DE10112461C2 - Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladungen in einem wässrigen Medium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung elektri­ scher Entladungen in einem wässrigen Medium, insbesondere zur elektrohydraulischen Erzeugung von Stoßwellen gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Elektrohydraulische Stoßwellen werden in zunehmendem Maße in der Medizin zur Diagnostik und insbesondere zur Therapie ein­ gesetzt. Die häufigste Anwendung ist die Zerstörung von Kör­ perkonkrementen, z. B. Nierensteinen, durch extrakorporal er­ zeugte Stoßwellen. Zunehmend werden extrakorporal erzeugte Stoßwellen auch zur Behandlung orthopädischer Erkrankungen und zur Schmerzbehandlung eingesetzt. Es werden auch Untersuchun­ gen durchgeführt zur Behandlung von Tumoren und Herzerkrankun­ gen.

Bei der elekrohydraulischen Erzeugung von Stoßwellen wird eine hohe elektrische Spannung zwischen den Spitzen zweier Elektro­ den angelegt, die sich in einem flüssigen Medium befinden. Zwischen den Spitzen kommt es zu einem Spannungsdurchbruch und somit zu einer Entladung. Dadurch wird eine Plasmablase er­ zeugt, die sich explosionsartig ausdehnt und eine Druckstoß­ welle erzeugt. Diese Stoßwelle wird in den Körper des Patien­ ten eingekoppelt, wobei die Stoßwellen in den meisten Fällen auf ein zu behandelndes Zielgebiet fokussiert werden.

Da die Elektroden an Spannung gelegt werden und den Entla­ dungsstrom führen müssen, wird für die Elektroden ein elek­ trisch leitender metallischer Werkstoff verwendet. Bisher wer­ den die Elektroden aus Stahl der Werkstoff-Nr. 1.2000-1.3000 hergestellt, der eine gute Bearbeitbarkeit für die Herstellung der Spitzenkonfiguration aufweist.

Unter der großen Belastung durch das bei der Entladung erzeug­ te Plasma und die Druckwelle wird von den Spitzen der Elektroden Material abgetragen. Dieser sog. Abbrand der Elektroden stellt ein großes Problem dar. Das abgebrannte Material ver­ schmutzt das wässrige Medium in der Umgebung der Elektroden und wirkt nachteilig auf das Entladeverhalten. In vielen be­ kannten Ausführungen wird das wässrige Medium umgepumpt, um das Abbrand-Material und bei der Entladung erzeugte Gasbläs­ chen aus dem wässrigen Medium zu filtern. Die Abbrand-Partikel können sich dabei schädigend auf die Ventile und das flüssig­ keitsführende System auswirken. Außerdem wird durch den Ab­ brand die Form der Elektrodenspitzen verändert und der Abstand der Spitzen vergrößert sich. Diese Vergrößerung des Spitzenab­ standes führt schließlich dazu, daß keine Entladung mehr stattfindet. Es ist bekannt, die Elektroden mechanisch nachzu­ führen, um die Abstandsvergrößerung der Spitzen durch den Ab­ brand zu kompensieren. Dieses Nachführen der Elektroden ist mechanisch aufwendig. Da in der Regel nur eine der Elektroden nachgefahren wird, verschiebt sich der Ort des Stromdurch­ schlags, so daß die Stoßwellenerzeugung und -fokussierung de­ justiert wird.

Ein weiteres Problem besteht in der Korrosion der Elektroden in dem wässrigen Medium. Diese Korrosion wird teilweise noch dadurch verstärkt, daß dem wässrigen Medium Salze zugesetzt werden, um die Leitfähigkeit zu verbessern und den elektri­ schen Durchschlag zu erleichtern. Die Korrosion der Elektroden erlaubt nur kurze Lagerzeiten der Vorrichtung. Es ist bekannt, die Lagerfähigkeit dadurch zu verbessern, daß die Elektroden oberflächlich beschichtet, z. B. vernickelt oder lackiert, werden. Diese Beschichtung schützt den Elektroden-Werkstoff während der Lagerung vor Korrosion. Wird die Elektrode jedoch in Benutzung genommen, so wird die Oberflächenbeschichtung bei den ersten Entladungen durch den Abbrand zerstört und kann nachfolgend nicht mehr als Korrosionsschutz dienen. Eine La­ gerfähigkeit der Elektroden nach der ersten Benutzung ist da­ her auch bei einer solchen Schutzbeschichtung nicht gegeben. Zudem kann das Material der Beschichtung, das bei der Entla­ dung in das wässrige Medium in der Umgebung der Elektroden­ spitze gelangt, die Leitfähigkeit des Mediums unkontrolliert beeinflussen, so daß der Betrieb der Vorrichtung unzuverlässig wird.

Aus der WO 92/16039 ist es bekannt, zur Stoßwellenerzeugung in einem flüssigem Medium mittels eines elektrischen Spannungs­ durchbruchs Elektroden zu verwenden, die aus einer Legierung mit hoher thermischer Festigkeit bestehen, die wenigsten 5 Ge­ wichts-% und vorzugsweise zwischen 5 und 40 Gewichts-% von mindestens einem der Metalle Wolfram, Molybdän, Cobalt, Vanadium und Chrom enthalten. Die Elektroden weisen Schockfestigkeit, eine sehr gute Duktilität, einen hohen Schmelzpunkt und eine gute Korrosiosbeständigkeit auf.

Aus der DE 35 19 163 C2 ist es bekannt für Elektroden zur Er­ zeugung von Stoßwellen in einem flüssigen Medium eine gesin­ terte mehrphasige Wolframlegierung mit hohem Wolframanteil zu verwenden. Diese Legierung weist eine hohe thermische Belast­ barkeit und eine hohe mechanische Festigkeit auf. Die mechani­ sche Bearbeitung des Werkstoffes ist allerdings schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladungen in einem wässrigen Medium, insbesondere zur elektrohydraulischen Erzeugung von Stoßwel­ len, zur Verfügung zu stellen, welche eine bessere Lagerfähig­ keit und eine längere Betriebsdauer gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrich­ tung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteran­ sprüchen angegeben.

Als Werkstoffe für die Elektroden, werden erfindungsgemäß als Super-Legierungen (super alloy) bezeichnete NE-Legierungen verwendet, die zumindest einen Nickelgehalt von < 8% aufweisen. Besonders vorteilhaft hat sich eine solche Super-Legierung er­ wiesen, die einen Cobaltgehalt und einen Nickelgehalt von je­ weils über 12,5% aufweist. Insbesondere kann die Legierung zu­ sätzlich durch einen Wolframanteil von 0,1-15% gekennzeich­ net sein. Schließlich erweist sich ein Titananteil von 0,1-­ 5% bei diesen Super-Legierungen als vorteilhaft.

Bei den vorstehenden Prozent-Angaben handelt es sich um Ge­ wichtsprozent. Bei den nicht angegebenen restlichen Bestand­ teilen handelt es sich um bei Super-Legierungen übliche Legie­ rungsbestandteile.

Der für die Herstellung der Elektroden verwendete Werkstoff weist die erforderliche gute mechanische Bearbeitbarkeit auf, die für die Herstellung der Elektroden notwendig ist, und die elektrische Leitfähigkeit, die für die Verwendung als Elektro­ de notwendig ist. Der erfindungsgemäße Werkstoff vereinigt diese Eigenschaften mit einer hohen Korrosionsbeständigkeit, um die Lagerfähigkeit der Vorrichtung zu verbessern, und einer hohen Thermoschockbeständigkeit, wodurch die Spitzen der E­ lektroden den hohen thermischen und mechanischen Beanspruchun­ gen bei der Entladung besser Stand halten und einen geringeren Abbrand aufweisen. Diese Eigenschaften sind gleichbedeutend mit einer hohen Zunderfestigkeit, einem hohen Schmelzpunkt, einer hohen spezifischen Wärme, einer hohen Warmfestigkeit, einer hohen Wärmeleitfähigkeit und einem niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten. Aufgrund dieser Eigenschaften schmilzt der Elektroden-Werkstoff in der hohen Temperatur des bei der Entladung entstehenden Plasmas nur in einer sehr dünnen Oberflächenschicht auf, wobei das aufgeschmolzene Material eine genügend hohe Haftung an der Spitze der Elektrode hat, so daß das aufgeschmolzene Material durch die Druckwelle der Ent­ ladung nicht von der Spitze weggerissen wird und sich an­ schließend wieder an der Spitze verfestigen kann. Durch diese Thermoschockbeständigkeit wird der Abbrand der Elektrodenspit­ zen stark reduziert, so daß die Betriebsdauer erheblich ver­ längert wird, d. h. die Anzahl der Entladungen vergrößert wird, die durchgeführt werden können bis eine Aufbereitung der Elektroden und der Vorrichtung notwendig wird.

Die hohe Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffes ermöglicht nicht nur eine lange Lagerzeit der ungebrauchten Elektroden, sondern ermöglicht auch eine Lagerung der Vorrichtung, wenn die Elektroden bereits benutzt wurden. Dies ist insbesondere in Kombination mit der höheren Widerstandsfähigkeit und dem geringen Abbrand der Elektroden von Bedeutung. Die hohe Ther­ moschockbeständigkeit und die verlängerte Standfestigkeit der Elektroden hat zur Folge, daß die Elektroden nicht bereits nach einer Verwendung verbraucht sind. Es ist daher vorteil­ haft und notwendig, daß die Elektroden nach einem ersten Ge­ brauch für eine längere Zeit gelagert werden können, bis sie zu einer oder mehreren späteren Verwendungen eingesetzt wer­ den.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Erzeugung elektrischer Entladungen in ei­ nem wässrigen Medium, insbesondere zur elektrohydrauli­ schen Erzeugung von Stoßwellen, mit Elektroden aus einem metallischen Werkstoff, an welche eine Spannung angelegt wird, um zwischen ihren Spitzen einen Spannungsdurchbruch in dem wässrigen Medium zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß als me­ tallischer Werkstoff mit einer guten mechanischen Bear­ beitbarkeit, einer hohen Korrosionsbeständigkeit, einer thermischen und mechanischen Festigkeit und einer hohen Thermoschockbeständigkeit eine Super-Legierung mit einem Nickelgehalt von < 8% verwendet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ stoff einen Cobaltgehalt und einen Nickelgehalt von je­ weils über 12,5% aufweist.

3. Vorrichtung nach der Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ stoff einen Wolframanteil von 0,1-15% aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Werk­ stoff einen Titananteil von 0,1-5% aufweist.

5. Elektrode zur Verwendung in einer Vorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.