WO1996004867A1 - Artificial joint, in particular artificial human hip joint - Google Patents

Artificial joint, in particular artificial human hip joint Download PDF

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WO1996004867A1
WO1996004867A1 PCT/EP1995/003164 EP9503164W WO9604867A1 WO 1996004867 A1 WO1996004867 A1 WO 1996004867A1 EP 9503164 W EP9503164 W EP 9503164W WO 9604867 A1 WO9604867 A1 WO 9604867A1
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joint
socket
artificial
head
radii
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PCT/EP1995/003164
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German (de)
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Dietmar Kubein-Meesenburg
Hans NÄGERL
Peter Adam
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Theusner, Joachim
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    • A61F2220/0025Connections or couplings between prosthetic parts, e.g. between modular parts; Connecting elements

Definitions

  • the present invention relates to an artificial joint for replacing in particular human joints, consisting of at least two joint parts with functional surfaces that move towards one another, namely a joint head and an articular socket, the joint having at least three degrees of freedom of movement.
  • the joint In the case of three joint parts, a joint head, a pressure distribution body and a joint socket, the joint has five degrees of freedom.
  • the object of the present invention is to increase the durability of artificial joint parts, in particular of artificial human joints.
  • the functional surfaces of the joint parts are spherical and / or toroidal and / or rotationally symmetrical and are designed in a linear force transmission area between the contacting functional surfaces in the inserted state, ie in the functional position.
  • Rotations ⁇ symmetrical means that there are contours rotated about an axis of rotation.
  • the line-shaped power transmission area can be circular, ellipsoidal, trapezoidal or else horseshoe-shaped.
  • the design of the linear force transmission area is essentially determined by the prevailing, special functional directions.
  • a linear force transmission area is obtained, for example, by contacting a spherically shaped joint surface with a toroidally shaped joint surface or two toroidally shaped joint surfaces.
  • the formation of a line-shaped force transmission area according to the invention brings advantages both with artificial joints with three and with five degrees of freedom.
  • the joint parts can be designed such that access to body fluid is achieved in the center of the joint.
  • such access to body fluid is obtained by forming a hole in the center of the socket. This allows the body's own synovial fluid to penetrate from the center into the joint space between the joint parts. This hole is advantageously circular.
  • the formation of a hole in the socket also has the advantage that after a healing phase in the hole area, the body's own connective tissue and / or cartilaginous structures arise which not only reduce the problem of friction, but also increase the stability of the socket in the pelvis.
  • the relative dimensioning of the radii of curvature of the articular surfaces at the contact point is important. This dimensioning depends on the materials used. With metal-to-metal contact, it can therefore be advantageous that the radii of curvature differ only slightly. The radius difference can be, for example, less than 2% to a few parts per thousand of the larger radius.
  • an artificial joint according to the invention is formed from an artificial joint head 1 and an artificial joint socket 2.
  • the socket 1 is the fossa and the joint head 2 is the condyle.
  • the socket 1 and the joint head 2 form a ball joint with three degrees of freedom, the pivot point of which is P.
  • the radius R x of the joint head 1 and that of the joint socket 2 are virtually the same except for a small gap.
  • a hole 3 can be formed in the joint socket 2 in such a way that the center of the hole 3 lies in the main line of action of the artificial joint in the basic joint position.
  • the main line of action is indicated by XX.
  • the joint socket is of course expanded. Since this natural expansion of the joint socket is relieved of force, because the joint force is distributed over the artificial part of the joint socket 2, lubrication is also possible from the central region of the joint, which supports the formation of a lubricating film on the entire condyle surface. Because at the same time as the wetted area of the joint head is enlarged through the hole, the area of the joint socket to be wetted is significantly reduced, and in particular the respective lubrication path limited. This can significantly reduce wear due to abrasion in the joint.
  • the size of the hole can form 1/6 to 5/6 of the socket area up to its equator, so that the opening angle a can be changed accordingly.
  • the size of the opening angle a depends on the material pairing of the materials of the joint head 1 and the joint socket 2.
  • the shape of the hole 3 is circular in the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, in particular an ellipsoidal, trapezoidal or else horseshoe-shaped hole shape can also be provided. Through this hole 3 there is also a linear force transmission area K L between the joint head
  • the joint shown in FIG. 1 is a ball joint with three degrees of freedom.
  • the present invention can also be used in a joint with five degrees of freedom, as is known from German patent application P 39 08 958.4, reference being made to this patent in its entirety.
  • the illustration in the attached FIG. 2 serves to explain this.
  • the joint shown is between the socket
  • the joint head 1 has a center of rotation M : and the socket 2 has a center of rotation M ; ,
  • the circular, convex cutting contour of the joint head 1 has the radius Ri and the concave, circular sectional contour of the joint socket 2 have the radius R 2 .
  • the pressure distribution body 4 has a thickness D on the extension of the connecting line between M x and M 2 .
  • the pressure distribution body 4 has sliding surfaces 5, 6, the radii of which correspond to those of the adjoining surfaces of the socket 2 and the joint head 1.
  • the radius R of the link axis path of the dimeric link chain with two link axes through the two rotation centers M ⁇ and M 2 is
  • R R 2 - R ⁇ - D
  • the joint socket 2 can have a hole 3 which is designed corresponding to the hole 3 in FIG. 1 and can be arranged accordingly. Furthermore, it is expedient if a hole 7 is also formed in the pressure distribution body 4.
  • This configuration of the socket 2 and the pressure distribution body 4 also lubricates the contact surfaces between the pressure distribution body 4 and the joint head from the center. This ensures a uniform formation of the lubricating film between all surfaces sliding on one another.
  • This design of the joint socket 2 and the pressure distribution body 4 also produces linear force transmission regions in the edge region of the holes between the adjacent joint parts with the reduction in pressure already described at the location of the respective force transmission and the resulting reduced material load.
  • the same parts as in Figs. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.
  • the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour and the radius R : in P.
  • the socket 2 is, seen mathematically, a toroid. Its axis of rotation is X-X.
  • the circular cutting contours with the centers M 21 and M 22 and the associated radii R 2: and R 22 represent mathematically the toroid-producing circle which is rotated about the ration axis XX to produce the toroid surface.
  • R 21 is therefore equal to R 22 :
  • R 2 is therefore the radius of the toroid generating circle.
  • R ⁇ ⁇ R 2 also applies.
  • R ⁇ is an outer torus radius. It is defined by the point on the toroidal surface that has the greatest distance from the axis of rotation XX.
  • the contact line K L is a circle. The associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid.
  • the radius is R 3 .
  • ß is a cone angle to the contact radius R 3 .
  • the joint socket can contain a hole in the lower part which allows the entry of liquid and thus helps to increase the lubrication of the joint.
  • the joint surface of the socket does not necessarily have to be a torus, it can also be the concave surface of another body with rotational symmetry in the sectional view.
  • FIG. 4 shows a variant of the joint design according to FIG. 3.
  • the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour around the pivot point P, the circular cutting contour having the radius R ⁇ around P.
  • the socket 2 represents a toroid. To generate it, the toroid-generating circle is rotated with R 2 about the axis of rotation XX.
  • two convex, circular socket contours 9, 10 with the center points M 21 and M 22 and the radius R 2 are created .
  • the contact line K L is a circle.
  • the associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid.
  • the radius is R 3 .
  • ß is the cone angle to the contact radius R 3 .
  • the joint head 1 is toroidal and the socket 2 is spherical. Their concave, circular arc-shaped cutting contour has the center point P and the radius R 2 .
  • the toroidal joint head 1 has two circular, convex contours with the radii R 1X and R 22 , which are given by the toroid-generating circle R.
  • a hole 3 is again formed in the joint socket 2, specifically in the manner described for FIG. 1.
  • joint head 5 which is drawn in the basic position, represents a ball joint with three degrees of freedom.
  • the joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is simultaneously the geometric center of the socket 2 .
  • the joint head 1 instead of a toroid, another rotationally symmetrical body can be used as the joint head 1.
  • the radius difference ⁇ R (R 2 - R ⁇ ), between the radius R 2 of the spherical socket and the radius R A. of the toroidal joint head is generally small. For example, it can be less than 2% to a few parts per thousand of R 2 .
  • the articular surface of the articulated head 1 does not necessarily have to be a torus. It can also be the concave surface of another body with rotational symmetry in the sectional view.
  • the above statements apply accordingly.
  • both the joint head 1 and the socket 2 are toroidal.
  • both toroids In the basic position (FIG. 6), both toroids have the same axis of rotation XX.
  • the axis of rotation P of this joint is not stationary, as can be seen from FIGS. 6 and 7, with FIG. 7 in a bent position of the joint shows.
  • the joint head 1 shows in the sectional view two convex, circular contours with the center points M 1X and M 12 and the radii R ⁇ rt and R 12 .
  • L 2 is the coupling element between M 21 and M 22 and L x is the coupling element between M X1 and M 12 .
  • ⁇ R 2 and ⁇ R are the connecting rod members. The following applies:
  • this joint has the advantages that the linear contact areas migrate on both joint surfaces. Furthermore, a pumping action for the joint fluid is produced, and there is a stable mechanical equilibrium in the rest position (basic position) and self-stabilization when the individual flexion positions are taken.
  • Both the joint head 1 and the joint socket 2 are designed as toroidal bodies with a common axis of rotation XX in the basic position.
  • the joint socket 2 has two concave, circular contours with the center points M 21 and M 22 and the radii R 21 and R 22 in the sectional view.
  • FIG. 9 shows a variant of FIG. 6, the joint head 1 being designed like the joint head according to FIG. 6. 4 consists of two convex socket areas 9, 10 with the center points M 21 and M 22 of their circular sectional contours with the radii R 21 and R 22 , which are the same size and larger than the radii R u and R 12 .
  • This design enables the linear contact areas to migrate on the joint parts, and a pumping action for the joint fluid is achieved.
  • the joint shows a stable balance in the rest position. It the other sizes known from the above figures also apply here. It is:
  • the joint head 1 corresponds to the design in FIG. 5.
  • the design of the joint socket 2 corresponds to that in FIG. 7.
  • the radii R and R 12 are the same and smaller than the radii R 21 and R 22 of the same size.
  • FIG. 11 A further joint variant of an artificial joint according to the invention is shown in FIG. 11.
  • both the joint head 1 and the joint socket 2 are formed as toroidal bodies.
  • the joint head 1 consists of a toroid such as the joint head in FIG. 5.
  • the concave joint socket 2 represents a toroidal surface of the same type, the generating radius being larger.
  • the joint socket can in turn have a hole 3.
  • the linear contact areas move on both joint parts, and there is a pumping effect for the joint fluid.
  • FIGS. 1, 3-11 have three degrees of freedom of movement.
  • the details given for the embodiment in FIG. 3 apply to the size ratios of the contacting radii in all embodiments.
  • all ball joints can be expanded into a joint with three artificial joint parts by connecting them in series or by inserting a second joint ball. This creates a joint that has five degrees of freedom.
  • mechanical pressure stability of the pressure distribution body is always ensured when the pivot point P of the joint joint pressure joint pressure distribution body lies "above" the pivot point P ⁇ of the partial joint pressure distribution body joint head: a compression force holds the pressure distribution body mechanically stable between the joint head and joint socket .
  • FIGS. 12 and 13 show two exemplary embodiments of such a series connection.
  • FIG. 12 shows a series connection of two ball joints with "linear" force transmission consisting of the types: toroidal joint socket - spherical joint head (FIG. 3) and spherical joint socket - toroidal joint head (FIG. 5).
  • joint socket 2 is the fulcrum of the acetabular ball joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4.
  • the joint surface of the socket 2 is toroidal.
  • the articulating surface of the pressure distribution body 4 is spherical and has the radius R 2 (corresponds to FIG. 3).
  • the articular surface of the pressure distribution body 4 articulating with the joint head 1 is spherical. Its center is ⁇ > j , the associated radio is R x .
  • the articular surface of the articular head 1 is toroidal (corresponds to FIG. 5).
  • joint part 4 can rotate around P TI .
  • Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate about P j .
  • the distance R between the turning centers P :: and P- is constant and represents the chain link of the dimeric link chain. The following applies:
  • the pressure distribution body 4 has only spherical articular surfaces.
  • the contact rings K L2 and K L1 remain stationary on the joint surface of the joint socket 2 and also on that of the joint head 1 when the pressure distribution body 4 and the joint head 1 move. This has the consequence that the force transmission between the pressure distribution body 4 and the joint socket 2 can never hit a central hole in the socket.
  • a hole 3 in the joint surface of the socket has the advantage that synovial fluid can also penetrate into the joint from below. This increases the lubrication.
  • the hole can also be provided for the pressure distribution body.
  • FIG. 13 shows the connection in series of two ball joints with "linear" force transmission of the type: spherical joint socket - toroidal joint head corresponding to FIG. 5.
  • joint socket 2 pressure distribution body 4
  • joint head 1 joint socket 1
  • P XI is the fulcrum of the socket joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4.
  • the joint surface of the socket 2 is spherical and has the radius R 2 .
  • the articulating surface of the pressure distribution body 4 is toroidal.
  • the one with the Joint head 1 articulating joint surface of the pressure distribution body 4 is spherical. Its center is P ⁇ , the associated radius is R.
  • the articular surface of the articulated head 1 is toroidal.
  • joint part 4 can rotate around P n .
  • Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate about P : .
  • the distance R between the centers of rotation P n and P is constant and represents the chain link of the dimeric link chain. The following applies:
  • R R 2 - R j _ - D.
  • D is the minimum distance between the circles around P : ⁇ or P : with the radii R 2 or R :.
  • This cavity is variable in the case of elastic changes in shape under loading / unloading cycles and / or by the corresponding shaping (see FIGS. 6 to 11).
  • the variable cavity creates a suction / pumping effect for liquids that serve to lubricate the joint.
  • closure body 14 shows that it may be expedient to close the hole 3 in the socket 2 by means of a closure body 12, the closure body 12 being screwable into the hole 3, for example.
  • This closure body 12 serves to keep the socket 2 and the hole 3 closed during insertion, so that no bone cement can penetrate into the area of the hole 3, and after the bone cement has been inserted and hardened, the closure body 12 is removed from the region Steering pan 3 unscrewed so that it then hole 3 releases.
  • the closure body 12 can also serve as a positioning aid when inserting the socket.

Abstract

An artificial joint, in particular for replacing human joints, consists of at least two parts with functional surfaces movable in relation to each other. The functional surfaces of the joint parts (1, 2) are spherical, toroidal and/or rotationally symmetrical. In use, i.e. in their operational position, a linear force transmission area KL is formed between the joint parts (1, 2).

Description

Künstliches Gelenk, insbesondere künstliches menschliches HüftgelenkArtificial joint, in particular artificial human hip joint
Die vorliegende Erfindung betrifft ein künstliches Gelenk zum Ersatz insbesondere von menschlichen Gelenken, beste¬ hend aus mindestens zwei Gelenkteilen mit zueinander sich bewegenden Funktionsflächen, und zwar einem Gelenkkopf und einer Gelenkpfanne, wobei das Gelenk mindestens drei Freiheitsgrade der Bewegung besitzt. Im Falle von drei Gelenkteilen, einem Gelenkkopf, einem Druckverteilungs- körper und einer Gelenkpfanne, besitzt das Gelenk fünf Freiheitsgrade .The present invention relates to an artificial joint for replacing in particular human joints, consisting of at least two joint parts with functional surfaces that move towards one another, namely a joint head and an articular socket, the joint having at least three degrees of freedom of movement. In the case of three joint parts, a joint head, a pressure distribution body and a joint socket, the joint has five degrees of freedom.
Bei den bekannten künstlichen Gelenken, insbesondere künstlichen menschlichen Gelenken, besteht grundsätzlich eine geringe Radiusdifferenz zwischen der Gelenkpfanne und dem Gelenkkopf, damit ein Einsetzen des Gelenkkopfes in die Gelenkpfanne möglich ist, so daß ein punktförmiger Kontakt zwischen diesen beiden Gelenkteilen vorhanden ist. Dieser punktförmige Kontakt wird bei Kompression der Gelenkteile durch elastische Verformung der Materialien zu einer kleinen kreisförmigen Fläche erweitert, auf der ein hoher Kontaktdruck herrscht, so daß ein hoher Verschleiß derartig belasteter künstlicher Gelenkteile vorhanden ist. Hieraus resultiert nur eine begrenzte Haltbarkeit der künstlichen Gelenkteile.In the known artificial joints, in particular artificial human joints, there is basically a small radius difference between the joint socket and the joint head, so that the joint head can be inserted into the joint socket so that there is point contact between these two joint parts. This point-like contact is expanded upon compression of the joint parts by elastic deformation of the materials to a small circular area on which there is a high contact pressure, so that such wear is high stressed artificial joint parts is present. This results in a limited durability of the artificial joint parts.
Bei den bekannten künstlichen Gelenken besteht weiter das Problem der Reibung. Da die Gelenke nicht umlaufen, kann sich in der Regel ein hydrodynamischer Flüssigkeitsfilm nicht ausbilden, so daß eine Flüssigkeitsschmierung nicht einsetzt und Trockenreibung gegeben ist. Die Körperflüssig¬ keit kann zudem nur die aus der Gelenkpfanne herausragenden Teile des Gelenkkopfes benetzen. Dies führt zu einem hohen Verschleiß und damit zu einer begrenzten Haltbarkeit der künstlichen Gelenkteile . Außerdem resultiert durch die Trockenreibung ein Abrieb der aneinander gleitenden Flä¬ chen. Die hierdurch erzeugten Fremdpartikel belasten den lebenden Organismus in besonderer Weise.In the known artificial joints there is still the problem of friction. Since the joints do not circulate, a hydrodynamic liquid film cannot usually form, so that liquid lubrication does not start and dry friction is given. The body fluid can also only wet the parts of the joint head that protrude from the joint socket. This leads to high wear and thus to a limited durability of the artificial joint parts. In addition, dry friction results in abrasion of the surfaces sliding against one another. The foreign particles produced in this way place a particular burden on the living organism.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Haltbarkeit künstlicher Gelenkteile, insbesondere von künstlichen menschlichen Gelenken zu erhöhen.The object of the present invention is to increase the durability of artificial joint parts, in particular of artificial human joints.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Funk- tionεflächen der Gelenkteile sphärisch und/oder toroidför- mig und/oder rotationssymmetrisch gestaltet sind und zwischen den kontaktierenden Funktionsflächen im eingesetz¬ ten Zustand, d.h. in der Funktionsstellung, e n linienför- miger Kraftübertragungsbereich ausgebildet ist. Rotations¬ symmetrisch bedeutet, daß um eine Rotationsachse rotierte Konturen vorhanden sind. Hierdurch wird erfindungsgemäß bei gleicher Kraftübertragung der Druck am Ort der Kraftüber¬ tragung punktuell deutlich verringert, woraus eine erheb¬ lich reduzierte Materialbelastung und ein verringerter Materialabrieb folgen. Somit wird erfindungsgemäß die Lebensdauer der künstlichen Gelenkteile beträchtlich erhöht . Der linienförmige Kraftübertragungsbereich kann erfindungsgemäß kreisförmig, ellipsoid, trapezförmig oder aber auch hufeisenförmig ausgebildet sein. Die Ausbildung des linienförmigen Kraftübertragungsbereichs wird im wesentlichen durch die vorherrschenden, besonderen Funk¬ tionsrichtungen bestimmt. Erfindungsgemäß wird ein linien- förmiger Kraftübertragungsbereich beispielsweise dadurch erhalten, daß eine sphärisch gestaltete Gelenkfläche mit einer toroidförmig gestalteten Gelenkfläche oder zwei toroidförmig gestalteten Gelenkflächen miteinander kon¬ taktieren. Die Ausbildung eines linienförmigen Kraftüber¬ tragungsbereichs gemäß der Erfindung erbringt sowohl Vorteile bei künstlichen Gelenken mit drei als auch mit fünf Freiheitsgraden.This is achieved according to the invention in that the functional surfaces of the joint parts are spherical and / or toroidal and / or rotationally symmetrical and are designed in a linear force transmission area between the contacting functional surfaces in the inserted state, ie in the functional position. Rotations¬ symmetrical means that there are contours rotated about an axis of rotation. As a result, according to the invention, the pressure at the point of the force transmission is significantly reduced at the same force transmission, which results in a considerably reduced material load and a reduced material abrasion. Thus, according to the invention Lifespan of the artificial joint parts increased considerably. According to the invention, the line-shaped power transmission area can be circular, ellipsoidal, trapezoidal or else horseshoe-shaped. The design of the linear force transmission area is essentially determined by the prevailing, special functional directions. According to the invention, a linear force transmission area is obtained, for example, by contacting a spherically shaped joint surface with a toroidally shaped joint surface or two toroidally shaped joint surfaces. The formation of a line-shaped force transmission area according to the invention brings advantages both with artificial joints with three and with five degrees of freedom.
Bei der Ausbildung eines Gelenks mit fünf Freiheitsgraden, wie es z.B. aus der deutschen Patentanmeldung P 39 08 958.4 bekannt ist, bei dem zwischen dem Gelenkkopf und der Ge¬ lenkpfanne ein Druckverteilungskörper angeordnet ist, kann die Ausbildung des linienförmigen Kontaktes sowohl zwischen Gelenkpfanne und Druckverteilungskörper als auch zwischen Druckverteilungskörper und Gelenkkopf vorgesehen sein.When forming a joint with five degrees of freedom, such as is known from German patent application P 39 08 958.4, in which a pressure distribution body is arranged between the joint head and the joint socket, the formation of the linear contact can be provided both between the joint socket and the pressure distribution body and between the pressure distribution body and the joint head.
Erfindungsgemäß können die Gelenkteile derart ausgebildet sein, daß ein Zutritt von Körperflüssigkeit im Zentrum des Gelenks erreicht wird. Erfindungsgemäß wird ein solcher Zutritt von Körperflüssigkeit erhalten, dadurch, daß im Zentrum der Gelenkpfanne ein Loch ausgebildet ist . Hier¬ durch kann körpereigene Gelenkflüssigkeit vom Zentrum her in die Gelenkspalte zwischen den Gelenkteilen eindringen. Vorteilhafterweise ist dieses Loch kreisförmig ausgebildet. Bei der Ausbildung eines Gelenkes mit fünf Freiheitsgraden, wie es z.B. aus der deutschen Patentanmeldung P 39 08 958.4 bekannt ist, bei dem zwischen Gelenkkopf und der Ge¬ lenkpfanne ein Druckverteilungskörper angeordnet ist, wird durch die Ausbildung eines Loches in der Gelenkpfanne und im Druckverteilungskörper die zusätzliche Schmierungs- möglichkeit der Gelenkflächen eröffnet. Es wird ein Gleit¬ film erzeugt, der den Abrieb zwischen den Gelenkteilen deutlich verringert . Die Ausbildung eines Loches in der Gelenkpfanne bietet weiterhin den Vorteil, daß nach einer Einheilungsphase in dem Lochbereich körpereigene, bindege- webige und/oder knorpelige Strukturen entstehen, die nicht nur das Reibungsproblem vermindern, sondern auch die Stabilität der Gelenkpfanne im Becken vergrößern.According to the invention, the joint parts can be designed such that access to body fluid is achieved in the center of the joint. According to the invention, such access to body fluid is obtained by forming a hole in the center of the socket. This allows the body's own synovial fluid to penetrate from the center into the joint space between the joint parts. This hole is advantageously circular. When forming a joint with five degrees of freedom, As is known, for example, from German patent application P 39 08 958.4, in which a pressure distribution body is arranged between the joint head and the joint socket, the formation of a hole in the joint socket and in the pressure distribution body opens up the additional possibility of lubrication of the joint surfaces. A sliding film is produced which significantly reduces the wear between the joint parts. The formation of a hole in the socket also has the advantage that after a healing phase in the hole area, the body's own connective tissue and / or cartilaginous structures arise which not only reduce the problem of friction, but also increase the stability of the socket in the pelvis.
Damit die erfindungsgemäße Reduzierung des Kontaktdruckes besonders effektiv ist, kommt es auf die relative Dimensio¬ nierung der Krümmungsradien der Gelenkflächen an der Kontaktstelle an. Diese Dimensionierung hängt von den verwendeten Materialien ab. Bei Metall-Metall-Kontakt kann es deshalb vorteilhaft sein, daß sich die Krümmungsradien nur geringfügig unterscheiden. Die Radiendifferenz kann beispielsweise kleiner als 2% bis einige Promille des größeren Radius sein.So that the reduction in contact pressure according to the invention is particularly effective, the relative dimensioning of the radii of curvature of the articular surfaces at the contact point is important. This dimensioning depends on the materials used. With metal-to-metal contact, it can therefore be advantageous that the radii of curvature differ only slightly. The radius difference can be, for example, less than 2% to a few parts per thousand of the larger radius.
Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen enthalten.Advantageous embodiments of the invention are contained in the subclaims.
Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings.
Es zeigen: Fig. 1 bisShow it: 1 to
Fig. 14 unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen künstlichen Gelenks im Quer¬ schnitt durch den Drehpunkt des jeweiligen Gelenks.14 different exemplary embodiments of an artificial joint according to the invention in cross section through the pivot point of the respective joint.
In Fig. 1 ist zu erkennen, daß ein erfindungsgemäßes künstliches Gelenk aus einem künstlichen Gelenkkopf 1 und einer künstlichen Gelenkpfanne 2 gebildet ist. Bei der Verwendung als künstliches Hüftgelenk für den Menschen ist die Gelenkpfanne 1 die Fossa und der Gelenkkopf 2 der Kondylus. In der dargestellten Ausführungsform bilden die Gelenkpfanne 1 und der Gelenkkopf 2 ein Kugelgelenk mit drei Freiheitsgraden, dessen Drehpunkt P ist. Der Radius Rx des Gelenkkopfes 1 und der der Gelenkpfanne 2 sind bis auf einen geringen Spalt quasi gleich groß. In der Gelenkpfanne 2 kann ein Loch 3 ausgebildet sein, und zwar derart, daß das Zentrum des Loches 3 in der Hauptkraftwirkungslinie des künstlichen Gelenks in der Gelenkgrundstellung liegt. Die Hauptkraftwirkungslinie ist mit X-X angegeben.1 that an artificial joint according to the invention is formed from an artificial joint head 1 and an artificial joint socket 2. When used as an artificial hip joint for humans, the socket 1 is the fossa and the joint head 2 is the condyle. In the embodiment shown, the socket 1 and the joint head 2 form a ball joint with three degrees of freedom, the pivot point of which is P. The radius R x of the joint head 1 and that of the joint socket 2 are virtually the same except for a small gap. A hole 3 can be formed in the joint socket 2 in such a way that the center of the hole 3 lies in the main line of action of the artificial joint in the basic joint position. The main line of action is indicated by XX.
Durch das Loch 3 ist der Zutritt von Körperflüssigkeit von der Beckenseite her gegeben. Außerdem wird durch Auffüllen des Lochs mit Binde- bzw. Knorpelgewebe durch den Einhei- lungsprozeß nach Operation die Gelenkpfanne natürlich er¬ weitert. Da diese natürliche Erweiterung der Gelenkpfanne kraftmäßig entlastet ist, weil die Gelenkkraft sich auf den künstlichen Teil der Gelenkpfanne 2 verteilt, wird auch vom zentralen Bereich des Gelenkes her Schmierung möglich, was die Ausbildung eines Schmierfilms auf der gesamten Kondy- lusoberflache unterstützt. Denn gleichzeitig wird mit der Vergrößerung der benetzten Fläche des Gelenkkopfes durch das Loch die zu benetzende Fläche der Gelenkpfanne deutlich vermindert und besonders die jeweilige Schmierstrecke eingeschränkt. Hierdurch kann die Abnutzung durch Abrieb im Gelenk deutlich verringert werden.Through the hole 3 there is access to body fluid from the pelvic side. In addition, by filling the hole with connective or cartilage tissue through the healing process after the operation, the joint socket is of course expanded. Since this natural expansion of the joint socket is relieved of force, because the joint force is distributed over the artificial part of the joint socket 2, lubrication is also possible from the central region of the joint, which supports the formation of a lubricating film on the entire condyle surface. Because at the same time as the wetted area of the joint head is enlarged through the hole, the area of the joint socket to be wetted is significantly reduced, and in particular the respective lubrication path limited. This can significantly reduce wear due to abrasion in the joint.
Die Größe des Loches kann 1/6 bis 5/6 der Gelenkpfannen¬ fläche bis zu deren Äquator bilden, so daß der Öffnungs- winkel a entsprechend veränderbar ist . Die Größe des Öffnungswinkels a hängt von der Materialpaarung der Mate¬ rialien von dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 ab. Die Form des Loches 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel kreisförmig. Jedoch ist die vorliegende Erfindung hierauf nicht beschränkt, besonders kann auch eine ellipsoide, trapezförmige oder aber auch hufeisenförmige Lochform vorgesehen sein. Durch dieses Loch 3 wird auch ein linien- förmiger Kraftübertragungsbereich KL zwischen dem GelenkkopfThe size of the hole can form 1/6 to 5/6 of the socket area up to its equator, so that the opening angle a can be changed accordingly. The size of the opening angle a depends on the material pairing of the materials of the joint head 1 and the joint socket 2. The shape of the hole 3 is circular in the illustrated embodiment. However, the present invention is not limited to this, in particular an ellipsoidal, trapezoidal or else horseshoe-shaped hole shape can also be provided. Through this hole 3 there is also a linear force transmission area K L between the joint head
1 und der Gelenkpfanne 2 im Randbereich des Loches geschaf¬ fen, und somit der Kraftübertragungsbereich vergrößert. Bei gleicher Kraftübertragung reduziert sich der Druck am Ort der Kraftübertragung, und es resultiert eine deutlich ver¬ ringerte Materialbelastung hieraus.1 and the socket 2 in the edge region of the hole, thus increasing the force transmission region. With the same power transmission, the pressure at the location of the power transmission is reduced, and this results in a significantly reduced material load.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Gelenk handelt es sich um ein Kugelgelenk mit drei Freiheitsgraden. Die vorliegende Erfindung ist aber auch bei einem Gelenk mit fünf Frei¬ heitsgraden anwendbar, wie es aus der deutschen Patentan¬ meldung P 39 08 958.4 bekannt ist, wobei auf dieses Patent im vollen Umfange Bezug genommen wird. Zur Erläuterung dient die Darstellung in der beiliegenden Fig. 2. Bei diesem dargestellten Gelenk ist zwischen der GelenkpfanneThe joint shown in FIG. 1 is a ball joint with three degrees of freedom. However, the present invention can also be used in a joint with five degrees of freedom, as is known from German patent application P 39 08 958.4, reference being made to this patent in its entirety. The illustration in the attached FIG. 2 serves to explain this. The joint shown is between the socket
2 und dem Gelenkkopf 1 ein Druckverteilungskörper 4, ein sogenannter Druckverteilungskörper 4, angeordnet. Der Gelenkkopf 1 besitzt ein Rotationszentrum M: und die Gelenkpfanne 2 ein Rotationszentrum M;. Die kreisförmige, konvexe Schnittkontur des Gelenkkopfes 1 besitzt den Radius Ri und die konkave, kreisförmige Schnittkontur der Ge¬ lenkpfanne 2 den Radius R2. Der Druckverteilungskörper 4 hat eine Dicke D auf der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen Mx und M2. Der Druckverteilungskörper 4 besitzt Gleitflächen 5, 6, deren Radien denjenigen der anliegenden Flächen der Gelenkpfanne 2 und des Gelenkkopfes 1 ent¬ sprechen. Der Radius R der Gelenkachsenbahn der dimeren Gelenkkette mit zwei Gelenkachsen durch die beiden Rota¬ tionszentren Mλ und M2 ist2 and the joint head 1, a pressure distribution body 4, a so-called pressure distribution body 4, is arranged. The joint head 1 has a center of rotation M : and the socket 2 has a center of rotation M ; , The circular, convex cutting contour of the joint head 1 has the radius Ri and the concave, circular sectional contour of the joint socket 2 have the radius R 2 . The pressure distribution body 4 has a thickness D on the extension of the connecting line between M x and M 2 . The pressure distribution body 4 has sliding surfaces 5, 6, the radii of which correspond to those of the adjoining surfaces of the socket 2 and the joint head 1. The radius R of the link axis path of the dimeric link chain with two link axes through the two rotation centers M λ and M 2 is
R = R2 - Rλ - D,R = R 2 - R λ - D,
d.h. R hat einen positiven Betrag, so daß R2 > Rx + D ist.ie R has a positive amount, so that R 2 > R x + D.
Erfindungsgemäß kann die Gelenkpfanne 2 ein Loch 3 auf¬ weisen, das entsprechend dem Loch 3 in Fig. 1 ausgebildet ist und entsprechend angeordnet sein kann. Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn auch im Druckverteilungskörper 4 ein Loch 7 ausgebildet ist.According to the invention, the joint socket 2 can have a hole 3 which is designed corresponding to the hole 3 in FIG. 1 and can be arranged accordingly. Furthermore, it is expedient if a hole 7 is also formed in the pressure distribution body 4.
Durch diese Ausgestaltung der Gelenkpfanne 2 und des Druckverteilungskörpers 4 werden die Kontaktflächen zwi¬ schen dem Druckverteilungskörper 4 und dem Gelenkkopf auch vom Zentrum her geschmiert. Dadurch wird eine gleichförmige Ausbildung des Schmierfilms zwischen allen aufeinander gleitenden Flächen gewährleistet. Durch diese Ausgestaltung der Gelenkpfanne 2 und des Druckverteilungskörpers 4 werden auch linienförmige Kraftübertragungsbereiche im Randbereich der Löcher zwischen den anliegenden Gelenkteilen erzeugt mit der bereits beschriebenen Reduzierung des Druckes am Ort der jeweiligen Kraftübertragung und der damit gewonne¬ nen verringerten Materialbelastung. In den folgenden Figuren sind gleiche Teile wie in Fig. 1 und 2 mit denselben Bezugsziffern versehen.This configuration of the socket 2 and the pressure distribution body 4 also lubricates the contact surfaces between the pressure distribution body 4 and the joint head from the center. This ensures a uniform formation of the lubricating film between all surfaces sliding on one another. This design of the joint socket 2 and the pressure distribution body 4 also produces linear force transmission regions in the edge region of the holes between the adjacent joint parts with the reduction in pressure already described at the location of the respective force transmission and the resulting reduced material load. In the following figures, the same parts as in Figs. 1 and 2 are provided with the same reference numerals.
In Fig. 3 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen künstlichen Gelenks gezeigt. Hierbei ist der Gelenkkopf 1 kugelförmig mit einer kreisförmigen Schnittkontur und dem Radius R: in P ausgebildet. Die Gelenkpfanne 2 ist, ma¬ thematisch gesehen, ein Toroid. Seine Rotationsachse ist X- X. Die kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittelpunkten M21 und M22 und den zugehörenden Radien R2: und R22 stellen mathematisch den das Toroid erzeugenden Kreis dar, der zur Erzeugung der Toroidfläche um die Rationsachse X-X rotiert wird. R21 ist deshalb gleich R22:3 shows an embodiment of an artificial joint according to the invention. Here, the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour and the radius R : in P. The socket 2 is, seen mathematically, a toroid. Its axis of rotation is X-X. The circular cutting contours with the centers M 21 and M 22 and the associated radii R 2: and R 22 represent mathematically the toroid-producing circle which is rotated about the ration axis XX to produce the toroid surface. R 21 is therefore equal to R 22 :
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R2 ist also der Radius des das Toroid erzeugenden Kreises. Weiterhin gilt Rλ < R2. Rτ ist ein äußerer Torusradius . Er ist durch jenen Punkt der Toroidfläche definiert, der den größten Abstand von der Rotationsachse X-X besitzt. Die Kontaktlinie KL ist ein Kreis. Der zugehörige Mittelpunkt liegt auf der Rotationsachse X-X des Toroidε . Der Radius ist R3. ß ist ein Kegelwinkel zum Kontaktradius R3. Die Gelenkpfanne kann im unteren Teil ein Loch enthalten, das den Eintritt von Flüssigkeit erlaubt, und somit die Schmie¬ rung des Gelenkes erhöhen hilft.R 2 is therefore the radius of the toroid generating circle. R λ <R 2 also applies. R τ is an outer torus radius. It is defined by the point on the toroidal surface that has the greatest distance from the axis of rotation XX. The contact line K L is a circle. The associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid. The radius is R 3 . ß is a cone angle to the contact radius R 3 . The joint socket can contain a hole in the lower part which allows the entry of liquid and thus helps to increase the lubrication of the joint.
Dieses Gelenk der Fig. 3, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits¬ graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome¬ trische Mittelpunkt des Gelenkkopfes ist. Weiterhin gilt: Rτ = R2 - (Ra - Rx) sin (ß/2 ) ; R3 = Rα sin (ß/2 ) .3, which is drawn in the basic position, represents a ball joint with three degrees of freedom. The joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is also the geometric center of the joint head. The following also applies: R τ = R 2 - (R a - R x ) sin (ß / 2); R 3 = R α sin (ß / 2).
Der Winkel ß bestimmt Lage und Größe des Kontaktkreises KL. Seine Größe hängt von den gewählten Materialien der Gelenk¬ flächen ab. In der Regel ist ein Winkel ß = 90° besonders vorteilhaft.The angle β determines the position and size of the contact circle K L. Its size depends on the materials chosen for the articular surfaces. As a rule, an angle β = 90 ° is particularly advantageous.
Die Radiendifferenz δ R = (R2 - R , zwischen dem toroid- erzeugenden Radius R2 und dem Radius Rλ der Gelenkkopfkugel ist in der Regel klein. Sie kann z.B. kleiner als 2% bis zu einigen Promille von R2 sein. In dieser Ausführungsform muß die Gelenkfläche der Gelenkpfanne nicht unbedingt ein Toruε sein. Es kann auch die im Schnittbild konkave Oberfläche eines anderen Körpers mit Rotationssymmetrie sein. Auf der Kontaktlinie für die Radiendifferenz δ R zwischen Kugelra¬ dius und Krümmungsradius der Schnittkontur sinngemäß die obigen Aussagen.The radius difference δ R = (R 2 - R, between the toroid-producing radius R 2 and the radius R λ of the joint head ball is generally small. It can be, for example, less than 2% up to a few parts per thousand of R 2. In this In one embodiment, the joint surface of the socket does not necessarily have to be a torus, it can also be the concave surface of another body with rotational symmetry in the sectional view.
In Fig. 4 ist eine Variante zu der Gelenkauεbildung gemäß Fig. 3 dargestellt. Auch hierbei ist wiederum der Gelenk¬ kopf 1 kugelförmig mit einer kreisförmigen Schnittkontur um den Drehpunkt P ausgebildet, wobei die kreisförmige Schnittkontur den Radius Rλ um P besitzt. Die Gelenkpfanne 2 stellt ein Toroid dar. Zu seiner Erzeugung wird um die Rotationsachse X-X der toroiderzeugende Kreis mit R2 rotiert. Im Schnittbild entstehen so zwei konvexe, kreis¬ förmige Pfannenkonturen 9, 10 mit den Mittelpunkten M21 und M22 und dem Radius R2. Die Kontaktlinie KL ist ein Kreis. Der zugehörige Mittelpunkt liegt auf der Rotationsachse X-X des Toroids . Der Radius ist R3. ß ist der Kegelwinkel zum Kontaktradius R3. Dieses Gelenk der Fig. 4, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits¬ graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome¬ trische Mittelpunkt des Gelenkkopfes ist. Verläuft der resultierende Kraftvelitor außerhalb des Winkelbereichs von ß, so verändert sich das Gelenk in ein Gelenk mit fünf Freiheitsgraden. Weiterhin gilt:FIG. 4 shows a variant of the joint design according to FIG. 3. Here again the joint head 1 is spherical with a circular cutting contour around the pivot point P, the circular cutting contour having the radius R λ around P. The socket 2 represents a toroid. To generate it, the toroid-generating circle is rotated with R 2 about the axis of rotation XX. In the sectional view, two convex, circular socket contours 9, 10 with the center points M 21 and M 22 and the radius R 2 are created . The contact line K L is a circle. The associated center lies on the axis of rotation XX of the toroid. The radius is R 3 . ß is the cone angle to the contact radius R 3 . 4, which is drawn in the basic position, represents a ball joint with three degrees of freedom. The joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is also the geometric center of the joint head. If the resulting force adjuster extends outside the angular range of ß, the joint changes into a joint with five degrees of freedom. The following also applies:
Rτ = R2 - (R2 + Rx) • εin(ß/2) ; R3 = R_ sin(ß/2) .R τ = R 2 - (R 2 + R x ) • εin (ß / 2); R 3 = R_ sin (ß / 2).
In Fig. 5 ist eine weitere Alternative eines erfindungs¬ gemäßen künstlichen Gelenks gezeigt. Bei dieser Ausfüh¬ rungsform ist der Gelenkkopf 1 toroidförmig ausgebildet, und die Gelenkpfanne 2 ist kugelförmig. Ihre konkave, kreisbogenförmige Schnittkontur hat den Mittelpunkt P und den Radius R2. Der toroidförmige Gelenkkopf 1 besitzt im Schnittbild zwei kreisförmige, konvexe Konturen mit den Radien R1X und R22, die durch den toroiderzeugenden Kreis R. gegeben εind.5 shows a further alternative of an artificial joint according to the invention. In this embodiment, the joint head 1 is toroidal and the socket 2 is spherical. Their concave, circular arc-shaped cutting contour has the center point P and the radius R 2 . In the sectional view, the toroidal joint head 1 has two circular, convex contours with the radii R 1X and R 22 , which are given by the toroid-generating circle R.
R1 = R1X = R12 (Mittelpunkte Mι:, M12) .R 1 = R 1X = R 12 (centers M ι:, M 12 ).
Hierbei ist R, > R,Here R,> R,
Im übrigen sind die gleichen Radien und Winkel wie in den vorhergehenden Figuren eingezeichnet .Otherwise, the same radii and angles as in the previous figures are shown.
In der Gelenkpfanne 2 ist wiederum ein Loch 3 ausgebildet, und zwar in der zu Fig. 1 beschriebenen Art. Bei dieser Ausführungsform ist der linienförmige Kraftübertragungs- bereich auf dem Gelenkkopf ausgebildet. Es gilt: Rτ = Ru + (R2 - R_ ) sin (ß/2 ) ; R3 = R2 sin (ß/2 ) .A hole 3 is again formed in the joint socket 2, specifically in the manner described for FIG. 1. In this embodiment, the linear force transmission area is formed on the joint head. The following applies: R τ = R u + (R 2 - R_) sin (ß / 2); R 3 = R 2 sin (ß / 2).
Dieses Gelenk der Fig. 5, das in Grundstellung gezeichnet ist, stellt in Funktion ein Kugelgelenk mit drei Freiheits¬ graden dar. Der Gelenkkopf kann sich nur um den Drehpunkt P drehen, der in diesem Beispiel gleichzeitig der geome¬ trische Mittelpunkt der Gelenkpfanne 2 ist. Grundsätzlich gilt auch hier, daß statt eines Toroids auch ein anderer rotationssymmetrischer Körper als Gelenkkopf 1 Verwendung finden kann.5, which is drawn in the basic position, represents a ball joint with three degrees of freedom. The joint head can only rotate about the pivot point P, which in this example is simultaneously the geometric center of the socket 2 . In principle, it also applies here that instead of a toroid, another rotationally symmetrical body can be used as the joint head 1.
Die Radiendifferenz δ R = (R2 - Rλ ) , zwischen dem Radius R2 der kugelförmigen Gelenkpfanne und dem Radius RA. des toroidförmigen Gelenkkopfeε iεt in der Regel klein. Sie kann z.B. kleiner als 2% bis zu einigen Promille von R2 sein.The radius difference δ R = (R 2 - R λ ), between the radius R 2 of the spherical socket and the radius R A. of the toroidal joint head is generally small. For example, it can be less than 2% to a few parts per thousand of R 2 .
In dieser Ausführungsform muß die Gelenkfläche des Gelenk¬ kopfes 1 nicht unbedingt ein Torus sein. Es kann auch die im Schnittbild konkave Oberfläche eines anderen Korpers mit Rotationssymmetrie sein. Auf der Kontaktlinie für d e Radiendifferenz δ R zwischen Kugelradius und Krümmungs¬ radius der Schnittkontur sinngemäß die obigen Ausεagen.In this embodiment, the articular surface of the articulated head 1 does not necessarily have to be a torus. It can also be the concave surface of another body with rotational symmetry in the sectional view. On the contact line for the radius difference δ R between the radius of the sphere and the radius of curvature of the cutting contour, the above statements apply accordingly.
In den Fig. 6 und 7 lεt eine weitere Auεführungεform eines erfindungsgemäßen Gelenks, bestehend aus dem Gelenkkopf 1 und der Gelenkpfanne 2 dargestellt. Hierbei ist sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 toroidförmig gestaltet. Dabei haben in Grundstellung (Fig. 6) beide Toroide dieselbe Rotationsachse X-X. Die Drehachse P dieses Gelenks ist nicht stationär, wie dies aus den Fig. 6 und 7 erkennbar ist, wobei Fig. 7 eine Beugestellung des Gelenkes zeigt. Der Gelenkkopf 1 zeigt im Schnittbild zwei konvexe, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M1X und M12 und den Radien Rιrt und R12. Sie entsprechen dem Kreis Rx = R1X = R12 : das ist wiederum der Kreis, der das Toroid bei Rotation um die Toroidachse X-X erzeugt. Entsprechend zeigt die Schnittfigur der Gelenkpfanne zwei konkave, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M21 und M22 und den Radien R21 und R22. Sie entsprechen dem toroiderzeugenden Kreis R2 = R21 = R22. Die Verbindungslinie der Mittelpunkte M22 und M12 schneidet die Verbindungslinie der Mittelpunkte M21 und M1X in der Drehachse P.6 and 7 show a further embodiment of a joint according to the invention, consisting of the joint head 1 and the joint socket 2. Here, both the joint head 1 and the socket 2 are toroidal. In the basic position (FIG. 6), both toroids have the same axis of rotation XX. The axis of rotation P of this joint is not stationary, as can be seen from FIGS. 6 and 7, with FIG. 7 in a bent position of the joint shows. The joint head 1 shows in the sectional view two convex, circular contours with the center points M 1X and M 12 and the radii R ιrt and R 12 . They correspond to the circle R x = R 1X = R 12 : this in turn is the circle that creates the toroid when it rotates around the toroid axis XX. Accordingly, the sectional figure of the joint socket shows two concave, circular contours with the center points M 21 and M 22 and the radii R 21 and R 22 . They correspond to the toroid generating circle R 2 = R 21 = R 22 . The connecting line of the center points M 22 and M 12 intersects the connecting line of the center points M 21 and M 1X in the axis of rotation P.
L2 ist das Koppelglied zwischen M21 und M22 und Lx ist das Koppelglied zwischen MX1 und M12. δ R2 und δ R: sind die Pleuelglieder. Es gilt:L 2 is the coupling element between M 21 and M 22 and L x is the coupling element between M X1 and M 12 . δ R 2 and δ R : are the connecting rod members. The following applies:
(L2 - L / (2 (R2 - Rj)) = sin(ß/2) .(L 2 - L / (2 (R 2 - R j )) = sin (ß / 2).
δ R2 = δ Rx = δ R.δ R 2 = δ R x = δ R.
Die Ausbildung dieses Gelenks hat die Vorteile, daß die linienförmigen Kontaktbereiche auf beiden Gelenkoberflächen wandern. Weiterhin wird eine Pumpwirkung für die Gelenk- flüεεigkeit erzeugt, und es beεteht ein stabiles mechani¬ sches Gleichgewicht in der Ruhestellung (Grundstellung) und eine Selbεtεtabiliεierung beim Einnehmen der einzelnen Beugestellungen.The formation of this joint has the advantages that the linear contact areas migrate on both joint surfaces. Furthermore, a pumping action for the joint fluid is produced, and there is a stable mechanical equilibrium in the rest position (basic position) and self-stabilization when the individual flexion positions are taken.
In Fig. 8 ist eine weitere Alternative eines erfindungs¬ gemäßen künstlichen Gelenks dargestellt. Hierbei sind sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 als toroidförmige Körper ausgebildet mit gemeinsamer Rotations¬ achse X-X in Grundstellung. Der Gelenkkopf 1 besitzt, im Querschnitt gesehen, zwei konvexe, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten MX1 und M12 und den Radien RX1 und R12. Sie entsprechen dem Kreis R = R1X = R12: das ist wiederum der Kreis, der das Toroid bei Rotation um die Toroidachse X-X erzeugt. Die Gelenkpfanne 2 weist im Schnittbild zwei konkave, kreisförmige Konturen mit den Mittelpunkten M21 und M22 und den Radien R21 und R22 auf. Sie entsprechen dem Kreis R2 = R21 = R22/ mit dem die Toroidfläche erzeugt werden kann. Der Schnittpunkt P der Verbindungslinie M22M12 mit der Ver¬ bindungslinie M21MX1 ist die Drehachεe deε Systems. Die Abstände M22M12 = δ R2 und M21Mι:ι = δ Rx sind gleich groß. Sie sind die Pleuel. Der Vorteil dieser Gelenkvariante besteht darin, daß die linienförmigen Kraftübertragungsbereiche KL auf beiden Gelenkoberflächen wandern und eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit gegeben ist, die wiederum durch das in der Gelenkpfanne ausgebildete Loch 3 , wie schon zu vorstehenden Figuren beschrieben, in das Gelenk eindringen kann. Diese Ausführungsform besitzt jedoch ein instabiles Gleichgewicht in Ruhelage. Es gilt:8 shows a further alternative of an artificial joint according to the invention. Both the joint head 1 and the joint socket 2 are designed as toroidal bodies with a common axis of rotation XX in the basic position. The joint head 1 has, in Cross-section seen, two convex, circular contours with the centers M X1 and M 12 and the radii R X1 and R 12 . They correspond to the circle R = R 1X = R 12 : this in turn is the circle that creates the toroid when it rotates about the toroid axis XX. The joint socket 2 has two concave, circular contours with the center points M 21 and M 22 and the radii R 21 and R 22 in the sectional view. They correspond to the circle R 2 = R 21 = R 22 / with which the toroid surface can be generated. The intersection P of the connecting line M 22 M 12 with the connecting line M 21 M X1 is the axis of rotation of the system. The distances M 22 M 12 = δ R 2 and M 21 M ι: ι = δ R x are the same size. They are the connecting rods. The advantage of this joint variant is that the linear force transmission areas K L migrate on both joint surfaces and there is a pumping action for the joint fluid, which in turn can penetrate into the joint through the hole 3 formed in the joint socket, as already described for the previous figures. However, this embodiment has an unstable equilibrium at rest. The following applies:
(L2 + L / (2 (R2 + R ) = sin(ß/2) .(L 2 + L / (2 (R 2 + R) = sin (ß / 2).
In Fig. 9 ist eine Variante zu Fig. 6 dargestellt, wobei der Gelenkkopf 1 wie der Gelenkkopf gemäß Fig. 6 ausgebil¬ det ist. Die Gelenkpfanne besteht entsprechend der Ausbil¬ dungsform von Fig. 4 aus zwei konvexen Pfannenbereichen 9, 10 mit den Mittelpunkten M21 und M22 ihrer kreisförmigen Schnittkonturen mit den Radien R21 und R22, die gleich groß sind und größer sind als die Radien Ru und R12. Diese Aus¬ bildung ermöglicht ein Wandern der linienförmigen Kontakt¬ bereiche auf den Gelenkteilen, und es wird eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit erreicht. Hierbei weist das Gelenk ein stabiles Gleichgewicht in der Ruhelage auf. Es gelten hier ebenfalls die übrigen aus den obigen Figuren bekannten Größen. Es ist:FIG. 9 shows a variant of FIG. 6, the joint head 1 being designed like the joint head according to FIG. 6. 4 consists of two convex socket areas 9, 10 with the center points M 21 and M 22 of their circular sectional contours with the radii R 21 and R 22 , which are the same size and larger than the radii R u and R 12 . This design enables the linear contact areas to migrate on the joint parts, and a pumping action for the joint fluid is achieved. The joint shows a stable balance in the rest position. It the other sizes known from the above figures also apply here. It is:
^21 = ^22 = ^2 /' ^11 = ^12 = ^1^ 21 = ^ 22 = ^ 2 / ' ^ 11 = ^ 12 = ^ 1
(L2 + L / (2 (R2 + ) = sin(ß/2) .(L 2 + L / (2 (R 2 +) = sin (ß / 2).
In Fig. 10 ist eine weitere Variante eines erfindungs¬ gemäßen künstlichen Gelenks dargestellt. Hierbei ist der Gelenkkopf 1 entsprechend der Ausbildung von Fig. 5. Die Ausbildung der Gelenkpfanne 2 entspricht derjenigen gemäß Fig. 7. Die Radien R und R12 sind gleich und kleiner als die gleich großen Radien R21 und R22. Bei dieεer Ausbildung wird ein Wandern der linienförmigen Kontaktbereiche auf beiden Gelenkteilen bewirkt und eine Pumpwirkung für die Gelenkflüssigkeit erzielt. Hierbei ist jedoch ein instabi¬ les Gleichgewicht in der Ruhestellung gegeben. Es gilt:10 shows a further variant of an artificial joint according to the invention. The joint head 1 corresponds to the design in FIG. 5. The design of the joint socket 2 corresponds to that in FIG. 7. The radii R and R 12 are the same and smaller than the radii R 21 and R 22 of the same size. With this design, the linear contact areas migrate on both joint parts and a pumping effect for the synovial fluid is achieved. Here, however, there is an unstable equilibrium in the rest position. The following applies:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
(L2 - L / (2 • (R2 - R ) = εin(ß/2) .(L 2 - L / (2 • (R 2 - R) = εin (ß / 2).
In Fig. 11 iεt eine weitere Gelenkvariante eines erfin¬ dungsgemäßen künstlichen Gelenks gezeig . Hierbei sind wiederum sowohl der Gelenkkopf 1 als auch die Gelenkpfanne 2 alε toroidförmige Körper auεgebildet . Der Gelenkkopf 1 besteht aus einem Toroid wie er Gelenkkopf in Fig. 5. Die konkave Gelenkpfanne 2 stellt eine Toroidfläche vom glei¬ chen Typ dar, wobei der erzeugende Radius größer ist. Die Gelenkpfanne kann wiederum ein Loch 3 aufweisen. Auch bei dieser Gelenkausbildung wandern die linienförmigen Kon¬ taktbereiche auf beiden Gelenkteilen, und es ist eine Pumpwirkung für die Gelenkflüsεigkeit gegeben. Eε ist ein mechanisch stabileε Gleichgewicht in der Ruheεtellung vorhanden. Eε gilt: R2 - R21 = R22 ; Rx - RX1 - R12 (L2 - Lx) / ( 2 • (R2 - R ) = sin (ß/2 ) .A further joint variant of an artificial joint according to the invention is shown in FIG. 11. Here again, both the joint head 1 and the joint socket 2 are formed as toroidal bodies. The joint head 1 consists of a toroid such as the joint head in FIG. 5. The concave joint socket 2 represents a toroidal surface of the same type, the generating radius being larger. The joint socket can in turn have a hole 3. In this joint design too, the linear contact areas move on both joint parts, and there is a pumping effect for the joint fluid. There is a mechanically stable equilibrium in the rest position. The following applies: R 2 - R 21 = R 22 ; R x - R X1 - R 12 (L 2 - L x ) / (2 • (R 2 - R) = sin (ß / 2).
Alle Varianten der Fig. 1, 3 - 11 haben drei Bewegungs¬ freiheitsgrade. Über die Größenverhältnisse der kontaktie¬ renden Radien gelten bei allen Ausführungsformen die Angaben, die zur Ausführungsform der Fig. 3 gemacht worden sind.All variants of FIGS. 1, 3-11 have three degrees of freedom of movement. The details given for the embodiment in FIG. 3 apply to the size ratios of the contacting radii in all embodiments.
Grundsätzlich können alle Kugelgelenke durch Hinterein¬ anderschaltung oder durch Einfügen eine zweiten Gelenkkugel zu einem Gelenk mit drei künstlichen Gelenkteilen erweitert werden. Damit wird ein Gelenk geschaffen, das fünf Frei¬ heitsgrade besitzt. Hierbei ist immer dann mechanische Druckstabilität des Druckverteilungskörpers gewährleistet, wenn der Drehpunkt P des Teilgelenks Gelenkpfanne-Druck¬ verteilungskörper "oberhalb" des Drehpunkteε Pτ des Teilge¬ lenks Druckverteilungskörper-Gelenkkopf liegt: Eine Kom¬ pressionskraft hält den Druckverteilungkörper mechanisch stabil zwischen Gelenkkopf und Gelenkpfanne.In principle, all ball joints can be expanded into a joint with three artificial joint parts by connecting them in series or by inserting a second joint ball. This creates a joint that has five degrees of freedom. In this case, mechanical pressure stability of the pressure distribution body is always ensured when the pivot point P of the joint joint pressure joint pressure distribution body lies "above" the pivot point P τ of the partial joint pressure distribution body joint head: a compression force holds the pressure distribution body mechanically stable between the joint head and joint socket .
Fig. 12 und Fig. 13 zeigen zwei Ausführungsbeispiele einer solchen Hintereinanderschaltung.FIGS. 12 and 13 show two exemplary embodiments of such a series connection.
In Fig. 12 ist eine Hintereinanderεchaltung zweier Kugelge¬ lenke mit "linienförmiger" Kraftübertragung bestehend aus den Typen: toroidförmige Gelenkpfanne - kugelförmiger Gelenkkopf (Fig. 3) und kugelförmige Gelenkpfanne - toroid- förmiger Gelenkkopf (Fig. 5) dargestellt.FIG. 12 shows a series connection of two ball joints with "linear" force transmission consisting of the types: toroidal joint socket - spherical joint head (FIG. 3) and spherical joint socket - toroidal joint head (FIG. 5).
Es entstehen drei künstliche Gelenkteile: Gelenkpfanne 2, beweglicher Druckverteilungskörper 4, Gelenkkopf 1. PIT ist der Drehpunkt des Gelenkpfannenkugelgelenks, gegeben durch die Gelenkflächen der Gelenkteile 2 und 4. Die Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 ist toroidförmig. Die mit ihr artikulierende Oberfläche des Druckverteilungskörperε 4 ist kugelförmig und hat den Radius R2 (entspricht Fig. 3) . Die mit dem Gelenkkopf 1 artikulierende Gelenkfläche des Druckverteilungskörpers 4 ist kugelförmig. Ihr Mittelpunkt ist Ε>j , der zugehörige Radiuε iεt Rx. Die Gelenkfläche des Gelenkkopfes 1 ist toroidförmig (entspricht Fig. 5) .Three artificial joint parts are created: joint socket 2, movable pressure distribution body 4, joint head 1. P IT is the fulcrum of the acetabular ball joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4. The joint surface of the socket 2 is toroidal. The articulating surface of the pressure distribution body 4 is spherical and has the radius R 2 (corresponds to FIG. 3). The articular surface of the pressure distribution body 4 articulating with the joint head 1 is spherical. Its center is Ε> j , the associated radio is R x . The articular surface of the articular head 1 is toroidal (corresponds to FIG. 5).
Wesentlich für eine mechanisch stabile Konfiguration ist, daß PI( von P:I aus gesehen, zum Gelenkteil 2 hin verschoben liegt, P also "oberhalb" von P:. Dadurch ist es möglich, daß bei kompressivem Kraftschluß Gelenkteil 4 herausge¬ drückt wird.It is essential for a mechanically stable configuration that P I (as seen from P : I , is displaced towards the joint part 2, P thus "above" P :. This makes it possible for the joint part 4 to be pressed out with a compressive frictional connection .
Hält man Gelenkteil 2 fest, so kann Gelenkteil 4 um PTI rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom¬ men, kann dann aber noch zusätzlich um Pj rotieren.If one holds joint part 2, joint part 4 can rotate around P TI . Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate about P j .
Der Abstand R der Drehzentren P:: und P- ist konstant und stellt das Kettenglied der dimeren Gelenkkette dar. Es gilt :The distance R between the turning centers P :: and P- is constant and represents the chain link of the dimeric link chain. The following applies:
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
D iεt der minimale Abstand der Kreise um Pι: bzw. P- mit den Radien R2 bzw. R und damit die minimale Dicke des Druckver¬ teilungskörpers .D iεt the minimum distance of the circles around P ι: or P- with the radii R 2 or R and thus the minimum thickness of the pressure distribution body.
Für die Radien der toroidförmigen Gelenkfläche des Gelenk¬ kopfes 1 und der toroidförmigen Gelenkfläche der Ge¬ lenkpfanne 2 gelten sinngemäß die Formeln der Auεführungs- formen entsprechend Fig. 5 bzw. Fig. 3. Auch für die Dimensionierung der Radienverhältnisse gilt das dort Angemerkte.For the radii of the toroidal articular surface of the joint head 1 and the toroidal articular surface of the socket 2, the formulas of the shape according to FIG. 5 or FIG. 3. The comments made there also apply to the dimensioning of the radius ratios.
Besonderer Vorteil dieser Anordnung: Der Druckverteilungs- körper 4 hat nur kugelförmige Gelenkflächen. Dadurch bleiben die Kontaktringe KL2 und KL1 auf der Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 und auch auf der des Gelenkkopfes 1 ortsfest bei Bewegung des Druckverteilungεkörperε 4 und des Gelenk¬ kopfes 1. Das hat zur Folge, daß die Kraftübertragung zwischen dem Druckverteilungskörper 4 und Gelenkpfanne 2 nie auf ein zentrales Loch in der Gelenkpfanne treffen kann.A particular advantage of this arrangement: the pressure distribution body 4 has only spherical articular surfaces. As a result, the contact rings K L2 and K L1 remain stationary on the joint surface of the joint socket 2 and also on that of the joint head 1 when the pressure distribution body 4 and the joint head 1 move. This has the consequence that the force transmission between the pressure distribution body 4 and the joint socket 2 can never hit a central hole in the socket.
Ein Loch 3 in der Gelenkfläche der Gelenkpfanne hat den Vorteil, daß Gelenkflüssigkeit auch von unten her in das Gelenk eindringen kann. Dadurch wird die Lubrikation erhöht. Das Loch kann auch für den Druckverteilungskörper vorgesehen werden.A hole 3 in the joint surface of the socket has the advantage that synovial fluid can also penetrate into the joint from below. This increases the lubrication. The hole can also be provided for the pressure distribution body.
In Fig. 13 iεt die Hintereinanderschaltung zweier Kugel¬ gelenke mit "linienförmiger" Kraf übertragung vom Typ: kugelförmige Gelenkpfanne - toroidförmiger Gelenkkopf entsprechend Fig. 5 gezeigt.FIG. 13 shows the connection in series of two ball joints with "linear" force transmission of the type: spherical joint socket - toroidal joint head corresponding to FIG. 5.
Es entstehen drei künstliche Gelenkteile: Gelenkpfanne 2, Druckverteilungskörper 4, Gelenkkopf 1.Three artificial joint parts are created: joint socket 2, pressure distribution body 4, joint head 1.
PXI ist der Drehpunkt des Gelenkpfannenkugelgelenks, gegeben durch die Gelenkflächen der Geienkteile 2 und 4. Die Gelenkfläche der Gelenkpfanne 2 ist kugelförmig und hat den Radius R2. Die mit ihr artikulierende Oberfläche des Druckverteilungskörpers 4 ist toroidförmig. Die mit dem Gelenkkopf 1 artikulierende Gelenkfläche des Druckver¬ teilungskörpers 4 ist kugelförmig. Ihr Mittelpunkt ist Pτ, der zugehörige Radius ist R . Die Gelenkfläche des Gelenk¬ kopfes 1 ist toroidförmig.P XI is the fulcrum of the socket joint, given by the joint surfaces of the joint parts 2 and 4. The joint surface of the socket 2 is spherical and has the radius R 2 . The articulating surface of the pressure distribution body 4 is toroidal. The one with the Joint head 1 articulating joint surface of the pressure distribution body 4 is spherical. Its center is P τ , the associated radius is R. The articular surface of the articulated head 1 is toroidal.
Wesentlich für eine mechanisch stabile Konfiguration ist, daß Pτ, von P aus gesehen, zum Gelenkteil 2 hin verschoben liegt. Dadurch ist es unmöglich, daß bei kompressivem Kraftschluß Gelenkteil 4 herausgedrückt wird.It is essential for a mechanically stable configuration that P τ , viewed from P, is displaced towards the joint part 2. As a result, it is impossible for the joint part 4 to be pressed out in the case of compressive frictional connection.
Hält man Gelenkteil 2 fest, so kann Gelenkteil 4 um Pn rotieren. Gelenkteil 1 wird von dieser Rotation mitgenom¬ men, kann dann aber noch zusätzlich um P: rotieren.If joint part 2 is held firmly, joint part 4 can rotate around P n . Joint part 1 is taken along by this rotation, but can then additionally rotate about P : .
Der Abstand R der Drehzentren Pn und P: ist konstant und stellt das Kettenglied der dimeren Gelenkkette dar. Es gilt:The distance R between the centers of rotation P n and P : is constant and represents the chain link of the dimeric link chain. The following applies:
R = R2 - Rj_ - D.R = R 2 - R j _ - D.
D ist der minimale Abstand der Kreise um P bzw. P: mit den Radien R2 bzw. R:.D is the minimum distance between the circles around P : ι or P : with the radii R 2 or R :.
Für die Radien der toroidförmigen Flächen des Gelenkkopfeε 1 und des Druckverteilungεkörpers 4 auf ihrer der Ge¬ lenkpfanne 2 zugewandten Gelenkfläche gelten sinngemäß die Formeln der Fig. 3.The formulas of FIG. 3 apply analogously to the radii of the toroidal surfaces of the joint head 1 and the pressure distribution body 4 on their joint surface facing the joint socket 2.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung entsteht durch die Existenz der beiden artikulierenden Flächen mit einer linienförmigen oder bandförmigen Kontaktfläche, letztere kommt bei elastischem Verhalten der beiden Kontaktkörper zustande, ein Hohlraum, der durch die Kontaktlinie (-Band) abgegrenzt ist .As a result of the configuration according to the invention, the existence of the two articulating surfaces with a linear or band-shaped contact surface, the latter occurring when the two contact bodies behave elastically, creates a cavity which is defined by the contact line (band). is delimited.
Dieser Hohlraum ist veränderlich bei elastischen Form¬ änderungen unter Be-/Entlaεtungszyklen und/oder durch die entsprechende Formgebung (siehe Fig. 6 bis 11) . Durch den veränderlichen Hohlraum kommt eine Saug-/Pumpwirkung für Flüssigkeiten zustande, die der Gelenkεchmierung dienen.This cavity is variable in the case of elastic changes in shape under loading / unloading cycles and / or by the corresponding shaping (see FIGS. 6 to 11). The variable cavity creates a suction / pumping effect for liquids that serve to lubricate the joint.
Die Vielfalt der möglichen Kombination sei durch die Benennung zweier weiterer Anordnungen dokumentiert:The variety of the possible combination is documented by naming two further arrangements:
a) Hintereinanderschaltung zweier Kugelgelenke mit "linienförmiger" Kraftübertragung vom Typ: toroidför¬ mige Fossa - kugelförmiger Kondylus, entsprechend Fig. 3.a) Series connection of two ball joints with "linear" force transmission of the type: toroidal fossa - spherical condyle, corresponding to FIG. 3.
b) Hintereinanderschaltung eines Kugelgelenkε mit "linienförmiger" Kraftübertragung vom Typ: toroid- förmige Fossa - kugelförmiger Kondylus (entsprechend Fig. 3) mit einem "normalen", konventionellen Kugelge¬ lenk, wie es z .Zt . in der Endoprothetik Verwendung findet .b) Series connection of a ball joint with "linear" power transmission of the type: toroidal fossa - spherical condyle (corresponding to FIG. 3) with a "normal", conventional ball joint, as is currently the case. used in arthroplasty.
In Fig. 14 ist dargestellt, daß es zweckmäßig sein kann, das in der Gelenkpfanne 2 befindliche Loch 3 mittels eines Verschlußkörpers 12 zu verschließen, wobei der Verschlu߬ körper 12 in das Loch 3 z.B. einschraubbar iεt. Dieser Verschlußkörper 12 dient dazu, die Gelenkpfanne 2 und das Loch 3 während des Einεetztenε verschlossen zu halten, so daß kein Knochenzement in den Bereich des Loches 3 ein¬ dringen kann und nach dem Einsetzen und Aushärten des Knochenzements wird der Verschlußkörper 12 aus der Ge¬ lenkpfanne 3 herausgedreht, so daß er dann das Loch 3 freigibt. Der Verschlußkörper 12 kann zusätzlich als Positionierungshilfe beim Einsetzen der Gelenkpfanne dienen. 14 shows that it may be expedient to close the hole 3 in the socket 2 by means of a closure body 12, the closure body 12 being screwable into the hole 3, for example. This closure body 12 serves to keep the socket 2 and the hole 3 closed during insertion, so that no bone cement can penetrate into the area of the hole 3, and after the bone cement has been inserted and hardened, the closure body 12 is removed from the region Steering pan 3 unscrewed so that it then hole 3 releases. The closure body 12 can also serve as a positioning aid when inserting the socket.

Claims

AnεprücheClaims
Künstliches Gelenk zum Ersatz insbesondere von mensch¬ lichen Gelenken, bestehend aus mindeεtens zwei Gelenk¬ teilen mit zueinander sich bewegenden Funktionsflä¬ chen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Funktionsflächen der Gelenkteile (1, 2, 4) sphärisch und/oder toroidförmig und/oder rotationssymmetriεch geεtaltet εind und im eingeεetzten Zuεtand, d.h. in deren Funktionsstellung, ein linienförmiger Kraftüber¬ tragungsbereich KL zwischen den Gelenkteilen (1, 2, 4) ausgebildet ist.Artificial joint for replacing in particular human joints, consisting of at least two joint parts with functional surfaces moving towards each other, characterized in that the functional surfaces of the joint parts (1, 2, 4) are spherical and / or toroidal and / or rotationally symmetrical A linear force transmission area K L is formed between the joint parts (1, 2, 4) and in the inserted state, ie in their functional position.
Künstliches Gelenk zum Ersatz insbesondere von mensch¬ lichen Gelenken, bestehend aus mindestens zwei Gelenk¬ teilen mit zueinander sich bewegenden Funktionsfla¬ chen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gelenkteile (1, Artificial joint for replacing in particular human joints, consisting of at least two joint parts with functional surfaces that move towards each other, so that the joint parts (1,
2, 4) sphärisch und/oder toroidförmig und/oder rotationssymmetrisch und derart ausgestaltet sind, daß im eingesetzten Zustand, d.h. in deren Funktionsstellung, ein Zutritt von Körperflüssigkeit im Zentrum des Gelenks erreicht wird.2, 4) spherical and / or toroidal and / or are rotationally symmetrical and are designed such that in the inserted state, ie in their functional position, access to body fluid is achieved in the center of the joint.
3. Künstlicheε Gelenk nach Anεpruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Gelenkpfanne (2) ein Loch (3) auεgebildet iεt, und vorzugεweise derart, daß daε Zentrum des Loches (3) in der Hauptkraftwirkungslinie des künstlichen Gelenkes in der Grundstellung liegt.3. Artificial joint according to claim 1 or 2, so that a hole (3) is formed in the socket (2), and preferably such that the center of the hole (3) lies in the basic force line of action of the artificial joint in the basic position.
4. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gelenkteile auε einem Gelenkkopf (1) und einer Ge¬ lenkpfanne bestehen sowie auε einem zwiεchen der Gelenkpfanne (2) und dem Gelenkkopf (1) gleitend angeordneten Druckverteilungεkörper (4) und im Druck¬ verteilungskörper vorzugsweise ein Loch (7) vorhanden ist, dessen Zentrum insbesondere in der Hauptkraftwir¬ kungslinie des Gelenks in der Grundstellung liegt .4. Artificial joint according to one of claims 1 to 3, characterized in that the joint parts consist of a joint head (1) and a joint socket and also an interposed pressure distribution body (4) between the joint socket (2) and the joint head (1). and there is preferably a hole (7) in the pressure distribution body, the center of which lies in the basic position, in particular in the main line of action of the joint.
5. Künstliches Gelenk nach Anεpruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Größe des Loches (3) in der Gelenkpfanne (2) ein 1/6 bis 5/6 der Gelenkpfannenfläche bis zu deren Äquator beträgt .5. Artificial joint according to claim 3 or 4, so that the size of the hole (3) in the socket (2) is 1/6 to 5/6 of the socket surface up to its equator.
6. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das in der Gelenkpfanne (2) befindliche Loch (3) mit einem Verschlußkörper (12) insbeεondere schraubmäßig ver¬ schließbar ist. 6. Artificial joint according to one of claims 3 to 5, characterized in that the hole (3) located in the joint socket (2) with a closure body (12) is in particular screwable ver¬ closable.
7. Künstliches Gelenk nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gelenkteile aus einem Gelenkkopf (1) und einer Ge¬ lenkpfanne (2) beεtehen sowie aus einem zwischen der Gelenkpfanne (2) und dem Gelenkkopf (1) gleitend angeordneten Druckverteilungskörper (4) , der Gleit¬ flächen (5, 6) besitzt.7. Artificial joint according to claim 1, characterized in that the joint parts consist of a joint head (1) and a joint socket (2) as well as a pressure distribution body (4) slidably arranged between the joint socket (2) and the joint head (1), of the sliding surfaces (5, 6).
8. Künstlicheε Gelenk nach einem der Anεprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Funktionsflächen der Gelenkteile (1, 2, 4) im einge¬ setzten Zustand, d. h. in deren Funktionsεtellung, einen linienförmiger Kraftübertragunεbereich KL zwischen den Gelenkteilen (1, 2, 4) aufweisen.8. Artificial joint according to one of claims 2 to 6, characterized in that functional surfaces of the joint parts (1, 2, 4) in the inserted state, ie in their functional position, have a linear force transmission area K L between the joint parts (1, 2, 4 ) exhibit.
9. Künstlicheε Gelenk nach einem der Anεprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) ein Rotationszentrum yix und die Gelenk¬ pfanne (2) ein Rotationεzentrum M2 besitzen, wobei die kreisförmige, konvexe Schnittkontur des Gelenkkopfes (1) den Radius R: und die konkave, kreisförmige Schnittkontur der Gelenkpfanne (2) den Radius R2 besitzt und der Druckverteilungskörper (4) eine Dicke D auf der Verlängerung der Verbindungslinie zwischen M: und M2 besitzt und der Radius R der Gelenkachsenbahn der dimeren Gelenkkette mit zwei Gelenkachsen durch die beiden Rotationszentren Mx und M2 sich ergibt aus R = R2 - Rx - D, wobei R2 > Rx + D iεt.9. Artificial joint according to one of claims 1 to 8, characterized in that the joint head (1) has a center of rotation yi x and the joint socket (2) has a center of rotation M 2 , the circular, convex cutting contour of the joint head (1) Radius R : and the concave, circular cutting contour of the socket (2) has the radius R 2 and the pressure distribution body (4) has a thickness D on the extension of the connecting line between M : and M 2 and the radius R of the joint axis path of the dimeric joint chain two joint axes through the two centers of rotation M x and M 2 results from R = R 2 - R x - D, where R 2 > R x + D iεt.
10. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 3 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Gelenkpfanne (2) ein Loch (3) auεgebildet iεt, und zwar derart, daß das Zentrum des Loches (3) in der Hauptkraftwirkungslinie des künstlichen Gelenks in der Gelenkgrundstellung liegt, wobei der Lochrand den linienförmigen Kraftübertragungsbereich bildet.10. Artificial joint according to one of claims 3 to 9, characterized in that in the socket (2) a hole (3) is formed, in such a way that the center of the hole (3) in the The main line of action of the artificial joint is in the basic joint position, the edge of the hole forming the linear force transmission area.
11. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß für eine Artikulation zwiεchen dem Gelenkkopf (1) und dem Druckverteilungskörper (4) ein Rotationszentrum Pτ und für die Artikulation zwischen dem Druckverteilungs¬ körper (4) und der Gelenkpfanne (2) ein Rotationszen¬ trum Pn vorhanden iεt, wobei die erste Artikulation einen Radius Rx (Radius der sphärischen Fläche des entsprechenden Gelenkflächenpaares) und die zweite Artikulation einen Radius R2 (Radius der sphärischen Fläche des entsprechenden Gelenkflächenpaares) , deren minimaler Abstand D ist, und wobei der Radius R der Gelenkachsenbahn der dimeren Gelenkkette mit den Gelenkachsen durch die beiden Rotationszentren Px und P sich ergibt aus R = R2 - Rλ - D, wobei R2 > Rλ + D (Fig. 12, 13) .11. Artificial joint according to one of claims 1 to 10, characterized in that for an articulation between the joint head (1) and the pressure distribution body (4) a center of rotation P τ and for the articulation between the pressure distribution body (4) and the socket ( 2) there is a rotation center P n , the first articulation having a radius R x (radius of the spherical surface of the corresponding joint surface pair) and the second articulation a radius R 2 (radius of the spherical surface of the corresponding joint surface pair), the minimum distance D and where the radius R of the articulated axis path of the dimeric articulated chain with the articulated axes through the two centers of rotation P x and P results from R = R 2 - R λ - D, where R 2 > R λ + D (FIGS. 12, 13 ).
12. Künstlicheε Gelenk nach einem der Anεprüche 1 biε 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) kugelförmig mit einer kreiεförmigen Schnittkontur und dem Radiuε Rx um den Drehpunkt P des Gelenks ausgebildet ist und die Gelenkpfanne (2) eine toroidförmige Form aus zwei sich schneidenden, kreis¬ förmigen, konkaven Schnittkonturen mit den Mittel¬ punkten M21 und M22 und den zugehörigen Radien R21 und R22 besitzt, wobei R21 = R22 iεt und R: < R21 iεt. 12. Artificial joint according to one of claims 1 to 11, characterized in that the joint head (1) is spherical with a circular cutting contour and the radius R x around the pivot point P of the joint and the socket (2) has a toroidal shape made up of two has intersecting, circular, concave cut contours with the center points M 21 and M 22 and the associated radii R 21 and R 22 , where R 21 = R 22 is and R : <R 21 is.
13. Künstlicheε Gelenk nach einem der Anεprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) kugelförmig mit einer kreisförmigen Schnittkontur um den Drehpunkt P ausgebildet ist, und den Radius Rx aufweist, sowie daß die Gelenkpfanne (2) als Teil eines Torus auεgebildet iεt, der im Schnitt¬ bild den Radius Rτ aufweist sowie die Gelenkpfanne (2) aus zwei konvexen Pfannenflächen (9, 10) mit kreisför¬ migen Schnittkonturen um die zugehörigen Mittelpunkte M21 und M22 gebildet iεt, wobei die Mittelpunkte M21 und M22 und der Drehpunkt P jeweilε in den Ecken eineε gleichschenkligen Dreiecks liegen und die Grundlinie des Dreiecks durch die Verbindungslinie von M21 und M22 gebildet ist, wobei der Radius R2 der kreisförmigen Schnittkontur der Gelenkpfannenfläche (9, 10) ist und Rx < R2 ist.13. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) is spherical with a circular cutting contour around the pivot point P and has the radius R x , and in that the joint socket (2) is part of a torus iεt, which in the sectional image has the radius R τ and the joint socket (2) is formed from two convex socket surfaces (9, 10) with circular cutting contours around the associated center points M 21 and M 22 , the center points M 21 and M 22 and the fulcrum P each lie in the corners of an isosceles triangle and the base line of the triangle is formed by the connecting line of M 21 and M 22 , the radius R 2 being the circular sectional contour of the socket surface (9, 10) and R x <R 2 .
14. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) toroidförmig ausgebildet iεt und die Gelenkpfanne (2) eine konkave, kreisbogenförmige Schnittkontur um den Drehpunkt P mit dem Radius R2 aufweist, wobei der Gelenkkopf (1) zwei kreisförmige, im Schnitt konvexe Schnittkonturen mit den Radien R1X und R12 um die Mittelpunkte MX1 und M12 besitzt, wobei
Figure imgf000027_0001
14. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) is toroidal and the joint socket (2) has a concave, circular arc-shaped cutting contour around the pivot point P with the radius R 2 , the joint head (1 ) has two circular, convex sectional contours with the radii R 1X and R 12 around the center points M X1 and M 12 , whereby
Figure imgf000027_0001
15. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) und die Gelenkpfanne (2) toroidförmig ausgestaltet sind, wobei die Drehachse P nicht statio¬ när ist und der Gelenkkopf (1) aus zwei konvexen, kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittelpunkten Mxl und M12 sowie den Radien Ru und R12 gebildet ist, wobei Rn = Ri2 ist un^ die Gelenkpfanne (2) aus zwei kon¬ kaven, kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittel¬ punkten M21 und M22 und den Radien R21 und R22 gebildet ist, wobei R21 = R22 ist sowie die Verbindungslinie von M1X und M21 und die Verbindungslinie von M12 und M22 sich im Drehpunkt P schneiden und die Kontaktlinie KL treffen.15. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) and the joint socket (2) are toroidal, the axis of rotation P is not statio¬ nary and the joint head (1) from two convex, circular Cutting contours with the center points M xl and M 12 and the radii R u and R 12 is formed, where R n = R i 2 i st and the joint socket (2) from two concave, circular sectional contours with the center points M 21 and M 22 and the Radii R 21 and R 22 is formed, where R 21 = R 22 and the connecting line of M 1X and M 21 and the connecting line of M 12 and M 22 intersect at the pivot point P and meet the contact line K L.
16. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) und die Gelenkpfanne (2) als toroidför¬ mige Körper ausgebildet sind, wobei der Gelenkkopf (1) im Querschnitt gesehen aus zwei kreisförmigen Schnitt- konturen mit den Mittelpunkten Mlx und M12 und den zugehörigen Radien RX1 und R12 gebildet ist und die Ge¬ lenkpfanne (2) aus zwei konkaven, kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittelpunkten M21 und M22 beεteht und die Radien R21 und R22 aufweist, wobei diese gleich groß sind und größer sind als die Radien R12 und Rllt die wiederum gleich groß sind und die Verbindungs¬ linie von MX1 und M21 und die Verbindungslinie von M12 und M22 sich im Drehpunkt P schneien und die Konktakt- linie KL treffen.16. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) and the joint socket (2) are designed as a toroidal body, the joint head (1) seen in cross section from two circular cut contours the center points M lx and M 12 and the associated radii R X1 and R 12 are formed and the joint socket (2) consists of two concave, circular sectional contours with the center points M 21 and M 22 and has the radii R 21 and R 22 , these being the same size and being larger than the radii R 12 and R 11, which in turn are the same size and the connecting line of M X1 and M 21 and the connecting line of M 12 and M 22 intersect at the pivot point P and the contact - meet line K L.
17. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) und die Gelenkpfanne (2) als toroidför¬ mige Körper ausgebildet sind, wobei der Gelenkkopf (1) aus zwei konvexen, kreisförmigen Schnittkonturen mit den Mittelpunkten Mu und M12 sowie den Radien RX1 und R12 gebildet ist, wobei R1X = R12 iεt und die Gelenkpfan¬ ne (2) aus zwei konvexen Pfannenbereichen (9, 10) mit den Mittelpunkten M21 und M22 ihrer kreisförmigen Schnittkonturen und den Radien R21 und R22 gebildet ist, wobei R21 und R22 gleich groß und größer sind als die Radien RX1 und R12.17. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) and the joint socket (2) are designed as a toroidal body, the joint head (1) consisting of two convex, circular sectional contours with the center points M u and M 12 and the radii R X1 and R 12 are formed, R 1X = R 12 being and the joint socket (2) comprising two convex socket regions (9, 10) the center points M 21 and M 22 of their circular sectional contours and the radii R 21 and R 22 are formed, wherein R 21 and R 22 are the same size and larger than the radii R X1 and R 12 .
18. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) und die Gelenkpfanne (2) als toroidför¬ mige Körper ausgebildet sind, wobei der Gelenkkopf (1) zwei kreisförmige, im Schnitt konvexe Schnittkonturen mit den Radien R1X und R12 um die Mittelpunkte MX1 und M12 besitzt und die Gelenkpfanne (2) aus zwei konvexen Pfannenbereichen (9, 10) mit den Mittelpunkten M21 und M22 mit den Radien R21 und R22 gebildet ist, die gleich groß sind, wobei die Radien R1X und R12 gleich groß und kleiner als die gleich großen Radien R21 und R22 sind.18. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) and the joint socket (2) are designed as a toroidal body, the joint head (1) having two circular, convex sectional contours with the radii R 1X and R 12 has around the center points M X1 and M 12 and the joint socket (2) is formed from two convex socket regions (9, 10) with the center points M 21 and M 22 with the radii R 21 and R 22 , which are the same are large, the radii R 1X and R 12 being the same size and smaller than the equally large radii R 21 and R 22 .
19. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Gelenkkopf (1) und die Gelenkpfanne (2) als toroidför¬ mige Körper ausgebildet sind, wobei der Gelenkkopf (1) aus einer Schnittkontur mit den beiden Mittelpunkten M1X und M12 und den Radien R1X und R12 besteht, wobei Ru und R12 gleich groß sind sowie die Gelenkpfanne (2) zwei kreisförmige Schnittkonturen mit den Mittel¬ punkten M21 und M22 und den Radien R21 und R22 besitzt, die gleich groß sind, sowie sich die Verbindungslinie Mn, M21 mit der Verbindungslinie M12, M22 im Drehpunkt P schneidet und diese Verbindungslinien auf den Kontaktflächen die Berührungslinie KL treffen. 19. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that the joint head (1) and the joint socket (2) are designed as a toroidal body, the joint head (1) from a cutting contour with the two center points M 1X and M 12 and the radii R 1X and R 12 , where R u and R 12 are of the same size and the joint socket (2) has two circular sectional contours with the center points M 21 and M 22 and the radii R 21 and R 22 , which are the same size, as well as the connecting line M n , M 21 intersects with the connecting line M 12 , M 22 at the pivot point P and these connecting lines meet the contact line K L on the contact surfaces.
20. Künstliches Gelenk nach einem der Ansprüche 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sowohl die Gelenkpfanne (2) als auch der Gelenkkopf (1) toroidförmig gestaltet sind, und daß der Druckver¬ teilungskörper (4) zwei sphärische Gleitflächen (5, 6) aufweist. 20. Artificial joint according to one of claims 1 to 12, characterized in that both the socket (2) and the joint head (1) are toroidal, and that the pressure distribution body (4) has two spherical sliding surfaces (5, 6) .
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