DE3914809A1 - Smooth surface possessing fatigue strength - has regularly shaped protuberances on it with square base surface - Google Patents

Smooth surface possessing fatigue strength - has regularly shaped protuberances on it with square base surface

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Abstract

The surface (4) possessing fatigue strength has a smooth, convex surface from which protrude regularly shaped protuberances. The sides of each protruberance form a four sided pyramid plane at right angles to the surface and containing all the surface normals of the side surface. The side surface forms an intersecting line. The protuberances have a square base surface and are positioned in a draught board formation. These are grooves in the pyramids and the curved surfaces at the bases of thepyramids the pyramids fulfil a given mathematical relationship. USE/ADVANTAGE - Possible notch stresses on the surface are minimised and the surface joined to the material.

Description

Die Erfindung betrifft eine ermüdungsfeste Oberfläche nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a fatigue-resistant surface after the Preamble of claim 1.

Bei Prothesen, bei welchen eine oder mehrere Prothesenoberflä­ chen mit dem Knochen verwachsen sollen wird durch geeignete Formgebung der Prothesenoberfläche versucht, das Einwachsen des Knochens zu begünstigen.In prostheses, in which one or more prosthesis Oberflä should grow together with the bone is made by suitable Shaping the prosthesis surface tries to wax to favor the bone.

In der Druckschrift "Oberflächenstrukturierte Prothesen aus technischer und medizinischer Sicht" über die 8. Vortragsreihe des Arbeitskreises Implantate medizinisch-technische Zusam­ menarbeit am 17. November 1987 im Oskar-Helene-Heim in Berlin, Seiten 25 bis 38 wird über kugelbeschichtete und über poröse Oberflächen berichtet. Dabei treten im Bereich der Rauhigkei­ ten bei Belastungen und Verkippungen Kerbspannungen auf, wel­ che zu Ermüdungsbrüchen führen. Dadurch wird die Lebensdauer der Implantate drastisch reduziert.In the publication "Surface-structured prostheses aus technical and medical point of view "on the 8th series of lectures of the working group implants medico-technical co on 17 November 1987 at the Oskar-Helene-Heim in Berlin, Pages 25 to 38 is about ball-coated and over porous Surfaces reported. This occurs in the area of Rauhigkei at stress and tilting notch stresses, wel lead to fatigue fractures. This will increase the life drastically reduced implants.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ermüdungsfeste Oberfläche der eingangs genannten Art so zu strukturieren, daß die möglichen Kerbspannungen minimiert werden, bei gleich­ zeitig optimaler Verbindung der Oberfläche mit dem Material mit dem sie verbunden werden soll, z. B. Knochen, der in die Oberfläche einwächst.The invention is based on the object, a fatigue-resistant Surface of the type mentioned above to be structured so that the possible notch stresses are minimized, at the same time early optimum connection of the surface with the material with which it is to be connected, z. B. bone, in the Growing surface.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 gelöst.This object is achieved by the characterizing Part of claim 1 solved.

Die Ansprüche 2 bis 7 stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Die Ansprüche 8 bis 11 beanspruchen Verwendun­ gen der Erfindung. The claims 2 to 7 represent advantageous embodiments of Invention claims. Claims 8 to 11 claim gene of the invention.  

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß gestalteten Oberflä­ che besteht darin, daß auch die Fläche, welche mit ihr in Kon­ takt steht keiner Kerbspannung ausgesetzt ist und daß durch die vergrößerte Kontaktoberfläche die Flächenbelastung verrin­ gert wird.Another advantage of the inventively designed Oberflä This consists in the fact that the surface which is in contact with it in Kon clock is not exposed to notch stress and that by the enlarged contact surface reduces the wing loading will be.

Ein Ausführungsbeispiel wird im folgenden anhand der Figur nä­ her erläutert.An embodiment will nä below with reference to the figure her explained.

Die Figur zeigt die Kontur 4 einer Erhebung, dargestellt durch einen Schnitt durch diese Erhebung mit quadratischem Grundriß, der parallel zu einer Seitenfläche ausgeführt ist und der durch die Mitte der Erhebung verläuft. Der Maßstab kann durch Multiplikation mit einer Konstanten verändert werden, ohne daß die Oberfläche ihre positiven Eingenschaften verliert. Der Kurvenverlauf zwischen den Punkten 1 und 2 läßt sich durch folgende Funktion beschreiben:The figure shows the contour 4 of a survey, represented by a section through this survey with a square plan, which is parallel to a side surface and which extends through the center of the survey. The scale can be changed by multiplication by a constant, without the surface losing its positive properties. The curve between points 1 and 2 can be described by the following function:

F (x) = 0,19433 · x² - 0,25925 · x⁴ + 1,2404 · x⁶ F ( x ) = 0.19433 x 2 - 0.25925 x x + 1.2404 x x ⁶

dabei hat 1 die Koordinaten (0; 0) und 2 die Koordinaten (0,703; 0,182).where 1 has the coordinates (0; 0) and 2 has the coordinates (0.703; 0.182).

Dieser Kurvenabschnitt ist auch als Wertetabelle angegeben.This curve section is also specified as a value table.

Der Kurvenverlauf zwischen den Punkten 2 und 3 hat für die Kerbspannungsfreiheit keine Bedeutung mehr. In der Figur sind in diesem Bereich Rillen 5 eingezeichnet, welche die Oberflä­ che vergrößern und z. B. das Einwachsen des Knochens begünsti­ gen. Diese Rillen haben bei Prothesenoberflächen vorzugsweise eine Tiefe zwischen 30 und 300 µm. Die Höhe der Erhebungen liegt vorzugsweise zwischen 0,3 und 3 Millimetern. Eine Größenbeschränkung nach oben oder unten existiert nicht, da sich die Eigenschaften der Oberfläche bei Maßstabsveränderun­ gen nicht ändern. The curve between points 2 and 3 has no significance for the notch stress freedom. In the figure, grooves 5 are located in this area, which increase the Oberflä surface and z. B. gene ingrowth of the bone. These grooves have prosthesis surfaces preferably a depth between 30 and 300 microns. The height of the elevations is preferably between 0.3 and 3 millimeters. A top or bottom size limitation does not exist because the properties of the surface do not change with scale changes.

Der Abszissenabstand der Punkte 2 und 3 darf gegenüber der Fi­ gur vergrößert aber nicht verkleinert werden.The abscissa distance of the points 2 and 3 may be increased compared to the fi gure but not be reduced.

Die Erhebungen sind also 4-seitige Pyramiden, die im oberen Teil der Seiten umlaufende Querrillen als Substruktur aufwei­ sen. Sie stehen dicht an dicht, so daß eine zweidimensionale schachbrettartige Struktur entsteht.The elevations are thus 4-sided pyramids, those in the upper Part of the sides revolving transverse grooves as a substructure aufwei sen. They are close to each other, so that a two-dimensional a checkered structure arises.

Bei gleicher Querschnittskontur können die Erhebungen auch rechteckige, vieleckige oder runde Grundrisse aufweisen.With the same cross-sectional contour, the surveys can also have rectangular, polygonal or round floor plans.

Verwendung finden solche Oberflächen bei Prothesen, z. B. bei Knieprothesen und im oberen Teil des Schaftes von Hüftgelenks­ prothesen.Use find such surfaces in prostheses, z. B. at Knee prostheses and in the upper part of the shaft of hip joint prostheses.

In der Zahnmedizin ist die Oberfläche geeignet für künstliche Zahnwurzeln und für Verankerungsteile von Zahnprothesen.In dentistry, the surface is suitable for artificial Tooth roots and for anchoring parts of dentures.

Bei belasteten Metall-Kunststoffverbindungen kann die metall­ seitige Verbindungsfläche erfindungsgemäß ausgebildet sein, ebenso bei Verbindungen von Metall mit Faserverbundwerkstof­ fen. In loaded metal-plastic compounds, the metal be formed side connecting surface according to the invention, also in compounds of metal with Faserverbundwerkstof fen.  

Wertetabellevalue table x-Koordinate x coordinate y-Koordinate |0.0|0.0 y coordinate | 0.0 | 0.0 5.0396264E-02|4.9018860E-045.0396264E-02 | 4.9018860E-04 9.7803771E-02|1.3618469E-039.7803771E-02 | 1.3618469E-03 0.14201444|3.3636093E-030.14201444 | 3.3636093E-03 0.18345815|5.1E-030.18345815 | 5.1E-03 0.22146857|8.2702637E-030.22146857 | 8.2702637E-03 0.25692707|1.1E-020.25692707 | 1.1E-02 0.28965676|1.41E-020.28965676 | 1.41E-02 0.31945157|1.8515587E-020.31945157 | 1.8515587E-02 0.34850132|2.2E-020.34850132 | 2.2E-02 0.37649626|2.67E-020.37649626 | 2.67E-02 0.40428942|3.2E-020.40428942 | 3.2E-02 0.43124861|3.7380219E-020.43124861 | 3.7380219E-02 0.45776540|4.2293549E-020.45776540 | 4.2293549E-02 0.48353475|4.9386978E-020.48353475 | 4.9386978E-02 0.50890476|5.6294441E-020.50890476 | 5.6294441E-02 0.53324980|6.4815521E-020.53324980 | 6.4815521E-02 0.55744958|7.2573662E-020.55744958 | 7.2573662E-02 0.59044343|8.7E-020.59044343 | 8.7E-02 0.62157142|0.103933330.62157142 | 0.10393333 0.65007830|0.1250.65007830 | 0125 0.67788804|0.151712420.67788804 | 0.15171242 0.70273793|0.182127000.70273793 | 0.18212700

Claims (11)

1. Ermüdungsfeste Oberfläche, bei der aus einer sonst glatten Flache regelmäßig geformte Erhebungen mit konvexer Ober­ fläche herausragen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sei­ tenfläche einer Erhebung mit einer Ebene, welche senkrecht auf der Oberfläche steht und welche alle Flächennormalen der Seitenfläche enthält, eine Schnittlinie bildet, die im Wertebereich von 0 bis 0,7027 durch eine Funktion F = 0,19433 · x² - 0,25925 · x⁴ + 1,240 · x⁶beschrieben wird und die im weiteren Bereich bis zur Mitte der Erhebung von 0,7027 bis 1,303 beliebig verlaufen kann.1. Fatigue-resistant surface in which regularly shaped protrusions with convex upper surface protrude from an otherwise smooth surface, characterized in that a Be tenfläche a survey with a plane which is perpendicular to the surface and which contains all surface normals of the side surface, a cutting line which is described in the value range from 0 to 0.7027 by a function F = 0.19433 * x 2 - 0.25925 x x + 1.240 x x and in the further range to the middle of the survey from 0.7027 to 1,303 can run arbitrarily. 2. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhebungen eine quadratische Grundfläche haben und schachbrettartig angeordnet sind.2. Fatigue resistant surface according to claim 1, characterized marked records that the elevations a square base have and are arranged like a checkerboard. 3. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schnittlinie vom Punkt 0,7017 bis zum Punkt 1,303 eine Gerade ist mit der Steigung der Funktion F im Punkt 0,7017.3. Fatigue-resistant surface according to claim 1, characterized marked characterized in that the section line from the point 0.7017 to the point 1.303 is a straight line with the slope of the function F at 0.7017 point. 4. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen zwischen den Punkten 0,7017 und 1,303 Rillen enthalten, welche pa­ rallel zur Oberfläche laufen.4. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that the areas between the points 0.7017 and 1.303 grooves containing pa run parallel to the surface. 5. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen einen Kreis als Grundriß haben und möglichst dicht beieinander stehen. 5. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that the elevations a Circle as a plan and as close as possible stand.   6. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen ein regelmäßiges Vieleck als Grundriß haben und möglichst dicht beieinander stehen.6. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that the elevations a have regular polygon as a plan and as close as possible stand together. 7. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion F, wel­ che die Schnittlinie beschreibt, durch eine Ähnlich­ keitsskalierung verändert werden kann.7. fatigue-resistant surface according to claim 1 or one of the following, characterized in that the function F , wel che describes the section line can be changed by a similar keitsskalierung. 8. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche für Knochenprothesen, welche mit dem Knochen verwachsen sollen, verwendet wird.8. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface for bone prostheses, which fused with the bone should be used. 9. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche für den Verankerungsteil von implantierbaren Zahnprothesen verwendet wird.9. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface for the anchoring part of implantable dental prostheses is used. 10. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche auf der Metallseite bei Metall- Kunstharzverbindungen ver­ wendet wird.10. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface on the metal side in metal-resin compounds ver is used. 11. Ermüdungsfeste Oberfläche nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Oberfläche auf der Metallseite bei Metall- Faserverbundwerkstoffver­ bindungen verwendet wird.11. fatigue resistant surface according to claim 1 or one of following, characterized in that they serve as a surface on the metal side in metal fiber composite material ver bonds is used.
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