DE10209380A1 - Vorrichtung, insbesondere Therapievorrichtung zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall - Google Patents

Abstract

Vorrichtung, insbesondere Therapievorrichtung, zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall, der von einer Vielzahl von elektroakustischen Wandlern erzeugt wird, welche an einem gewölbten Trägerelement durch einzelne zueinander abgewinkelte plane Segmente ausgebildet ist und die elektroakustischen Wandler an diesen planen Segmenten angebracht sind.

Description

• Die extrakorporale Schalltherapie mit Druck- oder Stoßwellen wird beispielsweise eingesetzt, um großflächige Muskelverspannungen, Muskelverhärtungen, Bindegewebsverdichtungen an den Extremitäten motorisch behinderter Patienten oder Cellulite zu behandeln. Bei diesen Therapieformen ist eine homogene Dosierung der Schallenergie im gesamten zu therapierenden Bereich wünschenswert. Hierzu werden Vorrichtungen verwendet, welche den Schall auf eine Linie fokussieren, um eine großflächige und gleichmäßige Behandlung zu ermöglichen.
• Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus DE 199 28 491 bekannt. Bei dieser Vorrichtung ist auf einem Trägerelement, welches einen Abschnitt eines Kreiszylinders bildet, eine Vielzahl von elektroakustischen Wandlern, beispielsweise Piezoelementen angeordnet. Aufgrund der kreiszylindrischen Form des Trägers weist dieser eine kontinuierliche gekrümmte Oberfläche auf, an welcher Piezoelemente nur schwer fixiert werden können. So ist es insbesondere nicht möglich, größere Piezoelemente sicher an der gekrümmten Oberfläche zu fixieren. Ferner besteht die Gefahr, dass sich die Piezoelemente von dem Trägerelement lösen, wodurch die Lebensdauer der gesamten Vorrichtung verkürzt wird.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung, insbesondere Therapievorrichtung zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall zu schaffen, bei welcher eine zuverlässigere Befestigung der einzelnen elektroakustischen Wandler an einem Trägerelement möglich ist.
• Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere Therapievorrichtung, zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall handelt es sich insbesondere um einen Stoßwellenwandler. Die Schall- bzw. Stoßwellen werden von elektroakustischen Wandlern erzeugt, welche an einem gewölbten Trägerelement angeordnet sind. Die Wölbung des Trägerelementes wird dadurch erzeugt, dass einzelne zueinander abgewinkelte bzw. im Winkel angeordnete plane Segmente ausgebildet sind. Das bedeutet, das Trägerelement weist im Wesentlichen keine gekrümmten Oberflächen auf, sondern weist eine Wölbung auf, welche durch eine Vielzahl von aneinandergesetzten, im Winkel zueinander verlaufenden planen Flächen gebildet wird. An diesen planen Flächen bzw. Segmenten sind die elektroakustischen Wandler angebracht. Die elektroakustischen Wandler können an diesen planen Flächen gut fixiert werden, da eine große, ebene Kontaktfläche vorhanden ist, auf welcher die elektroakustischen Wandler beispielsweise aufgeklebt werden können. Durch die größere Kontaktfläche wird eine bessere Haftung der Wandler an dem Trägerelement erreicht, so dass die Haltbarkeit der gesamten Vorrichtung verbessert werden kann. Ferner können an den ebenen Segmenten auch großflächige plane Wandler befestigt werden, was eine einfachere Montage ermöglicht, da anstelle einer Vielzahl kleiner Wandler wenige großflächige Wandler eingesetzt werden können. Ferner ist es möglich, die zur Verfügung stehende Oberfläche des Trägerelementes besser auszunutzen, das heißt auf der zur Verfügung stehenden Fläche mehr Wandler bzw. Wandlerfläche unterzubringen. Dadurch kann eine große abgestrahlte Schallleistung bei kleiner Bauweise erreicht werden.
• Vorzugsweise ist das Trägerelement zylindrisch gewölbt und die planen Segmente sind als zueinander parallele Streifen ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung des Trägers und Anordnung der Wandler wird ein linienförmiger Fokus erzeugt. Die Wölbung des Trägers wird durch aneinanderreihen planer Streifen gebildet, welche jeweils zueinander abgewinkelt sind, so dass sie gemeinsam einen zylindrisch gewölbten Träger bilden. Dabei sind jedoch im Wesentlichen alle Oberflächen des Trägerelementes plan ausgebildet, es gibt keine in sich gekrümmten Flächen, an denen Wandler angebracht werden müssen. Vorzugsweise sind die einzelnen zueinander parallelen Streifen einstückig geformt. Die parallelen Streifen erstrecken sich dabei parallel zur Längsachse bzw. Symmetrieachse des Trägerelements.
• Weiter bevorzugt ist das Trägerelement in Form eines Kreiszylinderabschnittes gewölbt. Mit Kreiszylinder ist hier eine im Wesentlichen kreiszylindrische Form gemeint, welche aus einer Vielzahl planer Segmente, welche entsprechend zueinander gewinkelt sind, ausgebildet wird. Die im Wesentlichen kreiszylindrische Form wird somit durch ein Vieleck angenähert. Die kreiszylindrische Form bedingt eine symmetrische Ausgestaltung des Trägers und somit der Abstrahlfläche, wodurch die abgestrahlten Schall- bzw. Stoßwellen optimal in einem linienförmigen Fokus gebündelt werden können.
• Vorzugsweise ist das Trägerelement aus einem Blech ausgebildet, welches entlang paralleler Linien abgekantet ist. Beispielsweise kann der Träger aus einem Aluminiumblech gebildet werden, welches entsprechend entlang der Verbindungslinien der planen Segmente gebogen bzw. abgekantet wird. Bevorzugt sind dabei alle planen Segmente im jeweils gleichen Winkel zu den benachbarten Segmenten angeordnet. Dadurch wird eine symmetrische Form erreicht, welche sich im Querschnitt einem Kreisbogen annähert. Je schmaler die einzelnen Segmente bzw. Streifen ausgebildet werden, um so genauer kann die Kreisform angenähert werden. Die Streifen bzw. Segmente werden jedoch zweckmäßigerweise nicht zu schmal gewählt, um die Anbringung möglichst großer Wandler zu ermöglichen. Die Ausbildung des Trägerelementes aus gebogenem Blech ermöglicht eine kostengünstige Fertigung, da keine speziell an den zu fertigenden Träger angepassten Werkzeuge erforderlich sind. Wird jedoch ein Trägerelement gefertigt, welches nicht die Form eines Zylinderabschnittes aufweist, sondern beispielsweise die Form eines Kugelabschnittes, müssen entsprechende Formwerkzeuge eingesetzt werden, um ein Trägerelement zu schaffen, welches aus einzelen planen Segmenten zusammengesetzt ist. Dies kann beispielsweise durch Tiefziehen geschehen. Ein solches Trägerelement aus planen Segmenten, welches einer Kugelform bzw. einem Kugelabschnitt angenähert ist, kann beispielsweise aus planen Segmenten mit sechs- und fünfeckiger Form ähnlich einem Fußball zusammengesetzt sein.
• Die elektroakustischen Wandler sind zweckmäßigerweise an der Innenseite des gewölbten Trägerelementes angeordnet. Dies ermöglicht eine direkte Abstrahlung der von den Wandlern erzeugten Schall- bzw. Stoßwellen in Richtung des Fokus bzw. der Fokuslinie.
• Alternatic oder zusätzlich können die elektroakustischen Wandler an der Außenseite des gewölbten Trägerelementes angeordnet sein, Insbesondere sind die elektroakustischen Wandler sowohl an der Außenseite als auch an der Innenseite des Trägerelementes angeordnet. Auf diese Weise kann eine große Anzahl elektroakustischer Wandler auf einem möglichst kompakten Träger angeordnet werden, um bei möglichst kleiner Trägerfläche bzw. Bauform eine möglichst hohe abgestrahlte Leistung erreichen zu können.
• Vorzugsweise haben die elektroakustischen Wandler eine rechteckige Gestalt. Diese Form ermöglicht es, die zur Verfügung stehende Trägerfläche optimal auszunutzen. Es ist so möglich, die Trägeroberfläche vollständig mit Wandlern zu bedecken. Die Zahl der Freiräume zwischen den einzelnen Wandlern, wie sie beispielsweise bei kreisförmigen Wandlern auftreten, wird minimiert. Auf diese Weise kann eine sehr kleine Bauform der Vorrichtung erreicht werden.
• Bei dem zylindrisch ausgebildeten Trägerelement sind die elektroakustischen Wandler bevorzugt streifenförmig ausgebildet und erstrecken sich über die gesamte Länge der streifenförmigen Segmente. Das heißt die einzelnen Wandler sind ebenfalls parallel zueinander und parallel zu den streifenförmigen Segmenten angeordnet. Dabei sind die einzelnen Wandler entsprechend der zugehörigen Segmente im Winkel zueinander angeordnet, so dass sie gemeinsam ebenfalls eine im Wesentlichen bzw. angenäherte zylinderische Abstrahlfläche bilden. Durch diese Form der Wandler kann die Oberfläche des Trägerelementes nahezu vollständig mit Wandlern bedeckt werden, so dass bei kleiner Bauform eine große abgestrahlte Leistung erreicht werden kann. Ferner ist es möglich, vergleichsweise große Wandler an dem Trägerelement anzubringen, wodurch die Montage gegenüber der Anbringung einer Vielzahl kleiner Wandler vereinfacht wird.
• Wenn an der Innen- und Außenseite des gewölbten Trägerelementes elektroakustische Wandler angeordnet sind, weisen die elektroakustischen Wandler an der Außenseite in einer Richtung tangential zu dem Trägerelement vorzugsweise eine größere Breite auf als die an der Innenseite angeordneten elektroakustischen Wandler. Diese Ausgestaltung nutzt dem Umstand, dass das gewölbte Trägerelement an seiner Außenseite eine größere Oberfläche aufweist als an seiner Innenseite, optimal aus. Es kann die gesamte Trägerelementoberfläche optimal ausgenutzt werden, um eine größtmögliche Zahl elektroakustischer Wandler anzuordnen bzw. eine größtmögliche Wandler- bzw. Abstrahlfläche zu erzielen.
• Bei den elektroakustischen Wandlern kann es sich beispielsweise um Piezoelemente handeln. Die Piezokeramik, welche die Wandler bildet, kann in eine an das Trägerelement bzw. dessen Segmente angepasste Form gebracht werden. Hierzu kann die Keramik entsprechend geformt oder zugeschnitten werden.
• Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft anhand der beigefügten Figuren beschrieben. In diesen zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform und
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform.
• Der erfindungsgemäße Stoßwellenwandler bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall bzw. Stoßwellen weist ein Trägerelement 2 auf. Das Trägerelement 2 hat eine rinnenförmige Gestalt und weist die Form eines Kreiszylinderabschnittes auf. Die gekrümmte bzw. gewölbte Form des Trägerelementes 2 wird durch abgewinkelt zueinander angeordnete Segmente 4 gleicher Breite geschaffen. Die Segmente 4 sind jeweils plan ausgebildet und streifenförmig parallel zueinander und parallel zu einer zu erzeugenden Fokuslinie angeordnet. Dabei sind die einzelnen Segmente 4 jeweils im Winkel bzw. abgewinkelt zueinander angeordnet, so dass sie gemeinsam die gewölbte Form des Trägerelementes 2 ausbilden. Das Trägerelement 2 hat somit die Querschnittsform eines Vieleckes, welches der Form eines Kreisbogens angenähert ist. Je schmaler die einzelnen Segmente 4 ausgebildet sind, um so besser wird die Form eines Kreisbogens angenähert. Im Bereich der Segmente 4 sind an der Innenseite 6 und der Außenseite 8 einzelne elektroakustische Wandler bzw. Wandlerelemente 10, 12 angeordnet. Die Wandler 10 und 12 sind aus einer Piezokeramik ausgebildet und haben eine zu der Form der Segmente 4 korrespondierende Grundfläche, Vorzugsweise sind die Wandler 10 und 12 ebenfalls streifenförmig mit rechteckiger Gestalt ausgebildet und parallel zueinander und zu den Segmenten 4 angeordnet.
• An dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind sowohl an der Innenseite 6 als auch an der Außenseite 8 des Trägerelementes 2 Wandler 10 und 12angeordnet. Dabei sind die Wandler 12 an der Außenseite 8 größer ausgebildet, das heißt sie haben in tangentialer Richtung eine größere Breite, als die an der Innenseite 6 angeordneten Wandler 10. Auf diese Weise wird die größere Oberfläche der Außenfläche 8 optimal genutzt, um die größtmögliche Zahl von Wandlern bzw. eine größtmögliche Wandlerfläche an dem Trägerelement 2 anzuordnen.
• Aufgrund der gewölbten Form des Trägerelementes 2 sind auch die Wandler 10 und 12 in entsprechend gewölbter Form zueinander rinnenförmig angeordnet. Dadurch werden die abgestrahlten Wellen bzw. der abgestrahlte Schall auf eine Fokuslinie 14 fokussiert. Die Vorteile und die Verwendung von derartig fokussiertem Schall sind beispielsweise aus der DE 199 28 491 bekannt.
• Aufgrund der planen bzw. ebenen Ausgestaltung der einzelnen Segmente 4 ergibt sich eine große Kontakt- bzw. Anlagefläche zwischen den elektroakustischen Wandlern 10 und 12 und dem Trägerelement 2, so dass die Wandler 10, 12 zuverlässig und haltbar an dem Trägerelement 2 fixiert werden können. Dies kann beispielsweise durch Verkleben geschehen, die einzelnen Piezoelemente bzw. Wandler 10, 12 werden wie in der Patentschrift DE 19 73 323 C1 beschrieben ist, elektrisch miteinander verbunden und können mittels einer Vergußmasse (hier nicht gezeigt) isoliert.
• Die Ausbildung großer planer Segmente 4 hat den Vorteil, dass relativ große Wandlerelemente 10, 12 an dem Trägerelement 2 angeordnet werden können, wodurch die Montage der gesamten Vorrichtung vereinfacht wird, und der Wirkungsgrad gesteigert werden kann.
• Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung. In der Ausführungsform gemäß Fig. 2 sind die an Innen- und Außenseite des Trägerelementes 2 angeordneten Wandler 10, 12 gleich groß, das heißt sie weisen in tangentialer Richtung zu dem Trägerelement 2 dieselbe Breite auf. Bei dieser Ausgestaltung wird die Oberfläche an der Außenseite 8 nicht vollständig ausgenutzt, das heißt es entstehen relativ große Freiräume zwischen den einzelnen Wandlern 12. Diese Ausführungsform hat jedoch den Vorteil, dass die an der Innenseite 6 und Außenseite 8 angeordneten Wandler identisch ausgebildet sind, wodurch die Teilevielfalt der erforderlichen Einzelteile reduziert wird. Ferner sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weniger plane Segmente 4 vorgesehen, welche stärker zueinander abgewinkelt sind, um die gewölbte Form des Trägerelementes 2 zu erreichen. Die Anzahl der Segmente 4 und die Winkel zwischen den Segmenten 4 können je nach Größe des herzustellenden Stoßwellenwandlers bzw. Trägerelementes 2 und der aufzubringenden Piezoelemente variiert werden. Auf diese Weise kann die Vorrichtung und insbesondere deren Leistung an bestimmte Einsatzzwecke angepasst werden.
• Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, ähnlich zu der anhand von Fig. 1 erläuterten Ausführungsform. Im Unterschied zu der anhand von Fig. 1 erläuterten Ausführungsform sind keine streifenförmigen Wandler- bzw. Piezoelemente angeordnet. In Fig. 3 sind die einzelnen Wandler 10 und 12 quaderförmig ausgebildet. Es sind jeweils mehrere Wandler 10, 12 nebeneinander auf einem streifenförmigen Segment 4 angeordnet. Im gezeichneten Beispiel sind jeweils fünf Wandler 10, 12 linienförmig an jeder Oberfläche Innen- und Außenfläche eines einzelnen Segmentes 4 angeordnet. Die einzelnen Piezoelemente werden wie in der Patentschrift DE 19 73 323 C1 beschrieben elektrisch miteinander verbunden und mittels einer Vergußmasse (hier nicht gezeigt) isoliert.
• Auch in dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel sind die an der Außenseite 8 des Trägerelementes 2 angeordneten Wandler größer als die an der Innenseite angeordnete, das heißt sie weisen eine größere Breite in tangentialer Richtung zu dem Trägerelement 2 auf. Auf diese Weise wird die größere Außenfläche 8 des Trägerelementes 2 optimal ausgenutzt, um eine größtmögliche Zahl von Wandlern mit maximaler Wandlerfläche an dem Trägerelement 2 anzuordnen. Die Fokussierung auf die Fokuslinie 14 entspricht der anhand von Fig. 3 erläuterten Fokussierung. Das Vorsehen einzelner quaderförmiger Wandler 10, 12 hat den Vorteil, dass sehr leicht untereschiedlich große bzw. lange Trägerelemente 2 mit standardisiert ausgebildeten Wandler- bzw. Piezoelementen 10, 12 in unterschiedlicher Anzahl bestückt werden können. So können beispielsweise an Stelle der in Fig. 3 gezeigten fünf Wandlerelemente 10, 12 sechs oder mehr Wandlerelemente in einer Reihe auf einem linien- bzw. streifenförmigen Segment 4 angeordnet werden.
• Bei den vorangegangenen Beispielen ist das Trägerelement lediglich in einer Richtung gewölbt, das heißt die Abstrahlfläche, welche von dem Trägerelement gebildet wird, hat eine einzige Symmetrieebene und die erzeugte Fokuslinie liegt in dieser Symmetrieebene. Es ist jedoch auch denkbar, Trägerelemente einzusetzen, welche in mehr als einer Richtung gewölbt sind. Das Trägerelement muss auch nicht immer in Form eines Kreisbogens oder in kreisbogenähnlicher Form gewölbt sein. Beispielsweise kann das Trägerelement auch im Querschnitt die Form eines Ellipsenabschnittes aufweisen. Die Querschnittsform des Trägerelementes kann an die gewünschte bzw. zu erzeugende Gestalt des Fokus angepasst werden. In den gezeigten Beispielen haben sämtliche Segmente 4 in tangentialer bzw. Umfangrichtung des Trägerelementes 2 dieselbe Breite. Es ist jedoch auch möglich, Trägerelemente 2 auszubilden, bei denen Segmente unterschiedlicher Breite vorgesehen sind. Ferner kann das Trägerelement auch in Form eines Kugelabschnittes ausgebildet sein. Erfindungsgemäß werden jedoch auch diese Wölbungen durch zusammengesetzte plane Segmente, welche zueinander gewinkelt sind, geschaffen. Vorzugsweise wird das Trägerelement aus Blech entsprechend gebogen oder gepresst bzw. tief gezogen. Die auf die planen Segmente aufzubringenden elektroakustischen Wandler werden vorzugsweise an die Form der Segmente angepasst. Bezugszeichenliste 2 Tägerelement
  4 Segment
  6 Innenfläche
  8 Außenfläche
  10, 12 Wandler
  14 Fokuslinie
  

Claims (10)

1. Vorrichtung, insbesondere Therapievorrichtung, zum Beschallen von Objekten mit fokussiertem Schall, der von einer Vielzahl von elektroakustischen Wandlern (10, 12) erzeugt wird, welche an einem gewölbten Trägerelement (2) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Wölbung des Trägerelements (2) durch einzelne zueinander abgewinkelte plane Segmente (4) ausgebildet ist und die elektroakustischen Wandler (10, 12) an diesen planen Segmenten (4) angebracht sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Trägerelement (2) zylindrisch gewölbt ist und die planen Segmente (4) als zueinander parallele Streifen ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welchem das Trägerelement (2) in Form eines Kreiszylinderabschnittes gewölbt ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher das Trägerelement (2) aus einem Blech ausgebildet ist, welches entlang paralleler Linien abgekantet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die elektroakustischen Wandler (10) an der Innenseite (6) des gewölbten Trägerelementes (12) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die elektroakustischen Wandler (12) an der Außenseite (8) des gewölbten Trägerelementes (2) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die elektroakustischen Wandler (10, 12) eine rechteckige Gestalt haben.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei welchem die elektroakustischen Wandler (10, 12) streifenförmig ausgebildet sind und sich über die gesamte Länge der streifenförmigen Segmente (14) erstrecken.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher an der Innen- (16) und an der Außenseite (8) des gewölbten Trägerelementes (12) elektroakustische Wandler (10, 12) angeordnet sind, wobei die elektroakustischen Wandler (12) an der Außenseite (8) in einer Richtung tangential zu dem Trägerelement (2) eine größere Breite aufweisen als die an der Innenseite (6) angeordneten elektroakustischen Wandler (10).

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher die elektroakustischen Wandler (10, 12) Piezoelemente sind.