In Fig. 8 ist eine weitere Alternative eines erfindungs gemäßen künstlichen Gelenks dargestellt. Hierbei sind sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 als toroidförmige Körper ausgebildet mit gemeinsamer Rotations achse X-X in Grundstellung. Der Gelenkkopf 1 besitzt, im Querschnitt gesehen, zwei konvexe, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M₁₁ und M₁₂ und den Radien R₁₁ und R₁₂. Sie entsprechen dem Kreis R₁ = R₁₁ = R₁₂: das ist wiederum der Kreis, der das Toroid bei Rotation um die Toroidachse X-X erzeugt. Die Gelenkpfanne 2 weist im Schnittbild zwei konkave, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M₂₁ und M₂₂ und den Radien R₂₁ und R₂₂ auf. Sie entsprechen dem Kreis R₂ = R₂₁ = R₂₂, mit dem die Toroidfläche erzeugt werden kann. Der Schnittpunkt P der Verbindungslinie M₂₂M₁₂ mit der Ver bindungslinie M₂₁M₁₁ ist die Drehachse des Systems. Die Abstände M₂₂M₁₂ = δR₂ und M₂₁M₁₁ = δR₁ sind gleich groß. Sie sind die Pleuel. Der Vorteil dieser Gelenkvariante besteht darin, daß die linienförmigen Kraftübertragungsbereiche K_L auf beiden Gelenkoberflächen wandern und eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit gegeben ist, die wiederum durch das in der Gelenkpfanne ausgebildete Loch 3, wie schon zu vorstehenden Figuren beschrieben, in das Gelenk eindringen kann. Diese Ausführungsform besitzt jedoch ein instabiles Gleichgewicht in Ruhelage. Es gilt:In FIG. 8, a further alternative is shown a fiction, modern artificial joint. Here, both the joint head 1 and the socket 2 are formed as a toroidal body with a common axis of rotation XX in the basic position. The joint head 1 has, seen in cross section, two convex, circular contours with the center points M₁₁ and M₁₂ and the radii R₁₁ and R₁₂. They correspond to the circle R₁ = R₁₁ = R₁₂: this in turn is the circle that generates the toroid when rotating about the toroid axis XX. The socket 2 has two concave, circular contours in the sectional view with the centers M₂₁ and M₂₂ and the radii R₂₁ and R₂₂. They correspond to the circle R₂ = R₂₁ = R₂₂ with which the toroidal surface can be generated. The intersection P of the connecting line M₂₂M₁₂ with the Ver connecting line M₂₁M₁₁ is the axis of rotation of the system. The distances M₂₂M₁₂ = δR₂ and M₂₁M₁₁ = δR₁ are the same size. They are the connecting rods. The advantage of this joint variant is that the linear force transmission areas K _L migrate on both joint surfaces and there is a pumping action for the joint fluid, which in turn can penetrate into the joint through the hole 3 formed in the joint socket, as already described for the previous figures. However, this embodiment has an unstable equilibrium at rest. The following applies:

(L₂ + L₁)/(2 · (R₂ + R₁)) = sin(β/2).(L₂ + L₁) / (2 · (R₂ + R₁)) = sin (β / 2).

In Fig. 9 ist eine Variante zu Fig. 6 dargestellt, wobei der Gelenkkopf 1 wie der Gelenkkopf gemäß Fig. 6 ausgebil det ist. Die Gelenkpfanne besteht entsprechend der Ausbil dungsform von Fig. 4 aus zwei konvexen Pfannenbereichen 9, 10 mit den Mittelpunkten M₂₁ und M₂₂ ihrer kreisförmigen Schnittkonturen mit den Radien R₂₁ und R₂₂, die gleich groß sind und größer sind als die Radien R₁₁ und R₁₂. Diese Aus bildung ermöglicht ein Wandern der linienförmigen Kontakt bereiche auf den Gelenkteilen, und es wird eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit erreicht. Hierbei weist das Gelenk ein stabiles Gleichgewicht in der Ruhelage auf. Es gelten hier ebenfalls die übrigen aus den obigen Figuren bekannten Größen. Es ist: FIG. 9 shows a variant of FIG. 6, the joint head 1 being configured as the joint head according to FIG. 6. The acetabular cup is in accordance with the Ausbil dung form of Fig. 4 of two convex pan regions 9, 10 with the centers of M₂₁ and M₂₂ its circular sectional contours having the radii R₂₁ and R₂₂, which are of equal size and are larger than the radii of R₁₁ and R₁₂. This formation enables the linear contact areas to move on the joint parts, and a pumping action for the joint fluid is achieved. The joint shows a stable balance in the rest position. The other sizes known from the above figures also apply here. It is:

R₂₁ = R₂₂ = R₂; R₁₁ = R₁₂ = R₁
(L₂ + L₁)/(2 · (R₂ + R₁)) = sin(β/2).R₂₁ = R₂₂ = R₂; R₁₁ = R₁₂ = R₁
(L₂ + L₁) / (2 · (R₂ + R₁)) = sin (β / 2).

In Fig. 10 ist eine weitere Variante eines erfindungs gemäßen künstlichen Gelenks dargestellt. Hierbei ist der Gelenkkopf 1 entsprechend der Ausbildung von Fig. 5. Die Ausbildung der Gelenkpfanne 2 entspricht derjenigen gemäß Fig. 7. Die Radien R₁₁ und R₁₂ sind gleich und kleiner als die gleich großen Radien R₂₁ und R₂₂. Bei dieser Ausbildung wird ein Wandern der linienförmigen Kontaktbereiche auf beiden Gelenkteilen bewirkt und eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit erzielt. Hierbei ist jedoch ein instabi les Gleichgewicht in der Ruhestellung gegeben. Es gilt:In Fig. 10, a further variant is shown of a fiction, modern artificial joint. Here, the joint head 1 corresponds to the design of Fig. 5. The design of the socket 2 corresponds to that of FIG. 7. The radii R₁₁ and R₁₂ are the same and smaller than the same size radii R₂₁ and R₂₂. In this embodiment, the linear contact areas migrate on both joint parts and a pumping effect for the synovial fluid is achieved. However, there is an unstable balance in the rest position. The following applies:

R₂₁ = R₂₂ = R₂; R₁₁ = R₁₂ = R₁
(L₂ - L₁)/(2 · (R₂ - R₁)) = sin(β/2).R₂₁ = R₂₂ = R₂; R₁₁ = R₁₂ = R₁
(L₂ - L₁) / (2 · (R₂ - R₁)) = sin (β / 2).

In Fig. 11 ist eine weitere Gelenkvariante eines erfin dungsgemäßen künstlichen Gelenks gezeigt. Hierbei sind wiederum sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 als toroidförmige Körper ausgebildet. Der Gelenkkopf 1 besteht aus einem Toroid wie er Gelenkkopf in Fig. 5. Die konkave Gelenkpfanne 2 stellt eine Toroidfläche vom glei chen Typ dar, wobei der erzeugende Radius größer ist. Die Gelenkpfanne kann wiederum ein Loch 3 aufweisen. Auch bei dieser Gelenkausbildung wandern die linienförmigen Kon taktbereiche auf beiden Gelenkteilen, und es ist eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit gegeben. Es ist ein mechanisch stabiles Gleichgewicht in der Ruhestellung vorhanden. Es gilt:In Fig. 11, a further variant is shown of a hinge to the invention OF INVENTION artificial joint. Here again, both the joint head 1 and the socket 2 are formed as a toroidal body. The joint head 1 consists of a toroid such as the joint head in FIG. 5. The concave joint socket 2 represents a toroidal surface of the same type, the generating radius being larger. The joint socket can in turn have a hole 3 . Even with this joint design, the linear contact areas move on both joint parts, and there is a pumping action for the synovial fluid. There is a mechanically stable equilibrium in the rest position. The following applies:

R₂ = R₂₁ = R₂₂; R₁ = R₁₁ = R₁₂
(L₂ - L₁)/(2 · (R₂ - R₁)) = sin(β/2).R₂ = R₂₁ = R₂₂; R₁ = R₁₁ = R₁₂
(L₂ - L₁) / (2 · (R₂ - R₁)) = sin (β / 2).

Alle Varianten der Fig. 1, 3-11 haben drei Bewegungs freiheitsgrade. Über die Größenverhältnisse der kontaktie renden Radien gelten bei allen Ausführungsformen die Angaben, die zur Ausführungsform der Fig. 3 gemacht worden sind.All variants of FIGS. 1, 3-11 have three degrees of freedom of movement. About the size ratios of the contacting radii apply to all embodiments, the information that has been given to the embodiment of FIG. 3.

Grundsätzlich können alle Kugelgelenke durch Hinterein anderschaltung oder durch Einfügen eine zweiten Gelenkkugel zu einem Gelenk mit drei künstlichen Gelenkteilen erweitert werden. Damit wird ein Gelenk geschaffen, das fünf Frei heitsgrade besitzt. Hierbei ist immer dann mechanische Druckstabilität des Druckverteilungskörpers gewährleistet, wenn der Drehpunkt P_II des Teilgelenks Gelenkpfanne-Druck verteilungskörper "oberhalb" des Drehpunktes P_I des Teilge lenks Druckverteilungskörper-Gelenkkopf liegt: Eine Kom pressionskraft hält den Druckverteilungskörper mechanisch stabil zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne.In principle, all ball joints can be expanded by connecting them in series or by inserting a second joint ball into a joint with three artificial joint parts. This creates a joint that has five degrees of freedom. Here, mechanical pressure stability of the pressure distribution body is always guaranteed when the pivot point P _{II of} the joint joint-pressure distribution body is "above" the pivot point P _I of the joint joint pressure distribution body-joint head: A compression force keeps the pressure distribution body mechanically stable between the joint head and the joint socket.

Fig. 12 und Fig. 13 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Hintereinanderschaltung. Fig. 12 and Fig. 13 show two embodiments of such a series circuit.

In Fig. 12 ist eine Hintereinanderschaltung zweier Kugelge lenke mit "linienförmiger" Kraftübertragung bestehend aus den Typen: toroidförmige Gelenkpfanne - kugelförmiger Gelenkkopf (Fig. 3) und kugelförmige Gelenkpfanne - toroid förmiger Gelenkkopf (Fig. 5) dargestellt.In Fig. 12 a series connection of two Kugelge joints with "linear" power transmission consisting of the types: toroidal joint socket - spherical joint head ( Fig. 3) and spherical joint socket - toroidal joint head ( Fig. 5) is shown.

Es entstehen drei künstliche Gelenkteile: Gelenkpfanne 2, beweglicher Druckverteilungskörper 4, Gelenkkopf 1.Three artificial joint parts are created: joint socket 2 , movable pressure distribution body 4 , joint head 1 .

P_II ist der Drehpunkt des Gelenkpfannenkugelgelenks, gegeben durch die Gelenkflächen der Gelenkteile 2 und 4. Die Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 ist toroidförmig. Die mit ihr artikulierende Oberfläche des Druckverteilungskörpers 4 ist kugelförmig und hat den Radius R₂ (entspricht Fig. 3). Die mit dem Gelenkkopf 1 artikulierende Gelenkfläche des Druckverteilungskörpers 4 ist kugelförmig. Ihr Mittelpunkt ist P_I, der zugehörige Radius ist R₁. Die Gelenkfläche des Gelenkkopfes 1 ist toroidförmig (entspricht Fig. 5).P _II is the pivot point of the acetabular ball joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4 . The joint surface of the socket 2 is toroidal. The articulating surface of the pressure distribution body 4 is spherical and has the radius R₂ (corresponds to Fig. 3). The articular surface of the pressure distribution body 4 articulating with the joint head 1 is spherical. Your center is P _I , the associated radius is R₁. The articular surface of the articular head 1 is toroidal (corresponds to FIG. 5).

Wesentlich für eine mechanisch stabile Konfiguration ist, daß P_I, von P_II aus gesehen, zum Gelenkteil 2 hin verschoben liegt, P_II also "oberhalb" von P_I. Dadurch ist es möglich, daß bei kompressivem Kraftschluß Gelenkteil 4 herausge drückt wird. It is essential for a mechanically stable configuration that P _I , as seen from P _II , is displaced towards the joint part 2 , that is to say P _II "above" P _I. This makes it possible for joint part 4 to be pressed out in the case of compressive frictional connection.

Hält man Gelenkteil 2 fest, so kann Gelenkteil 4 um P_II rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom men, kann dann aber noch zusätzlich um P_I rotieren.If one holds joint part 2 , joint part 4 can rotate around P _II . Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate about P _I.

Der Abstand R der Drehzentren P_II und P_I ist konstant und stellt das Kettenglied der dimeren Gelenkkette dar. Es gilt:The distance R between the centers of rotation P _II and P _I is constant and represents the chain link of the dimeric link chain. The following applies:

R = R₂ - R₁ - D.R = R₂ - R₁ - D.

D ist der minimale Abstand der Kreise um P_II bzw. P_I mit den Radien R₂ bzw. R₁ und damit die minimale Dicke des Druckver teilungskörpers.D is the minimum distance between the circles around P _II and P _I with the radii R₂ and R₁ and thus the minimum thickness of the pressure distribution body.

Für die Radien der toroidförmigen Gelenkfläche des Gelenk kopfes 1 und der toroidförmigen Gelenkfläche der Ge lenkpfanne 2 gelten sinngemäß die Formeln der Ausführungs formen entsprechend Fig. 5 bzw. Fig. 3. Auch für die Dimensionierung der Radienverhältnisse gilt das dort Angemerkte.For the radii of the toroidal articular surface of the joint head 1 and the toroidal articular surface of the Ge socket 2 apply mutatis mutandis the formulas of the execution forms according to FIG. 5 and FIG .

Besonderer Vorteil dieser Anordnung: Der Druckverteilungs körper 4 hat nur kugelförmige Gelenkflächen. Dadurch bleiben die Kontaktringe K_L2 und K_L1 auf der Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 und auch auf der des Gelenkkopfes 1 ortsfest bei Bewegung des Druckverteilungskörpers 4 und des Gelenk kopfes 1. Das hat zur Folge, daß die Kraftübertragung zwischen dem Druckverteilungskörper 4 und Gelenkpfanne 2 nie auf ein zentrales Loch in der Gelenkpfanne treffen kann.A particular advantage of this arrangement: The pressure distribution body 4 has only spherical articular surfaces. As a result, the contact rings K _L2 and K _L1 remain stationary on the joint surface of the socket 2 and also on that of the joint head 1 when the pressure distribution body 4 and the joint head 1 move. The result of this is that the transmission of force between the pressure distribution body 4 and the socket 2 can never strike a central hole in the socket.

Ein Loch 3 in der Gelenkfläche der Gelenkpfanne hat den Vorteil, daß Gelenkflüssigkeit auch von unten her in das Gelenk eindringen kann. Dadurch wird die Lubrikation erhöht. Das Loch kann auch für den Druckverteilungskörper vorgesehen werden.A hole 3 in the joint surface of the socket has the advantage that synovial fluid can also penetrate into the joint from below. This increases the lubrication. The hole can also be provided for the pressure distribution body.

In Fig. 13 ist die Hintereinanderschaltung zweier Kugel gelenke mit "linienförmiger" Kraftübertragung vom Typ: kugelförmige Gelenkpfanne - toroidförmiger Gelenkkopf entsprechend Fig. 5 gezeigt. FIG. 13 shows the connection in series of two ball joints with “linear” force transmission of the type: spherical joint socket - toroidal joint head according to FIG. 5.

Es entstehen drei künstliche Gelenkteile: Gelenkpfanne 2, Druckverteilungskörper 4, Gelenkkopf 1.Three artificial joint parts are created: joint socket 2 , pressure distribution body 4 , joint head 1 .

P_II ist der Drehpunkt des Gelenkpfannenkugelgelenks, gegeben durch die Gelenkflächen der Gelenkteile 2 und 4. Die Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 ist kugelförmig und hat den Radius R₂. Die mit ihr artikulierende Oberfläche des Druckverteilungskörpers 4 ist toroidförmig. Die mit dem Gelenkkopf 1 artikulierende Gelenkfläche des Druckver teilungskörpers 4 ist kugelförmig. Ihr Mittelpunkt ist P_I, der zugehörige Radius ist R₁. Die Gelenkfläche des Gelenk kopfes 1 ist toroidförmig.P _II is the pivot point of the acetabular ball joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4 . The joint surface of the socket 2 is spherical and has the radius R₂. The articulating surface of the pressure distribution body 4 is toroidal. The articulating with the joint head 1 of the Druckver distribution body 4 is spherical. Your center is P _I , the associated radius is R₁. The joint surface of the joint head 1 is toroidal.

Wesentlich für eine mechanisch stabile Konfiguration ist, daß P_I, von P_II aus gesehen, zum Gelenkteil 2 hin verschoben liegt. Dadurch ist es unmöglich, daß bei kompressivem Kraftschluß Gelenkteil 4 herausgedrückt wird.It is essential for a mechanically stable configuration that P _I , as seen from P _II , is displaced towards the joint part 2 . As a result, it is impossible for the joint part 4 to be pressed out in the case of a compressive frictional connection.

Hält man Gelenkteil 2 fest, so kann Gelenkteil 4 um P_II rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom men, kann dann aber noch zusätzlich um P₁ rotieren.If one holds joint part 2 , joint part 4 can rotate around P _II . Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate by P 1 .

R = R₂ - R₁ - D.R = R₂ - R₁ - D.

D ist der minimale Abstand der Kreise um P_II bzw. P_I mit den Radien R₂ bzw. R₁.D is the minimum distance between the circles around P _II and P _I with the radii R₂ and R₁.

Für die Radien der toroidförmigen Flächen des Gelenkkopfes 1 und des Druckverteilungskörpers 4 auf ihrer der Ge lenkpfanne 2 zugewandten Gelenkfläche gelten sinngemäß die Formeln der Fig. 3.The formulas of FIG. 3 apply analogously to the radii of the toroidal surfaces of the joint head 1 and the pressure distribution body 4 on their joint surface facing the joint socket 2 .

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entsteht durch die Existenz der beiden artikulierenden Flächen mit einer linienförmigen oder bandförmigen Kontaktfläche, letztere kommt bei elastischem Verhalten der beiden Kontaktkörper zustande, ein Hohlraum, der durch die Kontaktlinie (-Band) abgegrenzt ist.The configuration according to the invention results from the Existence of the two articulating surfaces with one linear or band-shaped contact surface, the latter comes with elastic behavior of the two contact bodies created a cavity through the contact line (band) is delimited.

Dieser Hohlraum ist veränderlich bei elastischen Form änderungen unter Be-/Entlastungszyklen und/oder durch die entsprechende Formgebung (siehe Fig. 6 bis 11). Durch den veränderlichen Hohlraum kommt eine Saug-/Pumpwirkung für Flüssigkeiten zustande, die der Gelenkschmierung dienen.This cavity is variable in the case of elastic shape changes under loading / unloading cycles and / or through the corresponding shaping (see FIGS. 6 to 11). The variable cavity creates a suction / pumping effect for liquids that serve to lubricate the joints.

Die Vielfalt der möglichen Kombination sei durch die Benennung zweier weiterer Anordnungen dokumentiert:The variety of the possible combination is due to the Documentation of two further arrangements documented:

a) Series connection of two ball joints with "linear" power transmission of the type: toroidal fossa - spherical condyle, corresponding to FIG. 3.
b) Series connection of a ball joint with "line-shaped" power transmission of the type: toroidal fossa - spherical condyle (corresponding to FIG. 3) with a "normal", conventional ball joint as z. Currently used in endoprosthetics.

Claims

1. Artificial joint to replace in particular human union joints, consisting of at least two joint parts with mutually moving func tion surfaces, characterized in that the functional surfaces of the joint parts ( 1 , 2 , 4 ) are spherical and / or toroidal and / or rotationally symmetrical are and in the inserted state, ie in their functional position, a linear force transmission area K _{L is formed} between the joint parts ( 1 , 2 , 4 ).

2. Artificial joint according to claim 1, characterized in that the joint parts consist of a joint head ( 1 ) and a Ge steering socket and from a between the joint socket ( 2 ) and the joint head ( 1 ) slidably arranged pressure distribution body ( 4 ), the sliding surfaces ( 5 , 6 ).

3. Artificial joint according to claim 2, characterized in that the joint head (1) a center of rotation M₁ and the joint socket (2) a rotation center M₂ own, wherein the circular, convex sectional contour of the joint head (1) the radius R₁ and the concave, circular sectional contour of the socket ( 2 ) has the radius R₂ and the pressure distribution body ( 4 ) has a thickness D on the extension of the connecting line between M₁ and M₂ and the radius R of the articulated axis path of the dimeric articulated chain with two articulated axes through the two rotation centers M₁ and M₂ results from R = R₂ - R₁ - D, where R₂ <R₁ + D.

4. Artificial joint according to one of claims 1 to 3, characterized in that a hole ( 3 ) is formed in the socket ( 2 ), in such a way that the center of the hole ( 3 ) in the main line of action of the artificial joint in the Basic joint position lies, the edge of the hole forming the linear force transmission area.

5. Artificial joint according to claim 4, characterized in that in the pressure distribution body ( 4 ) a hole ( 7 ) is ausgebil det, so that between the pressure distribution body ( 4 ) and the adjacent joint parts ( 1 , 2 ) at the hole edge a line-shaped force transmission area is generated, the hole ( 7 ) is advantageously larger in diameter than the hole ( 3 ) in the Ge steering socket ( 2 ).

6. Artificial joint according to claim 4, characterized in that the size of the hole ( 3 ) is a 1/6 to 5/6 of the joint face to the equator.

7. Artificial joint according to claim 6, characterized in that for an articulation between the joint head ( 1 ) and the pressure distribution body ( 4 ) a rotation center P _I and for the articulation between the pressure distribution body ( 4 ) and the joint socket ( 2 ) a rotation scene Trum P _{II is} present, the first articulation a radius R₁ (radius of the spherical surface of the corresponding pair of articular surfaces) and the second articulation a radius R₂ (radius of the spherical surface of the corresponding pair of articular surfaces), whose minimum distance is D, and wherein the radius R the articulated axis path of the dimeric articulated chain with the articulated axes through the two centers of rotation P₁ and P _II results from R = R₂ - R₁ - D, where R₂ <R₁ + D ( Fig. 12, 13).

8. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) is spherical with a circular cutting contour and the radius R₁ around the pivot point P of the joint and the joint socket ( 2 ) has a toroidal shape of two itself has cutting, circular, concave cut contours with the center points M₂₁ and M₂₂ and the associated radii R₂₁ and R₂₂, where R₂₁ = R₂₂ and R₁ <R₂₁.

9. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) is spherical with a circular cutting contour around the pivot point P, and has the radius R₁, and that the joint socket ( 2 ) as part of a torus is formed, the sectional image has the radius R _T and the joint socket ( 2 ) from two convex socket surfaces ( 9 , 10 ) is formed with circular cut contours around the associated centers M₂₁ and M₂₂, the centers M₂₁ and M₂₂ and the pivot point P each lie in the corners of an isosceles triangle and the base line of the triangle is formed by the connecting line of M₂₁ and M₂₂, the radius R₂ being the circular sectional contour of the socket surface ( 9 , 10 ) and R₁ <R₂.

10. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) is toroidal and the joint socket ( 2 ) has a concave, circular arc-shaped cutting contour around the pivot point P with the radius R₂, the joint head ( 1 ) has two circular, convex sectional contours with the radii R₁₁ and R₁₂ around the centers M₁₁ and M₁₂, where R₂ <R₁₁ = R₁₂.

11. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) and the joint socket ( 2 ) are toroidal, the axis of rotation P is not statio nary and the joint head ( 1 ) consists of two convex, circular Cutting contours with the centers M₁₁ and M₁₂ and the radii R₁₁ and R₁₂ is formed, wherein R₁₁ = R₁₂ and the socket ( 2 ) is formed from two con cave, circular cutting contours with the center points M₂₁ and M₂₂ and the radii R₂₁ and R₂₂, where R₂₁ = R₂₂ and the connecting line of M₁₁ and M₂₁ and the connecting line of M₁₂ and M₂₂ intersect at the pivot point P and meet the contact line K _L.

12. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) and the joint socket ( 2 ) are designed as a toroid-shaped body, the joint head ( 1 ) seen in cross section from two circular cut contours with the Centers M₁₁ and M₁₂ and the associated radii R₁₁ and R₁₂ is formed and the Ge steering pan ( 2 ) consists of two concave, circular sectional contours with the centers M₂₁ and M₂₂ and the radii R₂₁ and R₂₂, which are the same size and are larger than the radii R₁₂ and R₁₁, which in turn are the same size and the connecting line of M₁₁ and M₂₁ and the connecting line of M₁₂ and M₂₂ intersect at the pivot point P and meet the contact line K _L.

13. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) and the joint socket ( 2 ) are designed as a toroid-shaped body, the joint head ( 1 ) consisting of two convex, circular sectional contours with the center points M₁₁ and M₁₂ and the radii R₁₁ and R₁₂ is formed, wherein R₁₁ = R₁₂ and the joint pan ne ( 2 ) is formed from two convex socket areas ( 9 , 10 ) with the centers M₂₁ and M₂₂ of their circular sectional contours and the radii R₂₁ and R₂₂, where R₂₁ and R₂₂ are the same size and larger than the radii R₁₁ and R₁₂.

14. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) and the joint socket ( 2 ) are designed as a toroid-shaped body, the joint head ( 1 ) having two circular, convex sectional contours with the radii R₁₁ and R₁₂ around the centers M₁₁ and M₁₂ and the socket ( 2 ) is formed from two convex socket areas ( 9 , 10 ) with the centers M₂₁ and M₂₂ with the radii R₂₁ and R₂₂, which are the same size, the radii R₁₁ and R₁₂ are the same size and smaller than the same size radii R₂₁ and R₂₂.

15. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that the joint head ( 1 ) and the joint socket ( 2 ) are designed as a toroid-shaped body, the joint head ( 1 ) from a cutting contour with the two center points M₁₁ and M₁₂ and the radii R₁₁ and R₁₂, where R₁₁ and R₁₂ are the same size and the joint socket ( 2 ) has two circular cutting contours with the center points M₂₁ and M₂₂ and the radii R₂₁ and R₂₂, which are the same size, and the connecting line M₁₁, M₂₁ with the connecting line M₁₂, M₂₂ intersects at the pivot point P and these connecting lines meet the contact line K _L on the contact surfaces.

16. Artificial joint according to one of claims 1 to 7, characterized in that both the joint socket ( 2 ) and the joint head ( 1 ) are toroidal, and that the Druckver distribution body ( 4 ) has two spherical sliding surfaces ( 5 , 6 ) .