EP0256232A1 - Stosswellengenerator zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebenswesens - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens, welcher eine Spule (4) mit spiralförmig angeordneten Windungen und eine dieser gegenüberliegende, einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) aufweist, wobei die Spule (4) an eine Hochspannungsversorgung (13) anschließbar ist. Um eine hohe Lebensdauer der Membran (2) ohne nennenswerte Minderung des bei der Wandlung von elektrischer Energie in Stoßenergie vorliegenden Wirkungsgrades sicherzustellen, besteht die Spule (4) aus zwei hintereinandergeschalteten, sich deckenden, in parallelen Flächen liegenden Lagen (14, 15), wobei Strom- und Wicklungsrichtung der beiden Lagen (14, 15) der Spule (4) im Sinne einer Verstärkung ihres Magnetfeldes aufeinander abgestimmt sind, und ist die zu der Membran (2) die kleinere Potentialdifferenz aufweisende Lage (14) der Spule (4) der Membran (2) unmittelbar gegenüberliegend angeordnet.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkre­menten im Körper eines Lebewesens, welcher eine Spule mit spiralförmig angeordneten Windungen und eine dieser ge­genüberliegende, einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werk­stoff gebildete Membran aufweist, wobei die Spule an ei­ne Hochspannungsversorgung anschließbar ist.
• Ein solcher Stoßwellengenerator mit einer parallel zu der Spule angeordneten Membran ist in der DE-OS 33 12 014 be­schrieben. Dabei werden die Stoßwellen dadurch erzeugt, daß die Spule an die Hochspannungsversorgung angeschlos­sen wird, die einen auf mehrere kV, z.B. 20 kV, aufge­ladenen Kondensator enthält. Die in dem Kondensator ge­speicherte Energie entlädt sich dann schlagartig in die Spule, was zur Folge hat, daß die Spule äußerst schnell ein magnetisches Feld aufbaut. Gleichzeitig wird in der Membran ein Strom induziert, der dem in der Spule flies­senden Strom entgegengesetzt ist und demzufolge ein ma­gnetisches Gegenfeld erzeugt, unter dessen Wirkung die Membran schlagartig von der Spule wegbewegt wird. Die so in dem mit Flüssigkeit, z.B. Wasser, gefüllten Raum er­zeugte Stoßwelle wird durch geeignete Maßnahmen auf die im Körper des Lebewesens befindlichen Konkremente, z.B. Nierensteine, fokussiert und bewirkt deren Zertrümmerung.
• Um eine möglichst weitgehende Wandlung der von der Hoch­ spannungsversorgung abgegebenen elektrischen Energie in Stoßenergie zu erreichen, ist es bei dem bekannten Stoß­wellengenerator erforderlich, die Membran möglichst nahe an der Spule anzubringen. Dies ist jedoch wegen der zwi­schen der Spule und der Membran zwangsläufig vorliegenden Potentialdifferenz nur bedingt möglich, da zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen zwischen Membran und Spule ein Mindestabstand eingehalten werden muß. Spannungsüber­schläge würden die Wirkung des Stoßwellengenerators be­einträchtigen und zu Beschädigungen der Membran führen, die deren Lebensdauer nachteilig beeinflussen. Bei dem bekannten Stoßwellengenerator muß daher im Interesse ei­ner ausreichenden Lebensdauer der Membran der Abstand zwischen der Membran und der Spule so gewählt werden, daß sich bei der Wandlung der elektrischen Energie in Stoß­energie nur ein unbefriedigender Wirkungsgrad einstellt.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungs­gemäßen Stoßwellengenerator so auszubilden, daß dessen Membran eine hohe Lebensdauer aufweist, ohne daß damit eine nennenswerte Minderung des Wirkungsgrades der Ener­giewandlung verbunden ist.
• Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spule aus zwei hintereinandergeschalteten, sich dek­kenden, in parallelen Flächen liegenden Lagen besteht, wobei Strom- und Wicklungsrichtung der beiden Lagen der Spule im Sinne einer Verstärkung ihres Magnetfeldes auf­einander abgestimmt sind, und daß die zu der Membran die kleinere Potentialdifferenz aufweisende Lage der Spule der Membran unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist. Die Erfindung macht sich den Umstand zunutze, daß die Hochspannung über der Spule abfällt, was im Falle einer zweilagigen Spule zur Folge hat, daß zwischen wenigstens einer Lage der Spule und der Membran eine maximale Poten­tialdifferenz vorliegt, die geringer ist als die bei gleichem Betrag der Hochspannung zwischen der Membran und einer einlagigen Spule vorliegende maximale Potentialdif­ferenz. Spannungsüberschläge zwischen der Membran und der Spule können demzufolge trotz eines geringen Abstandes der Membran von der Spule vermieden werden, wenn jene Lage der Spule, die zu der Membran die kleinere Poten­tialdifferenz aufweist, der Membran unmittelbar gegen­überliegend angeordnet ist. Außerdem baut die Spule in­folge des Umstandes, daß ihre beiden Lagen hintereinan­dergeschaltet und sich deckend in parallelen Flächen lie­gend angeordnet sind, wobei Strom- und Wicklungsrichtung der beiden Lagen im Sinne einer Verstärkung ihres Magnet­feldes aufeinander abgestimmt sind, bei gleichem Betrag der Hochspannung und gleichem Spulendurchmesser ein stär­keres Magnetfeld als eine einlagige Spule auf, wodurch größere Wirbelströme in der Membran induziert werden und ein stärkeres magnetisches Gegenfeld aufgebaut wird, was schließlich die Ausbildung von stärkeren Stoßwellen in dem mit Flüssigkeit gefüllten Raum zur Folge hat. Durch die Erfindung werden somit Spannungsüberschläge zwischen der Spule und der Membran wirksam vermieden, was zu einer erhöhten Lebensdauer der Membran führt, ohne daß der Wir­kungsgrad der Energiewandlung von elektrischer Energie in Stoßenergie in einem für die Praxis nennenswerten Umfang sinkt. Zugleich werden bei gegebenem Betrag der Hochspan­nung höhere Stoßwellendrücke erzielt, bzw. kann der Be­trag der Hochspannung bei gleichem Stoßwellendruck gegen­über dem bekannten Stoßwellengenerator verringert werden, wodurch eine weitere Verringerung des Abstandes zwischen der Membran und der ihr benachbarten Lage der Spule mög­lich wird.
• Es sei erwähnt, daß es die Erfindung - allerdings unter teilweisem oder vollständigem Verzicht auf eine verbes­serte Hochspannungsfestigkeit - erlaubt, eine größere elektrische Energie in Stoßenergie umzuwandeln, bzw. bei gleicher elektrischer Energie geringere Anstiegszeiten der Stoßwelle zu realisieren, da der in der Hochspan­ nungsversorgung befindliche Kondensator auf eine gegen­über einem Stoßwellengenerator mit einer einlagigen Spule höhere Ladespannung aufgeladen werden kann. Somit kann der Kondensator entweder eine größere, mit dem Quadrat der Ladespannung wachsende Energie abgeben oder seine Kapazität kann bei gleicher zur Verfügung stehender Ener­gie verkleinert werden, wodurch der durch die Spule und den Kondensator gebildete Schwingkreis eine höhere Eigen­frequenz aufweist, was zu einer kürzeren Anstiegszeit des durch die Spule fließenden Stromes und damit zu einer kürzeren Anstiegszeit der Stoßwelle führt, was beim Zer­trümmern von Konkrementen durchaus wünschenswert ist.
• Nach einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Lagen der Spule gegensinnig gewickelt, ihre je­weils innersten Windungen miteinander verbunden und ihre jeweils äußersten Windungen an die Hochspannungsversor­gung angeschlossen sind. Es wird so erreicht, daß die Spule auf einfache Weise herstellbar ist und eine geringe Dicke aufweist, da eine andernfalls erforderliche beson­dere Verbindung zwischen den beiden Lagen der Spule ent­fallen kann. Besonders zweckmäßig im Hinblick auf die Herstellung der Spule ist es auch, wenn beide Lagen der Spule die gleiche Windungszahl besitzen. Nach einer Aus­führungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die äußer­ste Windung der der Membran unmittelbar gegenüberliegen­den Lage der Spule mit der Membran auf gleichem Potential liegt, wobei nach einer letzten Variante der Erfindung die Membran auf Erdpotential liegt. Es ist so sicherge­stellt, daß an der in dem Raum befindlichen Flüssigkeit, die unter Umständen mit dem Lebewesen bzw. dem Bedie­nungspersonal in Berührung kommen kann, keine Hochspan­nung anliegt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­nung dargestellt, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator zeigt.
• Der erfindungsgemäße Stoßwellengenerator weist ein Gehäuse 1 auf, das einen mit einer Flüssigkeit gefüllten, durch eine Membran 2 abgeschlossenen Raum 3 enthält. Der aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildeten Mem­bran 2 gegenüberliegend ist eine Spule 4 mit spiralförmig angeordneten Windungen vorgesehen, wobei zwischen der Membran 2 und der Spule 4 eine Isolierfolie 5 angeordnet ist. Die Windungen der Spule 4 sind auf einer Auflageflä­che 6 eines Isolators 7 angeordnet, der in einer Kappe 8 aufgenommen ist. Die Membran 2, die Isolierfolie 5 und die den Isolator 7 mit der Spule 4 enthaltende Kappe 8 sind mittels Schrauben 9 an dem Gehäuse 1 befestigt. Zur Fixierung der Spule 4 an der Auflagefläche 6 des Isola­tors 7 ist der zwischen der Isolierfolie 5 und der Auf­lagefläche 6 des Isolators 7 befindliche Raum mit einem der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten elek­trisch isolierenden Gießharz ausgefüllt. Die Spule 4 ist über Anschlüsse 10 und 11, die durch Bohrungen in dem Isolator 7 und der Kappe 8 nach außen treten, mittels eines geeigneten Schaltmittels 12 an eine schematisch dargestellte Hochspannungsversorgung 13 anschließbar, die einen Stromstoß an die Spule 4 abgibt, wodurch die Mem­bran 2 schlagartig von der Spule 4 abgestoßen wird, was zur Ausbildung einer Stoßwelle in der Flüssigkeit im Raum 3 führt. Infolge der an der Spule 4 anliegenden Hochspan­nung treten zwischen der Membran 2 und den einzelnen Win­dungen der Spule 4 Potentialdifferenzen auf.
• Dabei ist vorgesehen, daß die Spule 4 aus zwei Lagen 14 und 15 besteht, die sich deckend in parallelen Ebenen liegend angeordnet sind. Die beiden Lagen 14 und 15 der Spule 4 sind gegensinnig gewickelt und durch Verbindung ihrer jeweils innersten Windungen 16 und 17 hintereinan­dergeschaltet, so daß die Magnetfelder beider Lagen 14 und 15 der Spule 4 einander verstärken, wenn diese über ihre jeweils äußersten Windungen 18 und 19 an die Hoch­spannungsversorgung 13 angeschlossen sind. Die beiden Lagen 14 und 15 der Spule 4 besitzen die gleiche Win­dungszahl.
• Die äußerste Windung 18 der der Membran 2 unmittelbar be­nachbarten Lage 14 der Spule 4 liegt mit der Membran 2 auf gleichem Potential, nämlich Erdpotential 20. Demzu­folge liegt zwischen der der Membran 2 unmittelbar be­nachbarten Lage 14 der Spule 4 eine geringere Potential­differenz als zwischen der Membran 2 und der von dieser entfernten Lage 15 der Spule 4 vor.
• In dem Ausführungsbeispiel ist ein Stoßwellengenerator mit einer ebenen Membran 2 dargestellt. Es ist aber auch möglich, Stoßwellengeneratoren mit andersartig, z.B. sphärisch geformter Membran erfindungsgemäß auszubilden.

Claims (5)

1. Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berüh­rungslosen Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens befindlichen Konkrementen, welcher eine Spule (4) mit spiralförmig angeordneten Windungen und eine dieser ge­genüberliegende, einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschliessende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) aufweist, wobei die Spule (4) an eine Hochspannungsversorgung (13) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (4) aus zwei hintereinandergeschalteten, sich deckenden, in parallelen Flächen liegenden Lagen (14, 15) besteht, wobei Strom- und Wicklungsrichtung der beiden Lagen (14, 15) der Spule (4) im Sinne einer Ver­stärkung ihres Mangetfeldes aufeinander abgestimmt sind, und daß die zu der Membran (2) die kleinere Potential­differenz aufweisende Lage (14) der Spule (4) der Membran (2) unmittelbar gegenüberliegend angeordnet ist.

2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Lagen (14, 15) der Spule (4) gegensinnig gewickelt, ihre jeweils innersten Windungen (16, 17) miteinander verbunden und ihre jeweils äußersten Windungen (18, 19) an die Hoch­spannungsversorgung (13) angeschlossen sind.

3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß beide Lagen (14, 15) der Spule (4) die gleiche Windungszahl besitzen.

4. Stoßwellengenerator nach Anspruch 2 oder 3, da­durch gekennzeichnet, daß die äus­serste Windung (18) der der Membran (2) unmittelbar ge­genüberliegenden Lage (14) der Spule (4) mit der Membran (2) auf gleichem Potential (20) liegt.

5. Stoßwellengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) auf Erdpotential (20) liegt.

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