DD248067A5

DD248067A5 - Generator mit elastischen stoessen grosser staerke, deren brennpunkte in einer fluessigkeit liegen und durch zusammenstossen entstanden sind

Info

Publication number: DD248067A5
Application number: DD86291923A
Authority: DD
Inventors: Jaques Dory
Original assignee: Jacques,Dory,Fr
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-30
Publication date: 1987-07-29
Also published as: DE3670711D1; EP0209416B1; EP0209416A1; JPH0550944B2; US4727875A; HU195134B; FR2584148B1; CN86104494A; DE209416T1; SU1639421A3; JPS6230587A; BR8602985A; HUT41999A; FR2584148A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Generator zur Erzeugung und Fokussierung von Impulsen, die sich in einer Fluessigkeit ausbreiten und zur Zerstoerung fester Strukturen dienen, wie Nieren- und Blasensteinen. Der Generator fuer elastische Impulse grosser Leistung, umfasst einen Amboss mit Emitteroberflaeche, mit der eine in einer Fluessigkeit untergetauchte akustische Linse verbunden ist. Ein Hammer wird durch eine elektromagnetische Vorrichtung in Bewegung versetzt und durch eine Feder zurueckgeholt. Anwendung kann vorteilhaft bei der Lithotripsie erfolgen. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die elastischen Wellen großer Stärke, die sich in einer Flüssigkeit ausbreiten, werden zur Zerstörung fester Strukturen verwendet. Das ist insbesondere der Fall bei Nieren- und Blasensteinen.

Um dieses Verfahren bei biologischen Geweben anwendbar zu machen, ist es notwendig, die Welle in einem genauen Punkt fokussieren zu können, um die Energiedichte außerhalb der Zone der gewünschten Anwendung zu begrenzen und die Schaden

Man weiß nun aber, daß die Abmessung des Fokusfleckes proportional zur Wellenlänge der elastischen Welle ist und daher zur Dauer der Wellenfront.

Es ist demzufolge unbedingt notwendig, mit sehr steilen Wellenfronten in der Größenordnung der Mikrosekunde zu arbeiten, um eine wirksame Fokussierung zu erreichen. In diesem Fall kann beispielsweise die Energie auf einen Durchmesser in der Größenordnung von 3mm konzentriert werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Um das Problem der Erzeugung von sehr steilen Wellenfronten zu lösen, hat man bereits vorgeschlagen, entweder punktuelle Quellen elastischer Wellen oder verteilte Quellen zu verwenden. Die punktuellen Quellen werden entweder durch die Zündung einer Mikroladung in Wasser gebildet, deren Explosion eine sphärische Welle erzeugt oder durch Entladung eines elektrischen Lichtbogens zwischen zwei untergetauchten Elektroden.

In diesen zwei Fällen wird die erzeugte sphärische Welle auf einen Ellipsenspiegel konzentriert. Diese Lösungen haben jedoch den Nachteil einer schlechten Kontrolle der Stärke und der Form der gebildeten Welle und ziehen einen schnellen Verschleiß der verwendeten Teile bzw. Elemente nach sich. Die Zuverlässigkeit ist gering angesichts der Tatsache, daß die sehr hohe Intensität auf dem Niveau einer punktuellen Welle das Auftreten von störenden Phänomen mit sich bringt.

Die verteilten Quellen besitzen eine große Oberfläche, bei der alle Punkte in gleicher Phase schwingen, um eine ebene Welle zu erzeugen, die man dann entweder mit Hilfe einer akustischen Linse konzentriert oder, indem man der Quelle selbst die Form einer sphärischen Kalotte verleiht. Sie haben von vornherein den Vorteil einer verringerten Ermüdung des Werkstoffes dank der Tatsache, daß die Energiedichte an der Oberfläche der Quelle viel geringer ist, als bei einem fokussierten Punkt. Man kennt bereits Generatoren mit verteilter Quelle und großer Stärke, bei denen diese Quelle aus einem Mosaik ; piezoelektrischer Elemente gebildet wird. Ihr Nachteil ist der, daß ihre Oberfläche groß sein muß, weil die durch jedes Einzelelement erzeugte Leistung relativ gering ist und die notwendigen elektronischen Generatoren für die Anregung der Elemente Momentan-Leistungen in der Größenordnung von Megawatt erreichen müssen, was zu erhöhten Kosten führt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den großen Aufwand für die Fokussierung und den hohen Energiebedarf zu verringern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Generator großer Leistung mit verteilter Quelle zur Verfugung zu stellen, der viel einfacher zu realisieren ist.

Der erfindungsgemäße Generator umfaßt Mittel zur Fokussierung, die mit einer verteilten Quelle für elastische Impulse verbunden sind, wobei er dadurch gekennzeichnet ist, daß die genannte Quelle aus einem Amboß und einem Hammer gebildet wird, die jeweils gegenüberstehende parallele Flächen aufweisen, sowie aus Mitteln für den Antrieb und die Rückstellung des Hammers, der alternativ die genannten Flächen in Kontakt mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde führt und sie voneinandertrennt, dadurch, daß der Amboß eine von der Stoßoberfläche unterschiedliche Emissionsoberfläche besitzt, dadurch, daß der Hammer ein Stoßelement von einigen Millimetern Stärke aufweist, dadurch, daß die Antriebsmittel und der Hammer in der Weise angeordnet sind, daß das genannte Stoßelement in einem ersten Moment eine ausreichende kinetische Energie trägt, während die genannten gegenüberstehenden Flächen durch einen kleinen Intervall getrennt werden, und dadurch, daß in einem zweiten Moment, der viel kürzer ist, als der erste, das genannte, von den Antriebsmitteln energetisch entkoppelte Stoßelement den genannten Intervall unter der Wirkung der gesammelten kinetischen Energie durchläuft, um mit dem Amboß einen Impuls zu erzeugen.

Vorteilhaft sind die genannten Flächen plan, wobei ihre Ebenheit und ihre Parallelität nur Toleranzen in der Größenordnung von einigen Mikrometern aufweisen.

Gemäß einer weiteren Besonderheit der Erfindung umfaßt der Generator angeordnete Meßfühler zum Registrieren der Druckwellen-Front an den Punkten, die jeweils über die Peripherie der Emitteroberfläche des Ambosses verteilt sind, durch Mittel zum Messen der zeitlichen Verschiebung zwischen den durch die jeweiligen Meßfühler erhaltenen Wellenfronten und den Einstellmitteln, in Abhängigkeit der auf diese Weise gemessenen zeitlichen Verschiebung von den Einstellschrauben für die Neigung des Ambosses, die über Punkte eines Flansches verteilt sind, der seinerseits den Amboß gegenüber von den jeweiligen Meßfühlern einfaßt.

Der Hammer wird aus einem massiven Teil gebildet, an dem ein Plättchen von einigen Millimetern Stärke befestigt ist, das das genannte Stoßelement in Verbindung mit dem Zwischenraum einer elastischen Schicht bildet, wobei der genannte Intervall in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimetern liegt und die genannten Antriebsmittel eine feste Stange des genannten massiven Teiles und einen Bund umfassen, der sich am Ende seines Hubes mittels eines elastischen Verbindungszwischenstückes gegen ein Lager abstützt.

Es ist weiterhin eine akustische Linse vorgesehen, die mit der Emitteroberfläche des Ambosses verbunden ist, und mindestens ein Plättchen zur Impedanzanpassung, das zwischen der genannten Fläche und der genannten Linse eingefügt ist. Eine Echographievorrichtung ist mit einer Sonde und mit Mitteln zur sektorweisen Abtastung verbunden, wodurch die optische Anzeige des beobachteten Zieles durch die elastische Welle ermöglicht wird.

Zweckmäßig ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung ein dünnes Blättchen eines piezoelektrischen Polymers vorgesehen, das mit der Emitteroberfläche des Ambosses verklebt und mit der Echographie-Vorrichtung verbunden ist. Die genannten Antriebsmittel umfassen eine bewegliche Ausrüstung, die vom Hammer getrennt ist und mit diesem in Stoßkontakt tritt.

Diese bewegliche Ausrüstung wird durch elektrodynamische Mittel (Elektromagnet, Spule) angetrieben und ist mit einem relativ elastischen Anschlag versehen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Generators für die Erzeugung elastischer

Impulse durch Stoß; '

Fig. 2 jeweils in Vergrößerung mit einem partiellen Schnitt in der Ebene, eine Form der Befestigung des Ambosses an

und 3: seinem Träger;

Fig. 4 einen automatischen Regelkreis für die Parallelität der verbundenen Flächen des Hammers und des Ambosses; und 5:

Fig. 6 Wellenformen der Signale an unterschiedlichen Punkten des genannten Regelkreises; und7:

Fig. 8: eine bevorzugte Ausführungsform des Hammers und seiner Antriebsstange;

Fig. 9: die Entstehung der Druckwelle in der Stoßplatte des Hammers von Fig. 8;

Fig. 10 schematisch Mittel für die optische Anzeige des durch den Generator ins Ziel genommenen Hindernisses und des

bis 12: Fokussierungs-Fleckes des erzeugten elastischen Wellenbündels, und

Fig. 13 jeweils im Längs-und im Querschnitt eine zweite Ausführungsform des Generators, und 14

In Fig. 1 wurde ein Amboß 1 dargestellt, eingefaßt von einem Flansch 101, der auf einem zylindrischen Träger 10 befestigt ist und mit einem Hammer 2 zusammenwirkt, der seinerseits am Ende einer Stange 3 befestigt ist, die mittels einer Führung in zwei Kugellagern 30; 33 gleitet, die in einer Buchse 100 angeordnet sind, die ihrerseits den Boden des zylindrischen Trägers 10 verlängert. Am anderen Ende der Stange 3 und außerhalb der Buchse 100 ist der Anker 32 eines Elektromagneten 4 befestigt. Das Joch des Elektromagneten ist in der Weise angeordnet, daß es gemäß der Achse der Stange gleiten kann. Es wird durch ein Kurbel-Pleuel-System 5; 6, seinerseits durch einen Motor 50 angetrieben, in eine alternierende, geradlinige Bewegung versetzt.

Durch einen Unterbrecher 40 wird der Elektromagnet in Betrieb gesetzt. Mit einer Strichpunktlinie wurde die Betätigung dieses Unterbrechers mittels der Motorwelle und über einen Nocken symbolisiert. Eine Druckfeder 34 stützt sich an einem festen Bund 31 der Stange 3 in der Nähe des Kugellagers 30 und auf dem Kugellager 33 ab.

Auf der Fläche des Ambosses 1, gegenüber der, die mit dem Hammer 2 zusammenwirkt, ist eine Linse 103 angeordnet, die geeignet ist, eine durch den Stoß des Hammers erzeugte, ebene elastische Welle in eine sphärische Welle umzuwandeln, die sich ihrerseits in einer Flüssigkeit L fortpflanzt, die sich in einem Behälter 102 befindet, dessen Boden durch den Flansch 101 gebildet

Zur Inbetriebsetzung der Vorrichtung, wobei der Hammer mittels der Feder 34 gegen den Amboß 1 geführt wird, bringt der Motor 50 das Joch des Elektromagneten 4 in die obere Position, in der es sich in Kontakt mit dem Anker 32 befindet. In diesem Moment schließt der Nofcken den Unterbrecher, so daß der Elektromagnet erregt ist und das Joch jetzt eine Abwärtsbewegung ausführt, wobei es den Anker32 in diesem Moment mitnimmt. Die Feder 34 ist auf diese Weise zusammengedrückt. Nach Durchlauf einer regelbaren Strecke öffnet der Nocken den Unterbrecher, so daß der Elektromagnet 4 seinen Anker 32 freigibt und die Feder 34 folglich den Anker 32 mitnimmt, bis er gegen den Amboß 1 schlägt.

Die erzeugte sphärische Welle läuft im Brennpunkt der Linse 103 zusammen, wodurch sich eine beduetende Energiekonzentration ergibt.

Wenn der Hammer 2 und der Amboß 1 beispielsweise aus Stahl bestehen, wird der erzeugte Druck bei einer Stoßgeschwindigkeit von 10m/s 2 10⁸Pa betragen.

Wie weiter unten noch im einzelnen ausgeführt wird, ist vorteilhafterweise zwischen dem Amboß 1 und der Flüssigkeit L eine Schicht zur Impedanzanpassung vorgesehen. Man kann dann davon ausgehen, daß ungefähr ein Zehntel des erzeugten Druckes in die Flüssigkeit L übertragen wird. Die Linse 103 ermöglicht es, den Druck im Brennpunkt beispielsweise um den Faktor 10 zu konzentrieren, was einen Druck von 2kbar im Fokusfleck ergibt. Dieser Druck wächst linear mit der Stoßgeschwindigkeit und seine Übertragung kann außerdem durch Vervielfachung der Schichten zur Impedanzanpassung verbessert werden.

Eine Stoßgeschwindigkeit von 10m/s ist einfach zu realisieren. Beispielsweise wird die Geschwindigkeit bei einer Bewegungsgesamtmasse von 0,1 kg, einem durchlaufenen Abstand von 10cm und einer Stärke von 100 Newton 14m/s betragen.

Ein Faktor von 10 zur Konzentration des Druckes im Brennpunkt wird ohne Schwierigkeiten erhalten, denn bei einem elastischen Impuls von 1 Mikrosekunde Dauer wird der Durchmesser des Fokusfleckes in der Größenordnung von 3mm liegen. Wenn der Amboß 1 einen Durchmesser von 5cm besitzt, beträgt der Multiplikationsfaktor für den Druck 16,66.

Man sollte jedoch unterstreichen, daß die vorstehenden Berechnungen nur gültig sind, wenn alle Punkte der Oberfläche, die in Kontakt treten, dies genau gleichzeitig tun, anderenfalls hört die Welle auf, eben zu sein und kann nicht mehr fokussiert werden, was folglich die Impulsdauer erhöht, während ihre Intensität relativ schnell sinkt. Um einen Spitzenstoß von 1 Mikrosekunde mit einer Geschwindigkeit von 10 m/s zu erhalten, müssen daher die Toleranzen der Ebenheit und der Parallelität der zusammenwirkenden Oberflächen in der Größenordnung von ±5 Mikrometern liegen. Eine derartige Ebenheit kann mit Teilen aus Stahl erhalten werden, die bis zur optischen Politur behandelt wurden, aber die Parallelität ist demgegenüber schwere zu regulieren und vor allem während des Betriebes aufrecht zu erhalten.

Es ist beispielsweise möglich, eine am Anfang exakte Parallelität von besser als 1 Mikrometer zu erhalten, wenn man den Hammer 2 an einem Kugelgelenk befestigt und dieses dann nach dem Anbringen des Hammers 2 blockiert.

Um die Erhaltung dieser Parallelität trotz der bedeutenden Beanspruchungen durch die Vorrichtung im Verlauf ihres Betriebes zu garantieren, wird vorzugsweise eine automatische Korrekturvorrichtung verwendet (sie ist jedoch nicht unbedingt notwendig).

In den Fig. 2 und 3 wurde der Amboß 1 mit dem ihn umgebenden Flansch 101 dargestellt. Die untere Fläche dieses Flansches 101 ist durch elastische Träger 1010; 1011 (von der Art eines Silent-Blockes) geringer Nachgiebigkeit auf dem Rand des zylindrischen Trägers 10 befestigt. Die Stellung der Ebene des Flansches 101 in bezug auf die horizontale Ebene kann mit Hilfe von drei Präzisions-Spindeln 51; 52; 53, betätigt durch die Motore510; 520; 530, justiert werden. Drei Meßfühler 11; 12; 13, (beispielsweise vom piezoelektrischen Typ) oder Dehnungsmeßstreifen sind an der Peripherie des Abmosses 1 oder an dessen Fläche in Kontakt mit der Linse 103 (diese wurde nicht daraestelIt) anaeordnet. aeaenübervon den ieweiliaen

Regulierungsspindeln 51; 52; 53. Diese Meßfühler 11; 12; 13 registrieren die Ankunft der durch den Stoßan der

gegenüberliegenden Fläche erzeugten Druckwelle auf der genannten Übertragungsfläche des Ambosses 1. Wenn der Hammer 2 und der Amboß 1 nicht

peinlich genau parallel liegen, kommen die Fronten vor den Impulsen an drei Meßfühlern 11; 12; 13 zu voneinander verschobenen Zeitpunkten an.

In Fig. 4 wurde ein Kreislauf dargestellt, der drei Verstärker 110; 120; 130 umfaßt, die die Signale der jeweiligen Meßfühler 11; 12; Verhalten. Die Front vor diesen Signalen löstdie Kippschaltung 111; 121; 131 aus. Ein monostabiler Multivibrator14löst durch den Ausgang einen der Verstärker 110; 120; 130 aus, beispielsweise 110, und stellt gleichzeitig die Kippschaltung 111; 121; 131 auf null, eine Zeit, die nach dem Stoß vorbestimmt ist. Man erhält auf diese Weise rechteckige Zacken variabler Breite, die in einem Logikschaltkreis 15 verwendet werden, der zum Vergleich der Breite der Zacken, die von den Kippschaltungen 121;. 131 stammen, mit der der Zacken, die die Kippschaltung 111 liefert, angeordnet ist, was als Referenz und Auslösung der zu den Abständen der Breite proportionalen Signale herangezogen wird. Diese Signale, verstärkt in den Verstärkern 122; 132, dienen zur Betätigung der Motoren 520; 530 im direkten oder umgekehrten Drehsinn gemäß dem Zeichen der Zacken.

Die Korrektur der Parallelität erfolgt daher schrittweise im Verlauf jedes der nacheinander ablaufenden Stöße und bleibt über eine gewisse Zeit bestehen. Der Motor 510 — betätigt durch die Vermittlung eines Verstärkers 112 ausgehend von einer Erregungsquelle, die mit ihm unter Zwischenschaltung eines Unterbrechers 511 verbunden ist,—wird manuell im direkten oder rückläufigen Sinn gesteuert, um die Mittelposition des Ambosses 1 zu verändern. Das Interesse an dieser Einstellung der Mittelposition wird aus dem Folgenden ersichtlich.

In Fig. 5 wurde ein logischer Schaltkreis dargestellt, umfassend zwei Logikwandler 150 und 151, die jeweils das Signal a erhalten, das von der Kippschaltung 111 (Fig.4) stammt und eines der zwei Signale, beispielsweise b, kommt von den Kippschaltungen 121 und 131. Die Ausgangssignäle ä und b dieser Wandler 1501; 151 werden zwei Toren 153 und 154 zugeführt, die die Signale b bzw. a erhalten und auf diese Weise die logischen Produkte von jeweils aß und ab erzeugen.

Die Fig. 6 stellt die Signale a,ä,5, ab und ab dar, wenn b einen Vorlauf vor a hat und Fig. zeigt die gleichen Signale, wenn b hinter a läuft. Im ersten Fall ist der Ausgang ab positiv, während der Ausgang aß null ist und im zweiten Fall gilt die Umkehrung davon.

Man kann auf diese Weiseden Motor 520 im direkten oder rückläufigen Sinn mit den zwei Ausgängen der Tore 153 und 154 steuern. Ein identischer Schaltkreis, bei dem der Wandler 151 das von der Kippschaltung 131 kommende Signal c erhalten wird, steuert dann den Motor 530.

Abgesehen von dem ersten, obenstehenden Problem der Einhaltung der Parallelität zwischen dem Amboß 1 und dem Hammer 2, stellt sich ein zweites Problem, nämlich dasder permanenten Deformierung derTeile, die sich möglicherweise einstellt, wenn die Beanspruchung über eine zu lange Dauer erfolgt. Um die Zeit des Kontaktes zwischen Hammer 2 und Amboß 1 auf einen für die Erzeugung der Front der elastischen Welle allernotwendigsten Wert zu beschränken, verwendet man vorzugsweise die in Fig. 8 dargestellte Vorrichtung. Der Hammer 2 wird aus einem massiven Teil 20 gebildet, vorzugsweise aus einer Leichtmetallegierung, an dem über das Zwischenstück einer elastischen Schicht 22 ein Stahlplättchen 21 mit beispielsweise einer Stärke von 3 mm befestigt ist. Der Bund 31 in Form eines Flansches stützt sich am Ende seines Hubes über das elastische Zwischenstück 35 ab, das dazu bestimmt ist, eine plötzlich eintretende Blockierung des Hammers 2 zu verhindern. In dieser Ruhestellung befindet sich die äußere Fläche des Plättchens 21 des Hammers 2 sehr nahe am Amboß 1 (durch Ausgestaltung der Vorrichtung und durch Einstellung der Mittelposition des Ambosses), das heißt, an der Grenze des Kontaktes (beispielsweise einige Hundertstel Millimeter Abstand). Am Ende des Hubes der Stange 3 ist daher der massive Teil 20 des Hammers 2, der mit großer Geschwindigkeit ankommt, durch das Zusammenwirken des Bundes 31 mit dem Lager 30 abgeblockt (in 1 oder 2 mm Abstand), bevor der Amboß 1 getroffen wird. Das Plättchen 21 setzt jedoch aufgrund seiner Trägheit und dank der Elastizität der Schicht 22 den noch zu durchlaufenden, sehr kurzen Weg fort. Es breitet sich dann im Amboß 1 und in dem Plättchen 21 eine Stoßwelle aus, die an der inneren Fläche des Plättchens 21, dank der Tatsache, daß die Impedanz des genannten Plättchens 21 viel größer ist, als die der elastischen Schicht 22, reflektiert wird.

Die reflektierte Welle hebt den einfallenden Druck auf, und zwar nach einer Zeit, die einem Hin- und Rückweg der elastischen Welle in dem Plättchen 21 entspricht, das heißt, nach Ablauf dieser Zeit befindet sich der Druck im Bereich des Ambosses 1 daher auf dem Nullpunkt.

Dieser Effekt hat, im Zusammenhang mit der Rückstellkraft der elastischen Schicht 22, ein Abreißen des Kontaktes zwischen dem

Hammer 2 und dem Amboß 1 zur Folge.

In dem Plättchen 21 des unten stehenden Beispiels liegt dle~Dauer für die Strecke des Hin- und Rückweges in der Größenordnung von 1 Mikrosekunde, das heißt, sie ist gleich der theoretischen Dauer zur Bildung der Wellenfront. Die statischen Beanspruchungen erweisen sich praktisch als eliminiert.

Die Fig.9 veranschaulicht die Fortpflanzung der Druckwelle Pirn Inneren des Plättchens 21 nach dem Stoß. Ρ_Ί ist der Druck auf der hinteren Fläche (oder der äußeren), P₂ ist der Druck auf der Vorderfläche.

In (a) hat man den Moment des Stoßes veranschaulicht, in (b) bis (f) die auf den Stoß folgenden Zeiten, jeweils von 0,25/xs, 0,5/as (Moment der Reflexion an der hinteren Fläche). 0,75/as, 0,9//.s und 1 /xs.

Ein drittes Problem bei der Realisierung des beschriebenen Generators für elastische Wellen ist das der aerodynamischen Dämpfung: Kurz vordem Stoß befindet sich ein eingeschlossenes Luftplättchen zwischen dem Hammer 2 und dem Amboß 1, das eine bedeutende Abbremsung hervorrufen kann. Um diesen Effekt abzuschwächen, ordnet man die Trägereinheit des Hammers 2 in einen luftleeren Raum an, oder einfacher, man versieht den Amboß 1 oder den Hammer 2 mit einer Vielzahl an Rillen für die Evakuierung der Luft.

Ein viertes Problem ist das der Übertragung der Energie der Flüssigkeit. Die Impedanz von Stahl, wo die Welle erzeugt wird, ist ungefähr dreißigmal höher als die von Wasser und es machen sich Plättchen zur Impedanzanpassung erforderlich, wenn man einen großen Teil der Energie übertragen will. Vorteilhafterweise ordnet man mehrere Plättchen zwischen dem Werkstoff des Ambosses und dem Wasser an, mit abgestuften Impedanzen und einer Stärke von einem Viertel der Wellenlänge des Impulses.

Die Realisierung derartiger Plättchen zur Impedanzanpassung ist dem Fachmann geläufig.

Um effektiv auf ein lokalisiertes Hindernis, wie einen Nierenstein, einzuwirken, ist es nützlich, diesen präzis in bezug auf den sphärischen Fokusfleck und dessen Beobachtung hinsichtlich seiner tatsächlichen Position zu lokalisieren.

In den Fig. 10 bis 12 wurde der Generatorfür elastische Wellen durch den Amboß 1 symbolisiert, verbunden mit einer akustischen Linse 103. Eine Echographie-Sonde 16 wirkt mit einem unter einem Winkel von 45° orientierten Spiegel 17 zusammen und dieser schwingt dank eines Motors 171 um eine Welle 170 der Fig.

Der von der Sonde 16 (selbstverständlich verbunden mit einem geeigneten elektrischen Impulsemitter, der einen Teil der durch ein Rechteck symbolisierten Echographievorrichtung 160 bildet) erzeugte Ultraschallstrahl erfährt demnach eine teilweise Ablenkung in der zur Ebene der Fig. 10 und 11 senkrechten Ebene P₃ und läuft durch die Symmetrieachse des Generators für elastische Wellen (Fig. 12). Die Vorrichtung 160 umfaßt — an sich bekannte — Mittel zur Registrierung und Beobachtung der an dem Zielobjekt gebildeten Echos. Man erreicht auf diese Weise die Beobachtung des Hindernisses.

Der Spiegel 17 braucht nur einen Durchmesser von beispielsweise 10 mm aufzuweisen, so daß er nur einen geringen Teil der durch den Generator für elastische Wellen emittierten akustischen Energie auffängt.

Mit einer derartigen Vorrichtung ist es außerdem möglich, den Fokusfleck des erzeugten Strahlenbündels elastischer Wellen zu beobachten. Zu diesem Zweck klebt man auf die Oberfläche des Ambosses 1 ein dünnes Blättchen eines piezoelektrischen Polymers vom Typ ,,PVF₂" (18; Fig. 10) und verbindet es (was durch die Strichpunktlinie 180 symbolisiert ist) mit der Echographievorrichtung 160. Man erhält auf diese Weise die Emission eines Echographie-Ultraschallstrahles, der die gleiche geometrische Struktur aufweisen wird, wie das durch den Amboß 1 erzeugte Strahlenbündel elastischer Wellen,.jedoch selbstverständlich eine viel geringere Stärke und eine viel höhere Impulsleistung besitzt.

Man wird feststellen, daß das Blättchen aus PVF₂ eine Impedanz in der Nähe von der des Wassers hat und daher die Ausbreitung der durch den Amboß 1 erzeugten Druckwelle nicht behindert. Dieser leicht elastische Werkstoff ist sehr widerstandsfähig und kann ohne Beschädigung den Durchgang der Druckwelle aushalten. Das Blättchen aus PVF₂ ermöglicht außerdem die Kontrolle der Bildung des Druckimpulses.

In den Fig. 13 und 14 wurde eine Ausführungsvariante dargestellt, bei der der Hammer 2 a aus einem hohlen, zylindrischen Tiegel von einigen Millimetern Stärke gebildet wird, der mit einem Amboß 1 a dergleichen Form zusammenwirkt, eingefaßt von einer Hülse 10a und jenseits des Ambosses 1 a verlängert, um als Mittel zum Tragen und zur Zentrierung des zylindrischen Joches eines Elektromagneten zu dienen, der global durch das Bezugszeichen 4a benannt ist. Dieses Joch umfaßt einen äußeren, hohlen, zylindrischen Teil 41, an einem Ende durch den Boden 410 verschlossen, der wiederum durch einen axialen zylindrischen Kern 411 verlängert ist. Dieser letztere bildet mit dem Teil 41 einen Luftspalt 412 und grenzt mit dem Boden und einem geringen Anteil der Stärke des Teiles 41 einen ringförmigen Raum für eine Spule 413 ab, die eine dauernde Speisung erhält. Das Teil 41, der Kern 411, der Amboß 1 a und der Hammer 2 a haben ihre Symmetrieachsen vereinigt und der ringförmige Rand des Hammers 2 a ist gegenüber von dem ringförmigen Luftspalt 412 angeordnet, so daß eine zylindrische Einheit (gleitend um den Kern 411 herum in dem Luftspalt angeordnet und durch ein bewegliches zylindrisches Teil 32 a gebildet, das durch einen elastischen Anschlag 320 verlängert ist) den Stoß auf den Rand des Hammers 2a ausführen kann.

Der Hammer 2a wird an dem Amboß 1 a mit Hilfe von zwei elastischen Metallscheiben 23; 24 befestigt, die eine kreisförmige Wellig keit aufweisen und somit eine Bewegung des Hammers 2 a von einigen Millimetern in Richtung der Achse der Vorrichtung unter Absicherung einer genauesten seitlichen Führung erlauben.

Das zylindrische Teil 32 a ist starr und trägt eine Wicklung, die mittels flexibler Leitungen (nicht dargestellt) in Impulsen gespeist wird, während der Anschlag 320 leicht elastisch ist. Er wird beispielsweise aus Kautschuk oder Silikon hergestellt. Diese Einheit ist im Vergleich zum Gewicht des Hammers relativ leicht.

Das hohle, zylindrische Teil 41 ist gemäß einer äußeren und einer inneren Erzeugenden mit einem offenen Spalt 414 versehen, um ein festes Plättchen 321 des zylindrischen Teiles 32 a aufnehmen zu können, und ermöglicht somit das Gleiten des genannen Plättchens parallel zu den genannten Erzeugenden. Dieses Plättchen verhindert die Drehung der Einheit 32 a; 320, wenn sie durch Einwirkung des elektromagnetischen Feldes über den Strom, der durch die Spule fließt, angetrieben wird (ein Stromimpuls von beispielsweise 1/100s hat eine geeignete Polarität, um die genannte Einheit in Stoßposition zu bringen und eine umgekehrte Polarität, um sie in die Ruhestellung zurückzuführen).

Am Anfangszeitpunkt ist die Einheit 32a; 320 in Ruhestellung. Der Hammer 2 a befindet sich dann beispielsweise etwa 5 mm vor dem Amboß 1 a. Eine von der Spule 32 a vermittelter Impuls befördert ihn nach rechts. Am Ende des Hubweges kommt der Anschlag 320 mit dem Hammer 2 a in Kontakt und überträgt ihm die kinetische Energie des Teiles 32 a innerhalb einer Zeit in der Größenordnung von einigen Millisekunden. Die Energieübertragung muß abgeschlossen sein, bevor der Hammer 2 a in Kontakt mit dem Amboß 1 a tritt. Die Zeit der Übertragung wird durch die Elastizität und die Abmessungen des Anschlages bestimmt. Dieser ist so ausgestaltet, daß ein Zurückfedern vor der Übertragung vermieden wird. Die Energieübertragung zwischen dem Hammer 2 a und dem Amboß 1 a dauert nur einige Mikrosekunden. Da für die Energieübertragung zwischen dem Teil 32a und dem Hammer 2a eine etwa eintausendmal größere Zeit in Anspruch genommen wird, sind die zwischen diesem Teil 32a und dem Hammer 2a erzeugten Drücke viel geringer als die des Stoßes Hammer-Amboß. Daraus resultiert, daß die Werkstoffermüdung bei der Antriebsvorrichtung gering ist. Man wird feststellen, daß die Druckspitze der erzeugten elastischen Welle nur von der Geschwindigkeit des Hammers 2a (und nicht von seiner Masse) abhängt, während die Dauer des Druckes eine Funktion der Dicke des Hammers 2a ist (Zeit für den Hin- und Rückweg der Welle im Hammer). Bei der in Fig. 13 beschriebenen Lösung kann die Stoßgeschwindigkeit 30 m/s erreichen. Die Einheit des beschriebenen Mechanismus ist vorteilhafterweise in einem luftleeren Raum untergebracht, um die Reibungen und vor allem die aerodynamische Dämpfung des Finalstoßes zu beschränken.

Die Regelung des erzeugten Druckes kann durch Einwirkung auf die Intensität des Stromes in der Spule des Teiles 32 a erfolgen. Die Geschwindigkeit der Bewegung dieser Spule kann genau in jedem Moment—hinsichtlich ihre Kontrolle — durch Messung der in ihren Klemmen induzierten gegen-elektromotorischen Form ermittelt werden.

Es muß noch erwähnt werden, daß die zwei dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen nicht einschränkend sind. Die zusammenwirkenden Oberflächen von Hammer und Amboß sind weder zwangsläufig gleich noch eben und die Emitteroberfläche des Ambosses könnte ebenso eine andere Form aufweisen, die geeignet ist, die Fokussierung des Strahlenbündels zu gewährleisten. Außerdem können andere Mittel zur Entkupplung des Stoßplättchens (21; Fig. 8 oder 13), das notwendigerweise eine einfache geometrische Form besitzt — der eigentlichen Antriebsvorrichtung (die bei Fig.8 die Hauptmasse 20 des Hammers umfaßt), sobald die motorische kinetische Energie dem genannten Stoßplättchen übertragen wurde — vorgesehen werden. Sie werden nicht zwangsläufig ein elastisches Element (wie 22; Fig. 8 oder 320; Fig. 13) enthalten müssen.

Zu guter Letzt ist es wichtig, daß sich die reflektierte Welle nicht in der Antriebseinheit fortpflanzt, die schnell ermüden würde und die zwangsläufig schwache Punkte hat, wobei ihr Aufbau relativ komplex ist, und daß die Energieübertragung zum Stoßteil viel länger ist als die Energieübertragung vom Stoßteil zum Amboß.

Claims

1. Generator für elastische Impulse großer Stärke, die in einer Flüssigkeit fokussiert sind und durch Stoß erregt sind, die von einer verteilten Quelle kommen, bei der alle Punkte der Emitteroberfläche

. in gleicher Phase schwingen, um eine fokussierte, ebene Welle zu erzeugen, und zwar entweder mittels einer akustischen Linse, die mit der genannten Emitteroberfläche gekuppelt ist, oder, indem man der genannten Oberfläche die Form einer Kurve verleiht, gekennzeichnet dadurch, daß die genannte Quelle aus einem Amboß und einem Hammer gebildet wird, die jeweils gegenüberstehende parallele Flächen aufweisen, sowie aus Mitteln für den Antrieb und die Rückstellung des Hammers, der alternativ die genannten Flächen mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde in Kontakt führt und sie voneinandertrennt, dadurch, daß der Amboß eine von der Stoßoberfläche unterschiedliche Emissionsoberfläche besitzt, dadurch, daß der Hammer ein Stoßelement von einigen Millimetern Stärke aufweist, dadurch, daß die Antriebsmittel und der Hammer in der Weise angeordnet sind, daß das genannte Stoßelement in einem ersten Moment eine ausreichende kinetische Energie trägt, während die genannten gegenüberstehenden Flächen durch einen kleinen Intervall getrennt werden, und dadurch, daß in einem zweiten Moment, der viel kürzer ist als der erste, das genannte, von den Antriebsmitteln energetisch entkoppelte Stoßelement den genannten Intervall unter der Wirkung der gesammelten kinetischen Energie durchläuft, um mit dem Amboß einen Impuls zu erzeugen.

2. Generator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannten Flächen plan sind, wobei ihre Ebenheit und ihre Parallelität nur Toleranzen in der Größenordnung von einigen Mikrometern aufweisen.

3. Generator nach Punkt !,gekennzeichnet durch angeordnete Meßfühler zum Registrierender Druckwellen-Front an den Punkten, die jeweils über die Peripherie der Emitteroberfläche des Ambosses verteilt sind, durch Mittel zürn Messen der zeitlichen Verschiebung zwischen den durch die jeweiligen Meßfühler erhaltenen Wellenfronten und den Einstellmitteln, in Abhängigkeit der auf diese Weise gemessenen zeitlichen Verschiebung von den Einstellspindeln für die Neigung des Ambosses, die über Punkte eines Flansches verteilt sind, der seinerseits den Amboß gegenüber von den jeweiligen Meßfühlern einfaßt.

4. Generator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Hammer aus einem massiven Teil gebildet wird, an dem ein Plättchen von einigen Millimetern Stärke befestigt ist, das das genannte Stoßelement in Verbindung mit dem Zwischenraum einer elastischen Schicht bildet, wobei der genannte Intervall in der Größenordnung von einigen Hundertstel Millimetern liegt und die . genannten Antriebsmittel eine feste Stange des genannten massiven Teiles und einem Bund umfassen, der sich am Ende seines Hubes mittels eines elastischen Verbindungs-Zwischenstückes gegen ein Lager abstützt.

5. Generator nach Punkt 1, gekennzeichnet durch eine akustische Linse, die mit der Emitteroberfiäche des Ambosses verbunden ist, und durch mindestens ein Plättchen zur Impedanzanpassung, das zwischen der genannten Fläche und der genannten Linse eingefügt ist.

6. Gßnerator nach Punkt 5, gekennzeichnet durch eine Echographie-Vorrichtung, die mit einer Sonde und mit Mitteln zur sektorweisen Abtastung verbunden ist, die die optische Anzeige des beobachteten Zieles durch die elastische Welle ermöglichen.

7. Generator nach Punkt 6, gekennzeichnet durch ein dünnes Blättchen eines piezoelektrischen Polymers, das mit der Emitteroberfläche des Ambosses verklebt und mit der Echographie-Vorrichtung verbunden ist.

8. Generator nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die genannten Antriebsmittel eine bewegliche Ausrüstung, getrennt vom Hammer und mit diesem in Stoßkontakt tretend, umfassen.

9. Generator nach Punkt 8, gekennzeichnet dadurch, daß die bewegliche Ausrüstung durch elektrodynamische Mittel angetrieben wird und mit einem relativ elastischen Anschlag versehen ist.