EP0256203A1 - Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens - Google Patents

Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Download PDF

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EP0256203A1
EP0256203A1 EP87101806A EP87101806A EP0256203A1 EP 0256203 A1 EP0256203 A1 EP 0256203A1 EP 87101806 A EP87101806 A EP 87101806A EP 87101806 A EP87101806 A EP 87101806A EP 0256203 A1 EP0256203 A1 EP 0256203A1
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EP
European Patent Office
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membrane
shock wave
wave generator
housing
resilient means
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Withdrawn
Application number
EP87101806A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Matthias Dipl.-Ing. Mahler
Sylvester Dipl.-Ing. Oppelt (Fh)
Manfred Rattner
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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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 wave generator for a device for contactlessly crushing concrements in the body of a living being, which has a liquid-filled housing, a membrane that closes it and connected to it along its edge, and means for driving the membrane in a shock-like manner.
  • shock wave generator is known from DE-OS 33 12 014.
  • the membrane is driven electromagnetically.
  • the shock waves emanating from this are taken by suitable measures on the concrement, e.g. B. focused on a person's kidney stone to smash it.
  • the membrane of the known shock wave generator is attached to the housing in such a way that it is firmly clamped along its entire edge.
  • the diaphragm is driven abruptly, it is subjected to sudden bending stresses, which can lead to overstressing of the diaphragm and ultimately to its failure.
  • the shock waves generated with the known shock wave generator differ in shape and pressure distribution in the shock front from the desired ideal, with the result that the shock waves occur only to a limited extent the concessions to be smashed elements can be focused, ie the focus that can be achieved has a relatively large spatial extent, which is detrimental to the effectiveness of the shock waves.
  • the invention has for its object to design a shock wave generator of the type mentioned so that overstressing the membrane and harmful deformation of the membrane with respect to the focusability of the shock waves are excluded.
  • this is achieved in that elastically resilient means are provided between the housing and the membrane in the direction of movement thereof, by means of which the membrane is connected to the housing essentially without bending moments.
  • the membrane as a whole can move under the action of the means for driving it in the direction of the force driving it. Deformations of the membrane resulting from the way in which they are attached to the housing are thus largely avoided in the shock wave generator according to the invention.
  • the membrane therefore has a longer service life than the known shock wave generator, and the shock waves generated with the shock wave generator according to the invention are easier to focus.
  • the resilient means are formed by a rubber spring.
  • the rubber spring can expediently be integrally connected to the membrane and the housing, for example by vulcanization, whereby both the fastening of the membrane to the housing and a good sealing effect between the two are achieved in a simple manner.
  • a particularly favorable strain on the rubber spring is obtained if, according to a variant of the invention, it is arranged between surfaces of the housing and the membrane opposite one another in the direction of movement of the membrane, such an arrangement in which the rubber is preferred mifeder and the vulcanizations existing between this and the housing or the membrane are essentially stressed.
  • the resilient means are designed as plate springs or tubular hollow springs attached to the edge of the membrane, which may have a zigzag-like, meandering or wavy cross-section to ensure sufficient flexibility in the direction of movement of the membrane .
  • the resilient means are formed in one piece with the membrane.
  • the shock wave generator according to the invention shown in FIG. 1 has a housing 1 which encloses a space 2 filled with a liquid, which is closed by a plate-shaped membrane 3. Opposite this, a spirally wound coil 4 is arranged on an insulator 5, which is accommodated in a cap 6, which is fastened to the housing 1 by means of screws 7. At the same time, the membrane 3 is connected to the housing 1 along its edge via a ring 8, which is held between the housing 1 and the cap 6 by means of the screws 7.
  • the membrane 3 consists of an electrically conductive material and can be driven in a pulsed manner by means of the coil 4 by connecting it to a schematically illustrated high-voltage supply 10 by means of suitable switching means 9.
  • the high-voltage supply 10 gives a pulse-like current surge to the coil 4, whereby this builds up a magnetic field.
  • a current of opposite direction is induced in the membrane 3, which causes an opposing magnetic field.
  • the membrane 3 is thus abruptly repelled by the coil 4, which creates a shock wave in the liquid in the space 2, which is focused on a concrement with suitable means, not shown, and crushes it.
  • elastically resilient means are provided between the housing 1 and the membrane 3 in the direction of movement thereof, which are designed as tubular, at the edge of the membrane 3 attached hollow spring 11, the membrane 3 essentially free of bending moments via the ring 8 with the housing 1 connects.
  • the hollow spring 11 has a meandering cross section. The hollow spring 11 is fastened to the edge of the membrane 3 as well as to the ring 8 by liquid-tight welds.
  • FIGS. 2 to 5 differ from the exemplary embodiment according to FIG. 1 only with regard to the design of the resilient means, which is why the same parts are given the same reference numbers as in FIG. 1.
  • the resilient means as a plate spring 12 are used to ensure one sufficient flexibility in the direction of movement of the membrane 3 serving corrugated cross section.
  • the plate spring 12 is attached with its inner edge to the edge of the membrane 3 and with its outer edge to the ring 8 in a liquid-tight manner by soldering.
  • the resilient means are designed as a conical disc spring 13.
  • This embodiment is particularly advantageous when only small amplitudes of the membrane 3 occur.
  • the plate spring 13 is attached with its inner edge to the membrane 3 by a liquid-tight soldering, while it is provided on its outer edge with a flat flange 14 which is held between the cap 6 and the housing 1 by means of the screws 7.
  • the shock wave generator according to the invention according to FIG. 4 has a membrane 3, on the edge of which the resilient means designed as a plate spring-like ring section 15 with a zigzag-like cross section are integrally formed. At the outer edge of the ring section 15, the ring 8 is integrally formed, via which the membrane 3 is held on the housing 1 by means of the screws 7.
  • FIG. 5 shows a shock wave generator according to the invention, in which the elastically resilient means are formed by a rubber spring 16 of approximately oval cross section, which are arranged between surfaces 17 and 18 of the housing 1 and the membrane 3 facing each other in the direction of movement of the membrane 3 and with the surfaces 17 and 18 is connected by vulcanization.
  • the arrangement is such that the rubber spring 16 is compressed when the diaphragm 3 is driven in a jerky manner, as a result of which impermissible stresses on the connections produced by vulcanization the rubber spring with the membrane 3 or the housing 1 can be avoided.
  • the resilient means can also be designed differently than described in the exemplary embodiments, provided that it is only ensured that they have sufficient flexibility in the direction of movement of the membrane to allow it to move in its entirety without being subjected to bending moments.
  • connection of the elastically resilient means to the membrane or the housing can be made differently than shown in the exemplary embodiments, also non-positively or frictionally.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, der ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Gehäuse (1), eine dieses abschliessende und mit diesem entlang ihres Randes verbundene Membran (3) und Mittel (4, 9, 10) zum stoßartigen Antreiben der Membran (3) aufweist. Um Überbeanspruchungen der Membran (3) und hinsichtlich der Fokussierbarkeit der Stoßwellen schädliche Verformungen der Membran (3) auszuschließen, sind zwischen dem Gehäuse (1) und der Membran (3) in deren Bewegungsrichtung elastisch federnde Mittel (11) vorgesehen, durch welche die Membran (3) im wesentlichen biegemomentenfrei mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkre­menten im Körper eines Lebewesens, der ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Gehäuse, eine dieses abschließende und mit diesem entlang ihres Randes verbundene Membran und Mittel zum stoßartigen Antreiben der Membran auf­weist.
  • Ein solcher Stoßwellengenerator ist durch die DE-OS 33 12 014 bekannt. Bei dem bekannten Stoßwellengenerator wird die Membran elektromagnetisch angetrieben. Die von dieser ausgehenden Stoßwellen werden durch geeignete Maß­nahmen auf das Konkrement, z. B. den Nierenstein eines Menschen, fokussiert, um dieses zu zertrümmern.
  • Die Membran des bekannten Stoßwellengenerators ist derart am Gehäuse befestigt, daß sie entlang ihres gesamten Ran­des fest eingespannt ist. Dies führt dazu, daß die Mem­bran, wenn sie stoßartig angetrieben wird, schlagartigen Biegebeanspruchungen ausgesetzt ist, die zu Überbeanspru­chungen der Membran und schließlich zu deren Ausfall füh­ren können. Infolge der mit den Biegebeanspruchungen ver­bundenen Verformungen der Membran tritt außerdem der Nachteil auf, daß die mit dem bekannten Stoßwellengenera­tor erzeugten Stoßwellen hinsichtlich der Form und der Druckverteilung in der Stoßfront von dem angestrebten Ideal abweichen, was dazu führt, daß die Stoßwellen nur in beschränktem Maße auf die zu zertrümmernden Konkre­ mente fokussiert werden können, d.h., der erzielbare Fokus weist eine relativ große räumliche Ausdehnung auf, was der Wirksamkeit der Stoßwellen abträglich ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stoßwel­lengenerator der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Überbeanspruchungen der Membran und hinsichtlich der Fokussierbarkeit der Stoßwellen schädliche Verformungen der Membran ausgeschlossen sind.
  • Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß zwi­schen dem Gehäuse und der Membran in deren Bewegungsrich­tung elastisch federnde Mittel vorgesehen sind, durch welche die Membran im wesentlichen biegemomentenfrei mit dem Gehäuse verbunden ist. Infolge dieser Maßnahme kann sich die Membran unter der Einwirkung der Mittel zu ihrem Antrieb in ihrer Gesamtheit in Richtung der sie antrei­benden Kraft bewegen. Verformungen der Membran, die aus der Art ihrer Befestigung am Gehäuse herrühren, sind bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator somit weitest­gehend vermieden. Die Membran weist deshalb eine gegen­über dem bekannten Stoßwellengenerator erhöhte Lebensdau­er auf und die mit dem erfindungsgemäßen Stoßwellengene­rator erzeugten Stoßwellen sind besser fokussierbar.
  • Nach einer Ausführung der Erfindung sind die elastisch federnden Mittel durch eine Gummifeder gebildet. Dabei kann die Gummifeder zweckmäßigerweise mit der Membran und dem Gehäuse jeweils stoffschlüssig, z.B. durch Vulkani­sieren, verbunden sein, wodurch auf einfache Weise sowohl die Befestigung der Membran am Gehäuse als auch eine gute Dichtwirkung zwischen beiden erzielt wird. Eine besonders günstige Beanspruchung der Gummifeder ergibt sich, wenn diese nach einer Variante der Erfindung zwischen einander in Bewegungsrichtung der Membran gegenüberliegenden Flä­chen des Gehäuses und der Membran angeordnet ist, wobei eine solche Anordnung zu bevorzugen ist, bei der die Gum­ mifeder und die zwischen dieser und dem Gehäuse bzw. der Membran vorhandenen Vulkanisierungen im wesentlichen auf Druck beansprucht werden.
  • Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen vor, daß die elastisch federnden Mittel als jeweils am Rand der Membran angebrachte Tellerfeder oder rohrförmige Hohl­feder ausgebildet sind, wobei diese zur Sicherstellung einer ausreichenden Nachgiebigkeit in Bewegungsrichtung der Membran einen zick-zack-artigen, mäanderartigen oder gewellten Querschnitt aufweisen können.
  • Im Hinblick auf eine einfache Herstellung und Montage des erfindungsgemäßen Stoßwellengenerators ist es schließlich vorteilhaft, wenn die elastisch federnden Mittel ein­stückig mit der Membran ausgebildet sind.
  • In den beigefügten Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsge­mäßen Stoßwellengenerator, und
    • Fig. 2 bis 5 teilweise Längsschnitte durch weitere erfindungsgemäße Stoßwellengeneratoren.
  • Der in Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Stoßwellengene­rator weist ein Gehäuse 1 auf, welches einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum 2 umschließt, der durch eine plattenförmige Membran 3 verschlossen ist. Dieser gegen­überliegend ist eine spiralförmig gewickelte Spule 4 auf einem Isolator 5 angeordnet, der in einer Kappe 6 aufge­nommen ist, die mittels Schrauben 7 an dem Gehäuse 1 be­festigt ist. Zugleich ist die Membran 3 über einen Ring 8, der mittels der Schrauben 7 zwischen dem Gehäuse 1 und der Kappe 6 gehalten ist, entlang ihres Randes mit dem Gehäuse 1 verbunden.
  • Die Membran 3 besteht aus einem elektrisch leitenden Werkstoff und kann mittels der Spule 4 stoßartig ange­trieben werden, indem diese mittels geeigneter Schaltmit­tel 9 an eine schematisch dargestellte Hochspannungsver­sorgung 10 angeschlossen wird. Die Hochspannungsversor­gung 10 gibt einen impulsartigen Stromstoß an die Spule 4, wodurch diese ein Magnetfeld aufbaut. Gleichzeitig wird ein Strom entgegengesetzter Richtung in der Membran 3 induziert, der ein magnetisches Gegenfeld hervorruft. Die Membran 3 wird somit schlagartig von der Spule 4 ab­gestoßen, wodurch eine Stoßwelle in der in dem Raum 2 befindlichen Flüssigkeit entsteht, die mit geeigneten, nicht dargestellten Mitteln auf ein Konkrement fokussiert wird und dieses zertrümmert.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator sind zwi­schen dem Gehäuse 1 und der Membran 3 in deren Bewegungs­richtung elastisch federnde Mittel vorgesehen, die als rohrförmige, am Rand der Membran 3 angebrachte Hohlfeder 11 ausgebildet sind, die die Membran 3 im wesentlichen biegemomentenfrei über den Ring 8 mit dem Gehäuse 1 ver­bindet. Um eine ausreichende Nachgiebigkeit in der Bewe­gungsrichtung der Membran 3 zu gewährleisten, weist die Hohlfeder 11 einen mäanderartigen Querschnitt auf. Die Hohlfeder 11 ist sowohl an dem Rand der Membran 3 als auch an dem Ring 8 durch flüssigkeitsdichte Schweißungen befestigt.
  • Die in den Figuren 2 bis 5 dargestellten Ausführungsbei­spiele weichen nur hinsichtlich der Ausbildung der ela­stisch federnden Mittel von dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 ab, weshalb gleiche Teile mit den jeweils glei­chen Bezugsziffern wie in Figur 1 versehen sind.
  • Bei dem in Figur 2 dargestellten erfindungsgemäßen Stoß­wellengenerator sind die elastisch federnden Mittel als Tellerfeder 12 mit einem der Sicherstellung einer aus­ reichenden Nachgiebigkeit in Bewegungsrichtung der Mem­bran 3 dienenden gewellten Querschnitt ausgebildet. Die Tellerfeder 12 ist mit ihrem inneren Rand am Rand der Membran 3 und mit ihrem äußeren Rand an dem Ring 8 durch Löten flüssigkeitsdicht befestigt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator nach Figur 3 sind die elastisch federnden Mittel als konische Tel­lerfeder 13 ausgebildet. Diese Ausführung ist besonders dann vorteilhaft, wenn nur kleine Amplituden der Membran 3 auftreten. Die Tellerfeder 13 ist mit ihrem inneren Rand an der Membran 3 durch eine flüssigkeitsdichte Lötung befestigt, während sie an ihrem äußeren Rand mit einem ebenen Flansch 14 versehen ist, der zwischen der Kappe 6 und dem Gehäuse 1 mittels der Schrauben 7 ge­halten ist.
  • Der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator nach Figur 4 weist eine Membran 3 auf, an deren Rand die als teller­federartiger Ringabschnitt 15 mit zick-zack-artigem Quer­schnitt ausgebildeten elastisch federnden Mittel ein­stückig angebildet sind. An den äußeren Rand des Ringab­schnittes 15 ist der Ring 8 einstückig angebildet, über den die Membran 3 am Gehäuse 1 mittels der Schrauben 7 gehalten ist.
  • In der Figur 5 ist schließlich ein erfindungsgemäßer Stoßwellengenerator dargestellt, bei dem die elastisch federnden Mittel durch eine Gummifeder 16 etwa ovalen Querschnittes gebildet sind, die zwischen einander in Bewegungsrichtung der Membran 3 zugewandten Flächen 17 und 18 des Gehäuses 1 und der Membran 3 angeordnet und mit den Flächen 17 und 18 durch Vulkanisieren verbunden ist. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Gum­mifeder 16 beim stoßartigen Antreiben der Membran 3 zu­sammengedrückt wird, wodurch unzulässige Beanspruchun­gen der durch Vulkanisieren hergestellten Verbindungen der Gummifeder mit der Membran 3 bzw. dem Gehäuse 1 ver­mieden werden.
  • Die elastisch federnden Mittel können auch anders als bei den Ausführungsbeispielen beschrieben ausgebildet sein, sofern nur sichergestellt ist, daß sie eine ausreichende Nachgiebigkeit in Bewegungsrichtung der Membran besitzen, um dieser zu gestatten, sich in ihrer Gesamtheit zu be­wegen, ohne daß sie Biegemomenten ausgesetzt ist.
  • Die Verbindung der elastisch federnden Mittel mit der Membran bzw. dem Gehäuse kann anders als in den Ausfüh­rungsbeispielen gezeigt, auch kraft- bzw. reibschlüssig ausgeführt sein.

Claims (9)

1. Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berüh­rungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, der ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Ge­häuse (1), eine dieses abschließende und mit diesem ent­lang ihres Randes verbundene Membran (3) und Mittel (4, 9, 10) zum stoßartigen Antreiben der Membran (3) auf­weist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Gehäuse (1) und der Membran (3) in deren Bewegungsrichtung elastisch federnde Mittel (11, 12, 13, 15, 16) vorgesehen sind, durch welche die Membran (3) im wesentlichen biegemomentenfrei mit dem Gehäuse (1) verbunden ist.
2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch federn­den Mittel durch eine Gummifeder (16) gebildet sind.
3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gummifeder (16) zwischen einander in Bewegungsrichtung der Membran (3) gegenüberliegenden Flächen (17, 18) des Gehäuses (1) und der Membran (3) angeordnet ist.
4. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch federn­den Mittel als am Rand der Membran (3) angebrachte Tel­lerfeder (12, 13, 15) ausgebildet sind.
5. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch federn­den Mittel als rohrförmige, am Rand der Membran (3) ange­brachte Hohlfeder (11) ausgebildet sind.
6. Stoßwellengenerator nach Anspruch 4 oder 5, da­durch gekennzeichnet, daß die ela­ stisch federnden Mittel (15) einen zick-zack-artigen Querschnitt aufweisen.
7. Stoßwellengenerator nach Anspruch 4 oder 5, da­durch gekennzeichnet, daß die ela­stisch federnden Mittel (11) einen mäanderartigen Quer­schnitt aufweisen.
8. Stoßwellengenerator nach Anspruch 4 oder 5, da­durch gekennzeichnet, daß die ela­stisch federnden Mittel (12) einen gewellten Querschnitt aufweisen.
9. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch federnden Mittel (15) einstückig mit der Mem­bran (3) ausgebildet sind.
EP87101806A 1986-06-05 1987-02-10 Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens Withdrawn EP0256203A1 (de)

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Inventor name: OPPELT, SYLVESTER, DIPL.-ING. (FH)

Inventor name: RATTNER, MANFRED