DE3939246A1 - Vorrichtung zur funkenentladung mit einer inneren auskleidung aus hitzebestaendigem, elektrisch isolierenden material sowie stosswellengenerator, insbesondere fuer die hydraulische lithotripsie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Funkenent­ ladung mit einer inneren Auskleidung aus hitzebeständi­ gem, elektrisch isolierendem Material sowie einen Stoß­ wellengenerator, insbesondere für die hydraulische Li­ thotripsie.

Durch die US-PS 25 49 227 ist ein Gerät zur Stoßwellen­ erzeugung höherer Frequenz in einer Flüssigkeit zur Fernzerstörung eines Zieles bekannt. Dieses Gerät ent­ hält eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, die durch einen ellipsoidisch geformten und abgeschnittenen Reflektor 80 gebildet ist und einen Hohlraum 81 ent­ hält, der eine gleiche, ellipsoidisch geformte und ab­ geschnittene Kammer zur Reflexion der Stoßwellen bil­ det. Einer der beiden Brennpunkte des Ellipsoids ist in der Kammer gegenüber des abgeschnittenen Teils angeord­ net, und die Kammer ist mit einer Flüssigkeit 83, bei­ spielsweise Öl, zur Übertragung der Stoßwellen gefüllt. Diese Kammer ist mit einer Membran 82 geschlossen (Fig. 3).

Die Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen enthält gewöhnlich zwei, wenigstens zum Teil im Inneren der Kammer 81 angeordnete Elektroden 12, 13, wobei die bei­ den Elektroden dazu vorgesehen sind, eine Entladung oder einen Lichtbogen im Brennpunkt der den abgeschnit­ tenen Teil gegenüberliegenden Kammer zu erzeugen.

Es sind ferner Einrichtung 10, 11 vorgesehen, die zu einem wählbaren Zeitpunkt eine elektrische Spannung an zwei Elektroden 12, 13 erzeugen, und auf diese Weise eine Entladung oder einen Lichtbogen zwischen den Elek­ troden herbeiführen, wobei die Elektroden Stoßwellen in der Flüssigkeit der Kammer hervorrufen (Fig. 3 und Sp. 7, Z. 51 bis Sp. 9, Z. 30).

In der US-PS 25 49 227 ist ein Stromerzeuger, insbeson­ dere eine Batterie 34, vorgesehen, über die ein Trans­ formator 33 und ein Kondensator 11 gespeist werden kann (Sp. 5, Z. 64 bis Sp. 6, Z. 26). Dieser Kondensator hat eine Kapazität von 1 µF, der bis zu einer Spannung von 15000 V geladen werden kann, um eine Entladung oder einen Lichtbogen zwischen den Elektroden zu bestimmten Intervallen zu erzeugen (Sp. 4, Z. 69 bis 72 und Sp. 9, Z. 7 bis 9 und 24 bis 27).

Die Elektroden sind aus einem hochleitenden Material, wie Kupfer oder Messing (eine Kupfer-Legierung) herge­ stellt (Sp. 5, Z. 33 bis 35). Die Schaltung zur Ansteue­ rung der Elektroden ist hierbei einfach aufgebaut.

Dieses Gerät wird im Bereich der Medizin, insbesondere zur Zerstörung von Geweben eingesetzt (Sp. 3, Z. 30 bis 64). Dieses Gerät kann außerdem fur eine Untersuchung oder eine Stimulation bestimmter Teile des Nervensy­ stems verwendet werden (Sp. 3, Z. 65 bis 74).

Dieses Gerät kann zudem für die außerkörperliche Litho­ tripsie eingesetzt werden.

In der FR-A-22 47 195 ist ebenfalls ein ähnliches Gerät beschrieben, bei dem die Flüssigkeit aus Wasser besteht (S.3, Z.23 bis 24).

Außerdem ist in der EP-A-02 61 999, bezugnehmend auf Fig. 5, eine Speiseschaltung 12 beschrieben, über die Elektroden 6, 8 mit elektrischem Strom versorgt werden. Diese Schaltung enthält eine zwischengeschaltete Vor­ richtung 28, bevorzugt eine Funkenstrecke, umfaßt, die durch Funkenentladung den Stromkreis zwischen den Elek­ troden 6, 8 mit Unterbrechungen schließt (vorzugsweise Typ "Spark Gap"). Diese Elektroden 6, 8 sind in eine Leitung 30 eingeschaltet, die eine Elektrode 6 ver­ sorgt. Diese zwischengeschaltete Vorrichtung 28 kann durch ein Gehäuse 32 gebildet werden, in dem mit Ab­ stand zwei Zwischenelektroden 34, 36 angeordnet sind, wobei dieser Abstand zur Unterbrechung des Stromkreises ausreichend ist.

Dieser Stromkreis wird mittels eines Funkengenerators 38, beispielsweise einer Zündkerze, durch Erzeugung von Funken geschlossen.

Zur Vermeidung eines vorzeitigen Abbrandes der Elektro­ den 34, 36, ist es vorgesehen, die durch das Gehäuse 32 gebildete Kammer 33 mit einem Gasstrom, vorteilhaft mit einem durch Einrichtungen 40, 42 gespeisten Stickstoff- oder Luftstrom auszuspülen (Sp. 5, Z. 11 bis 44 und Fig. 5).

Es hat sich in der Praxis als notwendig erwiesen, ein Gehäuse größerer Dimension als zwischengeschaltete Vor­ richtung zu verwenden, da zwischen den Elektroden durch die elektrischen Entladungen eine erhebliche Wärmemenge erzeugt wird. Trotz dieser Überdimensionierung ist die Lebensdauer einer solchen zwischengeschalteten Vorrich­ tung kurz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Funkenentladung, insbesondere eine ein­ fach aufgebaute und kostengünstig herstellbare Fun­ kenstrecke kleinerer Dimension zu schaffen, wobei die Lebensdauer gegenüber den herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art entscheidend verbessert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung be­ steht das Material der Auskleidung aus einer Keramik oder einem Verbundstoff, insbesondere einem keramischen Verbundstoff.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführung ist diese Auskleidung als koaxial zu einer Symmetrieebene des Gehäuses ausgerichteter Zylinder ausgebildet und verläuft vorzugsweise in der Achse wenigstens einer Elektrode.

In einer weiteren, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird das vorgenannte Gehäuse durch einen Zylinder gebildet, der an seinen beiden En­ den durch zwei Deckel abgeschlossen ist, die wenigstens zum Teil elektrisch leitend sind, um die vorgenannten Elektroden zu bilden.

In einer bevorzugten Ausgestaltung enthalten diese Dec­ kel Aufnahmen zur Unterbringung von elektrisch leiten­ den, die aktiven Teile der Elektroden bildenden Schei­ ben.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Er­ findung enthält die Vorrichtung zur Funkenentladung Einrichtungen zum Ausspülen des Gehäuseinneren mittels eines Gasstromes, insbesondere Luft oder Stickstoff.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist gleich­ falls ein Stoßwellengenerator, vorzugsweise mit ellip­ soidischem Reflektor, vorgesehen, der mit einer solchen Vorrichtung zur Funkenentladung ausgestattet ist.

Auf diese Weise wird durch die Erfindung eine Vorrich­ tung zur Funkenentladung geschaffen ("Spark Gap"), die im Vergleich zu den herkömmlichen Vorrichtungen zur Funkenentladung eine kleinere Baugröße sowie eine ver­ längerte Lebensdauer aufweist. Ihre Verwendung ist da­ bei besonders in Stoßwellengeneratoren, vorzugsweise mit ellipsoidischem Reflektor vorteilhaft, wobei die Stoßwellen durch elektrische Entladung zwischen zwei in eine Flüssigkeit, wie Wasser, eintauchenden Elektroden erzeugt werden.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im Zusammenhang mit der folgenden Be­ schreibung eines Ausführungsbeispieles und der Zeich­ nung näher erläutert.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine schematische Gesamtdarstellung eines er­ findungsgemäßen Ausführungsbeispieles,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung zur Funkenentladung.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Funkenentladung 28 in die Speiseleitung 12 im Stromkreis eines Stoßwellenge­ nerators höherer Frequenz eingeschaltet.

Der Stoßwellengenerator enthält einen ellipsoidischen Reflektor 4, der mit einer Flüssigkeit 2, wie bei­ spielsweise Wasser, gefüllt ist und eine Erzeugung von Stoßwellen durch elektrische Entladung zwischen wenig­ stens zwei Elektroden 8, 9 ermöglicht. Diese Elektroden 8, 9 sind dabei wenigstens zum Teil in einer durch den ellipsoidischen Reflektor 4 gebildeten Kammer 10 ange­ ordnet, wobei die Elektroden über eine mit einem Hoch­ spannungstransformator 24 verbundene elektrische Strom­ quelle 22 mit Unterbrechungen mit elektrischem Strom gespeist werden.

Diese Speiseschaltung 12 enthält die zwischengeschal­ tete Vorrichtung 28 (Funkenstrecke), um den Stromkreis zwischen den Elektroden 8, 9 mit Unterbrechungen zu schließen, wobei die Vorrichtung 28 in eine die Elek­ trode 9 speisende Leitung 30 eingeschaltet ist.

Die andere Elektrode 8 kann mit Erde T verbunden wer­ den. Eine bis zu einer Spannung zwischen 10 und 20 kV aufladbarer Kondensator 18 mit einer Kapazität von 0,5 oder 1 µF ist in einer Leitung 20 zwischen der mit dem Hochspannungsgenerator 24 verbundenen elektrischen Stromquelle 22 und der Elektrode 8 angeordnet.

Die Vorrichtung 28 wird vorteilhafterweise durch ein Gehäuse 32 gebildet, in dem zwei Zwischenelektroden 34, 36 mit Abstand zueinander angeordnet sind, wobei dieser Abstand zur Unterbrechung des Stromkreises ausreichend ist. Diese Zwischenelektroden 34, 36 sind in der Lei­ tung 30 angeordnet.

Dieser Stromkreis wird durch Erzeugung von Funken mit­ tels eines Funkengenerators 38, wie beispielsweise ei­ ner Zündkerze, geschlossen. Es ist vorgesehen, daß die durch das Gehäuse 32 gebildete Kammer 33 mit einem Gas­ strom, vorteilhafterweise mit einem Luft- oder Stick­ stoffstrom, ausgespült wird, der über Leitungen 40, 42 (vgl. Fig. 1) zu- bzw. abgeführt wird.

Die oben beschriebene Vorrichtung stimmt mit der in Fig. 5 der EP-A-02 61 999 veranschaulichten Vorrichtung überein. Insoweit wird auf die genannte Druckschrift Bezug genommen.

In Fig. 2 der Erfindung ist eine erfindungsgemäße Aus­ führung einer Vorrichtung zur Funkenentladung darge­ stellt, in der für gleiche Teile dieselben, jedoch um 100 erhöhten Bezugszeichen verwendet sind.

Auf diese Weise sind die Vorrichtung zur Funkenentla­ dung in Fig. 2 mit 128, die Leitung 30 der Fig. 1 in Fig. 2 mit 130 und die Zwischenelektroden mit 134 und 136 bezeichnet. Die Zündelektrode ist mit 138 bezeich­ net und ist beispielsweise durch eine Zündkerze gebil­ det. Die Leitungen zur Ausspülung mit einem Gasstrom sind mit 140 und 142 gekennzeichnet.

Gemäß der Erfindung ist das die Vorrichtung zur Funkenentladung bildende Gehäuse 128 wenigstens zum Teil aus elektrisch isolierendem Material, insbesondere aus Kunststoff, wie beispielsweise Polymethacrylat, hergestellt. Der zentrale Teil 150 liegt mit seinen in­ neren Wandungen 156 seitlich neben den Elektroden 134, 136 und ist mit einer Auskleidung 162 ummantelt, die aus hitzebeständigem, elektrisch isolierendem Material, vorzugsweise aus einem keramischen oder einem Verbund­ material, insbesondere einem keramischen Verbundmate­ rial, besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird die Auskleidung 162 durch einen exakt koaxial zur Symmetrieebene des Gehäuses 128 ausgerichteten Zylinder gebildet. Das Ge­ häuse selbst ist im wesentlichen als Zylinder ausgebil­ det, der etwa koaxial zur Symmetrieachse des Gehäuses 128 angeordnet ist, wobei diese Symmetrieachse des Ge­ häuses 128 vorzugsweise durch die Symmetrieachse wenig­ stens einer Elektrode 134, 136 verläuft.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung ist der aktive Teil 135, 137 der Elektroden 134, 136 in Form einer Scheibe ausgebildet (was in Fig. 2 deutlich erkennbar ist), wobei diese Scheibe beispiels­ weise durch Lötung mit der zugehörigen Elektrode 134, 136 verbunden ist.

Diese scheibenförmigen Teile 135, 137 sind in einer entsprechenden Ausnehmung 150, 152 der Elektroden 134, 136 untergebracht.

Der zentrale Teil 154 der Vorrichtung 128 kann gemäß einer besonderen Ausgestaltung durch ein Parallelepiped oder einen Zylinder mit einem zentralen, radial ge­ richteten, ringförmigen inneren Ansatz 170 gebildet werden. Der zentrale Teil 154 ist an seinen beiden En­ den 154 a, 154 b durch zwei Deckel 172, 174 verschlossen, die die Ausnehmungen 150, 152 für die aktiven Teile 135, 137 aufweisen. Die beiden Teile 135, 137 der Elek­ troden 134, 136 sind aus einer hitzebeständigen Legie­ rung hergestellt. Ein Deckel, wie der Deckel 172, kann zur Befestigung der Zündelektrode 138 mit einer Ausneh­ mung 176 versehen sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die Deckel 172, 174 aus einem elektrisch leitenden Ma­ terial, wie Metall, hergestellt und bilden selbst die Elektroden 134, 136. Diese Elektroden 134, 136 sind an die elektrische Leitung 130 angeschlossen. Außerdem ragt die Zündelektrode 138 mit ihrem freien Ende 138 a durch eine zentrale Öffnung 180 der Elektrode 134 sowie durch eine zentrale Offnung 182 des aktiven Teils 135 hindurch und schließt mit der freien Fläche 135 a des aktiven Teils 135 ab (vgl. Fig. 2).

Die Elektroden 134, 136 können ebenso wie die scheiben­ förmigen Teile 135, 137 aus Messing oder Kupfer herge­ stellt werden.

Durch diese Konstruktion erreicht man die oben genann­ ten wesentlichen technischen Vorteile, insbesondere eine entscheidend verkleinerte Baugröße des die Vor­ richtung zur Funkenentladung bildenden Gehäuses 128. Mit Verwendung der inneren Auskleidung 162 aus einer hitzebeständigen Legierung wird zudem eine Verlängerung der Lebensdauer der Vorrichtung zur Funkenentladung er­ reicht. Außerdem verbessert die Kombination dieser Aus­ kleidung 162 mit den scheibenförmigen aktiven Teilen 135, 137 der Elektroden 134, 136 weiterhin die Lebens­ dauer dieser Vorrichtung zur Funkenentladung.

Die Deckel 192, 194 bilden in der Praxis die Elektroden 134, 136 und können in geeigneter Weise mit dem zentra­ len Teil 154 des Gehäuses 128 verbunden werden. Je nach den angestrebten Vorteilen können abnehmbare oder nicht abnehmbare Deckel 172, 174 vorgesehen werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Funkenentladung, enthaltend ein Ge­ häuse (128), in dem wenigstens zwei Elektroden (134, 136) mit Abstand angeordnet sind, die einen Teil ei­ ner Stromversorgungsschaltung (12) bilden, wobei der Abstand zwischen den Elektroden (134, 136) für eine Unterbrechung des Stromkreises ausreicht, ferner enthaltend einen Funkengenerator, insbesondere eine Zündelektrode (138), die das Schließen des Strom­ kreises zwischen den Elektroden (134, 136) bei der Funkenerzeugung ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil (154) des Gehäuses (128) aus elektrisch isolierendem Material, wie Kunststoff, hergestellt ist, wobei seitlich neben den Elektroden (134, 136) innere Wandungen (156) des Teils (154) mit einer Auskleidung (162) aus hitzebeständigem elektrisch isolierendem Material umhüllt sind.

2. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hitzebeständige, elektrisch isolierende Material ein keramisches Ma­ terial oder ein Verbundstoff ist, insbesondere ein keramischer Verbundstoff.

3. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (162) durch einen etwa koaxial zu einer Symmetrieebene des Gehäuses (128) ausgerichte­ ten und vorzugsweise durch die Achse wenigstens ei­ ner Elektrode (134, 136) verlaufenden Zylinder ge­ bildet wird.

4. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (128) durch einen Zylinder gebildet ist, der vorzugsweise einen inneren, radial verlaufenden ringförmigen Ansatz (170) aufweist und an seinen beiden Enden (154 a, 154 b) mit zwei Deckeln (172, 174) geschlossen ist.

5. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckel (172, 174) Ausnehmungen (150, 152) zur Aufnahme von aktiven Teilen (135, 137) der Elektroden (134, 136) aufwei­ sen.

6. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Teile (135, 137) als Scheiben ausgebildet sind und mit der Elektrode in geeigneter Weise, wie bei­ spielsweise durch Löten, verbunden sind.

7. Vorrichtung zur Funkenentladung gemäß einem der vor­ hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie Leitungen (140, 142) zum Ausspülen des Inneren des Gehäuses (128) mittels eines Gasstromes, insbe­ sondere mittels Luft oder Stickstoff, enthält.

8. Stoßwellengenerator, insbesondere mit einem ellip­ soidischen Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß er eine in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebene Vorrichtung zur Funkenentladung enthält, wobei die Stoßwellen durch elektrische Entladung zwischen zwei in eine Flüssigkeit, wie Wasser, eingetauchten Elek­ troden erzeugt werden.