DE19627047C1

DE19627047C1 - Electromagnetic shock wave source circuit

Info

Publication number: DE19627047C1
Application number: DE1996127047
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Phys Eizenhoefer
Original assignee: Dornier Medizintechnik GmbH
Current assignee: Dornier Medizintechnik GmbH
Priority date: 1996-07-05
Filing date: 1996-07-05
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2016-07-06

Abstract

The circuit has a capacitor (2), which is periodically charged from an external current source, which is coupled to a coil (5), and used for the displacement of a metallic membrane (6). The membrane is permanently connected to an earth protection terminal (14) via an earth protection lead (13). The coil and the membrane cooperate to effectively provide a second capacitor (3), connected in parallel with a resistance (7,8), joining the coil energising circuit to the membrane or the earth protection lead. The resistance may be on the low voltage side of the coil.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung für eine elektromagnetische Stoßwellenquelle, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a circuit for an electromagnetic shock wave source, according to the preamble of claim 1.

Elektromagnetische Stoßwellenquellen sind zylinderförmige, sphärische oder flache Spulen anordnungen mit sehr eng, aber elektrisch isoliert anliegenden Metallmembranen, in welchen per Induktion sehr hohe Stromdichten erzeugt werden. Der Strompuls in der Spule sowie der resultierende Wirbelstrompuls in der Membran lassen kurzzeitig zwei entgegengesetzt gerichtete, magnetische Felder entstehen, wodurch auf die Membran ein schneller mechani scher Impuls von der Spule weg - mit anschließender, elastischer Rückstellung - ausgeübt wird. Diese Membranbewegung erzeugt dann die gewünschte Stoßwelle.Electromagnetic shock wave sources are cylindrical, spherical or flat coils Arrangements with very tight, but electrically insulated metal membranes in which very high current densities can be generated by induction. The current pulse in the coil as well the resulting eddy current pulse in the membrane briefly leaves two opposite Directed, magnetic fields arise, which means that the membrane mechani shear impulse away from the coil - with subsequent elastic resetting becomes. This membrane movement then generates the desired shock wave.

Da die Flächen dieser Spule-Membran-Systeme recht groß (im Bereich von einigen 100 cm²), und die Abstände zwischen Spule und Membran recht klein sind (im Bereich von 0,1 mm), stellen diese Anordnungen Kondensatoren mit Kapazitäten im Bereich von 1 bis 10 nF dar. Während des Strompulses für die Stoßwellenerzeugung wird jeweils dieser - elektrisch sehr komplexe - Plattenkondensator aufgeladen. Der Ladestrom fließt anschließend unver meidlich über die Schutzerde ab, sofern die Membran mit dieser verbunden ist. Aus Patien ten- und Anwender-Sicherheitsgründen ist dies bei elektromagnetisch arbeitenden Lithotrip toren in der Regel der Fall.Since the areas of these coil-membrane systems are quite large (in the range of some 100 cm²), and the distances between the coil and membrane are quite small (in the range of 0.1 mm), these arrangements represent capacitors with capacitances in the range from 1 to 10 nF During the current pulse for the shock wave generation, this becomes - electrical very complex - plate capacitor charged. The charging current then flows unabated Avoid from the protective earth if the membrane is connected to it. From patients ten and user safety reasons this is with electromagnetically working Lithotrip usually the case.

Ein hochfrequent oszillierender Strom auf den Schutzleiterkabeln eines elektronischen Sy stems stellt eine Störquelle dar, die die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) negativ beeinflußt, wobei Störsenken hier Mikrocontroller, Ultraschall-, Röntgengeräte usw. sind.A high-frequency oscillating current on the protective conductor cables of an electronic system stems is a source of interference that negatively affects electromagnetic compatibility (EMC) influenced, whereby interference sinks here are microcontrollers, ultrasound, X-ray devices, etc.

Eine in diesem Sinne übliche Schaltung ist beispielsweise aus der EP 0 252 397 B1 bekannt, siehe insbesondere die einzige Figur. Das Gehäuse des Stoßwellengenerators ist über die zweite Abschirmung eines Triaxialkabels mit dem Gehäuse des Impulserzeugers und mit der Schutzerde verbunden. Man kann davon ausgehen, daß die - bildlich nicht dargestellte - Membran des Stoßwellengenerators aus Sicherheitsgründen ebenfalls auf Masse geschaltet und somit in gleicher Weise geerdet ist. Die in diesem virtuellen Kondensator induzierten, kapazitiven Lade- und Entladeströme fließen somit durch die Gehäuse und die Leitungs verbindung, was EMV-technisch sehr nachteilig ist. A circuit customary in this sense is known for example from EP 0 252 397 B1, see in particular the only figure. The housing of the shock wave generator is over the second shielding of a triaxial cable with the housing of the pulse generator and with the Protective earth connected. It can be assumed that the membrane - not shown graphically of the shock wave generator is also switched to ground for safety reasons and is grounded in the same way. The induced in this virtual capacitor, capacitive charge and discharge currents flow through the housing and the cables connection, which is very disadvantageous from an EMC point of view.

Die DE 36 27 168 A1 beschreibt eine elektromagnetische Stoßwellenquelle, deren Mem bran (7) - ebenso wie das Stoßwellenrohr (4) - auf Masse geschaltet, d. h. an die Schutzerde angeschlossen ist.DE 36 27 168 A1 describes an electromagnetic shock wave source, the Mem bran ( 7 ) - as well as the shock wave tube ( 4 ) - connected to ground, that is connected to the protective earth.

Der die Strompulse für die Spule (8) liefernde, hochkapazitive Kondensator (10) ist in der Weise mit einer Sicherheitsschaltung versehen, daß er beim Öffnen seines Gehäuses (Abdeckung 15) in Sekundenschnelle über einen sich dabei schließenden Schalter (16, 36, 46) und einen Widerstand (17) entladen wird, so daß versehentliche Berührungen des aufge ladenen Kondensators durch das Wartungspersonal ausgeschlossen sind.The high-capacitance capacitor ( 10 ) supplying the current pulses for the coil ( 8 ) is provided with a safety circuit in such a way that when its housing (cover 15 ) is opened, it switches in seconds via a switch ( 16 , 36 , 46 ) that closes. and a resistor ( 17 ) is discharged, so that accidental touches of the charged capacitor by the maintenance personnel are excluded.

EMV-technisch ergibt sich hier kein Vorteil gegenüber der Schaltung gemäß der EP 0 252 397 B1.In terms of EMC, there is no advantage here over the circuit according to EP 0 252 397 B1.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine Schaltung für eine elektroma gnetische Stoßwellenquelle anzugeben, welche in Relation zu bekannten Schaltungen bei gleicher Sicherheit für Patient und Bediener die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erheblich verbessert.In contrast, the object of the invention is a circuit for an electroma Specify magnetic shock wave source, which in relation to known circuits same safety for patient and operator the electromagnetic compatibility (EMC) significantly improved.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Merkmal gelöst, in Verbin dung mit den gattungsbildenden Merkmalen in dessen Oberbegriff.This object is achieved by the feature characterized in claim 1, in verb with the generic features in its generic term.

Die Lösung besteht in einer elektrischen Verbindung zwischen dem Erregerstromkreis - mit Kondensator und Spule - und dem geerdeten Schutzleiter - mit angeschlossener Membran - über mindestens einen induktivitätsarmen Widerstand im Bereich Spule-Membran. Es wurde in Versuchen nachgewiesen, daß die erfindungsgemäße Schaltung zu kleineren Anfangs amplituden und zu einem, um ein Vielfaches schnelleren Abklingen, d. h. einer vielfach stär keren Dämpfung, der hochfrequent oszillierenden Störströme im Schutzleiter, d. h. in den Gehäusen, Kabeln etc., führt. Dieses Ergebnis ist für den Fachmann überraschend, da von einer direkten elektrischen Verbindung zum Schutzleiter zunächst eine Zunahme des stören den Stromflusses erwartet wird.The solution is an electrical connection between the excitation circuit - with Capacitor and coil - and the grounded protective conductor - with connected membrane - over at least one low-inductance resistor in the coil-membrane area. It was in experiments demonstrated that the circuit according to the invention to smaller initial amplitudes and to a much faster decay, d. H. one many times stronger keren damping, the high-frequency oscillating interference currents in the protective conductor, d. H. in the Housings, cables, etc., leads. This result is surprising for the person skilled in the art since a direct electrical connection to the protective conductor initially increases the disturbance the current flow is expected.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die elektrische Belastung der Isolation zwischen Spule und Membran reduziert wird, und somit eine höhere Lebensdauer der Stoßwellenquelle zu erwarten ist. Another advantage of the invention is that the electrical load on the insulation between the coil and membrane is reduced, and thus a longer life Shock wave source is expected.

Die Unteransprüche 2 bis 6 enthalten bevorzugte Ausgestaltungen der Schal tung nach Anspruch 1.The sub-claims 2 to 6 contain preferred configurations of the scarf tion according to claim 1.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung noch näher erläutert. Diese zeigt in vereinfachter Darstellung eine EMV-verbesserte Schaltung für eine Stoßwellenquelle.The invention will be explained in more detail with reference to the drawing. This shows a simplified representation of an EMC-improved circuit for a shock wave source.

Die Schaltung 1 wird im regulären Betrieb periodisch aus einer äußeren, nicht dargestellten Energiequelle gespeist, was hier lediglich in Gestalt der beiden Anschlüsse 11 und 12 angedeutet ist und nichts über die tatsächliche elektri sche Anordnung/Verbindung aussagt. Dabei wird der Kondensator 2 peri odisch aufgeladen und bildet somit die eigentliche Energiequelle innerhalb der zu betrachtenden Schaltung 1. Durch Schließen des Schalters 4 bewirkt der ge ladene Kondensator 2 einen zeitlich begrenzten Stromfluß über den Leiter 9 durch die Spule 5 und wieder zurück.The circuit 1 is periodically fed in regular operation from an external energy source, not shown, which is only indicated here in the form of the two connections 11 and 12 and says nothing about the actual electrical arrangement / connection. The capacitor 2 is charged periodically and thus forms the actual energy source within the circuit 1 to be considered. By closing the switch 4 , the charged capacitor 2 causes a temporary current flow through the conductor 9 through the coil 5 and back again.

Der Leiter 9 ist bereichsweise als Koaxialkabel 10 (Hin- und Rückführung des Stromes) ausgeführt, wobei dieses flexible, bis zu mehreren Metern lange Ka bel die separaten - hier nicht dargestellten - Gehäuse der Stoßwellenquelle und des elektrischen Impulserzeugers (Kondensator 2, äußere Energiequelle etc.) verbindet.The conductor 9 is designed in some areas as a coaxial cable 10 (supply and return of the current), this flexible, up to several meters long cable bel the separate - not shown - housing of the shock wave source and the electrical pulse generator (capacitor 2 , external energy source, etc. .) connects.

Von der eigentlichen Stoßwellenquelle sind hier die Spule 5 und die Membran 6 wiedergegeben, welche in Wirklichkeit flächig ausgeführt und in minimalem Abstand elektrisch voneinander isoliert angeordnet sind. Die Kondensatorwir kung dieser Anordnung ist durch den gestrichelten, nicht wirklich vorhandenen Kondensator 3 angedeutet.The coil 5 and the membrane 6 are reproduced here from the actual shock wave source, which in reality are flat and are arranged electrically insulated from one another at a minimal distance. The capacitor effect of this arrangement is indicated by the dashed, not really existing capacitor 3 .

Erfindungsgemäß sind im Bereich Spule-Membran zwei Widerstände 7, 8 mit möglichst geringer Induktivität, d. h. keine spulenartig gewickelten Widerstän de, angeordnet, welche den Erregerstromkreis elektrisch mit der Membran 6 bzw. dem Schutzleiter 13 verbinden. According to the invention, two resistors 7 , 8 with the lowest possible inductance, ie no coil-like resistances, are arranged in the coil-diaphragm area, which electrically connect the excitation circuit to the membrane 6 or the protective conductor 13 .

Anstelle zweier Widerstände kann auch nur einer auf der Niederspannungsseite (siehe 8) oder auf der Hochspannungsseite (siehe 7) der Spule 5 angeordnet sein. Weiterhin können mehr als zwei Widerstände oder ein flächiger Wider standsbelag zur Anwendung kommen.Instead of two resistors, only one can be arranged on the low-voltage side (see FIG. 8 ) or on the high-voltage side (see 7 ) of the coil 5 . Furthermore, more than two resistors or a flat resistance coating can be used.

Der Widerstand/Gesamtwiderstand sollte so groß sein, daß nur ein vernach lässigbar kleiner Anteil des Hauptstromes in den Schutzleiter 13 abfließt. Hier dürften Widerstandswerte in der Größe von 3 bis 30 Ohm zweckmäßig sein.The resistance / total resistance should be so large that only a negligibly small proportion of the main current flows into the protective conductor 13 . Resistance values in the range of 3 to 30 ohms should be useful here.

Von der Membran 6 führt ein Schutzleiter 13 zur Schutzerde 14, wobei auch die - nicht dargestellten - Gehäuse mit dem Schutzleiter 13 bzw. der Schutzer de 14 verbunden sein sollen.A protective conductor 13 leads from the membrane 6 to the protective earth 14 , and the housing (not shown) should also be connected to the protective conductor 13 or the protective de 14 .

Es kann zweckmäßig sein, den Schutzleiter 13 in das flexible Kabel 10 zu inte grieren und dieses z. B. als Triaxialkabel auszuführen.It may be appropriate to inte grate the protective conductor 13 into the flexible cable 10 and this z. B. as a triaxial cable.

Claims

1. Circuit for an electromagnetic shock wave source, in particular for a lithotriptor, with a protective earth connection, with a connectable to at least one external energy source, interruptible circuit, wel cher a switch, at least one by means of the external energy source periodically chargeable capacitor, a coil and the capacitor and comprises the coil connecting conductor, with a metallic membrane moved by the coil and with it forming the shock wave source, the coil and the membrane also forming a capacitor due to their structural assignment, and with a protective conductor permanently connecting the membrane to the protective earth , characterized in that to the capacitor ( 3 ) formed by the coil ( 5 ) and the membrane ( 6 ) at least one low-inductance resistor ( 7 , 8 ) is electrically connected in parallel, ie the circuit in the area of the coil ( 5 ) with the Membrane ( 6 ) or with the protective conductor ( 13 ) electrically connects.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that a contra stood the low voltage side of the coil with the membrane or with the last one rer connects low-resistance and low-inductively connected metal parts.

3. Circuit according to claim 1, characterized in that a contra stood the high voltage side of the coil with the membrane or with the latter connects low-impedance and low-inductively connected metal parts.

4. A circuit according to claim 1, characterized in that an opposing ( 8 ) the low-voltage side of the coil ( 5 ) and a resistor ( 7 ) the high-voltage side of the coil ( 5 ) with the membrane ( 6 ) and / or with last rer Connect metal parts connected with low impedance and low inductance.

5. A circuit according to claim 1, characterized in that one of the Geometry of the coil-membrane arrangement adapted resistance coating or a large number of individual resistors connect the coil to the membrane.

6. Circuit according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the resistance values between coil ( 5 ) and membrane ( 6 ) are in the range of 3 to 30 ohms (Ω).