DE60218867T2

DE60218867T2 - Gerät zum schneiden von hartem gewebe

Info

Publication number: DE60218867T2
Application number: DE60218867T
Authority: DE
Inventors: Carlos Sammamish GIL; Len Issaquah TOKISH
Original assignee: Warsaw Orthopedic Inc
Current assignee: Warsaw Orthopedic Inc
Priority date: 2001-08-22
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2007-12-13
Anticipated expiration: 2022-08-21
Also published as: JP4255375B2; EP1420703A1; ES2282454T3; EP1420703B1; JP2005500122A; DE60218867D1; WO2003017853A1; US6562045B2; AU2002326694B2; US20020111631A1; ATE356583T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im allgemeinen Bearbeitungsinstrumente und insbesondere chirurgische Instrumente, die harte Gewebe in relativ beschränkten oder eingeschränkten Umgebungen oder Räumen bearbeiten können und dennoch während ausgedehnter Perioden zuverlässig bleiben.
2. BESCHREIBUNG DES STANDS DER TECHNIK
In einer Vielzahl chirurgischer Prozeduren gibt es einen Bedarf, harte Gewebe, wie z. B. Knochen, zu bearbeiten, d. h. hartes Gewebe durch mechanische Mittel zu schneiden, abzuschleifen, zu veröden oder zu entfernen. In einigen dieser Prozeduren stellt die menschliche Anatomie wenig Raum zur Verfügung, um ein Bearbeitungsinstrument zu manövrieren und richtig zu positionieren. Außerdem muss bei einigen Prozeduren eine genaue Bearbeitung in einem Winkel bezüglich der Richtung, in der das Bearbeitungsinstrument eingeführt wird, ausgeführt werden. Diese Schwierigkeiten, die wenigstens teilweise durch die Umgebung verursacht werden, in der das Bearbeitungsinstrument verwendet wird, verursachen signifikante Konstruktionsbeschränkungen. Die Komponenten, die verwendet werden, um das Bearbeitungsinstrument herzustellen, müssen z. B. oft so klein sein, dass die Vorrichtung in beschränkte oder eingeschränkte anatomische Räume passen und in diesen arbeiten kann. Gleichzeitig kann die Vorrichtung Translationsgetriebe erfordern, um die notwendige winklige Bearbeitung bereitzustellen, die viel von dem benötigten Raum in dem Instrument beanspruchen. Die Spannung zwischen diesen gegensätzlichen Anforderungen führt oft zu signifikanten Konstruktionskompromissen für eine derartige Ausrüstung.
Die Vorrichtungen müssen, zusätzlich zum Erfüllen dieser Konstruktionseinschränkungen, den Kräften widerstehen können, die während wiederholter Verwendungen auf sie ausgeübt werden. Diese Kräfte können relativ signifikant sein, insbesondere im Hinblick auf die Größenbegrenzungen der Komponenten.
Außerdem muss in typischen chirurgischen Bearbeitungsprozeduren der Wirkungsgrad der Bearbeitungsoperation beachtet werden, um zu versuchen, die Erzeugung von Wärme, die durch eine ineffiziente Bearbeitung verursacht wird, zu vermeiden. Eine übermäßige Wärmeerzeugung führt zu einer unerwünschten Beschädigung des lebenden harten Gewebes und anderer umgebender Gewebe in der Form thermischer Nekrose. Insbesondere kann, wenn Knochengewebe bearbeitet wird, übermäßige Wärme die Osteoblasten in der Nähe der Bearbeitungsoperation töten, was die Heilungszeiten verlängern und das gewünschte Knocheneinwachstum in die in die durch die Verarbeitungsvorrichtung gebildeten Hohlräume implantierten Vorrichtungen begrenzen kann. Um den Bearbeitungswirkungsgrad zu maximieren, sollten die Drehzahl und das Drehmoment des Bearbeitungselements optimiert sein. Dies erfordert oft eine Konstruktion des Bearbeitungselements, die eine Drehung mit geringer Reibung eines Bearbeitungselements bei einer relativ hohen Drehzahl und einem relativ hohen Drehmoment bereitstellt. Weil das Instrument so bemessen sein muss, dass es in die eingeschränkten Räume passt, ist innerhalb des Instruments für das Getriebe, das Lager oder andere Antriebsmechanismen wenig Raum verfügbar, um eine Konstruktion für hohe Drehzahl und hohes Drehmoment bei geringer Reibung zu ermöglichen. Solche Raumeinschränkungen werden oft durch die Verwendung hoher Zähnezahlverhältnisse erfüllt, was zu einer suboptimalen Ritzel-Zahngeometrie führt. Der resultierende Verschleiß begrenzt die Lebensdauer derartiger chirurgischer Instrumente signifikant.
Außerdem werden diese Typen der Bearbeitungsinstrumente wiederholt rauhen Umgebungen ausgesetzt, die außerdem ihre Nutzungsdauer verkürzen können. Spezifisch werden diese Instrumente während der Sterilisation oder der Behandlung im Autoklaven vor jeder Verwendung oft wiederholten Erwärmungszyklen und korrodierenden Reinigungsmitteln unterworfen. Deshalb müssen die zur Herstellung der Bearbeitungsinstrumente verwendeten Materialien biokompatibel sein und extremen Sterilisationstemperaturen, die typischerweise 135 °C übersteigen, widerstehen können. Außerdem kann die wiederholte thermische Ausdehnung und Zusammenziehung der Materialien zu einer Verschlechterung einiger der mechanischen Grenzflächen in der Vorrichtung führen. Im Ergebnis ist es erwünscht, Vorrichtungen zu konstruieren, um eine derartige Verschlechterung zu minimieren.
Ein Beispiel dieses Vorrichtungstyps ist ein Fräswerkzeug, das verwendet wird, um die Wirbelkörper-Deckplatte zu bearbeiten. Eine Wirbelkörper-Deckplatte könnte bearbeitet werden, um die Deckplatte vorzubereiten, um eine Bandscheibenprothese aufzunehmen. Ein Beispiel der Prozeduren zum Implantieren einer Bandscheibenprothese ist in der US-Patentanmeldung mit der laufenden Nummer 09/783.860, eingereicht am 13. Februar 2001, die zurückgezogen worden ist, aber als eine Priorität für WO-A-02/11633 dient, und in einer teilweisen Fortsetzung, US-A-2002/0161446, beschrieben. Bei einer derartigen Prozedur muss das Bearbeitungsinstrument klein genug sein, damit es in den Bandscheibenzwischenraum eingeführt werden kann, der relativ klein ist. Außerdem muss die Bear beitungsoberfläche im wesentlichen in einem 90°-Winkel bezüglich der Längsachse des Instruments positioniert werden, wie es in den Scheibenzwischenraum eingeführt wird. Folglich erfordert dies einen Antriebsmechanismus, der relativ kleine Antriebskomponenten besitzt, die bei etwa 90° bezüglich der Richtung, in der die Vorrichtung eingeführt wird, fräsen können. Diese Anwendung erfordert folglich eine hochentwickelte Instrumentierung, die klein genug ist, um in den eingeschränkten Räumen im menschlichen Körper manövriert zu werden, und dennoch einen kleinen und robusten Antriebsmechanismus enthält, der die Bearbeitung in schwierigen Winkeln unterstützen und wiederholten Verwendungen widerstehen kann.
Beispiele eines Instruments zum Bearbeiten einer Wirbelkörper-Deckplatte sind im US-Patent Nummer 6.083.228 beschrieben. Die Offenbarungen des '228-Patents stellten keine Einzelheiten darüber bereit, wie die darin offenbarte Vorrichtung konstruiert ist und sprechen die oben umrissenen Probleme nicht an.
Die Druckschrift US 3 574 374 beschreibt ein motorisch betriebenes chirurgisches Instrument, das die Kraft durch etwa 90° überträgt und dessen Konstruktion ein Gehäuse mit einer Öffnung, die drei koaxiale Segmente mit verschiedenen Durchmessern besitzt; ein Zahnrad, das im zentralen Segment positioniert ist, das Zähne und eine axiale Öffnung aufweist; eine Lageranordnung, die einen Körper und ein bewegliches Organ besitzt, das einen Kanal besitzt, der drehbar bezüglich des Körpers durch es verläuft, wobei die Lageranordnung in einem angrenzenden Segment positioniert ist und der Körper so bemessen ist, dass die Lageranordnung nicht durch das zentrale Segment hindurchgehen kann; und eine Radnabe, deren eines Ende in der Zahnradöffnung und dem Kanal des beweglichen Organs positioniert ist und die einen vergrößerten Abschnitt außerhalb des Gehäuses, der so bemessen ist, dass er nicht durch den Kanal des beweglichen Organs hindurchgeht, einen ersten Abschnitt, der dem vergrößerten Abschnitt benachbart ist, wobei der erste Abschnitt so beschaffen ist, dass er mit dem beweglichen Element der Lageranordnung so verbunden ist, dass sich die zwei gemeinsam drehen, und einen zweiten Abschnitt, der dem ersten Abschnitt benachbart ist und so beschaffen ist, dass er mit der Zahnradöffnung verbunden ist, so dass sich die zwei gemeinsam drehen, besitzt, umfasst.
Ein spezielles Instrument, das für die Bearbeitung von Wirbelkörper-Deckplatten geeignet ist, ist durch die Spinal Dynamics Corporation konstruiert und hergestellt worden. Diese Gestaltung ist im allgemeinen in US-A-2002/0151901, WO-A-02/11633 und US-A-2002/0161446 beschrieben, die alle nach dem Prioritätsdatum des vorliegenden Dokuments veröffentlicht worden sind. Die Konstruktion nach Spinal Dynamics ist in 1 gezeigt, wobei sie ein Schneidelement 2, ein Zahnrad 4 und eine Lageranordnung 6 umfasst, die alle in einem Gehäuse 8 angebracht sind. Gemäß dieser Gestaltung werden Klebstoffe verwendet, um die Lageranordnung 6 im Gehäuse 8 zu befestigen. Außerdem enthält das Zahnrad 4 eine axiale Nabe 12, die mit einem äußeren Zahnradring 10 durch Presspassung zusammengefügt ist. Obwohl diese Gestaltung effektiv ist, um eine Wirbelkörper-Deckplatte zu bearbeiten, haben die Erfinder dieser Anmeldung entdeckt, dass während der Zeit die Brauchbarkeit der Vorrichtung weniger zuverlässig werden kann. Insbesondere kann die wiederholte Verwendung der Vorrichtung im Ergebnis der durch die Presspassung der axialen Nabe 12 ausgeübten Beanspruchungen und/oder der während der Verwendung angelegten Belastungen zu einem Ausfall des äußeren Zahnradrings 10 führen. Außerdem kann die wiederholte Sterilisation der Vorrichtung die Wirksamkeit der Klebstoffe, die verwendet werden, um die Lageranordnung 6 im Gehäuse zu befestigen, beeinträchtigen. Während diese Instrumente sicher ausreichend sind, um eine erfolgreiche intervertebrale Implantation auszuführen, verbleibt ein Bedarf an verbesserten Instrumenten, die haltbarer sind und wiederholten Verwendungen widerstehen können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten von sowohl hartem Gewebe, wie z. B. Knochen, als auch von ihm zugeordneten weichen Gewebe. Die Vorrichtung sorgt für eine Drehung mit hoher Drehzahl, hohem Drehmoment und niedriger Reibung, wobei sie so beschaffen ist, dass sie in kleine eingeschränkte Räume in anatomischen Strukturen von Menschen oder anderen Tieren passt und in diesen arbeitet. Die Vorrichtung erlaubt die Bearbeitung des Gewebes aus Bereichen und in Winkeln, die andernfalls für den operierten Arzt schwierig zu erreichen sind. Die Vorrichtung ist robust und enthält Komponenten, die dem wiederholten Ausgesetztsein extremer Temperaturen, wie die Vorrichtung erneut verwendet und im Autoklaven behandelt oder anderweitig vor jeder Verwendung hitzesterilisiert wird, widerstehen können.
Wie im Folgenden ausführlicher erklärt ist, nimmt die Vorrichtung die durch eine Antriebswelle zugeführte Kraft auf und überträgt sie etwa 90°, was dem operierenden Arzt erlaubt, das Gewebe etwa senkrecht zum Weg des Eintritts der Vorrichtung in das Gewebe zu fräsen. Dies macht die Vorrichtung für das Entfernen von Gewebe von Gelenken sehr geeignet. Als ein Beispiel kann die Vorrichtung sehr effektiv verwendet werden, um Gewebe von den Wirbelgelenken, einschließlich des kortikalen Knochens, zu entfernen. Dies könnte bei der Vorbereitung des intravertebra len Raums ausgeführt werden, damit er z. B. ein Implantat oder eine Prothese aufnimmt.
In der Vorrichtung der Erfindung wird die Kraft von einer Drehwelle, z. B. einer Welle mit Zwischengetriebe, aufgenommen, die eine Achse besitzt, die im Wesentlichen zur Längsachse der Vorrichtung und zum Weg des Eintritts in die zu bearbeitende anatomische Struktur parallel ist. Die Drehwelle kämmt mit den Zähnen an einem senkrecht orientierten Zahnrad, das in einem Gehäuse an einem Ende der Vorrichtung angeordnet ist. Die Drehung dieses Zahnrads verursacht außerdem die Drehung der an dem Zahnrad befestigten Zahnradnabe, wobei diese an einem beweglichen Organ einer Lageranordnung befestigt ist. Das bewegliche Organ der Lageranordnung kann sich bezüglich eines nicht beweglichen Organs der Lageranordnung bewegen, das an dem Gehäuse befestigt ist, wobei es auf Wunsch durch ein oder mehrere Reibreduzierungsorgane von dem nicht beweglichen Organ getrennt wird. Das Schneidelement des Instruments ist an dem Zahnrad oder der Zahnradnabe befestigt, dessen Drehung verursacht, dass sich das Schneidelement ebenfalls dreht. Die drehbaren Klingen des Schneidelements können dann mit dem zu entfernenden Gewebe in Kontakt gebracht werden.
In einer besonderen Ausführungsform kann das Schneidelement eine Schneidscheibe sein, die axial verlaufende Klingen oder Hohlkehlen auf einer ihrer Seiten und eine axial verlaufende Welle auf der anderen Seite aufweist, die sich in eine axiale Öffnung des Zahnrads oder der Zahnradnabe oder beider erstreckt und fest darin eingepasst ist.
Die Zahnradnabe und die Lageranordnung sind auf Wunsch durch Presspassung zusammengefügt, wobei das Zahnrad und die Zahnradnabe auf Wunsch durch Verriegelung komplemen tärer nicht kreisförmiger Geometrien ineinander eingepasst sind, wobei alle drei Elemente miteinander verriegelt sind, um eine Antriebsanordnung zu bilden, die am Gehäuse der Vorrichtung befestigt ist und an der das Schneidelement abnehmbar befestigt sein kann. Diese Verriegelungsfunktion kann durch jeden geeigneten Mechanismus ausgeführt werden. Auf Wunsch sind die Elemente der Antriebsanordnung mit zwei Verriegelungsorganen miteinander verriegelt, von denen eines dem Zahnrad benachbart angeordnet ist, während das andere der Zahnradnabe benachbart angeordnet ist. Diese Verriegelungsorgane sind so beschaffen, dass sie entgegengesetzte Kräfte erzeugen, die den Antriebsmechanismus zusammenhalten, z. B. durch das Erzeugen von Druckkräften.
Das Gehäuse der Vorrichtung enthält eine Öffnung, die so beschaffen ist, dass sie die Antriebsanordnung aufnimmt. Diese Öffnung enthält mehrere verschiedene Segmente, die im Allgemeinen koaxial sind, wobei sie, wie im Folgenden erklärt ist, verschiedene Durchmesser besitzen, um verschiedene Abschnitte der Antriebsanordnung aufzunehmen.
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, ihre folgende Kurzbeschreibung und die ausführliche Beschreibung der spezifischen Ausführungsformen der Erfindung, die alle die Erfindung veranschaulichen und sie nicht einschränken, die in den beigefügten Ansprüchen dargestellt ist, deutlicher verstanden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer alternativen Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
3(A) zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung und veranschaulicht die an einem Griff befestigte Vorrichtung. 3(B) zeigt einen Grundriss der Bearbeitungsvorrichtung nach 3(A). 3(C) zeigt eine Seitenansicht derselben Bearbeitungsvorrichtung. 3(D) zeigt eine Draufsicht derselben Bearbeitungsvorrichtung.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der in 2 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung, die veranschaulicht, wie die verschiedenen Komponenten kombiniert sind.
5 zeigt eine schematische Seitenquerschnittsansicht des Gehäuses der in 2 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung.
6 zeigt eine schematische Seitenquerschnittsansicht einer Lageranordnung, die in der in 2 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Zahnrades, das in der in 2 gezeigten Bearbeitungsvorrichtung verwendet wird.
8 zeigt eine schematische Seitenquerschnittsansicht des in 7 gezeigten Zahnrads.
9 zeigt eine schematische Seitenquerschnittsansicht der in 2 gezeigten Zahnradnabe.
10 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform einer Bearbeitungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung.
11 zeigt eine schematische Seitenquerschnittsansicht einer in der in 10 gezeigten Ausführungsform der Bearbeitungsvorrichtung verwendeten Zahnradnabe.
12 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der in 10 gezeigten Ausführungsform der Bearbeitungsvorrichtung, die veranschaulicht, wie die verschiedenen Komponenten kombiniert sind.
13 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform der Bearbeitungsvorrichtung, die veranschaulicht, wie die verschiedenen Komponenten kombiniert sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER SPEZIFISCHEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im allgemeinen stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Entfernen von Material von der Oberfläche von Gewebe bereit, einschließlich harten Gewebes, wie z. B. Knochen. Vorzugsweise wird die Vorrichtung verwendet, um durch einen Bearbeitungsprozess einen Hohlraum in einer Knochenoberfläche zu bilden.
Die Vorrichtung umfasst einen Antriebsmechanismus, der ein Zahnrad, eine Lageranordnung und eine Zahnradnabe umfasst, die in einem Gehäuse positioniert sind, und ein an der Befestigungsstruktur befestigtes Element zum Bilden von Hohlräumen. Vorzugsweise ist das Element zum Bilden von Hohlräumen ein Bearbeitungselement und bevorzugter ein Knochenschneidelement. Die Vorrichtung umfasst erste Mittel, um das Zahnrad, die Lageranordnung und die Zahnradnabe aneinander zu befestigen, um den Antriebsmechanismus innerhalb einer Öffnung des Gehäuses zu bilden, und zweite Mittel, um das Bearbeitungselement an dem Antriebsmechanismus zu befestigen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten die ersten Mittel ein erstes Verriegelungsorgan angrenzend an das Zahnrad und ein zweites Verriegelungsorgan angrenzend an die Zahnradnabe. Die ersten und zweiten Verriegelungsorgane schaffen entgegengesetzte Kräfte, um den Antriebsmechanismus zusammenzuhalten.
Spezifischer umfasst gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Gehäuse eine Öffnung mit einem ersten Segment, das einen ersten Durchmesser besitzt, einem zweiten Segment, das einen zweiten Durchmesser besitzt, und einem dritten Segment, das einen dritten Durchmesser besitzt. Das zweite Segment ist zwischen dem ersten und dem dritten Segment positioniert. Außerdem sind der erste und der dritte Durchmesser größer als der zweite Durchmesser.
Das Zahnrad umfasst eine Öffnung, die im wesentlichen mittig angeordnet ist. Das Zahnrad umfasst außerdem Zähne, die um seinen Rand radial beabstandet sind. Das Zahnrad ist im ersten Segment des Gehäuses positioniert.
Die Lageranordnung umfasst einen Körper, der einen ersten Abschnitt, der im zweiten Segment des Gehäuses positioniert ist, und einen zweiten Abschnitt, der im dritten Segment des Gehäuses positioniert ist, besitzt. Der zweite Abschnitt des Körpers ist so bemessen, dass er nicht durch das zweite Segment des Gehäuses passt. Die Lageranordnung enthält außerdem ein Organ, das bezüglich des Körperabschnitts drehbar ist, wobei es einen Kanal besitzt, der durch es verläuft.
Die Zahnradnabe ist innerhalb der Zahnradöffnung und des Kanals des beweglichen Organs der Lageranordnung positioniert. Die Zahnradnabe umfasst angrenzend an ein erstes Ende einen vergrößerten Abschnitt. Der vergrößerte Abschnitt ist so bemessen, dass er nicht durch den Kanal des beweglichen Organs der Lageranordnung passt. Die Zahnradnabe enthält ferner angrenzend an den vergrößerten Abschnitt einen ersten Abschnitt, der so beschaffen ist, dass er so mit dem beweglichen Organ der Lageranordnung verbunden ist, dass sich die zwei gemeinsam drehen. Die Zahnradnabe enthält außerdem angrenzend an den ersten Abschnitt einen zweiten Abschnitt, der so beschaffen ist, dass er mit der Zahnradnabe verbunden ist, so dass sich die zwei gemeinsam drehen. Schließlich umfasst die Zahnradnabe angrenzend an den zweiten Abschnitt einen dritten Abschnitt, der so bemessen ist, dass er nicht durch die Zahnradöffnung passt.
Nun werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In 2 enthält gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Bearbeitungsvorrichtung 14 der vorliegenden Erfindung ein Gehäuse 16, das eine Öffnung 18 an seinem distalen Ende und ein proximales Ende umfasst, das so beschaffen ist, um mit einem Griff 26 (siehe 3) und einem Antriebsmechanismus 76 (siehe 4) verbunden zu werden. Die Öffnung 18 ist im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Bearbeitungsvorrichtung 14. Wie in 5 am besten zu sehen ist, umfasst die Öffnung 18 erste, zweite und dritte zylindrische Segmente 20, 22, 24, die im allgemeinen koaxial sind und so beschaffen sind, dass sie eine Lageranordnung 34 und eine Zahnradanordnung in der im Folgenden beschriebenen Weise aufnehmen.
Eine Querschnittsansicht der Lageranordnung 34 ist in 6 gezeigt, wobei sie im Allgemeinen einen oberen Abschnitt 94 und einen unteren Schulterabschnitt 68 enthält. Spezifischer enthält, wie veranschaulicht ist, die Lageranordnung 34 die Außenbahn 62, die Innenbahn 64, die Kugeln 66 und die Zahnradnabe-Aufnahmeöffnung 70. Die Außenbahn 62 verläuft längs des Randes der Anordnung 34. Die Innenbahn 64 ist in der Anordnung 34 mittig positioniert und verläuft sowohl durch den oberen Abschnitt 94 als auch durch den Schulterabschnitt 68, wobei sie vorzugsweise ein wenig über der Außenbahn 62 verläuft, wie in 6 gezeigt ist. Die Innenbahn 64 ist beweglich an der Anordnung 34 befestigt, so dass sie sich bezüglich dieser frei drehen kann. Die innere Oberfläche der Innenbahn 64 definiert die Zahnradnabe-Aufnahmeöffnung 70. Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist die innere Oberfläche der Innenbahn 64 im Wesentlichen kreisförmig, wobei folglich die Öffnung 70 zylindrisch ist. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist, ist die zylindrische Öffnung 70 so beschaffen, dass sie die Zahnradnabe 36 aufnimmt, die mit der Innenbahn 64 verbunden ist. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können die innere Oberfläche der Innenbahn 64 und eine Außenseite eines Abschnitts der Zahnradnabe 36 nicht zylindrisch (in dem Sinn, dass der Querschnitt nicht kreisförmig ist) und komplementär sein, um ihre Verbindung miteinander zu unterstützen.
Gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform enthält die Zahnradanordnung das Zahnrad 30, die Zahnradnabe 36 und das Verriegelungsorgan 32. In 7 und 8 ist eine besondere Ausführungsform des Zahnrads 30 im wesentlichen eine kreisförmige Scheibe mit einer mittigen Öffnung 38, die durch sie verläuft. In dieser Ausführungsform enthält die mittige Öffnung 38 längs ihrer Achse erste und zweite Segmente 40, 42. Das erste axiale Segment 40 ist im allgemeinen zylindrisch, während das zweite axiale Segment 42 einen nicht zylindrischen Querschnitt, z. B. einen quadratischen Querschnitt, besitzen kann, wobei die Mitte des Quadrates auf die Achse des ersten axialen Segments 40 fällt. Für das zweite axiale Segment 42 können außerdem andere Geometrien verwendet werden, vorausgesetzt, dass sie der Geometrie des Zahnradverbindungssegments 56 der Zahnradnabe 36 entsprechen.
Wie veranschaulicht ist, hat das erste axiale Segment 40 einen Durchmesser, der größer als das zweite axiale Segment 42 ist. Es sollte angegeben werden, dass sich hierin die Bezugnahmen auf den Durchmesser irgendeines Elements, das eine nicht kreisförmige Geometrie besitzt, auf die Länge irgendeiner Linie beziehen, die zwei Punkte auf dem Rand des Elements verbindet und durch eine approximierte Mitte des Elements verläuft. Folglich bedeutet die Bezugnahme auf das zylindrische Segment 40, das einen Durchmesser hat, der größer als das quadratische Segment 42 ist, dass die Länge irgendeiner Linie, die durch die Mitte des quadratischen Segments 42 verläuft und zwei Randpunkte verbindet, kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Segments 40 sein würde. Falls umgekehrt hierin auf ein quadratisches Element Bezug genommen wird, das einen Durchmesser besitzt, der größer als ein kreisförmiges Element ist, würde dies nur erfordern, dass wenigstens eine Linie, die durch die Mitte des quadratischen Elements verläuft und zwei Randpunkte verbindet, größer als der Durchmesser des kreisförmigen Elements ist.
Die Oberseite 44 des Zahnrads 30 ist im wesentlichen eben. Die Unterseite 46 des Zahnrads 30 umfasst die Zähne 48, die in Umfangsrichtung um es beabstandet sind und in der Nähe der Kante der Scheibe radial verlaufen. Die Zähne 48 sind so beschaffen, dass sie mit einer Antriebswelle 76 verbunden sind (wie in 4 gezeigt ist), die an ihrem distalen Ende passende Zähne 78 aufweist. Die Antriebswelle 76 ist vorzugsweise in einer zweiten Öffnung 50 positioniert, die longitudinal durch das Gehäuse 16 verläuft (siehe 4). Die Antriebswelle 76 ist so in der zweiten Öffnung 50 positioniert, dass sich das distale Ende der Antriebswelle in die Öffnung 18 erstreckt.
In 2 und 9 ist die Zahnradnabe 36 im allgemeinen ein hohles röhrenförmiges Element, das so konstruiert ist, dass es das Zahnrad 30 trägt und mit der Lageranordnung 34 verbunden ist. Eine bevorzugte Ausführungsform der Zahnradnabe 36 enthält vier Segmente – das Schultersegment 52, das Lagerverbindungssegment 54, das Zahnradverbindungssegment 56 und das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58. Das Schultersegment 52 verläuft um die Basis der Zahnradnabe 36. Das Lagerverbindungssegment 54 erstreckt sich vom Schultersegment 52 und besitzt einen Außendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des Schultersegments 52 ist, wobei es dadurch an der Grenzfläche der zwei Segmente die Schulterlippe 60 definiert.
Das Lagerverbindungssegment 54 ist so beschaffen, dass es mit der Zahnradnabe-Aufnahmeöffnung 70 in der Lageranordnung 34 verbunden ist, so dass, wenn die zwei Komponenten zusammengefügt sind, sich die Zahnradnabe 36 und die Innenbahn 64 im Einklang drehen. In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform sind die Außenfläche des Lagerverbindungssegments 54 und die Innenfläche der Innenbahn 64 (die die Zahnradnabe-Aufnahmeöffnung 70 definiert) beide kreisförmig. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Außendurchmesser des Lagerverbindungssegments 54 ein wenig größer als der Durchmesser der Öffnung 70, wo bei die zwei Komponenten zusammengefügt werden, indem sie durch Presspassung zusammengefügt werden. Alternativ können die zwei Komponenten nicht kreisförmige zusammenpassende Geometrien besitzen, die es ihnen ermöglichen, sich im Einklang zu drehen, wenn sie zusammengefügt sind. In einer derartigen alternativen Ausführungsform können die Komponenten außerdem so bemessen sein, dass sie durch Presspassung zusammengefügt werden müssen, was ihre gemeinsame Drehung weiter unterstützen würde. Die Presspassung ist jedoch nicht wesentlich. In dieser Ausführungsform kann die Innenbahn 64 auf Wunsch eine kreisförmige äußere Geometrie besitzen, die mit den Lagern 66 verbunden ist.
Das Zahnradverbindungssegment 56 der Zahnradnabe 36 erstreckt sich vom Lagerverbindungssegment 54 und ist so beschaffen, dass es in die Zahnradöffnung 38 einzusetzen ist. Das Zahnradverbindungssegment 56 besitzt eine äußere Geometrie, die so bemessen und geformt ist, dass sie zur Größe und Form eines Abschnitts der Zahnradöffnung 38 komplementär ist. Wie oben angegeben worden ist, enthält die Öffnung 38 längs ihrer Achse erste und zweite Segmente 40, 42. Jedes Segment besitzt verschiedene geometrische Eigenschaften. Die Geometrie des Zahnradverbindungssegments 56 ergänzt vorzugsweise die Größe und Form des zweiten axialen Segments 42 der Zahnradöffnung 38. In der in 2 veranschaulichten Ausführungsform ist die komplementäre Geometrie nicht kreisförmig, wobei sie im Wesentlichen quadratisch ist. Außerdem kann das Zahnradverbindungssegment 56 so bemessen sein, das es das Zusammengefügen durch Presspassung in das zweite axiale Segment 42 der Öffnung 38 erfordert. Der Unterschied der geometrischen Abmessungen dieser Komponenten muss jedoch klein genug sein, um übermäßige Belastungen auf das Zahnrad zu vermeiden, wenn sie durch Presspassung zusammengefügt werden. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegen den Erfindung ist der Unterschied der Durchmesser kleiner als etwa 0,0010 Zoll, wobei er außerdem größer als 1,27 × 10^–4 cm (0,00005 Zoll) sein kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt der Unterschied im Bereich von 5,08 × 10^–4 cm bis 7,62 × 10^–4 cm (0,0002-0,0003 Zoll).
Das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Zahnradnabe 36 erstreckt sich vom Zahnradverbindungssegment 56. Das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 ist so beschaffen, dass es das Verriegelungsorgan 32 aufnimmt. Insbesondere kann das Verriegelungsorgan 32 irgendein Typ einer mechanischen Verbindungsverriegelung sein, die am Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 sicher befestigt werden kann und die so beschaffen ist, dass die mit dem zweiten axialen Segment 42 der Zahnradöffnung 38 verbunden ist, wie im Folgenden ausführlicher beschrieben ist.
Die Zahnradnabe 36 enthält ferner eine mittige Öffnung 82, um die Welle 80 eines Schneidelements 28 aufzunehmen. Die mittige Öffnung 82 verläuft durch jedes der vier Segmente der Nabe, wobei sie längs eines Abschnitts von ihr mit einem Gewinde versehen sein kann, um die Befestigung der Schneidelementwelle 80 an der Nabe 36 zu unterstützen. Vorzugsweise sind die Gewinde entgegengesetzt zu der Richtung gerichtet, in der sich das Schneidelement 28 während der Verwendung dreht. Dies widersetzt sich der Tendenz, dass sich das Schneidelement während der Verwendung entgegengesetzt dreht und aus der Öffnung 82 herausschraubt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dreht sich das Schneidelement 28 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn, wobei Rechtsgewinde längs der Schneidelementwelle 80 mit Gegengewinden, die längs der mittigen Öffnung 82 der Nabe enthalten sind, enthalten sind.
Gemäß der in 2 veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform werden die verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung wie folgt zusammengefügt. Das obere Ende der Zahnradnabe 36 (d. h. das Ende, an dem sich das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Nabe befindet) wird in der Zahnradnabe-Aufnahmeöffnung 70 der Lageranordnung 34 positioniert. Die Zahnradnabe 36 und die Lageranordnung 34 werden dann durch Presspassung zusammengefügt, so dass die Innenbahn 64 des Lagers um das Lagerverbindungssegment 54 der Nabe positioniert ist und die Nabenschulterlippe 60 an die Unterseite der Innenbahn 64 anstößt, wie in 4 gezeigt ist. Die Komponenten der Zahnradnabe 34/der Lageranordnung 34 werden dann in der Gehäuseöffnung 18 positioniert. Insbesondere wird das obere Ende der Zahnradnabe 36 im unteren Teil der Gehäuseöffnung 18 (d. h. dem Ende, das dem dritten axialen Segment 24 der Öffnung 18 benachbart ist) so positioniert, dass (1) der Lagerschulterabschnitt 68 im dritten axialen Segment 24 der Öffnung 18 positioniert ist, (2) der obere Abschnitt 94 des Lagers im zweiten axialen Segment 22 der Öffnung 18 positioniert ist und (3) das Zahnradverbindungssegment 56 der Nabe und das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Nabe sich in das erste axiale Segment 20 der Öffnung 18 erstrecken.
Das Zahnrad 30 kann dann in das entgegengesetzte Ende der Gehäuseöffnung 18 eingesetzt werden, wobei die Unterseite 46 des Zahnrads nach unten oder in Richtung der Öffnung 18 gerichtet ist. Das Zahnrad 30 wird so in der Öffnung 18 positioniert, dass die Zahnradöffnung 38 um die Zahnradnabe 36 positioniert ist. Insbesondere wird das Zahnrad 30 so angeordnet, dass das Zahnradverbindungssegment 56 der Nabe 36 im zweiten axialen Segment 42 der Zahnradöffnung 38 positioniert ist und sich das Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Nabe in das erste axiale Segment 40 der Zahnradöffnung 38 erstreckt.
Das Verriegelungsorgan 32 kann dann an der Anordnung positioniert werden, um die verschiedenen Komponenten aneinander zu befestigen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verriegelungsorgan 32 ein Ringorgan, das aus einer Formerinnerungslegierung gebildet ist. Das Verriegelungsorgan 32 wird im ersten axialen Segment 40 der Zahnradöffnung 38 angeordnet und über dem Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Zahnradnabe 36 positioniert. Dann wird Wärme auf das Verriegelungsorgan 32 angewendet, wodurch es veranlasst wird, zu schrumpfen und eine sichere Passung über dem Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Zahnradnabe 36 zu bilden. Geeignete Formerinnerungslegierungen zum Bilden des Verriegelungsorgans 32 enthalten Nitinol. Außerdem enthalten alternative Gestaltungen für das Verriegelungsorgan 32 jede Konstruktion, die eine sichere mechanische Verriegelung zwischen dem Verriegelungsorgan 32 und dem Verriegelungsorgan-Verbindungssegment 58 der Nabe schafft. Beispiele derartiger mechanischer Verriegelungen enthalten Halteklammern und Nuten.
Die entgegengesetzten Kräfte des Verriegelungsorgans 32 gegen die Nabenschulter 52 und die Lagerschulter 68 erzeugen eine sichere Konstruktion, die den verschiedenen Kräften widerstehen kann, die dem Instrument durch die wiederholte Verwendung begegnen werden. Außerdem schafft diese Gestaltung den erforderlichen Bearbeitungsantriebsmechanismus für hohe Drehzahlen, hohe Drehmomente und niedrige Reibung innerhalb der Größenbeschränkungen, die durch die Anforderung der Verwendung in eingeschränkten Räumen der menschlichen Anatomie vorgeschrieben werden.
Es sollte angegeben werden, dass die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden, dass die Reihenfolge der oben umrissenen Schritte nicht entscheidend ist. Alternative Folgen für das Zusammenfügen der Bearbeitungsvorrichtung 14 können verwendet werden.
In 10, 11 und 12 ist eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. In dieser Ausführungsform sind das Gehäuse 16, das Schneideelement 28, das Zahnrad 30 und die Lageranordnung 34 im Wesentlichen dieselben, wie sie oben hinsichtlich der in 2 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden sind. In dieser alternativen Ausführungsform wird jedoch eine andere Zahnradnabe 84 verwendet. Die Zahnradnabe 84 ist im Allgemeinen ein hohles röhrenförmiges Element, wobei sie eine Öffnung 90 enthält, die durch sie hindurchgeht. Wie in 11 gezeigt ist, enthält eine besondere Ausführungsform der Zahnradnabe 84 vier Segmente, von denen drei zu den entsprechenden Segmenten der Nabe 36, die in 9 gezeigt sind, völlig gleich sind. Diese drei Segmente enthalten das Schultersegment 52, das Lagerverbindungssegment 54 und das Zahnradverbindungssegment 56. Das vierte Segment der Zahnradnabe 84 ist ein dehnbares Verriegelungssegment 88.
Das dehnbare Verriegelungssegment 88 erstreckt sich vom Zahnradverbindungssegment 56, wobei es so beschaffen ist, dass es sich ausdehnt, um einen Verriegelungsmechanismus zu schaffen, um die verschiedenen Komponenten der vorliegenden Erfindung aneinander zu befestigen. Insbesondere besitzt das dehnbare Verriegelungssegment 88, wie am besten in 11 veranschaulicht ist, im wesentlichen das gleiche äußere geometrische Profil wie das Zahnradverbindungssegment 56. Die Geometrie der Öffnung 90 ändert sich jedoch entlang des dehnbaren Verriegelungssegments 88. Wie gezeigt ist, nimmt der Durchmesser der Öffnung 90 längs des dehnbaren Verriegelungssegments 88 zu seinem Ende hin zu, wobei die Dicke des Materials, das die hohle röhrenförmige Nabe 84 bildet, in dieser Richtung abnimmt. Diese Abnahme der Dicke unterstützt die permanente Deformation des dehnbaren Verriegelungssegments 88, so dass nach der Deformation wenigstens ein Abschnitt seines äußeren Durchmessers größer als der äußere Durchmesser des Zahnradverbindungssegments 56 und/oder des zweiten axialen Segments 42 der Zahnradöffnung 38 ist (siehe 12). Die Deformation kann durch jede bekannte Technik ausgeführt werden. Die Deformation kann z. B. durch Tiefziehen ausgeführt werden, bei dem das dehnbare Verriegelungssegment 88 deformiert wird, indem mit einer Kugel aus rostfreiem Stahl auf das Segment ein Druck ausgeübt wird. Alternativ kann das dehnbare Verriegelungssegment 88 so beschaffen sein, dass es in anderen Arten gedehnt wird. Das Segment kann z. B. aufgrund des ausgewählten Materials, um die Nabe oder das Verriegelungssegment zu bilden, an die Deformation angepasst sein. Alternativ kann das Segment unter Verwendung anderer geometrischer Konfigurationen, die die Deformation unterstützen, wie z. B. eingekerbte Segmente oder mehrere Teilsegmente, an die Deformation angepasst sein.
In Gebrauch sind das Gehäuse 16, das Schneideelement 28, das Zahnrad 30 und die Lageranordnung 34 in der gleichen Weise zusammengefügt, wie oben bezüglich der in 2 gezeigten Ausführungsform beschrieben worden ist, so dass sich das dehnbare Verriegelungssegment 88 in das erste axiale Segment 40 der Zahnradöffnung 38 erstreckt. Die Anordnung wird dann aneinander befestigt, indem das dehnbare Verriegelungssegment 88 ausgedehnt wird, bis ein Abschnitt seines Durchmessers größer als der Durchmesser des zweiten axialen Segments 42 der Zahnradöffnung 38 ist.
In 13 ist eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Gemäß dieser Aus führungsform ist die Bearbeitungsvorrichtung 14 mit Ausnahme der Zahnradnabe zur in 10 gezeigten Ausführungsform im wesentlichen völlig gleich. Die in 13 veranschaulichte Ausführungsform enthält die Zahnradnabe 96. Die Zahnradnabe 96 besitzt eine ähnliche Konstruktion wie die in 10 gezeigten Zahnradnabe 84, die Orte des Nabenschultersegments 52 und des dehnbaren Verriegelungssegments 88 sind jedoch entgegengesetzt.
Die in 13 gezeigte Ausführungsform wird wie folgt zusammengefügt. Das untere Ende der Zahnradnabe 96 (d. h. das Ende, an dem sich das dehnbare Verriegelungssegment 88 befindet) wird in die Zahnradöffnung 38 in der Seite der Zahnradöffnung 38 eingesetzt, die der Zahnrad-Oberseite 44 gegenüberliegt. Die Zahnradnabe 96 wird so in der Zahnradöffnung 38 positioniert, dass das Nabenschultersegment 52 im ersten axialen Segment 40 der Zahnradöffnung 38 positioniert ist, das Zahnradverbindungssegment 56 der Nabe 96 im zweiten axialen Segment 42 der Zahnradöffnung 38 positioniert ist und das Lagerverbindungssegment 54 der Nabe und das dehnbare Verriegelungssegment 88 der Nabe unter der Zahnrad-Unterseite 46 verlaufen. Gemäß dieser Ausführungsform besitzt das Nabenschultersegment 52 eine äußere Geometrie, die einen Durchmesser längs eines Abschnitts von ihm besitzt, der größer als der Durchmesser des zweiten axialen Segments 42 der Zahnradöffnung 38 ist. Dies verhindert, dass die Nabe 96 vollständig durch die Zahnradöffnung 38 passt.
Die Kombination aus dem Zahnrad 30 und der Zahnradnabe 96 wird dann in die Gehäuseöffnung 18 eingesetzt. Insbesondere wird das untere Ende der Zahnradnabe 96 in das obere Ende der Öffnung 18 (d. h. das Ende, das dem ersten axialen Segment 20 benachbart ist) eingesetzt. Die Kombination aus dem Zahnrad 30/der Zahnradnabe 96 wird so in der Gehäuseöffnung 18 positioniert, dass das Zahnrad 30 im ersten axialen Segment 20 der Gehäuseöffnung 18 positioniert ist und sich das Lagerverbindungssegment 54 der Nabe und das dehnbare Verriegelungssegment 88 in das zweite axiale Segment 22 und das dritte axiale Segment 24 der Öffnung 18 erstrecken.
Dann wird die Lageranordnung 34 im entgegengesetzten Ende der Gehäuseöffnung 18 (d. h. dem Ende, das dem dritten axialen Segment 24 benachbart ist) positioniert, wobei der obere Abschnitt 94 des Lagers zuerst eingesetzt wird. Die Anordnung 34 wird so positioniert, dass (1) der Lagerschulterabschnitt 68 im dritten axialen Segment 24 der Öffnung 18 positioniert ist, (2) der untere Abschnitt 94 des Lagers im zweiten axialen Segment 92 der Öffnung 18 positioniert ist, (3) sich das Lagerverbindungssegment 54 der Nabe in die Lageröffnung 70 erstreckt und (4) sich das dehnbare Verriegelungssegment 88 von der Lageröffnung 70 unter dem Lagerschulterabschnitt 68 erstreckt. Wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen ist ein Segment des Durchmessers des Lagerschulterabschnitts 68 größer als der Durchmesser des dritten axialen Segments 24 der Öffnung 18. Im Ergebnis passt die Lageranordnung 34 nicht durch die Gehäuseöffnung 18. Die Gehäuse/Zahnrad/Zahnradnabe/Lager-Konstruktion kann dann zusammen befestigt werden, indem das dehnbare Verriegelungssegment 88 in der gleichen Weise ausgedehnt wird, die oben bezüglich der Zahnradnabe 84 beschrieben worden ist.
Es sollte angegeben werden, dass in der in 13 gezeigten Ausführungsform die verschiedenen wechselwirkenden Komponenten komplementäre Geometrien enthalten können und/oder durch Presspassung zusammengefügt sein können, und zwar in der gleichen Weise und im gleichen Ausmaß, wie oben bezüglich der anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist.
Schließlich sollte angegeben werden, dass die Bearbeitungsvorrichtung der aktuellen Erfindung eine Konstruktion schafft, die so bemessen sein kann, um auf beschränkte oder eingeschränkte anatomische Räume zuzugreifen und dennoch die reibungsarme Drehung des Bearbeitungselements und die relativ hohe Drehzahl und das relativ hohe Drehmoment des Bearbeitungselements bereitzustellen. Insbesondere kann die Bearbeitungsvorrichtung 14 der aktuellen Erfindung so bemessen sein, dass die vertikale Abmessung der Anordnung der Vorrichtung 14 in der in 3C veranschaulichten Ebene kleiner als oder gleich etwa 11 mm ist und vorzugsweise kleiner als oder gleich etwa 8,5 mm ist. Außerdem kann die vertikale Abmessung der Anordnung der Vorrichtung 14 in der in 3B veranschaulichten Ebene kleiner als etwa 20 mm sein, wobei sie bevorzugt zwischen 12 mm und 18 mm liegt. In bestimmten Anwendungen, z. B. beim Vorbereiten von intervertebralen Räumen im Lumbalbereich kann die vertikale Abmessung in der in 3C veranschaulichten Ebene zwischen etwa 6 mm und etwa 16 mm, spezieller um 10 mm variieren. Die in 3B veranschaulichte vertikale Abmessung kann zwischen etwa 26 mm und etwa 36 mm, spezieller etwa 30 mm variieren. Die Konstruktion unterstützt außerdem das Erreichen einer Drehzahl des Bearbeitungselements von etwa 3000 bis etwa 10.000 U/min, spezieller von etwa 6000 bis etwa 6500 U/min und ein Drehmoment von etwa 5 bis etwa 0,106 Nm (15 Zoll-Unzen), spezieller etwa 0,0706 Nm (10 Zoll-Unzen).
Außerdem schafft die vorliegende Erfindung eine Konstruktion des Bearbeitungselements, die so beschaffen ist, um wiederholten Sterilisationszyklen zu widerstehen, wobei sie so beschaffen ist, dass sie während ausgehender Perioden haltbar und zuverlässig ist. Spezifisch sind das Schneidelement, das Zahnrad, die Zahnradnabe, das Gehäuse, die Lagerbahnen und die Kugeln aus rostfreiem Stahl hergestellt, wobei keine Klebstoffe verwendet werden, um diese Komponenten zusammenzuhalten. Außerdem sind die Beanspruchungen durch die Presspassung in der Konstruktion minimiert worden, insbesondere bei der entscheidenden Zahnrad-Nabe-Grenzfläche.
Die besonderen Ausführungsformen der Erfindung, die oben beschrieben worden sind, schränken die vorliegende Erfindung nicht ein, wobei die Fachleute auf dem Gebiet leicht feststellen können, dass zusätzliche Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung im Umfang der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims

Vorrichtung zum Entfernen von Material von der Oberfläche harten Gewebes, die aufweist: ein Gehäuse (16) mit: einer Öffnung (18) darin, die aufweist: ein erstes Segment (20) mit einem ersten Durchmesser, ein zweites Segment (22) mit einem zweiten Durchmesser und ein drittes Segment (24) mit einem dritten Durchmesser, wobei bzw. wodurch das zweite Segment (22) zwischen dem ersten Segment (20) und dem dritten Segment (24) positioniert ist und der erste und der dritte Durchmesser größer als der zweite Durchmesser sind; und wobei die Segmente im Allgemeinen koaxial sind; ein Zahnrad (30), das in dem ersten Segment (20) des Gehäuses positioniert ist und Zähne (48) sowie eine durch es verlaufende axiale Öffnung besitzt; eine Lageranordnung (34) mit: einem Körper (62), der aufweist: einen ersten Abschnitt (94), der in dem zweiten Segment des Gehäuses positioniert ist, und einen zweiten Abschnitt (68), der in dem dritten Segment des Gehäuses positioniert ist, wobei der zweite Abschnitt des Körpers so bemessen ist, dass er nicht durch das zweite Segment (22) des Gehäuses (16) passt, und einem beweglichen Element bzw. Organ (64) in dem Körper, wobei das bewegliche Element relativ zu dem Körper drehbar ist und einen durch es verlaufenden Kanal (70) besitzt; eine Zahnradnabe (36) mit einem ersten Ende (54, 56, 58, 32), das in der Zahnradöffnung (70) und in dem Kanal des beweglichen Elements der Lageranordnung positioniert ist, wobei die Zahnradnabe (36) versehen ist mit: einem vergrößerten Abschnitt (52) in der Nähe des ersten Endes, wobei der vergrößerte Abschnitt so bemessen ist, dass er nicht durch den Kanal des beweglichen Elements der Lageranordnung passt, einem ersten Abschnitt (54) in der Nähe des vergrößerten Abschnitts, wobei der erste Abschnitt so ausgebildet ist, dass er mit dem beweglichen Element der Lageranordnung eine Schnittstelle derart bildet, dass sich beide gemeinsam drehen, einem zweiten Abschnitt (56) in der Nähe des ersten Abschnitts, der so beschaffen ist, dass er mit der Zahnradöffnung eine Schnittstelle derart bildet, dass sich beide gemeinsam drehen; und einem dritten Abschnitt (58, 32) in der Nähe des zweiten Abschnitts, der so bemessen ist, dass er nicht durch die Zahnradöffnung passt, wobei die Vorrichtung ferner Kraft aufnimmt und sie in einem Winkel von etwa 90° überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zahnradnabe (36, 84) ferner eine Öffnung (90) aufweist, die sich durch den ersten, den zweiten und den dritten Abschnitt erstreckt, und die Öffnung wenigstens teilweise mit einem Gewinde versehen ist, wobei die Vorrichtung ferner ein Schneidelement (28) mit einer Gewindewelle aufweist, die so beschaffen ist, dass sie mit der Gewindeöffnung der Zahnradnabe (36, 84) verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Zahnradnabe (36, 84) eine mittige Öffnung aufweist, die so beschaffen ist, dass sie eine Welle eines Bearbeitungselements aufnimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Gehäuse (16) ein proximales Ende und ein distales Ende hat und bei der die Gehäuseöffnung in der Nähe des distalen Endes positioniert ist und das proximale Ende mit einem Griff verbunden werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die Gehäuseöffnung zu der Längsachse der Vorrichtung im Wesentlichen senkrecht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Gehäuse eine zweite Öffnung (50) aufweist, die sich von dem proximalen Ende zu der ersten Öffnung (18) erstreckt, und bei der das Zahnrad (30) im Wesentlichen eine Scheibe ist und die Zähne (48) in Umfangsrichtung um die Scheibe beabstandet sind und sich in der Nähe der Kante der Scheibe radial erstrecken, wodurch die Zähne (48) mit einer Antriebswelle, die in der zweiten Öffnung positioniert ist, verbunden werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste, das zweite und das dritte Segment der Gehäuseöffnung im Allgemeinen zylindrisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Abschnitt (54) der Zahnradnabe und der Kanal in dem beweglichen Element zylindrisch sind und der Durchmesser des ersten Abschnitts größer als der Durchmesser des Kanals ist, bevor sie zusammengefügt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der erste Abschnitt (54) der Zahnradnabe und der Kanal in dem beweg lichen Organ nicht zylindrische komplementäre Geometrien haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der zweite Abschnitt (56) der Zahnradnabe und die Zahnradöffnung nicht zylindrische komplementäre Geometrien haben.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchmesser des zweiten Abschnitts (56) der Zahnradnabe um weniger als etwa 25,4 × 10^–4 cm (0,0010 Zoll) größer als der Durchmesser der Zahnradöffnung (38) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchmesser des zweiten Abschnitts (56) der Zahnradnabe um einen Betrag im Bereich von etwa 1,27^–4 cm (0,00005 Zoll) bis etwa 25,4^–4 cm (0,0010 Zoll) größer als der Durchmesser der Zahnradöffnung (38) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Durchmesser des zweiten Abschnitts (56) der Zahnradnabe um einen Betrag im Bereich von etwa 5,08^–4 cm (0,0002 Zoll) bis etwa 7,62^–4 cm (0,0003 Zoll) größer als der Durchmesser der Zahnradöffnung (38) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der dritte Abschnitt (58) der Zahnradnabe ein Verriegelungsorgan (32) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der das Verriegelungsorgan (32) ein Nitinol-Ring ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der dritte Abschnitt (58) der Zahnradnabe einen Querschnitt aufweist, der erweitert wurde, nachdem das Zahnrad, die Zahnradnabe, die Lageranordnung und das Gehäuse zusammengefügt worden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vergrößerte Abschnitt der Zahnradnabe (36) ein Verriegelungsorgan (32) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Verriegelungsorgan (32) ein Nitinol-Ring ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der vergrößerte Abschnitt der Zahnradnabe einen Querschnitt besitzt, der erweitert wurde, nachdem das Zahnrad, die Zahnradnabe, die Lageranordnung und das Gehäuse zusammengefügt worden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (16) eine erste Abmessung hat, die kleiner oder gleich etwa 11 mm ist, und eine zweite Abmessung hat, die kleiner oder gleich etwa 20 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die erste Abmessung kleiner oder gleich etwa 8,5 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der die zweite Abmessung im Bereich von etwa 12 mm bis etwa 18 mm liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Abmessung besitzt, die kleiner oder gleich etwa 11 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung eine Abmessung besitzt, die kleiner oder gleich etwa 20 mm ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Formen eines Hohlraums in einer Knochenoberfläche, ferner mit: einem Bearbeitungselement, ersten Mitteln zum Befestigen bzw. Sichern des Zahnrades, der Lageranordnung und der Zahnradnabe aneinander, um einen Antriebsmechanismus in einer Öffnung im Gehäuse zu bilden, und zweiten Mitteln zum Befestigen des Bearbeitungselements an dem Antriebsmechanismus; wobei die ersten Mittel ein erstes Verriegelungsorgan angrenzend an die Nabe und ein zweites Verriegelungsorgan angrenzend an die Nabe aufweisen, wobei das erste und das zweite Verriegelungsorgan entgegengesetzte Kräfte erzeugen, um den Antriebsmechanismus zusammenzuhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die zweiten Mittel eine Gewindewelle, die sich von dem Bearbeitungselement erstreckt, und eine entsprechende Gewindeöffnung, die sich in den Antriebsmechanismus hinein erstreckt, aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der das erste Verriegelungselement und/oder das zweite Verriegelungselement jeweils einen Verriegelungsring aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der der Verriegelungsring eine Formerinnerungslegierung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der die Formerinnerungslegierung Nitinol ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der die Lageranordnung einen durch sie verlaufenden Kanal aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der der erste Abschnitt der Zahnradnabe und der Kanal der Lageranordnung jeweils zylindrisch sind und bei der der Durchmesser des ersten Abschnitts größer als der Durchmesser des Kanals ist, bevor sie zusammengefügt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der das Zahnrad eine durch sie verlaufende axiale Öffnung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 25 und Anspruch 20, bei der die erste Abmessung die Dicke der Vorrichtung ist, die zwischen der Außenkante des Bearbeitungselements und der gegenüberliegenden Kante des Gehäuses gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der die zweite Abmessung die Breite der Vorrichtung ist, die über das Bearbeitungselement hinweg gemessen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 zum Bearbeiten von hartem Gewebe und ihm zugeordneten weichen Gewebe, die ferner aufweist: eine Drehwelle, deren Achse zu einer Längsachse der Vorrichtung parallel ist und die so beschaffen ist, dass sie durch Drehen der Welle für die Vorrichtung Kraft bereitstellt; eine Antriebsanordnung mit: dem Zahnrad, dessen Drehachse senkrecht zu der Längsachse der Vorrichtung orientiert ist und das mit der Drehwelle kämmen kann; der Zahnradnabe, die an dem Zahnrad starr befestigt ist und sich dreht, wenn sich das Zahnrad dreht, und so beschaffen ist, dass sie an einer Lageranordnung befestigt werden kann; der Lageranordnung, die ein bewegliches Organ, das an der Zahnradnabe starr befestigt ist, ein unbewegliches Organ, das an dem Gehäuse starr befestigt ist, und ein oder mehrere Reibreduzierungsorgane, die zwischen dem beweglichen und dem unbeweglichen Organ angeordnet sind, aufweist; und zwei oder mehr Verriegelungsorganen, die so beschaffen sind, dass sie entgegengesetzte Kräfte erzeugen, die dazu beitragen, die Antriebsanordnung zusammenzuhalten; und ein Schneidelement, das an der Antriebsanordnung starr befestigt ist; wobei die Zahnradnabe und die Lageranordnung durch Presspassung zusammengefügt sind und sowohl das Zahnrad als auch die Zahnradnabe jeweils komplementäre, nicht kreisförmige Verriegelungsgeometrien besitzen.