DE4428290A1 - Artificial replacement joint for human - Google Patents
Artificial replacement joint for humanInfo
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Abstract
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 das Problem der Reibung. Da die Gelenke nicht umlaufen, kann sich in der Regel ein hydrodynamischer Flüssigkeitsfilm nicht aus bilden, so daß eine Flüssigkeitsschmierung nicht einsetzt und Trockenreibung gegeben ist. Die Körperflüssigkeit kann zudem nur die aus der Gelenkpfanne herausragenden Teile des Gelenkkopfes benetzen. Dies führt zu einem hohen Verschleiß und damit zu einer begrenzten Haltbarkeit der künstlichen Gelenkteile. Außerdem resultiert durch die Trockenreibung ein Abrieb der aneinander gleitenden Flächen. Die hierdurch erzeugten Fremdpartikel belasten den lebenden Organismus in besonderer Weise.In the known artificial joints, in particular artificial human joints, there is the problem of Friction. Since the joints do not circulate, the Don't fix a hydrodynamic liquid film form so that liquid lubrication does not start and dry friction is given. The body fluid can moreover, only those parts of the joint protruding from the joint socket Wet the joint head. This leads to high wear and thus to a limited shelf life of the artificial Joint parts. It also results from dry friction abrasion of the sliding surfaces. The hereby Foreign particles generated pollute the living organism special way.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehenden Nachteile künstlicher Gelenkteile zu vermei den, insbesondere die Haltbarkeit von künstlichen mensch lichen Gelenken zu erhöhen.The present invention is based on the object to avoid the above disadvantages of artificial joint parts the, especially the durability of artificial man to increase joints.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Gelenk teile derart ausgebildet sind, daß ein Zutritt von Körper flüssigkeit im Zentrum des Gelenks erreicht wird. Erfin dungsgemäß wird ein solcher Zutritt von Körperflüssigkeit erhalten, dadurch, daß im Zentrum der Gelenkpfanne ein Loch ausgebildet ist. Hierdurch kann körpereigene Gelenkflüssig keit vom Zentrum her in die Gelenkspalte zwischen den Gelenkteilen eindringen. Vorteilhafterweise ist dieses Loch kreisförmig ausgebildet. Bei der Ausbildung eines Gelenkes mit fünf Freiheitsgraden, wie es z. B. aus der deutschen Patentanmeldung P 39 08 958.4 bekannt ist, bei dem zwischen Gelenkkopf und der Gelenkpfanne ein Druckverteilungskörper angeordnet ist, wird durch die Ausbildung eines Loches in der Gelenkpfanne und im Druckverteilungskörper die zusätz liche Schmierungsmöglichkeit der Gelenkflächen eröffnet. Es wird ein Gleitfilm erzeugt, der den Abrieb zwischen den Gelenkteilen deutlich verringert. Die Ausbildung eines Loches in der Gelenkpfanne bietet weiterhin den Vorteil, daß nach einer Einheilungsphase in dem Lochbereich körper eigene, bindegewebige und/oder knorpelige Strukturen entstehen, die nicht nur das Reibungsproblem vermindern, sondern auch die Stabilität der Gelenkpfanne im Becken vergrößern. According to the invention this is achieved in that the joint parts are designed such that access by the body fluid is reached in the center of the joint. Erfin According to such access of body fluid obtained by making a hole in the center of the socket is trained. This can make the body's joint fluid from the center into the joint space between the Penetrate joint parts. This hole is advantageous circular. When forming a joint with five degrees of freedom, as z. B. from the German Patent application P 39 08 958.4 is known, in which between Rod head and the socket a pressure distribution body is arranged by forming a hole in the socket and in the pressure distribution body the additional Lubrication possibility of the articular surfaces opened. It a sliding film is created, which is the abrasion between the Joint parts significantly reduced. Training a Hole in the socket also has the advantage that after a healing phase in the perforated area own, connective tissue and / or cartilaginous structures arise that not only reduce the friction problem, but also the stability of the socket in the pelvis enlarge.
Weiterhin kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, wenn die Funktionsflächen der Gelenkteile sphärisch und/oder toroidförmig und/oder rotationssymmetrisch gestaltet sind und zwischen den kontaktierenden Funktionsflächen im eingesetzten Zustand, d. h. in der Funktionsstellung, ein linienförmiger Kraftübertragungsbereich ausgebildet ist. Rotationssymmetrisch bedeutet, daß um eine Rotationsachse rotierte Konturen vorhanden sind. Hierdurch wird erfin dungsgemäß bei gleicher Kraftübertragung der Druck am Ort der Kraftübertragung punktuell deutlich verringert, woraus eine erheblich reduzierte Materialbelastung und ein ver ringerter Materialabrieb folgen.Furthermore, it can be advantageous according to the invention if the functional surfaces of the joint parts spherical and / or are toroidal and / or rotationally symmetrical and between the contacting functional surfaces in the used condition, d. H. in the functional position, a linear power transmission area is formed. Rotationally symmetric means that around an axis of rotation rotated contours are present. Hereby is invented in accordance with the same power transmission, the pressure on site The power transmission is significantly reduced at certain points, from which a significantly reduced material load and a ver followed by reduced material abrasion.
Somit wird erfindungsgemäß die Lebensdauer der künstlichen Gelenkteile beträchtlich erhöht. Der linienförmige Kraft übertragungsbereich kann erfindungsgemäß kreisförmig, ellipsoid, trapezförmig oder aber auch hufeisenförmig ausgebildet sein. Die Ausbildung des linienförmigen Kraft übertragungsbereichs wird im wesentlichen durch die vor herrschenden, besonderen Funktionsrichtungen bestimmt. Erfindungsgemäß wird ein linienförmiger Kraftübertragungs bereich beispielsweise dadurch erhalten, daß eine sphärisch gestaltete Gelenkfläche mit einer toroidförmig gestalteten Gelenkfläche oder zwei toroidförmig gestalteten Gelenk flächen miteinander kontaktieren. Die Ausbildung eines linienförmigen Kraftübertragungsbereichs gemäß der Erfin dung erbringt sowohl Vorteile bei künstlichen Gelenken mit drei als auch mit fünf Freiheitsgraden.Thus, according to the invention, the lifespan of the artificial Joint parts increased considerably. The line-shaped force according to the invention, the transmission area can be circular, ellipsoidal, trapezoidal or horseshoe-shaped be trained. The formation of the linear force transmission range is essentially defined by the prevailing, special functional directions determined. According to the invention, a linear power transmission area obtained, for example, that a spherical designed articular surface with a toroidal design Articular surface or two toroidal shaped joint contact areas with each other. Training a line-shaped power transmission area according to the Erfin dung brings advantages both with artificial joints three as well as 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. 14 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen künstlichen Gelenks im Quer schnitt durch den Drehpunkt des jeweiligen Gelenks. Fig. 1 to Fig. 14 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.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.
Durch das Loch 3 ist der Zutritt von Körperflüssigkeit von der Beckenseite her gegeben. Außerdem wird durch Auffüllen des Lochs mit Binde- bzw. Knorpelgewebe durch den Einhei lungsprozeß nach Operation die Gelenkpfanne natürlich er weitert. Da diese natürliche Erweiterung der Gelenkpfanne kraftmäßig entlastet ist, weil die Gelenkkraft sich auf den künstlichen Teil der Gelenkpfanne 2 verteilt, wird auch vom zentralen Bereich des Gelenkes her Schmierung möglich, was die Ausbildung eines Schmierfilms auf der gesamten Kondy lusoberfläche unterstützt. Denn gleichzeitig wird mit der Vergrößerung der benetzten Fläche des Gelenkkopfes durch das Loch die zu benetzende Fläche der Gelenkpfanne deutlich vermindert und besonders die jeweilige Schmierstrecke eingeschränkt. Hierdurch kann die Abnutzung durch Abrieb im Gelenk deutlich verringert werden.Through the hole 3 there is access to body fluid from the pelvic side. In addition, by filling the hole with connective or cartilage through the Einhei treatment process after surgery, the socket is of course expanded. Since this natural expansion of the socket is relieved in terms of force, because the joint force is distributed over the artificial part of the socket 2 , lubrication is also possible from the central area of the joint, which supports the formation of a lubricating film on the entire surface of the cone. Because at the same time as the wetted area of the joint head is enlarged through the hole, the area of the joint socket to be wetted is significantly reduced and in particular the respective lubrication path is restricted. This can significantly reduce wear due to abrasion in the joint.
Die Größe des Loches kann 1/6 bis 5/6 der Gelenkpfannen fläche bis zu deren Äquator bilden, so daß der Öffnungs winkel α entsprechend veränderbar ist. Die Größe des Öffnungswinkels α hängt von der Materialpaarung der Mate rialien 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 beschränkt, besonders kann auch eine ellipsoide, trapezförmige oder aber auch hufeisenförmige Lochform vorgesehen sein. Durch dieses Loch 3 wird auch ein linien förmiger Kraftübertragungsbereich KL zwischen dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 im Randbereich des Loches geschaf fen, 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.The size of the hole can form 1/6 to 5/6 of the joint 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 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 else horseshoe-shaped hole shape can also be provided. Through this hole 3 , a linear force transmission area K L between the joint head 1 and the socket 2 in the edge region of the hole is created, and thus the force transmission area is increased. 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 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 Druckverteilungskörpers 4 werden die Kontakt flächen zwischen dem Druckverteilungskörper 4 und dem Gelenkkopf auch vom Zentrum her geschmiert. Dadurch wird eine gleichförmige Ausbildung des Schmierfilms zwischen allen aufeinander gleitenden Flächen gewährleistet. Durch diese Ausgestaltung der Gelenkpfanne 2 und des Druckver teilungskörpers 4 werden auch linienförmige Kraftüber tragungsbereiche im Randbereich der Löcher zwischen den anliegenden Gelenkteilen erzeugt mit der bereits beschrie benen Reduzierung des Druckes am Ort der jeweiligen Kraft übertragung und der damit gewonnenen verringerten Material belastung.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 . This configuration of the socket 2 and the pressure distribution body 4 , the contact surfaces between the pressure distribution body 4 and the joint head are also lubricated from the center. This ensures a uniform formation of the lubricating film between all surfaces sliding on one another. By this design of the socket 2 and the Druckver distribution body 4 also linear force transmission areas in the edge region of the holes between the adjacent joint parts are generated with the already described reduction in pressure at the location of the respective force transmission and the resulting reduced material load.
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. RT ist ein äußerer Torusradius. Er ist durch jenen Punkt der Toroidfläche definiert, der den größten Abstand von der Rotationsachse X-X besitzt. Die Kontaktlinie KL 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:
RT = 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 KL. 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 KL 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:
RT = 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:
RT = 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).
R1T = R₁-L₁/2.
R2T = 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 KL 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 PII des Teilgelenks Gelenkpfanne-Druck verteilungskörper "oberhalb" des Drehpunktes PI 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 .
PII 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 PI, 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 PI, von PII aus gesehen, zum Gelenkteil 2 hin verschoben liegt, PII also "oberhalb" von PI. 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 PII rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom men, kann dann aber noch zusätzlich um PI 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 PII und PI 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 PII bzw. PI 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 KL2 und KL1 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 Gelenk fläche 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 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 .
PII 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 PI, 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 PI, von PII 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 PII rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom men, kann dann aber noch zusätzlich um PI 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 PII und PI 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 PII bzw. PI 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) Hintereinanderschaltung zweier Kugelgelenke mit "linienförmiger" Kraftübertragung vom Typ: toroidför mige Fossa - kugelförmiger Kondylus, entsprechend Fig. 3. a) Series connection of two ball joints with "linear" power transmission of the type: toroidal fossa - spherical condyle, corresponding to FIG. 3.
- b) Hintereinanderschaltung eines Kugelgelenks mit "linienförmiger" Kraftübertragung vom Typ: toroid förmige Fossa - kugelförmiger Kondylus (entsprechend Fig. 3) mit einem "normalen", konventionellen Kugelge lenk, wie es z. Zt. in der Endoprothetik Verwendung findet.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.
In Fig. 14 ist dargestellt, daß es zweckmäßig sein kann, das in der Gelenkpfanne 2 befindliche Loch 3 mittels eines Verschlußkörpers 12 zu verschließen, wobei der Verschluß körper 12 in das Loch 3 z. B. einschraubbar ist. Dieser Verschlußkörper 12 dient dazu, die Gelenkpfanne 2 und das Loch 3 während des Einsetzens verschlossen zu halten, so daß kein Knochenzement in den Bereich des Loches 3 ein dringen kann und nach dem Einsetzen und Aushärten des Knochenzements wird der Verschlußkörper 12 aus der Ge lenkpfanne 3 herausgedreht, so daß er dann das Loch 3 freigibt. Der Verschlußkörper 12 kann zusätzlich als Positionierungshilfe beim Einsetzen der Gelenkpfanne dienen.In Fig. 14 it is shown that it may be expedient to seal the hole 3 located in the socket 2 by means of a closure body 12, the closure body 12 z in the hole 3. B. can be screwed. This closure body 12 is used to keep the socket 2 and the hole 3 closed during insertion, so that no bone cement can penetrate into the area of the hole 3 and after the insertion and hardening of the bone cement, the closure body 12 is from the socket 3 unscrewed so that it then releases the hole 3 . The closure body 12 can also serve as a positioning aid when inserting the socket.
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