EP0189780B1 - Stosswellenrohr mit einer langen Lebensdauer - Google Patents

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EP0189780B1
EP0189780B1 EP86100418A EP86100418A EP0189780B1 EP 0189780 B1 EP0189780 B1 EP 0189780B1 EP 86100418 A EP86100418 A EP 86100418A EP 86100418 A EP86100418 A EP 86100418A EP 0189780 B1 EP0189780 B1 EP 0189780B1
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EP
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shock wave
membrane
coil
wave tube
tube according
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EP86100418A
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EP0189780A1 (de
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Georg Naser
Helmut Dr. Reichenberger
Karl-Heinz Schlee
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G10K9/00—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers
    • G10K9/12—Devices in which sound is produced by vibrating a diaphragm or analogous element, e.g. fog horns, vehicle hooters or buzzers electrically operated

Definitions

  • the invention relates to a shock tube with a coil carrier, which carries a coil, and with a membrane arranged in front of the coil. It relates in particular to a shock wave tube for crushing concrements in a patient, for example to crushing kidney stones.
  • Shock wave tubes of this type have been known per se for a long time. According to recent investigations, e.g. specified in DE-A-33 12 014, used in medical technology for crushing concrements in the body of a patient.
  • DE-A-33 12 014 describes a shock wave tube of the type mentioned at the beginning. Due to the high pressure pulse, e.g. The materials of such a shock wave tube are subjected to heavy loads of 100 bar in the event of repeated discharges and shock wave emissions. In particular, the discharge coil, which is designed as a flat coil, and the membrane are exposed to high mechanical forces, which lead to early material fatigue.
  • the metal membrane is designed to be rotationally symmetrical to increase the service life and to have cross sections with different radial effects. Furthermore, it is stated there that the life of the membrane during shock wave generation is long if the membrane is pressed against the flat coil by means of a pressure provided.
  • the object of the invention is to design a shock wave tube of the type mentioned in the introduction in such a way that its radiation characteristic is retained over a large number of shock wave emissions.
  • this object is achieved according to the invention in that the coil carrier consists of aluminum oxide ceramic.
  • the object is achieved according to the invention in that the membrane consists of a bronze alloy or molybdenum.
  • the advantage of both embodiments is that the lifespan of the shock wave tube is long with consistently good radiation values. For example, triggered over 3000 shock waves with a coil carrier made of an aluminum oxide ceramic, without the coil carrier breaking or without high voltage flashovers between the turns of the coil. With a membrane made of bronze alloy, more than 3000 shock waves were also generated without the membrane showing any visible deformations or even cracks. The folds that were otherwise observed with copper, aluminum or steel membranes after a high number of shots therefore did not occur.
  • a silver layer of approx. 50 J.Lm thickness shows positive effects on the shock wave shape and on the pressure amplitude.
  • the figure shows a coil carrier made of aluminum oxide ceramic with an adjacent membrane made of a bronze alloy, the surface of which is finished.
  • the coil carrier and the membrane as well as an insulating film arranged between them are each drawn at a distance from one another.
  • 1 generally denotes a shock wave tube, the essential components of which are a coil carrier 3, an insulating film 5 and a round membrane 7 made of electrically conductive material.
  • a discharge coil designed as a flat coil 9 is glued onto the end face of the coil carrier 3 with the aid of a synthetic resin 11.
  • the components 9, 5 and 7 are held tightly pressed together by a retaining ring 12 which is fastened to the coil carrier 3 in a suitable manner.
  • a short electrical voltage pulse of high amplitude is applied to the flat coil 9.
  • the electromagnetic field generated in this way causes the membrane 7 to suddenly move away from the flat coil 9.
  • the membrane 7, however, is firmly pressed against the flat coil 9 on its circumference, with the interposition of the insulating film 5.
  • the repelling movement is ideally generated approximately uniformly over the free surface of the membrane 7, whereby a shock wave P is emitted. It is obvious that after a number of shock wave emissions a certain material fatigue occurs in the membrane 7.
  • the membrane 7 should consist of the best possible conductive material and for reasons of good strength and non-deformability with a high number of shock wave generations, the membrane 7 should simultaneously consist of a material with high tensile strength and an elastic modulus greater than 110 KN / mm 2 .
  • the membrane 7 is made in the present case from a bronze alloy, in particular from a beryllium bronze.
  • a bronze alloy with the addition of tin or silver has also proven to be advantageous.
  • molybdenum can also be used as the material for the membrane 7.
  • the electrical conductivity of the membrane 7 and thus the efficiency of the deflection when generating the shock waves can be further improved if the surface of the membrane 7 facing the flat coil 9 is finished.
  • Refinement with a silver layer 13 with a thickness of approx. 50 J.Lm has proven to be advantageous here. A significantly higher pressure amplitude is obtained than without this layer.
  • shock wave tube 1 has a long service life. Compression or sagging. No voltage flashovers were observed in the coil 9 cast in the synthetic resin 11.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stosswellenrohr mit einem Spulenträger, der eine Spule trägt, und mit einer vor der Spule angeordneten Membran. Sie bezieht sich insbesondere auf ein Stosswellenrohr zum Zertrümmern von Konkrementen in einem Patienten, beispielsweise auf die Nierenstein-Zertrümmerung.
  • Stosswellenrohre dieser Art sind an sich seit längerer Zeit bekannt. Sie können nach neueren Untersuchungen, wie z.B. in der DE-A-33 12 014 angegeben, in der Medizintechnik zur Zertrümmerung von Konkrementen im Körper eines Patienten eingesetzt werden. In der DE-A-33 12 014 ist ein Stosswellenrohr der eingangs genannten Art beschrieben. Aufgrund des hohen abgegebenen Druckimpulses von z.B. 100 bar werden die Materialien eines solchen Stosswellenrohres bei wiederholten Entladungen und Stosswellenemissionen stark beansprucht. Besonders die als Flachspule ausgebildete Entladungsspule und die Membran werden hohen mechanischen Kräften ausgesetzt, die zu einer frühen Materialermüdung führen. Beim Gegenstand der DE-A-33 12 014 ist die Metallmembran zur Erhöhung der Lebensdauer rotationssymmetrisch und mit radial unterschiedlich wirksamen Querschnitten ausgebildet. Weiterhin wird dort ausgeführt, dass die Lebensdauer der Membran bei der Stosswellenerzeugung hoch ist, wenn die Membran mittels eines bereitgestellten Druckes gegen die Flachspule gedrückt wird.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Stosswellenrohr der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass seine Abstrahlcharakteristik über eine Vielzahl von Stosswellenemissionen hinweg erhalten bleibt.
  • Diese Aufgabe wird nach einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Spulenträger aus Aluminiumoxid-Keramik besteht.
  • Nach einer zweiten Ausführungsform wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Membran aus einer Bronzelegierung oder Molybdän besteht.
  • Vorteil beider Ausführungsformen ist es, dass die Lebensdauer des Stosswellenrohrs bei gleichbleibend guten Abstrahlwerten hoch ist. So wurden z.B. mit einem Spulenträger aus einer Aluminiumoxid-Keramik über 3000 Stosswellen ausgelöst, ohne dass der Spulenträger zerbrochen oder dass es zu Hochspannungsüberschlägen zwischen den Windungen der Spule gekommen wäre. Mit einer Membran aus der Bronzelegierung wurden ebenfalls über 3000 Stosswellen erzeugt, ohne dass die Membran erkennbare Verformungen oder gar Risse aufgewiesen hätte. Das sonst bei Kupfer-, Aluminium- oder Stahlmembranen beobachtete Faltenwerfen nach einer hohen Schusszahl unterblieb also.
  • Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche der Membran mit einem Edelmetall veredelt ist. Eine Silberschicht von ca. 50 J.Lm Dicke zeigt positive Auswirkungen auf die Stosswellenform und auf die Druckamplitude.
  • Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung der Figur in Verbindung mit den Unteransprüchen. Die Figur zeigt einen Spulenträger aus Aluminiumoxidkeramik mit einer anliegenden Membran aus einer Bronzelegierung, deren Oberfläche veredelt ist. Aus Gründen einer besseren Übersicht sind der Spulenträger und die Membran sowie eine dazwischen angeordnete Isolierfolie jeweils im Abstand voneinander gezeichnet.
  • In der Figur ist mit 1 allgemein ein Stosswellenrohr bezeichnet, dessen wesentliche Komponenten ein Spulenträger 3, eine Isolierfolie 5 und eine runde Membran 7 aus elektrisch leitendem Material sind. Auf die Stirnseite des Spulenträgers 3 ist eine als Flachspule 9 ausgeführte Entladungsspule mit Hilfe eines Kunstharzes 11 aufgeklebt. Die Komponenten 9, 5 und 7 werden durch einen Rückhaltering 12, der am Spulenträger 3 auf eine geeignete Weise befestigt ist, eng aneinandergepresst zusammengehalten.
  • Während des Betriebes des Stosswellenrohrs 1 wird auf die Flachspule 9 ein kurzer elektrischer Spannungsimpuls von hoher Amplitude gegeben. Das so erzeugte elektromagnetische Feld bewirkt, dass sich die Membran 7 schlagartig von der Flachspule 9 wegbewegt. Die Membran 7 ist jedoch an ihrem Umfang - unter Zwischenlage der Isolierfolie 5 - fest an die Flachspule 9 angedrückt. Die abstossende Bewegung wird im Idealfall annähernd gleichmässig über der freien Fläche der Membran 7 erzeugt, wodurch eine Stosswelle P ausgesandt wird. Es ist einleuchtend, dass nach einer Anzahl von Stosswellenemissionen eine gewisse Materialermüdung in der Membran 7 auftritt. Aus Gründen einer effektiven Stosswelle soll die Membran 7 aus möglichst gut leitfähigem Material bestehen und aus Gründen einer guten Festigkeit und einer Nichtverformbarkeit bei einer hohen Anzahl von Stosswellenerzeugungen soll die Membran 7 gleichzeitig aus einem Werkstoff grosser Zugfestigkeit und einem Elastizitätsmodul grösser 110 KN/mm2 bestehen. Aus beiden Gründen ist die Membran 7 im vorliegenden Fall aus einer Bronzelegierung gefertigt, insbesondere aus einer Berylliumbronze. Als vorteilhaft hat sich auch eine Bronzelegierung unter Hinzugabe von Zinn oder Silber herausgestellt. Alternativ hierzu kommt als Material für die Membran 7 auch Molybdän in Betracht.
  • Die elektrische Leitfähigkeit der Membran 7 und damit die Effizienz der Auslenkung bei der Stosswellenerzeugung lässt sich noch verbessern, wenn die der Flachspule 9 zugewandte Oberfläche der Membran 7 veredelt ist. Hier hat sich eine Veredelung mit einer Silberschicht 13 einer Dicke von ca. 50 J.Lm als vorteilhaft herausgestellt. Man erhält eine deutlich höhere Druckamplitude als ohne diese Schicht.
  • Da die abstossende Kraft zwischen der Flachspule 9 und der Membran 7 möglichst ausschliesslich in Richtung der Pfeile zum Abstrahlen der Stosswelle P gerichtet sein soll, ist es nötig, den Spulenträger 3 aus einem schallharten Material zu fertigen. Versuche haben gezeigt, dass sich keramische Materialien dafür gut bewähren, wobei insbesondere mit einer Aluminiumoxid-Keramik der DIN-Klasse KER 710 ausgezeichnete Ergebnisse erzielt wurden.
  • Der wichtigste Vorteil bei Verwendung der genannten Materialien sowohl für den Spulenträger 3 als auch für die Membran 7 ist das Erzielen einer hohen Lebensdauer des Stosswellenrohrs 1. Nach 3000 ausgelösten Stosswellen P weist die Membran 7, wie die Versuche gezeigt haben, keine Verformungen wie z.B. Stauchung oder Erschlaffen auf. Bei der in den Kunstharz 11 eingegossenen Spule 9 wurden keine Spannungsüberschläge beobachtet.

Claims (8)

1. Stosswellenrohr mit einem Spulenträger, der eine Spule trägt, und mit einer vor der Spule angeordneten Membran, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (3) aus einer Aluminiumoxid-Keramik besteht
2. Stosswellenrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aluminiumoxid-Keramik der DIN-Klasse KER 710 angehört.
3. Stosswellenrohr mit einem Spulenträger, der eine Spule trägt, und mit einer vor der Spule angeordneten Membran, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) aus einer Bronzelegierung oder Molybdän besteht.
4. Stosswellenrohr nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (7) aus Zinnbronze, Silberbronze oder insbesondere Berylliumbronze besteht.
5. Stosswellenrohr nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Membran (7) veredelt ist.
6. Stosswellenrohr nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche der Membran (7) versilbert ist.
7. Stosswellenrohr nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Versilberung (13) eine Schichtdicke von ca. 50 J.Lm besitzt.
8. Stosswellenrohr nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Veredelung auf der der Spule (9) zugewandten Seite der Membran (7) aufgebracht ist.
EP86100418A 1985-01-28 1986-01-14 Stosswellenrohr mit einer langen Lebensdauer Expired EP0189780B1 (de)

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