Stosswellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkrementen im Körper eines Lebewesens

Abstract

 Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator, der eine einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschlies­sende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) und eine Spule (4) aufweist, deren Windungen in einer der Membran (2) gegenüberliegenden Fläche (6) angeordnet sind, wobei die Spule (4) mittels zweier An­schlüsse (10, 11) 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, liegt die Membran (2) auf einem solchen Potential (14), daß zwischen einem Anschluß (11) der Spule (4) und der Membran (2) eine positive und zwischen dem anderen Anschluß (10) der Spule (4) und der Membran (2) eine negative Potentialdifferenz vorliegt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berührungslosen Zertrümmern von Konkre­menten im Körper eines Lebewesens, welcher eine einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran und eine Spule aufweist, deren Windungen in einer der Membran ge­genüberliegenden Fläche angeordnet sind, wobei die Spule mittels zweier Anschlüsse an eine Hochspannungsversorgung anschließbar ist.

[0002] Ein solcher Stoßwellengenerator mit einer parallel zu der Spule angeordneten Membran ist in der DE-OS 33 28 051 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.

[0003] 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, die wegen des Umstandes, daß die Mem­bran gemeinsam mit einem Anschluß der Spule und einem Pol der Hochspannungsversorgung auf Erdpotential liegt, dem Betrag der Hochspannung entspricht, 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.

[0004] 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.

[0005] Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Spule auf einem solchen Potential liegt, daß zwischen einem Anschluß der Spule und der Membran eine positive und zwischen dem anderen Anschluß der Spule und der Mem­bran eine negative Potentialdifferenz vorliegt. Bei dem erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator ist somit die Po­tentialdifferenz, die zwischen den Windungen der Spule und der Membran höchstens auftreten kann, geringer als der Betrag der Hochspannung. Demzufolge kann die Spule, ohne daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen zwischen der Membran und der Spule besteht, näher bei der Membran angeordnet werden, so daß der erfindungsgemäße Stoßwel­lengenerator bei gleicher Hochspannungsfestigkeit bei der Wandlung der elektrischen Energie in Stoßenergie einen höheren Wirkungsgrad als der bekannte Stoßwellengenerator aufweist.

[0006] Optimale Verhältnisse liegen vor, wenn die Spule relativ zur Membran so angeordnet ist, daß die zwischen den ein­zelnen Windungen der Spule und der Membran vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach an keiner Stelle den Betrag der größeren zwischen den Anschlüssen der Spu­le und der Membran vorliegenden Potentialdifferenz über­schreiten. Dabei wird davon ausgegangen, daß die Span­nungsabfälle über den Anschlüssen der Spule vernachläs­sigbar sind, d.h., daß die zwischen den den Anschlüssen unmittelbar benachbarten Windungen der Spule und der Mem­bran vorliegenden Potentialdifferenzen denen zwischen den Anschlüssen und der Membran entsprechen.

[0007] Insbesondere dann, wenn die Spule in einer parallel zur Membran verlaufenden Fläche angeordnet ist, ist es vor­teilhaft, wenn nach einer Variante der Erfindung die zwi­schen der Membran und den Anschlüssen der Spule jeweils vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach gleich sind, da die dann zwischen der Membran und der Spule maximal auftretende Potentialdifferenz nur dem halben Betrag der Hochspannung entspricht.

[0008] Nach einer weiteren Variante der Erfindung liegt die Mem­bran auf Erdpotential. 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.

[0009] Es sei erwähnt, daß es die Erfindung - allerdings unter teilweisem oder vollständigem Verzicht auf eine verbes­ serte Hochspannungsfestigkeit - erlaubt, eine größere elektrische Energie in Stoßenergie umzuwandeln, bzw. bei gleicher elektrischer Energie geringere Anstiegszeiten der Stoßwelle zu realisieren, da der in der Hochspan­nungsversorgung befindliche Kondensator auf eine gegen­über dem bekannten Stoßwellengenerator 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.

[0010] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­nung dargestellt, deren einzige Figur einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stoßwellengenerator zeigt.

[0011] 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 elek­ trisch 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.

[0012] Dabei ist vorgesehen, daß die Membran 2 auf Erdpotential 14 liegt, während der Anschluß 11 auf einem positiven Po­tential +U und der Anschluß 10 auf einem negativen Poten­tial -U liegt. Zwischen dem Anschluß 11 der Spule 4 und der Membran 2 liegt somit eine positive Potentialdiffe­renz vor. Dagegen liegt zwischen dem Anschluß 10 der Spu­le 4 und der Membran eine negative Potentialdifferenz vor. Beide Potentialdifferenzen sind aufgrund des Umstan­des, daß sich die Potentiale +U und -U, bezogen auf das Erdpotential 14, nur durch ihre Vorzeichen unterscheiden, dem Betrag nach gleich.

[0013] Da bei dem in der Figur dargestellten Stoßwellengenerator die Windungen der Spule 4 einen konstanten Abstand zu der Membran 2 aufweisen, tritt zwischen den Windungen der Spule 4 und der Membran 2 höchstens eine Potentialdiffe­renz auf, die dem halben Betrag der von der Hochspan­nungsversorgung 13 abgegebenen Hochspannung entspricht. Gegenüber dem bekannten Stoßwellengenerator, bei dem die zwischen den Windungen der Spule 4 und der Membran 2 maximal vorliegende Potentialdifferenz dem Betrag der Hochspannung entsprechen würde, kann bei dem erfindungs­gemäßen Stoßwellengenerator die Spule 4 somit näher an der Membran 2 angebracht werden, ohne daß die Gefahr von Spannungsüberschlägen besteht.

[0014] 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.

Ansprüche

1. Stoßwellengenerator für eine Einrichtung zum berüh­rungslosen Zertrümmern von im Körper eines Lebewesens be­findlichen Konkrementen, welcher eine einen mit einer Flüssigkeit gefüllten Raum (3) abschließende, aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildete Membran (2) und eine Spule (4) aufweist, deren Windungen in einer der Membran (2) gegenüberliegenden Fläche (6) angeordnet sind, wobei die Spule (4) mittels zweier Anschlüsse (10, 11) an eine Hochspannungsversorgung (13) anschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (2) auf einem solchen Potential (14) liegt, daß zwischen einem Anschluß (11) der Spule (4) und der Membran (2) eine positive und zwischen dem anderen Anschluß (10) der Spule (4) und der Membran (2) eine negative Potentialdifferenz vorliegt.

2. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen der Mem­bran (2) und den Anschlüssen (10, 11) der Spule (4) je­weils vorliegenden Potentialdifferenzen ihrem Betrag nach gleich sind.

3. Stoßwellengenerator nach Anspruch 1 oder 2, da­durch gekennzeichnet, daß die Mem­bran (2) auf Erdpotential (14) liegt.

Zeichnung