DE102020118373B4

DE102020118373B4 - Mehrlagige Ringelektrode mit mehreren Öffnungen und niedrigschmelzenden Innenstrukturen

Info

Publication number: DE102020118373B4
Application number: DE102020118373.9A
Authority: DE
Inventors: Markus Jung; Oliver Keitel
Original assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Current assignee: Heraeus Deutschland GmbH and Co KG
Priority date: 2020-07-13
Filing date: 2020-07-13
Publication date: 2023-11-02
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: US20220007982A1; DE102020118373A1

Abstract

Ringelektrode (10) zur elektrischen Stimulation und/oder Detektion am menschlichen Körper, umfassend eine Außenwand (111) und ein direkt damit verbundenes Kontaktelement (116), welches exzentrisch innerhalb der Außenwand (111) angeordnet ist, wobei die Außenwand ein erstes Material (30) umfasst, und das Kontaktelement ein zweites Material (31) umfasst, wobei das zweite Material (31) einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material (30), wobei die Außenwand eine Durchgangsöffnung (50) umfasst, und wobei das Kontaktelement eine Kontaktierungsöffnung (70) zur Verbindung mit einem Leiterelement (60) umfasst, wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials (30) mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials (31) beträgt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode, eine entsprechende Ringelektrode, ein Elektrodensystem umfassend eine solche Ringelektrode und eine Verwendung dieser Ringelektrode oder dieses Elektrodensystems in einem Herzschrittmacher und/oder zur Neurostimulation. Die Ringelektrode ist generell zum Einsatz als oder in einer aktiven implantierbaren medizinischen Vorrichtung gedacht, kann aber auch anderweitig verwendet werden. Sie kann zur Signalerfassung und/oder zur Stimulation verwendet werden.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Die typischerweise sehr kleine Bauteilgröße einer Ringelektrode für eine aktive implantierbare medizinische Vorrichtung und die noch kleineren Abmessungen ihrer Teilmerkmale erfordern sehr teure und aufwändige Herstellungsanlagen und Herstellungsverfahren mit vielen einzelnen Arbeitsschritten. Aufgrund der geringen Bauteilgröße und der hohen Anforderungen an Stabilität und Zuverlässigkeit von Medizinprodukten zur elektrischen Stimulierung oder Detektion stellt die elektrische und mechanische Verbindung zwischen der Ringelektrode und einem Leiter oft eine besondere Herausforderung dar.
Die EP 3 185 248 A1 beschreibt ein Verfahren zur elektrischen Kontaktierung einer beschichteten Leitung mit einem Teilchen. Hierzu wird die Isolierung teilweise entfernt und in ein dabei entstehendes Fenster (Via) werden elektrisch leitende Teilchen eingebracht. Das Teilchen bildet eine leitfähige Verbindung zwischen dem Leiter und einer Ringelektrode, welche den Leiter umgibt. Hierbei kann jedoch das Kriechen der Kunststoffisolierung zu einem Kontaktverlust zwischen der Leitung und dem Teilchen führen. Die US 7 364 479 B1 beschreibt ein Kontaktierungsverfahren, das vergleichsweise aufwändig ist. Die US 7 364 479 B1 beschreibt ein Kontaktierungsverfahren, das vergleichsweise aufwändig ist. verwendet und daher ebenfalls aufwändig ist. Die US 2013 / 0 338 745 A1 beschreibt eine Kontaktierung mittels Mikroschieber. Dies ist aufwändig und kann aufgrund der Fertigungstoleranzen in der Praxis zu einer Instabilität des Kontakts führen. Diese beschreibt zudem eine Kontaktierung mittels Ringelektroden, welche mehrere Hohlräume für die elektrischen Leiter aufweisen. Dieses Verfahren ist aufwändig und nicht sehr flexibel.
Die EP 3 530 314 A1 beschreibt ein Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode, das die folgenden Schritte umfasst:

- Bereitstellen eines Außenelements, welches ein Außenrohr umfasst,
- Bereitstellen eines ersten Innenelements, welches ein erstes Innenrohr mit einem ersten Kern aus einem Opfermaterial umfasst,
- Bereitstellen eines zweiten Innenelements, welches einen zweiten Kern aus einem Opfermaterial umfasst,
- Bilden eines Verbundrohres durch Anordnen des ersten Innenelements und des zweiten Innenelements innerhalb des Außenelements, wobei das erste Innenelement und das zweite Innenelement exzentrisch zueinander angeordnet sind,
- Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres,
- Abtrennen einer Verbundrohrscheibe von dem Verbundrohr,
- Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns, und
- Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns, um eine Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode zu erhalten.

In herkömmlichen Verfahren ist es oftmals nicht möglich, insbesondere kleine Strukturen von Leitern und Elektroden mit einer stoffschlüssigen Verbindung, z.B. einer Schweißverbindung, zu verbinden, ohne die Kunststoffisolierung des Leiters stark zu beschädigen. Bei einer herkömmlichen Schweißverbindung an dem Ende der Elektrode ist die Verbindung anfällig für Ermüdungsbruch. Ringelektroden mit einer innen liegenden Kontaktierungsöffnung zur Verbindung mit einem Leiter haben den Vorteil, dass die Verbindung zwischen der Elektrode und dem Leiter gegen Einflüsse von außen besser geschützt ist. Jedoch ist es mit herkömmlichen Verfahren schwierig, den Leiter und die Elektrode von außen miteinander stabil zu verschweißen, da die genaue Positionierung des Leiters in der innen liegenden Kontaktierungsöffnung von außen nur eingeschränkt oder überhaupt nicht sichtbar ist.
BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eines oder mehrere der oben geschilderten und weitere Probleme des Stands der Technik zu lösen. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung eine einfache und kostengünstige Herstellung von Ringelektroden mit mehreren Öffnungen. Weiterhin liefert die vorliegende Erfindung Ringelektroden mit einer innen liegenden Kontaktierungsöffnung, welche leicht und sicher von außen mit einem Leiterelement verschweißt werden können, ohne die Ringelektrode zu beschädigen.
Diese Aufgaben werden gelöst durch die hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen, insbesondere denjenigen, die in den Patentansprüchen beschrieben sind.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben.

1. Ringelektrode zur elektrischen Stimulation und/oder Detektion am menschlichen Körper, umfassend eine Außenwand und ein direkt damit verbundenes Kontaktelement, welches exzentrisch innerhalb der Außenwand angeordnet ist, wobei die Außenwand ein erstes Material umfasst, und das Kontaktelement ein zweites Material umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material, wobei die Außenwand eine Durchgangsöffnung umfasst, und wobei das Kontaktelement eine Kontaktierungsöffnung zur Verbindung mit einem Leiterelement umfasst, wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials beträgt.
2. Ringelektrode nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das zweite Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Cu, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Ni, MP35N, 316L, 301, 304 und einem Aktivlot.
3. Ringelektrode nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, wobei das erste Material ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35N, 316L, 301 und 304.
4. Ringelektrode nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, weiterhin umfassend eine Diffusionsbarriere zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material.
5. Elektrodensystem, umfassend eine Ringelektrode nach einer der vorangehenden Ausführungsformen, und ein Leiterelement, wobei das Leiterelement innerhalb der Kontaktierungsöffnung angeordnet und mit dem Kontaktelement stoffschlüssig verbunden ist, und bevorzugt mit diesem legiert ist.
6. Verfahren zur Verbindung einer Ringelektrode nach einem der Ausführungsformen 1 bis 6 mit einem Leiterelement, umfassend die folgenden Schritte:
- (i) In Kontakt bringen der Ringelektrode mit dem Leiterelement, wobei das Leiterelement zumindest teilweise innerhalb der Kontaktierungsöffnung angeordnet wird,
- (ii) Erwärmen des Kontaktelements, und dadurch Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Material und dem Leiterelement, wobei das Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung bevorzugt die Ausbildung einer Legierung umfasst.
7. Verfahren nach Ausführungsform 6, wobei das Erwärmen des Kontaktelements durch Erwärmen der Außenseite der Außenwand erfolgt.
8. Verfahren nach Ausführungsform 6 oder 7, wobei das Erwärmen des Kontaktelements mittels Induktionsheizen oder lokalem Wärmeeintrag durch einen Laserstrahl oder Widerstandschweißen erfolgt.
9. Verfahren nach einer der Ausführungsformen 6 bis 8, weiterhin umfassend Verpressen des Leiterelements innerhalb der Kontaktierungsöffnung, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Leiterelement und dem Kontaktelement herzustellen.
10. Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode, umfassend die folgenden Schritte:
1. (a) Bereitstellen eines Außenelements, welches ein Außenrohr aus einem ersten Material umfasst,
2. (b) Bereitstellen eines ersten Innenelements, welches ein erstes Innenrohr und einen ersten Kern aus einem Opfermaterial umfasst,
3. (c) Bereitstellen eines zweiten Innenelements, welches ein zweites Innenrohr aus einem zweiten Material und einen zweiten Kern aus einem Opfermaterial umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material, wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials beträgt,
4. (d) Bilden eines Verbundrohres durch Anordnen des ersten Innenelements und des zweiten Innenelements innerhalb des Außenelements, wobei das erste Innenelement und das zweite Innenelement exzentrisch zueinander angeordnet sind,
5. (e) Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres,
6. (f) Abtrennen einer Verbundrohrscheibe von dem Verbundrohr,
7. (g) Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns, und
8. (h) Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns, um eine Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode zu erhalten.
11. Vorstufe für eine Ringelektrode, umfassend ein Außenelement und ein Innenelement, welches exzentrisch innerhalb des Außenelements angeordnet und direkt mit diesem verbunden ist, wobei das Außenelement ein Außenrohr aus einem ersten Material umfasst, und das Innenelement ein Innenrohr aus einem zweiten Material umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material, wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials beträgt.
12. Vorstufe für eine Ringelektrode nach Ausführungsform 11, wobei das Innenrohr einen Kern aus einem Opfermaterial umgibt, und das Außenelement einen weiteren Kern aus einem Opfermaterial umgibt.
13. Vorstufe für eine Ringelektrode nach Ausführungsform 11 oder 12, weiterhin umfassend ein weiteres Innenelement, welches ein weiteres Innenrohr und gegebenenfalls einen weiteren Kern innerhalb des weiteren Innenrohrs umfasst.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich und in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung auch unabhängig von ihrer Zusammensetzung in den einzelnen Ansprüchen oder deren Rückbezügen. In den Figuren stehen gleiche Bezugszeichen für gleiche oder ähnliche Objekte.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine Ringelektrode.
2 zeigt eine Aufsicht auf eine Ringelektrode, die eine Diffusionsbarriere umfasst.
3 zeigt die Verbindung eines Leiterelements mit einer Ringelektrode mithilfe eines thermischen Verfahrens.
4 zeigt eine Vorstufe für eine hierin beschriebene Ringelektrode, welche einen entfernbaren Kern umfasst.
5 zeigt eine Ringelektrode, die aus der in 4 gezeigten Vorstufe herstellbar ist.
6 zeigt ein Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Zu den hierin beschriebenen Ausführungsformen, deren Elemente ein bestimmtes Merkmal (z.B. ein Material) „aufweisen“, oder „umfassen“ wird grundsätzlich immer eine weitere Ausführungsform erwogen, in denen das betreffende Element allein aus dem Merkmal besteht, d.h. keine weiteren Bestandteile umfasst. Das Wort „umfassen“ oder „umfassend“ wird hierin synonym mit dem Wort „aufweisen“ oder „aufweisend“ verwendet.
Wenn in einer Ausführungsform ein Element mit dem Singular bezeichnet ist, wird ebenfalls eine Ausführungsform erwogen, bei denen mehrere dieser Elemente vorhanden sind. Die Verwendung eines Begriffs für ein Element im Plural umfasst grundsätzlich auch eine Ausführungsform, in welchem nur ein einzelnes entsprechendes Element enthalten ist.
Soweit nicht anders angegeben oder aus dem Zusammenhang eindeutig ausgeschlossen, ist es grundsätzlich möglich und wird hiermit eindeutig in Betracht gezogen, dass Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen auch in den anderen hierin beschriebenen Ausführungsformen vorhanden sein können. Ebenso wird grundsätzlich erwogen, dass alle Merkmale, die hierin in Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben werden, auch für die hierin beschriebenen Erzeugnisse und Vorrichtungen anwendbar sind, und umgekehrt. Lediglich aus Gründen der knapperen Darstellung werden alle diese erwogenen Kombinationen nicht in allen Fällen explizit aufgeführt. Auch technische Lösungen, die zu den hierin beschriebenen Merkmalen bekanntermaßen gleichwertig sind, sollen grundsätzlich vom Umfang der Erfindung umfasst sein.
RINGELEKTRODE
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Ringelektrode zur elektrischen Stimulation und/oder Detektion am menschlichen Körper, umfassend eine Außenwand und ein direkt damit verbundenes Kontaktelement, welches exzentrisch innerhalb der Außenwand angeordnet ist, wobei die Außenwand ein erstes Material umfasst, und das Kontaktelement ein zweites Material umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material, wobei die Außenwand eine Durchgangsöffnung umfasst, und wobei das Kontaktelement eine Kontaktierungsöffnung zur Verbindung mit einem Leiterelement umfasst.
Das Kontaktelement kann beispielsweise ein im Wesentlichen zylindrisches Rohr sein. In einer Ausführungsform hat das Kontaktelement eine gleichmäßige Wandstärke. Die Wandstärke des Kontaktelements kann beispielsweise mindestens 1 µm, mindestens 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 400 oder 500 µm betragen. In einer Ausführungsform besteht das Kontaktelement ausschließlich aus einem einzigen Material, dem zweiten Material. In einer Ausführungsform besteht das Kontaktelement ausschließlich aus dem ersten Material, welches auch in der Außenwand enthalten ist, und dem zweiten Material. In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement frei von Blei, Zinn, Wismut und/oder Silber. In einer Ausführungsform besteht das Kontaktelement aus zwei oder mehr Rohren, die zu einem Verbundrohr gezogen worden sind. In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement frei von Lötzinn und vergleichbaren Lotmaterialien. In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement ausgestaltet, um mit einem Leiterelement verschweißt zu werden. In einer Ausführungsform besteht die Innenseite des Kontaktelements vollständig aus dem zweiten Material.
Die Außenwand der Ringelektrode ist bevorzugt dazu eingerichtet, ein elektrisches Signal aufzunehmen oder abzugeben. Vorteilhafterweise ist die Außenwand aus einem elektrisch leitfähigen und biokompatiblen ersten Material gebildet, beispielsweise Platin oder eine Platinlegierung, wie zum Beispiel Ptlr10 oder Ptlr20. Die Außenwand umfasst eine Durchgangsöffnung, die bevorzugt zur Aufnahme eines Kabels eingerichtet ist, wobei das Kabel bevorzugt mehrere elektrische Leiter, hierin als Leiterelemente bezeichnet, umfasst. Die einzelnen Leiterelemente können eine elektrische Isolierung auf ihrer Außenseite umfassen. Die Ringelektrode umfasst ein Kontaktelement, welches mechanisch und elektrisch leitend mit der Außenwand verbunden ist. Das Kontaktelement ist bevorzugt rohrförmig und umfasst ein zweites Material, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material aufweist.
Die Schmelztemperatur, auch als Schmelzpunkt bezeichnet, eines Materials kann entweder aus der Literatur bezogen, oder mit einfachen Versuchen bestimmt werden. Der Schmelzpunkt kann mithilfe von DSC-Kalorimetrie bestimmt werden. Ein geeignetes Gerät zur Bestimmung ist das DSC 204 F1 Phoenix von Nietzsch, Selb, Deutschland.
Die hierin beschriebene Schmelztemperatur wird hierin auch als Schmelzpunkt bezeichnet, und bezieht sich auf die in Kelvin gemessene absolute Schmelztemperatur.
In einigen Ausführungsformen beträgt der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials.
Hat das zweite Material beispielsweise einen Schmelzpunkt von 1000 K, so beträgt das 1,5-fache der Schmelztemperatur in diesem Fall 1000 * 1,5 = 1500 K. Demnach könnte in einem Beispiel das zweite Material einen Schmelzpunkt von 1000 K aufweisen, und das erste Material einen Schmelzpunkt von 1500 K aufweisen.
Geeignete Materialien für das erste Material sind insbesondere Metalle und Legierungen. Besonders bevorzugt sind biokompatible Metalle oder Legierungen. Das erste Material kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35N, 316L, 301 und 304.
Geeignete Materialien für das zweite Material sind insbesondere Metalle und Legierungen. Das zweite Material kann beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Pt, Cu, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Ni, MP35N, 316L, 301, 304 und einem Aktivlot.
Beispiele für Gruppen geeigneter Aktivlote sind beispielsweise Silber-Titan-Lote, Silber-Kupfer-Titan-Lote und Silber-Kupfer-Indium-Titan-Lote. In einer Ausführungsform ist das Aktivlot AgTi4 oder AgCuTi3. Weitere Beispiele für Aktivlote sind 96Au4Ti, 98Au2Ti, 50Ti50Ni, 96.4Au3Ni1Ti, 92.75Cu2Al3Si2.25Ti, 67Ti33Ni, 96Ag4Ti, 70Ti15Cu15Ni, 98.4Ag1In0.6Ti, 60Ti25Ni15Cu, 92.75Ag5Cu1Al1.25Ti, 68.8Ag26.7Cu4.5Ti, 63Ag35.25Cu1.75Ti, 63Ag34.25Cu1.75Ti1Sn, 60.3Ag23Cu14.7In2Ti, 59Ag27.25Cu12.5In1.25Ti, 43.6Ag29.1Cu24.3In3Ti, und 96.4Au3Ni0.6Ti.
In einer Ausführungsform hat das zweite Material einen Schmelzpunkt von mehr als 250 °C, mehr als 300 °C, 400 °C, 500 °C, 600 °C, 700 °C, 800 °C, 900 °C oder mehr als 1000 °C. In einer Ausführungsform besitzt das zweite Material eine Härte von mindestens 50 HV. In einer Ausführungsform besitzt das zweite Material eine Zugfestigkeit von mindestens 200 MPa. In einer Ausführungsform besitzt das zweite Material einen Elastizitätsmodul von mindestens 100 GPa. In einer Ausführungsform ist das zweite Material stoffschlüssig mit der Außenwand verbunden. In einer Ausführungsform ist das zweite Material frei von Blei, Zinn, Wismut und/oder Silber. In einer Ausführungsform ist das zweite Material frei von Platin. In einer Ausführungsform ist das zweite Material frei von Blei, Zinn, Wismut, Platin und/oder Silber. In einer Ausführungsform ist das Diffusionsmittel kein Lötzinn oder vergleichbares Lotmaterial.
In einer Ausführungsform umfasst die Ringelektrode eine Diffusionsbarriere, die zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material angeordnet ist. Eine Diffusionsbarriere ist eine Schicht aus einem Material, welches die Diffusion des zweiten Materials in das erste Material und/oder die Diffusion des ersten Materials in das zweite Material vollständig oder teilweise verhindert. Die Diffusionsbarriere umfasst bevorzugt ein Material, das sich von dem ersten Material und/oder dem zweiten Material unterscheidet. Beispielsweise kann das erste Material eine Platin-Iridium-Legierung sein, das zweite Material kann Gold umfassen, und die Diffusionsbarriere kann Nickel umfassen. Das Material, aus dem die Diffusionsbarriere gebildet ist, kann beispielsweise einen höheren Schmelzpunkt als das zweite Material aufweisen. Insbesondere kann eine solche Diffusionsbarriere nützlich sein, um die Diffusion des zweiten Materials in das erste Material zu verhindern oder zu vermindern, wenn das zweite Material zur Verbindung mit einem Leiterelement erwärmt wird, wie nachfolgend ausführlicher dargestellt.
Aufgrund des niedrigen Schmelzpunkts des zweiten Materials kann ein Leiterelement mit dem Kontaktelement mithilfe eines thermischen Verfahrens verbunden werden, ohne das erste Material der Außenwand zu beeinträchtigen. Das thermische Verfahren ist bevorzugt ein Schweißverfahren, beispielsweise Laserschweißen oder Widerstandsschweißen.
Im Folgenden werden einige mögliche Abmessungen der Ringelektrode genannt. Die einzelnen Abmessungen sind unabhängig voneinander zu verstehen und bilden nicht zwingend eine gemeinsame Ausführungsform, dies ist aber möglich. Ein Außendurchmesser der Ringelektrode und damit ein Außendurchmesser des Außenelements und des Außenrohrs kann zwischen 1 und 3 mm liegen, vorzugsweise zwischen 1,3 und 2,5 mm und weiter bevorzugt zwischen 1,5 und 2,0 mm. Ein Innendurchmesser des ersten Innenelements und damit ein Innendurchmesser des ersten Innenrohrs kann zwischen 0,9 und 2,9 mm liegen, vorzugsweise zwischen 1,2 und 2,4 mm und weiter bevorzugt zwischen 1,4 und 1,9 mm. Ein Innendurchmesser der Kontaktierungsöffnung und damit ein Außendurchmesser des zweiten Kerns kann zwischen 0,10 und 0,30 mm liegen, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,25 mm und weiter bevorzugt zwischen 0,17 und 0,20 mm.
Dadurch, dass es möglich ist, nahezu unabhängig von den Bemaßungen der hierin beschriebenen Ringelektrode selektiv nur das zweite Material zu schmelzen und/oder zu aktivieren, können besonders kleine Ringelektroden hergestellt werden, die beispielsweise eine besonders kleine Wandstärke der Außenwand, einen kleinen Innendurchmesser der Durchgangsöffnung, und/oder einen besonders kleinen Außendurchmesser der Außenwand aufweisen. In einer Ausführungsform beträgt der Außendurchmesser des Außenrohrs 0,3 bis 3,0 mm, bevorzugt 0,5 bis 2 mm. In einer Ausführungsform beträgt der Innendurchmesser des zweiten Innenrohrs 0,02 bis 0,3 mm, bevorzugt 0,04 bis 0,2 mm. In einer Ausführungsform beträgt die Länge der Ringelektrode 0,05 bis 5 mm, bevorzugt 0,1 bis 3 mm. In einer Ausführungsform beträgt die Wandstärke der Ringelektrode 0,005 bis 0,2 mm, bevorzugt 0,01 bis 0,1 mm. Beispielsweise kann der Innendurchmesser der Durchgangsöffnung 0,02 bis 0,30 mm, bevorzugt 0,04 bis 0,20 mm betragen. Beispielsweise kann der Außendurchmesser der Außenwand 0,3 bis 3,0 mm, bevorzugt 0,5 bis 2,0 mm betragen.
Wie nachfolgend hierin beschrieben, kann eine solche Ringelektrode mithilfe eines Ziehverfahrens aus einer Vorstufe hergestellt werden, beispielsweise aus einem Verbundrohr, welches ein Außenelement und ein oder mehrere Innenelemente umfasst. Das Außenelement kann ein Außenrohr umfassen. Die Innenelemente können jeweils ein Innenrohr und/oder einen entfernbaren Kern umfassen, wie nachfolgend näher erläutert. In einer Ausführungsform weist eine aus einer solchen Vorstufe hergestellte Ringelektrode in einem Querschnitt gesehen eine Grenzlinie bzw. Grenzfläche, Schnittstelle oder „Naht“ zwischen dem Außenelement und dem ersten Innenelement auf. Das kann so verstanden werden, dass das Außenelement und das erste Innenelement nicht vollständig homogen und kontinuierlich ineinander übergehen und miteinander verschmelzen, sondern unter dem Mikroskop die beiden Elemente noch als ursprünglich unterschiedliche Komponenten erkennbar sind.
In einer Ausführungsform steht das zweite Material an mindestens zwei gegenüberliegenden Flächen in direkter Verbindung mit einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise dem erste Material. In einer Ausführungsform sind alle festen Materialien, die mit dem zweiten Material unmittelbar verbunden sind, elektrisch leitfähig. In einer Ausführungsform sind alle festen Materialien, die mit dem zweiten Material unmittelbar verbunden sind, Metalle oder Legierungen. In einer Ausführungsform verbindet das zweite Material mehrere elektrisch leitfähige Schichten miteinander. In einer Ausführungsform steht das zweite Material nicht in direkter Verbindung mit einem festen elektrisch isolierenden Material.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Mikroelektrode oder ein Mikroelektrodenarray, das eine hierin beschriebene Ringelektrode umfasst.
Die hierin beschriebenen Ringelektroden und deren Vorstufen müssen nicht notwendigerweise einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt der Ringelektroden kann beispielsweise oval oder elliptisch sein. Die Außenfläche und die Innenfläche der Ringelektrode im Bereich der großen Durchgangsöffnung müssen nicht notwendigerweise parallel sein. Beispielsweise kann der Querschnitt der Außenfläche kreisrund sein, und der Querschnitt der Innenfläche kann elliptisch sein. Auch eine eckige Form des Querschnitts ist grundsätzlich möglich.
Gleiches gilt für die eingesetzten Außenelemente, Innenelemente, und deren Bestandteile.
Weiterhin wird ein Elektrodensystem beschrieben, welches eine hierin beschriebene Ringelektrode und ein Leiterelement umfasst, wobei das Leiterelement innerhalb der Kontaktierungsöffnung angeordnet und mit dem Kontaktelement stoffschlüssig verbunden ist. In einer Ausführungsform ist das Leiterelement mit dem Kontaktelement formschlüssig und stoffschlüssig verbunden. In einer Ausführungsform ist das Leiterelement mit dem Kontaktelement legiert, d. h. das zweite Material hat beispielsweise durch Verschmelzen oder einen Diffusionsprozess mit einem Material des Leiterelements eine Legierung ausgebildet. In einer Ausführungsform ist das Leiterelement mit dem Kontaktelement verschweißt. In einer Ausführungsform das Leiterelement mit dem Kontaktelement verschmolzen. In einer Ausführungsform ist das Kontaktelement mit dem Leiterelement durch eine Verflüssigung des Kontaktelements und des Leiterelements verbunden. Das Leiterelement kann durch Schweißen, insbesondere Laserschweißen oder Widerstandsschweißen, Löten, Crimpen oder ähnliches mit der Kontaktierungsöffnung bzw. dem Befestigungselement der Ringelektrode verbunden werden. Auf diese Weise wird eine besonders sichere und einfache Befestigung des Leiterelements an der Ringelektrode erreicht. In einer Ausführungsform ist das Leiterelement kraftschlüssig und stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen und Crimpen, mit der Kontaktierungsöffnung verbunden.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, eine hierin beschriebene Ringelektrode oder ein hierin beschriebenes Elektrodensystem, welche beispielsweise nach den hier beschriebenen Herstellungsverfahren herstellbar sind, in einem Stimulator, beispielsweise Herzschrittmacher oder zur Neurostimulation, zu verwenden. Die Erfindung kann als Stimulations- oder Messelektrode für Herzschrittmacherelektroden eingesetzt werden, insbesondere für ventrikuläre, Vorhof - und linksventrikuläre Zuleitungen. Die Erfindung kann auch zur Neurostimulation, zum Beispiel bei einer Rückenmarkstimulation, Magenstimulation, peripheren Nervenstimulation, oder einer Tiefenhirnstimulation eingesetzt werden. Des Weiteren ist ein Einsatz auf Kathetern zum Beispiel bei Elektrophysiologieanwendungen möglich, wie zum Beispiel für eine Ablation, Herzstrommessung oder ähnliches. Natürlich sind auch weitere Einsatzmöglichkeiten möglich.
Beispiele für erfindungsgemäße Katheter sind solche, die für die elektrophysiologische Kartierung (Mapping) oder die Ablation von Gewebe eingerichtet sind. In einer Ausführungsform ist die Ringelektrode eingerichtet und/oder dazu bestimmt, mit einem Generator einer aktiven implantierbaren Vorrichtung verbunden zu sein. Eine Ringelektrode der Erfindung kann auch in einem Stimulator, d.h. einem medizintechnischen Gerät zur Aufnahme eines elektrischen Signals verwendet werden. Ein Stimulator ist ein medizintechnisches Gerät, das durch Abgabe eines elektrischen Signals an den Körper eines Lebewesens eine physiologische Wirkung erzielen kann. Beispielsweise kann ein Neurostimulator durch Abgabe eines elektrischen Signals an eine Nervenzelle ein elektrisches Signal in der Nervenzelle (z.B. ein Aktionspotential) bewirken.
Weiterhin beschrieben wird die Verwendung eines niedrigschmelzenden Materials in einer Ringelektrode, die ein höher schmelzendes Material aufweist, um ein Leiterelement mit der Ringelektrode mittels Erwärmung zu verbinden.
VERBINDUNG EINES LEITERELEMENTS MIT DER RINGELEKTRODE
Weiterhin beschrieben wird ein Verfahren zur Verbindung einer hierin beschriebenen Ringelektrode mit einem Leiterelement, umfassend die folgenden Schritte:

In Kontakt bringen der Ringelektrode mit dem Leiterelement, wobei das Leiterelement zumindest teilweise innerhalb der Kontaktierungsöffnung angeordnet wird,
Erwärmen des Kontaktelements, und dadurch Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Material und dem Leiterelements. Bevorzugt umfasst das Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung die Ausbildung einer Legierung zwischen dem zweiten Material des Kontaktelements und einem Material des Leiterelements. Bevorzugt erfolgt die Erwärmung des Kontaktelements durch Erwärmung der Außenwand. Beispielsweise kann die Außenwand der Ringelektrode in räumlicher Nähe zum Kontaktelement mithilfe eines Lasers oder eines Widerstandsschweißgeräts erwärmt werden. Dabei wird die Wärme von der Außenseite der Ringelektrode an das innenliegende Kontaktelement abgegeben. Bevorzugt umfassen die Außenwand und das Kontaktelement jeweils Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Durch Erwärmung des zweiten Materials auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des ersten Materials, bevorzugt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des zweiten Materials, kann ein Leiterelement innerhalb der Kontaktierungsöffnung mit der Ringelektrode 10 verbunden werden.
Bevorzugt wird das Kontaktelement auf eine Temperatur erwärmt, die zwischen dem Schmelzpunkt des zweiten Materials und dem Schmelzpunkt des ersten Materials liegt.
Das Leiterelement kann mithilfe eines thermischen Verfahrens mit der Kontaktierungsöffnung verbunden werden. Beispiele eines thermischen Verfahrens sind Schweißverfahren wie Laserschweißen oder Widerstandsschweißen. Ein weiteres thermisches Verfahren ist das Diffusionsbonden. Unter Diffusionsbonden (englisch „diffusion bonding“) ist in der Regel ein Prozess zu verstehen, bei dem zwei ansonsten schwer mit einander in Verbindung zubringende Körper aus unterschiedlichen Materialien zu einer stabilen Verbindung gebracht werden. Hierbei werden unter geeigneten Temperatur- und Druckverhältnissen zwei unterschiedliche Materialien in Kontakt gebracht und für eine bestimmte Zeit unter diesen Bedingungen gehalten. Unter diesen gegenüber Normalbedingungen meist erhöhten Temperaturen und Drücken auf die Verbindungsfläche der beiden Materialien, findet ein Stofftransport zwischen den beiden Körpern statt, der eine sehr stabile Verbindung zwischen den beiden Körpern herstellen kann. Eine solche Verbindung ist hierin auch in dem Begriff „stoffschlüssige Verbindung“ mit umfasst.
Beim Verbinden durch Diffusionsbonden können das zweite Material und das Leiterelement beispielsweise auf mindestens 50%, bevorzugt mindestens 60% oder mindestens 65% der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt werden. Das Verbundrohr wird beispielsweise auf 50 bis 80 %, 60 bis 70 % oder 65 bis 70 % der Schmelztemperatur des zweiten Materials erwärmt.
Die Wahl der Temperatur kann auch abhängig von der Wahl der Materialien des Leiterelements und der Ringelektrode erfolgen, insbesondere des Kontaktelements. In einer Ausführungsform wird eine Temperatur gewählt, die etwa 50 - 90 % Materials des Leiterelements entspricht. Diese Temperatur kann für die erfindungsgemäßen Materialien beispielsweise zwischen 100 °C und 3000 °C, bevorzugt zwischen 500 °C und 2700 °C, besonders bevorzugt zwischen 700 °C und 2500 °C liegen.
In einer Ausführungsform umfasst die Verbindung der Ringelektrode mit dem Leiterelement das Verpressen des Leiterelements innerhalb der Kontaktierungsöffnung, um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Leiterelement und dem Kontaktelement herzustellen. Beispielsweise kann das Verpressen durch Crimpen, Swagen (Gesenkschmieden) oder Zusammendrücken des Kontaktelements mit einer Zange durchgeführt werden. In einer Ausführungsform wird das Leiterelement zuerst innerhalb der Kontaktierungsöffnung verpresst, und anschließend innerhalb der Kontaktierungsöffnung verschweißt.
HERSTELLUNGSVERFAHREN
Weiterhin beschrieben wird ein Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode, umfassend die folgenden Schritte:

a) Bereitstellen eines Außenelements, welches ein Außenrohr aus einem ersten Material umfasst,
b) Bereitstellen eines ersten Innenelements, welches ein erstes Innenrohr und einen ersten Kern aus einem Opfermaterial umfasst,
c) Bereitstellen eines zweiten Innenelements, welches ein zweites Innenrohr aus einem zweiten Material und einen zweiten Kern aus einem Opfermaterial umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material,
d) Bilden eines Verbundrohres durch Anordnen des ersten Innenelements und des zweiten Innenelements innerhalb des Außenelements, wobei das erste Innenelement und das zweite Innenelement exzentrisch zueinander angeordnet sind,
e) Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres,
f) Abtrennen einer Verbundrohrscheibe von dem Verbundrohr,
g) Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns, und
h) Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns, um eine Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode zu erhalten.

Die Schritte des Verfahrens können in der oben angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, oder in einer anderen Reihenfolge durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform weisen ein Material des Außenelements und ein Material das ersten Innenelements einen ähnlichen Verformungsgrad und/oder eine zueinander ähnliche Mikrostruktur und/oder eine ähnliche Härte auf. Beispielsweise können das Material des Außenrohrs und das Material des ersten Innenrohrs eine zueinander ähnliche Mikrostruktur aufweisen. Dies bedeutet beispielsweise, dass jeweils die Kristallkörner eines Metalls bei beiden Materialien eine ähnliche Größe und/oder Form aufweisen.
Unter Verformungsgrad oder Umformgrad kann das logarithmische Verhältnis aus der Länge einer Probe nach der Verformung zu einer Länge der Probe vor der Verformung verstanden werden.
Wenn eine innere Komponente, z.B. das erste Innenrohr, eine gleiche oder höhere Vickers-Härte im Vergleich zu einer daran angrenzenden äußere Komponente, z.B. dem Außenrohr, aufweist, kann dies die Stabilität der hergestellten Ringelektrode verbessern. Insbesondere kann eine Delamination von Außenrohr und erstem Innenrohr verhindert oder verringert werden.
In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis C:D von 0,8 bis 1,0; bevorzugt von 0,9 bis 1,0; von 0,95 bis 1,0 oder von 0,99 bis 1,0, wobei C die Härte des Materials des Außenrohrs, und D die Härte des Materials des Innenrohrs ist. Die Härte nach Vickers kann gemäß den hierin nachfolgend beschriebenen Testverfahren ermittelt werden.
In einer Ausführungsform geschieht das Ziehen des Verbundrohres mit einem Verformungsgrad zwischen 3 und 30 % pro einzelnem Zug und vorzugsweise mit einem Verformungsgrad zwischen 3 und 20 % pro einzelnem Zug. Im Gesamtverbund nach mehreren oder allen Zügen kann der Verformungsgrad zwischen 50 und nahezu 100% liegen.
In einer Ausführungsform wird das Außenrohr und/oder eines oder sämtliche der Innenrohre vor dem Ziehen weichgeglüht, um ein Fließen der Einzelrohre in Freiräume zwischen den Einzelrohren zu begünstigen.
Das Außenrohr, das erste Innenrohr, und/oder ggf. das zweite Innenrohr können jeweils ein Metall umfassen, beispielsweise ein Edelmetall oder ein Nicht-Edelmetall. Beispiele für bevorzugte Metalle sind Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35, 316L, 301, 304, sowie Legierungen dieser Metalle und mehrschichtige Materialsysteme.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr eines oder mehrere der Metalle Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, MP35N oder eine Mischung bzw. Legierung davon. In einigen Ausführungsformen umfasst das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr die Legierungen MP35, Ptlr10, Ptlr20, 316L, 301 oder Nitinol. Das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr kann auch mehrschichtige Materialsysteme umfassen. Bevorzugt umfasst das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr MP35, Au, Ta, Pt, Ir, Pd oder Ti. In einigen Ausführungsformen enthält das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr weniger als 3%, 2%, oder weniger als 1% Fe.
MP35 ist eine härtbare Legierung auf Nickel-Kobalt-Basis. Eine Variante von MP35 ist beschrieben in der Industrienorm ASTM F562-13. In einer Ausführungsform ist MP35 eine Legierung, die 33 bis 37% Co, 19 bis 21% Cr, 9 bis 11% Mo und 33 bis 37% Ni umfasst.
PtIr10 ist eine Legierung aus 88 bis 92 % Platin und 8 bis 12 % Iridium.
Ptlr20 ist eine Legierung aus 78 bis 82 % Platin und 18 bis 22 % Iridium.
316L ist ein säurebeständiger, CrNiMo-Austenitstahl mit ca. 17% Cr; ca. 12% Ni und mind. 2,0 % Mo. Eine Variante von 316L ist beschrieben in der Industrienorm 10088-2. In einer Ausführungsform ist 316L eine Legierung, die 16,5 bis 18,5% Cr; 2 bis 2,5% Mo und 10 bis 13% Ni umfasst.
301 ist ein Chrom-Nickelstahl mit hoher Korrosionsbeständigkeit. Eine Variante von 301 ist beschrieben in der Industrienorm DIN 1.4310. In einer Ausführungsform ist 301 eine Legierung, die 16 bis 18% Cr, und 6 bis 8% Ni umfasst.
Nitinol ist eine Nickel-Titan-Legierung mit Formgedächtnis mit einer geordnet-kubischen Kristallstruktur und einem Nickelanteil von etwa 55%, wobei der übrige Anteil aus Titan besteht. Nitinol weist gute Eigenschaften in Bezug auf Biokompatibilität und Korrosionsbeständigkeit auf. Soweit nicht anders angegeben, sind hierin alle Prozent-Angaben als Massenprozent (Gewichts%) zu verstehen.
Das Außenrohr, das erste Innenrohr, und/oder ggf. das zweite Innenrohr können jeweils unabhängig voneinander ein oder mehrere der oben genannten Metalle und Legierungen umfassen, oder daraus bestehen. In einer Ausführungsform umfassen das Außenrohr, das erste Innenrohr, und/oder ggf. das zweite Innenrohr dasselbe Metall oder dieselbe Legierung. In diesem Fall ist jedoch vorgesehen, dass jedenfalls dasjenige Innenelement, welches später ein Kontaktierungsöffnung bildet, zusätzlich ein Material mit niedrigerem Schmelzpunkt umfasst. In einer Ausführungsform umfassen das Außenrohr, das erste Innenrohr, und/oder ggf. das zweite Innenrohr jeweils unterschiedliche Materialien, beispielsweise unterschiedliche Metalle oder Legierungen. Beispielsweise können das Außenrohr und das erste Innenrohr jeweils ein Edelmetall umfassen; oder das Außenrohr kann ein Edelmetall umfassen, während das erste Innenrohr ein Nichtedelmetall umfasst. Wenn beispielsweise das Außenrohr und das Innenrohr zumindest an der Kontaktfläche dieser beiden Elemente dasselbe Material umfassen, ist eine besonders feste Verbindung zwischen ihnen erzielbar. In einer Ausführungsform umfasst das erstes Innenrohr und/oder gegebenenfalls das zweite Innenrohr Titan. In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenrohr Titan, und das Opfermaterial in dem ersten Innenrohr umfasst Kupfer. In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenrohr Titan, und das zweite Opfermaterial umfasst Kupfer. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr Platin, und das erste Innenrohr und/oder gegebenenfalls das zweite Innenrohr umfasst Titan. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr Platin, und das erste Innenrohr und/oder gegebenenfalls das zweite Innenrohr umfasst ein Nichtedelmetall.
Ein Vorteil des oben beschriebenen Verfahrens liegt darin, dass die Ringelektrode nicht aus dem Vollen, wie zum Beispiel aus einem Stabmaterial hergestellt werden muss, sondern direkt aus hohlen Rohren hergestellt werden kann. Auf diese Weise kann auf eine zerspanende oder abtragende Bearbeitung der Außendurchmesser der Rohre verzichtet werden und es wird deutlich weniger Edelmetall im Inneren der Ringelektrode eingesetzt und verloren, da die Rohre keinen Edelmetallkern aufweisen, der ausgeräumt werden muss. Damit entfallen nicht nur die Kosten und der Aufwand für die zerspanende Bearbeitung und das Ausräumen, sondern auch die Kosten des Edelmetalls und der Edelmetallverluste.
Die Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode kann zur elektrischen und/oder zur mechanischen Kontaktierung mit einem Leiterelement dienen. Die Kontaktierungsöffnung kann damit als elektrisches Verbindungselement und/oder als mechanisches Befestigungselement für das Leiterelement dienen. Das Leiterelement kann ein Kabel oder ein Draht zur Kontaktierung der Ringelektrode mit einer medizinischen Vorrichtung, wie einem Herzschrittmacher sein.
Das Verbundrohr kann durch Einschieben des ersten Innenelements und des zweiten Innenelements in das Außenelement hergestellt werden. Dabei kann eine definierte Grenzfläche mit zum Beispiel einer definierten Materialbeschaffenheit zwischen dem Außenelement, dem ersten Innenelement und/oder dem zweiten Innenelement hergestellt werden. So kann zum Beispiel eine definierte Materialbeschaffenheit der Grenzfläche der Kontaktierungsöffnung für das Leiterelement geschaffen werden, sodass die Kontaktierung des Leiterelements an der Ringelektrode zum Beispiel durch Crimpen, Klemmen oder Einstecken besonders sicher und reproduzierbar sein kann.
Die exzentrische Anordnung des ersten Innenelements und des zweiten Innenelements zueinander kann so verstanden werden, dass die Mittelpunkte oder Schwerpunkte der beiden Innenelemente im Querschnitt nicht aufeinanderliegen. Das erste Innenelement und das zweite Innenelement sind also nicht konzentrisch angeordnet und bilden daher nicht die Form einer Zielscheibe. Das eine Innenelement kann das andere Innenelement zumindest teilweise überdecken und die beiden Innenelement liegen nebeneinander, sie weisen aber im Querschnitt keinen gemeinsamen Mittelpunkt oder Schwerpunkt auf. Auf diese Weise kann die Kontaktierungsöffnung so gebildet werden, dass sie im Querschnitt gesehen außerhalb des Mittelpunkts der Ringelektrode liegt.
Unter Ziehen oder Durchziehen kann ein Zugdruckumformen verstanden werden, bei dem ein Ausgangsdraht durch eine Ziehdüse, Ziehstein oder Matrize in mehreren Schritten auf einen reduzierten Durchmesser gebracht wird. Beim Ziehen des Verbundrohrs können die Außen- und Innenelemente aufeinander zufließen und Freiräume zwischen sich verkleinern und möglicherweise sogar schließen. Das erste Innenrohr kann zum Beispiel das zweite Innenelement so umfließen, dass das zweite Innenelemente nasenförmig in das erste Innenrohr hineinragt.
Durch das Ziehen kann zumindest teilweise ein Formschluss und/oder ein Kraftschluss zwischen den Einzelkomponenten des Verbundrohres erreicht werden, sodass eine Endgeometrie der Ringelektrode nach dem vorliegenden Herstellungsverfahren beständig ist. Das kann so verstanden werden, dass die Einzelkomponenten des Verbundrohres gegenüber durch gegenseitige mechanische Blockierung und/oder Reibung halten. Durch das Ziehen kann zumindest teilweise auch ein Stoffschluss zum Beispiel durch Kaltverschweißen der Einzelkomponenten des Verbundrohres erreicht werden. Das kann so verstanden werden, dass die Einzelkomponenten des Verbundrohres gegenüber durch chemische bzw. atomare Verbindung halten. In einer Ausführungsform sind die Einzelkomponenten des Verbundrohres nach dem Ziehen vollständig oder im Wesentlichen vollständig miteinander verbunden, sodass ein einheitlicher Materialverbund vorliegt, wobei die einzelnen Schichten gegebenenfalls lediglich noch durch eine Grenzfläche erkennbar sind, wie hierin beschrieben.
In einer Ausführungsform sind das Außenelement und das erste Innenelement konzentrisch zueinander angeordnet. Das kann so verstanden werden, dass die Mittelpunkte oder Schwerpunkte des Außenelements und des ersten Innenelements im Querschnitt aufeinanderliegen. Auf diese Weise kann eine zylindrische Hauptöffnung der Ringelektrode gebildet werden.
In einer Ausführungsform ist der Durchmesser des ersten Innenelements größer als der Durchmesser des zweiten Innenelements. Vorzugsweise ist der Durchmesser des ersten Innenelements mehr als doppelt so groß wie der Durchmesser des Innenelements. Weiter bevorzugt ist der Durchmesser des ersten Innenelements mehr als dreimal so groß wie der Durchmesser des zweiten Innenelements. Auf diese Weise ist die durch das erste Innenelement gebildete Durchgangsöffnung der Ringelektrode deutlich größer als die durch das zweite Innenelement gebildete Kontaktierungsöffnung.
In einer Ausführungsform umfasst das Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns ein Beizen oder Ätzen. In einer Ausführungsform umfasst das Entfernen des Opfermaterials des Opfermaterials des zweiten Kerns ein Beizen oder Ätzen. Das Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns und das Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns kann durch die gleiche oder eine unterschiedliche Art des Beizens oder Ätzens geschehen. Unter Beizen kann die Behandlung der Ringelektrode oder ihrer Komponenten mittels einer Beize verstanden werden. Als Beize können aggressive Chemikalien wie Säuren oder Laugen verwendet werden. Unter Ätzen kann die Abtragung von Material der Ringelektrode oder ihrer Komponenten durch Anwendung eines Ätzmittels verstanden werden. Als Ätzmittel können chemische Stoffe zur Anwendung kommen, die das zu ätzende Material in einer chemischen Reaktion verändern (meistens oxidieren) und so in Lösung bringen. Ätzmittel können Säuren oder starke Oxidantien sein. Das Beizen oder Ätzen kann durch Ultraschall, Wärme und/oder elektrischen Strom unterstützt werden.
In einer Ausführungsform geschieht das Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns mithilfe einer Säure. In einer Ausführungsform geschieht das Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns mithilfe einer Säure. In beiden Fällen kann, muss aber nicht dieselbe Säure verwendet werden. Die Säure kann Salpetersäure, Salzsäure, Wasserstoffperoxid und/oder ähnliches sein.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenelement ein zweites Innenrohr, welches den zweiten Kern umfasst. Das zweite Innenrohr kann beim Ziehen des Verbundrohres in Freiräume zwischen dem Außenrohr und dem ersten Innenrohr fließen. Das zweite Innenrohr und/oder das erste Innenrohr kann weichgeglüht sein, um dieses Fließen zu begünstigen.
In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung. In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenrohr ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung. In einer Ausführungsform umfasst das optionale zweite Innenrohr ein Edelmetall oder eine Edelmetalllegierung. Das Außenrohr, das erste Innenrohr und/oder das zweite Innenrohr können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien sein. Als Edelmetalle können Metalle verstanden werden, deren Redoxpaare ein positives Standardpotential bezüglich der Normal-Wasserstoffelektrode aufweisen. Das Edelmetall kann Platin oder ähnliches sein. Die Edelmetalllegierung kann eine Platin-Iridium-Legierung oder ähnliches sein und insbesondere eine PtIr10- oder Ptlr20-Legierung.
In einer Ausführungsform ist das Opfermaterial des ersten Kerns gegenüber dem Material des ersten Innenrohrs unedler. In einer Ausführungsform ist das Opfermaterial des zweiten Kerns gegenüber dem Material des ersten und/oder zweiten Innenrohrs unedler. Als unedle Metalle oder Nichtedelmetalle können Metalle verstanden werden, deren Redoxpaare ein negatives Standardpotential bezüglich der Normal-Wasserstoffelektrode aufweisen.
In einer Ausführungsform umfasst der erste Kern aus Opfermaterial ein Nichtedelmetall oder eine Nichtedelmetalllegierung. In einer Ausführungsform umfasst der zweite Kern aus Opfermaterial ein Nichtedelmetall oder eine Nichtedelmetalllegierung. Als Nichtedelmetalllegierung kann eine Legierung aus einem oder mehreren Nichtedelmetallen oder unedlen Metallen verstanden werden. Das Opfermaterial des ersten Kerns und das Opfermaterial des zweiten Kerns können aus dem gleichen oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen oder dieses umfassen. Die Nichtedelmetalllegierung kann aus Kupfer, einer Nickel-Kobalt-Basislegierung oder ähnlichem bestehen oder dieses umfassen. Für eine bessere Formstabilität der zur erzeugenden (kleineren) Öffnung kann das Opfermaterial des zweiten Kerns härter als das Opfermaterials des ersten Kerns sein. In einer Ausführungsform ist der erste Kern aus Kupfer. In einer Ausführungsform ist der zweite Kern aus einer Nickel-Kobalt-Basislegierung. Die Nickel-Kobalt-Basislegierung kann MP35N oder MP35NLT sein. In einer Ausführungsform ist das Opfermaterial des ersten Kerns ausgewählt aus Cu, MP35N, Ni, Co, Ti, 316L, 301, 304, Keramik oder Kunststoff. In einer Ausführungsform ist das Opfermaterial des zweiten Kerns ausgewählt aus Cu, MP35N, Ni, Co, Ti, 316L, 301, 304, Keramik oder Kunststoff.
In einer Ausführungsform umfassen das Opfermaterial des ersten Kerns und/oder das Opfermaterial des zweiten Kerns ein Nichtedelmetall, bevorzugt Kupfer. In einer Ausführungsform umfassen das Opfermaterial des ersten Kerns und/oder das Opfermaterial des zweiten Kerns ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Cu, MP35N, Ni, Co, Ti, 316L, 301, 304, Keramik und Kunststoff.
Das Außenelement, sämtliche Innenelemente und/oder sämtliche Opfermaterialien können grundsätzlich unabhängig voneinander unterschiedliche Materialien umfassen. Die Werkstoffpaarungen können beliebig so gewählt werden, dass das Opfermaterial gegenüber dem umgebenden Innenelement leichter entfernt werden kann.
In einer Ausführungsform umfasst das Außenelement ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform umfasst das Außenelement ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung. Beispiele für Edelstahllegierungen sind 316L, 301 und 304. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenelement ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenrohr ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenelement ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung. In einer Ausführungsform umfasst das erste Innenrohr ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenelement ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenrohr ein Material ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenelement ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung. In einer Ausführungsform umfasst das zweite Innenrohr ein Nichtedelmetall, beispielsweise MP35N oder eine Edelstahl-Legierung.
Das Außenrohr und das erste Innenrohr und gegebenenfalls das zweite Innenrohr können jeweils im Wesentlichen aus demselben Material, oder unterschiedlichen Materialien bestehen. Im ersteren Fall ist jedoch vorgesehen, dass jedenfalls dasjenige Innenelement, welches später ein Kontaktierungsöffnung bildet, zusätzlich ein Material mit niedrigerem Schmelzpunkt umfasst. In einer Ausführungsform umfassen das erste Innenrohr und das zweite Innenrohr ein Material, das jeweils unabhängig ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb.
In einer Ausführungsform bestehen das erste Innenrohr und das zweite Innenrohr aus einem Material, das jeweils unabhängig ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb. In einer Ausführungsform bestehen das erste Innenrohr und das zweite Innenrohr aus demselben Material, das jeweils unabhängig ausgewählt aus der Liste bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Au, W, Mo, MP35N, 316L, 301, 304 und Nb. In einer Ausführungsform bestehen das erste Innenrohr und das zweite Innenrohr aus Pt oder einer Pt-haltigen Legierung, beispielsweise PtIr10 oder Ptlr20.
In einer Ausführungsform umfasst das Außenelement ein Edelmetall, und das erste Innenelement und/oder das zweite Innenelement umfasst ein Nichtedelmetall. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr Platin, und das erste Innenrohr und/oder gegebenenfalls das zweite Innenrohr umfasst Titan. In einer Ausführungsform umfasst das Außenrohr Platin, und das erste Innenrohr und/oder gegebenenfalls das zweite Innenrohr umfasst ein Nichtedelmetall.
In einer Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren nach dem Entfernen der Opfermaterialien ein Schneiden des Verbundrohres in Ringe. Das Schneiden kann berührungslos geschehen, zum Beispiel durch Drahterodieren. Zum Schneiden kann das Verbundrohr mit einer Klemmvorrichtung fixiert und zum Beispiel auf einer Leiste befestigt werden.
In einer Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren nach dem Entfernen der Opfermaterialien und entweder vor oder nach dem Schneiden des Verbundrohres in Ringe eine weitere Bearbeitung, die in einem Längsschnitt durch die Ringelektrode gesehen das zweite Innenelement gegenüber dem Außenelement und/oder dem ersten Innenelement in der Länge reduziert, sodass sich das zweite Innenelement in dem Längsschnitt nicht entlang der gesamten Länge des Außenelements und/oder des ersten Innenelements erstreckt. In anderen Worten, das zweite Innenelement bzw. die Kontaktierungsöffnung bildet mindestens eine Stufe in der Ringelektrode. Dies kann durch eine mechanische Bearbeitung und/oder ein Erodierverfahren geschehen.
Nach dem Entfernen der Opfermaterialien kann eine Wärmebehandlung und insbesondere ein Rekristallisationsglühen vorgesehen werden, um zum Beispiel die Duktilität der Ringelektrode zu erhöhen.
Das Außenelement und sämtliche Innenelemente können im Querschnitt beliebige Formen aufweisen und insbesondere kreisrund, oval, elliptisch, halbkreisförmig, aber auch quadratisch, rechteckig, mehreckig und ähnliches sein. Das Außenelement und sämtliche Innenelemente können voneinander unterschiedliche Querschnitte aufweisen. Vorzugsweise sind das Außenelement und sämtliche Innenelemente im Querschnitt kreisrund.
In einer Ausführungsform ist das Außenrohr und/oder eines oder sämtliche der Innenrohre ein Profilrohr. Als Profilrohr kann ein Rohr verstanden werden, welches im Querschnitt eine nicht kreisrunde Form aufweist, wie zum Beispiel eine im Querschnitt quadratische, rechteckige, halbrunde oder bogenförmige Form. In einer Ausführungsform ist das erste Innenrohr ein Profilrohr. Das Innenohr kann dabei größtenteils kreisrund sein, aber an mindestens einer Stelle eine bogenförmige Ausbuchtung aufweisen, die gestaltet ist, um das zweite Innenelement aufzunehmen. Das Profilrohr kann auch an einer weiteren Stelle eine bogenförmige Ausbuchtung für ein weiteres Innenelement aufweisen. Die Ausbuchtung des Profilrohres kann auch trapezförmig sein.
Durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren können beliebige Anzahlen und Anordnungen von Öffnungen in einer Ringelektrode erzeugt werden. Durch das Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns kann eine Durchgangsöffnung in der Ringelektrode erzeugt werden. Durch das Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns kann eine Kontaktierungsöffnung zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung erzeugt werden. Durch das Entfernen eines Opfermaterials eines optionalen dritten Kerns kann eine weitere Öffnung in der Ringelektrode erzeugt werden. In einer Ausführungsform umfasst das Herstellungsverfahren dafür weiterhin die folgenden Schritte:

• Bereitstellen eines dritten Innenelements, welches einen dritten Kern aus einem Opfermaterial umfasst,
• Bilden des Verbundrohres durch Anordnen des dritten Innenelements innerhalb des Außenelements, wobei die ersten, zweiten und dritten Innenelemente exzentrisch zueinander angeordnet sind, und
• Entfernen des Opfermaterials des dritten Kerns.

Das dritte Innenelement kann ein drittes Innenrohr aufweisen, welches ein Material mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material, und den dritten Kern aus Opfermaterial umfasst. Das Opfermaterial des dritten Kerns kann wie oben beschrieben durch Beizen oder Ätzen entfernt werden. Die durch das Entfernen des dritten Kerns geschaffene weitere Öffnung der Ringelektrode kann gegenüber der durch Entfernen des zweiten Kerns geschaffene Kontaktierungsöffnung am Außenumfang des ersten Innenrohrs angeordnet sein. Die durch das Entfernen des ersten Kerns geschaffene Durchgangsöffnung der Ringelektrode kann apfelförmig ausgebildet sein, sodass die Kontaktierungsöffnung und die weitere Öffnung jeweils in den gegenüberliegenden Ausbuchtungen der apfelförmigen Durchgangsöffnung am Außenumfang der Kontaktierungsöffnung angeordnet sein können.
Das Material des dritten Innenrohrs kann eine ähnliche Mikrostruktur besitzen wie das Material des Außenrohrs, das Material des ersten Innenrohrs, und/oder das Material des zweiten Innenrohrs.
In entsprechender Weise können weitere Innenelemente, welche jeweils ein weiteres Innenrohr und einen weiteren Kern aus Opfermaterial umfassen, verwendet werden, um weitere Kontaktierungsöffnungen herzustellen.
In einer Ausführungsform wird durch Ziehen und/oder Erwärmen des Verbundrohrs eine stoffschlüssige Verbindung des Außenelements mit dem ersten Innenelement und gegebenenfalls dem zweiten Innenrohr gebildet.
In einer Ausführungsform werden das Außenelement und das erste Innenelement, und gegebenenfalls das zweite Innenrohr, durch die Erwärmung so verbunden, dass ein Materialverbund mit im wesentlichen gleichförmiger Mikrostruktur gebildet wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin ein erneutes Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres, nachfolgend an die oben beschriebene Erwärmung des Verbundrohrs. Durch das erneute Ziehen können, nachfolgend an die Verbindung des Außenelements mit dem Innenelement, kleiner dimensionierte Ringelektroden hergestellt werden, wie hierin beschrieben.
In einer Ausführungsform umfassen das Außenrohr, das erste Innenrohr und gegebenenfalls das zweite Innenrohr ein Edelmetall.
Weiterhin beschrieben ist eine Ringelektrode, die nach einem hierin beschriebenen Verfahren herstellbar ist.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, eine Ringelektrode bereitzustellen, welche ein Außenelement, ein erstes Innenelement und ein zweites Innenelement umfasst. Das Außenelement umfasst ein Außenrohr, das ein erstes Material umfasst. Das erste Innenelement und das zweite Innenelement sind innerhalb des Außenelements angeordnet. Das erste Innenelement und das zweite Innenelement sind exzentrisch zueinander angeordnet, um ein Verbundrohr zu bilden. Das Außenelement, das erste Innenelement und das zweite Innenelement sind miteinander in eine Längsrichtung des Verbundrohres gezogen worden. Das erste Innenelement weist ein erstes Innenrohr auf, welches einen ersten Hohlraum umgibt, aus dem ein Opfermaterial entfernt wurde. Das zweite Innenelement umgibt einen zweiten Hohlraum, aus dem ein Opfermaterial entfernt wurde und der eine Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode bildet.
Das zweite Innenelement umfasst ein zweites Material, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material besitzt. Die Ringelektrode ist bevorzugt eingerichtet, mithilfe einer Erwärmung des zweiten Materials eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung mit einem Leiterelement herzustellen. Bevorzugt ist die Erwärmung des zweiten Materials eine Erwärmung auf eine Temperatur unterhalb des ersten Materials.
RINGELEKTRODEN-VORSTUFE
Weiterhin beschrieben wird eine Vorstufe zur Herstellung einer Ringelektrode, welche ein Außenelement und ein Innenelement umfasst, welches exzentrisch innerhalb des Außenelements angeordnet und direkt mit diesem verbunden ist, wobei das Außenelement ein Außenrohr aus einem ersten Material umfasst, und das Innenelement ein Innenrohr aus einem zweiten Material umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material.
Das Außenelement umfasst bevorzugt ein rohrförmiges Element, hierin auch als Außenrohr bezeichnet. Das Außenelement umfasst eine Durchgangsöffnung, die bevorzugt zur Aufnahme eines Kabels eingerichtet ist, wobei das Kabel bevorzugt mehrere elektrische Leiter, hierin als Leiterelemente bezeichnet, umfasst. Die einzelnen Leiterelemente können eine elektrische Isolierung auf ihrer Außenseite umfassen. Die Ringelektrode umfasst ein Innenelement, welches mechanisch und elektrisch leitend mit dem Außenelement verbunden ist. Das Innenelement ist bevorzugt rohrförmig und kann ein rohrförmiges Element umfassen, hierin auch als Innenrohr bezeichnet. Das Innenelement umfasst ein zweites Material, welches einen niedrigeren Schmelzpunkt als das erste Material aufweist, In einer Ausführungsform besteht das Innenrohr aus dem zweiten Material.
In einer Ausführungsform umgibt das Innenrohr einen Kern aus einem Opfermaterial, und das Außenelement umgibt einen weiteren Kern aus einem Opfermaterial.
Die Vorstufe kann weiterhin ein weiteres Innenelement umfassen, welches ein weiteres Innenrohr und gegebenenfalls einen weiteren Kern innerhalb des weiteren Innenrohrs umfasst.
Für weitere Einzelheiten der Vorstufe wird auf die Beschreibung des Herstellungsverfahrens hierin verwiesen.
In einer Ausführungsform weisen ein Material des Außenelements und ein Material des ersten Innenelements eine zueinander ähnliche Mikrostruktur auf.
Beispielsweise können das Material des Außenrohrs und das Material des ersten Innenrohrs eine zueinander ähnliche Mikrostruktur aufweisen. Dies bedeutet beispielsweise, dass jeweils die Kristallkörner eines Metalls bei beiden Materialien eine ähnliche Größe und/oder Form aufweisen.
In einer Ausführungsform beträgt das Verhältnis A:B von 0,8 bis 1,2; bevorzugt von 0,9 bis 1,1; von 0,95 bis 1,05 oder von 0,99 bis 1,01, wobei A die mittlere Kristallkorngröße des Außenrohrs ist, und B die mittlere Kristallkorngröße des ersten Innenrohrs ist. Die Korngröße kann mit den hierin nachfolgend beschriebenen Testverfahren ermittelt werden.
In einigen Ausführungsformen beträgt das Verhältnis C:D von 0,8 bis 1,2; bevorzugt von 0,9 bis 1,1; von 0,95 bis 1,05 oder von 0,99 bis 1,01, wobei C die Härte des Materials des Außenrohrs, und D die Härte des Materials des Innenrohrs ist. Die Härte nach Vickers kann gemäß den hierin nachfolgend ja beschriebenen Testverfahren ermittelt werden.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorstufe ein Außenelement, ein erstes Innenelement, und ein zweites Innenelement, wobei das Außenelement ein Außenrohr umfasst, wobei das erste Innenelement ein erstes Innenrohr mit einer Außenseite umfasst, wobei das erste Innenelement und das zweite Innenelement innerhalb des Außenelements angeordnet sind und das erste Innenelement und das zweite Innenelement exzentrisch zueinander angeordnet sind, um ein Verbundrohr zu bilden, wobei das Außenelement ein erstes Material umfasst, und das Innenelement ein zweites Material umfasst, wobei das zweite Material einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material.
TESTVERFAHREN
in Abwesenheit konkret genannter Messbedingungen werden alle Messungen bei Standardbedingungen, d. h. bei einer Temperatur von 298,15 K und einem absoluten Druck von 100 kPa durchgeführt.
HÄRTE
Härte ist der mechanische Widerstand, den ein Werkstoff der mechanischen Eindringung eines anderen Körpers entgegensetzt. Härte kann mittels Mikroindentierung gemessen werden. Hierbei wird ein Diamant-Prüfkörper nach Vickers in die Schicht gedrückt und während der Messung die Kraft-Weg-Kurve aufgezeichnet. Aus dieser Kurve können dann die mechanischen Kennwerte des Prüflings berechnet werden, unter anderem Härte. Die Bestimmung der Härte kann beispielsweise mit dem Gerät Anton Paar MHT-10 Microhardness Tester bestimmt werden. Zu beachten ist, dass die Eindrucktiefe nicht mehr als 10% der Schichtdicke betragen sollte, da ansonsten Eigenschaften des Substrates die Messungen verfälschen können. Die Härte nach Vickers kann nach der Norm DIN EN ISO 6507-4:2018 ermittelt werden.
KORNGRÖßE
Zur Messung der Kristallkorngröße wird mithilfe metallographischer Verfahren ein erster Querschnitt der zu untersuchenden Probe angefertigt. Die Korngröße des 1. Querschnitts wird danach mithilfe eines Lichtmikroskops (Leica DM4000) gemessen. Das Lichtmikroskop wird zur Erstellung eines zweidimensionalen ersten Bilds der Kornstruktur der Probe verwendet. Es wird die Korngröße von 100 Körnern gemessen. Wenn das erste Bild weniger als 100 Körner umfasst, wird ein weiteres Bild erzeugt, indem ein weiterer Querschnitt der Probe erstellt wird. Die durchschnittliche Korngröße wird aus dem arithmetischen Mittelwert der 100 Korngrößen berechnet. Die Korngröße ist definiert als der maximale geradlinige Abstand, der zwischen 2 Punkten auf der Korngrenze gemessen werden kann. Wenn das Korn beispielsweise eine längliche Form aufweist, sollte die Korngröße in der längsten Richtung gemessen werden. Weiterhin kann die Korngrenze eine gewisse Breite aufweisen. Die Breite der Korngrenzen wird bei der Bestimmung der Korngröße nicht einbezogen.
BEISPIELE
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Beispielen weiter verdeutlicht, die jedoch nicht als einschränkend zu verstehen sind. Dem Fachmann wird ersichtlich sein, dass anstelle der hier beschriebenen Merkmale andere äquivalente Mittel in ähnlicher Weise verwendet werden können.
FIGUREN
In den Figuren sind beispielhaft verschiedene Zwischen- und Endprodukte des erfindungsgemäßen Verfahrens und erfindungsgemäße Ringelektroden 10 dargestellt. Die Ringelektrode 10 kann als aktive implantierbare medizinischen Vorrichtung zum Beispiel in einem Herzschrittmacher oder zur Neurostimulation eingesetzt werden. Sie kann zur Signalerfassung und zur Stimulation verwendet werden.
Ein Herstellungsverfahren für die Ringelektrode 10 umfasst hier die folgenden Schritte (nicht notwendigerweise in dieser Reihenfolge):

In einem Schritt S1, Bereitstellen eines Außenelements 11, welches ein Außenrohr 12 umfasst, das ein erstes Material umfasst.
In einem Schritt S2, Bereitstellen eines ersten Innenelements 13, welches ein erstes Innenrohr 14 mit einem ersten Kern 15 aus einem Opfermaterial umfasst.
In einem Schritt S3, Bereitstellen eines zweiten Innenelements 16, welches ein zweites Material umfasst, das einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material, wobei das Innenelement weiterhin einen zweiten Kern 17 aus einem Opfermaterial umfasst.
In einem Schritt S4, Bilden eines Verbundrohres durch Anordnen des ersten Innenelements 13 und des zweiten Innenelements 16 innerhalb des Außenelements 11, wobei das erste Innenelement 13 und das zweite Innenelement 16 exzentrisch zueinander angeordnet sind.
In einem Schritt S5, Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres.
In einem Schritt S6, Abtrennen einer Verbundrohrscheibe von dem Verbundrohr,
In einem Schritt S7, Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns 15, um eine Ringelektrode 10 zu erhalten.
In einem Schritt S8, Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns 17, um eine Kontaktierungsöffnung in der Ringelektrode 10 zu erhalten.

Beispielhafte Zwischenprodukte des oben beschriebenen Verfahren sind nachfolgend in 4 und 6 näher beschrieben.
1 zeigt eine Querschnittszeichnung einer erfindungsgemäßen Ringelektrode 10. Die Ringelektrode 10 umfasst eine rohrförmige Außenwand 111, die aus einem ersten Material 30, hier PtIr10, besteht. Innerhalb der Außenwand 111 ist ein Kontaktelement 116 angeordnet, das ein zweites Material 31 umfasst, hier Gold. Insbesondere die Innenseite des Kontaktelements 116 besteht vollständig aus dem zweiten Material 31. Die Innenseite der Außenwand 111 und die Außenseite des Kontaktelements 116 definieren gemeinsam eine Durchgangsöffnung 50, welche zur Aufnahme eines Kabels eingerichtet ist. Die Innenseite des Kontaktelements 116 definiert eine Kontaktierungsöffnung 70, die zur Aufnahme und elektrisch leitfähigen Verbindung mit einem Leiterelement (in 1 nicht gezeigt) eingerichtet ist. Durch Erwärmung des zweiten Materials auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des ersten Materials, bevorzugt auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts des zweiten Materials, kann ein Leiterelement innerhalb der Kontaktierungsöffnung 70 mit der Ringelektrode 10 verbunden werden.
2 zeigt eine Querschnittszeichnung einer erfindungsgemäßen Ringelektrode 10, die zusätzlich zu den in 1 gezeigten Elementen eine Diffusionsbarriere 40 umfasst, die in diesem Beispiel aus Nickel besteht. Die Außenwand 111 umfasst das erste Material und das zweite Material. Das erste Material ist auf der Außenseite der Außenwand 111 angeordnet. Das zweite Material ist auf der Innenseite der Außenwand 111 angeordnet. Die Diffusionsbarriere ist innerhalb der Außenwand 111 so positioniert, dass sie das erste Material innerhalb der Außenwand und das zweite Material innerhalb der Außenwand voneinander trennt. Die Diffusionsbarriere 40 ist angeordnet und eingerichtet, die Diffusion des zweiten Materials in das erste Material innerhalb der Außenwand 111 ganz oder teilweise zu verhindern, insbesondere wenn das zweite Material erwärmt wird, um eine Verbindung mit einem Leiterelement herzustellen.
3 zeigt eine Querschnittszeichnung einer erfindungsgemäßen Ringelektrode 10, die durch Wärmeeinwirkung von außen mit einem Leiterelement 60 verbunden wird. Das Leiterelement 60 ist in die Kontaktierungsöffnung 70 des Kontaktelements 116 eingeführt. Durch Wärmeeinwirkung auf die Außenwand 111, hier mithilfe eines Laser-Schweißverfahrens, wird das zweite Material 31 über den Schmelzpunkt des zweiten Materials erwärmt, sodass es sich mit dem Leiterelement 60 stoffschlüssig verbindet. Die Temperatur bei diesem Vorgang liegt unterhalb des Schmelzpunkts des ersten Materials 30, sodass die strukturelle Integrität der Außenwand 111 nicht beeinträchtigt wird.
4 zeigt eine Querschnittszeichnung einer Vorstufe zur Herstellung einer Ringelektrode. Die Vorstufe umfasst ein Außenelement 11, welches ein Außenrohr 12 umfasst. Das Außenrohr besteht aus einem ersten Material, hier PtIr10. Innerhalb des Außenelements 11 sind jeweils exzentrisch ein erstes Innenelement 13 und ein zweites Innenelement 16 angeordnet. Das erste Innenelement enthält ein erstes Innenrohr 14, welches einen ersten Kern 15 umgibt. Das zweite Innenelement 16 umfasst ein zweites Innenrohr 18, das einen zweiten Kern 17 umgibt. Das erste Innenrohr und das zweite Innenrohr bestehen hier aus PtIr10. Der erste Kern und der zweite Kern bestehen hier aus Kupfer. Das erste Innenelement 13 umfasst eine Einbuchtung, in welcher das zweite Innenelement 16 teilweise angeordnet ist.
5 zeigt eine Querschnittszeichnung einer Ringelektrode, die aus einer in 4 gezeigten Vorstufe herstellbar ist. Mithilfe eines Ziehverfahrens sind das Außenelement, das erste Innenelement und das zweite Innenelement aus 4 zu einem einstückigen Materialverbund geformt worden. Das Außenrohr 12 ist mit dem ersten Innenrohr 14 unmittelbar verbunden, wobei diese beiden Elemente eine erste Grenzfläche 80 in der Außenwand der Elektrode bilden. Im Bereich der Kontaktierungsöffnung 70 ist das erste Innenrohr 14 unmittelbar mit dem zweiten Innenrohr 18 verbunden, wobei diese beiden Elemente eine zweite Grenzfläche 90 im Bereich der Kontaktierungsöffnung 70 bilden, die sich in Richtung der Mitte bzw. Hauptachse der Ringelektrode erstreckt. Die erste Grenzfläche 80 und die zweite Grenzfläche 90 sind jeweils zwischen dem ersten Material und dem zweiten Material angeordnet.
Die 6a bis 6e zeigen Aufsichten mehrerer Ausführungsformen einer Vorstufe der Ringelektrode 10 nach dem Bilden des Verbundrohres, aber vor dem Ziehen des Verbundrohres. Die Vorstufe der Ringelektrode 10 umfasst ein Außenelement 11, ein erstes Innenelement 13 und ein zweites Innenelement 16.
Insbesondere in der in 6a gezeigten Ausführungsform ist das Außenelement 11 kreisrund und umfasst ein kreisrundes Außenrohr 12. Das erste Innenelement 13 und das zweite Innenelement 16 sind ebenfalls kreisrund und liegen innerhalb des Außenelements 11 und seines Außenrohrs 12. Das erste Innenelement 13 und das zweite Innenelement 16 sind exzentrisch zueinander angeordnet, das heißt die Mittelpunkte der beiden Innenelemente liegen nicht aufeinander. Der Durchmesser des ersten Innenelements 13 ist deutlich größer als der Durchmesser des zweiten Innenelements 16.
Das erste Innenelement 13 weist ein kreisrundes erstes Innenrohr 14 auf, welches einen ebenfalls kreisrunden ersten Hohlraum umgibt, welcher ein erstes Opfermaterial umfasst. Das zweite Innenelement 16 umgibt einen kreisrunden zweiten Hohlraum, welcher ein zweites Opfermaterial umfasst. Das Außenrohr 12 und das erste Innenrohr 13 bestehen hier aus der Legierung Ptlr10. Der erste Kern 15 besteht hier aus Stahl und ist auf der Außenseite vollständig mit Kupfer beschichtet. Der zweite Kern 17 besteht hier aus 316L. Durch das Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns 15 kann in dem nachfolgenden Herstellungsschritt S7 eine Durchgangsöffnung in der Ringelektrode 10 erzeugt werden. Der Schritt S7 kann ein Beizen mit Salzsäure in einem Ultraschallbad bei 80°C sein. Durch das Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns 17 kann in dem nachfolgenden Herstellungsschritt S8 eine Kontaktierungsöffnung zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung erzeugt werden. Der Schritt S8 kann ein Beizen mit FeCl₃ für 15 Minuten in einem Ultraschallbad bei 60°C sein. Die Kontaktierungsöffnung kann als elektrisches Verbindungselement und/oder als mechanisches Befestigungselement für ein Leiterelement dienen, um ein Elektrodensystem aus der Ringelektrode 10 und dem Leiterelement zu bilden.
In der in der 6b gezeigten Ausführungsform umfasst das zweite Innenelement 16 ein zweites Innenrohr 18, welches den zweiten Kern 17 umfasst. Das zweite Innenrohr 18 kann beim Ziehen des Verbundrohres in Freiräume zwischen dem Außenrohr 12 und dem ersten Innenrohr 13 fließen. Das zweite Innenrohr 18 besteht hier aus Kupfer.
In den in den 6c bis 6e gezeigten Ausführungsformen ist das erste Innenrohr 13 ein Profilrohr. Das Innenrohr 13 ist größtenteils kreisrund, hat aber in den in den 2c und 2e gezeigten Ausführungsformen an einer Stelle eine bogenförmige (2c) bzw. trapezförmig (2e) Ausbuchtung, um das zweite Innenelement 16 aufzunehmen.
In der Ausführungsform gemäß 6c ist der Kern 17 des zweiten Innenrohrs 18 mit Kupfer beschichtet und besteht das zweite Innenrohr 18 besteht aus Kupfer.
In der in der 6d gezeigten Ausführungsform weist das Profilrohr des ersten Innenrohrs 13 noch an einer weiteren, dem zweiten Innenelement 16 gegenüberliegenden Stelle eine bogenförmige Ausbuchtung für ein weiteres, drittes Innenelement 19 auf. Das dritte Innenelement 19 liegt innerhalb des Außenelements 11 und die ersten, zweiten und dritten Innenelemente sind exzentrisch zueinander angeordnet. Das dritte Innenelement 19 umfasst ein drittes Innenrohr 21 und einen dritten Kern 20 aus einem Opfermaterial, durch dessen Entfernen eine weitere Öffnung in der Ringelektrode 10 erzeugt werden kann. In der in der 2d gezeigten Ausführungsform wird durch das Entfernen des ersten Kerns 15 eine apfelförmige Durchgangsöffnung der Ringelektrode 10 geschaffen, bei der die Kontaktierungsöffnung und die weitere Öffnung jeweils in den gegenüberliegenden Ausbuchtungen der apfelförmigen Durchgangsöffnung 3 angeordnet sind. Auf der Innenseite des zweiten Innenrohrs 18 ist eine Beschichtung aus Kupfer angeordnet. Auf der Innenseite des dritten Innenrohrs 21 ist eine Beschichtung aus Kupfer angeordnet.
In der in der 6e gezeigten Ausführungsform besteht das erste Innenrohrs 14 aus Kupfer, und das zweite Innenrohrs 18 besteht aus Kupfer.
6f zeigt eine Aufsicht einer Vorstufe der Ringelektrode 10 nach dem Schritt S5, dem Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres. Das Außenelement und die Innenelemente sind zu einem einstückigen Materialverbund verbunden. Die Kontaktierungsöffnung umfasst auf Ihrer Innenseite ein Material mit niedrigerem Schmelzpunkt als einem Material der Außenwand, insbesondere des Außenrohrs 12.
LISTE DER BEZUGSZEICHEN

10: Ringelektrode
111: Außenwand
116: Kontaktelement
11: Außenelement
12: Außenrohr
13: erstes Innenelement
14: erstes Innenrohr
15: erster Kern
16: zweites Innenelement
17: zweiter Kern
18: zweites Innenrohr
19: drittes Innenelement
20: dritter Kern
21: drittes Innenrohr
30: erstes Material
31: zweites Material
40: Diffusionsbarriere
50: Durchgangsöffnung
60: Leiterelement
70: Kontaktierungsöffnung
80: erste Grenzfläche
90: zweite Grenzfläche

Claims

Ringelektrode (10) zur elektrischen Stimulation und/oder Detektion am menschlichen Körper, umfassend eine Außenwand (111) und ein direkt damit verbundenes Kontaktelement (116), welches exzentrisch innerhalb der Außenwand (111) angeordnet ist, wobei die Außenwand ein erstes Material (30) umfasst, und das Kontaktelement ein zweites Material (31) umfasst, wobei das zweite Material (31) einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material (30), wobei die Außenwand eine Durchgangsöffnung (50) umfasst, und wobei das Kontaktelement eine Kontaktierungsöffnung (70) zur Verbindung mit einem Leiterelement (60) umfasst, wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials (30) mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials (31) beträgt.
Ringelektrode nach Anspruch 1, wobei das zweite Material (31) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Cu, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Ni, MP35N, 316L, 301, 304 und einem Aktivlot.
Ringelektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das erste Material (30) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Pt, Ir, Ta, Pd, Ti, Fe, Au, Mo, Nb, W, Ni, Ti, MP35N, 316L, 301 und 304.
Ringelektrode nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Diffusionsbarriere (40) zwischen dem ersten Material (30) und dem zweiten Material (31).
Elektrodensystem, umfassend eine Ringelektrode (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, und ein Leiterelement (60), wobei das Leiterelement (60) innerhalb der Kontaktierungsöffnung (70) angeordnet und mit dem Kontaktelement (116) stoffschlüssig verbunden ist, und bevorzugt mit diesem legiert ist.
Verfahren zur Verbindung einer Ringelektrode (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 mit einem Leiterelement (60), umfassend die folgenden Schritte: (i) In Kontakt bringen der Ringelektrode (10) mit dem Leiterelement (60), wobei das Leiterelement (60) zumindest teilweise innerhalb der Kontaktierungsöffnung (70) angeordnet wird, (ii) Erwärmen des Kontaktelements (116), und dadurch Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem zweiten Material (31) und dem Leiterelement (60), wobei das Ausbilden einer stoffschlüssigen Verbindung bevorzugt die Ausbildung einer Legierung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Erwärmen des Kontaktelements (116) durch Erwärmen der Außenseite der Außenwand (111) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Erwärmen des Kontaktelements (116) mittels Induktionsheizen oder lokalem Wärmeeintrag durch einen Laserstrahl oder Widerstandschweißen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, weiterhin umfassend Verpressen des Leiterelements (60) innerhalb der Kontaktierungsöffnung (70), um eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Leiterelement und dem Kontaktelement (116) herzustellen.
Herstellungsverfahren für eine Ringelektrode (10), umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Außenelements (11), welches ein Außenrohr (12) aus einem ersten Material (30) umfasst, (b) Bereitstellen eines ersten Innenelements (13), welches ein erstes Innenrohr (14) und einen ersten Kern (15) aus einem Opfermaterial umfasst, (c) Bereitstellen eines zweiten Innenelements (16), welches ein zweites Innenrohr (18) aus einem zweiten Material (31) und einen zweiten Kern (17) aus einem Opfermaterial umfasst, wobei das zweite Material (31) einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material (30), wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials (30) mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials (31) beträgt, (d) Bilden eines Verbundrohres durch Anordnen des ersten Innenelements (13) und des zweiten Innenelements (16) innerhalb des Außenelements (11), wobei das erste Innenelement (13) und das zweite Innenelement (16) exzentrisch zueinander angeordnet sind, (e) Ziehen des Verbundrohres in eine Längsrichtung des Verbundrohres, (f) Abtrennen einer Verbundrohrscheibe von dem Verbundrohr, (g) Entfernen des Opfermaterials des ersten Kerns (15), und (h) Entfernen des Opfermaterials des zweiten Kerns (17), um eine Kontaktierungsöffnung (70) in der Ringelektrode (10) zu erhalten.
Vorstufe für eine Ringelektrode, umfassend ein Außenelement (11) und ein Innenelement (16), welches exzentrisch innerhalb des Außenelements (11) angeordnet und direkt mit diesem verbunden ist, wobei das Außenelement ein Außenrohr (12) aus einem ersten Material (30) umfasst, und das Innenelement (16) ein Innenrohr (18) aus einem zweiten Material (31) umfasst, wobei das zweite Material (31) einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als das erste Material (30), wobei der absolute Schmelzpunkt [K] des ersten Materials (30) mindestens das 1,1-fache; 1,2-fache; 1,3-fache; 1,4-fache; 1,5-fache; oder mindestens das 2-fache des absoluten Schmelzpunkts des zweiten Materials (31) beträgt.
Vorstufe für eine Ringelektrode nach Anspruch 11, wobei das Innenrohr (18) einen Kern (17) aus einem Opfermaterial umgibt, und das Außenelement (11) einen weiteren Kern (15) aus einem Opfermaterial umgibt.
Vorstufe für eine Ringelektrode nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin umfassend ein weiteres Innenelement (13), welches ein weiteres Innenrohr (14) und gegebenenfalls einen weiteren Kern (15) innerhalb des weiteren Innenrohrs (14) umfasst.