Einrichtung zum Beeinflussen der Hochfrequenzenergie-Zuführung von kapazitiven Behandlungseinrichtungen und ähnlichen Hochfrequenz-Verbrauchern bei Störentladungen Bei kapazitiven industriellen wie auch medizini schen Hochfrequenzanlagen kann es infolge des sich während der Behandlung ändernden Dielektrikums und auch aus anderen bekannten Gründen vorkom men, dass der Hochfrequenzgenerator überlastet wird. Insbesondere sind dabei die Generatorröhren gefähr det.
Um dies zu verhindern, hat man bereits Einrich tungen gebaut, die den Hochfrequenzgenerator in Abhängigkeit von Anoden- bzw. Gitterstrom bei Überlastung abschalten. Die bekannten Einrichtungen sprechen jedoch mitunter nicht an; z. B. dann, wenn zwischen den Elektroden oder am Behandlungsgut Störentladungen in Form eines Lichtbogens - oder auch einer durch Feuchtigkeitsanreicherung entstehen den stillen oder Kriechentladung - auftreten, die eine kaum merkliche Erhöhung der vom Generator gelieferten Hochfrequenzenergie bewirken und üb liche Schutzeinrichtungen nicht zum Ansprechen brin gen. Derartige Störentladungen können zu einer Zer störung der Behandlungselektroden, z.
B. bei Hoch frequenz-Schweissanlagen, wie auch zu Verbrennun gen des Behandlungsgutes führen. Ausserdem kön nen dadurch parasitäre Schwingungen erregt werden, die zu einer Zerstörung von Schaltelementen im Hochfrequenzgenerator führen können. Mit den be kannten Einrichtungen allein lässt sich daher kein wirksamer Schutz erreichen. Dieser wird erst durch die zusätzliche Verwendung des Erfindungsgegenstan des erreicht.
Im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen ist die Einrichtung nach der Erfindung dadurch ge kennzeichnet, dass dem für Gleich- und niederfre quente Wechselspannungen nichtleitenden oder nahezu nichtleitenden Hochfrequenzverbraucher ein gegen Hochfrequenz verriegelter, mit Gleich- oder nieder- frequenter Wechselspannung gespeister Hilfsstrom kreis parallel geschaltet ist, und beide Kreise gegen über der Hochfrequenz-Einspeisung galvanisch ge trennt sind, und dass im Hilfsstromkreis Schaltmittel vorgesehen sind, die beim Schliessen des Hilfsstrom kreises über die Störentladung ansprechen und die Beeinflussung herbeiführen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung und weitere Einzelheiten derselben werden an Hand der Zeich nung näher erläutert.
Der Hochfrequenzgenerator 1 wird über das Schaltschütz 2 mit der Schützspule 3 an das Netz 4 gelegt. Der Verbraucher, im vorliegenden Falle ein Stück zu trocknendes Holz 5, ist zwischen den Be handlungselektroden 6 und 7 angeordnet: Der Be handlungskreis ist gegen die Energiezuleitung durch die Kondensatoren 8 und 9 abgeblockt. Parallel zum Behandlungskondensator (6 und 7) liegt der Hilfs stromkreis, bestehend aus den beiden Siebdrosseln 10 und 11, der Spule 12 des Relais 13 und der Sekun därwicklung des Transformators 14. Anstelle des Transformators 14 kann auch eine Gleichstromquelle verwendet werden.
Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Der Behandlungskondensator ist im normalen Be triebsfall für den Hilfsstrom undurchlässig. Tritt nun zwischen den Elektroden 6 und 7 oder zwischen der Elektrode 6 und dem Behandlungsgut 5 eine Stör entladung auf, so tritt eine Ionisierung der Luft strecke ein. Dadurch wird der Behandlungskonden- sator für den Hilfsstrom leitend und der Hilfsstrom kreis geschlossen, wobei das Relais 13 anspricht und den Generator 1 über das Schütz 2 abschaltet.
Zweck mässigerweise wird das Schütz 2 derart angeordnet, dass nur die Schwingungserzeugung des Generators unterbrochen wird, während die Röhrenheizung ein geschaltet bleibt. Bei Verwendung eines Hochfre- quenzgenerators mit erdunsymmetrischem Ausgang können der Kondensator 9 und die Siebdrossel 11 fortfallen, da sich die Leitungen, in denen sich diese Schaltelemente befinden, auf Erdpotential liegen.
Bei der Einrichtung nach Fig. 2 ist das zu be handelnde Gut 15 eng anliegend zwischen die Elek troden 16 und 17 gepresst und besitzt eine gewisse elektrische Leitfähigkeit für Gleich- und niederfre quente Wechselspannungen. Der Hochfrequenzgene- rator 19 ist in der oben beschriebenen Weise mit den Kondensatoren 20 und 21 verblockt. Der Hilfsstrom kreis schliesst sich über die Behandlungselektroden 16 und 17 mit dem eingelegten Gut 15 über die Sieb drosseln 22 und 23, dem veränderlichen Widerstand 24 und der Gleichspannungsquelle 25.
Infolge einer gewissen Leitfähigkeit des Behandlungsgutes 15 fliesst in dem Hilfsstromkreis ständig ein sich unter Umstän den mit der Erwärmung des Behandlungsgutes än dernder Strom. Treten Verbrennungserscheinungen im Gut 15 oder zum Beispiel ein Lichtbogen zwischen' den Behandlungselektroden 16 und 17 auf, so ver grössert sich der im Hilfsstromkreis fliessende Strom. Dieser erzeugt über den Widerstand 24 einen Spannungsabfall, der die Gittervorspannung der Thyratronröhre 26 oder eines. ähnlichen Schalt elementes nach positiver Richtung hin vergrössert und dieses zum Zünden bringt.
Durch den plötz lich einsetzenden Anodenstrom der Thyratronröhre 26 wird das Relais oder Schütz 27 betätigt, das mit seinem Kontakt 28 die Abschaltung der Hochfrequenzenergie bewirkt. Mittels des Schal ters 29 wird vor wiederholtem Einschalten der Hoch frequenzenergie die Thyratronstrecke gelöscht. Die Betätigung des Schalters 29 wird zweckmässigerweise über geeignete Schaltelemente mit der Störungsentrie- gelung des Hochfrequenzgenerators verbunden.
Der aus den Widerständen 30 und 31 bestehende Span- nungsteiler dient zur Erzeugung der für das Thyratron erforderlichen Sperrspannung.
Ist der Behandlungskondensator, bestehend aus den Elektroden 16 und 17 und dem Behandlungsgut 15, mit der Induktivität 32 zu einem Parallel-Reso- nanzkreis zusammengefasst, so ist zur Vermeidung eines Kurzschlusses des Hilfsstromkreises ein Kon densator 33 zur Vermeidung eines hochfrequenten Spannungsabfalles mit möglichst grosser Kapazität zwischen dem einen Ende der Induktionsspule 32 und der Elektrode 17 anzubringen. Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen der Ein richtung nach der Erfindung ist diese so ausgebildet, dass das im Hilfsstromkreis vorgesehene Schaltmittel ein Abschalten der Hochfrequenzenergie-Zuführung bewirkt.
Die Einrichtung kann aber auch so abge wandelt werden, dass das Schaltmittel statt einer völ ligen Abschaltung eine sonstige Beeinflussung herbei führt, z. B. eine Drosselung der Hochfrequenzenergie. Auch das Schaltmittel selbst kann dementsprechend mannigfach abgewandelt werden.
Bei der Einrichtung nach Fig. 3 wird die Hoch frequenzenergie mit Hilfe der Leitungen 41 und 42 dem Ultraschallkopf 43 zugeführt, der mit einem unter überdruck stehenden, gasförmigen Medium (z. B. Stickstoff) gefüllt ist. Dies hat den Vorteil einer besseren Wärmeabführung; ferner werden die für die Bildung starker Lichtbögen erforderlichen Bedingun gen hinsichtlich der Ionisierung stark herabgesetzt, so dass diese wohl für die Abschaltung bzw. Beein flussung des Generators erforderliche Schliessung des Relaisstromkreises ausreicht, aber keinen störenden Einfluss auf den Schwinger 44 ausüben kann.
Um diese Wirkung zu erhöhen, ist es vorteilhaft, das gas förmige Medium durch den Ultraschallkopf 43 durch zublasen, wobei der Gasstrom vorzugsweise schräg zur Ultraschallkopfachse eingeführt und tangential ausgeführt wird, wie dies aus den Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist. Die Gaseinführung erfolgt durch das Rohr 45, die Ausführung durch das Rohr 46, das mit einem Druckregelorgan 47 versehen sein kann. Ferner ist es vorteilhaft, innerhalb des Ultraschall kopfes Führungsmittel für den Gasstrom vorzusehen, beispielsweise durch Anbringung rippenförmiger, nach Art einer Schraubenlinie verlaufender Erhebun gen 48.
Der Gegenstand der Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, son dern er kann in mehrfacher Weise abgewandelt wer den. So kann beispielsweise die äussere Form des Ultraschallkopfes sowie die Einlass- und Auslassrich- tung des Gasstromes, den jeweiligen Betriebserfor dernissen entsprechend abgeändert werden. Ebenso können andere bekannte Führungsmittel für den Gas strom verwendet werden. Wesentlich ist nur, dass der Gasstrom den Schwingkörper so anbläst, dass er die bei überschlägen entstehende Ionenansammlung weit gehend unterdrückt.
Device for influencing the high-frequency energy supply of capacitive treatment devices and similar high-frequency consumers in the event of interference discharges In capacitive industrial and medical high-frequency systems, the high-frequency generator can be overloaded due to the dielectric changing during treatment and for other known reasons. In particular, the generator tubes are endangered.
To prevent this, devices have already been built that switch off the high-frequency generator depending on the anode or grid current in the event of overload. However, the known institutions sometimes do not respond; z. B. when interfering discharges in the form of an arc - or a silent or creeping discharge caused by moisture accumulation - occur between the electrodes or on the item to be treated, which cause a barely noticeable increase in the high-frequency energy supplied by the generator and conventional protective devices do not respond Such spurious discharges can destroy the treatment electrodes, e.g.
B. in high-frequency welding systems, as well as lead to burn conditions of the material to be treated. In addition, parasitic vibrations can be excited as a result, which can lead to the destruction of switching elements in the high-frequency generator. Effective protection cannot therefore be achieved with the known facilities alone. This is only achieved through the additional use of the subject matter of the invention.
In contrast to the known devices, the device according to the invention is characterized in that the high-frequency consumer, which is non-conductive or almost non-conductive for direct and low-frequency alternating voltages, is connected in parallel to an auxiliary circuit that is locked against high-frequency and fed with direct or low-frequency alternating voltage, and both circuits are galvanically separated from the high-frequency feed, and that switching means are provided in the auxiliary circuit that respond to the interference discharge when the auxiliary circuit is closed and cause the interference.
Embodiments of the invention and further details thereof are explained in more detail with reference to the drawing.
The high-frequency generator 1 is connected to the network 4 via the contactor 2 with the contactor coil 3. The consumer, in the present case a piece of wood to be dried 5, is arranged between the loading electrodes 6 and 7: The loading circuit is blocked against the power supply through the capacitors 8 and 9. Parallel to the treatment capacitor (6 and 7) is the auxiliary circuit, consisting of the two filter chokes 10 and 11, the coil 12 of the relay 13 and the secondary winding of the transformer 14. Instead of the transformer 14, a direct current source can be used.
The operation of the device is as follows: In normal operation, the treatment capacitor is impermeable to the auxiliary current. If an interfering discharge now occurs between the electrodes 6 and 7 or between the electrode 6 and the item 5 to be treated, then an ionization of the air occurs. As a result, the treatment capacitor for the auxiliary current becomes conductive and the auxiliary current circuit is closed, the relay 13 responding and the generator 1 switching off via the contactor 2.
The contactor 2 is expediently arranged in such a way that only the generation of vibrations from the generator is interrupted while the tube heating remains switched on. When using a high-frequency generator with an unbalanced output, the capacitor 9 and the filter inductor 11 can be omitted, since the lines in which these switching elements are located are at earth potential.
In the device of FIG. 2, the good 15 to be treated is pressed tightly between the electrodes 16 and 17 and has a certain electrical conductivity for DC and low frequency AC voltages. The high-frequency generator 19 is interlocked with the capacitors 20 and 21 in the manner described above. The auxiliary circuit closes via the treatment electrodes 16 and 17 with the inserted product 15 via the sieve throttles 22 and 23, the variable resistor 24 and the direct voltage source 25.
As a result of a certain conductivity of the material to be treated 15 constantly flows in the auxiliary circuit, under certain circumstances, the current that changes with the heating of the material to be treated. If there are signs of burns in the good 15 or, for example, an arc between the treatment electrodes 16 and 17, the current flowing in the auxiliary circuit increases. This generates a voltage drop across the resistor 24, which the grid bias of the thyratron tube 26 or one. Similar switching element is enlarged in the positive direction and causes it to ignite.
By the sudden Lich onset of the anode current of the thyratron tube 26, the relay or contactor 27 is operated, which causes the shutdown of the high-frequency energy with its contact 28. By means of the switch 29, the thyratron path is deleted before repeated switching on of the high-frequency energy. The actuation of the switch 29 is expediently connected to the fault release of the high-frequency generator via suitable switching elements.
The voltage divider consisting of resistors 30 and 31 is used to generate the reverse voltage required for the thyratron.
If the treatment capacitor, consisting of the electrodes 16 and 17 and the item 15 to be treated, is combined with the inductance 32 to form a parallel resonance circuit, a capacitor 33 is required to avoid a high-frequency voltage drop with the largest possible capacity to avoid a short circuit in the auxiliary circuit to be placed between one end of the induction coil 32 and the electrode 17. In the embodiments of the device according to the invention shown in the drawing, this is designed so that the switching means provided in the auxiliary circuit causes the high-frequency energy supply to be switched off.
The device can also be converted so abge that the switching means instead of a complete shutdown brings about some other influence, z. B. throttling the radio frequency energy. The switching means itself can also be modified accordingly in many ways.
In the device according to FIG. 3, the high-frequency energy is supplied with the help of lines 41 and 42 to the ultrasonic head 43, which is filled with a pressurized, gaseous medium (z. B. nitrogen). This has the advantage of better heat dissipation; Furthermore, the conditions required for the formation of strong arcs with regard to ionization are greatly reduced, so that this closing of the relay circuit, which is necessary for switching off or influencing the generator, is sufficient, but cannot have a disruptive influence on the oscillator 44.
To increase this effect, it is advantageous to blow the gaseous medium through the ultrasound head 43, the gas flow preferably being introduced at an angle to the axis of the ultrasound head and executed tangentially, as can be seen from FIGS. The gas is introduced through the pipe 45, the execution through the pipe 46, which can be provided with a pressure regulator 47. It is also advantageous to provide guide means for the gas flow within the ultrasound head, for example by attaching rib-shaped elevations 48 that run in the manner of a helical line.
The object of the invention is not limited to the illustrated embodiment, but he can be modified in several ways who the. For example, the external shape of the ultrasound head and the inlet and outlet direction of the gas flow can be modified according to the respective operating requirements. Other known guide means can also be used for the gas flow. It is only essential that the gas flow blows onto the vibrating body in such a way that it largely suppresses the accumulation of ions that occur when flashovers occur.