DE10100974B4 - Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen - Google Patents
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Abstract
Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere für die medizinische Anwendung, mit einem flüssigen Medium, mit in dem flüssigen Medium angeordneten Elektroden, an welche eine Hochspannung zur Erzeugung eines elektrischen Durchbruchs angelegt wird, und mit dem flüssigen Medium in Pulverform zugesetzten Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium Strukturviskosität mit einem Thixotropie-Index größer als 1 aufweist.
Description
- Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere für die medizinische Anwendung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Stoßwellen werden in zunehmendem Maße in der Medizin eingesetzt, zum Beispiel zur Zertrümmerung von Körperkonkrementen, zur Stimulation der Knochenbildung, zur Behandlung orthopädischer Erkrankungen und zur Schmerzbekämpfung. Zur Erzeugung der Stoßwellen werden vielfach Vorrichtungen verwendet, bei welchen zwei Elektroden beabstandet in einem flüssigen Medium angeordnet sind. An die Elektroden wird eine elektrische Hochspannung angelegt, die zu einem elektrischen Durchbruch in dem flüssigen Medium führt. Die mit dem elektrischen Durchbruch verbundene Hitzeentwicklung führt zu einem Verdampfen des flüssigen Mediums, wodurch die Druckwelle gebildet wird.
- Die Zündung der den elektrischen Durchbruch bewirkenden Funkenentladung hängt von der angelegten Hochspannung und dem Abstand der Elektroden ab. Um ein zuverlässiges Zünden der Funkenentladung auch bei einem kritischen Elektrodenabstand zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dem flüssigen wässrigen Medium leitende, halbleitende oder polarisierbare Partikel in Pulverform hinzuzufügen (
EP 0 781 447 B1 ). Das bei der Funkenentladung gebildete Gas kann die Ausbildung der nachfolgenden Funkenentladungen beeinträchtigen und insbesondere die Ausbreitung der Stoßwelle behindern. Es ist daher bekannt (DE 197 18 451 A1 ) dem flüssigen Medium einen pulverförmigen Katalysator beizumischen, der die Gasbildung verringert und die Rekombination der gebildeten Gase begünstigt. Sowohl die die Funkenentladung begünstigenden Partikel als auch die Partikel des Katalysators werden pulverförmig zugesetzt und sind in dem flüssigen Medium suspendiert. - Damit die Partikel die gewünschte Wirkung haben, müssen sie insbesondere im Bereich der Elektroden suspendiert sein. Dem wirkt die Schwerkraft entgegen, durch welche sich die Partikel mit der Zeit zunehmend am Boden des das flüssige Medium aufnehmenden Behälters absetzen. Nimmt die Konzentration der die Entladung begünstigenden Partikel im Bereich der Elektroden ab, so kann dies das Zünden der Funkenentladung beeinträchtigen oder vollständig verhindern. Nimmt die Konzentration der suspendierten Katalaysator-Partikel im Bereich der Elektroden ab, so kann dies zu einer frühzeitigen Gasentstehung führen, die die Ausbildung der Funkenentladung verzögert und die Druckerzeugung verringert.
- Um diesem nachteiligen Absetzen der suspendierten Partikel entgegenzuwirken kann das die Elektroden umgebende Flüssigkeitsvolumen durch eine zusätzliche Haube begrenzt werden. Die Partikel setzen sich zwar auch dort aufgrund der Schwerkraft ab, werden aber bei jeder Entladung aufgewirbelt und wieder in Suspension verteilt. Es kann jedoch einige Entladungen benötigen, bis die optimale Suspension für den Betrieb der Stoßwellen-Quelle erreicht ist. Ausserdem muss zunächst mit einer höheren Spannung gearbeitet werden, damit es zu diesen ersten elektrischen Durchbrüchen kommt. Erst wenn die den Durchbruch begünstigenden Partikel ausreichend suspendiert sind, kann die Spannung auf den normalen Betriebswert zurückgefahren werden.
- Eine andere Möglichkeit besteht darin, die pulverförmigen Partikel in einem zusätzlichen Behälter zu bevorraten, der in das Volumen des flüssigen Mediums eingebracht ist. Aus diesem Behälter werden bei jeder Entladung durch die dabei entstehende Druckwelle Partikel freigesetzt, um in Suspension zu gehen.
- Beide Möglichkeiten weisen den Nachteil auf, dass zusätzliche Bauteile (Haube, Vorratsbehälter) notwendig sind, die in das Volumen des flüssigen Mediums eingebracht werden müssen. Neben dem konstruktiven Aufwand bewirken diese Bauteile eine Störung der Ausbreitung der erzeugten Stoßwelle. Zudem können die optimalen Eigenschaften der Stoßwellen-Quelle nicht sofort beim Start erreicht werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen zur Verfügung zu stellen, bei welcher in dem flüssigen Medium suspendierte Partikel ohne konstruktiven Aufwand und ohne Behinderung der Stoßwellenerzeugung im Bereich der Elektroden gehalten werden können.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
- Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
- Erfindungsgemäß wird dem flüssigen Medium, in welchem der elektrische Durchbruch zur Erzeugung der Stoßwellen stattfindet, eine Substanz zugegebe, die dem flüssigen Medium eine Strukturviskosität mit einem Thixotropie-Index größer als 1 verleiht. Strukturviskosität bedeutet dabei, dass die Viskosität des flüssigen Mediums abnimmt, wenn das Geschwindigkeitsgefälle in der Flüssigkeit zunimmt. Dies bedeutet, dass die Viskosität sinkt, wenn das flüssige Medium bewegt wird. Nimmt das Geschwindigkeitsgefälle in dem flüssigen Medium ab, d.h. kommt das flüssige Medium zur Ruhe, so nimmt die Viskosität aufgrund der Thixotropie wieder stark zu. Der Thixotropie-Index ist dabei ein Maß für die Strukturviskosität und ist definiert als das Verhältnis der Viskosität bei zwei unterschiedlichen Geschwindigkeitsgefällen, insbesondere das Verhältnis der Viskosität bei einem Geschwindigkeitsgefälle zu der Viskosität bei einem 10-fach größeren Geschwindigkeitsgefälle.
- Diese Thixotropie-Eigenschaft des flüssigen Mediums wird erfindungsgemäß dazu ausgenutzt, die in dem flüssigen Medium suspendierten Partikel über eine lange Zeit in Suspension zu halten und ihr Absinken unter der Wirkung der Schwerkraft zu behindern. Befindet sich die Vorrichtung ausser Betrieb, so ruht das flüssige Medium und weist eine hohe Viskosität auf. Diese hohe Viskosität hält die zugesetzten Partikel über eine lange Zeitdauer in gleichmäßiger Suspension, so dass die Vor richtung auch nach langer Ruhezeit ohne zusätzliche Maßnahmen sofort betriebsbereit und mit voller Leistung funktionsfähig ist. Bei der Ausbildung der Stoßwellen durch die elektrische Entladung wird das flüssige Medium bewegt, so dass die Viskosität aufgrund der Thixotropie-Eigenschaft stark abnimmt. Die Ausbreitung der Druckwellen in dem flüssigen Medium wird daher durch den thixotropierenden Zusatz nicht behindert.
- In vorteilhafter Weise wird die Strukturviskosität des flüssigen Mediums durch einen Zusatz einer anorganischen Siliziumverbindung, insbesondere von Kieselsäure, erreicht. Bevorzugt wird die Zugabe einer hochdispersen Kieselsäure.
- Die hochdisperse Kieselsäure beeinflusst die elektrischen Eigenschaften des flüssigen Mediums nicht signifikant. Die Leitfähigkeit des flüssigen Mediums, die Latenzzeit, die für die Ausbildung des elektrischen Durchbruchs benötigt wird, und die beim Durchbruch fließende Ladungsmenge bleiben durch die zugegebene Kieselsäure praktisch unbeeinflusst. Die Kieselsäure ist zudem hitzebeständig und chemisch stabil, so dass die Eigenschaften der Strukturviskosität durch das bei dem Durchbruch entstehende Plasma nicht zerstört werden. Auch die Metalllegierung der Elektroden wird durch die zugegebene Kieselsäure nicht angegriffen.
- Die in Form von amorphen Siliziumdioxid-Partikeln zugegebene hochdisperse Kieselsäure bildet in dem flüssigen Medium durch Agglomeration ein dreidimensionales Netz, welches im Ruhezustand die hohe Viskosität des flüssigen Mediums bewirkt. Dadurch ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass die in dem flüssigen Medium suspendierten Partikel durch das Netz der hochdispersen Kieselsäure auf Abstand gehalten werden. Dadurch wird verhindert, dass sich die suspendierten Teilchen konglomerieren und insbesondere die für die Katalysatorwirkung wichtige Oberfläche verkleinert wird.
- Die Wirkungsweise der Erfindung zeigt folgendes Beispiel: Einem Volumen von etwa 18 ml Flüssigkeit ist als Katalysator 0,4 g Palladium auf Aktivkohle zugesetzt. Durch Zusatz von 0,2 g hochdisperser Kieselsäure (HDK V15 der Wacker Chemie GmbH) wird die Sedimentiergeschwindigkeit des suspendierten Katalysators um einen Faktor von mindestens 10 bis 20 verringert. Auch nach einer Lagerung von mehr als 10 Minuten zündet die Stoßwellen-Quelle bei der niedrigsten Energiestufe sofort problemlos. Ohne den Zusatz der Kieselsäure zündet die Stoßwellen-Quelle nach dieser Lagerzeit nicht mehr und muss erst bei wesentlich höheren Hochspannungsenergien 'eingeschossen' werden.
Claims (5)
- Vorrichtung zur Erzeugung von Stoßwellen, insbesondere für die medizinische Anwendung, mit einem flüssigen Medium, mit in dem flüssigen Medium angeordneten Elektroden, an welche eine Hochspannung zur Erzeugung eines elektrischen Durchbruchs angelegt wird, und mit dem flüssigen Medium in Pulverform zugesetzten Partikeln, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Medium Strukturviskosität mit einem Thixotropie-Index größer als 1 aufweist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturviskosität durch einen thixotropierenden Zusatz bewirkt wird.
- Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz eine anorganische Siliziumverbindung ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz eine Kieselsäure ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatz eine hochdisperse Kieselsäure ist.
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