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Die Erfindung betrifft eine Stoßwellenquelle, aufweisend
einen Spulenträger,
eine Spule und eine von der Spule isolierend getrennte Membran zur
Erzeugung von Stoßwellen.
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Elektromagnetische Stoßwellenquellen
der eingangs genannten Art werden beispielsweise in der Medizin
zur nichtinvasiven Zertrümmerung
von Körperkonkrementen
eines Patienten, z.B. zur Zertrümmerung
von Nierensteinen, eingesetzt. Die Erzeugung von Stoßwellen
mit einer derartigen Stoßwellenquelle
vollzieht sich derart, dass auf die auf dem Spulenträger angeordnete
Spule ein Hochspannungsimpuls kurzer Dauer gegeben wird. Aufgrund der
elektromagnetischen Wechselwirkung der Spule mit der von ihr isolierend
getrennten metallischen Membran wird die Membran in eine zwischen
der Stoßwellenquelle
und dem Patienten befindliche Wasserstrecke von der Spule abgestoßen, wodurch gedämpfte Sinuswellen
in die Wasserstrecke als Trägermedium
zwischen der Stoßwellenquelle
und dem Patienten ausgesendet werden. Stoßwellen entstehen schließlich durch
nichtlineare Effekte im Trägermedium
Wasser. Die gedämpften
Sinusschwingungen haben eine Grundfrequenz von etwa 150 bis 200 kHz,
welche durch die elektrischen Eigenschaften der Stoßwellenquelle
bestimmt ist. Diese Sinuswellen liegen außerhalb des Hörbereiches
von Menschen.
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Bei der Erzeugung von Stoßwellen
mit einer elektromagnetischen Stoßwellenquelle, wie sie im Übrigen in
Aufbau und Funktion, beispielsweise in H. Reichenberger, G. Naser „Elektromagnetic
Acoustic Source for the Extracorporeal Generation of Shock Waves
in Lithotripsie";
Siemens Forschungs- und Entwicklungsberichte,
15, 1986, Nr. 4, Seiten 187 bis 194, beschrieben ist, entstehen
aber auch Schallwellen. Gleichzeitig mit der Aussendung der Sinuswellen in
die Wasserstrecke laufen nämlich
Wellen in entgegengesetzter Rich tung in den in der Regel aus einer Keramik
ausgebildeten Spulenträger,
welche sich zunächst
axial ausbreitende Wellen in Radial- oder Plattenwellen wandeln
können.
Die Radial- und Plattenwellen regen den Spulenträger dabei derart zu Schwingungen
an, dass niederfrequente Schallwellen im Hörbereich von Menschen, also
unter 20 kHz, entstehen. Bedingt durch die geometrische Form des Spulenträgers mit
hoher Symmetrie, – der
Spulenträger
weist nämlich
in der Regel eine von seiner Längsachse
rechtwinklig durchdrungene kreisförmige Querschnittsfläche auf
-, kommt es durch Reflexionen am Rand des Spulenträgers zudem
zu gleichphasigen Überlagerungen
von Radial- und Plattenwellen, wodurch Schallwellen mit für Patienten
und medizinischem Personal sehr unangenehmen Schallpegel entstehen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine Stoßwellenquelle
der eingangs genannten Art derart auszubilden, dass die Erzeugung
von hörbaren
Schallwellen bei der Erzeugung von Stoßwellen reduziert ist.
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Nach der Erfindung wird diese Aufgabe
gelöst
durch eine Stoßwellenquelle
mit einem eine Längsachse
aufweisend Spulenträger,
mit einer Spule und mit einer von der Spule isolierend getrennten Membran
zur Erzeugung von Stoßwellen,
wobei der Spulenträger
derart ausgebildet ist, dass eine von seiner Längsachse rechtwinklig, durchdrungene Querschnittsfläche des
Spulenträgers
eine unrunde Kontur aufweist, wobei die Querschnittsfläche eine unregelmäßig verlaufende
Kontur oder eine regelmäßig verlaufende,
Ecken und Rundungen umfassende Kontur aufweist. Erfindungsgemäß stellt
diese Ausgestaltung eines Spulenträgers eine Abkehr von einer
hohen Symmetrie des Spulenträgers
dar, welche hohe Symmetrie mit dem Nachteil verbunden ist, dass
sich im Zuge der Erzeugung von Stoßwellen bildende Radial- oder
Plattenwellen durch Reflexion an den Rändern des Spulenträgers gleichphasig überlagern,
wodurch der Spulenträger
zu starken Schwingungen angeregt wird und somit Schallwellen mit
höherem
Schallpegel erzeugt werden.
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Durch eine Abkehr von dieser hohen
Symmetrie wird die gleichphasige Überlagerung insbesondere von
Radialwellen und Plattenwellen zumindest reduziert, so dass auch
die Erzeugung von Schallwellen mit hohem Schallpegel reduziert wird.
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Aus der
DE 86 18 166 U1 ist im Übrigen eine elektromagnetische
Stoßwellenquelle
bekannt, welche einen quaderförmigen
Spulenträger,
eine rechteckige Flachspule und eine rechteckige Membran aufweist.
Der Aufbau der Stoßwellenquelle
ist derart gewählt,
um einen Linienfokus erzeugen zu können.
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Eine Variante der Erfindung sieht
vor, dass die unregelmäßig verlaufende
Kontur des Spulenträgers
Ecken aufweist. Zusätzlich
kann die Kontur auch noch Rundungen umfassen.
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Nach der Erfindung wird die Aufgabe
auch gelöst
durch eine Stoßwellenquelle
mit einem Spulenträger,
mit einer Spule und mit einer von der Spule isolierend getrennten
Membran zur Erzeugung von Stoßwellen,
deren Spulenträger
eine Mantelfläche, eine
erste der Spule zugewandte Deckfläche und eine zweite der Spule
abgewandt Deckfläche
aufweist, wobei die zweite Deckfläche uneben ausgebildet ist.
Durch diese Ausgestaltung der zweiten Deckfläche kann die Umwandlung von
sich axial ausbreitenden Wellen in Radial- oder Plattenwellen deutlich reduziert
werden. Außerdem
können
gleichphasige Überlagerung
von Radial- oder Plattenwellen reduziert werden, so dass die Anregung
des Spulenträgers
zu Schwingungen reduziert und demnach die Erzeugung von Schallwellen
deutlich reduziert ist.
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Gemäß Varianten der Erfindung weist
die zweite Deckfläche
Vertiefungen und/oder Erhöhungen
auf, welche runde oder eckige Formen beinhalten können und
vorzugsweise unregelmäßig sind.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist
der Spulenträger
zusätzlich
aus einem die Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen dämpfenden Material
ausgebildet ist. Im Unterschied zu einem aus einem keramischen Material
ausgebildeten Spulenträger,
wie er beispielsweise in der
DE 35 02 770 A1 oder der
DE 35 05 855 A1 beschrieben
ist, wird durch einen aus einem die Bildung und/oder die Ausbreitung
von Wellen dämpfenden
Material ausgebildeten Spulenträger
die Erzeugung von Schallwellen bei der Erzeugung von Stoßwellen
zusätzlich
reduziert, da nicht nur die axiale Ausbreitung von hochfrequenten Wellen
mit einer Grundfrequenz zwischen ca. 100 und 300 kHz in Richtung
des Spulenträgers
gedämpft,
sondern auch deren Umwandlung in niederfrequente Radialwellen oder
Plattenwellen, also die Bildung von Radialwellen oder Plattenwellen,
welche den Spulenträger
zu Schwingungen anregen, und deren Ausbreitung deutlich reduziert
wird. Demnach wird der Spulenträger
weniger zu Schwingungen angeregt und somit deutlich weniger Schallwellen
bei der Erzeugung von Stoßwellen
erzeugt.
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Eine Variante der Erfindung sieht
vor, dass das die Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen dämpfende
Material des Spulenträgers
eine mechanische Schwinggüte
von unter 100, vorzugsweise von unter 50 aufweist. Die mechanische
Schwinggüte
ist dabei ein Maß für die Schwingfähigkeit
eines Materials. Im Vergleich hierzu weist keramisches, bisher für Spulenträger verwendetes
Material eine Schwinggüte
von ca. 1000 auf.
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Ausführungsformen der Erfindung
sehen vor, dass das Material für
den Spulenträger
Gummi oder Kunstharz aufweist. Der Spulenträger kann auch vollständig aus
Gummi oder Kunstharz ausgebildet sein. Gemäß Varianten der Erfindung ist
das Material, also beispielsweise der Gummi oder das Kunstharz,
dabei vorzugsweise mit elektrisch nicht leitenden Partikeln versehen,
um ein heterogenes Material zu erhalten, welches in der Regel die
Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen besser dämpft als
ein homogenes Material. Gemäß einer
weiteren Variante der Erfindung sind die Partikel aus einem Material
ausgebildet, welches eine höhere
Härte als
das die Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen dämpfende
Material aufweist. Auf diese Weise wird eine höhere Festigkeit und somit eine
höhere
Dimensionsstabilität
des Spulenträgers
erreicht.
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Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht
vor, dass das die Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen dämpfende
Material ein aufgeschäumter
Kunststoff ist. Ein geeigneter aufgeschäumter Kunststoff ist beispielsweise
Pur-Hartschaum, wie er von der Fa. IVPU Industrieverband, Polyurethan-Hartschaum e.V.,
Stuttgart, vertrieben wird.
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Gemäß einer weiteren Variante der
Erfindung weist das die Bildung und/oder die Ausbreitung von Wellen
dämpfende
Material eine Wabenstruktur auf, wobei gemäß einer Variante der Erfindung
das Material Kunststoff oder Hartpapier ist. Die Wabenstruktur kann
dabei regelmäßige und/oder
unregelmäßige Vielecke
aufweisen. Ein geeignetes, eine Wabenstruktur aufweisendes Material
aus Kunststoff oder Hartpapier wird beispielsweise von der Unternehmensgruppe
Euro-Composites, Zone Industrielle, Luxemburg, vertrieben. Auch
ein Spulenträger,
welcher aus einem derartigen Material, welches eine Wabenstruktur
aufweist, ausgebildet ist, reduziert deutlich die Bildung niederfrequenter
Wellen und dämpft
deutlich die Ausbreitung von niederfrequenten und hochfrequenten
Wellen, wodurch die Erzeugung von Schallwellen bei der Erzeugung
von Stoßwellen
deutlich reduziert ist.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den beigefügten
schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 und 2 in schematischer Darstellung den
Aufbau einer einen Spulenträger
aufweisenden elektromagnetischen Stoßwellenquelle, und
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3 bis 8 erfindungsgemäße Ausführungsformen
des Spulenträgers
der Stoßwellenquelle
aus 1 und 2.
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In 1 ist
in stark schematisierter Weise der Aufbau einer an sich bekannten
elektromagnetischen Stoßwellenquelle 1 dargestellt.
Die Stoßwellenquelle 1 weist
einen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels scheibenförmigen Spulenträger 2,
eine Flachspule 3 und eine metallische Membran 4 auf.
Zur Verdeutlichung des Aufbaus der Stoßwellenquelle 1 sind
der Spulenträger 2,
die Flachspule 3 und die Membran 4 in 1 auseinandergezogen dargestellt.
Im betriebsbereiten Zustand der Stoßwellenquelle 1, wie
er in 2 dargestellt
ist, liegt die Flachspule 3 auf dem Spulenträger 2 auf
und ist durch eine in 1 nicht
gezeigte Isolierfolie 5 von der metallischen Membran 4 isolierend.
getrennt. Bei der Erzeugung von Stoßwellen wird auf die auf dem Spulenträger 2 angeordnete
Flachspule 3 ein Hochspannungsimpuls von kurzer Dauer gegeben.
Aufgrund der elektromagnetischen Wechselwirkung der Flachspule 3 mit
der von ihr isolierend getrennten Membran 4 wird diese
in ein in den 1 und 2 nicht explizit dargestelltes
akustisches Ausbreitungsmedium abgestoßen, bei dem es sich in aller
Regel um Wasser handelt. Auf diese Weise wird eine Stoßwelle erzeugt,
die über
das Ausbreitungsmedium Wasser in den Körper eines Patienten eingeleitet
werden kann.
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Da bei der Erzeugung von Stoßwellen
mit einer derartigen elektromagnetischen Stoßwellenquelle, wie bereits
eingangs erwähnt,
auch Schallwellen mit unangenehmen Schallpegel erzeugt werden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
die Geometrie des Spulenträgers
zu verändern,
so dass es zu keinen oder nur zu geringen gleichphasigen Überlagerungen
von den Spulenträger
zu Schwingungen anregenden Radial- oder Plattenwellen kommt.
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In den 3 und 4 sind erfindungsgemäße Ausgestaltungen
von Spulenträgern 21 und 22 gezeigt.
Die Spulenträger 21 und 22 zeichnen
sich dadurch aus, dass bei deren Gestaltung eine Abkehr von einer
hohen Symmetrie eines Spulenträgers
vorgenommen wurde. Betrachtet man den Spulenträger 2 aus 1, so weist dieser eine
Längsachse 20 auf. Bezüglich der
Längsachse 20 weist
der Spulenträger 2 eine
hohe Symmetrie auf. Eine beliebige, von der Längsachse unter einem rechten
Winkel durchdrungene Querschnittsfläche des Spulenträgers 2 weist eine
runde Kontur, also eine Kontur von hoher Symmetrie auf. Bei einer
Drehung der Querschnittsfläche oder
auch des Spulenträgers
um die Längsachse 20 ergibt
sich demnach bei Draufsicht auf den Spulenträger keine Veränderung
seiner äußeren Kontur. Dies
begünstigt
die gleichphasige Überlagerung
von sich während
der Erzeugung von Stoßwellen
bildenden Radial- oder Plattenwellen und somit eine Erzeugung von
niederfrequenten Schallwellen mit hohem Schallpegel.
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Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen,
Spulenträger
derart auszubilden, dass eine von der Längsachse 20 rechtwinklig
durchdrungene Querschnittsfläche
des Spulenträgers
eine unrunde Kontur aufweist, so dass durch eine beliebige Drehung
der Querschnittsfläche
bzw. des Spulenträgers um
die Längsachse 20 die
Endkontur in der Regel nicht mit der Ausgangskontur übereinstimmt,
welche bei einer Draufsicht auf die Querschnittsfläche bzw. den
Spulenträger
erkennbar sind.
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Der in 3 gezeigte
Spulenträger 21 ist derart
ausgebildet, dass eine beliebige Querschnittsfläche, welche von der Längsachse 20 unter
einem rechten Winkel durchdrungen wird, eine unrunde Kontur, im
vorliegenden Fall eine Kontur mit Ecken, aufweist. Auf diese Weise
wird insbesondere verhindert, dass im Falle von sich bildenden Radial-
oder Plattenwellen diese nicht derart an den Rändern des Spulenträgers 21 reflektiert
werden, dass es zu gleichphasigen Überlagerungen dieser Wellen kommt,
wodurch sich eine Verstärkung
der Wellen und somit eine verstärkte
Schallerzeugung ergeben würden.
Der Spulenträger 21 ist
derart ausgebildet, dass erst bei einer Drehung um 360° um die Längsachse 20 die
Endkontur der Ausgangskontur entspricht.
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In 4 ist
ein Spulenträger 22 gezeigt,
dessen von der Längsachse 20 in
einem rechten Winkel durchdrungene Querschnittsfläche eine
regelmäßig ausgebildete,
achteckige Kontur aufweist. Obwohl die Kontur regelmäßig ist,
kann durch eine Abkehr von der runden Kontur die Oberlagerung von
Platten- oder Radialwellen reduziert werden. Die unregelmäßig verlaufende
Kontur, wie sie in 3 dargestellt ist,
ist hinsichtlich der Vermeidung derartiger Überlagerungen jedoch noch wirkungsvoller
als die in 4 dargestellte
Ausbildung eines Spulenträgers.
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Die Kontur einer von der Längsachse 20 rechtwinklig
durchdrungene Querschnittsfläche
muss im Übrigen
nicht nur Ecken, sondern kann auch Rundungen aufweisen.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausgestaltung
des Spulenträgers
ist die der Flachspule 3 abgewandte Deckfläche des
scheibenförmigen
Spulenträgers
uneben ausgebildet. In 5 ist
ein Schnitt in Richtung der Längsachse 20 durch
einen erfindungsgemäßen Spulenträger 23 gezeigt.
Wie der 5 entnommen
werden kann, ist die der Flachspule 3 zugewandte Deckfläche 30,
auf welcher die Flachspule 3 angeordnet wird, eben ausgebildet.
Im Gegensatz hierzu ist die zweite der Flachspule 3 abgewandte
Deckfläche 40 des
Spulenträgers 23 uneben,
im vorliegenden Fall mit deutlichen Vertiefungen und Erhöhungen,
versehen. Die Vertiefungen und/oder Erhöhungen sind vorzugsweise unregelmäßig. Vorzugsweise
erstrecken sich die Vertiefungen und/oder Erhöhungen über die gesamte Deckfläche. Auf
diese Weise wird erreicht, dass sich bei der Erzeugung von Stoßwellen
die axial in Richtung der Längsachse 20 in
den Spulenträger 23 ausbreitenden
Wellen zumindest in reduziertem Maße in Platten- oder Radialwellen
umwandeln. Darüber
hinaus wird auch erreicht, dass es zu keinen oder nur zu wenigen
gleichphasigen Überlagerungen
von sich axial ausbreitenden Wellen kommt, welche den Spulenträger in Schwingung
versetzten könnten.
Auch auf diese Weise wird die Erzeugung von niederfrequenten Schallwellen
bei der Erzeugung von Stoßwellen
also deutlich reduziert.
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Um zusätzlich die Erzeugung von hörbaren Schallwellen
bei der Erzeugung von Stoßwellen
zu reduzieren, wird außerdem
vor schlagen den Spulenträger
aus einem die Bildung von niederfrequenten Wellen und/oder die Ausbreitung
von hochfrequenten und niederfrequenten Wellen dämpfendem Material auszubilden,
so dass der Spulenträger
nicht oder zumindest in stark verminderter Weise zu Schwingungen
angeregt wird, und somit keine oder zumindest deutlich weniger Schallwellen
bei der Erzeugung von Stoßwellen
entstehen. Das Material sollte dabei eine mechanische Schwinggüte von unter
100, vorzugsweise von unter 50 aufweisen.
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In den 6 bis 8 sind Spulenträger 24 bis 26 dargestellt,
welche aus derartigen, die Bildung und/oder die Ausbreitung von
Wellen dämpfenden Materialien
ausgebildet sind und eine Schwinggüte von unter 50 aufweisen.
Der in 6 dargestellte Spulenträger 24 ist
aus Gummi oder Kunstharz ausgebildet und mit harten, elektrisch
nicht leitenden Partikeln 10 versetzt. Die Partikel sind
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
aus Wolframoxid oder Keramik, welche eine höhere Härte als Gummi oder Kunstharz
aufweisen. Die Partikel sind einerseits vorgesehen, um die Festigkeit
des Spulenträger 24 zu
erhöhen
und diesen dimensionsstabil zu halten und andererseits um ein heterogenes
Material zu bilden, welches die Bildung und die Ausbreitung von Wellen
in der Regel noch besser dämpft
als Gummi oder Kunstharz an sich.
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In 7 ist
ein Spulenträger 25 dargestellt, welcher
aus einem aufgeschäumten
Kunststoff ausgebildet ist. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispieles
handelt es sich bei dem aufgeschäumten Kunststoff
um Pur-Hartschaum, welcher an sich als Wärmedämmstoff eingesetzt wird. Pur-Hartschaum ist
jedoch auch als Material für
einen Spulenträger geeignet,
da die Bildung und die Ausbreitung von Wellen bei der Erzeugung
von Stoßwellen
im Spulenträger 25 gedämpft wird,
so dass bei der Erzeugung von Stoßwellen deutlich weniger Schallwellen
erzeugt werden im Vergleich zu einem Spulenträger, welcher aus Keramik ausgebildet
ist.
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In 8 ist
eine dritte erfindungsgemäße Ausführungsform
eines Spulenträgers
aus einem eine Wabenstruktur aufweisenden Material gezeigt. Das
die Wabenstruktur aufweisende Material kann dabei Kunststoff, Hartpapier
oder ein anderes Material aufweisen. Ein derartiges, eine Wabenstruktur aufweisendes
Material wird beispielsweise von der Unternehmensgruppe Euro-Composites, Luxemburg,
vertrieben. Auch mit einem aus einem derartigen Material ausgebildeten
Spulenträger 26 kann
die Bildung und die Ausbreitung von Wellen gedämpft werden, so dass bei der
Erzeugung von Stoßwellen mit
einer den Spulenträger 26 aufweisenden
Stoßwellenquelle
nur in stark reduziertem Maße
hörbare Schallwellen
erzeugt werden. Die Wabenstruktur kann im Übrigen regelmäßige Vielecke,
also Dreiecke, Vierecke oder wie im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
Sechsecke, und/oder unregelmäßige Vielecke,
worunter Vielecke mit unregelmäßigen Kantenverlauf
verstanden werden, aufweisen.
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Neue erfindungsgemäße Ausgestaltungen eines
Spulenträgers
einer elektromagnetischen Stoßwellenquelle
wurde vorstehend in den 3 bis 8 unabhängig voneinander dargestellt
und erläutert. Die
verschiedenen Ausgestaltungen des Spulenträgers können jedoch auch in beliebiger
Weise miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann der Spulenträger aus
Pur-Hartschaum bestehen,
bei Draufsicht eine eckige unregelmäßige Außenkontur aufweisen und dessen
zweite, der Flachspule abgewandte Deckfläche mit Vertiefungen und Erhöhungen versehen
sein. In derselben Weise lassen sich problemlos andere Kombinationen
der in den 3 und 8 für sich erläuterten Ausgestaltungen eines
erfindungsgemäßen Spulenträgers bilden.
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Der Spulenträger muss im Übrigen nicht
notwendigerweise scheibenförmig
ausgebildet sein. Ebenso wenig muss es sich bei der Spule um eine Flachspule
handeln.