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Patent Searching and Data


Title:
HOBBLE TURNING METHOD AND PREFERRED APPLICATION FOR SAID METHOD
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1999/033416
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for cutting workpieces with a non-round or inconstant contour on usual commercial programmable turning machines. According to the invention, the application and combination of programmed threading cycles and rising and falling values for the diametral and longitudinal axis or the gradient, a pilger step technique and interlaced machining sequences has almost unlimited possibilities. A preferred application of the inventive method is the production of special screw threads on screw-on hip cups e.g., with almost any clamping, neutral or clearance angle of the thread wings. The invention can be used to produce an advantageous hip cup with thread wings consisting of displaced screw surfaces.

Inventors:
Hörmansdörfer, Gerd (Kastanieneck 6 A Burgdorf-Beinhorn, D-31303, DE)
Application Number:
PCT/EP1998/008473
Publication Date:
July 08, 1999
Filing Date:
December 29, 1998
Export Citation:
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Assignee:
Hörmansdörfer, Gerd (Kastanieneck 6 A Burgdorf-Beinhorn, D-31303, DE)
International Classes:
B23B1/00; A61F2/34; B23B5/18; B23B5/44; B23B5/46; B23G1/00; B23G1/02; B23Q27/00; G05B19/18; G05B19/4093; A61F2/30; (IPC1-7): A61F2/34; B23G1/00
Domestic Patent References:
WO1997039702A11997-10-30
Foreign References:
EP0480551A11992-04-15
DE4031079A11992-04-23
US4287462A1981-09-01
DE3141287A11983-04-28
US3874809A1975-04-01
US4919677A1990-04-24
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Claims:
Patentansprüche 0
1. Drehtechnisches Verfahren zum sogenannten Humpeldrehen auf einer programmier baren Drehmaschine für die spanende Herstellung von unrunden Werkstücken bzw. Werk stücken mit mindestens partiellen Unstetigkeiten ihrer Kontur, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück im Futter einer Maschinenspindel rotiert und dabei der Kreuzschlitten mit dem Zerspanungswerkzeug unter Benutzung einer Gewindeprogrammierung in der Stei gungsachse synchronisiert zum Spindelwinkel verfahren wird und bestimmte unrunde, aus geometrischen Übergangse ! ementen zusammengesetzte Konturen mittels einer Program mierung aus Sprungfunktionen durch Verknüpfung von Befehissatzen mit Werten für die Adreßparameter X (Durchmesser), Z (Lange) und F (Steigung) erzeugt werden, wobei mindestens für einen dieser Adref3parameter in der Programmsatzkette eine Folge aus humpelnden Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe ver wendet wird.
2. Drehtechnisches Verfahren zum sogenannten Humpeldrehen auf einer programmier baren Drehmaschine für die spanende Herstellung von unrunden Werkstücken bzw. Werk stücken mit mindestens partiellen Unstetigkeiten ihrer Kontur, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück im Futter einer Maschinenspindel rotiert und dabei der Kreuzschlitten mit dem Zerspanungswerkzeug unter Benutzung einer Gewindeprogrammierung in der Stei gungsachse synchronisiert zum Spindelwinkel verfahren wird und bestimmte unrunde, aus geometrischen Ubergangselementen zusammengesetzte Konturen mittels einer Program mierung aus Sprungfunktionen durch Verknüpfung von Befehtssätzen mit Werten für die Adreßparameter X (Durchmesser), Y (Höhe), Z (Lange) und F (Steigung) erzeugt werden, wobei für mindestens einen dieser Adreßparameter in der Programmsatzkette eine Folge aus humpelnden Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe verwendet wird.
3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens zwei der genannten Adreßparameter in der Programmsatzkette eine Folge aus humpelnden Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe ver wendet wird.
4. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Programmsatzkette eine rotationssymmetrische Kontur mit einer überlagerten nicht monotonen periodischen Folge von Inkrementen beschreibt.
5. Verfahren gemäß einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens einen der Adreßparameter die zwischen den Zahlenwerten der Programm satzkette gebildeten Inkremente als Folge humpelnder Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe programmiert sind, wobei z. B. die entsprechenden Zahlenwerte innerhalb der einen Wertegruppe größer sind als die innerhalb der anderen und/oder das Vorzeichen innerhalb der einen Wertegruppe positiv und innerhalb der anderen Wertegruppe negativ ist.
6. Verfahren gemä# einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Unstetkontur durch die Programmierung eines Pilgerschrittverfahrens erzeugt wird, indem das Werkzeug mit einer Abfolge von Vorwärtsund Rückwärtsbewegungen verfah ren wird, wobei eine der Bewegungen größer ist als die andere.
7. Verfahren gemä# einem der vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Unrundbzw. Unstetkontur am Werkstück durch Verschachtelung von mindestens zwei Bearbeitungssequenzen erzielt wird, wobei z. B. mittels einer ersten Sequenz ein erstes, drittes, fünftes, usw. Konturelement erzeugt und ein zweites, viertes, sechstes, usw. Kontur element übersprungen wird, und im Anschluß die ausgelassenen Konturelemente bearbei tet und dabei die bereits bearbeiteten Konturelemente übersprungen werden.
8. Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche für die spanende Erzeugung unstet verlaufender, aus einer geneigten oder gekrümmten Mantelfläche herausstehender Konturelemente, wobei mit der Seite des Drehmeißels im wesentlichen die Flanke des unstet verlaufenden Konturelements und mit der Spitze des Drehmeißels im wesentlichen die Mantelfläche bearbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze des Drehmeißels auf einer im wesentlichen tangential zur Mantelfläche verlaufenden Bahn geführt wird und die Seite des Drehmeif3els mittels einer programmierten Änderung der tangentialen Verfahrgeschwindigkeit und/oder Verfahrrichtung die Flanke des unstet verlaufenden Kon turelements erzeugt.
9. Anwendung des Verfahrens gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 für die spanende Herstellung von speziellen Gewinden an einschraubbaren künstlichen Hüft gelenkpfannen, insbesondere zur Erzeugung beliebiger Klemm, Neutraloder Freiwinkel an den Gewindeflügeln.
10. Einschraubbare künstliche Hüftgelenkpfanne mit beliebiger äußerer Kontur des Scha lenmantels, z. B. spharisch, paraspharisch, konisch, konischsphärisch, parabolisch, usw., mit einem sich zum Zahnkopf hin verjüngenden Profil des Gewindezahns, z. B. als Spitz gewinde, beliebiger Zahnstellung, z. B. neutral oder zum Pfannenpol gekippt, und belie biger Steigung, z. B. konstanter oder variabler Steigung, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen durch Spannuten voneinander getrennten Gewindeflügel der Gewinderippe durch Schraubflachen konstanten Durchmessers gebildet sind, wobei in Einschraubrichtung nachfolgende Gewindeflügel größere Durchmesser aufweisen als vorauslaufende.
11. Einschroubbare künstliche Hüftgelenkpfanne gemäß Anspruch 10, dadurch qekenn zeichnet, daß die Gewindeflügel in ihrer Erstreckung mit einem kleinen Winkel in Richtung zum Drallwinkel der Spannuten hin relativ zueinander verschwenkt sind. Verfahren zum Humpeldrehen und bevorzugte Anwendung des Verfahrens Zusammenfassung Es wird ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken mit unrunder bzw. un steter Kontur auf handelsüblichen programmierbaren Drehmaschinen vorgeschlagen, wo bei AnwendungundKombinationeinerProgrammierungausGewindezyklender und humpelnden Werten für die Durchmesserund Längsachse, bzw. der Steigung, einer Pilgerschrittechnik, sowie verschachtelter Bearbeitungssequenzen nahezu unbegrenzte Mögiichkeiten gegeben sind. Mittels einer bevorzugten Anwendung des Verfahrens sind spezielle Gewinde an ein schraubbaren künstlichen Hüftgelenkpfannen z. B. mit nahezu beliebigen Klemm, Neural oder Freiwinkeln der Gewindeflügel herstellbar. Mit der Erfindung wird eine besonders vorteilhafteGewindeflügelnausversetztenSchraubflächenzurVerfümit gung gestellt.
Description:
Verfahren zum Humpeldrehen und bevorzugte Anwendung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein spezielles Verfahren zur drehtechnischen Bearbeitung von Werk- stücken und eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens.

Im Prinzip ist die konventionelle Drehtechnik ein seit sehr langer Zeit bekanntes Verfahren für die spanende Herstellung von Werkstücken z. B. aus Holz, Metall oder Kunststoff. In jüngerer Zeit hat die Drehtechnologie durch die Einführung und Fortentwicklung nume- rischer Steuerungen eine rasante Ausweitung ihrer Möglichkeiten erfahren. So ist heute z. B. die Einhaltung einer konstanten Schnittgeschwindigkeit entlang der Oberflächenkontur überhaupt kein Problem. Selbst komplizierteste Geometrien sind mittels einer entsprechen- den Programmierung relativ einfach zu verwirktichen und in sehr kurzen Bearbeitungs- zeiten herstellbar. Daneben wurden derartige Maschinen durch die Ausrüstung mit Werk- zeugantrieb weiter aufgewertet, weil so komplizierte Werkstücke in einer Aufspannung dreh-und frästechnisch fertig bearbeitet werden können. Trotzdem bestehen hier gewisse Einschrankungen, welche entweder den Faktor Zeit oder bestimmte geometrische Gestal- tungen betreffen. Es ist z. B. eine Tatsache, daß die drehtechnische Herstellung generell BearbeitungszeitenermöglichtalsdasFräsen.Au#erdemergebensi chdeutlichkürzere beim Drehen bessere Oberflachenqualitaten. Wenn wegen der Werkstückgeometrie nur eine frästechnische Herstellung in Frage kommt, muß daher zwungsläufig eine deutlich langera Bearbeitungszeit bzw. eine ungteichmäßigere Oberf) äche in Kauf genommen wer- den. Aber auch mit einer $räs$echnischen Herstellung sind die geometrischen Möglichkeiten limitiert. So kann beispielsweise jede Ecke einer gefrästen Kontur in der Radialebene der Fräserachse niemals scharfkantiger sein als der Radius des verwendeten Fräsers. Scharf- kantige Konturen sind zwar mittels Räumen, Stoßen oder durch Erodieren erzielbar, jedoch muß dazu das Werkstück auf eine andere Maschine übernommen werden. Im Falle des Erodierens ist der Zeitbedarf extrem hoch. Zwar sind für die spanende Herstellung unrun- der Konturen seit einigen Jahren sogenannte Formbohr-bzw. Formdrehgeräte auf dem Markt, jedoch haben diese Geräte ihren Preis und erfordern so eine kapitalmäßige Investition entsprechender Größenordnung. Außerdem sind sie nur an die vorgesehene Schnittstelle anschließbar und auf eine vorgegebene Kontur mit zweidimensionaler Unrundheit beschränkt.

Bereits früher hatte es Versuche gegeben, Drehmaschinen durch Anbau spezieller mecha- nischer Baugruppen für die Bearbeitung von unrunden Werkstücken zu ertüchtigen. Eine entsprechende Maschine wird in der Deutschen Offenlegungsschrift DE 25 15 106 vorge- schlagen. Neben dem sehr aufwendigen und anfalligen Bauaufwand krankt diese Ma- schine an der extremen Limitierung ihrer Möglichkeiten, welche sich ohnehin nur auf die Erzeugung einer zweidimensionalen Unrundgeometrie beschränken.

Die geometrischen Möglichkeiten der Unrundbearbeitung sind bezüglich auf eine Dreh- machine aufrüstbarer Werkzeuge z. B. erweiterbar, wenn der Schneidenantrieb frei pro- grammierbar angesteuert werden kann. Ein solches Werkzeug ist z. B. aus der Deutschen Offenlegungsschrift DE 35 09 240 A1 bekannt. Hier werden piezoelektrische oder mag- netostriktive Stellglieder herangezogen, um eine dynamische Schneidenverschiebung relativ zum Werkstück mittels einer entsprechenden elektrischen Ansteuerung zu verwirklichen.

Hiermit sind jedoch nur sehr kleine Stellwege erzielbar. Es wäre zwar technisch möglich, z. B. durch Anwendung eines magnetodynamischen Systems zu wesentlich größeren Stell- wegen zu gelangen, doch wären diese wie zuvor auf eine einzige Bewegungsachse limitiert. Zur Erzielung bestimmter dreidimensionaler Unstetbearbeitungen wäre es notwen- dig, durch Hinzufügen einer zweiten oder sogar dritten jeweils orthogonal angeordneten Bewegungseinheit ein Werkzeug mit komplexen Bewegungsrichtungen zu schaffen, aller- dings wäre dieses aufwendig im Bau und anspruchsvoll in Bezug auf die erforderliche Ansteuerelektronik. Ein derartiges Werkzeug ist bisher nicht verfügbar.

Es sind auch spezielle Drehmaschinen bekannt, welche für die Unrundbearbeitung z. B. von Kolben für Verbrennungsmotoren entwickelt worden sind. Moderne Kolben besitzen näm- lich einen leicht unrunden, in der Regel elliptischen Querschnitt, um die anisotrope Ausdehnung bei Erwärmung zu kompensieren. Allerdings besteht hier nur eine sehr geringe Abweichung von der Kreisform, wobei die Kontur außerdem einen weich fließenden Verlauf aufweist. Sprünge oder extreme Unstetigkeiten sind dort nicht vorhanden. Demgemal3 besteht hinsichtlich der baulichen Auslegung einer derartigen Maschine kein sehr hoher Schwierigkeitsgrad. Es genügt im Prinzip, den Drehmeißet in der den Durchmesser betreffenden x-Achse mit geringer Amplitude schwingen zu lassen, während der Schlitten entlang dem Werkstück in der z-Achse verfahren wird. Dabei wird die Auslenkungskurve der Drehmeißelspitze einen mehr oder weniger sinusförmigen Ver- lauf zeigen, sodaß extreme Beschleunigungen gar nicht erforderlich sind. Diese wären trotz der reduzierten Masse des Systems ohnehin nur schwer zu realisieren. Es versteht sich, daß derartige Maschinen eine Verkopplung der Werkstückrotation zur Bewegung der x-Achse erfordern, jedoch ist der Vorschub in der z-Achse frei gestaltbar. Tatsächlich ist die Erzeugung der unrunden Kontur dabei auf die zweidimensionale Durchmesserebene beschrankt und wird mittels der z-Achse auf die dritte Dimension lediglich ausgedehnt. Die z-Achse ist dabei jedoch in die unrunde Konturerzeugung nicht wirklich einbezogen. Ein Verfahren des Schlittens entlang der z-Achse in Sprüngen oder mit einer etwa überlagerten Oszillation ist nicht vorgesehen.

Eine Sondermaschine der oben genannten Art wird z. B. in der Deutschen Offenlegungs- schrift DE 40 31 S) 79 A1 beschrieben, wobei vorgeschlagen wird, für die Ansteuerung des für die oszillierende Bewegung des Drehmei#els vorgesehenen Antriebs (z. B. elektrischer Linearmotor oder hydraulisches System) neben der vorhandenen Maschinensteuerung eine zusätzliche Rechnersteuerung z. B. in Gestalt eines Personalcomputers heranzuziehen. Ohne Abänderung des zugrunde liegenden kinematischen Verfahrens ist jedoch eine derartige Maschine in ihren Möglichkeiten auf die vorgesehene und ähnliche Anwendungen be- schrankt. Außerdem ist eine solche Sondermaschine in der Anschaffung verhä ! tnismaßig teuer.

Es bestand daher die Aufgabe zur Schaffung eines Verfahrens für die drehtechnische Bear- beitung von Werkstücken mit Unregelmäßigkeiten oder Unstetigkeiten der Kontur, welches einerseits die an der Maschine bestehenden Gegebenheiten hinsichtlich des Kreuzschlittens und der NC-Steuerung nutzen, ohne Zusatzgeratschaften auskommen, die mit der Massen- trägheit einhergehenden Plobleme überwinden und gleichzeitig den Freiheitsgrad bezüglich der Unstetigkeit der erzeugbaren Kontur um wenigstens eine zusätzliche Dimension erwei- tern sollte. Dabei war auch angestrebt, bisherige fröstechnische Operationen durch das neue Verfahren so weit wie möglich abzulösen.

Die genannte Aufgabe wird nach der Erfindung durch ein als Humpeldrehen bezeichnetes drehtechnisches Verfahren gelost, wobei das Werkstück im Futter der Maschinenspindel mit einer-vorzugsweise konstanten-Drehzahl rotiert, und dabei der Kreuzschlitten mit dem Zerspanungswerkzeug unter Benutzung einer Gewindeprogrammierung in der Steigungs- achse synchronisiert zum Spindelwinkel verfahren wird und bestimmte unrunde, aus geometrischen Ubergangselementen zusammengesetzte Konturen mittels einer Program- mierung aus Sprungfunktionen durch Verknüpfung von Befehtssätzen mit Werten für die Adref3parameter X (Durchmesser), Z (Länge) und F (Steigung) erzeugt werden, wobei min- destens für einen dieser Parameter in der Programmsatzkette eine Folge aus humpelnden Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe verwendet wird) Das Verfahren ist durch Heranziehung des Parameters Y (Höhe) bei entsprechend aus- gerüsteten Maschinen erweiterbar.

Die bei den meisten Bearbeitungsaufgaben in der Programmsatzkette für mindestens einen Adreßparameter zwischen den Zahlenwerten gebildeten Inkremente stellen eine hum- pelnde Folge aus Wertegruppen mit mindestens einem Zahlenwert in jeder Wertegruppe dar, wobei z. B. die entsprechenden Zahlenwerte innerhalb der einen Wertegruppe größer sind als die innerhalb der anderen und/oder das Vorzeichen innerhalb der einen Werte- gruppe positiv und innerhalb der anderen Wertegruppe negativ ist. Im Prinzip bilden die für einen bestimmten Adreßparameter programmierten Werte in der Programmsatzkette eine Folge von Zahlenwerten, in welcher die befohlenen Sprungfunktionen als sogenannte Humpeischritte zum Ausdruck kommen.

Besondere Bedeutung erlangt das Verfahren durch seine Anwendungsmöglichkeit in allen drei Dimensionen, selbst ohne Heranziehung der y-Achse. Diese bearbeitungsmäßige Freiheit ist darauf zurückzuführen, daß Humpelschritte mittels X, Z und F jeweils allein oder in Kombination miteinander programmierbar sind.

Das Verfahren wird erfindungsgemöß durch ein Sprungsystem erweitert, wobei die herzu- stellenden Unstetigkeiten in aufeinander folgenden Sequenzen aus geometrisch gegenein- ander versetzten Drehzyklen erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt weder Spezialgerätschuften noch zusatzliche NC-Steuerungen und beruht allein auf der Anwendung der mit der Maschinensteuerung und der entsprechenden Software gegebenen Möglichkeiten und wird lediglich begrenzt durch die Dynamik des Gesamtsystems. Hierzu sind z. B. die bekannten Befehtssätze G 31, G 33, G 34, G 37 bzw. G 131 usw., sowie z. B. die Adreßparameter X (Durchmessermaß), Z (Längenmaß), F (Gewindesteigung), B (Anlauflänge), P (Überlauflange), C (Startwinkel der Spindel), H (Bezugsrichtung für F) und E (Steigungsanderung) verwendbar oder einfügbare Blöcke mit individueller Software. Es ist auch nicht ausgeschlossen, daß aufgrund des hier vorgeschlagenen Verfahrens in der Zukunft erweiterte Programmierungs- möglichkeiten seitens der Industrie serienmäßig angeboten werden.

Die oben angesprochene Dynamik des Gesamtsystems setzt sich zusammen aus der mechanischen und elektronischen Dynamik der Maschine. Dabei ist die mechanische Dynamik abhangig von der Masse des Kreuzschlittens und der Reaktionsgeschwindigkeit des Antriebs z. B. aus Gewindespindeln, Motoren und Getriebe. Demgegenüber ist die elektronische Dynamik durch die Rechengeschwindigkeit der Steuerung und deren Ver- knüpfung mit den elektromotorischen Antrieben vorgegeben. Demgemäß sind Dreh- maschinen der allerneuesten Generation mit digitalen Antrieben und schnellsten Rechnern für extreme Unstetbearbeitungen geeignet, während die Anwendung des Verfahrens auf alteren Maschinen entsprechend eingeschränkt ist. Diese Beschränkung kann teilweise durch die Benutzung reduzierter Schnittgeschwindigkeiten während der Zerspanung zurück- gedrängt werden, weil sich daraus niedrigere Spindeldrehzahlen und entsprechend redu- zierte Vorschubgeschwindigkeiten ergeben.

Eine sehr einfache Anwendung des Verfahrens besteht z. B. in der drehtechnischen Her- stellung exzentrischer Zapfen. Hierzu wird mittels einer Verkettung von Befehlssätzen z. B. mit G 33 eine in Bezug auf das Werkstück drehwinkelmäßige Auflösung von 180° reali- siert, indem jeweils Anfahrkoordinaten in X und Z sowie eine Steigung in F programmiert werden, wobei die zwischen den für den genannten Winkelschritt von jeweils 180° in Z programmierten Werten liegenden Inkremente im Prinzip dem halben programmierten Steigungswert entsprechen müssen. Demgegenüber springen die Werte für X bei jedem 180°-Halbschritt zwischen einem größeren und einem kleineren programmierten Durch- messerwert hin und her, wobei theoretisch der Mittelwert dem Durchmesser, und die halbe Differenz der Exzentrizität des herzustellenden Zapfens entsprechen. Zwecks Vereinfachung des Programmieraufwandes können die in Z bzw. in der Durchmesserachse sich wieder- holenden Sprünge bei einigen Steuerungen als sogenannte Variable eingegeben werden.

Da für das beschriebene Bearbeitungsbeispiel die Durchmesseränderung in der Regel größer als der beabsichtigte Vorschub in Gestalt der Steigung ist, wird die Maschinen- steuerung im Normalfall die programmierte Steigung mit dem Vorschub der X-Achse verrechnen. Daher muß für die Steigung unter F der bezüglich des Durchmessers pro Umdrehung programmierte Weg, also die doppelte Durchmesserdifferenz, eingegeben werden, wenn nicht der Umsprung durch Befehissätze z. B. mit H unterbunden wird. Aus der beschriebenen Programmierung ergibt sich eine theoretische Bahnkurve des Kreuz- schlittens in Gestalt einer fortlaufenden Zick-Zack-Linie. Tatsächlich wird aufgrund der verschiedenen dämpfend wirkenden Faktoren, wie z. B. hoher Kreuzschlittenmasse und ungenügender Steifigkeit des Regelkreises, ein sich standing wiederholender quasi sinus- artiger Bewegungsablauf des Kreuzschlittens während des Vorschubs entlang des Werk- stocks erzielt, sodaß trotz einer im Prinzip primitiven Programmierung eine erstaunliche Rundheit des exzentrischen Zapfens resultiert. Andererseits ergibt sich aus dieser Verzer- rung, daß die am Werkstück nachmessbaren Abmessungen nicht exakt den program- mierten Werten entsprechen. Daher müssen die zu programmierenden Zahlenwerte anhand von Probestücken ermittelt werden. Danach sind diese allerdings mit hoher Genauigkeit auf der jeweiligen Maschine reproduzierbar.

Die oben beschriebene Vorgehensweise ist für die drehtechnische Herstellung elliptischer Körper abwandelbar, indem die programmierte Zick-Zack-Kurve mit doppelter Auflösung, also mit drehwinkelmäßigen Schritten von 90°, festgelegt wird. Nun beschreiben die beiden alternierend programmierten Durchmesser den theoretischen Größt-bzw. Kleinstdurch- messer der Ellipse. Die dann gewöhnlich von der Steuerung in der X-Achse verrechnete Steigung muß dann mit der vierfachen Durchmesserdifferenz programmiert werden.

In entsprechender Weise wird vorgegangen, wenn ein Polygon (sogenanntes Gleichdick) hergestellt werden soll, wobei eine Auflösung des Winkelschritts von 60° erforderlich ist.

Eine derartige Bearbeitung ist z. B. in Gestalt einer planseitig eingestochenen Nut interes- sant, wie sie heute z. B. als Schmiernut von Anlaufscheiben oder Reinigungsnut an Brems- scheiben bekannt ist. Bei den genannten Beispielen ist eine exakt beschriebene Nutenbahn für die ordnungsgemäße Funktion nicht erforderlich, sodaß eventuelle Bahnabweichungen bedeutungslos sind.

Bei den oben beschriebenen Beispielen handelt es sich um relativ harmonische Unrund- bearbeitungen mit konstantem Vorschub in der Langsachse bei fest programmierter Steigung. Es ist ohne weiteres möglich, die beschriebene Programmierung durch Einfügen von Hilfspunkten zu erweitern und so zu einer perfektionierten Kontur zu gelangen. Das erfindungsgemdbe Verfahren geht hier jedoch noch weiter, indem für die spanende Herstellung von Werkstücken mit größerer Unstetigkeit bzw. Eckigkeit der Kontur, oder der Realisierung einer höheren Bahngenauigkeit die Heranziehung von variierenden Steigungs- werten-z. B. auch in Verbindung mit einer feineren Auflösung der Kontur-vorgeschlagen wird. Im Programm wird die zur Erzielung einer bestimmten Kontur vom Kreuzschlitten abzufahrende Bahn dann aus verketteten Sätzen z. B. mit G 33 beschrieben und für jeden Programmsatz eine andere Steigung festgelegt, wobei im Extremfall z. B. ein erster Programmsatz einen sehr kleinen, bzw. ein nächster Programmsatz einen sehr großen Wert für F aufweist, usw., sodaß z. B. eine Abfolge aus weichen und ruckartigen Bewegungen des Kreuzschlittens entsteht. Mit diesem Verfahren sind drehtechnische Unstetbearbeitungen in einer großen Vielfalt realisierbar, z. B. auch auf den Mantelflächen gekrümmter Körper.

In gleicher Weise ist mittels des Verfahrens die in den Programmsatzen abgelegte Koordi- natenkette aus jeweiligen X-und Z-Werten für sich allein, oder auch in Verbindung mit springenden F-Werten heranziehbar, um derartige unstete Konturverlaufe zu verwirklichen.

So ist z. B. der Vorschub einer oder beider Achsen als sogenannter Pilgerschritt program- mierbar, wobei nach einer bestimmten Vorschubstrecke jeweils ein z. B. ruckartiger (kürze- rer) Rücksprung folgt, dem wiederum eine z. B. größere Vorschubstrecke nachgeschaltet ist.

Sinngemäß kann eine derartige Bearbeitung z. B. als das wechselweise Schneiden von ver- ketteten Rechts-und Linksgewinden mit unter Umstanden unsymmetrischer Gewindestei- gung aufgefaßt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auch die spanende Herstellung unstet verlau- fender, aus einer geneigten oder gekrümmten Mantelfläche herausstehender Konturele- mente, wobei mit der Seite des Drehmeißels im wesentlichen die Flanke des unstet ver- laufenden Konturelements und mit der Spitze des Drehmeif3els im wesentlichen die Mantel- flache bearbeitet wird, Hierbei wird durch entsprechende Programmierung von Start-und Zielpunkten sowie Steigung die Spitze des Drehmeißels auf einer im wesentlichen tangential zur Mantelfläche verlaufenden Bahn geführt und mit der Seite des Drehmeif3els mittels einer programmierten Änderung der tangentialen Verfahrgeschwindigkeit und/oder Verfahrrichtung die Flanke des unstet verlaufenden Konturelements erzeugt.

Bei der beschriebenen Programmierung ist insbesondere darauf zu achten, daß die ge- wöhnlich mit dem Adreßparameter H bezeichnete Bezugsrichtung für F richtig verwendet wird. Bekanntlich wird unter H festgelegt, mit welcher Achse der Vorschub verrechnet wird, welcher der unter F programmierten Gewindesteigung entspricht. Ohne Angabe oder mit H=0 bezieht sich der Vorschub auf die z-Achse, also im Prinzip auf Längs-, Kegel-und entsprechende verkettete Gewinde bis maximul 45° zur Z-Achse. Wird H auf 1 gesetzt, so betrifft die Vorschubverrechnung nun die x-Achse, also grundsätzlich Plan-, Kegel-und ent- sprechende verkettete Gewinde bis maximal 45° zur X-Achse. Daneben ist mit H=3 der Vorschub auf die Gewindebahn beziehbar. Bei verketteten Gewinden auf gekrümmten Fla- chen kann es leicht vorkommen, daß der Grenzwert von 45° überschritten wird und die Maschinensteuerung dann automatisch auf die andere Achsenverrechnung umspringt. Ent- weder muß diese dann z. B. durch Umrechnung ermittelt und im Programm bewußt verfalscht angegeben sein, oder es muß der Umsprung per Software unterbunden werden, falls die Steuerung einen entsprechenden Befehissatz bereit halt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird noch durch den Vorschlag erweitert, die aufgrund der limitierten Maschinendynamik bestehenden Anwendungsgrenzen dadurch zu überwin- den, daß für extreme Bearbeitungsgeometrien eine Verschachtelung von Bearbeitungsse- quenzen herangezogen wird. Dabei handelt es sich um eine Art Sprungverfahren, welches in einem ersten Bearbeitungszyklus z. B. ein erstes Konturelement bearbeitet, dabei jedoch ein zweites ausläßt, um mit einer beruhigten Bahn wiederum ein drittes Konturelement ab- zufahren, usw.... Die beim ersten Bearbeitungszyklus ausgelassenen Konturelemente wer- den in einem zweiten Bearbeitungszyklus zerspant, wobei nunmehr die Konturelemente aus dem ersten Bearbeitungszyklus ausgelassen werden. Dieses Verfahren berücksichtigt das aus einer mit maximaler Verfahrgeschwindigkeit programmierten abrupten Bewegung resultierende Überschwingen des Gesamtsystems, welches ein in kurzer Entfernung folgen- des Konturelement nicht in der gewünschten Weise abzufahren in der Lage ist. Zwecks Aus- führung des Verfahrens ist damit wegen der z. B. zwei oder mehr Bearbeitungssequenzen zwar ein höherer Zeitaufwand erforderlich, jedoch ist dieser gegenüber einer frastechni- schen Herstellung immer noch drastisch kürzer.

Mit der Erfindung wird gleichzeitig eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens vorge- schlagen. Diese Anwendung soll anhand von Ausführungsbeispielen gleichzeitig einer naheren Erlauterung des Verfahrens dienen.

Die vorgeschlagene Anwendung betrifft die Gewindeherstellung von selbstschneidend ein- schraubbaren Hüftgelenkpfannen, welche für die sogenannte zementfreie Implantation beim Menschen vorgesehen sind. Derartige Schraubpfannen sind in den unterschiedlich- sten Ausführungen am Markt. Für eine zuverlässige und dauerhafte Integration und auch eine vorteilhafte Handhabbarkeit beim Implantieren ist die Gestaltung des Gewindes von ausschlaggebender Bedeutung. Es ist mittlerweile bekannt, daß eine große Kontaktftäche des Implantas zum knöchernen Lager ohne Lastspitzen und ein zum Pfannenpol geneigtes Gewindeprofil gute Voraussetzungen für die Vermeidung von Lockerungen sind. Daneben muß eine solche Schraubpfanne eine gute Taktilianz besitzen, womit die während des Eischraubens von der Schraubpfanne vermittelte Fühlbarkeit des Aufsetzens des Schalen- körpers auf die vorbereitete knöcherne Aufnahmefläche im Acetabulum bezeichnet wird.

Bei den bisherigen Schraubpfannentypen besteht hier Handlungsbedarf, weil bei Ihnen nach dem Implantieren entweder unerwünschte Freiräume zur knöchernen Grenzflache hin bestehen, oder sie nur mit großer Kraftanstrengung eingeschraubt werden können, bzw. ihre Taktilianz unzureichend ist.

Eine Gruppe von Schraubpfannen ist mit einem sogenannten Flachgewinde versehen, bei welchem die seitlichen Flächen der Gewinderippe parallel zueinander stehen. Es ist üblich, die Gewinderippen zwecks Bildung von Schneidkanten in bestimmten Abstanden durch das Einbringen von Spannuten zu unterbrechen. Bei dieser Gewindeart muß die Schneidkraft beim selbstschneidenden Einschrauben vollständig von der radial nach außen zeigenden Kopfflache der Gewinderippe bzw. den dortigen Schneidkanten erbracht werden. Ohne weitere Maßnahme beschreibt jedoch der durch die Kopffläche der einzelnen Gewinde- flügel reprusentierte Kurvenzug in der axialen Aufsicht von der Polseite der Schraubpfanne her eine Spirale, deren genaue Bahn von der Formgestalt des Schalenkörpers der Schraub- pfanne und der Gewindesteigung abhängt. Dadurch nimmt mit fortschreitender Windung der radiale Kurvenabstand vom polaren Mittelpunkt zu. Das Ende eines jeden Gewinde- flügels steht daher radial weiter nach außen heraus als sein Anfang. Auf diese Weise entsteht beim Einschrauben einer derartigen Schraubpfanne ein Klemmeffekt, welcher lediglich durch die von der aufgerauhten Oberfläche des Implantas auf das knöcherne Material wirkenden Raspetkräfte gemildert wird. Daher sind derartige Implantate mit einem unnötig hohen Einschraubkraftbedarf behaftet.

Andererseits sind Schraubpfannen mit Flachgewinde bekannt, deren Gewindeflügel durch gruppenweises Uberfrasen mit einem Freiwinkel versehen sind. Allerdings ergeben sich aus der gewähtten Bearbeitungsart gerade kopfseitige Flache, welche als Sehnen gegenüber dem von der jeweiligen Schneidkante gebildeten Schwenkkreis zurückversetzt verlaufen.

Dadurch sind Schraubpfannen mit einem solchen Gewinde zwar relativ leicht einschraub- bar, besitzen jedoch wegen der verkürzten Gewindezahnhöhe nur eine reduzierte Fläche zur Übertragung von Kräften. Sehr nachteilig ist insbesondere die Spaltenbildung im Bereich des Gewindezahnkopfes zwischen Implantat und Knochen, sowie die auf das knöcherne Substrat wirkende Hebelwirkung wegen der zu tief geschnittenen Zahnrillen.

Daher halten auch solche Schraubpfannen einer kritischen Betrachtung aus rein medizini- scher Sicht nicht stand.

Mit dem US-Patent 4,997,447 wird eine Schraubpfanne vorgeschlagen, deren Kopfflachen der einzelnen Gewindeflügel bogenförmig verlaufen, wobei ein Freiwinkel dadurch reali- siert ist, daß der vom Pfannenpol ausgehende Radius dieses Bogens mit zunehmender Entfernung von der Schneidkante kleiner wird. Bei dieser Schraubpfanne dürfte ohne Ein- bußen ihres guten Einschraubverhaltens die zuvor beschriebene Gefahr der Spaltenbildung stark reduziert sein. Allerdings ist für ihre Fertigung ein recht hoher Zeitbedarf zu veranschlagen, da die vorgeschlagene Gestaltung das vollständige Abfahren der Zahn- kopferstreckung mit einem Fräser erfordert.

Schraubpfannen der oben beschriebenen Art mit Flachgewinde konnten bislang nur einen gewissen Marktanteil erobern. Gegenwärtig scheinen Schraubpfannen mit sogenanntem Spitzgewinde weiter verbreitet zu sein. Doch auch bei dieser Gruppe besteht prinzipiell der zuvor beschriebene Problemkomplex hinsichtlich des unakzeptablen Einschraubverhaltens und der Spaltenbildung in der Kontaktzone. Die verschiedenen Versuche zur Reduzierung des Einschraubkraftbedarfs haben unter anderem dazu geführt, die eingefrästen Spannuten zu Lasten der Gewindeflügel sehr breit zu öffnen. Dadurch ging wertvolle Kontaktftäche verloren, verbunden mit der Bildung ausgedehnter Hohträume bzw. von der Kraftübertra- gung ausgesch ! ossener ossörer Bereiche.

Bisher sind in Bezug auf Schraubpfannen mit Spitzgewinde keine Ausführungen mit einem Freiwinkel der einzelnen Gewindesegmente auf dem Markt erschienen. Dies wird vermut- lich damit zusammenhängen, daß eine entsprechende Realisierung mit einem hohen Schwierigkeitsgrad behaftet ist, und die sich zunächst anbietende frästechnische Herstellung neben einer sehr aufwendigen Programmierung einen sehr hohen zeitlichen Bearbeitungs- aufwand erfordert. Diese Schwierigkeiten sind darin begründet, daß bei Spitzgewinden je nach Verlauf der Spannuten mindestens eine der Seitenflachen des Gewindezahns zur Bil- dung einer Schneidkante herangezogen werden muß. Wenn nun hinter der Schneidkante ein Freiwinkel gebildet werden soll, so muß die entsprechende Seitenflache des jeweiligen Gewindeflügels bis zur nachstfolgenden Spannut mit einem kongruenten Seitenwinkel hin- terfröst werden. Dabei taucht das Problem auf, daß der Fräser bei gekrümmten Man- telflächen nicht gleichzeitig den Grund der Gewinderille konturtreu bearbeiten kann. Man hätte dann die Wahl, entweder entlang der Zahnflanke eine immer mehr zunehmende rillenartige Vertiefung in Kauf zu nehmen, oder ein entsprechend anwachsendes treppen- stufenartiges Relikt. Dieses Uberbteibse ! müßte im Anschluß mittels mindestens eines wei- teren Fräsganges entfernt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es jetzt möglich, derartige Gewinde von Hüft- gelenkpfannen drehtechnisch in kürzester Zeit und mit Perfektion herzustellen. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Unstetbearbeitung zur Erzeugung eines bestimmten Verlaufs der einzelnen Gewindeflügel an deren pol-, äquator-oder kopfseitiger Flache bzw. mehreren dieser Flächen erfolgen soll. Wegen der freien Programmierbarkeit der Bearbeitungsbahn ist nicht nur jedes beliebige Profil des Gewindezahns beherrschbar, sondern auch der jeweilige winkelmäßige Verlauf der erzeugten Gewinderippenabschnitte nahezu frei be- stimmbar. Gleichzeitig ist die gesamte Gewindeabwicklung an den Schalenmantel des Pfannenkörpers perfekt anpaßbar. Daher kann die Erfindung für sämtliche bekannten Schalenformen wie z. B. sphörisch, asphärisch, paraphärisch, konisch-sphärisch, konisch, zylindrisch, parabolisch, toroidisch, usw. angewandt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist problemlos mit anderen bekannten Verfahren zur Herstellung von Gewinden für Hüftgelenkpfunnen kombinierbar, z. B. mit dem aus der Europäischen Patentschrift EP 0 480 551 bekannten Verfahren, bzw. dem mit der Deutschen Offenlegungsschrift DE 44 00 001 vorgeschlagenen Verfahren zur Herstellung eines Gewindes mit veranderlich modifizierbarem Gewindeprofil. Besonders vorteilhaft erscheint eine Kombination mit einem zum Pfannenpol überkippten Gewindezahnprofil und einer sich fließend ändernden Gewindesteigung gemäß der Internationalen Patent- anmeldung WO 97/39702.

Diesbezüglich wird mit der Erfindung vorgeschlagen, bei künstlichen Hüftgelenkpfannen mit einem sich zum Kopf des Gewindezahns hin verjüngendem Zahnprofil die zwischen den Spannuten gebildeten Gewindeflügel jeweils mit sogenannten Schraubftöchen herzu- stellen und mit ihrer jeweiligen Erstreckungsrichtung in Abhängigkeit vom Drallwinkel der Spannut zu verschwenken. Als Schraubflachen werden dabei solche Flächen verstanden, welche durch Rotation eines bestimmten Zahnprofils mit konstantem Durchmesser und einer Steigung um die Pfannenachse erzeugt sind. Bei einem z. B. trapezförmigen Zahn- profil sind folglich drei Schraubflächen gebildet, eine als kopfseitige und zwei als Seitenflächen. Dabei können diese Schraubflächen in ihrem Fußbereich entlang ihrer Erstreckung einer Verkürzung unterliegen, wenn das Zahnprofil bei bestimmten Mantel- geometrien der Schraubpfanne in die Mantelflache hinein verläuft. Die der Schneide am Anfang des jeweiligen Gewindeflügels folgenden Flachen besitzen dann einen Neural- winkel, also weder einen Klemm-noch einen Freiwinkel. Dadurch sind unerwünschte Klemmeffekte beseitigt und trotzdem ein allseitiger Knochenkontakt der Gewindeflügel sichergestellt. Damit die am Anfang des jeweiligen Gewindeflügels vorhandene Schneide ihre Wirkung optimal entfalten kann, muß sie gegenüber dem vorauslaufenden Gewinde- flügel vorsteheno Dies wird im ersten Schritt dadurch erreicht, daß für die Schraubflächen eines nachfolgenden Gewindeflügels ein größerer Radius herangezogen wird als für die Schroubflächen des vorauslaufenden Gewindeflügels. Zusätzlich werden die einzelnen Gewindeflügel in ihrer Erstreckung in Abhangigkeit vom Drallwinkel der Spannuten relativ zueinander verschwenkt, wobei eine an den Drallwinkel sich annähernde Verschwenkungs- richtung bevorzugt ist, um einen Überstand der positiven Schneidkante zu realisieren.

Die Erfindung soll im folgenden hinsichtlich der bevorzugten Anwendung anhand der zwölf Zeichnungsfiguren näher erläutert werden. Es zeigen : Fig. 01 Hemisphörische Schraubpfanne mit kopfseitig klemmendem Flachgewinde gemäß dem Stand der Technik Fig. 02 Hemisphärische Schraubpfanne mit einem mit Freiwinkel versehenen Flachgewin- de gemäß dem Stand der Technik Fig. 03 Erfindungsgemöße hemispharische Schraubpfanne mit Flachgewinde aus Gewin- deflügeln mit kopfseitigen Schraubftöchen Fig. 04 Erfindungsgemöße hemispharische Schraubpfanne mit Spitzgewinde aus Gewinde- flügeln mit allseitigen Schraubflächen Fig. 05 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 1 Fig. 06 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 2 Fig. 07 Zwei Gewindeflüvael mit Freiwinkel und bogenförmiger Kopfftöche Fig. 08 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 3 Fig. 09 Zwei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 4 Fig. 10 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 3 und hochdynamische Werk- zeugbahn Fig. 11 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 3 und Werkzeugbahn mittlerer Dynamik mit Sprungverfahren Fig. 12 Drei Gewindeflügel der Schraubpfanne gemäß Fig. 3 und überschwingende Werk- zeugbahn mit Sprungverfahren Die Zeichnungsfigur 1 stellt die polseitige Ansicht einer hemisphärischen Schraubpfanne 1 mit Flachgewinde gemäß dem Stand der Technik anhand eines Beispiels in einer etwa 1,3- fachen Vergrößerung dar. Für das Beispiel wurde der Nenndurchmesser auf 54 mm, die mittlere Zahnhöhe auf 2,6 mm, die Steigung auf 5 mm, und der Bodenlochdurchmesser auf 22 mm festgelegt. Diese Basisabmessungen wurden für die Zeichnungsfiguren 2 bis 4 zum Zwecke der besseren Vergleichbarkeit beibehalten.

An das Bodenloch 9 der Schraubpfanne 1 schließt sich ein kuppelförmiger gewindefreier Bereich 6 des Schalenkörpers on. Der Durchmesser des Schalenkörpers wird in der Zeich- nung lediglich durch den äquatoriaten Randbereich 10 repräsentiert. Der Gewindezug be- ginnt polseitig am ersten Gewindeflügel 7 und steigt bis vor den Gewindeflügel 2 auf seine volle Höhe an. Zwei der Gewindeflügel (2,3) sind mit Kennziffern versehen, weil sie für eine Detaildarstellung in Fig. 5 vorgesehen sind. Sowohl die kopfseitigen Flache (4) als auch die jeweils am Zahnfuß zum Schalenkörper gebildeten Kanten (5) der einzelnen Ge- windeflügel-mit Ausnahme des Anfangs-bzw. Endbereichs des Gewindezugs-liegen in der zweidimensionalen Darstellung jeweils auf einer spiralförmigen Kurve. Dabei umfaßt der gesamte Gewindezug etwa vier Umlaufe. Der zwischen den Gewindeflügeln verlaufen- de Gewindegrund 8 bildet den hemisphörischen Mantel des Scholenkörpers. Zwecks Erzeu- gung von Spannuten (11) bzw. Schneidkanten ist die umlaufende Gewinderippe 12-fach ohne Drallwinkel geschlitzt. Dabei taucht die Schlitzung unter einem Winkel von etwa 10° ein, um am Gewindezahnkopf jeweils einen positiven Spanwinkel zu bilden.

Das Ausführungsbeispiel einer Schraubpfanne 12 in Fig. 2 mit Flachgewinde gemäß dem Stand der Technik ist durch eine frästechnische Nacharbeit aus der Schraubpfanne 1 her- vorgegangen. Daher entsprechen Bodenloch 20, Kuppelbereich 17, Gewindegrund 19, Nenndurchmesser 21 und Schlitzung 22 ebenso wie die Kanten (16) zwischen den Gewin- deflügeln und dem Schalenkörper vollständig der Fig. l. Zwecks Aufrechterhaltung einer konstanten mittleren Gewindezahnhöhe wurden wegen der hemisphärischen Schalenkontur die Gewindeflügel einzeln nachgefräst. Dabei verschob sich der polseitige Gewindeanfang auf den Gewindeflügel 18. Die geraden Außenflächen 15 der einzelnen Gewindeflügel verlaufen nun als Sehnen zum Schwenkkreis der in Einschraubrichtung jeweils vorn liegen- den kopfseitigen Schneidkanten und in Synchronisation mit der Gewindeschlitzung so, daß in Bezug auf den jeweiligen Schwenkkreis Freiwinkel gebildet sind. Die Wirkung der Schneidkanten auf die Absenkung des Einschraubkraftbedarfs entfaltet sich durch den Umstand, daß der radiale Abstand der Schneidkanten von der Pfannenachse stets größer ist als der entsprechende radiale Abstand des vorouslaufenden Flügelendes. Auf zwei der mit den Kennziffern 13 und 14 versehenen Gewindeflügel soll spalter in der Fig. 6 noch näher eingegangen werden.

Das in Fig. 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schraubpfanne 23 entspricht in seiner hemisphärischen Schalenform und seinen Grundabmessungen, sowie dem Bodenloch 31, dem sich anschießenden Kuppelbereich 28, der Kante (27) zwischen den Gewindeflügeln und dem Schalenmantel, dem Gewindegrund 30, dem Durchmesser 32 und der Gewindeschlitzung 33 wiederum dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Der Ge- windezug des Flachgewindes beginnt mit einem ersten Gewindeflügel 29 geringer Zahn- höhe, dem eine Abfolge von vier weiteren Gewindeflügeln mit jeweils sprunghaft sich ver- größernder Zahnhöhe folgen, bis die Gewinderippe mit dem Gewindeflügel 24 ihre volle Höhe erreicht. Die parallel verlaufenden Flanken jedes einzelnen Gewindeflügels grenzen jeweils an einen außen liegenden Ausschnitt aus einer zur Schraubpfannenachse koaxialen Zylinderflache 26, wobei der zugrundeliegende Zylinderdurchmesser von Gewindeflügel zu Gewindeflügel in Stufen zunimmt. Dieses Gestaltungsprinzip ist wahlweise auch mittels eines jeweiligen Ausschnitts aus einer entsprechend koaxial liegenden Schraubfläche realisierbar. Durch die beschriebene Gestaltung ist an den Gewindeflügeln weder ein Klemm-noch ein Freiwinkel gebildet. Ein Freiwinkel ist dort überhaupt nicht erforderlich, weil die von der (z. B. durch Sandstrahlen der Schraubpfannenoberfläche erzeugten) Ober- flächenrauhigkeit ausgehenden Raspelkräfte bei neutraler Relativbewegung ein Verklem- men während des Einschraubvorgangs verhindern. Damit ist zunächst die nachteilige Spaltenbildung zwischen dem Implantat und dem knöchernen Lager unterbunden. Trotz- dem kommt die jeweils vorn außen liegende Schneidkante der Gewindeflügel zur Geltung, weil sie einen größeren radialen Abstand von der Pfannenachse hat als die voranlaufende Schneidkante. Das Ergebnis ist ein sehr niedriger Einschraubkraftbedarf mit überlegener Taktilianz, sowie eine herausragende Primär-und Sekundarfixation des Implantats.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen hemisphörische Schraubpfanne 34 wird in Fig. 4 vorgestellt. Auch hier wurden verschiedene Einzelheiten, namentlich das Bodenloch 42, der Kuppelbereich 39, der Gewindegrund 41, der Durchmesser 43 und die Gewindeschlitzung 44 von den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen unverandert über- nommen. Im Gegensatz dazu handelt es sich bei dem dargestellten Gewinde um ein Spitz- gewinde mit im Prinzip dreieckigem Gewindezahnprofil. Diese Tatsache ist der zweidimen- sionalen Darstellung nicht zu entnehmen. Ahnlich wie zuvor beginnt der Gewindezug mit einem ersten kleinen Gewindeflügel 40 und steigt in seiner Zahnhöhe in mehreren Stufen an, um vor dem Gewindeflügel 35 seine endgültige (mittlere) Zahnhöhe zu erreichen. Die vom Zahnkopf gebildete Kante (37), welche bei einem wirklich spitzen Dreiecksquerschnitt des Gewindezahns praktisch nur als Linie existiert, ist für jeden einzelnen Gewindeflügel eine Schraubenlinie mit konstantem Abstand von der Schraubpfannenachse, welche der Zeichnung nur als Bogen mit einem vom Pfannenmittelpunkt ausgehenden festen Radius zu entnehmen ist. Bei dem gewahlten Spitzgewinde ist wegen des fehlenden Dralls der Spannut 44 eine Schneidkante an beiden Gewindezahnflanken gebildet. Die Schneidkante verlagert sich auf eine der Gewindezahnflanken, wenn ein entsprechender Drallwinkel der Spannut existiert. Die beidseitigen Flache eines einzelnen Gewindeflügels des gezeigten Beispiels sind Schraubftöchen, wobei die Steigung der polseitigen Flache der Steigung der aquatorseitigen Flache entspricht, auch wenn der optische Eindruck wegen des zum Äquator hin zunehmenden Pfannendurchmessers eine andere Situation vortäuscht. Da- durch scheint die am Zahnfuß zwischen Gewindeflügel und Schalenmantel der Schraub- pfanne gebildete Kante 38 nach rückwärts in den Schalenmantel hinein zu verlaufen.

Nachdem für die Schraubflächen des beim Einschrauben jeweils nächstfolgenden Gewin- deflügels größere Durchmesser herangezogen werden, stehen die beidseitigen Schneid- kanten gegenüber dem jeweils vorauslaufenden Gewindeflügel seitlich zum Gewindeprofil bzw. radial nach außen vor und sorgen so für einen leichtgangigen Schnitt beim Einschrauben. Auch in diesem Fall ist wegen des von den Gewindeflügeln in ihrer Erstreckung gebildeten Neutralwinkels das Auftreten von Spalten im Kontaktbereich zum Knochen unterbunden.

Die oben zum Stand der Technik und zu erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ge- machten Aussagen sollen im folgenden anhand vergrößert herousgezeichneter Einzelheiten besser verdeutlicht werden, weil bestimmte Details in der jeweiligen Gesamtansicht nur schwer zu erkennen sind.

In Fig. 5 sind zwei Gewindeflügel 2,3 der Fig. 1 vergrößert herausgezeichnet. Davon besitzt der Gewindeflügel 2 eine an der Stirn seiner kopfseitigen Flache 46 liegende Schneidkante 45, und der Gewindeflügel 3 eine gleiche Schneidkante 47 an der entsprechenden Hache 48. Der von der Schneidkante 45 während des Einschraubens der Schraubpfanne be- schriebene Schwenkkreis 49 mit einem festen Radius um die Pfannenmittelachse ist als strich-punktierte Linie eingetragen. Es ist gut zu erkennen, daß ein Teil des jeweiligen Ge- windeflügels über den Schwenkkreis herauswächst, was generell zu Klemmeffekten führen muß.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführung der Gewindeflügel 13,14 gemäß dem Beispiel aus Fig. 2 sind solche Klemmeffekte nicht zu befürchten, da die kopfseitigen Flächen 51 bzw.

53 nach den Schneidkanten 50 bzw. 52 mit einem Freiwinkel hinterfrast sind. Dabei wird der strich-punktierte Schwenkkreis 54 der Schneidkante 50 an keiner Stelle von der kopf- seitigen Fläche des Gewindeflügels berührt. Allerdings verbleibt in diesem Bereich jeweils ein unerwünschter Freiraum. Dieser ist um so größer, je kleiner die Zahl der Spannuten ist.

Hier sind insbesonders Schraubpfannen mit z. B. nur sechs Spannuten in extremer Weise gehandicapt. Die gezeigte Gestaltung wird gerne bei konischen Schraubpfannen benutzt, weil dann die Gewindeflügel sozusagen im Paket sehr rationell überfrast werden können.

Aus medizinischer Sicht ist dieses Argument jedoch abzulehnen.

Der oben aufgezeigte Problempunkt ist mittels einer Gestaltung der Gewindeflügel 60,61 gemäß Fig. 7 in gewissem Umfang abschwächbar. Auch hier sind die kopfseitigen Flächen 56,58 der Gewindeflügel hinter den stirnseitigen Schneidkanten 55 und 57 mit einem Frei- winkel bezüglich des Schwenkkreises 59 versehen, sodaß ein Verklemmen beim Einschrau- ben verhindert wird. Wegen der Bogenform der Flächen 56,56 ist jedoch der spaltbilden- de Freiroum relativ klein und daher eher akzeptabel. Allerdings erforderte diese Bogen- form bisher einen hohen frastechnischen Aufwand, weil die einzelnen Gewindeflügel bei der Herstellung im Prinzip einzeln tangential abgefahren werden mußten. Mit dem erfindungsgemaßen Verfahren kann die gezeigte geometrische Gestaltung der einzelnen Gewindeflügel jetzt sehr rationell in nur einer Aufspannung auf einer CNC-Drehmaschine hergestellt werden.

Zum Vergleich wird die mit der Erfindung insbesonders vorgeschlagene Ausführung der jeweiligen Außenflochen der einzelnen Gewindeflügel als sogenannte Schraubflächen, wie sie bereits in Fig. 3 vorgestellt wurde, in Fig. 8 anhand von zwei vergrößert abgebildeten Gewindeflügeln 24,25 gezeigt. Die jeweils von den Schneidkanten 62 bzw. 64 ausgehen- den Kopfflächen 63 bzw. 65 der Gewindeflügel besitzen einen festen Radius, welcher jeweils ab Abstand der Schneidkante von der Schraubpfannenachse 67 definiert ist. In der Zeichnung fällt daher der durch die Schneidkante 62 verlaufende, strich-punktiert dar- gestellte Schwenkkreis aus dem festen Radius 66 deckungsgleich mit der Kopfftäche 63 zusammen. Da der entsprechende Radius des Gewindeflügels 25 größer ist, ragt dessen Schneidkante 64 gegenüber der beim Einschrauben vorauslaufenden Schneidkante 62 des Gewindeflügels 24 vor. So kann die jeweilige Schneidkante und die sich anschließende, in einem positiven Spanwinkel angestellte Stirnflache in das zu zerspanende Knochenmaterial eindringen und mit relativ leichtem Schnitt die Späne in die Spannut hinein abführen.

Die in Fig. 9 vergrößert aus der Fig. 4 herausgezeichnete Situation unterscheidet sich gegen- über der Ausführung in Fig. 8 dadurch, daß das Gewinde in seinem Zahnprofil nun nicht ein Flach-sondern ein Spitzgewinde ist. Jedoch sind auch hier die äußeren Flächen der einzelnen Gewindeflügel 35,36 jeweils als Schraubflachen gestaltet. Wegen des schrägen Seitenwinkels und der Steigung bzw. Anstellung der Gewindeflügel, sowie der hemisphäri- schen Schalenkontur scheint die jeweils am Zahnfuß zum Schalenmatel gebildete Kante mit ihrem rückwärtigen Ende 73,74 in den Schalenkörper hinein zu verlaufen. Tatsächtich tritt jedoch bei der Rotation der Schraubpfanne kein radiales Schieben des projizierten Zahn- querschnitts auf, weil die jeweiligen Außenkanten 69,71 in ihrem Radius zur Schraub- pfannenachse unveränderlich sind. Aus der Heranziehung eines dreieckigen Zahnquer- schnitts für das gezeigte Beispiel ergibt sich eine Verlagerung der jeweiligen Schneidkante auf mindestens eine, bzw. für Spannuten ohne Drall, auf beide Seitenflachen des jeweili- gen Gewindeflügels. In der Zeichnung ist nur die jeweils polseitige Schneidkante 68,70 zu sehen. Die jeweils rückwärtige Schneidkante ist verdeckt. Der Schwenkkreis der kopfseiti- gen Gewindezahnkante 69 ist mit dem festen Radius 72 um die Schraubpfannenachse 75 dargestellt. Der reduzierte Einschraubkraftbedarf dieser Ausführung ergibt sich aus dem gegenseitigen radialen Versatz der einzelnen Gewindeflügel, wodurch die einzelnen Schneidkanten gegenüber den jeweils vorauslaufenden sowohl seitlich als auch nach außen vorstehen.

Zum besseren Verständnis der Vorgehensweise zur Ausführung des Verfahrens für die vor- geschlagene bevorzugte Anwendung zur Herstellung eines Schraubpfannengewindes wer- den die aus Fig. 3 und 8 bekannten Gegebenheiten in den Figuren 10 bis 12 nochmals aufgegriffen. Es werden hier in jeder der Figuren die drei Gewindeflügel 24,25,76 des Flachgewindes abgebildet, sowie die Schneidkante 62 an der kopfseitigen Flache 63 und deren strich-punktierter Schwenkkreis 77 mit dem von der Schraubpfannenachse ausge- henden Radius 66. Dabei wurde der Abbildungsmaßstab gegenüber den vorangegan- genen Figuren geringfügig verkleinert.

In der Fig. 10 ist eine von einem Bearbeitungswerkzeug (z. B. Wendeschneidplatte) beschrie- bene, äquidistant zu den kopfseitigen Flächen der einzelnen Gewindeflügel versetzte Bahn 78 dargestellt, welche in der gezeigten Gestalt mittels einer entsprechenden Programmie- rung mit einer extrem dynamischen Drehmaschine erzielbar ist. Der Abstand der Bahn von der zu zerspanenden Kontur wurde deshalb gewähit, um den Bahnverlauf in seiner voll- standigen Erstreckung sichtbar zu machen. In der Bahn 78 sind zwei Unstetigkeiten 79 und 80 enthalten, welche über die Programmierung bewußt auf eine Position verlegt wurden, welche bei der nachfolgenden Bearbeitung zur Gewindeschlitzung durch Fräsen entfernt wird. Obwohl die Unstetigkeiten 79,80 der Bahn 78 Ubergangsfunktionen sind, wird so zwischen den aufeinander folgenden Gewindeflügeln eine radiale Sprungfunktion bewirkt.

Diese radiale Sprungfunktion besteht auf jeden Fall bezüglich der vorgeschlagenen Pro- grammierung, wobei mindestens zwei aufeinander folgende Koordinaten gleichen Durch- messers mit einem der Bearbeitungsaufgabe angepaßten Verfahrweg in Z sowie eine ent- sprechende Steigung, und im Anschluß ein Durchmessersprung mit maximalem Vorschub (z. B. 100 mm/U) eingegeben werden müssen. Für ein akzeptables Bearbeitungsergebnis ist es erforderlich, daß der Übergangsbereich am Werkstück nicht breiter ist, als die vorgesehene Breite der Spannut.

Mit den meisten der heute verfügbaren CNC-Drehmaschinen ist die Erzeugung der in Fig. 10 gezeigten Schneidenbahn nicht möglich, weil ihre Gesamtdynamik nicht ausreicht, den Kreuzschlitten innerhalb der geforderten Strecke auf einen anderen Drehdurchmesser zu bewegen und dabei gleichzeitig eine ausreichende Bahngenauigkeit einzuhalten. Mit der Erfindung wird für diese Fille ein Sprungverfahren vorgeschlagen, mit welchem dieses Problem prinzipell überwindbar ist. Der entsprechende theoretische Hintergrund soll mittels der Fig. 11 verdeutlicht werden. Die anhand der Bahnkurve 81 dokumentierte Arbeitsweise sieht vor, mit einer ersten Bearbeitungssequenz lediglich den z. B. ersten, dritten, fünften, siebten usw. Gewindeflügel zu bearbeiten und dann den zweiten, vierten, sechsten usw. auszulassen. Die sich aus der Programmierung mit Sprungfunktionen aufgrund der Maschi- nendämpfung jeweils ergebende Übergangsfunktion der Bahn 81 muß dabei lediglich aus- reichen, nach dem Punkt 82 der ersten Reaktion das Werkzeug so über die nächstfolgende Schneidkante zu heben, daß diese nicht verrundet oder beschädigt wird. Für die Rück- führung des Werkzeugs auf die angestrebte Bahn steht dann z. B. bis zum Punkt 83 eine Strecke zur Verfügung, die nicht durch die Spannutenbreite limitiert ist. Es ist dann ohne weiteres möglich, in einer zweiten Arbeitssequenz die ausgelassenen Konturelemente nach- zuholen und dabei die bereits bearbeiteten entsprechend zu überspringen.

Bei öfteren Drehmaschinen mit entsprechender Trägheit des Regelkreises muf3 damit gerechnet werden, daß ein Überschwingen die Bahnkurve zusätzlich verzerrt. Dieser Effekt soll mittels der Bahn 84 in Fig. 12 verdeutlicht werden. Nach dem abrupten Reagieren der Werkzeugbewegung auf die programmierte Vorgabe bei Punkt 85 tritt ein Überschwingen der Bahn auf, welches bei Punkt 86 sein Maximum erreicht. Dieses wird im Anschluf3 weich auslaufend abgebaut, bis die Bahn etwa bei Punkt 87 wieder der programmierten Vorgabe entspricht. In dem Beispiel wäre der beschriebene Effekt mittels des vorgeschlagenen Sprungverfahrens in zwei Bearbeitungssequenzen gerade noch beherrschbar. Im gegebe- nen Fall könnte das Sprungverfahren jedoch ohne weiteres auf drei oder mehr Sequenzen ausgedehnt werden.

Das oben in verschiedenen Varianten erläuterte Verfahren ist für geschrägte Zahnkopf- flächen ebenso anwendbar wie für die Seitenflächen von Gewindeflügeln z. B. gemäß Fig. 9. Dabei verlagern sich die beschriebenen Sprungfunktionen entweder ganz oder teil- weise von der x-auf die z-Achse. Für diese Fälle werden die vom Werkzeug beschriebenen Humpelbahnen hier zeichnerisch zwar nicht dargestellt, entsprechen jedoch vom Prinzip her denjenigen des gezeigten Sprungverfahrens für die Zahnkopfbearbeitung. Tatsachlich sind die mit dem Verfahren gebotenen Mögiichkeiten nahezu unbegrenzt. Sie ergeben sich aus der Anwendung von Gewindeschneidprogrammen und der Einbeziehung bzw. der Kombination von Humpelwerten der Adreßparameter für Durchmesser, Lange, bzw. Steigung, sowie wahlweise der Benutzung einer Pilgerschrittechnik bzw. der beschrie- benen schachtelbaren Bearbeitungssequenzen. Damit sind jetzt Bearbeitungen auf CNC- Drehmaschinen sehr rationell möglich, welche zuvor zeitaufwendig und teilweise in schlechterer Oberflächenqualitat durch Fräsen erzeugt werden mußten.

Die für die Anwendung des Verfahrens vorgeschlagene künstliche Hüftgelenkpfanne mit speziellem Gewinde und Gewindeflügeln aus Schrauflächen mit Neutralwinkeln hinter den Schneidkanten überzeugt durch sehr niedrige Einschraubkrafte, eine hervorragende Taktilianz und durch weitestgehend spaltenfreie Übergänge zur knöchernen Lagerflache.

Besonders vorteilhaft ist eine solche Ausführung mit Spitzgewinde, gedrallten Spannuten und relativ zueinander in Richtung zum Drallwinkel verschwenkten Gewindeflügeln. Damit ist nicht nur die Handhabung wahrend der Implantation deutlich verbessert, sondern auch die Primär- bzw. Sekundärfixation erheblich gesteigert und damit die Gefahr vorzeitiger Auslockerung nahezu ausgeschlossen.