ES2249449T3 - Sistema de tornillo autorregulador, de gran resistencia. - Google Patents

Abstract

Un conjunto sujetador expansible destinado a insertarse en un sustrato (9), que comprende: (a) un elemento de sujeción roscado (4), que tiene un extremo más próximo, o proximal, y un extremo más alejado, o distal, de tal manera que el extremo proximal está provisto de una cabeza (7) que tiene medios de giro (8), y el elemento de sujeción tiene un árbol o vástago que se extiende desde la cabeza hasta el extremo distal a lo largo de un eje longitudinal, estando dotado el árbol de roscas helicoidales dobles intercaladas (5a, 5b), que se extienden radialmente hacia fuera desde el árbol, de tal modo que cada una de dichas roscas tiene una primera superficie situada generalmente de cara al extremo distal, y una segunda superficie situada generalmente de cara al extremo proximal, y cada par de roscas helicoidales dobles intercaladas es, bien proximal o bien distal; y (b) un miembro de hélice o espira helicoidal expansible y continua (1, 2, 2a, 2c), enrollado alrededor del vástago o árbol del elemento de sujeción roscado.

Description

Sistema de tornillo autorregulador, de gran resistencia.

Campo de la invención

El campo de la invención lo constituyen los elementos de sujeción mecánicos, principalmente para uso ortopédico, para entornos de altas vibraciones y para sustratos sometidos a la erosión.

Antecedentes y sumario de la invención

Los tornillos se emplean para mantener unidos diversos materiales y, generalmente, dependen de la penetración en cuña de los filetes de rosca y del vástago del tornillo en el seno del sustrato dentro del cual se empuja el tornillo para obtener una unión segura. Sin embargo, esta acción de cuña aplica fuerzas y tensiones resultantes en el sustrato, las cuales, en ciertas circunstancias, aceleran el deterioro del sustrato en la superficie de separación o interfaz entre el tornillo y el sustrato, o en posiciones adyacentes a la misma, y esto puede conducir, a su vez, al aflojamiento del tornillo.

Un ejemplo de este efecto se produce en los tornillos ortopédicos que se empujan hasta introducirse en los huesos. Estos tornillos pueden dañar las células del hueso en la interfaz entre el hueso y el tornillo y en las proximidades de la misma, haciendo que el hueso retroceda lentamente con respecto al tornillo y causando, finalmente, que el tornillo se afloje o suelte. Otro ejemplo tiene lugar en la madera, en la que las fuerzas de cuña aplastan la madera adyacente a la interfaz entre la madera y el tornillo. También la piedra y el hormigón se agrietan con frecuencia como consecuencia de las fuerzas de cuña de los tornillos y pernos normales, especialmente en los casos en que están situados cerca de los bordes. En la fabricación de metal, en la que la acción de cuña de un tornillo que se aprieta hasta introducirse en un sustrato metálico, puede alterar la metalurgia del sustrato inmediatamente adyacente a la superficie de separación o interfaz entre el tornillo y el sustrato. Esta alteración metalúrgica puede acelerar, en ciertas circunstancias, la velocidad de corrosión y conducir, finalmente, a un fallo del elemento de
sujeción.

En muchos casos, existe un intervalo o recorrido elástico muy limitado en el sustrato en el que se introduce el tornillo por apriete. Cualquier retroceso del sustrato con respecto a la interfaz inicial entre el sustrato y el tornillo dará lugar a una reducción drástica de la fuerza de cuña de la que el tornillo depende para su agarre y sujeción, puesto que las fuerzas de reacción ejercidas por el sustrato rígido caen rápidamente con el retroceso del sustrato.

Un método que se utiliza en el momento presente para incrementar la capacidad de sujeción del tornillo consiste en fijar una arandela elástica por debajo de la cabeza del tornillo, la cual incrementa las fuerzas de rozamiento y de cuña entre la rosca del tornillo y el sustrato en el que se introduce el tornillo por apriete. La dificultad de esta solución radica en que la arandela elástica tira del tornillo hacia fuera de la cavidad interior o ánima dentro de la cual se ha introducido por apriete, en lugar de empujarlo dentro de ella. Si el tornillo llega, en efecto, a aflojarse por alguna razón, esta fuerza de tracción puede actuar acelerando el aflojamiento adicional del tornillo. Una dificultad añadida con este método es que a menudo ejerce una presión irregular sobre las distintas partes de la rosca del tornillo. Esta aplicación de presión irregular puede dar lugar a que se disponga de un rozamiento total más bajo para mantener el tornillo de forma segura en el sustrato, y también, en algunos casos, a un incremento de los daños en el sustrato, que, a su vez, pueden provocar un aflojamiento adicional.

Lo que se necesita es un sistema de tornillo que no dependa de manera esencial de las fuerzas de cuña para mantener su agarre y sujeción dentro del sustrato.

Lo que se necesita también es un sistema de tornillo que tienda a empujar el tornillo al interior del sustrato dentro del cual es introducido por apriete, en lugar de tirar de él hacia fuera.

Lo que se necesita también es un sistema de tornillo que distribuya de manera regular las fuerzas de rozamiento a lo largo de la interfaz entre el tornillo y la rosca, sobre la cual se desliza.

Lo que se precisa asimismo es un sistema de tornillo que sea capaz de mantener fuerzas de sujeción estacionarias, incluso a medida que el sustrato retrocede alejándose del tornillo.

El documento WO-A-0175315 (estado de la técnica anterior bajo el Art. 54 (3) de la EPC) describe diversos medios para satisfacer los requisitos anteriormente expuestos. La presente invención radica en los conjuntos de sujetador de acuerdo con la reivindicación 1 ó la reivindicación 2, los cuales permiten mantener unas fuerzas de sujeción más elevadas y, en algunas realizaciones preferidas, no requieren adhesivos para sujetar juntos el tornillo y la hélice del sistema para la aplicación de par torsor y de carga radial a la hélice antes de la inserción.

La presente invención consiste en un sistema de tornillo que mantiene el agarre y la sujeción en el sustrato, al mantener una fuerza relativamente pequeña y constante perpendicular al eje longitudinal del tornillo, incluso en el caso de que el sustrato retroceda alejándose de la superficie de separación o interfaz entre el tornillo y el sustrato, y a medida que lo hace. Esta fuerza perpendicular a dicho eje longitudinal del tornillo puede mantenerse relativamente constante y puede establecerse de antemano para diversos propósitos específicos, con el fin de evitar daños innecesarios en el sustrato en el que éste se inserta. También, el sistema de tornillo se expande a medida que el sustrato retrocede, con lo que se mantiene un contacto íntimo entre ambos. Adicionalmente, el sistema de tornillo puede aplicar una fuerza controlada y relativamente constante, paralela al eje longitudinal del tornillo, la cual empuja el tornillo al interior del orificio en el que es introducido por apriete, e incrementa el rozamiento entre el tornillo y la rosca dentro de la que es apretado, con lo que se reduce la posibilidad de que el tornillo gire inversamente hacia fuera del orificio.

Una realización preferida de la invención consiste en un sistema compuesto de un tornillo y de una hélice o espira helicoidal (los términos tienen el mismo significado en esta Patente). Tanto el tornillo como la hélice se insertan en el sustrato. La espira helicoidal es una hélice formada habitualmente de alambre metálico, si bien puede haberse formado a partir de cualquier material al que se le pueda haber impartido cierta elasticidad, incluyendo plástico y plástico biodegradable. El tornillo se enrosca dentro del centro de la hélice, cuyas vueltas o espiras, por la superficie interna, describen la rosca que se acopla o encaja con los filetes de rosca del tornillo. El exterior de la hélice forma también una rosca que puede ser roscada, a su vez, en el interior de una rosca incisa o recortada en las paredes internas de un orificio practicado en el sustrato dentro del cual se introduce por apriete el sistema de tornillo y hélice. En el caso de que las paredes del orificio no se hayan preparado con una rosca, la hélice aún puede ser enroscada en el orificio de manera que la propia hélice presionará o cortará filetes de rosca que se encajarán con esos filetes de rosca (formados por las vueltas de la hélice) existentes en el exterior de la hélice.

Esta combinación de tornillo y hélice es bien conocida en la técnica. La Patente norteamericana Nº 4.712.955, de Reece et al., describe un sistema de tornillo y espira helicoidal en el que el tornillo es más grande que la espira helicoidal y fuerza la espira helicoidal hacia fuera perpendicularmente al eje longitudinal de la hélice y del tornillo, con el uso de filetes de rosca a modo de rampa, dispuestos sobre el tornillo, y de receptores dispuestos en el interior de la hélice. Esta acción crea fuerzas de cuña muy fuertes que sujetan el conjunto de tornillo y hélice dentro del orificio del sustrato. Este método, si bien es adecuado para algunos propósitos, no resulta apto en el caso de que sea probable que el sustrato retroceda alejándose de la interfaz inicial entre la hélice y el sustrato. Como se ha explicado anteriormente, incluso aunque las fuerzas de cuña son muy elevadas, éstas se mantienen a lo largo de una pequeña distancia perpendicular al eje longitudinal de la hélice y del tornillo, y caen drásticamente cuando el sustrato retrocede y se aleja de dicha interfaz.

La realización preferida de la invención incluye un sistema de hélice y tornillo, aunque la hélice tiende, por diversos medios, a expandirse una vez que se ha insertado en un sustrato independientemente, y no al ser forzada a hacerlo así por otro elemento del sistema de fijación. Se hace referencia aquí a estos medios como "medios de expansión". Si bien la expansión es deseable, no debe ser a costa del aflojamiento del tornillo del sustrato a medida que la hélice se desplaza alejándose del tornillo en respuesta al seguimiento que hace la hélice al retroceso del sustrato. El documento WO-A-0175315, de Unsworth y Waram, al que se ha hecho referencia en lo anterior, describe unos medios para garantizar que la unión entre el tornillo y la hélice se mantiene en estas condiciones, y estos medios pueden ser combinados con las realizaciones preferidas que aquí se describen para llevar a cabo el mismo propósito.

A diferencia de la acción de cuña del tornillo convencional o de la combinación convencional de tornillo y hélice, la hélice se expandirá radialmente en una distancia relativamente grande, siguiendo cualquier retroceso del sustrato al alejarse de la interfaz inicial entre el sustrato y la hélice, y, específicamente, si se utiliza un material de aleación súper-elástica con memoria de forma (SMA -"shape memory alloy") para la hélice, las fuerzas ejercidas por la hélice en expansión sobre el sustrato de interfaz en el que se introducen por apriete el tornillo y la hélice, serán relativamente uniformes, predecibles y repetibles. La combinación de tornillo y hélice en expansión mantendrá también, por diversos medios que se describen más adelante, el agarre y la sujeción de la combinación de tornillo y hélice sobre la cavidad interna o ánima del sustrato en el que se introduce por apriete dicha combinación.

Una realización preferida de la invención incluye medios que tienden a incrementar el rozamiento entre la hélice y el tornillo, y, al mismo tiempo, impulsan el tornillo aún más en el interior del ánima del sustrato en el que se están insertando por apriete el tornillo y la hélice. Se hace referencia aquí a estos medios como "medios de aplicación de par torsor" y "medios de corrugación".

Realizaciones preferidas de la invención pueden incorporar, bien las características que tienden a expandir la hélice una vez que está dentro del sustrato, o bien las características que tienden a incrementar el rozamiento entre la hélice y el tornillo, y a impulsar el tornillo dentro de dicha cavidad interior, o ambas.

Los medios de expansión implican, tanto disponer la hélice en torno al tornillo envolviéndolo, como introducir a continuación nuevas condiciones que permitan que éste se expanda. Los primeros de tales medios consisten en comenzar con una hélice que presenta una cierta elasticidad y que, en su estado descargado, tiene un diámetro de cavidad interior o ánima que es mayor que el diámetro exterior del tornillo en torno al cual será enroscada. Una vez que se ha dispuesto la hélice en torno al tornillo envolviéndolo apretadamente, de manera que las vueltas o espiras de la hélice quedan situadas entre los filetes de rosca dobles intercalados del tornillo de forma que se acoplan o engranan, la hélice adoptará un diámetro más compacto y, si se confina por algunos medios en esta forma compacta, se expandirá cuando los medios de confinamiento se retiren ulteriormente. El material elástico incluirá material metaloplástico elástico convencional o súper-elástico, el último de los cuales es un material de aleación con memoria de forma (SMA) que se encuentra, por encima de su temperatura final austenítica, tanto en su forma comprimida como en su forma expandida.

Los segundos medios para llevar a cabo la expansión de esta hélice consisten en utilizar una hélice que está hecha de material de aleación con memoria de forma (SMA -"shape memory alloy") cuya forma ha sido fijada a alta temperatura de manera que forme un hélice que tiene un diámetro de cavidad interior que es mayor que el diámetro exterior del tornillo en torno al cual se ha de disponer envolviéndolo. Una vez que la hélice se ha enfriado por debajo de su temperatura final martensítica, es decir, es susceptible de doblarse o plegarse, se dispone en torno al diámetro exterior del tornillo envolviéndolo apretadamente, de tal modo que las vueltas de la hélice quedan entre los filetes de rosca dobles intercalados del tornillo, de forma que se engranan o encajan. La hélice adoptará entonces un diámetro más compacto que su tamaño fijado en caliente, antes de enfriarse. Cuando la hélice se calienta entonces a una temperatura igual o superior a su temperatura final austenítica, se recuperará hasta la forma de alta temperatura o de mayor diámetro y la hélice se expandirá.

Pueden impartirse a la hélice, de manera similar, medios de aplicación de par torsor. La aplicación de par torsor se produce cuando se comunica un cierto retorcimiento al alambre, a lo largo del eje longitudinal del alambre que forma la hélice, o bien, en el caso de una hélice fabricada a partir de un tubo, cuando se imparte el retorcimiento al miembro tubular que forma la hélice, a lo largo de su eje longitudinal de tubo. La aplicación de par torsor puede producirse sencillamente comprimiendo el resorte de hélice o tirando de él a lo largo del eje longitudinal de la hélice primitiva o de partida (en diferenciación del eje longitudinal del miembro que forma la hélice). La aplicación de par torsor puede tener lugar asimismo de una manera más directa, al asir y retorcer una parte o partes del resorte de hélice, a lo largo del eje que discurre longitudinalmente a través del alambre o miembro tubular que forma la hélice. Se hace referencia en esta Patente a este modo especial de comunicar un par al resorte como "inclinación".

Por ejemplo, la hélice puede estar hecha de un alambre con una sección transversal rectangular, en lugar de la redonda acostumbrada, de manera que los lados menores forman las superficies externa e interna de la hélice, y los lados mayores constituyen las superficies enfrentadas entre las vueltas o espiras de la hélice. Tal hélice tendrá el aspecto de un "Slinky-Toy^{TM}" ("juguete sinuoso"). Estas vueltas, del "Slinky-Toy", por ejemplo, son planas y presentan el eje longitudinal de sus secciones transversales rectangulares aproximadamente perpendicular al eje longitudinal de la hélice primitiva. Ahora, si dichas secciones transversales de estas vueltas, a diferencia de un "Slinky-Toy^{TM}", se dispusieran en ángulo, en su estado descargado, de tal manera que sus ejes longitudinales formaran un ángulo de 45 grados con respecto al plano que pasa perpendicularmente a través del eje longitudinal de la hélice primitiva, cada vuelta de la hélice (si esta consistiera en un lazo o bucle sólido) adoptaría una forma de disco a modo de cono. Esta forma sería similar a la de una arandela de Belleville, pero no coincidente con ésta. Si la hélice se fabricase de un material elástico, cada vuelta de la hélice actuaría como una arandela de Belleville en el caso de que se aplicase fuerza para mover las vueltas, o bien se inclinarían sus secciones transversales con respecto a su configuración descargada, en ángulo y con forma de disco a modo de cono, hasta su configuración cargada plana (o alguna configuración que tuviera un ángulo diferente al de la configuración descargada). Cualquier hélice puede ser inclinada, si bien las más convenientes son las que tienen secciones transversales que proporcionan puntos de agarre, tales como un rectángulo, un diamante, una leva o un triángulo.

Los medios de inclinación (la forma especial de aplicar par según se ha descrito en lo anterior) pueden llevarse a efecto, de manera similar a los medios de expansión, por dos caminos físicamente relacionados. El primer camino consiste en inclinar las vueltas de hélice de un material elástico tal y como se ha descrito en el párrafo inmediatamente precedente, y fijar a continuación de forma desmontable o desprendible las vueltas de la hélice a lo largo de la totalidad o parte de su superficie en el tornillo, de tal modo que, cuando se retiran las restricciones de la fijación, las vueltas de la hélice así tratada se descargarán y retrocederán elásticamente, tendiendo a impulsar el tornillo adicionalmente dentro del sustrato en el que se está introduciendo por apriete, al reaccionar contra los filetes de rosca de la cavidad interior del sustrato, por una parte, y contra los filetes de rosca del tornillo, por otra parte. El material elástico que compone la hélice puede incluir metal o plástico elástico convencional, o bien material súper-elástico, el último de los cuales es un material de aleación con memoria de forma (SMA) que se encuentra, por encima de su temperatura final austenítica, tanto en su forma comprimida como en su forma expandida.

El segundo camino consiste en fabricar las hélices de un material de aleación con memoria de forma (SMA) e impartirles, a una temperatura elevada, típicamente comprendida en el intervalo entre 400 y 500ºC para el nitinol, por ejemplo, una forma en sección transversal que será recuperada una vez que la hélice se haya enfriado hasta una temperatura igual o inferior a la temperatura final martensítica, y, a continuación, calentarlas hasta una temperatura igual o superior a su temperatura final austenítica. La forma así conferida será tal, que, cuando ésta sea confinada por debajo de la temperatura inicial martensítica y entonces calentada de forma subsiguiente hasta la temperatura final austenítica o por encima de ésta, presentará una cierta inclinación impartida a las vueltas de la hélice. Como el material de SMA ha sido calentado hasta la temperatura final austenítica o por encima de ella, éste será súper-elástico y análogo a un muelle o resorte, y, por tanto, será capaz de retroceder elásticamente y, como en el ejemplo precedente, tenderá a empujar el tornillo sobre el que se hace girar hacia delante, introduciéndolo en el sustrato. Si la forma de la sección transversal a alta temperatura es la misma que en el ejemplo anterior, esto es, el eje longitudinal de la sección transversal de la hélice, en su estado descargado, se dispone formando un ángulo de 45 grados con respecto al plano que pasa perpendicularmente a través del eje longitudinal de la espira primitiva o de partida, y mientras es aplanada mientras se encuentra por debajo de la temperatura final martensítica, de tal manera que el mismo eje longitudinal de la sección transversal de la hélice queda paralelo al plano que pasa perpendicularmente a través del eje longitudinal de la hélice primitiva; y si la espira es entonces confinada de tal modo que mantenga dicha sección transversal aplanada, cuando la hélice se caliente hasta su temperatura final austenítica o por encima de ella, ésta quedará inclinada. Una vez inclinada, la hélice, al ser ahora súper-elástica y de comportamiento a modo de resorte, retrocederá elásticamente y, como en el ejemplo anterior, tenderá a empujar el tornillo hacia delante haciéndolo penetrar en el sustrato.

Las vueltas de la hélice pueden también ser corrugadas en lugar de inclinadas. La hélice serpenteará hacia atrás y hacia delante de tal modo que las crestas de las corrugaciones comiencen en el ánima o cavidad interior de la hélice y se propaguen o continúen hacia fuera hasta la superficie externa de la hélice, por lo común perpendicular al eje longitudinal de la hélice, si bien pueden utilizarse otros ángulos o curvas en algunas realizaciones preferidas, tal y como se describe en la descripción detallada de los dibujos que se proporciona más adelante. Este tipo de tratamiento se aplicará, en algunas realizaciones preferidas de la invención, a la hélice del tipo de "Slinky-Toy^{TM}", esto es, a una con una sección transversal aproximadamente cuadrada o rectangular. Este tratamiento podría darse además de los medios de inclinación a los que se hace aquí referencia en otros lugares, o en lugar de ellos. Los medios para llevar esto a cabo serán similares a los que se emplean para llevar a efecto los medios de expansión anteriores. La hélice corrugada puede fabricarse de material análogo a un resorte y, en su estado descargado, puede ser aplanada y confinada por una fijación desprendible dispuesta en el tornillo. Cuando se descarga, la hélice se relajará hasta adoptar su forma corrugada y retrocederá elásticamente, de manera tendente a impulsar el tornillo adicionalmente dentro del orificio en el que se introduce por apriete, al reaccionar contra los filetes de rosca de la cavidad interior del sustrato, por una parte, y contra los filetes de rosca del tornillo, por otra parte. Este material análogo a un resorte incluirá plástico metálico elástico convencional o material súper-elástico, éste último de los cuales es un material de aleación con memoria de forma (SMA) que se encuentra, a su temperatura final austenítica o por encima de ella, tanto en su forma comprimida como en su forma expandida. Análogamente, el material puede fabricarse de material metálico con memoria de forma (SMA), de tal modo que este método hace uso del régimen de recuperación de la forma. La forma recobrada puede ser corrugada. La hélice corrugada puede ser aplanada hasta adoptar su forma corrugada a una temperatura igual o inferior a la temperatura final martensítica, y fijada al tornillo. Cuando se calienta hasta su temperatura final austenítica o por encima de ella y se confina en su forma aplanada, la forma corrugada se recuperará, cargará y será súper-elástica, y, cuando deja de estar confinada, retrocederá elásticamente, con lo que tenderá a impulsar el tornillo adicionalmente en el interior del orificio dentro del cual se hace penetrar por apriete, al reaccionar contra los filetes de rosca de la cavidad interior del sustrato, por una parte, y contra los filetes de rosca del tornillo, por otra parte. En lugar de corrugar la hélice, la hélice puede, por supuesto, ser un tubo hueco y puede tener un efecto de forma compacto y expandido en virtud de los mismos medios que la hélice corrugada, para el mismo propósito de proporcionar un retroceso elástico que desplace el tornillo adicionalmente dentro del sustrato, y de incrementar las fuerzas de rozamiento que mantienen el tornillo en su posición.

Finalmente, pueden aplicarse de manera adicional medios de inclinación a cualquiera de los métodos anteriormente citados o a cualquier combinación de los mismos, al hacer girar el tornillo dentro de la hélice al tiempo que las vueltas o espiras de la hélice son confinadas por los filetes de rosca del sustrato dentro del que se insertan el tornillo y la hélice, y la progresión hacia adelante del tornillo es detenida por la cabeza del tornillo al topar con dicho sustrato, o por la punta del tornillo al incidir en una parte del sustrato que impide todo avance adicional del tornillo. Cuando esto ocurre, los filetes de rosca del tornillo tenderán a tirar del interior de la hélice, con el cual forma una superficie de separación, según un sentido opuesto al sentido en el que el tornillo se introduce por apriete en el orificio del sustrato. Éste es especialmente el caso si las vueltas de la hélice están encajadas de manera floja entre los filetes de rosca dobles intercalados y/o el diámetro radial de la espira es mayor que el diámetro radial del filete de rosca más distante o distal, o más próximo, o proximal, o que ambos. Cuando el tornillo ya no se hace girar más, y si dicha hélice está fabricada de material elástico, el retroceso elástico de dicha hélice tenderá a impulsar el tornillo adicionalmente dentro del orificio en el cual es introducido por apriete, al reaccionar contra los filetes de rosca de la cavidad interior del sustrato, por una parte, y contra los filetes de rosca del tornillo, por otra parte.

A medida que la hélice se expande, también se desenrolla, y, por tanto, en el caso de que se requiera una sección o tramo roscado muy largo, es preferible que se sitúe una serie de pequeñas hélices extremo con extremo, a fin de constituir el tramo largo que se desea. Esto reducirá el rozamiento en la interfaz entre la hélice y el sustrato, que, de otro modo, podría impedir que la hélice se desenrollase y expandiese. Estas hélices pequeñas podrían ser independientes o fijarse de forma desprendible, de tal manera que se separen una vez situadas dentro de la cavidad interior de dicho orificio del sustrato. Los medios más sencillos para hacer que las hélices se fijen de forma desprendible consisten en introducir una hendidura u acanaladura a intervalos a lo largo de la longitud del alambre que forma la hélice, de tal modo que la separación se producirá cuando el tornillo se gire lo suficiente para provocar que se impartan fuerzas de torsión a la
hélice.

Si bien la hélice, dotada de espiga o carente de ella, puede ser insertada en el sustrato con el uso de dispositivos de inserción helicoidales bien conocidos en la técnica, la realización preferida carga la hélice sobre el tornillo antes de su inserción en el sustrato, tal y como se ha admitido en lo anterior. En el caso de que la hélice se inserte en el sustrato con el uso de una herramienta de inserción, ello requerirá, obviamente, medios para fijar de forma desprendible la hélice, similares a los que se utilizan en la combinación de tornillo y hélice que se describe aquí con mayor detalle, como consecuencia de lo cual una realización preferida de esta invención incluirá una herramienta de inserción que tendrá las mismas características que la combinación de tornillo y hélice aquí descrita.

Estos medios de confinamiento a los que se hace referencia en esta Patente, requieren, en la mayor parte de los casos, una fijación desmontable o desprendible en uno o más lugares a lo largo de la interfaz entre la hélice y el tornillo, las cuales son bien conocidas en la técnica e incluyen un ajuste de presión, soldadura de presión, soldadura de puntos, adhesivos, adhesivos flexibles y adhesivos biodegradables, así como adhesivos solubles en agua, los últimos de los cuales serán de uso particular en ortopedia y en el trabajo de la madera. Pueden emplearse también sujetadores de plástico o una funda o vaina de plástico, que podrían ser biodegradables o simplemente retirarse por desprendimiento o decapado, hendimiento, o bien ser deformados a medida que la hélice y el tornillo son introducidos por apriete en el sustrato. La realización preferida proporciona medios para romper la fijación desprendible cuando el tornillo imparte las fuerzas de torsión suficientes a la hélice, a medida que el tornillo se aprieta finalmente y la hélice resulta deformada por la acción del tornillo. Los materiales de los puntos de unión pueden ser también biodegradables y disolverse a lo largo del tiempo en presencia de disolventes tales como el agua, o bien corroerse por la acción bioquímica o electroquímica, por ejemplo, la acción galvánica. Los materiales adhesivos o las fijaciones mecánicas entre la hélice y el tornillo serán más débiles transversalmente al eje del alambre o tubo de la hélice, en lugar de en paralelo con él, puesto que la hélice se enrollará más fácilmente en la dirección transversal en respuesta a fuerzas de par torsor, que en la dirección paralela, en la que se requieren fuerzas de flexión en la hélice. Esto permite que la hélice sea arrastrada al interior del sustrato con una unión relativamente débil entre la hélice y el tornillo, pero que, una vez dentro del sustrato, se requiera tan solo una acción de par torsor relativamente pequeña, que provoca que la hélice se enrolle sobre el tornillo, para romper la unión.

En el caso de uso ortopédico, la utilización de una combinación de hélice y tornillo hace posible una mayor facilidad en la extracción del tornillo sin dañar el tejido óseo. El tornillo puede hacerse girar hacia fuera y los filetes de rosca se deslizarán a lo largo de las vueltas de la hélice, en lugar de raspar el hueso a lo largo de éste. Puede extraerse la hélice tirando de ella con el uso de dispositivos de extracción helicoidales bien conocidos en la técnica, si bien, en la mayoría de los casos, ésta se dejará en el hueso, ya que la hélice es pequeña y queda pronto embebida por el hueso al crecer.

Para el uso ortopédico, si la hélice se fabrica de un material súper-elástico de aleación con memoria de forma (SMA- "shape memory alloy"), el sistema que constituye el objeto de esta invención presenta la ventaja adicional de que aplica las fuerzas de unión por medio de fuerzas relativamente constantes a lo largo de distancias significativas, incluso a medida que las posiciones relativas del sistema de fijación y de los huesos cambian por el retroceso y el crecimiento de los huesos. Esta característica se aplica también a todos los otros usos.

Las fuerzas uniformes y predecibles ejercidas sobre el sustrato por una hélice fabricada de material súper-elástico, por ejemplo, aleación de nitinol súper- elástica, son debidas fundamentalmente a las fuerzas de flexión de descarga relativamente consistentes ejercidas por las vueltas de la hélice como fuerzas radiales sobre el sustrato, a medida que la hélice "enrollada" y confinada se libera o retrocede elásticamente, después de la instalación del conjunto de tornillo / hélice o durante la misma. Todas o algunas de las vueltas de una hélice súper-elástica se cargan con anterioridad fundamentalmente al doblar el conjunto de tornillo-hélice antes de su instalación, en virtud de la aplicación de un cierto momento de flexión, de tal manera que la curvatura de cada vuelta precargada está incrementada con respecto a la curvatura de la vuelta en el estado descargado, en el que no se aplica ningún momento de flexión. Un posible camino de carga durante la precarga de una vuelta de una hélice súper-elástica, es el camino ABD de la Figura 9, si bien existen otros muchos caminos de carga en los que puede producirse la carga hasta un punto entre B y D, por ejemplo, el C. Durante la instalación del conjunto de tornillo / hélice, las vueltas precargadas se descargarán, con lo que experimentarán una expansión radial en respuesta al retroceso del sustrato o a una disminución de la rigidez del sustrato. Esta descarga puede tener lugar de un cierto número de modos posibles. Un camino de descarga posible es el camino DEG de la Figura 9, si bien pueden tomarse otros muchos caminos de descarga hasta cualquier punto situado más allá de D a lo largo del camino DEFGA, por ejemplo, la descarga hasta un punto F situado entre E y G. En el caso en que la precarga se realizó hasta un punto situado entre B y D en la Figura 9, la descarga puede producirse hasta cualquier punto a lo largo de numerosos trayectos subordinados, de los cuales un ejemplo es el CGA. Es también posible facilitar la descarga parcial de las vueltas o espiras de la hélice súper-elástica a continuación de la precarga y antes de la instalación del conjunto de tornillo/hélice en la cavidad interior del sustrato.

De forma similar, el retroceso elástico desde la inclinación o aplicación de par torsor de las vueltas de la hélice proporcionará una fuerza de empuje uniforme y predecible que mantiene al tornillo empujando para penetrar en la cavidad interior del sustrato, debido al comportamiento súper-elástico de carga y descarga por par- retorcimiento de las vueltas de la hélice, de una forma similar al comportamiento súper- elástico de flexión por momento-curvatura que se ha descrito anteriormente.

Para uso ortopédico, la hélice puede diseñarse de modo que responda de la misma manera que el propio hueso a las cargas y los choques, con lo que se reducen las concentraciones de tensiones en el lugar de la reparación. En el caso de que se utilice el sistema de tornillo para sujetar dos huesos entre sí, la resistencia de la inclinación y la magnitud de la expansión de la espira pueden ajustarse de modo que se obtenga la presión óptima requerida para sujetar los dos huesos juntos, a fin de favorecer el crecimiento y la reparación de los huesos. Esta característica se aplica también a todos los otros usos.

El sistema que constituye el objeto de esta Patente resulta particularmente adecuado para entornos que presentan grandes oscilaciones de temperatura o en los que están presentes vibraciones. Las estructuras espaciales que tienen enormes oscilaciones de temperatura se beneficiarán del sistema de fijación que aquí se describe. Los motores y los fuselajes serán también capaces de hacer uso del sistema de fijación aquí descrito.

Breve descripción de los dibujos

La descripción detallada hace referencia, en particular, a los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una hélice 1 que tiene una sección transversal aproximadamente rectangular.

La Figura 2 es una vista en corte transversal de un tornillo 4 que tiene dos roscas helicoidales intercaladas 5a y 5b.

La Figura 3 es una vista en perspectiva de dicha hélice 1, cargada en torno al tornillo 4 de manera que las roscas 5a y 5b del tornillo quedan situadas entre las vueltas o espiras 2 de la hélice.

La Figura 4 es una vista en corte transversal del sustrato 9, en el que se ha taladrado un orificio y se han cortado en las paredes del orificio unos filetes de rosca 10 para proporcionar acomodo a la hélice 1 y al tornillo 4.

La Figura 5 es una vista en corte transversal del tornillo 4 y de la hélice 1, los cuales han sido roscados dentro de un orificio existente en el sustrato 9. La forma de la sección transversal de la hélice 3, en esta ilustración, se ha conformado aproximadamente como un rectángulo con un ángulo biselado, que, cuando se combina con las roscas 5a y 5b, forma una única rosca, más robusta. La Figura 5 ilustra también el modo como el par formado por la rosca más próxima, o proximal, 5a y la rosca más distante, o distal, 5b sujeta las vueltas de la hélice en su posición con par de torsión aplicado, evitando que retrocedan elásticamente mientras éste está cargado radialmente, antes de la expansión radial.

La Figura 6 es una vista en corte transversal del tornillo 4 y de la hélice 1 tal y como se han ilustrado en la Figura 5, si bien el sustrato 9 ha retrocedido en alejamiento, 15, de la superficie de separación o interfaz inicial entre el tornillo y el sustrato, y la hélice, que estaba cargada radialmente, se expande hacia fuera, 13, para mantener el contacto con los filetes de rosca situados en las paredes interiores del orificio practicado en el sustrato. La Figura 6 ilustra la hélice 1 en su forma parcialmente expandida, y en ella las vueltas de la hélice, 2a, han retrocedido elásticamente desde su posición de torsión total para empujar, 14, el tornillo 4 dentro del ánima o cavidad interior del sustrato 9. La Figura 6 ilustra también la rosca distal 5b y la rosca proximal 5a, la última de las cuales permite que las vueltas de la hélice 2 retrocedan elásticamente como consecuencia de su tamaño más pequeño y, en algunas realizaciones preferidas, de su superficie curva 11.

La Figura 7 es una vista en perspectiva de dicha hélice 1, cargada alrededor de una vista en corte transversal del tornillo 4, de tal manera que los filetes de rosca 5a y 5b del tornillo quedan entre las vueltas 2 de la hélice. La Figura 7 muestra asimismo un método para fijar de forma desprendible o desmontable el extremo proximal de la hélice al tornillo 4, al aplicar una fuerza 18 ó 19 a una sección o tramo curvo 16 del extremo proximal de la vuelta de hélice 2.

La Figura 8 ilustra una hélice 1 que tiene una sección transversal corrugada 2c.

La Figura 9 es un gráfico que ilustra el comportamiento del momento flector en función de la curvatura de un miembro flector.

Descripción detallada de los dibujos

La Figura 1 ilustra una hélice 1, la cual puede tener una o más vueltas 2 y tiene las dimensiones requeridas para el uso para el que se emplea. La sección transversal 3 puede ser cualquier forma que proporcione un agarre al tornillo 4 que se ilustra en la Figura 2 y a sus roscas 5a y 5b, el cual está roscado dentro de la cavidad interior de dicha hélice 1, según se ilustra en la Figura 3, y un cierto agarre a la rosca o superficie 10 situada en el interior del sustrato 9, ambos mostrados en la Figura 4. El tornillo incluye unos medios 8 para hacerlo girar, en este caso, una ranura practicada en la cabeza 7 del tornillo 4. La sección transversal puede incluir formas tales como biselada, rectangular, según se muestra en la Figura 1, ó cualquier otra forma que proporcione dicho agarre necesario al sustrato 9 y al tornillo 4. La forma de la sección transversal 3 dependerá en gran medida de las propiedades mecánicas del sustrato y, en particular, de su resistencia y su tendencia a retroceder con el tiempo alejándose de la superficie de separación o interfaz inicial entre la hélice 1 y el sustrato 9. De la misma manera, la forma de la sección transversal del tornillo 4 y de las roscas 5a y 5b puede ser de cualquier forma que se ajuste o encaje adecuadamente con la hélice 1 y que permita que la hélice se expanda y controle la posición de las hélices con respecto al tornillo 4 y al sustrato 9. La altura de las roscas unas con respecto a otras y a las vueltas de la hélice que abrazan, puede variar dependiendo de las exigencias del sustrato y del uso.

La característica distintiva de esta invención son las roscas helicoidales dobles que 5a y 5b que abrazan la hélice 1. La Figura 5 ilustra, por claridad del esquema, únicamente dos de las vueltas de la hélice 2. La realización preferida que se ilustra constituye tan solo una de las muchas combinaciones que incorporan la invención aquí expuesta. Los tamaños relativos de las roscas distal 5b y proximal 5a pueden variar, y su forma puede variar, dependiendo de las cargas requeridas y del sustrato en el que inserta el tornillo. Ha de apreciarse que, si bien se hace referencia a las roscas helicoidales intercaladas 5a y 5b como roscas diferenciadas, pueden fabricarse como una única rosca que tiene entonces, cortada en ella, una acanaladura de diversas formas destinada a formar una configuración similar.

Las ventajas de utilizar una rosca doble para abrazar la hélice son numerosas. En primer lugar, si la hélice se fabrica de manera que retroceda elásticamente, 12, tal y como se ha descrito anteriormente, y empuje el tornillo 4 en la dirección 14, según se muestra en la Figura 6, las roscas en abrazamiento pueden mantener la hélice en la posición cargada, antes de que se produzca una expansión radial apreciable, sin tener que recurrir a adhesivos, y siempre y cuando la hélice tenga alguna forma de fijación al tornillo por los extremos distal y proximal, a fin de evitar la expansión prematura; si bien sigue siendo una opción en algunas realizaciones preferidas de la invención fijar de forma desprendible la hélice 1 a las roscas distal y proximal, o a ambas, por otros puntos por diversos medios. Una vez que el sustrato retrocede y se expande la hélice cargada radialmente por los medios anteriormente descritos, la hélice 2a es, como se muestra en la Figura 6, libre de retroceder elásticamente y enrollarse sobre la rosca proximal 5a. El hecho de que la rosca proximal 5a es más corta que la rosca distal 5b, hace posible esta rotación de retroceso elástico incluso aunque la vuelta de la hélice 2 se haya expandido radialmente en alejamiento del tornillo 4 tan solo en una pequeña distancia. Esta rotación de retroceso elástico puede, por tanto, empujar el tornillo 4 en el sentido 14, y empujar con ello de forma más segura el tornillo al interior del sustrato, incluso en un estadio temprano de la recesión del sustrato 9 en su alejamiento del tornillo 4. La rosca proximal 5a puede también estar curvada, 11, como se muestra en el detalle de la Figura 2, a fin de crear el mismo efecto. La curvatura de la rosca proximal permite que ésta sea más grande en comparación con la rosca distal 5b, lo que, en algunas aplicaciones, puede constituir una ventaja. Tanto el tamaño como la forma relativos de las roscas distal y proximal pueden modificarse, en consecuencia, al combinar formas y tamaños que se adecuen al sistema de tornillo para el propósito
particular.

La Figura 5 ilustra el modo como las fuerzas laterales, que discurren desde el extremo distal hasta el extremo proximal del tornillo a lo largo de su eje longitudinal, y que son aplicadas por el tornillo 4 al sustrato 9 en virtud de la aplicación de par de torsión al tornillo, se distribuyen entre las roscas distal 5b y proximal 5a y las vueltas de la hélice 2. Esto hace el sistema de tornillo mucho más robusto y adecuado para las aplicaciones que requieren cargas elevadas de par torsor sobre el tornillo.

La rosca proximal 5a impide también que las vueltas o espiras de la hélice 2 se enrollen y salgan de la rosca distal 5b, en un sentido opuesto al sentido de retroceso elástico 12, a medida que la hélice se expande radialmente. Ésta es la ventaja fundamental del sistema, que permite aplicar cargas de par torsor elevadas al tornillo en tanto que, al mismo tiempo, permite que el sistema de tornillo expandirse y seguir al sustrato en recesión. El hecho de que esto puede lograrse, en una realización preferida de la invención, con el uso de una rosca proximal pequeña 5a, significa que existe más masa de sustrato que no ha sido desplazada excesivamente y que, por tanto, queda disponible entre los filetes de rosca para sujetar el tornillo de forma segura.

Una ventaja adicional del sistema de hélice abrazada es que las distancias entre las roscas distal 5b y proximal 5a pueden aumentarse, permitiendo que las vueltas o espiras de la hélice giren en el sentido 12, según se ilustra en la Figura 5 y en la Figura 6, ó que giren en el sentido opuesto, lo que permite que la aplicación de par torsor en las vueltas de la hélice 2 por parte del operador haga girar el tornillo después de que la cabeza del tornillo entre en contacto con el sustrato y el desplazamiento hacia delante dentro del sustrato haya sido, con ello, detenido. Una vez que se ajusta de esta manera el par torsor aplicado en las vueltas, las vueltas retrocederán elásticamente en el sentido 12 y, con ello, empujarán el tornillo 4 adicionalmente dentro del sustrato según el sentido 14, tal y como se muestra en la Figura 6. Este método de impartir una acción de torsión a las roscas se añade a los otros métodos que aquí se describen, de tal modo que es posible utilizar uno de los métodos o cualesquiera de ellos en combinación.

La Figura 5 ilustra el sistema una vez que la hélice elástica ha sido cargada radialmente o inclinada, o ambas cosas, y confinada; o bien una vez que se le ha conferido una forma que será recobrada con la aplicación de calor, o todas estas cosas.

La Figura 6 ilustra el sistema una vez que la hélice elástica ha sido liberada de sus restricciones o ha sido calentada hasta la temperatura final austenítica o por encima de ella, y ha recuperado su mayor diámetro o forma inclinada, o ambos. Las vueltas finales del tornillo 4 pueden haber cargado con un par torsor o inclinación adicional a las vueltas que se desenrollarán o retrocederán elásticamente en el sentido 12. La Figura 6 ilustra también cuando el sustrato 9 ha retrocedido desde la interfaz inicial entre la hélice y dicho sustrato, y las secciones transversales aproximadamente rectangulares y biseladas de las vueltas 2a de la hélice 1 han seguido al sustrato en retroceso y mantenido el agarre de las roscas del tornillo con la hélice y, a su vez, de la hélice con los filetes de rosca 10 del sustrato 9.

El sustrato 9 puede ser de cualquier material en el que pueda ser insertado el sistema de tornillo y hélice. Éste incluirá hueso o cartílago para usos ortopédicos, así como metal y plástico y madera para usos estructurales u ornamentales.

El sistema puede incluir un cierto número de hélices, en lugar de sólo una, situadas extremo con extremo. Éstas pueden estar en contacto a tope o pueden estar separadas unas de otras, dependiendo de las circunstancias. La Figura 1 ilustra una hélice que está fijada de forma desprendible y se desprende para formar, en este ejemplo, tres hélices independientes. Las acanaladuras 6 practicadas en la superficie exterior de la hélice 1 de modo que discurren en torno a ella de forma aproximadamente transversal el eje longitudinal del alambre de la hélice, crean líneas de debilitamiento que permiten que la hélice se divida cuando es retorcida o se le aplica un par torsor, una vez situada dentro del sustrato 9. Este retorcimiento o aplicación de par torsor puede producirse cuando el tornillo es apretado en su lugar, pero puede tener lugar también más tarde, cuando la hélice comienza a expandirse o liberar su acción de aplicación de par torsor, una vez que el sustrato comienza a retroceder alejándose de la interfaz inicial entre la hélice y el sustrato. Esta separación o división de la hélice permite que la hélice se desenrolle a lo largo de su eje longitudinal a medida que se expande dentro del sustrato, sin que exista una resistencia de rozamiento excesiva entre la superficie de la hélice y la superficie correspondiente o conjugada 10 de la interfaz 9. Estos medios para fijar hélices de forma desprendible, en el caso de que se utilicen múltiples hélices, son meramente ilustrativos, y son bien conocidos en la técnica otros métodos para fijar de forma desprendible las hélices, tales como el uso de adhesivos o de soldaduras por puntos, por mencionar dos.

Los medios para la fijación de la hélice 1 sobre el tornillo 4 se expondrán con mayor detalle a continuación, si bien, con el propósito de posibilitar que se giren conjuntamente el tornillo y la hélice para que penetren en el sustrato, será necesario al menos fijar el extremo distal de la hélice al extremo distal del tornillo, de manera que dicha fijación podrá ser susceptible de fijarse de forma desprendible. Dicha fijación desprendible puede hacerse mediante el uso de adhesivos, adhesivos biodegradables, soldaduras o uniones mecánicas tales como ganchos o escopladura y tendón de ajuste a presión, u otros medios semejantes bien conocidos en la técnica. Una vez en su lugar dentro del sustrato, los medios de fijación, excepto, tal vez, para el extremo distal del tornillo y de la hélice, deberán ser desprendibles, de tal manera que la hélice sea libre de expandirse con la interfaz en retroceso entre la hélice 1 y el sustrato 9. Este desprendimiento puede producirse, por ejemplo, debido a la acción de aplicación de par torsor que se imparte a la hélice por el apriete del tornillo, o bien por la degradación biológica de la unión adhesiva que se ha mencionado anteriormente. Los métodos para fijar la hélice al tornillo se describen en esa Solicitud de Patente norteamericana Nº 09/541.508, de Unsworth y Waram, a la que se ha hecho referencia anteriormente, y pueden utilizarse todos éstos para la fijación de las realizaciones preferidas de la presente invención. Sin embargo, debido a que la hélice se encuentra situada entre dos roscas helicoidales intercaladas en las realizaciones preferidas de la presente invención, la hélice tan solo necesitará, en muchos casos, fijarse de forma desprendible al tornillo por el extremo distal o el proximal, o por ambos.

La Figura 7 ilustra un método mecánico en virtud del cual la hélice 1 puede fijarse de forma desprendible al tornillo 4 por el extremo proximal. El espacio existente entre las roscas distal y proximal puede ser mayor en el extremo proximal, de modo que se proporcione espacio al extremo proximal de la hélice 1 de modo que curve y se una entonces por puntos, 17, por soldadura láser o por otros medios adecuados bien conocidos en la técnica, a una de las roscas, en este caso la rosca proximal 5a, según se muestra en el detalle 16a. El punto de fijación puede romperse con sólo hacer girar esa parte del tornillo de modo que penetre en el sustrato 9, lo que ejercerá una fuerza 18 sobre el tramo curvo 16 situado en el extremo proximal de la hélice, que pone derecho o recto y desplaza dicho extremo proximal hacia la rosca distal 5b, tal y como se muestra en los detalles 16b y 16c de la Figura 7. Alternativamente, el operador puede sencillamente aplicar una fuerza 19 que doble la lengüeta curvada distal, por ejemplo, con el uso de medios de agarre, alejándola de la rosca a la que está fijada de forma desprendible, con lo que se rompe la fijación y se permite a la hélice 1 expandirse en alejamiento del tornillo 4. Como se muestra con la referencia 16c, cuando la hélice 4 se expande, la parte de la vuelta 2 tiende a desplazarse en el sentido 20.

Ha de apreciarse que las diversas secciones, segmentos o áreas de la hélice, con independencia de su sección transversal, debido a su flexibilidad, actúan con cierta independencia y, en consecuencia, puede admitirse un retroceso irregular del sustrato 9 por parte de la hélice 1, a medida que la hélice sigue las roscas 10 del sustrato 9 en retroceso.

La fijación en la punta distal del tornillo 4 y en el extremo distal de la hélice 1 será, en las realizaciones más preferidas, susceptible de fijarse de forma desprendible, aunque puede ser permanente. Esta unión distal será importante a la hora de atornillar el conjunto dentro del sustrato 9, ya que, una vez que las primeras vueltas del tornillo 4 y de la hélice 1 están dentro del sustrato, se tirará de la hélice hacia dentro y las roscas 10 del sustrato 9 guiarán las partes siguientes y proximales de la hélice y del tornillo.

Existen varios métodos para proporcionar calor con el fin de recuperar la forma de la hélice, al objeto de proporcionar el par de torsión y la expansión de la hélice, según se ha descrito en lo anterior. Es posible basarse en el calor del propio sustrato si la temperatura del sustrato es igual o superior a la temperatura final austenítica del material de aleación con memoria de forma (SMA) y no disminuye hasta ser inferior a la temperatura inicial martensítica del material de aleación con memoria de forma (SMA) (lo que haría que la hélice perdiese su resistencia y su forma). Con el fin de impedir la activación prematura de la hélice, la temperatura del sustrato puede disminuirse temporalmente hasta estar por debajo de la temperatura inicial austenítica del material de aleación con memoria de forma (SMA), durante la instalación del tornillo y de la hélice dentro de la cavidad interior del sustrato, y entonces elevarse, de forma subsiguiente, por medios activos o pasivos, hasta la temperatura final austenítica o por encima de ella, una vez que el tornillo y la hélice están situados adecuadamente dentro de la cavidad interior del sustrato. En el caso de que el material de aleación con memoria de forma (SMA) tenga una temperatura inicial austenítica, o, posiblemente, en algunas situaciones, una temperatura final austenítica, igual o inferior a la temperatura ambiente de los entornos de transporte, almacenamiento e instalación, la hélice puede ser enfriada por algunos medios tales como la refrigeración o la inmersión en nitrógeno líquido, o su empaquetamiento en hielo seco, tras haber sido fabricada y antes de su instalación. En el caso de uso ortopédico, este método se empleará de la forma más frecuente cuando la temperatura inicial austenítica, o, en algunas situaciones, la temperatura final austenítica, del material de aleación con memoria de forma (SMA) sea igual o menor que la temperatura corporal.

Ha de apreciarse también que, en aras de la sencillez de ilustración, los tornillos y las hélices no se muestran con forma convergente o estrechada gradualmente por sus puntas distales, aunque éste será normalmente el caso en la mayor parte de las aplicaciones y no alterará en modo alguno las características principales de las realizaciones preferidas que se describen aquí. Es también de destacar que los dibujos no muestran todas las vueltas de la hélice ni de las roscas en aras de la simplicidad de ilustración.

Si bien la descripción de las realizaciones preferidas combina las características que favorecen la acción de aplicación de par torsor por la inclinación de las vueltas 2 del tornillo 4, además de las características que hacen que la hélice 1 se expanda, se entiende que ciertas realizaciones de esta invención pueden comprender todas estas características conjuntamente, o tan solo unas de ellas.

Si bien la descripción de la hélice incluye un tubo macizo o hueco, ha de comprenderse que las hélices pueden estar compuestas de una multiplicidad de alambres o de tubos, o de ambos, tejidos o entrelazados, además, con cualquier material compuesto. Ha de comprenderse también que es posible utilizar una multiplicidad de hélices, en lugar de una sola. Estas hélices podrían entrelazarse o trenzarse unas con otras, por ejemplo, con la forma de una hélice doble o triple.

Aunque la descripción habla de un tornillo, ha de comprenderse que el miembro puede incluir cualquier dispositivo de sujeción que tenga una rosca que pueda acoplarse o encajarse con una hélice, por ejemplo, un tirafondo o un conjunto de perno y tuerca, o un sustrato roscado. La hélice puede, por ejemplo, haberse fijado a un sustrato de forma desprendible, según se ha expuesto en las realizaciones preferidas anteriormente descritas, y el tornillo puede entonces atornillarse dentro del conjunto de sustrato y hélice; esto es, esta realización preferida puede ser justamente la inversa de las realizaciones preferidas que se han descrito anteriormente.

Claims (13)

1. Un conjunto sujetador expansible destinado a insertarse en un sustrato (9), que comprende:

(a) un elemento de sujeción roscado (4), que tiene un extremo más próximo, o proximal, y un extremo más alejado, o distal, de tal manera que el extremo proximal está provisto de una cabeza (7) que tiene medios de giro (8), y el elemento de sujeción tiene un árbol o vástago que se extiende desde la cabeza hasta el extremo distal a lo largo de un eje longitudinal, estando dotado el árbol de roscas helicoidales dobles intercaladas (5a, 5b), que se extienden radialmente hacia fuera desde el árbol, de tal modo que cada una de dichas roscas tiene una primera superficie situada generalmente de cara al extremo distal, y una segunda superficie situada generalmente de cara al extremo proximal, y cada par de roscas helicoidales dobles intercaladas es, bien proximal o bien distal; y

(b) un miembro de hélice o espira helicoidal expansible y continua (1, 2, 2a, 2c), enrollado alrededor del vástago o árbol del elemento de sujeción roscado (4), entre cada uno de los pares (5a, 5b) de roscas helicoidales dobles intercaladas, de tal modo que el miembro de hélice tiene una parte situada radialmente de cara hacia dentro y una parte situada radialmente de cara hacia fuera, con una superficie de contacto con la rosca que se extiende entre las partes situadas de cara hacia dentro y de cara hacia fuera, y que está situada generalmente de cara al extremo distal del elemento de sujeción (4), de tal manera que, antes de la inserción del conjunto sujetador en el sustrato (9), el miembro de hélice se encuentra en una forma radialmente comprimida; y

(c) medios de afianzamiento liberables, en virtud de los cuales el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) se asegura de forma liberable, en su forma radialmente comprimida, a lo largo de al menos una porción de su longitud, al árbol del elemento de sujeción (4), de tal manera que los medios de afianzamiento liberables mantienen la unión entre el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) y el elemento de sujeción (4), por lo que mantienen el miembro de hélice en su forma radialmente comprimida al menos hasta que el conjunto sujetador se encuentra roscado de forma completa o sustancialmente completa dentro del sustrato (9).

2. Un conjunto sujetador destinado a insertarse en un sustrato (9), que comprende:

(a) un elemento de sujeción roscado (4), que tiene un extremo más próximo, o proximal, y un extremo más alejado, o distal, de tal manera que el extremo proximal está provisto de una cabeza (7) que tiene medios de giro (8), y el elemento de sujeción tiene un árbol o vástago que se extiende desde la cabeza hasta el extremo distal a lo largo de un eje longitudinal, estando dotado el árbol de roscas helicoidales dobles intercaladas (5a, 5b), que se extienden radialmente hacia fuera desde el árbol, de tal modo que dichas roscas tienen una primera superficie situada generalmente de cara al extremo distal, y una segunda superficie situada generalmente de cara al extremo proximal, y cada par de roscas helicoidales dobles intercaladas es, bien proximal o bien distal;

(b) un miembro de hélice o espira helicoidal continua (1, 2, 2a, 2c), enrollado alrededor del vástago o árbol del elemento de sujeción roscado (4), de tal modo que el miembro de hélice tiene una parte situada radialmente de cara hacia dentro y una parte situada radialmente de cara hacia fuera, con una superficie de contacto con la rosca que se extiende entre las partes situadas de cara hacia dentro y de cara hacia fuera, y que está situada generalmente de cara al extremo distal del elemento de sujeción;

en el cual la superficie de contacto con la rosca, perteneciente al miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c), comprende una parte situada radialmente hacia dentro y una parte situada radialmente hacia fuera, con un eje de pivote entre ellas, de tal modo que la parte situada radialmente hacia dentro de la superficie de contacto con la rosca, se acopla con la segunda superficie del par de roscas distales antes de la inserción del elemento de sujeción (4) en el sustrato (9), de tal manera que el apriete del elemento de sujeción (4) en el sustrato (9) provoca el retorcimiento del miembro de hélice en torno al eje de pivote con el fin de provocar la rotación (12) de la parte situada radialmente hacia dentro de la superficie de contacto con la rosca, de modo que se aleje de la segunda superficie de la rosca, y dicho retorcimiento del miembro de hélice da lugar a que la parte situada radialmente hacia fuera de la superficie de contacto con la rosca, sea desplazada axialmente (14) hacia el extremo distal del elemento de sujeción, con lo que se acopla a la segunda superficie de la rosca y empuja el elemento de sujeción (4) en el interior del sustrato (9).

3. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) está unido permanentemente al árbol del elemento de sujeción por el extremo distal del mismo, y por que los medios de afianzamiento liberables se seleccionan de entre el grupo compuesto por una soldadura, una unión mecánica y un adhesivo que es, preferiblemente, biodegradable o soluble en agua o en otro disolvente.

4. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la expansión radial del miembro de hélice provoca la carga radial (13) de la parte situada radialmente de cara hacia fuera del miembro de hélice contra el sustrato (9), al tiempo que la parte situada radialmente de cara hacia dentro permanece encajada o acoplada con los pares de roscas helicoidales dobles intercaladas del elemento de sujeción.

5. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie de contacto con la rosca, perteneciente al miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c), comprende una parte situada radialmente hacia dentro y una parte situada radialmente hacia fuera, con eje de pivote entre ellas, de tal manera que los medios de afianzamiento liberables unen de forma liberable la parte situada radialmente hacia dentro de la superficie de contacto con la rosca, con la segunda superficie de la rosca a lo largo de al menos una porción del miembro de hélice, de forma que el eje de pivote es tangencial al miembro de hélice.

6. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el retorcimiento del miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) alrededor del eje de pivote provoca la rotación (12) de la parte situada radialmente hacia dentro de la superficie de contacto con la rosca, en alejamiento de la segunda superficie de la rosca, superando la unión proporcionada por los medios de afianzamiento liberables; y por que dicho retorcimiento del miembro de hélice da lugar a que la parte situada radialmente hacia fuera de la superficie de contacto con la rosca, sea desplazada axialmente (14) hacia el extremo distal del elemento de sujeción, con lo que se acopla a la segunda superficie de la rosca y empuja (14) el elemento de sujeción dentro del sustrato (9).

7. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 2 ó la reivindicación 6, caracterizado porque el retorcimiento del miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) se produce durante el apriete del elemento de sujeción (4) en el sustrato (9), por lo que el apriete arrastra al elemento de sujeción axialmente en dirección al extremo proximal, haciendo que la rosca empuje contra el miembro de hélice, de tal manera que una superficie del miembro de hélice opuesta a la superficie de contacto con la rosca y situada radialmente hacia fuera con respecto al eje de pivote, que se extiende, de forma preferida, radialmente hacia fuera de la rosca cuando el miembro de hélice se encuentra en su forma radialmente comprimida, se acopla con el sustrato (9) y provoca el pivote (12) del miembro de hélice en torno al eje de pivote, y de tal manera que el miembro de hélice ejerce una fuerza de empuje dirigida axialmente contra la segunda superficie de la rosca, en un sentido (14) hacia el extremo distal del elemento de sujeción.

8. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) está compuesto de una aleación con memoria de forma en la que un estado martensítico de la aleación corresponde a la forma radialmente comprimida del miembro de hélice, y el estado austenítico de la aleación corresponde a la forma radialmente expandida de la hélice, de tal modo que la aleación con memoria de forma se transforma del estado martensítico al estado austenítico después de que el elemento de sujeción (4) se ha insertado en el sustrato (9), de tal modo que el miembro de hélice tiene, preferiblemente, una sección transversal tubular hueca o una forma de sección transversal corrugada (2c), que se deforma cuando el elemento de sujeción se aprieta, y cuya forma se recupera cuando la aleación con memoria de forma se transforma del estado martensítico al austenítico.

9. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) comprende una pluralidad de segmentos unidos unos con otros, extremo con extremo, de forma liberable.

10. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque se ha proporcionado una curva en el extremo proximal del miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c), la cual entra en contacto con el sustrato en la inserción, haciendo que el extremo distal de la hélice se desprenda de la rosca (5a, 5b) a la que se encuentra fijado de forma desprendible.

11. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque una de las superficies de la primera superficie de la rosca proximal (5a) está curvada (11), con lo que permite que la hélice rote a medida que se expande alejándose del miembro de sujeción (4), por lo que empuja el conjunto de sujeción dentro del sustrato (9).

12. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la segunda superficie de la rosca proximal (5a) y la primera superficie de la rosca distal (5b) entran en contacto, ambas, con el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) de tal manera que el miembro de hélice no se enrolla sobre la rosca distal (5b) cuando el miembro de hélice se expande alejándose del vástago o árbol del miembro de sujeción (4), y el miembro de sujeción es apretado dentro del sustrato (9), o ambas cosas.

13. El conjunto sujetador de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el miembro de hélice (1, 2, 2a, 2c) comprende dos hélices intercaladas, de las cuales una primera hélice se acopla con la primera superficie de la rosca, y de las cuales una segunda hélice se acopla con la segunda superficie de la rosca.