EP3021317B1

EP3021317B1 - Vorrichtung zur erzeugung elektrohydraulischer stosswellen

Info

Publication number: EP3021317B1
Application number: EP15186264.6A
Authority: EP
Inventors: Werner Schwarze; Sebastian Kruse
Original assignee: Jena Med Tech GmbH
Current assignee: Storz Medical Deutschland GmbH
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2015-09-22
Publication date: 2018-01-17
Anticipated expiration: 2035-09-22
Also published as: EP3021317B8; EP3021317A1

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von akustischen Stosswellen durch einen Funkenüberschlag zwischen zwei Elektroden. Durch die so erzeugten Stosswellen können beispielsweise in der Humanmedizin oder in der Veterinärmedizin Steine in Körperhöhlen zertrümmert oder auch die Regeneration und Neubildung von Gewebe stimuliert werden.

Stand der Technik

In der DE 27 18 847 A1 ist eine Vorrichtung zur Zertrümmerung von Steinen in Körperhöhlen durch extrakorporal erzeugte akustische Stosswellen offenbart. Eine Weiterbildung für die Gewebestimulation bzw. Regeneration und Neubildung zeigt die DE 43 06 460 A1 . Zur Stosswellenerzeugung wird in der US 2,559,227 eine initiale Stossfront durch einen Funkenüberschlag, zwischen zwei sich gegenüberstehenden Elektrodenspitzen generiert. Aus der DE 26 35 635 A1 ist eine Anordnung von zwei sich gegenüberliegender Elektrodenspitzen, aus einer gemeinsamen Halterung herausragend, bekannt. Hierbei wird eine Elektrode verlängert und über eine Schleife zurückgeführt. Diese Elektrodenanordnung ist auswechselbar und seitlich im Reflektor angebracht.
Die durch wiederholten Funkenüberschlag entstehende Funkenerosion hat einen Abbrand des sich gegenüberstehenden Elektrodenspitzenpaares zur Folge. Hierdurch ist die Lebensdauer der Elektrodenspitzen eingeschränkt und reicht nur eine bis maximal wenige Behandlungen. Die gesamte Elektrode bzw. die Elektrodenspitzen müssen danach vollständig gewechselt werden.
Ein koaxialer Aufbau mit zwei übereinander angeordneten Elektroden ist in der US 5,420,473 offenbart. Nachteilig an dieser Anordnung ist die große Abschattung durch die kegelförmigen Elektroden und die koaxiale Halterung.
Eine seitliche Elektrodenanordnung ist in der DE 33 16 837 A1 offenbart. Diese führt zur Durchbrechung des koaxialen Aufbaus und zu konstruktiv umständlichen Lösungen für z.B. den Austausch der Elektrodenspitzen. Weiter behindern die nicht koaxial durch den Scheitelpunkt geführten Elektrodenspitzen die Wellenausbreitung und können Asymmetrien im Funkensprung verursachen.
Die US 4,610,249 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum nichtinvasiven Zertrümmern von Körperkonkrementen. Die dort offenbarte Vorrichtung weist zwei sich gegenüberliegende Elektrodenspitzen auf.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrohydraulischer Stosswellen derart weiterzubilden, dass eine höhere Lebensdauer der Elektroden erreicht werden kann, wobei die Energie und bevorzugt auch der Fokuspunkt einer initialen Stossfront während der Lebensdauer weitgehend konstant bleiben. Zudem soll eine höhere Stosswellenenergie bei gleicher Leistungsaufnahme erreicht werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und eine Elektrode nach Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Vorteilhafterweise umfasst eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrohydraulischer Stosswellen eine erste Elektrode mit einer ersten Elektrodenspitze und eine zweite Elektrode mit einer zweiten Elektrodenspitze in geringem Abstand zur ersten Elektrodenspitze.
Hierbei kann unter dem Begriff Elektrodenspitze der Teil des Elektrodenschafts verstanden werden, von dem aus Überschläge auftreten können. Alternativ kann unter Elektrodenspitze der Teil des Elektrodenschafts verstanden werden, welcher während des Behandlungsprozesses abbrennt.
Bevorzugt sind die erste Elektrodenspitze des ersten metallischen Elektrodenschafts und die zweite Elektrodenspitze des zweiten metallischen Elektrodenschafts in der Nähe der Fokuszone beabstandet angeordnet.
Die Elektroden weisen jeweils einen bevorzugt metallischen Elektrodenschaft auf, welcher wiederum jeweils eine der bereits erwähnten Elektrodenspitzen aufweist. Bevorzugt ist ein der ersten Elektrodenspitze zugewandter Teil des ersten Elektrodenschafts und/oder ein der zweiten Elektrodenspitze zugewandter Teil des zweiten Elektrodenschafts gerade oder gebogen. Diese geraden oder gebogenen Teile sind bevorzugt in einem Volumen um die Fokuszone angeordnet, welcher gegenüber dem Volumen des gesamten Innenbereichs des Reflektors vergleichsweise klein ist. Dieses Volumen ist bevorzugt kleiner als 20%, besonders bevorzugt kleiner als 10%, des Volumens des gesamten Innenbereichs.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Elektrodenschäfte im gesamten Innenbereich des Reflektors gerade. Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind sowohl der der ersten Elektrodenspitze zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts als auch der der zweiten Elektrodenspitze zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts in einem Innenbereich des Reflektors gerade.
Gemäß einer oben bereits erwähnten Ausführungsform ist ein der ersten Elektrodenspitze zugewandter Teil des ersten Elektrodenschafts und/oder ein der zweiten Elektrodenspitze zugewandter Teil des zweiten Elektrodenschafts gebogen. Wenn die Rede davon ist, dass ein der Elektrodenspitze zugewandter Teil des Elektrodenschafts gebogen ist, so bedeutet das, dass der der ersten Elektrodenspitze zugewandter Teil des ersten Elektrodenschafts bevorzugt in einer Ebene liegt und an jeder Stelle eine, insbesondere konstante, Krümmung in dieser Ebene aufweist.
Es wird eine initiale Stoßfront durch einen Funkenüberschlag zwischen den Elektrodenspitzen erzeugt. Dieser Funkenüberschlag generiert eine expandierende Plasmablase, welche an ihrer Oberfläche die Stosswelle vorantreibt und in das umgebende wässrige Medium einkoppelt. Die Elektrodenspitzen sind vorzugsweise in bzw. an der Fokuszone des speziell geformten, vorzugsweise ellipsoiden, Reflektors angeordnet. Die durch den Funkenüberschlag erzeugten Stosswellen werden durch den Reflektor auf ein sich außerhalb des Reflektors befindliches therapeutisches Volumen fokussiert bzw. kondensiert. Vorteilhafterweise werden die für den Funkenüberschlag benötigten Spannungen von 1 bis 40kV über Kondensatoren mit Kapazitäten von 1 bis 400nF über einen schnellen, niederohmigen Schalter auf die Elektroden geschaltet.
Der der ersten Elektrodenspitze zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts und der der zweiten Elektrodenspitze zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts sind in einem Winkel zwischen 20° und 140° angeordnet. Besonders bevorzugt liegt der Winkelbereich zwischen 30° und 90°, und ganz besonders bevorzugt zwischen 40° und 60°. Bevorzugt ist die Anordnung symmetrisch zu einer Mittelachse bzw. zu einer durch die Mittelachse verlaufenden Ebene. Wobei die Mittelachse bevorzugt die Rotationsachse eines ellipsoiden Reflektors darstellt. Bevorzugt sind die Spitzen der Elektroden abgeschrägt, so dass die Spitze der ersten Elektrode zur Spitze der zweiten Elektrode eine Fläche bildet, wobei die beiden Elektrodenflächen bevorzugt parallel zueinander ausgerichtet sind und besonders bevorzugt die Mittelachse in der Mitte zwischen den beiden Elektrodenflächen verläuft.
Für den Fall, dass die den Elektrodenspitzen zugewandten Teile der Elektrodenschäfte gebogen oder gekrümmt sind, ist der Ausdruck, wonach der der ersten Elektrodenspitze zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts und der der zweiten Elektrodenspitze zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts in einem Winkel zwischen 20° und 140° angeordnet sind, so zu verstehen, dass eine erste Tangente einer ersten Mittelachse des der ersten Elektrodenspitze zugewandten Teils des ersten Elektrodenschafts an der Stelle, wo die erste Mittelachse die erste Elektrodenspitze verlässt, und eine zweite Tangente einer zweiten Mittelachse des der zweiten Elektrodenspitze zugewandten Teils des zweiten Elektrodenschafts an der Stelle, wo die zweite Mittelachse die zweite Elektrodenspitze verlässt, in einem Winkel zwischen 20° und 140° angeordnet sind.
In dieser Ausführungsform kann durch die Anordnung der Elektrodenspitzen die Abschattung gegenüber dem Stand der Technik wesentlich reduziert werden, so dass sich, wie in den Figuren weiter unten dargestellt, eine deutlich höhere Energieabstrahlung ergibt. Dadurch, dass die Elektroden in der Nähe des Scheitelpunkts des Reflektors eingebaut werden können, ergibt sich eine einfache mechanische Anordnung.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Elektroden jeweils einen Schaft mit einem leitfähigen Material, insbesondere ein Metall umfassen. Besonders bevorzugt besteht der Elektrodenschaft aus Stahl, Wolfram, Platin, Graphit, einem anderen Metall oder thermisch beständigen bzw. stoßbeständigen Legierungen.
Weiterhin ist bevorzugt jeder Schaft in einem Halter aus bevorzugt leitfähigem Material oder Metall aufgenommen. Der Schaft dient bevorzugt als elektrischer Anschluss bzw. Steckverbinder.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass wenigstens eine Elektrodenspitze eine Elektrodenfläche aufweist, die gegenüber einer Längsachse des Elektrodenschafts um einen Winkel abgeschrägt ist, welcher bevorzugt dem halben Winkel zwischen den beiden Elektroden entspricht.
Für den Fall, dass ein der Elektrodenspitze zugewandter Teil des Elektrodenschafts gebogen oder gekrümmt ist, ist bevorzugt, dass wenigstens eine Elektrodenspitze eine Elektrodenfläche aufweist, die gegenüber einer Tangente einer Mittelachse des der Elektrodenspitze zugewandten Teils des Elektrodenschafts an der Stelle, wo die Mittelachse die Elektrodenspitze verlässt, um einen Winkel abgeschrägt ist, welcher bevorzugt dem halben Winkel zwischen der ersten Tangente und der zweiten Tangente der beiden Elektroden entspricht.
Dadurch bildet sich bevorzugterweise zwei in konstantem Abstand ausgerichtete Kontaktflächen an den beiden Elektroden. Durch die schräge Anordnung der Elektrodenspitzen steht mehr Elektrodenmaterial zur Verfügung, was wiederum eine höhere Lebensdauer ermöglicht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Durchmesser der Elektrodenspitze einer Elektrode größer als der Durchmesser der Elektrodenspitze der anderen Elektrode. Dadurch kann ein größerer Abbrand an einer der Elektroden kompensiert werden.
Grundsätzlich ist es bevorzugt, die Elektroden so anzuordnen, dass die Mitte der Elektroden bzw. Elektrodenflächen sich innerhalb der Fokuszone des Reflektors befinden. Es kann aber auch vorteilhaft sein, die Elektroden so anzuordnen, dass die Mitte der Elektroden bzw. Elektrodenflächen sich außerhalb der Fokuszone des Reflektors befinden, so dass die Elektrodenmitte durch zunehmenden Abbrand der Elektroden in die Fokuszone wandert. Bei weiterem Abbrand wandert die Mitte dann wiederum aus der Fokuszone heraus. Durch diese Anordnung kann über eine längere Dauer bzw. über einen größeren Bereich des Elektrodenabbrands die Mitte der Elektroden im Bereich der Fokuszone auf der Mittelachse des Reflektors gehalten werden.
Der ellipsoide Reflektor hat bevorzugt einen Scheitelpunkt in der Nähe der Fokuszone bei den Elektrodenspitzen.
Durch die Anordnung der Elektroden in der Nähe des Scheitelpunkts des Reflektors sind ein näherungsweise zentraler Zugang und eine entsprechende kompakte Bauform der Anordnung möglich. Bei Anordnungen, bei denen die Elektroden seitlich in den Reflektor hineinragen, ergibt sich durch die außen aus dem Reflektor seitlich überstehenden Elektroden eine wesentlich größere und kompliziertere Bauform. Zudem sind an zwei gegenüberliegenden Stellen des Reflektors isolierte Durchführungen einzubringen. Auch sind zum Austausch der Elektroden zwei Komponenten an unterschiedlichen Stellen des Reflektors auszutauschen. Entsprechend den zuvor geschilderten Ausführungsformen ist nur ein Zugang an einer zentralen Stelle des Reflektors zum Austausch der Elektroden notwendig.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrohydraulischer Stoßwellen.
Figur 2 zeigt eine vereinfachte Ausführung.
Figuren 3A und 3B zeigen jeweils eine Elektrode im Detail, wobei ein der Elektrodenspitze zugewandter Teil des Elektrodenschafts gerade ist.
Figuren 3C und 3D zeigen jeweils eine Elektrode im Detail, wobei ein der Elektrodenspitze zugewandter Teil des Elektrodenschafts gebogen ist.
Figur 4 zeigt einen Ausschnitt mit den Elektrodenspitzen.
Figur 5 zeigt eine weitere Detailvergrößerung der Elektrodenspitzen.
Figur 6 zeigt die Abschattung beim Stand der Technik.
Figur 7 zeigt die Abschattung einer bevorzugten Ausführungsform.
Figur 8 zeigt die Anordnung aus Figur 7 in einer anderen Ansicht.

In Figur 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Erzeugung elektrohydraulischer Stoßwellen dargestellt. Ein Reflektorkörper 11 weist bevorzugt eine ellipsoide Aussparung 12, welche als Reflektor dient, auf. Der Reflektor 12 weist einen Innenbereich 14 auf. Ferner hat dieser Reflektor 12 eine Fokuszone 13, welche vorzugsweise dem Brennpunkt einer Ellipse, die den Reflektor 12 beschreibt, entspricht. Vorzugsweise hat der Reflektor 12 eine Mittelachse 15, welche besonders bevorzugt die Rotationsachse eines rotationssymmetrischen Reflektors 12 ist. Eine erste Elektrode 20 und eine zweite Elektrode 30 sind in der Nähe einer Fokuszone 13 (entsprechend dem Gebiet um den Brennpunkt der Ellipse) des elliptischen Reflektors 12 angeordnet. Die erste Elektrode 20 weist eine erste Elektrodenspitze 21 am Ende eines Elektrodenschafts 24 und bevorzugt einen ersten Halter 22 auf, welche bevorzugt in einem ersten Isolator 23 aufgenommen und mit dem Reflektorkörper 11 verbunden sind. Weiterhin weist die zweite Elektrode 30 eine zweite Elektrodenspitze 31 am Ende eines Elektrodenschafts 34 und bevorzugt einen zweiten Halter 32 auf, welche bevorzugt in einem zweiten Isolator 33 aufgenommen und mit dem Reflektorkörper 11 verbunden sind. Zwischen dem ersten Elektrodenschaft 24 und dem zweiten Elektrodenschaft 34 ist ein Winkel 28. Dieser Winkel liegt bevorzugterweise in einem Bereich von 20° bis 140°. Besonders bevorzugt liegt der Winkelbereich zwischen 30° und 90°, und ganz besonders bevorzugt zwischen 40° und 60°. Die hier beschriebene Vorrichtung kann, wie weiter oben dargestellt, mit Hochspannungspulsen versorgt werden, die beispielsweise durch Anschalten eines aufgeladenen Kondensators über einen schnellen Schalter an die Elektroden erzeugt werden. Hierbei können Spannungen in einem typischen Bereich von 1 bis 40 Kilovolt an die Elektroden angelegt werden.
In Figur 2 ist eine vereinfachte Ausführung einer Vorrichtung zur Erzeugung von elektrohydraulischen Stoßwellen offenbart. Hier ist eine erste Elektrode 41 sowie eine zweite Elektrode 42 in einem gemeinsamen Isolator 43 zu einer Doppelelektrodenanordnung integriert. Dieser Isolator 43 ist wiederum in dem Reflektorkörper 11 aufgenommen. Über die Anschlüsse 44 bzw. 45 kann die erste Elektrode 41 bzw. zweite Elektrode 42 mit Hochspannung versorgt werden.
In Figur 3 sind die Elektroden 20 und 30 jeweils als Einzelelektrode im Detail dargestellt. Hierbei zeigen Figuren 3A und Figur 3B die Elektroden 20 bzw. 30 jeweils im Detail für den Fall, dass die den Elektrodenspitzen zugewandten Teile der Elektrodenschäfte gerade sind. Figuren 3C und 3D zeigen die Elektroden 20 bzw. 30 jeweils im Detail für den Fall, dass die den Elektrodenspitzen zugewandten Teile der Elektrodenschäfte gebogen bzw. gekrümmt sind.
Figur 3A zeigt die Elektrode 20 im Detail, wobei der der Elektrodenspitze zugewandte Teile des Elektrodenschafts gerade ist. Figur 3A zeigt, dass ein vorzugsweise elektrisch leitfähiger erster Halter 22 einen vorzugsweise metallischen ersten Elektrodenschaft 24 aufnimmt.
Der erste Elektrodenschaft 24 hat eine erste Elektrodenspitze 21, an welcher vorzugsweise eine erste Elektrodenfläche 25 ausgebildet ist.
Der erste Elektrodenschaft 24 ist in dieser Ausführungsform gerade, kann jedoch nach einer weiteren Ausführungsform nur an einem der ersten Elektrodenspitze 21 zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts 24 gerade sein.
Zur Ausbildung der ersten Elektrodenfläche 25 ist die Elektrodenspitze 21 gegenüber einer Längsachse 26 des Elektrodenschafts unter einem Winkel 29 abgeschrägt. Bevorzugt entspricht dieser Winkel dem halben Winkel 28 zwischen erster und zweiter Elektrode. Der Halter 22 dient bevorzugt dem elektrischen Anschluss der Elektrode und kann als Steckverbinder ausgebildet sein.
Figur 3B zeigt die Elektrode 30 im Detail, wobei der der Elektrodenspitze zugewandte Teile des Elektrodenschafts gerade ist. Man erkennt, dass ein vorzugsweise elektrisch leitfähiger zweiter Halter 32 einen vorzugsweise metallischen zweiten Elektrodenschaft 34 aufnimmt.
Dieser zweite Elektrodenschaft 34 hat eine zweite Elektrodenspitze 31, an welcher vorzugsweise eine zweite Elektrodenfläche 35 ausgebildet ist.
Der zweite Elektrodenschaft 34 ist in dieser Ausführungsform gerade, kann jedoch nach einer weiteren Ausführungsform nur an einem der zweiten Elektrodenspitze 31 zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts 34 gerade sein.
Zur Ausbildung der zweiten Elektrodenfläche 35 ist die zweite Elektrodenspitze 31 gegenüber einer Längsachse 36 des zweiten Elektrodenschafts 34 unter einem Winkel 39 abgeschrägt. Bevorzugt entspricht dieser Winkel dem halben Winkel 28 zwischen erster und zweiter Elektrode. Der zweite Halter 32 dient bevorzugt dem elektrischen Anschluss der Elektrode und kann als Steckverbinder ausgebildet sein.
Figur 3C zeigt die Elektrode 20 im Detail, wobei der der Elektrodenspitze zugewandte Teil des Elektrodenschafts gebogen ist. Figur 3C zeigt, dass ein vorzugsweise elektrisch leitfähiger erster Halter 22 einen vorzugsweise metallischen ersten Elektrodenschaft 24 aufnimmt.
Der erste Elektrodenschaft 24 hat eine erste Elektrodenspitze 21, an welcher vorzugsweise eine erste Elektrodenfläche 25 ausgebildet ist. Die Elektrodenspitze 21 ist in Figur 3C vergrößert dargestellt. Der erste Elektrodenschaft 24 ist an einem der ersten Elektrodenspitze 21 zugewandten Teil 101 des ersten Elektrodenschafts 24 gebogen. In dem Teil 101 verläuft in der Mitte eine erste Mittelachse 100.
Die Spitze 21 ist in Fig. 3C eingezeichnet. Die Spitze 21 ist wie folgt definiert. Man nehme den Punkt der ersten Elektrodenfläche 25, dessen senkrechte Projektion auf die erste Mittelachse 100 auf der ersten Mittelachse 100 am weitesten in Richtung des ersten Halters 22 liegt. Durch diesen Punkt legt man eine Ebene senkrecht zur ersten Mittelachse 100. Jenseits dieser Ebene in Richtung der Elektrodenfläche 25 liegt die Spitze 21 des ersten Elektrodenschafts 24.
An der Stelle des der ersten Elektrodenspitze 21 zugewandten Teils 101 des ersten Elektrodenschafts 24, wo die erste Mittelachse 100 die erste Elektrodenspitze 21 verlässt, verläuft eine erste Tangente 27. Die Tangente 27 der Elektrode 20 der Figur 3C entspricht der Längsachse 26 der Elektrode 20 der Figur 3A.
Zur Ausbildung der ersten Elektrodenfläche 25 ist die Elektrodenspitze 21 gegenüber der ersten Tangente 27 des Elektrodenschafts 24 unter einem Winkel 29 abgeschrägt. Bevorzugt entspricht dieser Winkel dem halben Winkel 28 zwischen erster Tangente 27 des ersten Elektrodenschafts 24 und zweiter Tangente 37 des zweiten Elektrodenschafts 34. Der Halter 22 dient bevorzugt dem elektrischen Anschluss der Elektrode und kann als Steckverbinder ausgebildet sein.
Figur 3D zeigt die Elektrode 30 im Detail, wobei der der Elektrodenspitze zugewandte Teile des Elektrodenschafts gebogen ist. Figur 3D zeigt, dass ein vorzugsweise elektrisch leitfähiger zweiter Halter 32 einen vorzugsweise metallischen zweiten Elektrodenschaft 34 aufnimmt.
Der zweite Elektrodenschaft 34 hat eine zweite Elektrodenspitze 31, an welcher vorzugsweise eine zweite Elektrodenfläche 35 ausgebildet ist. Die Elektrodenspitze 31 ist in Figur 3D nicht vergrößert dargestellt, entspricht jedoch bis auf eine symmetrische Spiegelung und Austausch der Bezugszeichen exakt der Vergrößerung aus Figur 3C.
Der zweite Elektrodenschaft 34 ist an einem der zweiten Elektrodenspitze 31 zugewandten Teil 111 des zweiten Elektrodenschafts 34 gebogen. In dem Teil 111 verläuft in der Mitte eine zweite Mittelachse 110.
Die Spitze 31 ist in Fig. 3D eingezeichnet. Die Spitze 31 ist wie folgt definiert. Man nehme den Punkt der zweiten Elektrodenfläche 35, dessen senkrechte Projektion auf die zweite Mittelachse 110 auf der zweiten Mittelachse 110 am weitesten in Richtung des zweiten Halters 32 liegt. Durch diesen Punkt legt man eine Ebene senkrecht zur zweiten Mittelachse 110. Jenseits dieser Ebene in Richtung der Elektrodenfläche 35 liegt die Spitze 31 des zweiten Elektrodenschafts 34.
An der Stelle des der zweiten Elektrodenspitze 31 zugewandten Teils 111 des zweiten Elektrodenschafts 34, wo die zweite Mittelachse 110 die zweite Elektrodenspitze 31 verlässt, verläuft eine zweite Tangente 37. Die Tangente 37 der Elektrode 30 der Figur 3D entspricht der Längsachse 36 der Elektrode 30 der Figur 3B.
Zur Ausbildung der zweiten Elektrodenfläche 35 ist die Elektrodenspitze 31 gegenüber der zweiten Tangente 37 des Elektrodenschafts 34 unter einem Winkel 39 abgeschrägt. Bevorzugt entspricht dieser Winkel dem halben Winkel 28 zwischen erster Tangente 27 des ersten Elektrodenschafts 24 und zweiter Tangente 37 des zweiten Elektrodenschafts 34. Der Halter 32 dient bevorzugt dem elektrischen Anschluss der Elektrode und kann als Steckverbinder ausgebildet sein.
Die Elektroden 20 und 30 der Figuren 3C und 3D werden so im Reflektorkörper 11 angeordnet, dass sich die Elektrodenflächen 25 und 35 genauso wie bei den Elektroden 20 und 30 der Figuren 3A und 3B gegenüberstehen, so wie z.B. in den Figuren 1, 2, 4, 5, 7 zu sehen.
In der Figur 4 ist ein Ausschnitt mit den Elektrodenspitzen dargestellt. Die Elektroden sind hier in einem neuen Zustand, das heißt unverschlissen dargestellt. Die Mitte der Elektrodenspitzen liegt in einer ersten Ebene 51. Durch zunehmenden Verschleiß verkürzen sich die Elektrodenspitzen, so dass zu einem späteren Zeitpunkt die Mitte zwischen den Elektrodenspitzen beispielsweise in einer zweiten Ebene 52 liegt.
In Figur 5 ist eine weitere Detailvergrößerung der Elektrodenspitzen dargestellt. Es steht hier eine erste Elektrodenfläche 25 der ersten Elektrodenspitze 21 einer zweiten Elektrodenfläche 35 der zweiten Elektrodenspitze 31 gegenüber. Es sind hier verschiedene, durch Abbrand verursachte Defekte in der Elektrodenfläche skizziert. Zur Erzeugung der Stoßwellen wird durch eine Hochspannungsentladung ein Lichtbogen zwischen den im Abstand 71 angeordneten Elektrodenspitzen erzeugt. Dieser Lichtbogen sucht sich denjenigen Pfad zwischen den Elektrodenspitzen, der den kürzesten Abstand aufweist. Daher wird bei neuen Elektrodenspitzen der Lichtbogen zuerst an einer Stelle mit einer Unebenheit des Materials (die auch mikroskopisch sein kann) zu brennen beginnen. Durch den hohen Energieeintrag entstehen eine Aufschmelzung der Elektrodenfläche und ein damit einhergehender Materialabtrag. Dies führt zu einem zumindest geringfügigen Defekt in der Elektrodenfläche. So kann beispielsweise ein erster Defekt 61 entstehen. Die Defekte sind hier nur schematisch dargestellt und stark vergrößert. Bei einem zweiten Lichtbogen kann nun ein zweiter Defekt 62 und beim dritten Lichtbogen ein dritter Defekt 63 entstehen. Mit der Zeit addieren sich die Defekte, so dass die Elektrodenfläche abgetragen wird. Damit verkürzt sich die Länge der Elektrodenspitzen. Als Folge entsteht ein größerer Abstand 72 zwischen den Elektrodenspitzen. Weiterhin verschiebt sich die Mitte zwischen den Flächen der Elektrodenspitzen zum Rand des Reflektors hin. Um nun über einen möglichst langen Zeitraum eine gute Fokussierung zu erhalten, wird bevorzugterweise die Länge der Elektrodenspitzen im neuen Einbauzustand derart gewählt, dass die Mitte der Elektrodenflächen außerhalb des Fokuszone des Reflektors liegt und mit der Zeit und daher mit zunehmendem Abbrand der Elektrodenspitze in dessen Fokuszone hineinwandert. Im Vergleich zu einer Anordnung, bei der beide Elektroden entlang einer Achse angeordnet sind, ergibt sich hier bei gleichem Durchmesser der Elektroden eine höhere Materialmenge, die abgetragen werden kann, bevor der Elektrodenabstand einen Wert erreicht, bei dem die Zündung eines Lichtbogens nicht mehr möglich ist. Dadurch wird weiterhin die Lebensdauer der Elektrodenanordnung erhöht.
Im Vergleich zu Anordnungen mit parallelen Elektroden wird durch die schräge Anordnung der Elektrodenschäfte 24, 34 deutlich weniger Isoliermaterial benötigt, da ein Funkenüberschlag immer an den nächstliegenden Stellen der Elektroden und somit an den Elektrodenspitzen erfolgt. An den weiter entfernten Elektrodenteilen wird kein Überschlag entstehen.
In Figur 6 ist die Abschattung durch die Elektrodenanordnung mit einer oberen Elektrode 91 und einer unteren Elektrode 92 und dem Elektrodenhalter einer Vorrichtung 90 nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise in der US 5,420,473 offenbart ist, dargestellt. Wie hier zu erkennen ist, ergibt sich durch die Abschattung der kegelförmigen Elektroden selbst und der Halterung nur ein relativ schmaler Abstrahlbereich 93.
In Figur 7 ist die Abschattung bei einer bevorzugten Ausführungsform, beispielsweise entsprechend der Figur 1 dargestellt. Es gibt hier keine großen abschattenden Flächen. Daher kann in einem ersten Abstrahlbereich 75 (nach unten gerichteter Winkelbereich) der nach unten zum Scheitelpunkt des Reflektors hin gerichtet ist, und in einem zweiten Abstrahlbereich 76 (nach oben gerichteter Winkelbereich) Energie abgestrahlt werden. Da es sich bei den erzeugten Stoßwellen um kugelförmig ausbreitende Wellen handelt, ist die Energiedichte pro Raumwinkel konstant. So entspricht der Raumwinkel 75 näherungsweise bereits dem aus dem Stand der Technik realisierbaren Raumwinkel 93. Es ist offensichtlich, dass hier insgesamt unter Berücksichtigung der Abstrahlbereiche 75 und 76 bei gleicher Leistungsaufnahme eine wesentlich höhere Energie abgestrahlt werden kann. Wird nur eine ähnlich hohe Stosswellenenergie wie aus dem Stand der Technik benötigt, so kann die Anordnung mit geringerer Leistung betrieben werden, was wiederum eine deutliche Erhöhung der Lebensdauer bewirkt.
In Figur 8 ist die Anordnung aus Figur 7 aus einer Ansicht dargestellt, die 90° um die Mittelachse 15 gedreht ist. Es ist hier deutlich zu erkennen, dass in dieser Ansicht so gut wie keine Abschattung erfolgt, da die verwendeten Elektroden keine seitliche Ausdehnung haben.

Bezugszeichenliste

10: Vorrichtung zur Erzeugung elektrohydraulischer Stoßwellen
11: Reflektorkörper
12: Reflektor
13: Fokuszone
14: Innenbereich
15: Mittelachse des Reflektors
20: erste Elektrode
21: erste Elektrodenspitze
22: erster Halter
23: erster Isolator
24: erster Elektrodenschaft
25: erste Elektrodenfläche
26: Längsachse des ersten Elektrodenschafts
27: erste Tangente einer ersten Mittelachse des der ersten Elektrodenspitze zugewandten Teils des ersten Elektrodenschafts
28: Winkel zwischen den Elektroden
29: Winkel zwischen Längsachse des ersten Elektrodenschafts und der ersten Elektrodenfläche
30: zweite Elektrode
31: zweite Elektrodenspitze
32: zweiter Halter
33: zweiter Isolator
34: zweiter Elektrodenschaft
35: zweite Elektrodenfläche
36: Längsachse des zweiten Elektrodenschafts
37: zweite Tangente einer zweiten Mittelachse des der ersten Elektrodenspitze zugewandten Teils des zweiten Elektrodenschafts
39: Winkel zwischen Längsachse des zweiten Elektrodenschafts und der zweiten Elektrodenfläche
40: Doppelelektrodenanordnung
41: erste Elektrode
42: zweite Elektrode
43: gemeinsamer Isolator
44, 45: Anschlüsse
51: erste Ebene
52: zweite Ebene
61, 62, 63: Defekte in der Elektrodenoberfläche
71: erster Elektrodenabstand
72: zweiter Elektrodenabstand
75: unterer Abstrahlbereich
76: oberer Abstrahlbereich
90: Vorrichtung nach dem Stand der Technik
91: obere Elektrode
92: untere Elektrode
93: Abstrahlbereich
100: erste Mittelachse des der ersten Elektrodenspitze zugewandten Teils des ersten Elektrodenschafts
101: Teil des ersten Elektrodenschafts, welcher der ersten Elektrodenspitze zugewandt ist
110: zweite Mittelachse des der zweiten Elektrodenspitze zugewandten Teils des zweiten Elektrodenschafts
111: Teil des zweiten Elektrodenschafts, welcher der zweiten Elektrodenspitze zugewandt ist

Claims

Vorrichtung (10) zur Erzeugung elektrohydraulischer Stoßwellen, umfassend einen Reflektor (12) mit einer Fokuszone (13), sowie einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (30),
wobei die erste Elektrode (20) einen ersten metallischen Elektrodenschaft (24) mit einer ersten Elektrodenspitze (21) an einem Ende des ersten Elektrodenschafts (24) aufweist, und
die zweite Elektrode (30) einen zweiten metallischen Elektrodenschaft (34) mit einer zweiten Elektrodenspitze (31) an einem Ende des zweiten Elektrodenschafts (34) aufweist,
wobei die erste Elektrodenspitze (21) des ersten metallischen Elektrodenschaft (24) und die zweite Elektrodenspitze (31) des zweiten metallischen Elektrodenschaft (34) in der Nähe der Fokuszone (13) beabstandet angeordnet sind,
und wobei
sowohl ein der ersten Elektrodenspitze (21) zugewandter Teil des ersten Elektrodenschafts (24) als auch ein der zweiten Elektrodenspitze (31) zugewandter Teil des zweiten Elektrodenschafts (34) gerade oder gebogen sind, und
der der ersten Elektrodenspitze (21) zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts (24) und der der zweiten Elektrodenspitze (31) zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts (34) in einem Winkel (28) zwischen 20° und 140° angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
sowohl der der ersten Elektrodenspitze (21) zugewandte Teil des ersten Elektrodenschafts (24) ist als auch der der zweiten Elektrodenspitze (31) zugewandte Teil des zweiten Elektrodenschafts (34) in einem Innenbereich (14) des Reflektors gerade sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Elektroden (20, 30) wenigstens eine Elektrodenspitze (21, 31) aufweist, die gegenüber dem Elektrodenschaft (24, 34) unter einem Winkel (29) abgeschrägt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Winkel (29) der Abschrägung dem halben Winkel (28) zwischen dem ersten Elektrodenschaft und dem zweiten Elektrodenschaft entspricht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode (20) eine erste Elektrodenfläche (25) aufweist, welche zu einer zweiten Elektrodenfläche (35) der zweiten Elektrode (30) parallel angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens eine der Elektroden (20, 30, 41, 42) durch elektrisch isolierendes Material (23, 33, 43) in einem Reflektorkörper (11) gehalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrode (20) und die zweite Elektrode (30) jeweils getrennte Elektrodenhalter (22, 32) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwei Elektroden (41, 42) in einem gemeinsamen Körper aus elektrisch isolierendem Material (43) aufgenommen sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrodenspitze (21) der ersten Elektrode (20) einen größeren Durchmesser als die Elektrodenspitze (31) der zweiten Elektrode (30) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mitte der ersten Elektrodenspitze (21) und die Mitte der zweiten Elektrodenspitze (31) außerhalb der Fokuszone (13) liegen und durch zunehmenden Abbrand der Elektroden (20, 30) die Mitte der Elektroden (20, 30) in die Fokuszone (13) wandert.
Elektrodenanordnung bestehend aus einer ersten Elektrode (20) und einer zweiten Elektrode (30) für eine Vorrichtung zur Erzeugung elektrohydraulischer Stoßwellen, jeweils umfassend einen Elektrodenschaft (24, 34) und eine Elektrodenspitze (21, 31) mit einer Elektrodenfläche (25, 35), wobei
die Elektrodenfläche (25, 35) gegenüber einer Längsachse (26) des Elektrodenschafts (24, 34) um einen Winkel (29, 39) abgeschrägt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Elektrodenfläche (25) der ersten Elektrode (20) zu der zweiten Elektrodenfläche (35) der zweiten Elektrode (30) parallel angeordnet ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Elektrodenschaft (24, 34) in einem Halter (22, 32) aufgenommen ist.
Elektrodenanordnung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens ein Halter (22, 32) elektrisch leitfähiges Material umfasst.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 13,
dadurch gekennzeichnet, dass
der der jeweiligen Elektrodenspitze (21, 31) zugewandte Teil des Elektrodenschafts (24, 34) gerade oder gebogen ist.
Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 11 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Elektrodenschaft (24, 34) gerade ist.