Acoplamiento cónico y prótesis que comprende dicho acoplamiento.

Acoplamiento cónico de una pieza macho (10) y de una pieza hembra (11),

comprendiendo la pieza macho (10) un cono (12) enmangado en una parte troncocónica (15) de un alojamiento correspondiente (14) formado en la pieza hembra (11), estando bloqueadas las piezas macho (10) y hembra (11) una respecto a la otra por trabado del cono (12) en la parte troncocónica (15), caracterizado porque la pieza hembra (11) está realizada en un material que presenta un módulo de Young como máximo igual a aproximadamente 35 GPa y como máximo igual al del material a partir del cual está realizada la pieza macho (10), y porque una superficie (13) de la pieza macho perpendicular al eje (A1) del acoplamiento está en contacto con una superficie (17) de la pieza hembra también perpendicular al eje del acoplamiento, de manera que las piezas macho y hembra (10, 11) hacen tope axial una contra la otra.

Acoplamiento cónico y prótesis que comprende dicho acoplamiento.

La presente invención se refiere a un acoplamiento cónico de una pieza macho y de una pieza hembra, destinado a recibir concretamente cargas de compresión axiales. El acoplamiento según la invención encuentra una aplicación particular, aunque no exclusiva, en el campo de las prótesis médicas.

Los acoplamientos de tipo cónico, tales como los conos Morse, son una solución ampliamente conocida para ensamblar dos piezas de manera sencilla y desmontable. Un acoplamiento cónico está constituido, tal como se ilustra en la figura 1, de una pieza macho 1 y de una pieza hembra 2, generalmente metálicas. La pieza macho 1 comprende un cono 3 enmangado en un alojamiento cónico correspondiente 4 de la pieza hembra 2. Las piezas macho y hembra 1, 2 están diseñadas para que, cuando estén en posición acoplada, queden intersticios e1, e2 entre el extremo distal del cono 3 y el fondo del alojamiento cónico 4 y entre la base, 5, de la pieza hembra 2 y el plan superior o reborde, 6, de la pieza macho 1, con objeto de obtener un trabado del cono 3 en el alojamiento 4 y evitar hacer el acoplamiento hiperestático. Estos intersticios e1, e2 deben quedar en todo el intervalo de utilización del acoplamiento. Dicho de otro modo, las piezas macho y hembra 1, 2 están diseñadas para resistir los esfuerzos de penetración de la pieza macho 1 en la pieza hembra 2 sean cuales sean las cargas de compresión axiales susceptibles de aplicarse al acoplamiento.

Este tipo de acoplamiento garantiza un centrado y un bloqueo en rotación eficaces de la pieza macho con respecto a la pieza hembra. No obstante, necesita realizar la pieza hembra de un material muy resistente a tracción. En efecto, debido al ángulo del cono 3 y a la fuerza de compresión axial necesaria para la realización del acoplamiento, es decir al ensamblaje de las piezas macho y hembra, la parte inferior de la pieza hembra en contacto con el cono 3 experimenta de manera permanente las tensiones de tracción T, que aumentan cuando, en uso, el acoplamiento está sometido a cargas de compresión axiales F.

Asimismo, si tales acoplamientos son apropiados para piezas macho y hembra metálicas, y que presentan por tanto una buena resistencia a tracción, su principio parece difícilmente transponible a aplicaciones en las que el acoplamiento estuviera sometido fuertes cargas de compresión axiales F, tales como pueden recibir por ejemplo ciertas prótesis, y el material del que se realizaría la pieza hembra presentaría una mala resistencia a tracción. En tal caso, en efecto, la pieza hembra se rompería al nivel de su parte inferior, bajo la acción de las tensiones de tracción T, en cuanto se superara el límite máximo de resistencia a tracción del material que constituye la pieza hembra.

Se conoce asimismo por el documento WO 91/18563, figura 6, un acoplamiento de una pieza macho y de una pieza hembra en el que la pieza macho comprende una parte sobresaliente cónica que se aloja en un alojamiento cónico de la pieza hembra, estando previstos medios auxiliares de ensamblaje de estas piezas macho y hembra en forma de una tuerca de compresión. La figura 3 de este documento muestra un acoplamiento según el preámbulo de la reivindicación 1.

La presente invención tiene como objetivo proponer un acoplamiento cónico cuya pieza hembra está realizada de un material diferente de los generalmente utilizados en los acoplamientos cónicos convencionales y que pueda limitar las tensiones de tracción experimentadas por la pieza hembra incluso cuando se aplican cargas de compresión axiales al acoplamiento.

Para ello, se prevé, según la invención, un acoplamiento cónico de una pieza macho y de una pieza hembra, comprendiendo la pieza macho un cono enmangado en una parte troncocónica de un alojamiento correspondiente formado en la pieza hembra, estando bloqueadas las piezas macho y hembra una respecto a la otra por trabado del cono en la parte troncocónica, caracterizado porque la pieza hembra está realizada de un material que presenta un módulo de Young como máximo igual a aproximadamente 35 GPa y como máximo igual al del material del que está realizada la pieza macho, y porque una superficie de la pieza macho perpendicular al eje del acoplamiento está en contacto con una superficie de la pieza hembra también perpendicular al eje del acoplamiento de manera que las piezas macho y hembra hacen tope axial una contra la otra.

Así, en el acoplamiento según la invención, y a diferencia de los acoplamientos cónicos convencionales en los que se dejan intersticios necesariamente entre la pieza macho y la pieza hembra, las piezas macho y hembra hacen tope axial una contra la otra. La intensidad de las tensiones de tracción experimentadas por la pieza hembra permanece por tanto constante, y, en particular, no aumenta cuando el acoplamiento está sometido a cargas de compresión axiales de intensidad creciente. La pieza hembra puede, por consiguiente, realizarse de un material que presenta una mala resistencia a tracción.

Esta solución en la que la conexión entre la pieza macho y la pieza hembra es voluntariamente hiperestática, se hace posible por la elasticidad intrínseca de la pieza hembra, o dicho de otro modo por el pequeño módulo de Young, inferior o igual a aproximadamente 35 GPa, del material del que está realizada la pieza hembra, y por el hecho de que la pieza hembra es al menos tan elástica como la pieza macho. Gracias a estas propiedades, en efecto, la pieza hembra puede, durante su ensamblaje con la pieza macho, desplazarse axialmente hacia la pieza macho a lo largo del cono de esta última, por deformación elástica, incluso tras obtenerse un efecto de trabado del cono en el alojamiento correspondiente. Dimensionando las piezas macho y hembra para que la pieza hembra entre a tope axial contra la pieza macho antes de superar el límite máximo de resistencia a tracción del material que constituye la pieza hembra, puede así obtenerse un acoplamiento cónico en el que el cono de la pieza macho se traba en el alojamiento de la pieza hembra, y por tanto está centrado y bloqueado en rotación en este alojamiento, y las tensiones de tracción experimentadas por la pieza hembra permanecen limitadas a un valor fijo inferior al límite máximo mencionado anteriormente.

En ejemplos típicos de realización del acoplamiento según la invención, la pieza hembra es de pirocarbono y la pieza macho es de metal, cerámica o pirocarbono.

La presente invención propone también una prótesis, por ejemplo una prótesis de la cabeza del radio, una prótesis de la cabeza del cúbito o una prótesis de cadera, que comprende un acoplamiento tal como se ha definido anteriormente, constituyendo la pieza hembra del acoplamiento una cabeza de la prótesis y constituyendo la pieza macho un cuello de la prótesis, comprendiendo la prótesis además una cola.

La presente invención tiene como objetivo por otro lado proponer un conjunto de piezas macho y hembra que permitan realizar el acoplamiento tal como se ha definido anteriormente.

Para ello, se prevé, según la invención, un conjunto de piezas macho y hembra, comprendiendo la pieza macho un cono apto para enmangarse en una parte troncocónica de un alojamiento correspondiente formado en la pieza hembra para trabarse ahí y bloquear de este modo las piezas macho y hembra una respecto a la otra, caracterizado porque la pieza hembra está realizada de un material que presenta un módulo de Young como máximo igual a aproximadamente 35 GPa y como máximo igual al del material del que está realizada la pieza macho, porque la pieza macho comprende una superficie de tope perpendicular al eje del cono, y porque las piezas macho y hembra están dimensionadas para que, cuando la pieza macho y la pieza hembra estén acopladas entre sí por enmangado del cono en la parte troncocónica del alojamiento, y bajo el efecto de una carga de compresión axial aplicada a este acoplamiento y que conlleva un desplazamiento axial de la pieza hembra con respecto a la pieza macho por deformación elástica de la pieza hembra tras obtenerse un efecto de trabado del cono en el alojamiento resultante de dicho encaje, la pieza hembra pueda hacer tope contra la superficie de tope de la pieza macho antes de superar el límite máximo de resistencia a tracción del material del que está realizada la pieza hembra.

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán de manifiesto a la luz de la descripción detallada siguiente de varios modos de realización... [Seguir leyendo]

1. Acoplamiento cónico de una pieza macho (10) y de una pieza hembra (11) , comprendiendo la pieza macho (10) un cono (12) enmangado en una parte troncocónica (15) de un alojamiento correspondiente (14) formado en la pieza hembra (11) , estando bloqueadas las piezas macho (10) y hembra (11) una respecto a la otra por trabado del cono

(12) en la parte troncocónica (15) , caracterizado porque la pieza hembra (11) está realizada en un material que presenta un módulo de Young como máximo igual a aproximadamente 35 GPa y como máximo igual al del material a partir del cual está realizada la pieza macho (10) , y porque una superficie (13) de la pieza macho perpendicular al eje (A1) del acoplamiento está en contacto con una superficie (17) de la pieza hembra también perpendicular al eje del acoplamiento, de manera que las piezas macho y hembra (10, 11) hacen tope axial una contra la otra.

2. Acoplamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha superficie (13) de la pieza macho perpendicular al eje del acoplamiento está constituida por un reborde de la pieza macho (10) y dicha superficie (17) de la pieza hembra perpendicular al eje del acoplamiento está constituida por una base de la pieza hembra (11) .

3. Acoplamiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha superficie de la pieza macho (10a)

perpendicular al eje del acoplamiento está constituida por el extremo distal (12a’) del cono (12a) de la pieza macho (10a) y dicha superficie de la pieza hembra perpendicular al eje del acoplamiento está constituida por el fondo (14a’)

del alojamiento (14a) de la pieza hembra (11 a) .

4. Acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la pieza hembra (11) es de pirocarbono.

5. Acoplamiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la pieza macho (10) es de metal, cerámica o pirocarbono.

6. Acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el material a partir del cual está realizada la pieza hembra (11) presenta un módulo de Young comprendido entre aproximadamente 10 GPa y aproximadamente 35 GPa.

7. Acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el material a partir del cual está realizada la pieza hembra (11) es más resistente a la compresión que a la tracción.

8. Acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el cono (12) de la pieza macho (10) y la parte troncocónica (15) del alojamiento (14) de la pieza hembra (11) presentan sensiblemente el mismo ángulo de cono ( ) , que está comprendido entre aproximadamente 2, 5º y aproximadamente 5º.

9. Acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque la pieza macho (10) y la pieza hembra (11) son piezas de una prótesis.

10. Prótesis que comprende un acoplamiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, constituyendo la pieza hembra del acoplamiento una cabeza (20) de la prótesis y constituyendo la pieza macho un cuello (21) de la prótesis, comprendiendo la prótesis además una cola (22) .

11. Prótesis según la reivindicación 10, caracterizada porque la cola (22) está acoplada con el cuello (21) mediante un acoplamiento cónico.

12. Prótesis según la reivindicación 10 u 11, caracterizada porque la cola (22) presenta la forma de un taco de expansión.

13. Prótesis según la reivindicación 12, caracterizada porque la superficie externa (31) de la cola (22) presenta muescas.

14. Prótesis según cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizada porque consiste en una prótesis de la cabeza del radio (20-22) , una prótesis de la cabeza del cúbito (40-42) , o una prótesis de cadera (50-52) .

15. Conjunto de piezas macho y hembra (10, 11) , comprendiendo la pieza macho (10) un cono (12) apto para enmangarse en una parte troncocónica (15) de un alojamiento (14) correspondiente formado en la pieza hembra (11) para trabarse ahí y bloquear de este modo las piezas macho (10) y hembra (11) una respecto a la otra, caracterizado porque la pieza hembra (11) está realizada en un material que presenta un módulo de Young como máximo igual a aproximadamente 35 GPa y como máximo igual al del material a partir del cual está realizada la pieza macho (10) , porque la pieza macho comprende una superficie de tope (13) perpendicular al eje (A1) del cono (12) , y porque las piezas macho y hembra están dimensionadas para que, cuando la pieza macho (10) y la pieza hembra (11) están acopladas entre sí por enmangamiento del cono (12) en la parte troncocónica (15) del alojamiento (14) , y bajo el efecto de una carga de compresión axial aplicada a este acoplamiento y que provoca un desplazamiento axial de la pieza hembra (11) con respecto a la pieza macho (10) por deformación elástica de la pieza hembra tras haberse obtenido un efecto de trabado del cono (12) en el alojamiento (14) resultante de dicho enmangamiento, la pieza hembra (11) pueda hacer tope contra la superficie de tope (13) de la pieza macho (10) antes de superar el límite máximo de resistencia a tracción del material a partir del cual está realizada la pieza

hembra (11) .

16. Conjunto de piezas macho y hembra según la reivindicación 15, caracterizado porque el pequeño diámetro (d3) de la parte troncocónica (15) del alojamiento (14) de la pieza hembra (11) es al menos igual al diámetro (d2) del extremo distal (12’) del cono (12) de la pieza macho (10) y porque la parte troncocónica (15) del alojamiento (14) de

la pieza hembra (11) se prolonga al nivel de su extremo de menor diámetro (d3) por una parte de hueco (16) de

diámetro (d1) al menos igual al diámetro (d2) del extremo distal (12’) del cono (12) de la pieza macho (10) y destinada a recibir este extremo distal (12’) cuando la pieza hembra (11) está a tope contra la superficie de tope (13) de la pieza macho (10) .

17. Conjunto de piezas macho y hembra según la reivindicación 15 ó 16, caracterizado porque la pieza hembra (11) 10 es de pirocarbono y la pieza macho (10) es de metal, cerámica o pirocarbono.

18. Conjunto de piezas macho y hembra según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizado porque el material a partir del cual está realizada la pieza hembra (11) presenta un módulo de Young comprendido entre aproximadamente 10 GPa y aproximadamente 35 GPa.

19. Conjunto de piezas macho y hembra según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, caracterizado porque el 15 material a partir del cual está realizada la pieza hembra (11) es más resistente a la compresión que a la tracción.

20. Conjunto de piezas macho y hembra según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque el cono (12) de la pieza macho (10) y la parte troncocónica (15) del alojamiento (14) de la pieza hembra (11) presentan sensiblemente el mismo ángulo de cono ( ) , el cual está comprendido entre aproximadamente 2, 5º y aproximadamente 5º.

21. Conjunto de piezas macho y hembra según la reivindicación 20, caracterizado porque el ángulo de cono ( ) es de aproximadamente 4º.