用于骨固定系统的力载体 本发明涉及用于骨固定系统的力载体(Krafttraeger)及其制造方法。
带有力载体及可插入并固定到该力载体中的骨螺钉(Knochenschrauben)的用于骨的固定系统(例如板系统、钉系统和定位器系统)被用来以外科手术的方式使断骨块彼此连接。
此处，骨螺钉和骨板还可在固定的角度下彼此联锁(verblockt)。带有螺钉头与骨板孔之间的具有多方向式固定角度连接的该新一代的植入物的优点在于相同或更少的材料用量下的较高的性能。
研究表明，这种固定角度的系统中的力线(Kraftfluss)的特征在于，作用力并非均匀地从骨断片通过螺钉而传递到骨板中并通过该板和螺钉传递到另外的骨断片上，而是，邻近断口(Bruch)处的第一螺钉和该板孔周围的板部分传递总作用力和总载荷的大约50-60％，随后的、也即第二螺钉和该板孔周围的板部分传递总作用力和总载荷的20-30％，且后面的、也即第三螺钉和该板孔周围的板部分传递总作用力和总载荷的大约10％。
因此，该实际情况尤其重要的原因在于，当采用迄今所使用的板设计时，面临着邻近断口处的第一板孔的区域中的系统失效的危险，并且是以这样的方式，即，要么螺钉在颈区域中、要么该板在该第一孔的高度上发生变形(verformt)或由于超载或疲劳而折断。
在欧洲专利1 211 994 B1中，该问题以如下方式解决，即，力载体具有呈加宽部形式的强化部或带有更坚固的材料的区域。该材料在邻近断裂区或不稳固区(Bruch-oder Instabilitaetszone)的用于骨螺钉的第一孔的区域中是最坚固的，在远侧跟在后面的第二孔的区域中坚固程度较低，并且，在远侧跟在之后的第三孔的区域中的坚固程度最低。
另外，可以通过同时地加厚螺钉芯并由此加厚螺钉而起作用，以使得相应的板孔-螺钉-单元的负载强度为板的强度和螺钉的强度的相加。
不利之处在于较大的尺寸且由此在于有所增加的骨表面的覆盖以及将位于板上的软部的有所增加的突出。这意味着外科手术伤口的扩大并由此意味着更大的外科手术费用。对于在其中植入物的尺寸受到解剖学限制的特定应用区域而言，例如在手部区域中，公开于文件EP 1 211 994 B1中的固定系统也因为力载体的额外的加宽或加厚而难以得到应用。
本发明的目的在于提供这样一种用于骨固定系统地力载体，该力载体尽可能地避免了前面所提到的不利之处。
本发明利用带有权利要求1的特征的力载体以及带有权利要求11的特征的方法来实现该目的。本发明的有利的实施形式公开于从属权利要求中。
本发明认识到，在不变的材料弹性下，在力载体的不同区域中带有局部地不同的材料强度的一体式力载体可鉴于植入物处的力线而被加以匹配。如果力载体的材料强度与这些区域的位于力载体的不同区域处的相应的载荷相匹配，则可以尽可能地弃用由文件EP 1 211994 B1已知的力载体横截面的加宽和加厚，并且，因此而尺寸较小但仍得以强化的力载体可应用于重要的区域中，例如用于手部的植入。
本发明还认识到，对于力载体而言，尤其由金属或金属合金、优选钛或钛合金制成的力载体是适合的。这些材料可尤其良好地在其材料特性(Materialeigenschaften)方面通过材料压实而以如下方式改变，即，由此在保持不变的弹性下得到力载体的与力线和载荷通量相对应的强度提高。该不变的材料弹性(即，利用机械阻力来抵抗施加到其上的作用力并在卸载后恢复其原始形状的能力)是力载体的重要特征。由于该不变的弹性，即便是在带有升高的材料强度的区域中，根据本发明的力载体也不会具有带有升高的材料脆性的区域——这些区域在载荷下将会最先以失效(折断)的方式作出反应。
一方面以局部地不同的材料强度且另一方面以不变的材料弹性而见长的根据本发明的力载体可通过这样的力载体半成品在造型压模工具(formgebenden Pressformwerkzeug)中的变形而被制造出——该力载体半成品在带有所计划的(vorgesehenen)高的材料强度的力载体的区域中(与在带有所计划的较低材料强度的区域中相比)具有较大的材料体积。压模工具具有上模和下模，力载体半成品在它们之间变形。在变形过程中与力载体接触的上模和下模的表面可具有平坦的表面或向内成形部或向外成形部(Ein-oder Ausformungen)，其在压模工具中的变形之后可镜面对称地在力载体的表面中、优选在带有所计划的高的材料强度的区域中被重新找到(wiederfinden)。
该变形适宜地为冷成型(Kaltumformung)，也即，在金属材料的情况下在显著低于再结晶温度的温度下(例如在室温下)的造型式成型。此处，施加到压模工具中的该半成品上的成型力在带有所计划的高的材料强度的区域中减小该半成品的高度和/或宽度和横截面。此处，可施加单轴压力(如在顶锻的情况中的那样)或也可施加双轴压力(如在轧制(Walzen)的情况中的那样)到该力载体半成品上。后者在使用含钛材料的情况下具有以下优点，即，除了材料被压实之外，在轧制时纤维沿着轧制方向而取向，这可实现稳定性的额外的提高，因为纤维可通过预定的轧制方向而有针对性地在力载体的主载荷轴线(Hauptbelastungsachse)方向上取向。
根据本发明的力载体适宜地具有至少两个相邻的孔，用于容纳骨螺钉。孔优选地设有适合于与骨螺钉的联锁(Verblockung mit einerKnochenschraube)的器件，优选地设有材料棱(Materiallippe)。通过使上模和/或下模具有可防止力载体半成品的如下区域中的显著的材料加强(Materialverfestigung)的容纳部(优选为钻孔)，则在根据本发明的用于制造这种力载体的方法中这一点可在力载体半成品的变形时已被加以考虑，其中，该区域在步骤b)中的变形中与该容纳部相对而置，并且，在该区域中规划有待被引入的、用于力载体在骨上的紧固(Befestigung)的孔。
通过这些设置用于骨螺钉且尽可能未发生材料加强的区域，相应的孔可被钻出并在孔的边缘区域中被配备以用于与骨螺钉的联锁的器件(例如材料棱)。
如开始所提到的，除了桥接着断裂区或不稳固区的力载体的区域之外，尤其断裂区或不稳固区处的力载体的第一(组)孔的区域是特别易遭受断裂的。总力和总载荷的约50-60％经由该区域而传递。根据本发明的优选的实施例，该尤其强烈地承受负荷的区域具有提高的材料强度。优选地，该材料强度在最强烈地被加载的区域中(相对于变形之前该区域中的材料强度而言)提高了至少40％，优选提高了至少60％，更优选地提高了至少80％。
在位于该第一孔的远侧的可能存在的另外的孔处，力载体不必具有材料强度提高的区域。然而，由于可设想(就如开始所提到一样)该力载体在这些跟在后面的孔处也必须承受较高的载荷，则该紧接着的(naechstfolgende)孔及(如有必要的话)其它的紧接着的孔也都在孔旁的区域中具有提高的材料强度，材料强度与这些区域的载荷相对应地随着离断裂区或不稳固区的距离的增加而降低。那么举例而言，在力载体上，第二孔旁的区域中的材料强度仅为第一孔旁的区域中的材料强度的大约一半，并且，第三孔旁的区域中的材料强度至多为该第二孔旁的区域中的材料强度的一半。适宜的是，从材料强度提高的区域到材料强度较低的区域的过渡中，力载体中的材料强度连续地变化。
以下将借助于所附的实施例的附图对本发明进行更详细的说明。其中：
图1在平面图中显示了根据本发明的6孔骨板(6-Loch-Knochenplatte)；
图2在纵截面中显示了6孔骨板半成品；
图3在纵截面中显示了变形后的6孔骨板半成品；
图4在纵截面中显示了根据本发明的6孔骨板；
图5显示了用于6孔骨板的硬化(gehaertete)压模工具，其作用到骨板半成品上；
图6显示了出自图5的在成型时的横截面；
图7显示了成型后骨板半成品的横截面；
图8显示了穿过被加强的6孔骨板的孔的横截面部分。
图1显示了可基于6孔骨板半成品5(如在图2中所示)而获得的6孔骨板1。骨板1相应地具有孔对2，3和4。其中，板孔2布置成相对于骨的断裂区或不稳固区位于近侧，板孔4布置成相对于骨的断裂区或不稳固区位于远侧，且板孔3布置成位于板孔2和4之间。在孔2周围骨板1具有带有有所提高的材料强度的区域，在孔3周围骨板1具有材料强度较小的区域且在孔4周围骨板1具有材料强度更小的区域(相对于孔2周围的区域而言)。这些区域的材料强度与它们的载荷传递相对应，该载荷传递在板孔2周围的区域中为大约50-60％，在板孔3周围的区域中为约20-30％且在板孔4周围的区域中为约10％。材料强度的高低通过相对应的阴影的浓密程度示意性地表示。在带有密的阴影的区域中材料强度最高。骨板1具有平坦的上侧面和下侧面。骨板1的区域的不同的材料强度与压制过程(用于材料压实)之前在骨板半成品5处在该区域中所存在的材料体积相对应(如在图2中所示那样)。如从图2中的骨板半成品5的侧断面图中可看出的，骨板半成品5具有不同的厚度和孔。骨板半成品5可通过带有平的面的造型压模工具而在上侧和下侧平坦地成形，以使得材料的一部分在变形时流入骨板半成品5的孔中。
变形之后得到的骨板半成品5显示在图3中。在变形时中流入孔中的材料(Material)未显著地被加强，以使得由此可在再加工中加工出软的材料棱7以用于成型和与螺钉头的联锁，如同图4中所示那样。
图5显示了软的骨板半成品5，带有孔的硬化压模工具沿箭头方向按压到该骨板半成品5上。在压制过程中，骨板半成品5的软的材料流回到该模具的孔中。
图6在剖面中显示了，在形成图7中可见的已成型骨板半成品5处的材料菌形件(Materialpilz)的情形下，当压模工具按压到软的骨板半成品5上时，材料至孔的回流。
图8显示了被再加工的出自图7的材料菌形件的区域。材料菌形件的软的材料充当骨板1的孔壁的材料，从其中可加工出水平的材料棱7和孔2，3，4周围的环形的壁垒(Wall)6。环形壁垒6提高了孔区域中的强度并将螺钉头(未示出)相对于位于其上的组织(未示出)屏蔽开，以使得该组织不会由于螺钉头的尖锐的部分而受到刺激。