DE102012021034B4 - Schraube für osteosynthetische Fixierungen unter variablem Winkel - Google Patents

Abstract

Schraube (1) für osteosynthetische Fixierungen, umfassend einen Schraubenkopf (2) mit einem Kopfgewinde (2) und einer ersten randseitigen Ausnehmung (4), wobei eine zentrische Längsachse (40) der Ausnehmung (4) relativ zu einer zentrischen Längsachse (300) der Schraube (1), welche die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems mit x-Achse [1, 0, 0], y-Achse [0, 1, 0] und z-Achse [0, 0, 1] definiert, in Richtung der x-Achse beabstandet und koaxial zu einer Richtung [sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β] oder [cos α · sin β, -sin α, cos α · cos β] mit 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2° und -20° ≤ β ≤ 20° angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) einen Schaft (3) mit einem Schaftgewinde aufweist und die Steigung des Schaftgewindes gleich der Steigung des Kopfgewindes (2) ist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schraube für osteosynthetische Fixierungen, umfassend einen Schraubenkopf mit einem Kopfgewinde und mindestens einer ersten randseitigen Ausnehmung. Die randseitige Ausnehmung schneidet ein Segment aus einem oder mehreren der Gewindekanten des Kopfgewindes.
• Schrauben für osteosynthetische Fixierungen sind aus dem Stand der Technik bekannt und werden in Verbindung mit Knochenplatten, die Bruchstellen eines Knochens überbrücken, verwendet. Die Schrauben umfassen üblicherweise einen zylindrischen Schaft und einen konischen Kopf, die jeweils mit einem Gewinde ausgestattet sind. Der Schaft dient zur Fixierung der Schraube im Knochen und ist zweckmäßig mit einem Schneidgewinde ausgerüstet. Der Schraubenkopf dient zur Fixierung in der Knochenplatte, die hierfür mit Bohrungen mit einem zum Gewinde des Kopfes passenden Innengewinde ausgestattet ist. Die Bohrungen und Innengewinde sind zumeist senkrecht zur Knochenplatte bzw. koaxial zur Flächennormale der Knochenplatte ausgerichtet, so dass beim freien Eindrehen des Kopfes der Schraube - d.h. ohne Knochen - in das Innengewinde einer Bohrung der Knochenplatte die Längsachse der Schraube senkrecht bzw. in einem Winkel von 90 Grad zur Oberfläche der Knochenplatte ausgerichtet ist.
• In einigen osteosynthetische Behandlungssituationen, beispielsweise bei Frakturen mit kleinen Knochenfragmenten ist es vorteilhaft, wenn die Schrauben relativ zur Knochenplatte in einem variablen, nicht-koaxialen, d.h. von 90 Grad abweichenden Winkel fixiert werden können. Hierfür ist es denkbar, die Innengewinde der Bohrungen der Knochenplatte während der osteosynthetischen Behandlung unter dem gewünschten Winkel mittels eines Gewindeschneiders anzufertigen. Aus verschiedenen Gründen, insbesondere jedoch wegen der hierfür erforderlichen Drehmomente und des damit einhergehenden Risikos einer Fehlpositionierung oder Schädigung von Knochenteilen sowie der Erzeugung von Metallspänen ist diese Methode nicht praktikabel.
• Um das vorstehende Problem zu lösen, schlägt das Patent DE 43 43 117 C2 eine Schraube und eine Knochenplatte vor, wobei der Kopf der Schraube ein Kopfgewinde und die Knochenplatte Bohrungen mit Innengewinde aufweisen und das Kopfgewinde und/oder das Innengewinde der Bohrungen mit Ausnehmungen ausgestattet sind. Die Ausnehmungen unterbrechen Gewindekanten des Kopfgewindes und/oder des Innengewindes und teilen die Gewindekanten in Segmente. Die Ausnehmungen bzw. gewindefreien Bereiche erleichtern den Eingriff des Kopfgewindes in das Innengewinde der Knochenplatte, wenn die Schraube bzw. deren Kopf unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel in die Bohrung der Knochenplatte eingedreht wird.
• Die bekannten Vorrichtungen für osteosynthetische Fixierungen verursachen beim Eindrehen des Schraubenkopfes in die Knochenplatte unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel Kippmomente, die insbesondere bei kleinen Knochenfragmenten eine Fehlpositionierung oder Schädigung von Knochengewebe verursachen können.
• DE 10 2010 038 949 A1 offenbart eine Osteosynthesevorrichtung mit einer Knochenplatte und wenigstens einer Knochenschraube, wobei die Knochenplatte wenigstens eine Gewindebohrung aufweist und die Knochenschraube mit einem Schraubenkopf versehen ist, der ein Außengewinde aufweist, die Gewindebohrung ein mehrgängiges Innengewinde und die Knochenschraube ein eingängiges Außengewinde umfasst.
• WO 2009/114389 A2 beschreibt ein Knochenfixierungssystem mit einer Knochenplatte und Knochenschrauben, wobei die Knochenplatte Öffnungen aufweist, die für die paarweise Aufnahme von relativ zueinander geneigten Knochenschrauben konfiguriert sind und der Kopf einer oder mehrerer Knochenschrauben mit einer Paarungs-Fase ausgestattet ist.
• US 2007/0083207 A1 betrifft eine Knochenfixierung mit einer Knochenschraube, deren Schaft und Kopf jeweils mit mehreren Außengewinden ausgerüstet sind, wobei die Außengewinde des Kopfes mehrere Schlitze aufweisen und Längsachsen der Schlitze relativ zu einer Längsachse des Schaftes geneigt sind.
• Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Schraube zu schaffen, bei welcher die Kippmomente bei nicht senkrechter osteosynthetischer Fixierung gegenüber dem Stand der Technik reduziert sind. Zudem soll das zum nicht senkrechten Eindrehen des Schraubenkopfes in die Bohrung der Knochenplatte erforderliche Drehmoment verringert sein.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schraube, umfassend einen Schraubenkopf mit einem Kopfgewinde und mindestens einer ersten randseitigen Ausnehmung, wobei eine zentrische Längsachse der Ausnehmung relativ zu einer zentrischen Längsachse der Schraube, welche die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems mit x-Achse (1, 0, 0), y-Achse (0, 1, 0) und z-Achse (0, 0, 1) definiert, in Richtung der x-Achse beabstandet und koaxial zu einer Richtung (sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β) oder (cos α · sin β, -sin a, cos α · cos β) mit 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2° und -20° ≤ β < 20° angeordnet ist, die Schraube einen Schaft mit einem Schaftgewinde aufweist und die Steigung des Schaftgewindes gleich der Steigung des Kopfgewindes ist.
• Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schraube sind dadurch gekennzeichnet, dass:
• - die Ausnehmung in eine oder mehrere, vorzugsweise zwei bis acht und insbesondere zwei bis sechs Gewindekanten des Kopfgewindes eingreift;
• - die Ausnehmung in den Kern des Kopfgewindes eingreift;
• - die Gestalt der Ausnehmung durch den Schnitt eines zylinderartigen Körpers mit dem Schraubenkopf bestimmt ist, wobei der zylinderartige Körper eine kreisförmige, elliptische oder polygonale, insbesondere dreieckige Grundfläche und eine zu der Richtung (sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β) oder (cos α · sin β, -sin α, cos α · cos β) mit 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2° und -20° ≤ β ≤ 20° koaxiale Längsachse hat.
• - das Kopfgewinde einen Steigungswinkel δ mit $$\text{tan }\mathrm{\delta }=\text{Gewindesteigung / Gewindeumfang}$$
  
  aufweist und die zentrische Längsachse der Ausnehmung mit der Achse (0, cos δ, sin δ) einen Winkel von 60° bis 85° einschließt;
• - der Schraubenkopf weitere Ausnehmungen mit zentrischen Längsachsen umfasst, wobei mindestens eine der Längsachsen durch eine eine optionale Translation in Richtung der x-Achse und eine Rotation R_z(γ) mit $${\text{R}}_{\text{z}}\left(\mathrm{\gamma }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos}\mathrm{\gamma }& -\text{sin}\mathrm{\gamma }& 0\\ \text{sin}\mathrm{\gamma }& \text{cos}\mathrm{\gamma }& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$$
  
und 0° < γ < 360° auf eine oder mehrere der anderen Längsachsen abbildbar ist;
• - der Schraubenkopf n Ausnehmungen umfasst, wobei n eine natürliche Zahl von 2 bis 10, vorzugsweise von 2 bis 6 ist und die Längsachsen aller Ausnehmungen rotationssymmetrisch um die z-Achse in Winkelabständen von m × 360° / n, mit m gleich einer natürlichen Zahl von 1 bis (n-1), zueinander angeordnet sind;
• - der Schraubenkopf zwei oder mehrere Ausnehmungen umfasst, deren Längsachsen in jeweils voneinander verschiedenen Winkeln zur Längsachse der Schraube geneigt sind;
• - das Kopfgewinde einen, zwei, drei oder vier Gewindegänge und vorzugsweise drei Gewindegänge aufweist;
• - der Schraubenkopf und das Kopfgewinde nach Art eines konischen Kegelstumpfes mit einem Konuswinkel von 0 bis 20 Grad ausgebildet sind; und/oder
• - die Schrauben aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.
• Das Kopfgewinde und das Schaftgewinde können rechts- oder linksdrehend ausgebildet sein, wobei die rechtsdrehende Ausführungsform bzw. Chiralität bevorzugt ist.
• Im Fall, dass der Schraubenkopf und das Kopfgewinde die Kontur eines Kegelstumpfes aufweisen, sind der Gewindeumfang und Steigungswinkel δ des Kopfgewindes nicht konstant. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird dann in die Beziehung $$\text{tan }\mathrm{\delta }=\text{Gewindesteigung / Gewindeumfang}$$

  

  der Gewindeumfang auf halber Höhe des Kopfgewindes eingesetzt. Die bei dieser näherungsweisen Berechnung resultierende Abweichung von dem tatsächlichen Steigungswinkel δ ist bei kleinem Konuswinkel vernachlässigbar.
• Gemäß einer nicht beanspruchten zweiten, funktionell äquivalenten Ausführung der Erfindung umfasst eine Schraube einen Schraubenkopf mit einem Kopfgewinde und einer bis zehn, vorzugsweise zwei bis sechs randseitigen Ausnehmungen, wobei die Ausnehmungen schraubenartig ausgebildet sind und bezogen auf eine zentrische Längsachse der Schraube einen spiralförmigen Verlauf aufweisen. Die schraubenartigen Ausnehmungen entsprechen den Gewinderillen eines ein- bis zehngängigen, vorzugsweise zwei- bis sechsgängigen Gewindes mit einer Steigung, die um einen Faktor im Bereich von 5 bis 30, insbesondere 5 bis 20 größer ist als die Steigung des Kopfgewindes. Mit zunehmender Steigung geht die Gestalt der schraubenartigen Ausnehmungen gemäß der zweiten Ausführungsform fließend in die Gestalt der Ausnehmungen gemäß der ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform über.
• Bevorzugt haben die schraubenartigen Ausnehmungen gemäß der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform den gleichen Drehsinn bzw. die gleiche Chiralität wie das Kopfgewinde.
• Weiterbildungen der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind analog zu der ersten Ausführungsform gestaltet und dadurch gekennzeichnet, dass:
• - die Ausnehmungen in eine oder mehrere, vorzugsweise zwei bis acht und insbesondere zwei bis sechs Gewindekanten des Kopfgewindes eingreifen;
• - die Ausnehmungen in den Kern des Kopfgewindes eingreifen;
• - der Schraubenkopf n Ausnehmungen umfasst, wobei n eine natürliche Zahl von 2 bis 10, vorzugsweise von 2 bis 6 ist und die Längsachsen aller Ausnehmungen rotationssymmetrisch um die z-Achse in Winkelabständen von m × 360° / n, mit m gleich einer natürlichen Zahl von 1 bis (n-1), zueinander angeordnet sind;
• - das Kopfgewinde einen, zwei, drei oder vier Gewindegänge und vorzugsweise drei Gewindegänge aufweist;
• - die Schraube einen Schaft mit einem Schaftgewinde aufweist und die Steigung des Schaftgewindes gleich der Steigung des Kopfgewindes ist;
• - der Schraubenkopf und das Kopfgewinde nach Art eines konischen Kegelstumpfes mit einem Konuswinkel von 0 bis 20 Grad ausgebildet sind; und/oder
• - die Schrauben aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.
• Bevorzugt weisen das Kopfgewinde, die Ausnehmungen sowie das Schaftgewinde eine rechtsdrehende Chiralität auf.
• Im Weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung für osteosynthetische Fixierungen, umfassend mindestens eine Schraube mit einem Kopfgewinde mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen sowie eine Platte mit mindestens einer Bohrung zur Aufnahme der Schraube, wobei die Bohrung mit einem Innengewinde ausgestattet ist.
• Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind dadurch gekennzeichnet, dass:
• - das Innengewinde der Bohrung passend zu dem Kopfgewinde der Schraube ausgebildet ist; und/oder
• - die eine oder mehrere Bohrungen koaxial zur Flächennormale bzw. senkrecht zu der Platte angeordnet sind.
• Die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäßen Schraube gegenüber den im Stand der Technik bekannten Schrauben werden bei vergleichbarem Ausnehmungsgrad erzielt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff „Ausnehmungsgrad“ eine Zusammenstellung von zwei Maßzahlen (i) Gewindeunterbrechung in Prozent bezogen auf die Gesamtlänge des Kopfgewindes und (ii) Ausnehmungsvolumen in Prozent bezogen auf das Volumen des Schraubenkopfes ohne Ausnehmungen. Die Bezugsgrößen der Maßzahlen (i) und (ii) können in guter Näherung anhand der folgenden Gleichungen berechnet werden: $$\text{Gesamtl}\ddot{\text{a}}\text{nge Kopfgewinde}=\text{Zahl der Gewindekanten}\times \text{Mittendurchmesser}\times \mathrm{\pi }\text{;}$$

  

  $$\text{Volumen Kopfgewinde}={\left(\times \text{ Mittendurchmesser}\right)}^2\times \mathrm{\pi }\times \text{ gesamte Gewindeh}\ddot{\text{o}}\text{he ;}$$

  

  wobei der Mittendurchmesser (nachfolgend Mitten-∅) eines konischen Schraubenkopfes bzw. Kopfgewindes dem Mittelwert der Außen- und Kerndurchmesser an der unteren und oberen Begrenzungsfläche des konischen Kopfgewindes entspricht, d.h. $$\text{Mitten}-\varnothing \left(\text{Au}\text{en}-\varnothing \text{unten}+\text{Kern}-\varnothing \text{ unten}+\text{Au}\text{en}-\varnothing \text{ oben}+\text{Kern}-\varnothing \text{oben}\right)/4$$

  
• Der Mittendurchmesser wird in Fachkreisen wahlweise auch als Flankendurchmesser bezeichnet.
• Die Länge der Gewindeunterbrechungen kann mittels geeigneter Messgeräte, beispielsweise einer Schieblehre bestimmt werden. Um das Volumen einer Schraube bzw. eines Schraubenkopfes zu messen, werden bekannte Verfahren und Instrumente eingesetzt, insbesondere die volumetrische Verdrängung von Wasser. Überdies stehen für die präzise dreidimensionale Vermessung von Oberflächentopographien zahlreiche, in der Industrie seit langem gebräuchliche Geräte zur Verfügung. Hierbei handelt es sich um mechanische Tastschnittgeräte, Laserscanner und scannende Mikroskope mit automatischer Fokussierung oder Konfokaloptik, wie u.a. des Typs MARSURF XR 20, Zeiss LSM 700, Leica DCM 3D, FRT MicroProf, Keyence VHX-600, nanofocus µsurf explorer oder Mitutoyo Quick Vision 365. Insbesondere Konfokalmikroskope bieten eine laterale und vertikale Auflösung von unter 1 µm bzw. von unter 20 nm. Der Scanvorgang einschließlich Bildfeld-Anfügung, die Aufzeichnung und die Auswertung der Messsignale werden bei derartigen Instrumenten softwaregestützt und vollautomatisch durchgeführt. Die Systeme sind mit einem PC mit 3D-Bildauswertungs-Software ausgerüstet, mit der alle relevanten topographischen Parameter einschließlich der Volumina ausgewählter Bereiche ermittelt werden können. Sofern für die jeweilige Schraube bzw. den Schraubenkopf CAD-Daten vorliegen, können ausgewählte Volumina numerisch mittels eines der zahlreichen verfügbaren Softwareprogramme berechnet werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine perspektivische Ansicht einer Schraube nach dem Stand der Technik mit einem Schraubenkopf mit einem Kopfgewinde mit einer koaxialen Ausnehmung;
• 2 eine Schnittansicht eines Kopfgewindes mit drei Gewindegängen;
• 3a - 4b perspektivische Ansichten von Schrauben mit Ausnehmungen, deren Achse relativ zur Schraubenachse geneigt ist;
• 5 eine Schraube mit vier relativ zur Schraubenachse geneigten Ausnehmungen;
• 6 eine Schraube mit acht relativ zur Schraubenachse unter verschiedenem Winkel geneigten Ausnehmungen;
• 7 eine schematische Ansicht eines Schraubenkopfes mit sechs, relativ zur Schraubenachse geneigten Ausnehmungen;
• 8 einen Schraubenkopf mit vier schraubenförmig ausgebildeten Ausnehmungen;
• 9 eine Knochenplatte mit Schrauben; und
• 10a-c Walzvorrichtungen zum Formen von Gewinden.
• 1 zeigt eine Schraube 11 aus dem Stand der Technik, insbesondere gemäß dem Patent Patent DE 43 43 117 C2 . Die Schraube 11 umfasst einen konischen Schraubenkopf 12 mit einem Kopfgewinde sowie einen zylindrischen Schaft 13, der ebenfalls mit einem Gewinde ausgestattet ist. Der Schaft 13 dient zur Fixierung der Schraube in einem Knochen und ist zweckmäßig mit einem Schneidgewinde ausgerüstet. Der Schraubenkopf 12 dient zur Fixierung in einer metallischen Knochenplatte, die hierfür mit Bohrungen mit einem zum Kopfgewinde 12 passenden Innengewinde ausgestattet ist. Das Kopfgewinde 12 ist durch eine Ausnehmung 14 unterbrochen, welche das Eindrehen und Fixieren des Kopfes 12 in einer Bohrung einer Knochenplatte unter einem von 90 Grad abweichenden Winkel begünstigt. Die Gestalt der Ausnehmung 14 ist durch den Schnitt eines gedachten zylinderartigen Körpers mit dem Schraubenkopf 12 bestimmt. Vorzugsweise hat hat der zylinderartige Körper eine kreisförmige, elliptische oder polygonale, insbesondere dreieckige Grundfläche, wie in 1 durch die Kreisflächen 141 und 142 angedeutet. Der zylinderartige Körper wird gebildet, indem die Grundfläche 142 entlang einer Längsachse 140 extrudiert wird. Die Kreisflächen 142 und 141 bilden somit eine untere und obere Begrenzung eines gedachten Zylinders mit Längsachse 140.
• Im Weiteren ist in 1 ein Koordinatensystem mit x-Achse 100, y-Achse 200 und z-Achse 300 dargestellt, wobei die z-Achse 300 eine zentrische Längsachse der Schraube 11 bildet. Die Längsachse 140 der Ausnehmung 14 ist koaxial zur zentrischen Längsachse der Schraube 11 bzw. zur z-Achse 300 und bezogen auf diese in Richtung der x-Achse versetzt angeordnet. Da die z-Achse 300 die zentrische Längsachse der Schraube 11 repräsentiert, entspricht ein Versatz in Richtung der x-Achse 100 einem radialen Abstand von der zentrischen Längsachse der Schraube 11. Der Versatz in Richtung der x-Achse 100 bestimmt das Schnittvolumen des gedachten zylinderartigen Körpers mit dem Schraubenkopf 12 und damit die Gestalt der Ausnehmung 14. Je kleiner der Versatz bzw. radiale Abstand der Achse 140 von der z-Achse 300, desto größer ist das Schnittvolumen bzw. die Ausnehmung 14.
• 2 zeigt eine Schnittansicht einer Schraube mit einigen Bezeichnungen, die im vorliegenden Anmeldungstext zur Beschreibung erfindungsgemäßer Schrauben verwendet werden. Die in 2 dargestellte Schraube hat ein Kopfgewinde mit drei Gewindegängen, wobei jeder der drei Gewindegänge die gleiche Steigung S aufweist. Im Weiteren hat die Schraube einen Schaft mit einem eingängigen Schaftgewinde mit Steigung S, d.h. mit der gleichen Steigung wie das Kopfgewinde bzw. jeder der drei Gewindegänge des Kopfgewindes. Das Kopfgewinde erfindungsgemäßer Schrauben weist ein bis vier und vorzugsweise drei Gewindegänge auf. Zudem kann gemäß der Erfindung auch das Schaftgewinde mehr als einen Gewindegang aufweisen.
• Im Weiteren sind in 2 die Gewindekante des dritten Gewindegangs, die Gewinderille zwischen erstem und zweitem Gewindegang, ein Kerndurchmesser, ein Außendurchmesser sowie der Konuswinkel des Schraubenkopfes und Kopfgewindes angezeigt. Der Schraubenkopf und das Kopfgewinde 2 haben eine einhüllende Kontur deren Gestalt einem sich in Richtung des Schaftes verjüngenden Kegelstumpf entspricht, wobei die Mantelfläche des Kegelstumpfes mit der zentrischen Längsachse der Schraube einen Konuswinkel von beispielsweise 10 Grad einschließt. Aufgrund der konusförmigen Gestalt des Schraubenkopfes und des Kopfgewindes sind der Kern- und Außendurchmesser nicht konstant, sondern variieren in Abhängigkeit von der Position entlang der Schraubenachse, d.h. entlang der z-Achse 300 in 1, mit einer Steigung je Längeneinheit der Schraubenachse, die dem Tangens des Konuswinkels entspricht.
• 3a zeigt eine erfindungsgemäße Schraube 1, die derart in einem Koordinatensystem mit x-Achse 100, y-Achse 200 und z-Achse 300 angeordnet ist, dass die z-Achse 300 eine zentrische Längsachse der Schraube 1 bildet. Die Schraube 1 umfasst einen Schraubenkopf 2 mit einem Kopfgewinde 2 und einen Schaft 3, der ebenfalls mit einem Gewinde ausgestattet ist. In dem vorliegenden Anmeldungstext wird das Bezugszeichen 2 für den Schraubenkopf, auch kurz Kopf genannt, wie auch für das Kopfgewinde verwendet, wobei die jeweilige Bedeutung durch den vorangestellten Begriff „Schraubenkopf‟ bzw. „Kopf‟, respektive „Kopfgewinde“ bestimmt ist. Vorzugsweise haben der Schraubenkopf und das Kopfgewinde 2 eine einhüllende Kontur deren Gestalt einem sich in Richtung des Schaftes 3 verjüngenden Kegelstumpf entspricht, wobei die Mantelfläche des Kegelstumpfes mit der zentrischen Längsachse der Schraube 1 bzw. der z-Achse 300 einen Konuswinkel von 5 bis 30 Grad, insbesondere von 8 bis 20 Grad einschließt. Erfindungsgemäß sind jedoch auch Schrauben vorgesehen mit einem Kopfgewinde, dessen einhüllende Kontur eine zylindrische Gestalt aufweist. Im Rahmen der Erfindung ist mit dem Begriff „einhüllende Kontur“ die konvexe Hülle eines dreidimensionalen Körpers gemeint, d.h. die kleinste konvexe Menge aller Punkte des dreidimensionalen reelen Vektorraums, die sämtliche Punkte des Körpers enthält. Die Gewindekanten des Kopfgewindes 2 sind durch mindestens eine Ausnehmung 4 unterbrochen. Die Gestalt der Ausnehmung 4 ist durch den Schnitt eines gedachten zylinderartigen Körpers mit dem Schraubenkopf 2 bestimmt. Vorzugsweise hat hat der zylinderartige Körper eine kreisförmige, elliptische oder polygonale, insbesondere dreieckige Grundfläche, wie in 3a durch die Kreisflächen 41 und 42 angedeutet. Der zylinderartige Körper wird gebildet, indem die Grundfläche 42 entlang einer Längsachse 40 extrudiert wird. Die Kreisflächen 42 und 41 bilden somit eine untere und obere Begrenzung eines gedachten Zylinders mit Längsachse 40. Erfindungsgemäß ist die Längsachse 40 der Ausnehmung 4 gegenüber der zentrischen Längsachse der Schraube 1 bzw. der z-Achse 300 um einen von Null verschiedenen Winkel α geneigt.
• 3b zeigt eine vergrößerte Ansicht des Kopfes 2 der erfindungsgemäßen Schraube 1 sowie ein Koordinatensystem mit x-Achse 100', y-Achse 200' und z-Achse 300', dessen Ursprung auf der Längsachse 40 der Ausnehmung 4 liegt. Die x-Achse 100', y-Achse 200' und z-Achse 300' verlaufen parallel zur x-Achse 100, y-Achse 200 bzw. z-Achse 300 des in 3a gezeigten Koordinatensystems. Die Ausnehmung 4 bzw. deren Längsachse 40 ist gegenüber der z-Achse 300' um einen Winkel α geneigt, wobei die z-Achse 300' durch eine Rotation um die x-Achse 100' um den Winkel α auf die Längsachse 40 abbildbar ist. In den in 3a und 3b gezeigten Koordinatensystem werden die x-Achse 100 bzw. 100', die y-Achse 200 bzw. 200' und die z-Achse 300 bzw. 300' mathematisch durch die Vektoren (1, 0, 0), (0, 1, 0) und (0, 0, 1) repräsentiert. Eine Drehung um die x-Achse 100 bzw. 100' um den Winkel α wird mathematisch durch eine Matrix R_x(α) beschrieben.
• Bei Anwendung der Drehung R_x(α) auf die z-Achse 300 bzw. 300', d.h. auf den Vektor (0, 0, 1) wird der Vektor (0, -sin α, cos α) erhalten. Mathematisch wird dies durch die Beziehung beschrieben $${\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \text{cos }\mathrm{\alpha }& -\text{sin }\mathrm{\alpha }\\ 0& \text{sin }\mathrm{\alpha }& \text{cos }\mathrm{\alpha }\end{array}\right)$$

  
• Dementsprechend ist in 3a und 3b die Längsachse 40 der Ausnehmung 4 koaxial zu der durch den Vektor (0, -sin α, cos α) definierten Richtung angeordnet. Erfindungsgemäß hat der Winkel α einen Wert von 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2°.
• Erfindungsgemäß kann die Längsachse 40 der Ausnehmung 4 zudem um einen weiteren Winkel β gegenüber der zentrischen Längsachse der Schraube 1 geneigt sein. Dieser Sachverhalt ist in 4a und 4b dargestellt, wobei sämtliche numerischen Bezugszeichen die gleiche Bedeutung wie in 3a und 3b haben. Gemäß der Darstellung der 4a ist die Längsachse 40 der Ausnehmung 4 innerhalb der von der x-Achse 100 und der z-Achse 300 $${\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)\times \left(\mathrm{0,0,1}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& \text{cos }\mathrm{\alpha }& -\text{sin }\mathrm{\alpha }\\ 0& \text{sin }\mathrm{\alpha }& \text{cos }\mathrm{\alpha }\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)=\left(\mathrm{0,}-\text{sin }\mathrm{\alpha }\text{,cos }\mathrm{\alpha }\right)$$

  

  aufgespannten Ebene gegenüber der z-Achse 300 geneigt, entsprechend einer Drehung um die y-Achse 200 um einen Winkel β, wie in der vergrößerten Ansicht der 4b gezeigt. Eine Drehung um die y-Achse 200 bzw. 200' um den Winkel β wird mathematisch durch eine Matrix R_y(β) beschrieben mit $${\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos }\mathrm{\beta }& 0& \text{sin }\mathrm{\beta }\\ 0& 1& 0\\ -\text{sin }\mathrm{\beta }& 0& \text{cos }\mathrm{\beta }\end{array}\right)$$

  
• Bei Anwendung der Drehung R_y(β) auf die z-Achse 300 bzw. 300', d.h. auf den Vektor (0, 0, 1) wird der Vektor (sin β, 0, cos β) erhalten. Mathematisch wird dies durch die Beziehung beschrieben $${\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)\times \left(\mathrm{0,0,1}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos }\mathrm{\beta }& 0& \text{sin }\mathrm{\beta }\\ 0& 1& 0\\ -\text{sin }\mathrm{\beta }& 0& \text{cos }\mathrm{\beta }\end{array}\right)\times \left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ 1\end{array}\right)=\left(\text{sin }\mathrm{\beta }\text{,0}\text{,cos }\mathrm{\beta }\right)$$

  
• Dementsprechend ist in 4a und 4b die Längsachse 40 der Ausnehmung 4 koaxial zu der durch den Vektor (sin β, 0, cos β) definierten Richtung angeordnet. Erfindungsgemäß hat der Winkel β einen Wert von -20° ≤ β < 20°, vorzugsweise -16° ≤ β < 16°.
• Die Drehungen R_x(α) und R_y(β) sind nicht kommutierbar. Bei sukzessiver Anwendung der beiden Rotationen R_x(α) und R_y(β) auf den Vektor (0, 0, 1) wird je nach Reihenfolge R_x(α) × R_y(β) bzw. R_y(β) × R_x(α) ein unterschiedlicher Vektor erhalten: $${\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)\times {\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos }\mathrm{\beta }& 0& \text{sin}\mathrm{\beta }\\ \text{sin }\mathrm{\alpha }\text{ sin }\mathrm{\beta }& \text{cos }\mathrm{\alpha }& -\text{sin }\mathrm{\alpha }\text{ cos }\mathrm{\beta }\\ -\text{cos }\mathrm{\alpha }\text{ sin }\mathrm{\beta }& \text{sin }\mathrm{\alpha }& \text{cos }\mathrm{\alpha }\text{ cos }\mathrm{\beta }\end{array}\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)\times {\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos }\mathrm{\beta }& \text{sin }\mathrm{\alpha }\text{ sin }\mathrm{\beta }& \text{cos }\mathrm{\alpha }\text{ sin }\mathrm{\beta }\\ 0& \text{cos }\mathrm{\alpha }& -\text{sin }\mathrm{\alpha }\\ -\text{sin }\mathrm{\beta }& \text{sin }\mathrm{\alpha }\text{ cos }\mathrm{\beta }& \text{cos }\mathrm{\alpha }\text{ cos }\mathrm{\beta }\end{array}\right)$$

  

  d.h. $${\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)\times {\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)\times \left(\mathrm{0,}\mathrm{0,}1\right)=\left(\text{sin }\mathrm{\beta }\text{,}-\text{sin }\mathrm{\alpha }\cdot \text{cos }\mathrm{\beta }\text{, cos }\mathrm{\alpha }\cdot \text{cos }\mathrm{\beta }\right)$$

  

  $${\text{R}}_{\text{y}}\left(\mathrm{\beta }\right)\times {\text{R}}_{\text{x}}\left(\mathrm{\alpha }\right)\times \left(\mathrm{0,}\mathrm{0,}1\right)=\left(\text{cos }\mathrm{\alpha }\cdot \text{sin }\mathrm{\beta }\mathrm{, }-\text{sin }\mathrm{\alpha }\text{, cos }\mathrm{\alpha }\text{, }\cdot \text{cos }\mathrm{\beta }\right)$$

  
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausnehmung 4 bzw. deren Längsachse 40, bezogen auf die zentrische Längsachse der Schraube 1, d.h. auf die durch den Vektor (0, 0, 1) definierte Richtung, koaxial zu der durch den Vektor (sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β) oder den Vektor (cos α · sin β, -sin α, cos α · cos β) definierten Richtung angeordnet ist.
• 5 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schraube 1 mit vier Ausnehmungen 4, 5, 6 und 7 mit Längsachsen 40, 50, 60 und 70. Vorzugsweise haben die Ausnehmungen 4, 5, 6 und 7 die gleiche Gestalt und sind, bezogen auf die zentrische Längsachse der Schraube 1 rotationssymmetrisch angeordnet, so dass jede der Ausnehmungen 4, 5, 6 oder 7 auf jede der Ausnehmungen 4, 5, 6 oder 7 durch eine Drehung um die zentrische Längsachse der Schraube 1 um einen Winkel von 0 bis 360 Grad im Wesentlichen „konform“ abbildbar ist. Eine Drehung um die zentrische Längsachse der Schraube 1 um einen von 360 Grad verschiedenen Winkel repräsentiert wegen des nicht rotationssymmtrischen Kopfgewindes 2 keine absolut konforme, d.h. deckungsgleiche Abbildung einer der Ausnehmungen 4, 5, 6 oder 7 auf eine andere der Ausnehmungen 4, 5, 6 oder 7. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff „rotationssymmterisch“ in dem Sinne verwandt, dass geringfügige Unterschiede der Gestalt der Ausnehmungen 4, 5, 6 und 7 aufgrund des nicht rotationssymmterischen Kopfgewindes 2 vernachlässigbar sind.
• In einem Koordinatensystem gemäß den 4a bis 4b wird eine Rotation um die zentrische Längsachse der Schraube 1 bzw. die z-Achse 300 um einen Winkel γ mathematisch durch eine Rotation R_z(γ) beschrieben mit: $${\text{R}}_{\text{z}}\left(\mathrm{\gamma }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos}\mathrm{\gamma }& -\text{sin}\mathrm{\gamma }& 0\\ \text{sin}\mathrm{\gamma }& \text{cos}\mathrm{\gamma }& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$$

  
• 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Schraube 1 mit Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 und 4', 5', 6', 7' mit Längsachsen 40, 50, 60, 70, respektive 40', 50', 60', 70'. Bezogen auf die zentrische Längsachse der Schraube 1 sind die Längsachsen 40, 50, 60, 70 und 40', 50', 60', 70' unter voneinander verschiedenen Neigungswinkeln angeordnet. D.h. dass die Neigungswinkel α und β der Längsachsen 40, 50, 60, 70 verschieden sein können von Neigungswinkeln α' und β' der Längsachsen 40', 50', 60', 70'. Im Weiteren können die Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 und 4', 5', 6', 7' die gleiche oder eine voneinander verschiedene Gestalt aufweisen und sich, wie in 6 gezeigt, überschneiden.
• 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Schraube 1 mit sechs rotationssymmterisch zueinander angeordneten Ausnehmungen 4, 5, 6, 7, 8, 9.
• 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer zweiten, funktionell äquivalenten Ausführungsform der Erfindung mit einem Schraubenkopf 2 mit vier schraubenartig bzw. spiralförmig ausgebildeten Ausnehmungen 4, 5, 6, 7. Die schraubenartige Ausbildung der Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 ist in 8 durch gedachte Verlängerungen 4A, 5A, 6A, 7A veranschaulicht. Die in 8 dargestellten schraubenartigen Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 haben einen im wesentlichen rechteckig ausgebildeten Querschnitt. Wie vorstehend im Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform der Erfindung dargelegt, kann der Querschnitt bzw. die Querschnittsfläche der schraubenartigen Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 auch eine beliebige Gestalt, wie beispielsweise ein Segment eines Kreises, einer Ellipse, eines unregelmäßigen Polygons oder eines regelmäßigen bzw. rotationssymmetrischen Polygons, insbesondere eines Dreiecks aufweisen. Die Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 entsprechen den Gewinderillen eines viergängigen Gewindes mit einer Steigung, die um einen Faktor im Bereich von 4 bis 30, vorzugsweise 5 bis 20 größer ist als die Steigung des Kopfgewindes 2. Wie aus 8 ersichtlich, sind die schraubenartigen Ausnehmungen 4, 5, 6, 7 vorzugsweise großvolumiger ausgebildet als die Gewinderillen des Kopfgewindes 2.
• Es wird vermutet, dass die gegenüber bekannten Schrauben mit vergleichbarem Ausnehmungsgrad verbesserte Eindrehbarkeit und das verringerte Kippmoment auf die schraubenförmige Kontur der erfindungsgemäßen Ausnehmungen zurückzuführen ist. Um diese Vemutung mathematisch zu bestätigen, bedarf es einer aufwendigen, dynamischen Simulation des Eindrehvorgangs auf Basis finiter Elemente.
• In einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaube 1 ist, wie in den 3a bis 8 gezeigt, der Schraubenkopf 2 mit einer zentrischen Aufnahme (Kernbohrung) für einen Schlüssel, insbesondere einen RIBE-, TORX-, XZN- oder INBUS-Schlüssel oder mit einem einfachen Schlitz oder Kreuzschlitz für einen Schraubendreher ausgestattet.
• 9 zeigt eine Knochenplatte 20 mit Bohrungen 21, die mit einem Innengewinde ausgestattet sind, sowie einige erfindungsgemäße Schrauben mit einem Kopfgewinde mit vier Ausnehmungen. Eine in Bezug auf die Knochenplatte 20 festgelegte Richtung ist durch den Pfeil 22 angezeigt. Die Richtung 22 wird im Rahmen des vorliegenden Anmeldungstextes auch als „Flächennormale“ der Knochenplatte 20 bezeichnet. Da die erfindungsgemäße Knochenplatte 20 auch eine nicht-plane, dreidimensional gekrümmte Kontur aufweisen kann, ist der Begriff „Flächennormale“ nicht auf den Wortsinn beschränkt.
• Die zentrischen Längsachsen der in 9 dargestellten Bohrungen 21 sowie der zugehörigen Innengewinde sind koaxial zu der Flächennormale 22 angeordnet. Erfindungsgemäß sind jedoch auch Knochenplatten vorgesehen, deren Bohrungen und zugehörigen Innengewinde eine zentrische Längsachse haben, die gegenüber der Flächenormale der Knochenplatte geneigt ist.
• Die Innengewinde der Bohrungen 21 sind - abgesehen von den Ausnehmungen - passend zu dem Kopfgewinde der erfindungsgemäßen Schrauben ausgebildet. Wie in 9 gezeigt, können die Schrauben unter variablem Winkel in die Bohrungen 21 eingedreht werden. D.h., dass die zentrische Längsachse einer Schraube gegenüber der zentrischen Längsachse einer Bohrung 21 sowie des zugehörigen Innengewindes geneigt sein kann. Der vorstehende Begriff „passend“ ist nicht auf Innengewinde beschränkt, die exakt konform zu dem Kopfgewinde der Schrauben ausgebildet sind. Vielmehr wird der erfindungsgemäße Zweck auch mit Innengewinden erzielt, deren Form geringfügig von dem Kopfgewinde der Schrauben abweicht.
• Vorzugweise ist die erfindungsgemäße Knochenplatte 20 aus Titan oder einer Titanlegierung gefertigt.
• Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Schrauben in bekannter Weise, wie in 10a, 10b und 10c gezeigt, nach dem Einstechverfahren mithilfe von Walzvorrichtungen hergestellt. Beispielsweise werden eine erste Walzvorrichtung mit zwei oder drei Walzen (30A, 30B) bzw. (31A, 31B) und eine zweite Walzvorrichtung mit zwei oder drei Walzen (32A, 32B) eingesetzt, um das Kopfgewinde und das Schaftgewinde zu formen. Die Ausnehmungen des Kopfgewindes können mittels des in 10b gezeigten Walzwerkes (31A, 31B) zugleich mit dem Kopfgewinde oder in einem nachfolgenden Schritt mittels einer weiteren, in 10A nicht gezeigten Walzvorichtung erzeugt werden. Alternativ zum Einstechverfahren können das Kopfgewinde, die Ausnehmungen und/oder das Schaftgewinde durch spanende Bearbeitung mit geeignet ausgebildeten Drehmeißeln angefertigt werden.
• Die in 10a und 10b gezeigten Walzen (30A, 30B) bzw. (31A, 31B) haben eine Grundform, die einem Kegelstumpf entspricht mit einem Konuswinkel von 0 bis 20 Grad, der gleich groß ist wie der Konuswinkel des Kopfgewindes. Beispielsweise beträgt der Konuswinkel des Kopfgewindes und der Walzen (30A, 30B) bzw. (31A, 31B) jeweils 10 Grad. Entsprechend dem Konuswinkel sind die Drehachen der Walzen (30A, 30B) und (31A, 31B) um den zweifachen Konuswinkel, beispielsweise um 20 Grad gegenüber der Längsachse der Schraube bzw. des Schraubenkopfes geneigt. Die Walzen (30A, 30B) und (31A, 31B) sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass ihr Mittendurchmesser ein ganzzahliges Vielfaches m, beispielsweise m = 3 des Mittendurchmessers des Kopfgewindes beträgt, so dass der Schraubenkopf bei einer vollen Drehung der Walzen (30A, 30B) bzw. (31A, 31B) m-mal, beispielweise drei Mal um seine Längsachse gedreht wird. Je nach Wahl des Durchmesserverhältnis m sind die Walzen (30A, 30B) und (31A, 31B) mit m Gewindegängen ausgestattet mit einer Steigung, die jeweils dem m-fachen der Steigung des Kopfgewindes entspricht.
• Vorzugsweise ist bei dem Einstechverfahren die Schraube bzw. der Schraubenrohling zwischen zwei Spitzen gespannt oder wird mittels eines oder zwei Linealen gehalten, um seine Position in axialer Richtung konstant zu halten. Derartige, in den 10a, 10b und 10c nicht gezeigte Spitzen oder Lineale werden insbesondere bei der Formung des Kopfgewindes mittels der Walzen (30A, 30B) bzw. (31A, 31B) eingesetzt.
• Vorzugsweise weisen auch die, in 10c gezeigten Walzen (32A, 32B) einen Mittendurchmesser auf, der ein ganzzahliges Vielfaches 1, beispielsweise 1 = 4 des Mittendurchmessers des Schaftgewindes beträgt, so dass die Schraube bei einer vollen Drehung der Walzen (32A, 32B) m-mal, beispielweise vier Mal um ihre Längsachse, gedreht wird. Je nach Wahl des Durchmesserverhältnis 1 sind die Walzen (32A, 32B) mit 1 Gewindegängen ausgestattet mit einer Steigung, die jeweils dem l-fachen der Steigung des Schaftgewindes entspricht.
• Die vorstehenden Herstellungsmethoden sind sowohl für die erste wie auch für die zweite Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. Im Fall der zweiten Ausführungsform entsprechen die Walzen für die Erzeugung der Ausnehmungen nach dem Einstechverfahren denen für ein gewöhnliches Gewinde mit einer Steigung, die um einen Faktor im Bereich von 4 bis 30, vorzugsweise 5 bis 20 größer als die des Kopfgewindes ist.
• Erfindungsgemäß wird bevorzugt das Einstech- bzw. Walzverfahren verwandt, weil dieses gegenüber der spanenden Bearbeitung folgende Vorteile aufweist:
• - ungestörten Faserverlauf und dadurch erhöhte Dauerfestigkeit;
• - Kaltverfestigung und damit verbunden erhöhte Festigkeit;
• - pressblanke Oberflächen; und
• - um etwa 20 % verringerten Materialeinsatz.
• Beispiel
• Es wurden dreißig Schrauben nach dem Patent DE 43 43 117 C2 (nachfolgend mit SdT bezeichnet) sowie dreißig erfindungsgemäße Schrauben mit identischer Grundform, d.h. mit einem konischen Schraubenkopf und einem Kopfgewinde mit drei Gewindegängen mit den folgenden Maßen angefertigt:

  4,8 mm	unterer Kerndurchmesser
  6,9 mm	oberer Kerndurchmesser
  4,0 mm	Kegelstumpfhöhe
  2,4 mm	Gewindesteigung
  15°	Konuswinkel

• In das Kopfgewinde der Schrauben nach dem SdT wurden vier zur Mantelfläche des Schraubenkopfes parallel angeordnete (α = 0°) und unter einem Winkel von β = 15° gegen die Schraubenachse geneigte Ausnehmungen geprägt.
• Die erfindungsgemäßen Schrauben wurden analog zu der in 5 gezeigten Ausführungsform mit vier rotationssymmetrisch angeordneten, jeweils unter Winkeln von α = 14° und β = 15° gegen die Schraubenachse geneigten Ausnehmungen ausgestattet.
• Die Querschnittsfläche der Ausnehmungen hat die Gestalt eines Segmentes eines Kreises mit einem Durchmesser von 1,60 mm für die Schraube nach dem SdT, respektive 1,55 mm für die erfindungsgemäße Schraube, wobei in beiden Fällen der Abstand des Kreismittelpunktes von der Schraubenachse an der unteren und oberen Deckfläche des Schraubenkopfes 2,9 mm, respektive 4,0 mm beträgt. Die vorstehenden Kreisdurchmesser sind so gewählt, dass der Ausnehmungsgrad der Kopfgewinde nach dem SdT und der erfindungsgemäßen Kopfgewinde praktisch gleich ist.
• Zudem wurde eine plane Knochenplatte mit 4,1 mm Dicke und 60 Bohrungen mit einem - abgesehen von den Ausnehmungen - zu dem Kopfgewinde der Schrauben passenden, dreigängigen Innengewinde angefertigt.
• Die Schrauben nach dem SdT, die erfindungsgemäßen Schrauben sowie die Knochenplatte sind aus Titan gefertigt.
• Jeweils zehn der Schrauben bzw. Schraubenköpfe nach dem SdT und gemäß der Erfindung werden unter vorgegebenen Neigungswinkeln von 5°, 10° und 15° mittels eines anzeigenden elektronischen Drehmomentschlüssels in eine frische, d.h. zuvor nicht benutzte Bohrung bzw. in deren Innengewinde eingeschraubt, wobei die Schraube jeweils um einen festgelegten Winkel von 620° bzw. 1,72 Drehungen rotiert und das maximale Drehmoment aufgezeichnet wird. Die Mittelwerte der auf diese Weise gemessenen Drehmomente, d.h. die Mittelwerte aus jeweils 10 Messungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Tabelle 1

  Neigungswinkel	SdT mittleres Drehmoment [N·m]	Erfindung mittleres Drehmoment [N·m]
  5°	0,94	0,70
  10°	0,86	0,44
  13°	0,65	0,40

• Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, dass zum Eindrehen der erfindungsgemäßen Schrauben im Vergleich zu den Schrauben nach dem SdT im Mittel ein um 38 % niedrigeres Drehmoment benötigt wird.

Claims (17)

1. Schraube (1) für osteosynthetische Fixierungen, umfassend einen Schraubenkopf (2) mit einem Kopfgewinde (2) und einer ersten randseitigen Ausnehmung (4), wobei eine zentrische Längsachse (40) der Ausnehmung (4) relativ zu einer zentrischen Längsachse (300) der Schraube (1), welche die z-Achse eines kartesischen Koordinatensystems mit x-Achse [1, 0, 0], y-Achse [0, 1, 0] und z-Achse [0, 0, 1] definiert, in Richtung der x-Achse beabstandet und koaxial zu einer Richtung [sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β] oder [cos α · sin β, -sin α, cos α · cos β] mit 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2° und -20° ≤ β ≤ 20° angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) einen Schaft (3) mit einem Schaftgewinde aufweist und die Steigung des Schaftgewindes gleich der Steigung des Kopfgewindes (2) ist.
2. Schraube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (4) in eine oder mehrere Gewindekanten des Kopfgewindes (2) eingreift.
3. Schraube (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (4) in zwei bis acht Gewindekanten des Kopfgewindes (2) eingreift.
4. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (4) in den Kern des Kopfgewindes (2) eingreift.
5. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gestalt der Ausnehmung (4) durch den Schnitt eines zylinderartigen Körpers mit dem Schraubenkopf (2) bestimmt ist, wobei der zylinderartige Körper eine kreisförmige, elliptische, polygonale oder dreieckige Grundfläche und eine zu der Richtung [sin β, -sin α · cos β, cos α · cos β] oder [cos α · sin β, -sin α, cos α · cos β] mit 2° ≤ α ≤ 15° oder -15° ≤ α ≤ -2° und -20° ≤ β ≤ 20° koaxiale Längsachse hat.
6. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfgewinde (2) einen Steigungswinkel δ mit $$\text{tan }\mathrm{\delta }=\text{Gewindesteigung / Gewindeumfang}$$

   

   aufweist und die zentrische Längsachse (40) der Ausnehmung (4) mit der Achse [0, cos δ, sin δ] einen Winkel von 60° bis 85° einschließt.
7. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (2) weitere Ausnehmungen (5, 6, 7) mit zentrischen Längsachsen (50, 60, 70) umfasst, wobei die Längsachse (40) durch eine Rotation R_z(γ) oder durch eine Translation in Richtung der x-Achse und eine Rotation R_z(γ) mit $${\text{R}}_{\text{z}}\left(\mathrm{\gamma }\right)=\left(\begin{array}{ccc}\text{cos}\mathrm{\gamma }& -\text{sin}\mathrm{\gamma }& 0\\ \text{sin}\mathrm{\gamma }& \text{cos}\mathrm{\gamma }& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right)$$

   

   und 0° < γ < 360° auf jede der Längsachsen (50, 60, 70) abbildbar ist.
8. Schraube (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (2) n Ausnehmungen (4, 5, 6, 7) umfasst, wobei n eine natürliche Zahl von 2 bis 10 ist und die Längsachsen (40, 50, 60, 70) rotationssymmetrisch um die z-Achse in Winkelabständen von m × 360° / n, mit m gleich einer natürlichen Zahl von 1 bis n-1, zueinander angeordnet sind.
9. Schraube (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (2) 2 bis 6 Ausnehmungen (4, 5, 6, 7) umfasst.
10. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfgewinde (2) einen, zwei, drei oder vier Gewindegänge aufweist.
11. Schraube (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopfgewinde (2) drei Gewindegänge aufweist.
12. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenkopf (2) und das Kopfgewinde (2) nach Art eines konischen Kegelstumpfes mit einem Konuswinkel von 0 bis 20 Grad ausgebildet sind mit einem Steigungswinkel δ, der auf halber Höhe des Kopfgewindes (2) einen Wert gemäß der Beziehung tan δ = Gewindesteigung / Gewindeumfang hat.
13. Schraube (1) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube (1) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.
14. Vorrichtung für osteosynthetische Fixierungen, umfassend mindestens eine Schraube (1) mit einem Schraubenkopf (2) mit einem Kopfgewinde (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und eine Knochenplatte (20) mit mindestens einer oder mehreren Bohrungen (21) zur Aufnahme des Schraubenkopfes (2), wobei eine oder mehrere der Bohrungen (21) mit einem Innengewinde ausgestattet sind.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innengewinde der Bohrungen (21) passend zu dem Kopfgewinde (2) der einen oder mehreren Schrauben (1) ausgebildet sind.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (21) und das zugehörige Innengewinde koaxial zu einer Flächennormale (22) der Knochenplatte (20) angeordnet sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Knochenplatte 20 aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.

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