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DE2834297A1 - Vorrichtung zum bearbeiten eines mit einer schalenprothese zu versehenden knochens - Google Patents

Vorrichtung zum bearbeiten eines mit einer schalenprothese zu versehenden knochens

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DE2834297A1
DE2834297A1 DE19782834297 DE2834297A DE2834297A1 DE 2834297 A1 DE2834297 A1 DE 2834297A1 DE 19782834297 DE19782834297 DE 19782834297 DE 2834297 A DE2834297 A DE 2834297A DE 2834297 A1 DE2834297 A1 DE 2834297A1
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cutting means
milling head
bone
face
knives
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DE19782834297
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Guenther Rehder
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ORTHOPLANT GmbH
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Publication of DE2834297B2 publication Critical patent/DE2834297B2/de
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Description

orthoplant Orthopädische Implantate GmbH & Co. KG, Simon-Bolivar-Str. 11, 2800 Bremen 1
Vorrichtung zum Bearbeiten eines mit einer Schalenprothese zu versehenden Knochens
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten eines mit einer schalenförmigen Endoprothese zu versehenden Knochens, insbesondere des Femurkopfes eines menschlichen Hüftgelenkes.
Für verschiedene Erkrankungen und Verletzungen eines Hüftgelenkes sind sog. Total-Endoprothesen bekannt, die aus zwei Teilen bestehen, nämlich einer im allgemeinen nach vorherigem Ausfräsen in die Hüftpfanne einzuzementierenden, im allgemeinen aus einem gewebeverträglichen Kunststoff bestehenden Schale, und zum anderen aus einem länglichen, verhältnismäßig großen, im allgemeinen aus einer geeigneten Stahllegierung bestehenden Prothesenteil, an dessen einem
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512
Büro Bremen / Bremen Office:
Postfach / P. 0. Box 10 71 27
Feldstralbe 24. Ü-28Ü0 Bremen 1
Telephon: (0421) '7 4044
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Telex: 244 95Sbor>a';d
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(BLZ 2Ou 100 20) 1260 83-202
Büro München / Munich Office:
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Telephon: (OS*-)) 65 23 21
Telctir. / Cables: Tck-paient München Telex· 52".°"? ■ : ' ';. ""-Λ ' "A
Ende eine den Femurkopf des lädierten Knochens ersetzende Kugel angeordnet ist, welche über ein Übergangsteil und einen Flansch in einen gekrümmten Schaft übergeht, der nach vorherigem Abtrennen des Schenkelhalskopfes in den Knochen eingeführt und dort mit Knochenzement verankert wird.
Mit diesen bekannten Total-Endoprothesen sind verglichen mit den zuvor bekannten Möglichkeiten zur Behandlung derartiger Frakturen und Erkrankungen wie Arthrose u.dgl. gute Ergebnisse erzielt worden, wenngleich die Komplikationsrate nicht zuletzt aufgrund des verhältnismäßig radikalen Eingriffes in den zu behandelnden Körper dennoch Wünsche offen läßt. Vergegenwärtigt man sich dabei einmal, daß bei einer derartigen Operation Knochenteile von erheblichem Ausmaße entfernt werden müssen, die unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei Verschleißerscheinungen des Hüftgelenkes, überhaupt nicht als erkrankt und daher für die vorgesehene tragende Funktion ungeeignet anzusehen sind, so ergab sich von selbst der Wunsch, bei Verschleißerscheinungen wie Arthrose u.dgl. zu anderen Behandlungsmethoden zu kommen.
Man ist demgemäß auch bereits dazu übergegangen, von derartig radikalen Eingriffen abzusehen, wenn diese sich aufgrund bestimmter Frakturen nicht vermeiden lassen, und hat sich bemüht, insbesondere bei Verschleißerscheinungen von Gelenken, die für die Funktionstüchtigkeit des betreffenden Gelenkes besonders wichtigen und zugleich hochbeanspruchten Gleitflachen zu ersetzen, ohne ihren tragenden Unterbau fortzunehmen, indem man beispielsweise in eine Hüftgelenkspfanne - ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Total-Endoprothese - eine schalenförmige Pfanne aus einem geeigneten Kunststoff oder aus Keramik einzementiert hat, und indem man weiterhin die Gegengleitfläche für die künstliche Hüftgelenkpfanne ebenfalls lediglich durch eine aus Metall, nämlich einem geeigneten Stahl, bestehende Schale ersetzt hat, welche
BOEHMERT &BOEHMERT.
an ihrer Außenseite die Form einer Kugelkalotte aufweist, deren Höhe im allgemeinen etwas kleiner ist als die Äquatorhöhe, d.h. also als der Krümmungsradius der Kalottenaußenseite.
Um eine solche Metallschale für den Femurkopf an diesem anbringen zu können, muß die Stirnseite des Femurkopfes der Krümmung der Metallschale angepaßt werden. Außerdem muß der Femurkopf in Verlängerung seiner Stirnseite, d.h. also an seinen Mantelflächen, einer Bearbeitung unterzogen werden, um ihn den entsprechenden Dimensionen einer solchen Schalenprothese anzupassen.
Es hat sich nun gezeigt, daß diese erforderlichen Bearbeitungen des mit einer Schalenprothese versehenen Knochens verhältnismäßig zeitaufwendig sind, und demgemäß die Operationszeit entsprechend verlängern.
Als besonderer Nachteil kommt hinzu, daß bei der Fräsung des kugelförmigen und des zylindrischen Endabschnittes des betreffenden Knochens keine exakten Paßflächen hergestellt werden können, da das frei geführte Instrumentarium hierzu keine Möglichkeiten eröffnet und bei der Bearbeitung des Knochens häufig genug dort Gewebematerial fortnimmt, wo aufgrund der vorhandenen Festigkeiten ein besonders kleiner Bearbeitungswiderstand vorhanden ist, obwohl an solchen Stellen überhaupt kein oder zumindest nicht soviel Gewebematerial fortgenommen zu werden brauchte. Eine solche freie Bearbeitung eines Knochens führt aber nicht nur zu ungenauen Paßflächen, sondern sie eröffnet grundsätzlich überhaupt keine Möglichkeit dafür, das Implantat physiologisch achsengerecht aufzubauen, wie dieses aber gerade bei hoch beanspruchten Gelenken außerordentlich wünschenswert ist.
Eine freie Bearbeitung des Knochens ist weiterhin auch dann
BOEHMERT &.&0&HME-RT:
nachteilig, wenn mehrere Bearbeitungsgänge nacheinander durchgeführt werden, da bei einem nachgeschalteten Bearbeitungsvorgang dabei u.U. befriedigende Zwischenergebnisse bezüglich anderer Paßflächen o.dgl. verschlechtert werden können.
Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung zu schaffen, mittels welcher beim Bearbeiten des Knochens exakte Paßflächen hergestellt werden können, und die einen physiologisch achsengerechten Aufbau des Implantates sicherstellt, wobei gleichzeitig vermieden werden soll, daß Gewebematerial abgetragen wird, welches an sich erhalten bleiben soll, und wobei weiterhin die Möglichkeit eröffnet werden soll, je nach Ausgestaltung des Implantates ggf. weitere erforderliche Bearbeitungsschritte anzuschließen, ohne daß es zu einer Verschlechterung der vorher bereits erzielten Ergebnisse kommt. Zugleich soll mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung trotz der besseren Ergebnisse eine beachtliche Verkürzung der Bearbeitungszeit zu erzielen sein.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gekennzeichnet durch eine antreibbare Antriebswelle, an deren freiem Ende ein topfförmiger, nach außen offener Fräskopf angeordnet ist, welcher eine zentrische, sich in Achsrichtung der Antriebswelle erstreckende Führungsbohrung für einen Führungsstift aufweist, der im wesentlichen zentrisch zu dem zu bearbeitenden Knochenabschnitt im Knochen angeordnet und aus der Knochenoberfläche im wesentlichen senkrecht vorsteht, wobei an der inneren Stirnseite und am Mantel des Fräskopfes Schneidmittel angeordnet sind.
Die an der inneren Stirnseite des Fräskopfes angeordneten Schneidmittel besitzen vorzugsweise eine Krümmung., welche der Krümmung der anzubringenden schalenförmigen Endoprothese an deren dem Knochen zugekehrter Innenseite entspricht, wo-
/Q
-A-
BOEHMERT &.
bei die Krümmung vorzugsweise kreisbogenförmig ist. Die Schneidmittel bestehen in bevorzugter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung aus wenigstens vier, vorzugsweise sechs winklig zueinander versetzten und vorzugsweise auswechselbaren Messern, deren gegenseitiger Teilungswinkel vorzugsweise im wesentlichen gleich groß ist.
Die am Mantel des Präskopfes angeordneten Schneidmittel· können am Rand des topfförmigen Fräskopfes angebracht, bevorzugt an dessen Stirnseite vorhanden und in der Art von gleichmäßig über den Rand des topfförmigen Fräskopfes verteilten Schneidzähnen ausgebildet sein.
Darüber hinaus ist bevorzugt vorgesehen, daß der Fräskopf mit einem dritten Schneidmittel versehen ist, welches sich von seiner Stirnseite aus zentrisch zu seinem offenen Ende hin erstreckt, wobei dieses dritte Schneidmittel in der Art eines Zapfenfräsers oder eines Spiralbohrers ausgebildet sein und die Führungsbohrung für den Führungsstift enthalten kann.
Auch das dritte Schneidmittel ist bevorzugt auswechselbar und kann sich mit einem Abschnitt bis in die Antriebswelle hinein erstrecken und dort mit einem geeigneten Befestigungsmittel, wie beispielsweise mit einer Schraube, befestigt sein.
Wenn sich das dritte Schneidmittel bis über den Rand des Fräsers hinaus erstreckt, ergibt sich beim Ansetzen des dritten Schneidmittels an dem Führungsstift eine besonders gute Beobachtungsmöglichkeit.
Da man andererseits bestrebt ist, nur möglichst wenig Gewebematerial zu entfernen, kann das dritte Schneidmittel aber auch nur so kurz sein, daß es bereits innerhalb des topf-
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BOEHMERT &J3QEHMERT
förmigen Fräsers endet. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist die axiale Erstreckung des dritten Schneidmittels einstellbar, so daß man hierdurch ggf. beide Vorteile genießen kann.
Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Die Erfindung ist nachstehend an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine Zeichnung weiter erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine seitliche Draufsicht auf die erfindungsgemäße Vorrichtung, teilweise im Schnitt, in einem am Femurkopf eines Hüftgelenkknochens angesetzten Zustand, nachdem der Fräsvorgang gerade beendet ist; und
Fig. 2 das in Fig. 1 nur teilweise dargestellte
Hüftgelenk nach Einbau der Schalenprothese.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt in ausgezogenen Linien eine im ganzen mit 40 bezeichnete Vorrichtung zur Bearbeitung eines mit einer schalenförmigen Endoprothese zu versehenden Knochens, und zwar des Femurkopfes 2 eines menschlichen Hüftgelenkes.
Die Vorrichtung 40 besitzt eine von einem nicht dargestellten Antrieb antreibbare Antriebswelle 41, welche um ihre Längsachse 42 zu drehen ist. Am unteren, freien Ende der Antriebswelle 41 befindet sich ein im ganzen mit 43 bezeichneter topfförmiger, nach außen offener Fräskopf, der an seiner inneren Stirnseite 44 und an seinem Mantel 46 jeweils mit Schneidmitteln versehen ist.
Die an der Stirnseite 44 des Fräskopfes- 43 angeordneten
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BOEHMSRT &.BOEH.MERT.
Schneidmittel 47 besitzen eine kreisbogenförmige Krümmung, welche der Krümmung der anzubringenden schalenförmigen Endoprothese entspricht, im vorliegenden Fall also der Krümmung der zweiten Femurkopfschale 6 (s. Fig. 2), auf welche später noch eingegangen wird.
Das Schneidmittel 47 besteht aus sechs jeweils mit gleichem Teilungswinkel zueinander angeordneten, auswechselbaren Messern, von denen in Fig. 1 lediglich zwei einander gegenüberliegende Messer ersichtlich sind.
Das am Mantel 46 des Fräskopfes 43 angeordnete Schneidmittel 48 besteht aus Schneidzähnen 49, die an der Stirnseite des freien Randes des Fräskopfes 43 ausgebildet und gleichmäßig über den Umfang verteilt sind.
Außerdem besitzt der Fräskopf 43 noch ein drittes Schneidmittel 51, welches sich von seiner Stirnseite 44 aus zentrisch zu seinem offenen Ende hin erstreckt und als Zapfenfräser ausgebildet ist. Das dritte Schneidmittel 51 besitzt eine sich in seiner Achsrichtung und damit in Richtung der Achse 42 der Antriebswelle 41 erstreckende Führungsbohrung 52, deren Durchmesser, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, beachtlich kleiner ist als der der Durchmesser des Zapfenfräsers 51, welcher 8 mm beträgt.
Das als Zapfenfräser ausgebildete dritte Schneidmittel 51 ist auswechselbar. Hierbei besitzt es einen sich in die Antriebswelle 41 hineinerstreckenden Zapfenabschnitt 53, der in eine Bohrung 54 der Antriebswelle 41 eingepaßt ist und dort mit einer Schraube 56 feststellbar ist. Da die Bohrung 54 entsprechend lang ausgebildet ist, kann die axiale Erstreckung des Zapfenfräsers 51 eingestellt werden.
Bevor die eigentliche Bearbeitung des Femurkopfes 2 beginnt,
BOEH-MERT &.BOEH.MECT // ή
wird ein Führungsstift 32 in den Femurkopf 2 eingeschossen. Bei diesem Führungsstift handelt es sich um einen sogenannten Kirs chnerdraht.
Der Führungsstift 32 steht danach zentrisch zu dem zu bearbeitenden Femurkopf senkrecht von der Knochenoberfläche des Femurkopfes 2 nach außen vor, so daß die Bearbeitungsvorrichtung 40 an ihm zentriert werden kann.
Hierfür wird die Vorrichtung 40 mit ihrer Führungsbohrung 52 so weit auf den Führungsstift 32 aufgeschoben, bis eine Berührung zwischen der Vorrichtung 4C und dem zu bearbeitenden Femurkopf 2 vorliegt.
Sodann wird die Vorrichtung 40 über die Antriebswelle 41 im Sinne des Pfeiles 5 4 in Drehung versetzt, wobei die Schneidzähne 49 beginnen, das in Fig. 1 gepunktet dargestellte Gewebe zu entfernen, um eine zylindrische Mantelfläche am Femurkopf 2 zu schaffen.
Kurz darauf (ggf. auch gleichzeitig oder kurz zuvor) beginnt das als Zapfenfräser oder ggf. als Spiralbohrer ausgebildete dritte Schneidmittel 51 ein Sackloch in den Femurkopf 2 zu fräsen.
Dabei senkt sich die Vorrichtung 40 mittels der Führungsbohrung 52 am Führungsstift geführt achsengerecht nach unten ab, bis schließlich auch die Messer 47 des an der Stirnseite 4 4 des Fräskopfes 43 vorhandenen Schneidmittels mit dem Femurkopf 2 zum Eingriff kommen und an dessen Stirnseite eine Kugelfläche herstellen.
Fig. 1 der Zeichnung zeigt den Bearbeitungsendzustand. Sodann wird die Vorrichtung 40 vom Femurkopf 2 entfernt.
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BOEHMERT
Je nach Ausgestaltung der Schalenprothese kann mit dem Aufbau der Prothese begonnen werden.
Handelt es sich bei der Prothese um eine Ausgestaltung, wie sie in Fig. 2 dargestellt worden ist, so wird die zylindrisch gefräste Mantelfläche des Femurkopfes 2 zuvor noch mit einem geeigneten Messerkopf konisch zugefräst,, wobei die von dem dritten Schneidmittel 51 im Femurkopf 2 geschaffene Bohrung als Zentrierbohrung für einen derartigen Messerkopf dienen kann, so daß die vorher geschaffenen exakten Paßflächen bei weiterer Bearbeitung nicht verdorben werden.
Nachdem auch das Acetabulum in geeigneter Weise bearbeitet und mit einer Acetabulumpfanne 3 (s. Fig. 2) versehen ist, wird sodann die Femurkopfschale aufgebracht.
Die Femurkopfschale ist bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel zweiteilig und besteht aus einer aus Kunststoff bestehenden inneren Schale 6 sowie einer aus Metall bestehenden äußeren Femurkopfschale 4, welche einen Führungszapfen 24 aufweist, der durch eine Bohrung in der inneren Femurkopfschale 6 hindurchgreift und sich in die von dem dritten Schneidmittel 51 geschaffene Bohrung hineinerstreckt, so daß diese Bohrung bei dieser Ausgestaltung nicht nur einer Zentrierung bei der Bearbeitung dient, sondern auch einer Zentrierung der Femurkopfschale und damit für eine exakte Ausrichtung der Paßflächen Sorge trägt.
Es ist ersichtlich, daß mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht nur eine sehr schnelle Bearbeitung des zu bearbeitenden -Knochens möglich ist, sondern daß die Bearbeitung aufgrund der Führung bzw. Zentrierung außerordentlich genau ist und exakte Paßflächen schafft, zumal die vorhandene Zentriermöglichkeit letztlich auch von der eigentlichen Prothesenschale noch benutzt wird, so daß letztlich der
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BOEHMERT
'U
erstrebte physiologisch achsengerechte Aufbau des Implantates gewährleistet ist.
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Claims (21)

O 171 27. Juli 1978 Al - ■ /7/ ^eapn j Ansprüche
1. Vorrichtung zum Bearbeiten eines mit einer schalenförmigen Endoprothese zu versehenden Knochens, insbesondere des Femurkopfes eines menschlichen Hüftgelenkes, gekennzeichnet durch eine antreibbare Antriebswelle (41), an deren freien Ende ein topfförmiger, nach außen offener Fräskopf (43) angeordnet ist, welcher eine zentrisch sich in Achsrichtung der Antriebswelle (41) erstreckende Führungsbohrung (52) für einen im wesentlichen zentrisch zu dem zu bearbeitenden Knochenabschnitt angeordneten, aus der Knochenoberfläche im wesentlichen senkrecht vorstehenden Führungs stift (32) aufweist, wobei an der inneren Stirnseite (44) und am Mantel (46) des Fräskopfes (43) Schneidmittel (47, 49) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an der inneren Stirnseite (44) des Fräskopfes (43) angeordneten Schneidmittel (47) eine Krümmung aufweisen, welche der Krümmung der anzubringenden schalenförmigen Endoprothese an deren dem Knochen (2) zugekehrten Innenseite entspricht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Stirnseite (44) des Fräskopfes (43) angeordneten Schneidmittel (47) kreisbogenförmig gekrümmt ausgebildet sind.
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BOEBMSRT &JBQEHMERT:
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Stirnseite (44) des Fräskopfes (43) angeordneten Schneidmittel (47) aus mehreren im Winkel zueinander versetzt angeordneten Messern bestehen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet/ daß der Teilungswinkel zwischen einander benachbarten Messern (47) gleich groß ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens vier Messer (47) vorhanden sind.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sechs Messer vorhanden sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Messer (47) auswechselbar sind.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die am Mantel (46) des Fräskopfes (43) angeordneten Schneidmittel (48) am freien Rand des topfförmigen Fräskopfes (43) angebracht sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die am Mantel (46) des Fräskopfes (43) angeordneten Schneidmittel (48) aus Schneidzähnen (49) bestehen, die an der Stirnseite des freien Randes ausgebildet sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneidzähne (49) gleichmäßig über den Rand des Fräskopfes (43) verteilt angeordnet sind.
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BOEBMERT &JBQEHMERT.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der topfförnige Fräskopf (43) mit einem dritten Schneidmittel (51) versehen ist, welches sich von seiner Stirnseite (44) aus zentrisch zu seinem offenen Ende hin erstreckt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) in der Art eines Zapfenfräsers ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) in der Art eines Spiralbohrers ausgebildet ist.
15. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) die Führungsbohrung (52) für den Führungsstift (32) aufweist.
16. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel einen Durchmesser von etwa 4 bis 10 mm aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) einen Durchmesser von 8 mm aufweist.
18. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche
12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) auswechselbar ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) sich mit einem Abschnitt (5 3) bis in die Antriebswelle (41) hineinerstreckt und an der Antriebswelle (41) mit einem Befestigungsmittel wie
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beispielsweise einer Schraube (56) befestigt ist.
20. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Schneidmittel (51) sich bis über den Rand des Fräsers (43) hinaus erstreckt.
21. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des dritten Schneidmittels (51) einstellbar ist.
_ 4 —
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