DE9304959U1

DE9304959U1 - Surgical bone milling machine

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Publication number: DE9304959U1
Application number: DE9304959U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-01
Filing date: 1993-04-01
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2003-04-02

Description

Chirurgische KnochenfräseSurgical bone milling machine

Die Erfindung betrifft eine chirurgische Knochenfräse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a surgical bone milling machine according to the preamble of claim 1.

Bei derartigen chirurgischen Knochenfräsen hat der Fräskopf eine Außenkontur, die der Form des Verankerungsabschnittes einer in einem Knochen zu implantierenden Prothese entspricht, z.B. die Form einer Kugelkalotte mit aufgesetzten Raspelzähnen. Die bei Verwendung einer solchen Knochenfräse erzeugten Knochenspäne werden aus der Operationswunde abgesaugt und entsorgt.In such surgical bone milling machines, the milling head has an outer contour that corresponds to the shape of the anchoring section of a prosthesis to be implanted in a bone, e.g. the shape of a spherical cap with attached rasp teeth. The bone chips produced when using such a bone milling machine are sucked out of the surgical wound and disposed of.

Sowohl für die zementfreie Implantation von Prothesen als auch im Hinblick auf ein leichteres Reinigen der Operationsstelle von Knochenspänen wäre es vorteilhaft, wenn die beim Erzeugen der Knochenausnehmung entstehenden Späne direkt beim Fräskopf gesammelt würden. Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine chirurgische Knochenfräse mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.Both for the cement-free implantation of prostheses and with a view to making it easier to clean the surgical site of bone chips, it would be advantageous if the chips produced when creating the bone recess were collected directly at the milling head. To solve this problem, the invention creates a surgical bone milling machine with the features specified in claim 1.

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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.Advantageous further developments of the invention are specified in the subclaims.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 2 erlaubt eine Belüftung des S&rgr;änesammeIraumes, die unempfindlich gegen Verunreinigungen der Knochenfräse ist und somit zuverlässig arbeitet.The development of the invention according to claim 2 allows ventilation of the cleaning chamber, which is insensitive to contamination of the bone milling machine and thus works reliably.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 3 gestattet es, die im Inneren des Sammelbehälters befindlichen Knochenspäne noch während der Operation rasch und einfach zu 5 entnehmen, so daß sie für das Wiederverfüllen von zwischenThe development of the invention according to claim 3 allows the bone chips located inside the collection container to be removed quickly and easily during the operation, so that they can be used for refilling between

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Verankerungsteilen der Prothese verbleibenden Zwischenräumen genutzt werden können. Anders als beim Ausstemmen von Knochenausnehmungen mit einem Meißel brauchen die Knochenstücke nicht in einer gesonderten Knochenmühle gemahlen 5 zu werden.The remaining gaps between the anchoring parts of the prosthesis can be used. Unlike when chiseling out bone recesses with a chisel, the bone pieces do not need to be ground in a separate bone mill.

Gemäß den Ansprüchen 4 und 5 lassen sich die Axialführung für den Sammelbehälter und ihre Verriegelung in der Schließstellung mit mechanisch einfachen Mitteln zuverlässig bewerksteiligen. Das Öffnen und Schließen des Sammelbehälters läßt sich so auch unter ungünstigen Bedingungen ohne besondere Aufmerksamkeit sicher bewerkstelligen.According to claims 4 and 5, the axial guide for the collecting container and its locking in the closed position can be reliably achieved using simple mechanical means. The opening and closing of the collecting container can thus be carried out safely even under unfavorable conditions without special attention.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 6 ist ein guter visueller Kontakt zur Arbeitsstelle gegeben.With a bone milling machine according to claim 6, good visual contact with the work site is provided.

Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 ist im Hinblick auf eine einfache und zuverlässige Abführung der Knochenspäne von. den Schneidkanten von Vorteil.The further development of the invention according to claim 7 is advantageous in terms of simple and reliable removal of the bone chips from the cutting edges.

Insbesondere bei hartem, skierotisiertem Knochenmaterial müssen zum Drehen des Fräskopfes sehr hohe Drehmomente aufgewandt werden, die von den üblicherweise bei chirurgischen Operationen verwendeten Antriebsmotoren nicht ohne weiteres erbracht werden können. Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 wird erreicht, daß unter Verwendung dieser üblichen Antriebsmotoren für chirurgische Werkzeuge auch größere Knochenfräsen verwendet werden können, wie sie zum Erzeugen von Ausnehmungen für Hüftgelenksprothesen benötigt 0 werden.Particularly in the case of hard, sclerotic bone material, very high torques must be applied to rotate the milling head, which cannot easily be provided by the drive motors normally used in surgical operations. The development of the invention according to claim 9 ensures that larger bone milling machines can also be used using these conventional drive motors for surgical tools, such as those required for creating recesses for hip joint prostheses.

Die in den Ansprüchen 11 und 12 angegebenen Schneidgeometrien sind im Hinblick auf ein gutes Zerspanen von Knochenmaterial· bei geringem Leistungsbedarf von Vorteil. 35The cutting geometries specified in claims 11 and 12 are advantageous with regard to good machining of bone material with low power requirements. 35

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Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 13 wird das Knochenmaterial in kontrollierten kleinen Schichten abgenommen, was nicht nur im Hinblick auf kleine Antriebsleistung und kleine Vorschubkraft vorteilhaft ist sondern auch im Hinblick auf gleichmäßiges Mahlen der für das zementfreie Implantieren verwendeten Knochenmaterxales. Darüberhinaus ist gewährleistet, daß keine Knochenmaterial unkontrolliert abgerissen wird und keine Schlagbelastungen vom die Knochenfräse führenden Chirurgen aufzunehmen sind. Dies ist insbesondere beim Bohren der harten äußeren Knochenschichten wichtig.With a bone milling machine according to claim 13, the bone material is removed in small, controlled layers, which is not only advantageous in terms of low drive power and low feed force, but also in terms of uniform grinding of the bone material used for cement-free implantation. In addition, it is guaranteed that no bone material is torn off in an uncontrolled manner and that no impact loads have to be absorbed by the surgeon operating the bone milling machine. This is particularly important when drilling the hard outer layers of bone.

Auch die Weiterbildung gemäß Anspruch 14 erfolgt im Hinblick auf eine feine kontrollierte Zerspanung und ein Vermeiden des Verhakens von Knochenmaterial mit dem unlaufenden Fräserkopf.The further development according to claim 14 is also carried out with a view to fine, controlled machining and to avoiding the bone material getting caught in the non-rotating milling cutter head.

Eine Knochenfräse gemäß Anspruch 15 ist beim Ausfräsen des Knochenmaterxales zuverlässig in seitlicher Richtung positioniert und kann auch beim Antreffen harter Knochenbereiche nicht in seitlicher Richtung auswandern. Der Zentrierdorn wird hierbei in der Praxis in ein vorgebohrtes Zentrierloch eingesetzt.A bone milling machine according to claim 15 is reliably positioned in a lateral direction when milling out the bone material and cannot move in a lateral direction even when encountering hard bone areas. In practice, the centering mandrel is inserted into a pre-drilled centering hole.

Bei einer Knochenfräse gemäß Anspruch 16 kann der Zentrierdorn nach dem Sterilisieren der Fräseneinzelteile nicht falsch eingebaut werden, da er insgesamt symmetrisch ist, wobei sein einer Endabschnitt als Abstützung in der Zentrierbohrung, sein anderer Endabschnitt als Federsitz dient.In a bone milling machine according to claim 16, the centering mandrel cannot be installed incorrectly after sterilizing the individual milling machine parts, since it is symmetrical overall, with one end section serving as a support in the centering bore and the other end section serving as a spring seat.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:The invention is explained in more detail below using an embodiment with reference to the drawing. In this drawing:

Figur 1: eine seitliche Ansicht einer Knochenfräse, dieFigure 1: a side view of a bone milling machine, the

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als Vorfräse bei der Implantation von Hüftgelenkspfannen verwendet wird; is used as a pre-milling tool during the implantation of hip joint cups;

Figur 2: einen axialen Schnitt durch die in Figur 1 gezeigte Knochenfräse; undFigure 2: an axial section through the bone milling machine shown in Figure 1; and

Figur 3: eine axiale Stirnansicht der Knochenfräse nach den Figuren 1 und 2.Figure 3: an axial front view of the bone milling machine according to Figures 1 and 2.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Antriebswelle bezeichnet, die am in der Zeichnung rechts gelegenen Ende mit einem Kupplungsabschnitt 12 versehen ist, der mit einem herkömmlichen chirurgischen Antriebsmotor drehschlüssig verbindbar ist. Die Antriebswelle 10 ist in einem Griffteil 14 drehbar gelagert. Bei angesetztem Antriebsmotor laufen ihre Stirnflächen zwischen einem Bund 16 der Antriebswelle und der Stirnfläche des Antriebsmotors.In the drawing, 10 designates a drive shaft, which is provided with a coupling section 12 at the end on the right in the drawing, which can be connected to a conventional surgical drive motor in a rotationally locked manner. The drive shaft 10 is rotatably mounted in a handle part 14. When the drive motor is attached, its end faces run between a collar 16 of the drive shaft and the end face of the drive motor.

Das in der Zeichnung links gelegene Ende der Antriebswelle hat einen verminderten Durchmessen aufweisenden Wellenabschnitt 18 sowie einen nochmals verminderten Durchmesser aufweisenden mit Gewinde versehenen Wellenendabschnitt 20.The end of the drive shaft on the left in the drawing has a shaft section 18 with a reduced diameter and a threaded shaft end section 20 with an even reduced diameter.

Ein insgesamt mit 22 bezeichneter Fräskopf hat einen mitti-5 gen Nabenabschnitt 24 mit einer zum Wellenabschnitt 18 passenden Gegenbohrung 2 6 sowie einer zum Wellenendabschnitt 20 passenden Gewindebohrung 28.A milling head designated overall with 22 has a central hub section 24 with a counter bore 26 matching the shaft section 18 and a threaded bore 28 matching the shaft end section 20.

An den Nabenabschnitt 24 ist eine Frässcheibe 30 angeformt, 0 die zwei einander diametral gegenüberliegende schlitzförmige Durchgänge 32, 34 aufweist, die (vgl. Figur 1) unter einem Winkel w zur Scheibenebene angestellt sind. Dieser beträgt in der Praxis etwa 50 . Die Durchgänge 32, 34 geben zusammen mit der mit 36 bezeichneten Stirnfläche der Frässcheibe 30 zwei Schneidkanten 38, 40 vor. Wie aus derA milling disk 30 is formed on the hub section 24, which has two diametrically opposed slot-shaped passages 32, 34 which (see Figure 1) are set at an angle w to the disk plane. In practice, this is about 50 . The passages 32, 34, together with the front surface of the milling disk 30 designated 36, provide two cutting edges 38, 40. As can be seen from the

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Zeichnung ersichtlich, hat die Frässcheibe 30 in Drehrichtung gesehen hinter den Schneidkanten 38, 40 liegend rampenförmige Vorsprünge 42, so daß man hinter den Schneidkanten 38, 40 einen Freiwinkel· f erhält, der in der Praxis etwa 10° beträgt.As can be seen in the drawing, the milling disk 30 has ramp-shaped projections 42 lying behind the cutting edges 38, 40 when viewed in the direction of rotation, so that a clearance angle f is obtained behind the cutting edges 38, 40, which in practice is approximately 10°.

Zur Verminderung der Schneidkraft sind die Schneidkanten 38, 40 durch Zwischenräume 44 unterbrochen, so daß einzeine aktive Schneidkantenbereiche 46 verbleiben, deren Gesamtlänge in der Praxis etwa die Hälfte der Gesamtlänge der Schneidkanten 38, 40 ausmacht.To reduce the cutting force, the cutting edges 38, 40 are interrupted by gaps 44, so that individual active cutting edge areas 46 remain, the total length of which in practice amounts to approximately half the total length of the cutting edges 38, 40.

Wie aus Figur 2 ersichtlich, ist ein dem Wellenende benachbarter Wellenabschnitt 48 der Antriebswelle IO mit vergrößertem Durchmesser ausgebildet. Seine Außenfläche dient als Führungsfläche für eine Führungsbohrung 50, die am in der Zeichnung rechts gelegenen Ende eines insgesamt mit 52 bezeichneten kegelstumpfförmigen Sammelbehälters für Knochenspäne vorgesehen ist. Der freie Rand der Basis des Sammelbehälters 52 greift in einer Schließstellung in eine Umfangsnut 54 ein, die am Rand der Rückseite der Frässcheibe 30 vorgesehen ist. Die ümfangswand 56 des kegelstumpfförmigen Sammelbehälters 5 2 ist mit einer Mehrzahl von Öffnungen 58 versehen.As can be seen from Figure 2, a shaft section 48 of the drive shaft IO adjacent to the shaft end is designed with an enlarged diameter. Its outer surface serves as a guide surface for a guide bore 50, which is provided at the right-hand end of a truncated cone-shaped collecting container for bone chips, designated overall by 52. In a closed position, the free edge of the base of the collecting container 52 engages in a circumferential groove 54, which is provided on the edge of the rear side of the milling disk 30. The circumferential wall 56 of the truncated cone-shaped collecting container 52 is provided with a plurality of openings 58.

Im in der Zeichnung rechts gelegenen Endabschnitt ist der Sammelbehälter 52 mit zwei einander diametral gegenüberliegenden abgewinkelten Bajonettschlitzen 60 versehen, die mit zwei einander diametral gegenüberliegend vom Wellenab-0 schnitt 48 getragenen Bajonettstiften 62 zusammenarbeiten.In the end section on the right in the drawing, the collecting container 52 is provided with two diametrically opposed angled bayonet slots 60 which cooperate with two bayonet pins 62 carried diametrically opposite one another by the shaft section 48.

Eine am in der Zeichnung rechts gelegenen Endabschnitt des Sammelbehälters 52 vorgesehene Rändelung 64 und eine auf der Außenfläche des benachbarten Abschnittes der Antriebs-5 welle 10 vorgesehene Rändelung 65 erleichtern das DrehenA knurling 64 provided on the end section of the collecting container 52 on the right in the drawing and a knurling 65 provided on the outer surface of the adjacent section of the drive shaft 10 facilitate the turning

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und axiale Bewegen des Sammelbehälters 52 unter Operationsbedingungen. Man kann so wahlweise den durch die Frässcheibe 30 und den Sammelbehälter 52 gebildetenm. Sammelraum 66 öffnen, um dort befindliche Späne für eine Weiterver-5 wendung zu entnehmen.and axial movement of the collecting container 52 under operating conditions. The collecting space 66 formed by the milling disk 30 and the collecting container 52 can thus be optionally opened in order to remove chips located there for further use.

Die Antriebswelle 10 und der Fräskopf 22 haben fluchtende axiale Bohrungen 68, 70. In diesen ist ein insgesamt mit 72 bezeichneter Zentrierdorn axial verschiebbar angeordnet.The drive shaft 10 and the milling head 22 have aligned axial bores 68, 70. A centering mandrel, designated overall by 72, is arranged in these bores so as to be axially displaceable.

Er trägt in seiner Mitte einen Anschlagbund 74, der mit einer Schulter der Bohrung 70 zusammenarbeitet. Ein erster Endabschnitt 78 des Zentrierdornes 72 wird beim Einsatz der Knochenfräse in ein zuvor erzeugtes Zentrierloch im zu bearbeitenden Knochen eingesetzt. Ein identisch ausgebildeter, in der Zeichnung rechts gelegener Endabschnitt 80 dient als Federsitz für eine Schraubdruckfeder 82, die im rechts gelegenen Teil der Bohrung 68 Aufnahme findet und an deren Boden abgestützt ist. In Figur 1 ist der Zentrierdorn durch strichpunktierte Linien in der voll ausgefahrenen Stellung, durch ausgezogene Linien in der voll entgegen der Kraft der Schraubendruckfeder 82 eingefahrenen Stellung wiedergegeben.It has a stop collar 74 in its center, which works together with a shoulder of the bore 70. A first end section 78 of the centering mandrel 72 is inserted into a previously created centering hole in the bone to be machined when the bone milling machine is used. An identically designed end section 80, located on the right in the drawing, serves as a spring seat for a helical compression spring 82, which is accommodated in the right-hand part of the bore 68 and supported on its base. In Figure 1, the centering mandrel is shown in dash-dotted lines in the fully extended position, and in solid lines in the fully retracted position against the force of the helical compression spring 82.

Die Schneidkanten 38, 40 liegen in der Praxis 0,4 bis 1 mm, vorzugsweise 0,6 bis 0,8 mm vor der Stirnfläche der Frässcheibe 30. Die Breite der Durchgänge 32, 34 beträgt in der Praxis 3 bis 6 mm, vorzugsweise etwa 4,5 mm. Damit läuft die Frässcheibe 30 überwiegend mit dem glatten Abschnitt ihrer Stirnfläche auf der Knochenoberfläche bzw. 0 auf dem Boden der gerade erzeugten Ausnehmung. Die nur einen geringen Teil der Stirnfläche ausmachenden Schneidkanten 38, 40 geringer Höhe, die auch noch durch die Zwischenräume 44 unterbrochen sind, schneiden jeweils eine dünne Knochenschicht ab und erzeugen ein homogenes Knochenmehl, das über die Durchgänge 32, 34 ins InnereIn practice, the cutting edges 38, 40 are 0.4 to 1 mm, preferably 0.6 to 0.8 mm, in front of the front face of the milling disk 30. The width of the passages 32, 34 is in practice 3 to 6 mm, preferably about 4.5 mm. This means that the milling disk 30 runs predominantly with the smooth section of its front face on the bone surface or 0 on the floor of the recess just created. The low-height cutting edges 38, 40, which only make up a small part of the front face and are also interrupted by the gaps 44, each cut off a thin layer of bone and produce a homogeneous bone meal, which is fed into the interior via the passages 32, 34.

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des Sammelbehälters 52 gelangt und von dort für das zementfreie Implantieren als Verfüllmaterial entnommen werden kann. Wegen der geringen Höhe der Schneidkanten ist auch die benötigte Leistung des Fräsen-Antriebsmotors klein, ebenso die vom Chirurgen zu erbringende axiale Vorschubkraft. Da sich an der Frässcheibe 30 auch keine vorspringenden Knochenabschnitte verhaken können, kommt es auch zu keinem unkontrollierten Abreissen von Knochenmaterial, und der Chirurg muß keine unerwarteten Stoßoder Schlagbelastungen aufnehmen, d.h. die Knochenfräse läßt sich ruhig und sicher führen.the collection container 52 and can be removed from there as filling material for cement-free implantation. Due to the low height of the cutting edges, the power required by the milling machine drive motor is also low, as is the axial feed force that the surgeon must provide. Since no protruding bone sections can get caught on the milling disk 30, there is no uncontrolled tearing off of bone material, and the surgeon does not have to absorb any unexpected shock or impact loads, i.e. the bone milling machine can be operated smoothly and safely.

Mit Ausnahme des Griffteiles 14, welches ein Kunststoffteil ist, sind sämtliche Teile der Knochenfräse aus Edelstahl hergestellt. Nach Abnehmen des Antriebsmotors von der Antriebswelle 10 kann das Griffteil 14 von der Antriebswelle 10 heruntergezogen werden. Nach Entfernen der Bajonettstifte 62 kann der Sammelbehälter 52 abgenommen werden, und nach Abschrauben des Fräskopfes 22 vom linken Ende der Antriebswelle 10 können der Zentrierdorn 72 und die Schraubendruckfeder 82 ausgebaut werden. Diese Arbeiten lassen sich leicht durchführen. Die verschiedenen Teile der Knochenfräse können dann getrennt sterilisiert werden. Anschließend werden die sterilisierten Teile in umgekehrter Reihenfolge wieder für die nächste Verwendung der Knochenfräse zusammengebaut.With the exception of the handle part 14, which is a plastic part, all parts of the bone milling machine are made of stainless steel. After removing the drive motor from the drive shaft 10, the handle part 14 can be pulled down from the drive shaft 10. After removing the bayonet pins 62, the collecting container 52 can be removed, and after unscrewing the milling head 22 from the left end of the drive shaft 10, the centering mandrel 72 and the helical compression spring 82 can be removed. This work can be carried out easily. The various parts of the bone milling machine can then be sterilized separately. The sterilized parts are then reassembled in reverse order for the next use of the bone milling machine.

Claims

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Expectations

5 1. Surgical bone milling machine with a milling head (22) which is supported by a drive shaft (10) connectable to a drive motor and has at least one cutting edge (38, 40), characterized in that the milling head (22) has a substantially flat free front surface

(36) that the cutting edges (38, 40) are formed by the intersections between the front face (36) of the milling head (22) and the walls of slot-shaped passages (32, 34) running to the rear of the milling head (22); that a collecting container (52) for bone chips extends from the free edge of the milling head (22) to the drive shaft (10) carrying the milling head (22); that means (58) are provided for ventilating the collecting space (66) delimited by the milling head (22) and the collecting container (52); and that the collecting container (52) is assigned an opening device (48, 50, 60, 62), via which access to the collecting space (66) can be optionally established.

2. Bone milling machine according to claim 1, characterized in that the ventilation means (58) are formed by openings in a peripheral wall (56) of the collecting container (52).

3. Bone milling machine according to claim 1 or 2, characterized in that the collecting chamber (66) associated

Opening means · an axial guide (48, 50) for the collecting container (52) and locking means (60, 62) for locking the collecting container (52) in a closed position adjacent to the milling head (52).

4. Bone milling machine according to claim 3, characterized in that the end of the collecting

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container (52) has a guide bore (50) which runs in sliding play on a cylindrical guide surface of a shaft section (48) of the drive shaft (10).

5. Bone milling machine according to claim 3 or 4, characterized in that the locking means comprise at least one bayonet closure (60, 62), preferably two bayonet closures arranged symmetrically to the axis of the collecting container (52).

6. Bone milling machine according to one of claims 1-5, characterized in that the collecting container (52) is truncated cone-shaped, the base of the cone being located at the free edge of the milling head (22) and the small diameter end section of the truncated cone surrounding the drive shaft (10) at a small distance,

7. Bone milling machine according to one of claims 1-6, characterized in that the slot-shaped passages (32, 34) lie in radial planes inclined (w) to the milling machine axis.

8. Bone milling machine according to one of claims 1-7, characterized

characterized in that the cutting edges (38, 40) have interruptions (44).

9. Bone milling machine according to claim 8, characterized in that the interruptions (44) of a cutting edge (38,

40) each cover approximately half the length of this cutting edge.

10. Bone milling machine according to claim 9, characterized in that the active sections (46) and the interruptions (44) of the cutting edges (38, 40) each have substantially the same length.

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11. Bone milling machine according to one of claims 1-10, characterized

characterized in that the cutting angle (w) of the cutting edge
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edges (38, 40) is approximately 50°.

12. Bone milling machine according to one of claims 1-11, characterized in that the front surface (36) of the burr head (52) has slightly projecting sections (42) behind the cutting edges (38, 40), so that behind the

Cutting edges (38, 40) a clearance angle (f) of approximately 10° is obtained.

13. Bone milling machine according to one of claims 1-12, characterized in that the cutting edges are located approximately 0.4 to 1 mm, preferably approximately 0.6 to 0.8 mm in front of the front surface (3 6) of the milling head (52).

14. Bone milling machine according to one of claims 1-13, characterized in that the slot-shaped passages (32, 34) have a width of 3 to 6 mm, preferably of about 4.5 mm.

15. Bone milling machine according to one of claims 1-14, characterized by a central centering mandrel (72) which is axially displaceably mounted in the milling head (22) and the drive shaft (10) and is pre-tensioned into an extended position by a spring (82).

16. Bone milling machine according to claim 15, characterized in that the centering mandrel (72) is symmetrical to a transverse center plane and has end sections (78, 80) with reduced diameter at both ends.