WO2009068234A1 - Testvorrichtung - Google Patents

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WO2009068234A1
WO2009068234A1 PCT/EP2008/009943 EP2008009943W WO2009068234A1 WO 2009068234 A1 WO2009068234 A1 WO 2009068234A1 EP 2008009943 W EP2008009943 W EP 2008009943W WO 2009068234 A1 WO2009068234 A1 WO 2009068234A1
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WO
WIPO (PCT)
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bolt
ring
test
test device
artificial hip
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/009943
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernhard Weisse
Christian Affolter
Alex Stutz
Jürg Burri
Werner Salvisberg
Jean Bäbler
Original Assignee
Saphirwerk Industrieprodukte Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Saphirwerk Industrieprodukte Ag filed Critical Saphirwerk Industrieprodukte Ag
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/46—Special tools or methods for implanting or extracting artificial joints, accessories, bone grafts or substitutes, or particular adaptations therefor
    • A61F2/468—Testing instruments for artificial joints
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints
    • A61F2/32—Joints for the hip
    • A61F2/36—Femoral heads ; Femoral endoprostheses
    • A61F2/3609—Femoral heads or necks; Connections of endoprosthetic heads or necks to endoprosthetic femoral shafts
    • A61F2002/3611—Heads or epiphyseal parts of femur

Definitions

  • the invention relates to a test device for artificial hip joint balls and a method for carrying out a test for artificial hip joint balls.
  • test device having a shaft which fits into the socket of a ceramic head intended to receive an end piece of a femoral prosthesis stem.
  • a test device for artificial hip joint balls with a bolt, a bushing, a ring and a pressing device, wherein the bolt comprises a bolt head and a bolt shaft, the bolt shaft is passed through the bushing, the bolt is movable in the direction of its longitudinal axis, the ring is arranged between the bush and the bolt shank and the pressing device is arranged adjacent to the bolt head.
  • test device causes low operating costs, reliable is easy and quick to use, can be applied to hip joint balls with different dimensions, such as hole depths and bore diameters, can cause a rotationally symmetric stress distribution in the hip joint ball, at least for 1000
  • Artificial hip balls are components intended to replace the head of a femur.
  • the artificial hip joint balls made of ceramic, more preferably, the artificial hip joint balls on alumina ceramic.
  • the last sentence is not necessary or the materials such as zirconium oxide ceramic and mixed ceramic complete!
  • a bushing is a tube which is adapted to receive at least a portion of a counterpart fit.
  • the bushing has a bearing surface adapted to abut the ring.
  • the bush has a sufficiently large wall thickness, so that an end face of the bushing is so wide that the ring can rest against it.
  • the bushing has a bearing surface which is adapted to rest on a component.
  • the bushing has a sufficiently large wall thickness, so that an end face of the bushing is so wide that the bush can rest on a component with this bearing surface.
  • the ring preferably has a rectangular cross section (with curves at the 4 corners). Particularly preferably, the ring has the shape of a torus. Preferably, the ring has at least one polymer. Particularly preferably, the ring consists of at least one polymer.
  • the pushing device is preferably a component having a bearing surface which is adapted to be applied to an artificial hip joint ball. Preferably, this component has a strength that allows to apply a test force on the artificial hip joint ball. Particularly preferably, the pressing device is set up to direct a controllable (controllable) force to the artificial hip joint ball.
  • a bolt is preferably a component having a bolt head and a bolt shank, wherein the bolt head has a larger diameter than the bolt shank.
  • the hip joint ball preferably has a conical depression.
  • a recess is a recess of a
  • Component preferably a bore, particularly preferably a conical or frusto-conical recess of a component.
  • the bolt can be pulled out of the ring of the bush by a movement in the direction of its longitudinal axis. This makes it possible in a particularly simple manner to replace the bolt.
  • the bolt has a strength which allows a force to be applied to the ring which compresses it.
  • the pressing device has a conical or frusto-conical recess. With such a recess, it is possible to securely apply the pressing device to an artificial hip joint ball.
  • the conical or frusto-conical recess in the pressing device is arranged such that the larger cone diameter is arranged on a surface of the pressing device.
  • the recess is directed towards the bolt head. Characterized in that the recess towards the bolt head directed, it is easily possible to apply the recess to an artificial hip joint ball which has been applied to the bolt head.
  • a central axis of the recess lies on an axis that passes through the longitudinal axis of the bolt.
  • the conical or frusto-conical recess has an angle of 100 °. This is the result
  • the angle is the opening angle of the cone or truncated cone.
  • the cone is a rotary cone or the truncated cone is based on a rotary cone.
  • the opening angle in this case is preferably twice the angle between the generatrices and the axis of the rotary cone.
  • the pressing means is movable in the longitudinal direction of the bolt. This makes it possible in a particularly simple manner to move the pressing device to an artificial hip joint ball and exert pressure on this.
  • the test device further comprises a polymer disk disposed on the bolt head. This makes it possible to avoid the emergence of local stress peaks in an artificial hip joint ball by a rough surface of the bolt head.
  • the disc is arranged on the bolt head such that an artificial hip joint ball can rest on the disc and is pressed upon application of a force on the pressing device against the disc.
  • the ring preferably has UHMW-PE. This makes it possible to closely replicate the stresses in an artificial hip joint ball required by ISO 7206-10 for a test.
  • the ring is made entirely of UHMW-PE.
  • the ring UHMW-PE RCH 1000 Preferably, the ring UHMW-PE RCH 1000. This makes it possible to replicate the stresses in an artificial hip joint ball, which are required by ISO 7206-10 for a test, very precisely. In addition, the ring thus has a high durability and low wear.
  • the ring is made entirely of UHMW-PE RCH 1000.
  • the bushing preferably has zirconium oxide. This makes it possible to provide a particularly wear-resistant socket.
  • the socket is made entirely of zirconium oxide.
  • the bolt has steel. This provides a low cost bolt that is very well suited for absorbing forces during a test.
  • the bolt is made entirely of steel.
  • Performing a test for artificial hip joint balls with a test device having a bolt, a bush, a ring and a pressing device wherein the bolt comprises a bolt head and a bolt shank, the bolt shaft is passed through the sleeve, the ring between the bushing and bolt shank is arranged and the pressing means coaxially adjacent to the bolt head is arranged, comprising the steps of placing an artificial hip joint ball with a recess on the bolt such that the bolt engages in the recess, applying a force to the pressing device, which acts in the direction of the bolt, applying a tensile force on the bolt, which of the Pressing device is directed away, releasing the tensile force acting on the bolt, releasing the force acting on the pressing device.
  • This makes it possible in a simple manner to initiate tension in the artificial hip ball.
  • a bias in the artificial hip joint ball is created by the force exerted on the artificial hip joint ball by the push device and the counterforce exerted by the ring on the artificial hip joint ball.
  • the ring is compressed between the sleeve and the bolt head when the pulling force is applied to the bolt.
  • the bolt has a strength which allows a test force to be applied to the ring.
  • the bolt with a hydraulic or pneumatic device or a linear drive, preferably connected to a ball screw such that their power can be passed to the ring.
  • the test is preferably carried out as acceptance test. This makes it possible for every single artificial one
  • Hip ball intended to be provided as a replacement of a femoral head to test.
  • Each artificial hip joint ball is preferably examined after the test for damage, particularly preferably for cracks.
  • all artificial hip joint ball is preferably examined after the test for damage, particularly preferably for cracks.
  • test device 1 is a schematic of a preferred embodiment of the test device
  • Fig. 4 shows a stress distribution in an artificial
  • Fig. 5 shows a stress distribution in an artificial
  • the test device 10 comprises a bolt 30 with a bolt head 33 and a bolt shank 36.
  • a polymer ring 50 is fitted onto the bolt shank 36 and abuts on the shaft side of the bolt head 33.
  • a bush 40 is attached to the bolt shank 36 and abuts against the polymer ring 50.
  • Spaced? from the bolt is a pressing device 60.
  • the pressing device 60 is arranged in extension of the bolt longitudinal axis on the side of the bolt head 33.
  • the pressing device 60 has a frusto-conical recess 65, which points to the bolt head 33.
  • the bolt shaft 36 is provided with a thread 37.
  • An artificial hip joint ball 20 with a recess 25 is placed on the bolt 30, that the bolt head 33 is received in the recess 25 and the polymer disc 70 rests on the bottom of the recess 25 on the artificial hip joint ball 20.
  • the tolerances of the bolt 30 and the sleeve 40 are designed so that these components do not touch the artificial hip joint ball 20.
  • the pushing device 60 When the test is performed, the pushing device 60 is pressed on the artificial hip joint ball 20 with a force of 3 kN. This force is held and the bolt 30 is pulled with a force (the amount of which depends on the ball type) in the direction opposite to the pushing device 60. With the thread 37, a linear drive is connected, which is adapted to initiate a force in the bolt 30. By this force, the polymer ring 50 is pressed against the artificial hip joint ball 20. Then, the bolt 30 is released and then the force that presses the pressing device 60 against the artificial hip joint ball 20, dissolved.
  • This test is carried out here as an acceptance test. After performing the test, the artificial hip ball 20 is examined for damage. If no damage is found, the test is passed.
  • this test can also be performed as a durability test.
  • the procedure of the acceptance test is repeated several times. If necessary, a new polymer ring 50 is used.
  • the force with which the bolt 30 and the force applied to the pusher 60 are among the forces used in conducting a durability test when performing a durability test.
  • Durability tests are performed on samples of the artificial hip joint balls 20 produced. The wear of the artificial hip joint balls 20, at which one Durability test has been performed, will be judged after the test.
  • FIG. 2 shows the principle of the Prootest concept.
  • the polyethylene ring 50 is arranged between the bush 40 and the bolt head 33 as described under FIG.
  • the bolt shaft 36 is passed through the opening of the polyethylene ring 50.
  • the polyethylene ring 50 rests on an end face 41 of the bush 40.
  • On the opposite side of the polyethylene ring 50 abuts a pressing surface 34 of the bolt head 33.
  • FIG. 3 shows a test setup according to ISO-7206-10.
  • the artificial hip joint ball 20 rests on a copper ring 85, which is provided on a receptacle 80.
  • the recess 25 is away from the receptacle 80 directed.
  • a stamp 90 In the recess 25 is a stamp 90.
  • a force 90 is introduced into the stamp. This force in the punch 90 acts in the direction of the receptacle 80.
  • At the copper ring 85 creates a counter force that acts from the outside on the artificial hip joint ball 20.
  • the force of the punch 90 and the counterforce on the copper ring 85 create a stress distribution in the artificial hip joint ball 20, which should come close to the distribution of stress in the living organism.
  • the punch 90 is removed from the recess 25.
  • the surface of the recess 25 is damaged. Therefore, such a test device can not be used for making acceptance tests.
  • the stress distribution caused by this test device in artificial hip joint balls 20 must also be generated by alternative test devices 10, since this test device according to ISO 7206-10 is considered a reference.
  • FIG. 4 shows a stress distribution in an artificial hip joint ball 20 which is tested in the test setup according to FIG.
  • the artificial hip joint ball 20 is here clamped between the punch 90 and the receptacle 80.
  • the region of highest stress 100 lies on the surface of the depression 25 adjacent to the bottom of the depression.
  • FIG. 5 shows a stress distribution in an artificial hip joint ball 20 which is tested in the test setup according to FIG.
  • the artificial hip joint ball 20 is clamped between the conical recess 65 of the pressure device 60, the disc 70 and the polymer ring 50, as described in Figure 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für künstliche Hüftgelenkkugeln mit einem Bolzen, einer Buchse, einem Ring und einer Drückeinrichtung, wobei der Bolzen einen Bolzenkopf und einen Bolzenschaft umfasst, der Bolzenschaft durch die Buchse hindurchgeführt ist, der Bolzen in Richtung seiner Längsachse beweglich ist, der Ring zwischen Buchse und Bolzenschaft angeordnet ist und die Drückeinrichtung benachbart zu dem Bolzenkopf angeordnet ist.

Description

Testvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Testvorrichtung für künstliche Hüftgelenkkugeln sowie ein Verfahren zum Durchführen eines Tests für künstliche Hüftgelenkkugeln.
In der EP 1449501 ist dazu eine Testvorrichtung beschrieben, die einen Schaft aufweist, der in die Buchse eines Keramikkopfes passt, die dafür bestimmt ist, ein Endstück eines Oberschenkelprothesenschaftes aufzunehmen.
Bei dieser Testvorrichtung wird der Druck auf die Buchse durch den Einsatz von Hydraulik erzeugt. Dadurch ist die Instandhaltung der Vorrichtung aufwendig.
Daraus ergibt sich die Aufgabe eine Testvorrichtung für künstliche Hüftgelenkkugeln bereitzustellen, die keine aufwendige Instandhaltung erfordert. Eine weitere Aufgabe besteht darin, eine dem ISO7206-10 entsprechende Spannungsverteilung beim Test zu realisieren.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Testvorrichtung für künstliche Hüftgelenkkugeln mit einem Bolzen, einer Buchse, einem Ring und einer Drückeinrichtung, wobei der Bolzen einen Bolzenkopf und einen Bolzenschaft umfasst, der Bolzenschaft durch die Buchse hindurchgeführt ist, der Bolzen in Richtung seiner Längsachse beweglich ist, der Ring zwischen Buchse und Bolzenschaft angeordnet ist und die Drückeinrichtung benachbart zu dem Bolzenkopf angeordnet ist.
Dadurch, dass der Bolzen in Richtung seiner Längsachse beweglich ist, ist es auf einfache Weise möglich, den Ring zusammenzudrücken .
Weitere Vorteile der Testvorrichtung sind, dass diese Vorrichtung geringe Betriebskosten verursacht, zuverlässig ist, einfach und schnell zu nutzen ist, bei Hüftgelenkkugeln mit verschiedenen Dimensionen, wie Bohrungstiefen und Bohrungsdurchmessern angewendet werden kann, eine rotationssymmetrische Spannungsverteilung in der Hüftgelenkkugel bewirken kann, mindestens für 1000
Wiederholungen ein konstantes Spannungsniveau aufrecht erhalten kann und nicht anfällig für Leckagen ist.
Künstliche Hüftgelenkkugeln sind Bauteile, die dafür vorgesehen sind, den Kopf eines Oberschenkelknochens zu ersetzen. Vorzugsweise bestehen die künstlichen Hüftgelenkkugeln aus Keramik, besonders bevorzugt weisen die künstlichen Hüftgelenkkugeln Aluminiumoxidkeramik auf. Letzter Satz nicht notwendig oder die Materialien wie Zirkonoxidkeramik und Mischkeramik ergänzen!
Eine Buchse ist ein Rohr, das dazu eingerichtet ist, zumindest einen Teil eines Gegenstücks passgenau aufzunehmen. Vorzugsweise weist die Buchse eine Auflagefläche auf, die geeignet ist, an dem Ring anzuliegen. Besonders bevorzugt weist die Buchse eine ausreichend große Wanddicke auf, so dass eine Stirnfläche der Buchse so breit ist, dass der Ring daran anliegen kann. Vorzugsweise weist die Buchse eine Auflagefläche auf, die eingerichtet ist, auf einem Bauteil aufzuliegen. Besonders bevorzugt weist die Buchse eine ausreichend große Wanddicke auf, so dass eine Stirnfläche der Buchse so breit ist, dass die Buchse mit dieser Auflagefläche auf einem Bauteil aufliegen kann. Dieser letzte Abschnitt könnte vereinfacht werden!
Der Ring weist vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt auf (mit Rundungen an den 4 Ecken) . Besonders bevorzugt weist der Ring die Form eines Torus auf. Vorzugsweise weist der Ring mindestens ein Polymer auf. Besonders bevorzugt besteht der Ring aus mindestens einem Polymer. Die Drückeinrichtung ist vorzugsweise ein Bauteil, das eine Auflagefläche aufweist, die eingerichtet ist, an eine künstliche Hüftgelenkkugel angelegt zu werden. Vorzugsweise weist dieses Bauteil eine Festigkeit auf, das es erlaubt, eine Prüfkraft auf die künstliche Hüftgelenkkugel aufzubringen. Besonders bevorzugt ist die Drückeinrichtung eingerichtet, eine kontrollierbare (regelbare) Kraft zu der künstlichen Hüftgelenkkugel zu leiten.
Ein Bolzen ist vorzugsweise ein Bauteil, das einen Bolzenkopf und einen Bolzenschaft aufweist, wobei der Bolzenkopf einen größeren Durchmesser als der Bolzenschaft hat.
Die Hüftgelenkkugel weist vorzugsweise eine konische Vertiefung auf. Eine Vertiefung ist eine Ausnehmung eines
Bauteils, vorzugsweise eine Bohrung, besonders bevorzugt eine kegel- oder kegelstumpfförmige Ausnehmung eines Bauteils.
Vorzugsweise ist der Bolzen durch eine Bewegung in Richtung seiner Längsachse aus dem Ring der Buchse herausziehbar. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, den Bolzen auszutauschen. Vorzugsweise weist der Bolzen eine Festigkeit auf, die es erlaubt, eine Kraft auf den Ring aufzubringen, die diesen zusammendrückt.
Vorzugsweise weist die Drückeinrichtung eine kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung auf. Mit einer solchen Aussparung ist es möglich, die Drückeinrichtung sicher an eine künstliche Hüftgelenkkugel anzulegen.
Vorzugsweise ist die kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung in der Drückeinrichtung derart angeordnet, dass der größere Kegeldurchmesser an einer Oberfläche der Drückeinrichtung angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Aussparung zu dem Bolzenkopf hin gerichtet. Dadurch, dass die Aussparung zu dem Bolzenkopf hin gerichtet ist, ist es auf einfache Weise möglich, die Aussparung an eine künstliche Hüftgelenkkugel anzulegen, die auf den Bolzenkopf aufgebracht worden ist.
Besonderes bevorzugt liegt eine Mittelachse der Aussparung auf einer Achse, die durch die Längsachse des Bolzens hindurchgeht .
Vorzugsweise weist die kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung einen Winkel von 100° auf. Dadurch ist die
Aussparung besonders gut an eine künstliche Hüftgelenkkugel angepasst, so dass sie besonders sicher daran anliegen kann.
Der Winkel ist der Öffnungswinkel des Kegels oder Kegelstumpfes. Vorzugsweise ist der Kegel ein Drehkegel bzw. basiert der Kegelstumpf auf einem Drehkegel. Der Öffnungswinkel beträgt in diesem Fall vorzugsweise das Doppelte des Winkels zwischen den Mantellinien und der Achse des Drehkegels.
Vorzugsweise ist die Drückeinrichtung in Längsrichtung des Bolzens beweglich. Dadurch ist es auf besonders einfache Weise möglich, die Drückeinrichtung zu einer künstlichen Hüftgelenkkugel zu bewegen und Druck auf diese auszuüben.
Vorzugsweise umfasst die Testvorrichtung weiter eine Polymer- Scheibe, die an dem Bolzenkopf angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, das Entstehen lokaler Spannungsspitzen in einer künstlichen Hüftgelenkkugel durch eine raue Oberfläche des Bolzenkopfes zu vermeiden.
Vorzugsweise ist die Scheibe auf dem Bolzenkopf derart angeordnet, dass eine künstliche Hüftgelenkkugel auf der Scheibe aufliegen kann und bei Aufbringen einer Kraft auf die Drückeinrichtung gegen die Scheibe gedrückt wird. Vorzugsweise weist der Ring UHMW-PE auf. Dadurch ist es möglich, die Spannungen in einer künstlichen Hüftgelenkkugel, die durch ISO 7206-10 für einen Test gefordert werden, genau nachzubilden.
Besonders bevorzugt besteht der Ring vollständig aus UHMW-PE.
Vorzugsweise weist der Ring UHMW-PE RCH 1000 auf. Dadurch ist es möglich, die Spannungen in einer künstlichen Hüftgelenkkugel, die durch ISO 7206-10 für einen Test gefordert werden, besonders exakt nachzubilden. Außerdem weist der Ring dadurch eine hohe Dauerhaltbarkeit und einen geringen Verschleiß auf.
Besonders bevorzugt besteht der Ring vollständig aus UHMW-PE RCH 1000.
Vorzugsweise weist die Buchse Zirkonoxid auf. Dadurch ist es möglich, eine besonders verschleißfeste Buchse bereitzustellen.
Vorzugsweise besteht die Buchse vollständig aus Zirkonoxid.
Vorzugsweise weist der Bolzen Stahl auf. Dadurch wird ein kostengünstiger Bolzen bereitgestellt, der sehr gut zur Aufnahme von Kräften während eines Tests geeignet ist.
Vorzugsweise besteht der Bolzen vollständig aus Stahl.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum
Durchführen eines Test für künstliche Hüftgelenkkugeln mit einer Testvorrichtung, die einen Bolzen, eine Buchse, einen Ring und eine Drückeinrichtung aufweist, wobei der Bolzen einen Bolzenkopf und einen Bolzenschaft umfasst, der Bolzenschaft durch die Buchse hindurchgeführt ist, der Ring zwischen Buchse und Bolzenschaft angeordnet ist und die Drückeinrichtung koaxial benachbart zu dem Bolzenkopf angeordnet ist, umfassend die Schritte Aufsetzen einer künstlichen Hüftgelenkkugel mit einer Vertiefung auf den Bolzen derart, dass der Bolzen in die Vertiefung eingreift, Aufbringen einer Kraft auf die Drückeinrichtung, die in Richtung des Bolzens wirkt, Aufbringen einer Zugkraft auf den Bolzen, die von der Drückeinrichtung weg gerichtet ist, Lösen der Zugkraft, die auf den Bolzen wirkt, Lösen der Kraft, die auf die Drückeinrichtung wirkt. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, Spannungen in die künstliche Hüftgelenkkugel einzuleiten.
Vorzugsweise entsteht eine Vorspannung in der künstlichen Hüftgelenkkugel durch die Kraft, die durch die Drückeinrichtung auf die künstliche Hüftgelenkkugel ausgeübt wird und durch die Gegenkraft, die von dem Ring auf die künstliche Hüftgelenkkugel ausgeübt wird.
Vorzugsweise wird der Ring zwischen der Buchse und dem Bolzenkopf zusammengedrückt, wenn die Zugkraft auf den Bolzen aufgebracht wird.
Vorzugsweise weist der Bolzen eine Festigkeit auf, das es erlaubt, eine Prüfkraft auf den Ring aufzubringen. Besonders bevorzugt ist der Bolzen mit einer Hydraulik- oder Pneumatikeinrichtung oder einem Linearantrieb, vorzugsweise mit einer KugelumlaufSpindel derart verbunden, dass deren Kraft auf den Ring geleitet werden kann.
Vorzugsweise wird der Test als Abnahmeprüfung durchgeführt. Dadurch ist es möglich, jede einzelne künstliche
Hüftgelenkkugel, die dafür vorgesehen ist, als Ersatz eines Oberschenkelkopfes vorgesehen zu werden, zu testen. Vorzugsweise wird jede künstliche Hüftgelenkkugel nach dem Test auf Beschädigungen, besonders bevorzugt auf Risse untersucht. Vorzugsweise werden alle künstlichen
Hüftgelenkkugeln, die Beschädigungen aufweisen, ausgesondert. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 Ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform der Testvorrichtung ,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines Rings,
Fig. 3 Einen Testaufbau nach ISO-7206-10,
Fig. 4 eine Spannungsverteilung in einer künstlichen
Hüftgelenkkugel, die in dem Testaufbau nach Fig. 3 getestet wird und
Fig. 5 eine Spannungsverteilung in einer künstlichen
Hüftgelenkkugel, die in dem Testaufbau nach Fig. 1 getestet wird.
Figur 1 zeigt ein Schema einer bevorzugten Ausführungsform der Testvorrichtung 10. Die Testvorrichtung 10 umfasst einen Bolzen 30 mit einem Bolzenkopf 33 und einem Bolzenschaft 36. Ein Polymerring 50 ist auf den Bolzenschaft 36 aufgesteckt und liegt auf der Schaftseite des Bolzenkopfes 33 an. Eine Buchse 40 ist auf den Bolzenschaft 36 aufgesteckt und liegt an dem Polymerring 50 an. Auf der Außenseite des Bolzenkopfes 33, die der Schaftseite gegenüberliegt, ist eine Polymerscheibe 70 platziert. Beabstandet? von dem Bolzen befindet sich eine Drückeinrichtung 60. Die Drückeinrichtung 60 ist in Verlängerung der Bolzenlängsachse auf der Seite des Bolzenkopfes 33 angeordnet. Die Drückeinrichtung 60 weist eine kegelstumpfförmige Aussparung 65 auf, die zu dem Bolzenkopf 33 hinweist. Der Bolzenschaft 36 ist mit einem Gewinde 37 versehen. Eine künstliche Hüftgelenkkugel 20 mit einer Vertiefung 25 ist so auf den Bolzen 30 aufgesetzt, dass der Bolzenkopf 33 in der Vertiefung 25 aufgenommen wird und die PolymerScheibe 70 auf dem Grund der Vertiefung 25 an der künstlichen Hüftgelenkkugel 20 anliegt. Die Toleranzen des Bolzens 30 und der Buchse 40 sind so ausgelegt, dass diese Bauteile die künstliche Hüftgelenkkugel 20 nicht berühren.
Wenn der Test durchgeführt wird, wird die Drückeinrichtung 60 auf die künstliche Hüftgelenkkugel 20 mit einer Kraft von 3 kN aufgedrückt. Diese Kraft wird gehalten und der Bolzen 30 mit einer Kraft (deren Betrag von Kugeltyp abhängt) in der Richtung, die der Drückeinrichtung 60 gegenüber liegt, gezogen. Mit dem Gewinde 37 ist ein Linearantrieb verbunden, der dazu eingerichtet ist, eine Kraft in den Bolzen 30 einzuleiten. Durch diese Kraft wird der Polymerring 50 gegen die künstliche Hüftgelenkkugel 20 gedrückt. Dann wird der Bolzen 30 gelöst und daraufhin auch die Kraft, die die Drückeinrichtung 60 gegen die künstliche Hüftgelenkkugel 20 drückt, gelöst.
Dieser Test wird hier als Abnahmeprüfung durchgeführt. Nach dem Durchführen des Tests wird die künstliche Hüftgelenkkugel 20 auf Beschädigungen untersucht. Wenn keine Beschädigungen gefunden werden, ist der Test bestanden.
Alternativ kann dieser Test auch als Dauerhaltbarkeitstest durchgeführt werden. Dazu wird das Verfahren der Abnahmeprüfung mehrmals wiederholt. Bei Bedarf wird ein neuer Polymerring 50 eingesetzt. Die Kraft, mit der der Bolzen 30 und die Kraft, mit der die Drückeinrichtung 60 beaufschlagt werden, liegen bei der Durchführung eines Dauerhaltbarkeitstests unter den Kräften, die bei der Durchführung einer Abnahmeprüfung eingesetzt werden. Dauerhaltbarkeitstests werden an Stichproben der produzierten künstlichen Hüftgelenkkugeln 20 durchgeführt. Der Verschleiß der künstlichen Hüftgelenkkugeln 20, an denen ein Dauerhaltbarkeitstest durchgeführt worden ist, wird nach dem Test beurteilt.
Figur 2 zeigt das Prinzip des Prootest-Konzeptes. Der Polyethylenring 50 ist wie unter Figur 1 beschrieben zwischen der Buchse 40 und dem Bolzenkopf 33 angeordnet. Der Bolzenschaft 36 ist durch die Öffnung des Polyethylenrings 50 hindurchgeführt. Der Polyethylenring 50 liegt auf einer Stirnfläche 41 der Buchse 40 auf. Auf der gegenüberliegenden Seite liegt der Polyethylenring 50 an einer Pressfläche 34 des Bolzenkopfes 33 an.
Auf den Bolzenkopf 33 wird eine Kraft in Richtung der Buchse 40 ausgeübt, die den Bolzenkopf 33 in Richtung der Buchse 40 drückt. Dadurch wird der Polyethylenring 50 zwischen der Stirnfläche 41 der Buchse 40 und der Pressfläche 34 des Bolzenkopfes 33 zusammengedrückt. Der Polyethylenring 50 weicht nach außen, d.h. von dem Bolzenschaft 36 weg, aus.
Wenn eine künstliche Hüftgelenkkugel 20 wie in Figur 1 gezeigt auf den Bolzen 30 aufgesetzt ist, kann der Polyethylenring 50 nicht nach außen ausweichen. Dadurch wird ein nahezu hydrostatischer Druck erzeugt. Der Druck wirkt u.a. in radialer Richtung auf die Oberfläche der Vertiefung 25 der künstlichen Hüftgelenkkugel 20.
Durch das Zusammendrücken des Polyethylenrings 50 ist es möglich, eine Kraft auf die Oberfläche der Vertiefung 25 auszuüben und diese Kraft wieder zu entfernen, so dass die Oberfläche der Vertiefung 25 durch den Test nicht beschädigt wird und die künstliche Hüftgelenkkugel 20 ohne Beschädigungen von der Testeinrichtung entfernt werden kann.
Figur 3 zeigt einen Testaufbau nach ISO-7206-10. Bei diesem Testaufbau liegt die künstliche Hüftgelenkkugel 20 auf einem Kupferring 85 auf, der an einer Aufnahme 80 vorgesehen ist. Die Vertiefung 25 ist dabei von der Aufnahme 80 weg gerichtet. In der Vertiefung 25 befindet sich ein Stempel 90. Um den Test durchzuführen, wird eine Kraft 90 in den Stempel eingeleitet. Diese Kraft im Stempel 90 wirkt in Richtung der Aufnahme 80. An dem Kupferring 85 entsteht eine Gegenkraft, die von außen auf die künstliche Hüftgelenkkugel 20 wirkt. Die Kraft des Stempels 90 und die Gegenkraft an dem Kupferring 85 erzeugen in der künstlichen Hüftgelenkkugel 20 eine Spannungsverteilung, die der Spannungsverteilung im lebenden Organismus nahe kommen soll. Nach der Durchführung des Tests wird der Stempel 90 aus der Vertiefung 25 entfernt. Dabei wird die Oberfläche der Vertiefung 25 beschädigt. Daher kann eine derartige Testvorrichtung für die Vornahme von Abnahmeprüfungen nicht eingesetzt werden. Die Spannungsverteilung, die durch diese Testvorrichtung in künstlichen Hüftgelenkkugeln 20 hervorgerufen wird, muss jedoch auch durch alternative Testvorrichtungen 10 erzeugt werden, da diese Testvorrichtung nach ISO 7206-10 als Referenz gilt.
Figur 4 zeigt eine Spannungsverteilung in einer künstlichen Hüftgelenkkugel 20, die in dem Testaufbau nach Figur 3 getestet wird. Die künstliche Hüftgelenkkugel 20 ist hier zwischen den Stempel 90 und der Aufnahme 80 eingespannt. Der Bereich der höchsten Spannung 100 liegt auf der Oberfläche der Vertiefung 25 benachbart zum Boden der Vertiefung.
Figur 5 zeigt eine Spannungsverteilung in einer künstlichen Hüftgelenkkugel 20, die in dem Testaufbau nach Figur 1 getestet wird. Die künstliche Hüftgelenkkugel 20 ist zwischen der kegelförmigen Aussparung 65 der Druckeinrichtung 60, der Scheibe 70 und dem Polymerring 50 eingespannt, wie bei Figur 1 beschrieben.
Dadurch werden Spannungen in der künstlichen Hüftgelenkkugel 20 erzeugt. Der Bereich der höchsten Spannung 100 liegt auf der Oberfläche der Vertiefung 25 benachbart zum Boden der Vertiefung 25. Damit liegt eine ähnliche Spannungsverteilung wie in Figur 4 vor. Bei einem Abnahmetest, wie er in Figur 1 beschrieben ist, sind die Spannungen, die in Bereichen mit hohen Spannungen auftreten, um 1,1-1,8 mal höher als die Spannungen, die in dem Iso-Standardtest auftreten, der in Figur 3 gezeigt ist.
Bezugszeichenliste
Testvorrichtung Künstliche Hüftgelenkkugel Vertiefung Bolzen Bolzenkopf Pressfläche Bolzenschaft Gewinde Buchse Stirnfläche Ring Drückeinrichtung Kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung Scheibe Aufnahme Kupferring Stempel Bereich der höchsten Spannungen

Claims

Patentansprüche
1. Testvorrichtung (10) für künstliche Hüftgelenkkugeln (20) mit einem Bolzen (30), einer Buchse (40), einem Ring (50) und einer Drückeinrichtung (60), wobei der
Bolzen (30) einen Bolzenkopf (33) und einen Bolzenschaft (36) umfasst, der Bolzenschaft (36) durch die Buchse (40) hindurchgeführt ist, der Bolzen (30) in Richtung seiner Längsachse beweglich ist, der Ring (50) zwischen Buchse (40) und Bolzenschaft (36) angeordnet ist und die Drückeinrichtung (60) benachbart zu dem Bolzenkopf (33) angeordnet ist.
2. Testvorrichtung (10) nach Anspruch 1, wobei die Drückeinrichtung (60) eine kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung (65) aufweist.
3. Testvorrichtung (10) nach Anspruch 2, wobei die kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung (65) koaxial zu dem Bolzenkopf (33) hin gerichtet ist.
4. Testvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder 3, wobei die kegel- oder kegelstumpfförmige Aussparung (65) einen Winkel von 100° aufweist.
5. Testvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Drückeinrichtung (60) in Längsrichtung des Bolzens (30) beweglich ist.
6. Testvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Testvorrichtung (10) weiter eine Polymer-Scheibe (70) umfasst, die an dem Bolzenkopf (33) angeordnet ist.
7. Testvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Ring (50) Polymer aufweist.
8. Testvorrichtung (10) nach Anspruch 7, wobei der Ring (50) UHMW-PE oder UHMW-PE RCH 1000 aufweist.
9. Testvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Buchse (40) Keramik aufweist.
10. Testvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bolzen (30) Stahl oder Keramik aufweist.
11. Verfahren zum Durchführen eines Test für künstliche Hüftgelenkkugeln (20) mit einer Testvorrichtung (10), die einen Bolzen (30), eine Buchse (40), einen Ring (50) und eine Drückeinrichtung (60) aufweist, wobei der Bolzen (30) einen Bolzenkopf (33) und einen Bolzenschaft (36) umfasst, der Bolzenschaft (36) durch die Buchse (40) hindurchgeführt ist, der Ring (50) zwischen Buchse (40) und Bolzenschaft (36 Jangeordnet ist, die Drückeinrichtung (60) benachbart zu dem Bolzenkopf (33) angeordnet ist, umfassend die Schritte
Aufsetzen einer künstlichen Hüftgelenkkugel (20) mit einer Vertiefung (25) auf den Bolzen (30) derart, dass der Bolzen (30) in die Vertiefung (25) eingreift,
Aufbringen einer Kraft auf die Drückeinrichtung (60), die in Richtung des Bolzens (30) wirkt,
Aufbringen einer Zugkraft auf den Bolzen (30), die von der Drückeinrichtung (60) weg gerichtet ist,
Lösen der Zugkraft, die auf den Bolzen (30) wirkt,
Lösen der Kraft, die auf die Drückeinrichtung (60) wirkt.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Test als Abnahmeprüfung durchgeführt wird.
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