DE3505894A1 - Stosswellenrohr mit spule und membran - Google Patents

Description

Siemens Aktiengesellschaft Unser Zeichen Berlin und München VPA 85 P 305 8OE

StoGwellenrohr mit Spule und Membran

Die Erfindung bezieht sich auf ein Stoßwellenrohr mit einer Spule und einer an einer Seite der Spule angeordneten Membran aus elektrisch leitfähigem Material.

Stoßwellenrohre dieser Art sind seit längerer Zeit bekannt. Sie haben in jüngerer Zeit in der medizinischen Technik verbreitet Interesse gefunden. Mit ihnen lassen sich Konkremente im Körper eines Patienten zertrümmern, ohne daß ein operativer Eingriff erforderlich ist.

Ein Stoßwellenrohr der eingangs genannten Art ist in der DE-OS 33 12 014 beschrieben. Dort ist eine Flachspule vorgesehen, die konkav gekrümmt ist. Sie ist über eine Auslöse- oder Funkenstrecke an einen Kondensator angeschlossen. Bei Entladung des Kondensators über die Auslösestrecke und die Flachspule erzeugt letztere im Zusammenwirken mit einer Membran aus elektrisch leitfähigem Material eine fokussierende Stoßwelle.

Aufgrund des hohen abgegebenen Druckimpulses von z. B. 100 bar werden die Materialien eines solchen Stoßwellenrohres bei wiederholten Entladungen und Stoßwellenemissionen stark beansprucht. Besonders die als Flachspule ausgebildete Entladungsspule wird hohen mechanischen Kräften ausgesetzt, was zu einer frühen Materialermüdung führt. Die einzelnen Windungen der Flachspule können insbesondere in einen Kunststoff eingegossen sein. Es hat sich gezeigt, daß - je nach Konstruktion - die Flachspule samt Eingußmasse den gewaltigen Beanspruchungen

Nm 2 Rl / 15.02.1985

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nicht standhält und nach einer Anzahl von Stoßwellenemissionen zum Reißen oder Zerspringen neigt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Stoßwellenrohr der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich eine Verlängerung der Lebensdauer der Spule ergibt.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich dieses Ziel erreichen läßt, wenn die bei der Stoßwellenemission auf die Spule einwirkenden Kräfte merklich reduziert werden.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an der anderen Seite der Spule eine weitere Membran aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist.

Bei diesem Stoßwellenrohr ist also auf beiden Seiten der Spule je eine Membran vorgesehen. Bevorzugt können beide Membranen aus demselben Material bestehen, den gleichen Durchmesser besitzen und - falls gewünscht dieselbe Dicke aufweisen. In diesem Fall erhält man ein weitgehend symmetrisches Gebilde, bei dem bei der Entladung des Kondensators von beiden Membranen eine Stoßwelle ausgesandt wird. Die Rückwirkung der ersten Membran auf die Spule wird dabei weitgehend durch die Rückwirkung der zweiten Membran auf die Spule kompensiert. Mit anderen Worten, die zerstörerischen Kräfte an der Spule heben sich weitgehend auf. Da die Spule dadurch weniger oder kaum beansprucht wird, ergibt sich eine verlängerte Lebensdauer. Dies gilt sowohl dann, wenn die Spule eingegossen ist, als auch dann, wenn sie ohne Vergußmasse gewickelt ist.

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Eine weitgehende Kompensation der zerstörerischen Kräfte ergibt sich, wie bereits dargelegt, insbesondere dann, wenn das Stoßwellenrohr bezüglich der bevorzugt eben ausgeführten Spule symmetrisch aufgebaut ist. Zweckmäßigerweise wird man aus Isolationsgründen jeweils zwischen der Spule und den beiden Membranen je eine isolierende Folie anordnen.

Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus sechs Figuren, die Ausführungsbeispiele zeigen und im folgenden näher beschrieben werden. Gleiche Bauelemente sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
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Fig. 1 das Kernstück eines StoGwellenrohrs mit einer

Spule und beidseitig angeordneten Isolierfolien und Membranen;

Fig. 2 einen Blick auf den Schnitt H-II in Figur 1;

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform des Kernstücks eines Stoßwellenrohrs, bei dem auf der Seite der zusätzlichen Membran ein Ultraschallsumpf in Form eines Absorptionskörpers angeordnet ist;

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform, bei der von einer dünnen Metallschicht als weitere Membran Gebrauch gemacht wird.
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Fig. 5 eine weitere Ausführungsform, bei der die Membranen durch ein gemeinsames Gehäuse an der Spule gehalten werden; und

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Fig. 6 eine Auführungsform, bei der als Basismaterial eine Leiterplatte verwendet wird.

In Figur 1 ist das Kernstück eines Stoßwellenrohrs 1 gezeigt. Die wesentlichen Komponenten dieses Stoßwellenrohrs 1 sind ein Spulenträger 3 mit einer ebenen, flachen Spule 4, deren Windungen mit 5 bezeichnet sind, eine Folie aus elektrisch isolierendem Material oder Isolierfolie 7 an der einen Seite des Spulenkörpers 3 und eine runde Membran 9 aus elektrisch leitendem Material. Wie aus Figur 2 hervorgeht, sind die Windungen 5 der Spule 4 spiralförmig in einer Ebene angeordnet und in Kunstharz eingegossen, welcher den Spulenträger 3 bildet. Das äußere Ende der Spule ist mit 5a und das innere Ende ist mit 5i bezeichnet. Diese Enden 5a, 5i sind an äußere Anschlüsse 11 bzw. 13 herausgeführt, an die über eine (nicht gezeigte) Funkenstrecke ein (nicht gezeigter) Kondensator zur Entladung angeschlossen werden kann.

Aus Figur 1 wird deutlich, daß auch auf der anderen Seite der Spule 5 eine Isolierfolie 17 und darauffolgend eine Membran 19 aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet sind. Die Oberflächen des Spulenträgers 3, der Isolierfolien 7, 17 und der Membranen 9, 19 sind weitgehend parallel ausgerichtet und liegen eng aneinander an.

Der zylinderförmige Spulenträger 3 ist außen von einem Abstandsring 21 umgeben. Dieser ist mit Bohrungen versehen, durch die Befestigungsmittel in Form von Schrauben 23 geführt sind. Mit Hilfe der Schrauben 23 und von Muttern 25 oder mittels anderer geeigneter Befestigungsmittel werden die Komponenten 3 und 7, 17 sowie 9, 19 eng aneinandergepreßt zusammengehalten.

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Während des Betriebes des Stoßwellenrohres 1 wird auf die Flachspule 5 ein kurzer elektrischer Spannungsimpuls von hoher Amplitude vom genannten Kondensator gegeben. Das so erzeugte elektromagnetische Feld bewirkt, daß sich die Membran 9 infolge auftretender Induktionskräfte schlagartig von der Flachspule 5 wegbewegt. Die Membran 9 ist jedoch an ihrem Umfang - unter Zwischenlage der Isolierfolie 7 - fest an die Flachspule 5 angedrückt. Die abstoßende Bewegung wird im Idealfall annähernd gleichmäßig über der freien Fläche der Membran erzeugt, wodurch eine Stoßwelle Pl ausgesandt wird. Es ist einleuchtend, daß sich beim Aussenden diese Stoßwelle Pl eine entsprechende Rückwirkung auf den Spulenträger 3 und damit auf die Spule 4 ergibt.

Diese Rückwirkung wird durch die Anordnung der Membran auf der anderen Seite des Spulenkörpers 3 kompensiert. Denn auch auf dieser anderen Seite wird unter dem Zwang der elektromagnetischen Kräfte eine Stoßwelle P2 ausgesandt, die ebenfalls zu einer Rückwirkung auf den Spulenträger 3 führt. Die Rückwirkungen beider Membranen 9, sind entgegengerichtet und kompensieren sich vollständig, zumindest aber teilweise. Die Kompensation ist um so vollständiger, je symmetrischer die Anordnung ist. Dadurch wird die Lebensdauer der Spule 4 und des Spulenkörpers 3 verlängert, so daß Wartungs- und Austauscharbeiten erst in größeren Zeitabständen erforderlich werden.

Es soll noch hervorgehoben werden, daß die Anordnung einer zusätzlichen Membran 19 zur Reduzierung zerstörerischer Kräfte nicht auf eine ebene Spule 4 beschränkt ist. Diese Maßnahme kann auch bei einer gewölbten Spule vorgesehen sein.

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In Figur 3 ist eine andere Ausführungsform des Kernstücks eines Stoßwellenrohrs 1 dargestellt. Bei dieser Darstellung sind die einzelnen Bauelemente der leichteren Übersichtlichkeit wegen in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind gleichfalls auf beiden Seiten des Spulenträgers 3 Isolierfolien 7, 17 und Membranen 9, 19 angeordnet. Die Membran 19 liegt hier an der Stirnseite eines zylindrischen Körpers 27 an. Dieser Körper 27 ist vorliegend als Ultraschall-Dämpfungskörper ausgebildet. Er dient somit als Sumpf für die nach links ausgesandte Stoßwelle P2. Dämpfungskörper 27 dieser Art sind an sich aus der Ultraschalltechnik bekannt. Vorliegend handelt es sich um einen Körper 27 aus Gießharz, in den ein absorbierendes Pulver wie Wolfram-Pulver eingebettet ist. Die Verteilung oder Konzentration dieses Pulvers weist in Abstrahlrichtung einen Gradienten auf. Sie ist in der Nähe der weiteren Membran 19 relativ hoch und nimmt in Abstrahlrichtung ab. Mit Hilfe des Körpers 27 wird verhindert, daß sich eine Stoßwelle P2 unkontrolliert außerhalb des Stoßwellenrohrs fortsetzt.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform des Kernstücks eines Stoßwellenrohrs 1 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform enthält der Spulenträger 3 eine spiralförmige flache Spule 4 mit Windungen 5 von rechteckigem Querschnitt. Die beidseitig angelegten Isolierfolien 7, 17 bestehen aus demselben Material und haben dieselbe Dicke. Es ist aber ersichtlich, daß die darauf folgenden Membranen 9 bzw. 19 unterschiedliche Dicken dl bzw. d2 besitzen. Speziell ist hier so vorgegangen, daß die Dicke d2 der weiteren Membran 19 kleiner ist als die Dicke dl der Membran 9. An die weitere Membran 19 schließt sich hier ein Körper 29 an. Dieser Körper 29 ist zur Ableitung von Verlustwärme vorgesehen. Er kann mit

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einer (nicht gezeigten) Wärmesenke verbunden sein. Der Körper 29 kann speziell ein Aluminiumoxid-Keramik-Körper sein.

Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist weiter hervorzuheben, daß die Membran 19 als Schicht ausgebildet ist, die auf dem Körper 29 aufgebracht ist. Insbesondere kann es sich dabei um eine Metallschicht, beispielsweise eine Aluminium- oder Kupferschicht handeln, die auf den Körper 29 aufgedampft ist. Der Körper 29 aus Keramik ist elastisch genug, die bei der Auslenkung der Membran 19 auftretenden Verformungskräfte aufzufangen. An den Körper 29 kann sich ein (nicht gezeigter) Dämpfungskörper anschließen, beispielsweise ein Körper 27 gemäß Figur 3.

Es war bereits dargelegt worden, daß die Membranen 9, in Form von Folien oder von aufgetragenen Schichten vorliegen können. Als Material kommt hierfür, wie erwähnt, Kupfer oder Aluminium in Betracht. Untersuchungen haben gezeigt, daß sich gute Eigenschaften hinsichtlich der Lebensdauer ergeben, wenn die verwendete Membran 9, 19 aus einer Bronzelegierung oder Molybdän besteht.

Nach Figur 5 besteht die Flachspule 4 aus einer Anzahl eng aneinanderliegender spiralförmig gewundener Windungen 5 aus elektrisch leitendem Material runden Querschnitts, wobei die einzelnen Windungen 5 gegeneinander isoliert sind. Eine Füllmasse zwischen den einzelnen Windungen 5 ist hier nicht vorgesehen. Die Flachspule 4 wird auch hier von einem Abstandsring 21 aus isolierendem Material umgeben. Spule 4 und Abstandsring 21 werden von einer Isolierfolie aus einem Material großer elektrischer Durchschlagsfestigkeit und daran anschließend von einer Membran 9 aus einem Metall, z. B. Kupfer-Berylium-Bronze, überdeckt. Die andere Seite ist entsprechend ausgestaltet.

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Hier sind ebenfalls eine Isolierfolie 17 von großer elektrischer Durchschlagsfestigkeit und eine Membran 19 aus Metall, z. B. Kupfer-Berylium-Bronze, vorgesehen. An die Membran 19 schließt sich ein Körper 31 an, der als Träger und als Dämpfungskörper dient. Verbindungsleitungen 33 und 35 führen zum äußeren Ende 5a bzw. inneren Ende 5i der Flachspule 4. Sie sind sowohl durch die Isolierfolie 17 als auch durch die Membran 19 und den Körper 31 hindurchgeführt. Die Anordnung der Elemente 9, 7, 21, 4, 17, 19, 31 ist von einem Gehäuse kraftschlüssig eingefaßt, das aus zwei Gehäusehälften 37 und 39 besteht. Diese Gehäusehälften 37, 39 sind ringförmig mit jeweils einem Rückhalterand ausgeführt. Sie werden durch Haltemittel wie Schrauben 23 zusammengehalten.

Bei der Isolierfolie 17 und der Membran 19 kann es sich wieder um ein Leiterplattenmaterial mit Kupfer-Kaschierung handeln. Stattdessen kann anstelle der Bauelemente 17, 19, 31 auch ein Tragkörper 31 verwendet werden, beispielsweise aus Keramik, der zur Bildung der Membran 19 über seine gesamte, der Spule 4 zugewandte Fläche metallisiert ist, wodurch die Membran 19 gebildet wird, und der zur Bildung der Isolierschicht 17 auf der Metallfläche mit einem Kunststoffmaterial bedampft ist.

Als ein solches Kunststoffmaterial kommt beispielsweise Parylene in Betracht.

Bisher war davon ausgegangen, daß die Flachspule 4 aus einem in einer Ebene gewickelten Draht besteht. Nach der Ausführungsform von Figur 6 ist eine solche Konstruktion ersetzt durch eine Flachspule 4, die aus einer doppelseitig kaschierten Leiterplatte hergestellt wurde. In diesem Fall besteht somit die Flachspule 4 aus zwei parallel zueinander angeordneten Teilspulen 4A und

4B, die durch das Basismaterial 40 der Leiterplatte voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten, auf jeder Seite der Leiterplatte ist durch Ätztechnik eine spiralförmige Flachspule entstanden. Die beim Ätzen entstehenden Zwischenräume sind, wie bei der Darstellung in den Figuren 1, 3 und 4, durch einen isolierenden Kunststoff ausgefüllt. Die Zwischenräume zwischen den einzelnen Windungen 5A, 5B können insbesondere mit einem Gießharz ausgefüllt sein. Diese Ausfüllungen sind mit 6A bzw. 6B bezeichnet. Infolge der Verwendung einer Leiterplatte ergeben sich hier Windungen 5A bzw. 5B für die beiden Teilspulen 4A bzw. 4B von rechteckförmigem Querschnitt. Im Bereich des gemeinsamen Anschlusses 35 für die Flachspule 4 sind die beiden Teilspulen 4A, 4B durchkontaktiert. Die an dieser Stelle bestehende elektrische Verbindung ist mit 43 bezeichnet. Die beiden Teilspulen 4A, 4B sind elektrisch parallel geschaltet.

Auch bei dieser Ausführungsform nach Fig. 6 kann es sich bei der Kombination der Bauelemente 17, 19 um eine Leiterplatte mit Kupfer-Kaschierung handeln. Die Kupfer-Kaschierung wirkt dabei als weitere Membran 19.

Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß die Membran 19 nicht unbedingt eine dünne Folie oder dünne Schicht zu sein braucht. Es kann sich dabei auch um einen verhältnismäßig dicken Körper handeln, z. B. um einen Metallblock aus Kupfer oder Stahl, der in der Nähe der

Spule 4 angeordnet ist.
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18 Patentansprüche

6 Figuren

- Leerseite

Claims (18)

85 P 3 0 5 8 DE Patentansprüche

1. Stoßwellenrohr mit einer Spule und einer an einer Seite der Spule angeordneten Membran aus elektrisch leitfähigem Material, dadurch gekennzeichnet, daß an der anderen Seite der Spule (4) eine weitere Membran (19) aus elektrisch leitfähigem Material angeordnet ist.

2. Stoßwellenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Membran (9) und die weitere Membran (19) aus demselben Material bestehen.

3. Stoßwellenrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (9) und die weitere Membran (19) dieselbe Dicke (dl, d2) besitzen.

4. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ς

zwischen der Spule und der Membran eine Isolierfolie angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Spule (4) und der weiteren Membran (19) eine weitere Isolierfolie (17) angeordnet ist.

5. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) flach ausgebildet ist und eine Anzahl von Windungen (5) besitzt, die spiralförmig verlaufen.

6. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) eine ebene Spule ist.

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7. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Membran (19) eine elektrisch leitfähige Folie oder Schicht ist, die auf einem Körper (27; 29) aufgebracht ist.

8. Stoßwellenrohr nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (27) ein Dämpfungskörper für Ultraschall ist.

9. Stoßwellenrohr nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (27) aus einem Kunststoff besteht.

10. Stoßwellenrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß dem Kunststoff ein metallisches Pulver beigemischt ist.

11. Stoßwellenrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Pulvers mit zunehmendem Abstand von der weiteren Membran (19) abnimmt.

12. Stoßwellenrohr nach Anspruch 10 oder 11, d a durch gekennzeichnet, daß das Pulver Wolfram-Pulver ist.

13. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (29) 'aus einer Aluminiumoxid-Keramik besteht.

14. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitfähige Schicht eine Kupfer- oder Aluminium-Schicht ist.

15. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Membranen (9, 19) aus einer Bronzelegierung oder Molybdän besteht.

16. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule durch einen Abstandsring (21) eingefaßt ist, und daß die beiden Membranen (9, 19) an ihrem Rand kraftschlüssig mit dem Abstandsring (21) verbunden sind.

17. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) mit Isolierfolie (7, 17) aus einer Leiterplatte gefertigt ist.

18. Stoßwellenrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) aus zwei parallelen Teilspulen (4A, 4B) besteht.