Aus
DE 26 32 501 A1 ist
ein Therapiegerät
bekannt, bei dem ein mit einer Spule und einem Kondensator gebildeter
Schwingkreis, der durch einen Arbeitskontakt, einen Vakuumkontakt oder
ein Halbleitertor unterbrochen werden kann, über einen Widerstand und eine
Diode mit einer Gleichspannungsquelle verbunden ist. Zum Betrieb
des Therapiegeräts
wird zunächst
für geöffneten
Arbeitskontakt der Kondensator des Schwingkreises geladen. Für einen
ersten Umladeimpuls mit einem Schließen des Arbeitskontakts wird
das magnetische Feld im Bereich der Spule zur Behandlung des Patienten
genutzt. Nach dem ersten Umladeimpuls folgen einige Nachschwingungen.
Anschließend
wird der Arbeitskontakt wieder geöffnet, um den Schwingkreis
erneut aufzuladen. Für
die therapeutischen Zwecke kommen 1–10 Einzelimpulse im Abstand von
1–10 Sekunden
zum Einsatz. In der Spule ist zur Verstärkung der Tiefenwirkung der
magnetischen Feldlinien ein im Wesentlichen U-förmiger ferromagnetischer Eisenkern
angeordnet, dessen Polschuhe in Kontakt mit dem Körper des
zu behandelnden Lebewesens gebracht werden.
Aus
DE 39 25 878 A1 ist
ein Therapiegerät
bekannt, bei dem Magnetfelder eingesetzt werden, denen neben einer
Anregungsfrequenz noch eine oder mehrere Oberschwingungen überlagert
werden, wodurch eine Verbesserung der Wirkung der Magnetfeldtherapie
erreicht werden soll. Eine derartige Überlagerung wird dadurch erzielt,
dass die Magnetspule Teil eines gedämpften Schwingkreises ist,
in den zyklisch Energie eingebracht wird und in dem nach der Einbringung
der Energie vor Beginn eines folgenden Zyklus transiente Schwingungen
vollständig
abklingen. Das Therapiegerät
soll mit einer kleinen Batterie oder einem Akku von Beispielsweise
6,9 oder 12V betrieben werden. Schaltelemente in Form von Stromtransistoren
werden derart angesteuert, dass der Schwingkreis
- – für eine Millisekunde
gesperrt ist, während
welcher die Bauelemente des Schwingkreises mit der elektrischen
Leistungsversorgung verbunden sind, und
- – 999
Millisekunden als separater Schwingkreis eingesetzt ist, in dem
infolge der in den Schwingkreis eingebrachten Energie erzeugte Schwingungen
vollständig
abklingen können.
Die
Spule besitzt eine Induktivität
von 5 mH, während
der bipolare Kondensator aus zwei Elektrolytkondensatoren mit je
4,5 mF zusammengesetzt ist. Als Transistoren finden ein NPN-6-75-Transistor sowie
ein PNP-6-76-Transistor Einsatz.
Aus
DE 699 10 590 T2 ist eine
Regelungseinrichtung bekannt, die auf Grundlage eines gemessenen Impedanzwerts
des Lebewesens die Beaufschlagung des Therapiegeräts von einem
Funktions-Generator oder Wellenform-Generator geeignet zur Herbeiführung eines
gewünschten
Behandlungsergebnisses regelt.
Aus
DE 101 48 988 A1 ist
grundsätzlich
der Einsatz von Schalttransistoren mit hochohmigem Eingang, so genannten
MOSFETs, für
Therapiegeräte
bekannt.
DE 100 54 477 A1 betrifft
die simultane Aufbringung eines magnetischen Felds und eines elektrischen Felds
auf ein Lebewesen, wobei mögliche
Signalformen, Änderungen
der Felder und Betriebsbedingungen für die Felder unter Anpassung
an die jeweilige Konstitution des Lebewesens offenbart sind.
DE 41 32 428 A1 offenbart
den simultanen Einsatz mehrerer Spulen zur Erzeugung eines Magnetfelds.
AUFGABE DER
ERFINDUNG
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Betrieb eines Therapiegeräts
sowie ein Therapiegerät
vorzuschlagen, welches hinsichtlich
- – der Flussdichtenänderung,
- – der
Flussdichten-Maximalwerte,
- – der
Erwärmung
des Therapiegeräts.
- – der
maximal möglichen
Betriebsdauer mit einer maximal zulässigen Erwärmung und/oder
- – des
Energieaufwands zum Betrieb des Therapiegerätes
verbessert ist.
LÖSUNG
Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren gemäß den Merkmalen
des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Eine weitere Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist durch ein Verfahren
entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 15 gegeben. Ein Therapiegerät zur Lösung der Aufgabe
der Erfindung ergibt sich entsprechend den Merkmalen des Anspruchs
24. Ein weiteres Therapiegerät
zur Lösung
der Aufgabe der Erfindung ergibt sich entsprechend den Merkmalen
des Anspruchs 36. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung folgen aus
den abhängigen
Patentansprüchen
2–14,
16–23,
25–35
sowie 37–39.
BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
Der
vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei bekannten
Therapiegeräten
die in die Spulen eingebrachte Energie zumindest teilweise über den
Ohm'schen Widerstand
der Spule in Wärme umgewandelt
wird. Dies führt
dazu, dass sich die Spulen schon nach verhältnismäßig wenigen Pulsen stark erwärmen. Hierdurch
können
schlimmstenfalls Temperaturen in dem Therapiegerät erzeugt werden, die oberhalb
von 130 °C
liegen und zu einer Zerstörung
von Lackisolationen und/oder Lötverbindungen
führen
können. Allerdings
können
auch Temperaturen unterhalb einer derartigen Grenztemperatur unerwünscht sein.
Untersuchungen bekannter Therapiegeräte haben gezeigt, dass sich
die Temperatur einer Spule und benachbarter Bauelemente bereits
nach wenigen Pulsen, beispielsweise nach ca. 100–500 Pulsen je nach Pulsenergie
und Spulenmasse, auf über
41 °C erhöhen kann.
Für ein
in Deutschland zugelassenes therapeutisches Produkt darf die Oberflächentemperatur
des Therapiegeräts
in einem mit dem Patienten in Wirkverbindung tretenden Wirkbereich
41 °C nicht übersteigen,
da ansonsten die Gefahr von Hautverbrennungen bestehen würde. Aus dieser
Anforderung folgt, dass die bekannten Therapiegeräte mit Erreichen
der Temperatur von 41 °C
für eine Abkühlphase
abgeschaltet werden müssen.
Um eine derartige Abschaltung hinauszuzögern oder zu vermeiden, reduzieren
bekannte Therapiegeräte
die Frequenz der Pulse auf Werte von ca. 0,2 Hz, so dass nur ungefähr alle
5 Sekunden ein Puls erzeugt wird. In der Praxis bedeutet dies, dass
sich für
eine vorgegebene Gesamtpulszahl lange Anwendungszeiten, insbesondere
von über
2,5 Stunden für
eine Ganzkörperbehandlung einschließlich der
Abkühlzeiten,
ergeben.
Als
Abhilfemaßnahme
ist weiterhin bekannt, dass zur Vergrößerung der Zeitdauer für eine Erwärmung der
Spule infolge des Ohm'schen
Widerstands eine große
Kupfermasse, insbesondere ungefähr
1 kg Kupferdraht, eingesetzt wird, wodurch die Pulsfrequenz für eine gewisse
Zeitdauer auf über
10 Hz erhöht
werden kann. Als weitere Abhilfemöglichkeit ist bekannt, dass
eine hohe Oberflächentemperatur
im Wirkbereich durch eine geeignete Isolierung reduziert wird. Durch
eine derartige Isolierung wird allerdings der Abstand des das Behandlungsfeld
erzeugenden Bauelements von der Oberfläche der Haut vergrößert, was
eine Verringerung der Eindringtiefe des Magnetfelds in den zu behandelnden
Körper
und/oder erhöhte
Leistungsanforderungen zur Folge hat.
Darüber hinaus
hat die Erfindung erkannt, dass die Änderungsgeschwindigkeiten der
erzeugten Felder der bekannten Therapiegeräte begrenzt sind, so dass auch
die in dem Körper
induzierten, für
das Behandlungsergebnis verantwortlichen Wirbelströme u. U.
begrenzt sind:
- – Die Anstiegszeit bekannter
Therapiegeräte
hängt hauptsächlich von
der Höhe
der Spannung ab, die beim Einschalten des Pulses an der Spule anliegt.
Wegen hoher Spitzenströme
von bis zu 150 A, die zur Erzeugung eines gewünschten starken Magnetfelds
durch die Spulen fließen
müssen,
werden hierzu Kondensatoren als Spannungsquelle eingesetzt, die
vor jedem Puls bis auf 450 V aufgeladen werden müssen.
- – Oftmals
wird parallel zu der Spule eine Freilaufdiode geschaltet, die ein
(Halbleiter-) Schaltelement vor der hohen Induktionsspannung schützt, die
ohne die Diode entstehen würde,
sobald der Spulenstrom abklingt. Infolge dieser Freilaufdiode ist
die Abfallzeit der Strompulse verhältnismäßig lang, wobei sich der Strom
entsprechend einer Exponentialfunktion verringert, deren Zeitkonstante τ sich allein
aus dem Verhältnis
der Induktivität
L zu ihrem relativ niedrigen Ohm'schen
Verlustwiderstand R berechnet (τ =
L/R).
Auf
Grundlage dieser Überlegungen
schlägt
die Erfindung vor, einen elektrischen Schwingkreis mit (mindestens)
einer Spule und (mindestens) einem Kondensator zu verwenden. Der
Schwingkreis wird von einer Leistungsversorgung mit Energie versorgt.
In der Spule und/oder dem Kondensator wird ein sich schwingend änderndes
elektrisches oder magnetisches Feld erzeugt. Dieses Feld durchsetzt
einen Wirkbereich des Therapiegeräts, im Bereich dessen das Feld
auf den zu behandelnden Körperbereich
des Lebewesens aufgebracht wird. Bei dem Wirkbereich handelt es
sich bspw. um eine feste Anlagefläche oder einen separaten, verformbaren
Anlagekörper
wie eine Therapiematte, wobei ein oder mehrere Wirkbereiche mit
einem oder mehreren Feldern eingesetzt werden können.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird eine Energiezufuhr aktiviert, indem zumindest ein Bauelement
des Schwingkreises, wie die Spule oder der Kondensator durch, die
Leistungsversorgung mit Energie versorgt wird.
In
einem nächsten
Verfahrensschritt wird die Deaktivierung der Energiezufuhr von der
Leistungsversorgung zu dem Schwingkreis durchgeführt, insbesondere durch Entkopplung
der Leistungsversorgung von dem Schwingkreis durch ein geeignetes
Schaltelement.
Während der
Schwingkreis vorzugsweise während
der vorgenannten Verfahrensschritte durch ein geeignetes Schaltelement
unterbrochen war, werden in einem nachfolgenden Verfahrensschritt
transiente Schwingungen des Schwingkreises ermöglicht. Auf diese Weise können erfindungsgemäß die vorteilhaften
Eigenschaften eines Schwingkreises genutzt werden:
- – Auch
ohne äußeren Eingriff
sind die Verläufe
der elektrischen Größen in dem
Schwingkreis durch die dynamischen Eigenschaften des Schwingkreises,
insbesondere durch den Widerstand in dem Schwingkreis, die Kapazität und die
Induktivität
vorgegeben.
- – Über die
Wahl der Induktivität
und der Kapazität
kann die Frequenz der Schwingung des Magnetfelds konstruktiv vorgegeben
werden, wobei die Frequenz mit der Änderungsgeschwindigkeit des
Felds korreliert und damit mit der in dem Lebewesen erzeugten therapeutischen
Wirkung. Während
der Phase des Verfahrens mit transienten Schwingungen ist eine aufwendige äußere Ansteuerung
zur Vorgabe gewünschter elektrischer
Signale in der Spule u. U. nicht erforderlich. Andererseits kann
durch die Vorgabe des Widerstands R in dem Schwingkreis die Dämpfung der
transienten Schwingungen vorgegeben werden.
Während gemäß
DE 39 25 878 A1 die
transienten Schwingungen vollständig
abklingen, hat die Erfindung erkannt, dass mit zunehmendem Abklingen
der transienten Schwingungen der Maximalwert der Flussdichte abfällt, wodurch
die Wirkung des Therapiegeräts
in dem Körper
des Lebewesens zunehmend verringert wird. Dies birgt u. U. besondere
Gefahren, da während einer
Behandlung der Körper
in unterschiedlichen Tiefen unterschiedlichen Flussdichten, Flussdichte-Änderungen
und Behandlungsdauern ausgesetzt ist. Hinzu kommt, dass trotz der
verringerten Wirkung mit einem Abklingen der transienten Schwingungen
zunehmend Verlustleistung in der Spule erzeugt wird, die zu einer
Erwärmung
des Therapiegeräts
führt.
Zusammengefasst bedeutet dies, dass für ein derartiges vollständiges Abklingen
der transienten Schwingungen das Verhältnis der in dem Körper erzielten
Wirkung zu der Verlustleistung in Form von Wärmeentwicklung in der Spule
verhältnismäßig schlecht
ist.
Erfindungsgemäß werden
daher die transienten Schwingungen des Schwingkreises gezielt (vor
deren vollständigem
Abklingen) beendet durch Unterbrechung des Schwingkreises. Anstatt
abzuwarten, bis die Energie des Schwingkreises vollständig abgeklungen
ist, wodurch eine damit einhergehende Erwärmung der Spule und ggf. eines
Dämpfungswiderstandes
in Kauf zu nehmen wäre,
wird in zeitlicher Umgebung der Beendigung der transienten Schwingungen
die Energie aus dem Schwingkreis über ein separat vom Schwingkreis
angeordnetes Bauelement abgeleitet. Dies hat zur Folge, dass die
in dem Schwingkreis verwendeten Bauelemente vorrangig zur Erzeugung
der therapeutischen Wirkung eingesetzt sind, während zur Ableitung der Energie
ein anderes Bauelement verwendet werden kann. Damit erfolgt eine
funktionale Trennung der vorgenannten Bauelemente, was eine gezielte
Ausbildung der Bauelemente für
die jeweils gewünschte
Funktion ermöglicht
und Zielkonflikte beseitigt. Beispielsweise ist es auf diese Weise
möglich,
dass das für
die Ableitung der Energie verantwortliche Bauelement räumlich getrennt
von dem Schwingkreis und damit entfernt von dem Wirkbereich angeordnet
werden kann, wo beispielsweise eine größere Erwärmung in Kauf genommen werden kann
oder gezielte Kühlmaßnahmen
vorgenommen werden können,
ohne dass die Bauraumgestaltung des Wirkbereichs beeinträchtigt ist.
Vorzugsweise
erfolgt die Ableitung der Energie aus dem Schwingkreis dann, wenn
der Strom durch die Spule bzw. die Flussdichte im Bereich eines
Maximums liegt. Für
den Fall, dass die im Magnetfeld der Spule enthaltene Restenergie
sowohl in dem für
die Ableitung der Energie verantwortlichen Bauelement, insbesondere
einem Lastwiderstand, verbraucht wird als auch in dem Ohm'schen Widerstand
der Spule, verteilt sich die Verlustwärme umso mehr auf den Lastwiderstand,
je höher
dessen Widerstandswert im Verhältnis
zum Ohm'schen Widerstand
der Spule ist.
Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung erfolgt die Ableitung der Energie aus
dem Schwingkreis (zumindest nicht ausschließlich) über eine Umwandlung von Wärme im Bereich
eines Lastwiderstands und die Bauelemente des Schwingkreises, sondern
zumindest teilweise dadurch, dass eine Ableitung der Energie aus dem
Schwingkreis über
eine Rückspeisung
in die Netzversorgung erfolgt. Hierzu wird beispielsweise die Spule mittels
(Halbleiter-) Schaltelementen so an die Netzspannung geschaltet,
dass diese der induzierten Spannung in der Spule entgegengerichtet
ist. Hierdurch wird die Energie in der Spule nicht in der Spule
oder in einem externen Lastwiderstand verheizt. Ist der Strom in
der Spule infolge der Rückspeisung
auf 0 abgeklungen, kann beispielsweise die Spule wieder von der
Netzspannung getrennt und/oder erneut Energie von der Netzversorgung
zu dem Schwingkreis zugeführt
werden.
Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Verfahrensschritt einer Beendigung der transienten Schwingungen
ausgeführt,
bevor die Energie der transienten Schwingung auf weniger als 50
%, beispielsweise 75 % und insbesondere 90 %, abgeklungen ist. Zur Überprüfung dieses
Kriteriums kann bspw.
- – eine Erfassung der tatsächlichen
Energie in dem Schwingkreis erfolgen, wozu eine Überwachung der Amplitude der
Schwingung von Strom- und/oder Spannung erfolgen kann, oder
- – die
Beendigung der transienten Schwingungen nach einer vordefinierten
Zahl der Perioden der Schwingungen oder einer vordefinierten Zeitdauer
ausgeführt
werden.
Durch
diese Ausgestaltung der Erfindung kann gezielt ausschließlich der
Bereich der Schwingung mit ausreichender Amplitude genutzt werden.
Vorzugsweise
wird die Beendigung der transienten Schwingungen nach einer Periodendauer
des Schwingkreises ausgeführt,
so dass ungefähr
der Zustand zu dem Beginn der transienten Schwingungen, ggf. mit
geringen Verlusten infolge der Dämpfung,
wieder herbeigeführt
ist. Gemäß einer
alternativen Ausgestaltung wird die Beendigung der transienten Schwingungen
ungefähr
nach einer halben Periodendauer des Schwingkreises ausgeführt, innerhalb
derer sich das Magnetfeld einmal aufgebaut und wieder abgebaut hat.
Für eine "Triggerung" der Durchführung der
einzelnen genannten Verfahrensschritte kann eine Erfassung eines
elektrischen Signals erfolgen, dessen Auswertung, beispielsweise
hinsichtlich eines Über-
oder Unterschreiten eines Schwellwerts, die Notwendigkeit der Durchführung des
Verfahrensschritts indiziert. Beispielsweise wird für die Ermittlung
des Zeitpunkts für
eine Beendigung der transienten Schwingungen der Strom in der Spule
erfasst und mit einem mit einem gewünschten Maximalwert korrelierenden
Schwellwert verglichen. Alternativ oder zusätzlich kann für eine Bestimmung
des Zeitpunkts für
die Deaktivierung der Energiezufuhr und/oder die Ermöglichung
transienter Schwingungen des Schwingkreises ein elektrisches Signal
der Energiezufuhr von der Leistungsversorgung zu dem Bauelement
des Schwingkreises erfasst werden.
Eine
alternative oder zusätzliche
Möglichkeit
zur Ermittlung der Zeitpunkte zur Durchführung zumindest eines Verfahrensschritts,
insbesondere des Verfahrensschritts der Beendigung der transienten
Schwingungen, ist die Zulassung der transienten Schwingungen für eine definierte
Zeitdauer, die vorzugsweise mit der Periodendauer der Schwingungen
des Schwingkreises korreliert.
Ist
eine wiederholte Aufbringung von Pulsen zur Verstärkung der
Wirkung des Therapiegeräts
gewünscht,
so können
die Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Verfahrens zyklisch ausgeführt werden. Dadurch,
dass die in dem Therapiegerät
erzeugte Wärme
gegenüber
bekannten Geräten
verringert ist, können die
Verfahrensschritte auch zyklisch mit einer Frequenz ausgeführt werden,
die insbesondere größer ist
als 5 Hz oder sogar 10 Hz, wodurch sich bei unverändertem
Behandlungsergebnis u. U. die Behandlungsdauer verringern kann.
Vorteilhafterweise
findet zur Energiezufuhr von der Leistungsversorgung auf die Bauelemente
des Schwingkreises eine Wechselspannungs-Netzversorgung Einsatz,
so dass die Notwendigkeit einer Niederspannungs-Gleichspannungsquelle
entfällt.
Zwischen die Bauelemente des Schwingkreises und die Wechselspannungs-Netzversorgung
kann eine Phasenabschnittssteuerung zwischengeschaltet sein, die
gezielt Teilbereiche der Wechselspannung zur Beaufschlagung der
Bauelemente des Schwingkreises verwendet, insbesondere solche im
Umgebungsbereich des Maximums der Netzspannung, so dass kurze Energiezufuhrzeiten möglich sind.
Vorzugsweise
ist der Schwingkreis, insbesondere der Kondensator des Schwingkreises
oder der Lastwiderstand, mit dem GND-Potential der Schaltung verbunden.
Dies hat den Vorteil, dass ein für
die Energiezufuhr zwischen Leistungsversorgung und Schwingkreis
verantwortliches Schaltelement lediglich mit der Induktionsspannung
der Spule beaufschlagt ist und nicht zusätzlich mit der Versorgungsspannung,
so dass sich eine geringere Spannungsbelastung an diesem Schaltelement
ergibt. Hierdurch können
kostengünstigere Schaltelemente
Einsatz finden. Weiterhin ist bei einer Verwendung des öffentlichen
230 V-Netzes als Spannungsquelle mit hohen Störspannungs-Impulsen zu rechnen,
die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung nicht
auf das vorgenannte Schaltelement wirken und dieses zerstören können, wodurch
die Ausfallsicherheit der Schaltung wesentlich erhöht ist.
Der
zuvor aufgeführte
Ansatz ist davon ausgegangen, dass nach einer Energiedissipation
in dem Schwingkreis, die zur Folge hat, dass verbliebene Rest-Energie
in dem Schwingkreis geeignet abgebaut wird, da diese unter Berücksichtigung
des Wärmehaushalts
nicht mehr für
einen sinnvollen therapeutischen Zweck einsetzbar ist, ein folgender
Zyklus gestartet wird. Bei einer weiteren Lösung der der Erfindung zugrunde
liegenden Aufgabe wird in dem Schwingkreis durch eine zyklische,
periodische oder intermittierende Energiezufuhr von der Leistungsversorgung
zu dem Schwingkreis eine "erzwungene" Schwingung aufrechterhalten. Dies
führt u.
U. auf folgende Vorteile:
- – Durch die Wahl der Anregung
des Schwingkreises kann die sich einstellende Schwingung vorgegeben werden.
Beispielsweise kann sich die ergebende Schwingung aus transienten
Schwingungen mit der Eigenfrequenz des Schwingkreises und erzwungenen
Schwingungen mit einer Anregungsfrequenz zusammensetzen, so dass
die therapeutische Wirkung mit mehreren Frequenzen erzielt werden
kann. Andererseits kann die Anregungsfrequenz gezielt ausgewählt werden
und u. U. je nach Patient oder Zustand des Patienten variiert werden
oder auch über
eine Behandlung des Patienten variiert werden, wodurch eine feinere
Abstimmung der Behandlung des Patienten erzielt werden kann.
- – Während gemäß anderen
Lösungen
gezielt Energie abgeleitet oder vernichtet werden muss, kann die
Energiezufuhr zu dem Schwingkreis derart erfolgen, dass lediglich
die über
eine Periode der Schwingung des Schwingkreises dissipierte Energie
durch die Leistungsversorgung wieder zugeführt werden muss, um einen stabilen
Schwingungs zustand des Schwingkreises zu erzeugen. Hierdurch kann
die erforderliche Leistung der Spannungsversorgung des Therapiegeräts verringert
werden.
- – Unter
Einsatz einer erzwungenen Schwingung können u. U. veränderliche
oder abklingende Amplituden vermieden werden. Stattdessen kann gezielt
eine mehr oder weniger konstante Amplitude und/oder mindestens eine
Frequenz in dem Schwingkreis erzeugt werden.
Für die Anregung
des Schwingkreises über
die Leistungsversorgung können
beliebige Signale eingesetzt werden, beispielsweise
- – stochastische,
- – nicht
periodische,
- – periodische
Signale
mit einer oder mehreren Frequenzen, beispielsweise
Ober- und Unterwellen einer Grundfrequenz, wobei die aufrecht erhaltene
Schwingung periodisch oder nichtperiodisch sein kann, sofern die
elektrischen Signale der Schwingung, bspw. der Strom in der Spule,
einen für
den therapeutischen Zweck erforderlichen Betrag zumindest teilweise
erreicht.
Insbesondere
zur Herbeiführung
eines regelmäßigen Signals
in dem Schwingkreis ist der Einsatz eines harmonischen Signals Energieversorgung
des Schwingkreises vorteilhaft.
Die
in den Schwingkreis einzubringende Energie kann dadurch minimiert
werden, dass eine Frequenz des Anregungssignals ungefähr der Resonanzfrequenz
des Schwingkreises entspricht, da für einen Resonanzbetrieb eine
Herbeiführung
großer
Amplituden der elektrischen Signale in dem Schwingkreis für kleine
Anregungsamplituden ermöglicht.
In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dieses zyklisch,
mit für
periodische Vorgänge
konstanter Dauer oder veränderlicher
Dauer. Innerhalb eines Zyklus wird zu einem Betätigungszeitpunkt ein Schaltelement
betätigt,
was eine Unterbrechung des Schwingkreises zur Folge hat. Innerhalb
eines Zyklus wird in einer ersten Phase bis zu dem Zeitpunkt der
Betätigung
des Schaltelements eine transiente Schwingung des Schwingkreises
zugelassen mit den zuvor erwähnten
Vorteilen. Die Zeitdauer der ersten Phase beträgt beispielsweise ein Viertel,
die Hälfte,
drei Viertel einer Periodendauer der freien Schwingung des Schwingkreises
oder das 1,5-fache, das Doppelte, 2,5-fache, Dreifache usw. der Periodendauer
des freien Schwingkreises, so dass die elektrischen Zustände in dem
Schwingkreis zu Beginn der ersten Phase ungefähr dem Zustand zum Ende der
ersten Phase entsprechen können,
beispielsweise Beginn und/oder Ende der ersten Phase im Bereich
eines Extremums der Energie der Spule oder des Kondensators oder
bei einem Nulldurchgang derselben liegen kann.
Weiterhin
kann für
eine bevorzugte Ausgestaltung in einer zweiten Phase des Zyklus
nach dem Zeitpunkt der Betätigung
des Schaltelements bei unterbrochenem Schwingkreis den Bauelementen
des Schwingkreises Energie zugeführt
werden. Die Zeitdauer der zweiten Phase kann beispielsweise a priori
oder aus einem Kennfeld vorgegeben sein, wobei diese daran bemessen
sein kann, wie viel Energie dem Schwingkreis zugefügt werden
muss, welche Ströme
zur Herbeiführung
der Energie zulässig
sind, welche Energieversorgungsquelle verfügbar ist usw. In alternativer
oder zusätzlicher
Ausgestaltung kann eine Erfassung einer elektrischen Größe eines
Bauelements des Schwingkreises erfolgen, beispielsweise eines Stroms
der Spule und/oder einer Spannung des Kondensators, wobei mit Überschreiten
eines Schwellwerts der überwachten Größe das Ende
der zweiten Phase indiziert sein kann.
Nach
einem ergänzenden
Vorschlag der Erfindung wird innerhalb eines Zyklus in einer dritten
Phase nach dem Zeitpunkt der Betätigung
des Schaltelements bei unterbrochenem Schwingkreis der energetische Zustand
der Bauelemente des Schwingkreises im Wesentlichen konstant belassen.
Unter im Wesentlichen konstant wird hier ein Schaltzustand verstanden,
in dem die elektrischen Verbindungen der Bauelemente weitestgehend
unterbrochen sind und sich die Energieniveaus derselben nur unwesentlich ändern. In
der dritten Phase kann beispielsweise sowohl eine Auftrennung des
Schwingkreises als auch eine Trennung der Bauelemente des Schwingkreises
von der Leistungsversorgung erfolgen. Die genannten Phasen (erste
Phase, zweite Phase, dritte Phase) können in beliebiger Reihenfolge
aufeinander folgen.
Bei
einer weiteren Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist ein Therapiegerät, welches
insbesondere zur Durchführung
eines der vorgenannten Verfahren dient, mit einem die Spule durchsetzenden
ferromagnetischen Kern oder Magnetkern aus einem Magnetpulver oder
Eisenpulverausgestattet. Ein Magnetkern führt grundsätzlich zur Verstärkung des
Magnetfelds. Dies hat zur Folge, dass für ein vorgegebenes, zur Herbeiführung der
therapeutischen Wirkung erforderliches Magnetfeld die erforderliche
Stromstärke verringert
werden kann, was wiederum zu einer Verringerung von Ohm'schen Verlusten,
die quadratisch von dem Strom abhängen, und damit einer Verringerung
der Wärmeentwicklung
führt.
Mit einem Eisenkern aus einem ferromagnetischen Pulver lassen sich
große Änderungsgeschwindigkeiten
des Magnetfelds erzeugen, ohne dass es in dem Eisenkern zu Wirbelströmen und
den hierdurch bedingten Wirbelstromverlusten kommt. Weiterhin lassen
sich Magnetkerne aus einem ferromagnetischen Pulver auf einfache
und kostengünstige Weise,
u. U. mit beliebiger Außengeometrie,
herstellen. Besondere Gestaltungsmöglichkeiten bietet dieses beispielsweise
im Kontaktbereich eines Magnetkerns mit dem Patienten im Wirkbereich,
da hier beliebige Magnetkerne und Polschuhe gefertigt werden können.
Während für eine Spule
ohne Eisenkern die Stärke
des Magnetfelds von der Längsachse
radial nach außen
kontinuierlich abnimmt, kann die Flussdichte in einem Eisenkern
durch die Vorgabe der Geometrie des Eisenkerns und der Kontaktfläche mit
dem Wirkbereich beeinflusst und gezielt vorgegeben werden, so dass sich
beispielsweise die Flussdichte mehr oder weniger konstant über eine
größere Fläche erstreckt.
Vorzugsweise
findet eine Sättigungsflussdichte
des Magnetkerns aus einem ferromagnetischen Pulver von > 0,5 Tesla (insbesondere > 1,0 Tesla) Einsatz,
so dass das Therapiegerät
hochwirksam mit hohen Flussdichten ausgebildet ist.
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung besitzt das Therapiegerät eine Steuereinrichtung,
beispielsweise in Form eines Mikrocontrollers, der Schaltelemente
ansteuert, um unterschiedliche Betriebs-Phasen des Therapiegeräts, vorzugsweise
entsprechend dem zuvor genannten Verfahren, zu ermöglichen.
Hierbei kann in der Steuereinrichtung
- – eine Zeitsteuerung,
- – eine
Regelung unter Rückführung von
Messgrößen und/oder
- – eine
Auswahl geeigneter Zeitpunkte durch Überwachung von einzelnen elektrischen
Signalen
vorgesehen sein.
Die
Sicherheit des Therapiegeräts
und die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Anforderungen kann
dadurch verbessert werden, dass in dem Therapiegerät ein Temperaturfühler, beispielsweise
im Bereich der Spule oder im Wirkbereich, vorgesehen ist. Das Messsignal
des Temperaturfühlers
wird einer Überwachungseinheit,
die beispielsweise integral mit einem Mikrocontroller ausgebildet
ist, zugeführt.
Die Überwachungseinheit überwacht
den Messwert des Temperaturfühlers.
Mit Überschreiten
eines Schwellwerts der von dem Temperaturfühler sensierten Temperatur
kann das Therapiegerät
geeignete Maßnahmen
ergreifen, beispielsweise ein Fehlersignal für den Benutzer des Therapiegeräts, insbesondere
in Form einer Warnlampe oder eines akustischen Signals, erzeugen
oder auf die elektrischen Zustände
in der Spule, dem Schwingkreis und/oder der Leistungsversorgung
und deren Kopplung mit der Spule einwirken, um eine Abkühlung des
Therapiegeräts
herbeizuführen
oder eine weitere Erwärmung
zu vermeiden. Zusätzlich
kann ein Übertemperaturschalter
an der Spule angebracht sein, der im Falle eines Versagens der Temperatur-Überwachungseinheit
dafür sorgt,
dass die Stromzufuhr zur Spule bei zu hoher Spulentemperatur mechanisch
unterbrochen wird.
An
den Kondensator des Schwingkreises sind Anforderungen an Spannungsfestigkeit
und Kapazität zu
stellen, die u. U. hohe Bauteilkosten bedingen. Wird ein Bauteil
mit sehr hoher Spannungsfestigkeit eingesetzt, müssen wegen der verhältnismäßig kleinen
Kapazität
derartiger Bauteile sehr viele, beispielsweise über 70 Bauteile eingesetzt
werden. Außerdem
gibt es einzelne Bauteile nur in bestimmten Normwerten, wodurch nicht
immer das Maximum an Leistung aus dem Therapiegerät herausgeholt
werden kann. Erfindungsgemäß wird daher
der Kondensator des Schwingkreises mit einer Vielzahl von verhältnismäßig preisgünstigen,
hochkapazitiven Folien-Kondensatoren, beispielsweise im Bereich
einer Kapazität
von einigen Mikrofarad, mit jeweils verhältnismäßig niedriger Spannungsfestigkeit
gebildet, die miteinander in Parallel-Schaltung und/oder Reihen-Schaltung
verschaltet sind, so dass sich ein gewünschter Kapazitätswert bei
der erforderlichen Spannungsfestigkeit ergibt.
Bei
einer weiteren Lösung
der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe besitzt ein Therapiegerät eine Steuereinrichtung.
Die Steuereinrichtung ist über
Signalverbindungen mit mindestens einem Schaltelement verbunden.
Für betätigte Stellung
dieses Schaltelements ist in einer ersten Phase der Schwingkreis
geschlossen.
Über dieselben
oder andere Signalverbindungen ist die Steuereinrichtung des Weiteren
mit demselben oder einem anderen Schaltelement verbunden. Bei Betätigung dieses
Schaltelements durch die Signalverbindung ist in einer zweiten Phase
der Schwingkreis geöffnet,
und es ist eine Energiezufuhr zwischen der elektrischen Leistungsversorgung
und dem mindestens einem Bauelement des Schwingkreises freigegeben.
Damit
in der ersten Phase die transienten Schwingungen des Schwingkreises
nicht vollständig
abklingen, ist in der Steuereinrichtung ein Mittel vorgesehen, welches
geeignet ist, einen Zeitpunkt zu ermitteln, zu dem die erste Phase
der transienten Schwingungen beendet werden muss. Dieser Zeitpunkt
wird in der Steuereinrichtung derart bestimmt, dass transiente Schwingungen
in dem Schwingkreis nicht unter ein vorbestimmtes Maß, beispielsweise
die Hälfte
der Amplitude, 80 % der Amplitude oder 90 % der Amplitude abgeklungen sind.
Bei
dem genannten Mittel handelt es sich im einfachsten Fall um eine
Zeitsteuerung, die das Ende der ersten Phase fest oder in Abhängigkeit
von Betriebsparametern oder Messwerten nach Maßgabe eines Kennfelds oder
einer mathematischen Funktion vorgibt. Ebenfalls möglich ist,
dass die transienten Schwingungen unmittelbar oder mittelbar erfasst
werden und über
einen geeigneten Algorithmus in der Steuereinrichtung ein Vergleich
der transienten Schwingungen mit einem vorbestimmten Maß oder Schwellwert
erfolgt.
Weiterhin
kann über
dieselben oder andere Signalverbindungen dasselbe oder ein anderes
Schaltelement betätigt
werden, wobei mit einer derartigen Betätigung in der dritten Phase
der Schwingkreis unterbrochen wird und die Bauelemente des Schwingkreises
von der Spannungsversorgung entkoppelt sind. Eine derartige dritte
Phase dient insbesondere dazu, eine weitere Erwärmung des Therapiegeräts zu vermeiden
und eventuell eine Abkühlung
durch Konvektion zu erzeugen.
Für eine besondere
Ausgestaltung des Therapiegeräts
weist der Schwingkreis für
unterschiedliche Stromrichtungen unterschiedliche Pfade auf, wobei
zumindest in einem Pfad ein in eine Stromrichtung sperrendes Bauelement
angeordnet ist, so dass für
in dieser Richtung verlaufenden Strom der andere Pfad genutzt wird.
In dem anderen Pfad ist ein Schaltelement angeordnet, mit dem beispielsweise
eine Umschaltung von einer Phase zu einer anderen Phase (erste Phase,
zweite Phase, dritte Phase) erfolgen kann. Das Schaltelement in
dem zweiten Pfad wird zu einem Zeitpunkt betätigt mittels der Steuereinrichtung,
zu dem die elektrischen Signale der transienten Schwingung zumindest
auch über
den ersten Pfad verlaufen. Dieser Ausgestaltung liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass für
einen Schaltvorgang in einem stark elektrisch beaufschlagten Pfad eine
Betätigung
des Schalters eine hohe, u. U. für
einen Halbleiterschalter zerstörerische,
Induktionsspannung in der Spule des Schwingkreises hervorrufen könnte. Dies
wird durch den parallelen Pfad verhindert. In Kombination mit weiteren
erfindungsgemäßen Merkmalen
kann weiterhin durch Öffnen
des vorgenannten Schaltelements auf einfache Weise eine erste Phase
beendet werden, wenn infolge des geöffneten Schaltelements der
zweite Pfad gesperrt ist und sich die elektrischen Größen in dem
Schwingkreis so verändert
haben, dass auch der erste Pfad infolge des in einer Richtung sperrenden
Bauelements gesperrt ist.
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Leistungsversorgung
bzw. Spannungsversorgung eine Hochspannungsversorgung. Eine derartige
Hochspannungsversorgung kann für
einen weiten Eingangsspannungsbereich ausgelegt werden, so dass
die Schaltung an jeder beliebigen Netzspannung und Netzfrequenz, u.
U. mit nachgeschaltetem Gleichrichter und Sieb-Elko betrieben werden
kann. Die Hochspannungsversorgung oder Hochspannungs-Übertragung kann weiterhin für Niederspannung
ausgelegt sein, so dass auch ein Betrieb des Therapiegeräts mit einem
12-V-Netzteil oder mit einem Akku möglich ist. Der Einsatz eines
Akkus ist weiterhin durch die erfindungsgemäß ermöglichte hohe Effizienz und
den geringen Energiebedarf des Therapiegeräts ermöglicht.
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der
Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ
zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen.
Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten
Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander
sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen.
Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist
ebenfalls abweichend von den gewählten
Rückbeziehungen der
Patentansprüche
möglich
und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die
in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung
genannt werden. Diese Merkmale können
auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso
können
in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale
für weitere
Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
KURZBESCHREIBUNG
DER FIGUREN
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele
weiter erläutert
und beschrieben.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Therapiegerät mit einem
Handteil und einem Modulgehäuse.
2 zeigt ein schematisches
Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung eines erfindungsgemäßen Therapiegeräts.
3 zeigt eine Schaltung als
Teil eines erfindungsgemäßen Therapiegeräts zur Ableitung
von Energie von einer Spule über
einen im Freilaufzweig befindlichen Lastwiderstand.
4 zeigt eine Schaltung als
Teil eines erfindungsgemäßen Therapiegeräts, bei
der eine Ableitung von Energie von einer Spule über einen an GND angeschlossenen
Lastwiderstand erfolgt.
5 zeigt die zeitlichen Verläufe einer
Netzspannung, eines Stroms in einer Spule und einer Spannung in
einem Kondensator eines erfindungsgemäßen Therapiegeräts gemäß den 6 bis 10.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung
einer Schaltung als Teil eines Therapiegeräts mit einem Schwingkreis in
einem Schaltzustand, in dem eine Energiezufuhr von der Leistungsversorgung
zu der Spule des Schwingkreises aktiviert ist.
7 zeigt die Schaltung gemäß 6 in einem Schaltzustand,
in dem transiente Schwingungen des Schwingkreises ermöglicht sind.
8 zeigt die Schaltung gemäß 6 in einem mit 7 korrelierenden Schaltzustand,
wobei die transienten Schwingungen mit Stromverläufen entgegengesetzt zu 7 dargestellt sind.
9 zeigt die Schaltung gemäß 6, wobei eine Phase der
transienten Schwingungen nach einer Rückkehr zu einem Stromverlauf
gemäß 7 dargestellt ist.
10 zeigt die Schaltung gemäß 6 in einem Schaltzustand,
in dem die Energie des Schwingkreises durch Rückspeisung in das Netz abgeleitet
wird.
11 zeigt ein schematisches
Blockschaltbild mit zwei Alternativen für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
12 zeigt eine weitere Ausgestaltung
einer Schaltung als Teil eines Therapiegeräts mit einem Schwingkreis und
einer Energiezufuhr über
einen Hochspannungs-Übertrager.
13 zeigt die zeitlichen
Verläufe
einer Kondensatorspannung und eines Spulenstroms für eine Schaltung
gemäß 12.
14 zeigt eine weitere Schaltung
als Teil eines Therapiegeräts
mit zwei unterschiedlichen Pfaden für freie transiente Schwingungen
des Schwingkreises und mit einem Schaltelement mit drei Schaltzuständen.
15 zeigt die zeitlichen
Verläufe
einer Spannung in einem Kondensator und eines Stroms in einer Spule
für eine
Schaltung gemäß 14.
16 zeigt eine Ausführung der
Schaltung gemäß 14 mit MOSFET-Transistoren.
17 zeigt ein schematisches
Blockschaltbild einer elektrischen Schaltung eines erfindungsgemäßen Therapiegeräts.
FIGURENBESCHREIBUNG
In
den folgenden Figuren sind hinsichtlich Ihrer Funktion und Anordnung
in einer Schaltung korrespondierende Bauelemente teilweise mit gleichen
Bezugszeichen versehen, wobei der Einsatz eines Bauelementes in
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
mit unterschiedlichen Buchstaben im Zusatz zu dem Bezugszeichen
kenntlich gemacht ist.
1 zeigt ein Therapiegerät 1 mit
einem Stecker 2 für
einen Anschluss an ein öffentliches
Stromnetz und einem Modulgehäuse 3 mit
einem Netzschalter 4, welches über ein Verbindungskabel 5 mit
einem Handteil 6 verbunden ist. Das Handteil 6 weist
einen Wirkbereich 7 auf, im Bereich dessen das Handteil 6 in
Wirkverbindung mit einem zu behandelnden Patienten tritt. Hierzu
kann der Wirkbereich 7 unmittelbar auf die Haut des Patienten
aufgelegt werden. Das Handteil 6 verfügt über Bedienelemente 8,
beispielsweise in Form von Knöpfen,
Schaltern oder Schiebern, sowie Anzeigen 9, beispielsweise
Lampen, LEDs o. ä..
Abweichend zu der in 1 dargestellten
Ausführungsform
können
Bedienelemente 8 und Anzeigen 9 alternativ oder
zusätzlich
im Bereich des Modulgehäuses 3 vorgesehen
sein. Über
die Bedienelemente 8 ist eine Beeinflussung der elektrischen
Schaltung und der Leistungsversorgung zur Anpassung an die jeweiligen
Bedürfnisse
möglich, während die
Anzeige 9 dem Benutzer des Therapiegeräts 1 eine Rückmeldung über den
Betriebsmodus und etwaige Fehlermeldungen gibt.
2 zeigt ein schematisches
Blockschaltbild des Therapiegeräts
mit einer Spannungsversorgung 10, bei der es sich beispielsweise
um eine 230 V-Wechselspannungsquelle mit einer Frequenz von 50 Hz
handelt. Die Spannungsversorgung 10 besitzt einen Pol 11 (L1)
und einen Pol 12 (N). Die Spannungsversorgung 10 ist über elektrische
Verbindungen 13 sowohl mit einer Leistungsendstufe 14 als
auch einer Steuerelektronik 15 verbunden. Die Steuerelektronik 15 wirkt über eine
Verbindung 16 auf die Leistungsendstufe 14 ein.
Die Leistungsendstufe 14 ist elektrisch an eine Spule 17 mit
einem Kern 18 angeschlossen sowie an einen Kondensator 19.
3 zeigt eine Schaltung 20,
bei der ein Pol der Spannungsversorgung 10a über die
Spule 17a und ein Schaltelement 21a mit GND verbunden
ist. Parallel zu der Spule 17a ist ein Zweig mit einem
Lastwiderstand 22a und einer Diode 23a geschaltet.
Die Diode 23a ist dabei derart geschaltet, dass ein infolge
der induzierten Spannung 24a fließender induzierter Strom 25a durch
den Lastwiderstand 22a fließen kann. Für den Fall, dass die Versorgungsspannung 26a der
Spannungsversorgung 10a 200 V beträgt und in der Spule 17a eine
induzierte Spannung 24a von 800 V wirkt, summiert sich
für eine
Betätigung
des Schaltelements 21a eine an dem Schaltelement 21a wirksame
Spannung 30a auf die Summe der induzierten Spannung 24a und
der Versorgungsspannung 26a, also 1.000 V.
Für die in 4 dargestellte alternative
Schaltung 20b ist entsprechend 3 die Spannungsversorgung 10b über ein
Schaltelement 27b, Spule 17b und Schaltelement 21b mit
GND verbunden. Zwischen Spule 17b und Schaltelement 21b zweigt
in Parallelschaltung der Lastwiderstand 22b ab, der ebenfalls
mit GND verbunden ist. In weiteren parallelen Zweigen, die zwischen
dem Schaltelement 27b und die Spule 17b abzweigen,
sind zwischen GND jeweils ein Schaltelement 28b sowie eine
Diode 29b zwischengeschaltet mit Anoder der Diode 29b an GND.
In alternativer Ausgestaltung entfällt abweichend zu 4 der Zweig mit dem Schaltelement 28b.
Auch
in den in 4 dargestellten
Schaltzuständen
mit geöffnetem
Schaltelement 27b sowie 21b (und ggf. geschlossenem
Schaltelement 28b) wird die in der Spule 17b induzierte
Spannung 24b über
den induzierten Strom 25b in dem Lastwiderstand 22b abgebaut.
In diesem Fall wirkt an dem Schaltelement 21b lediglich eine
Spannung 30b, die der induzierten Spannung 24b entspricht.
Auf das Schaltelement 27b wirkt eine Spannung 31b,
die der Versorgungsspannung 26b entspricht. Abweichend
zu 3 ist damit das Schaltelement 21b nicht
der Versorgungsspannung 26b und damit etwaigen Störspannungs-Impulsen
ausgesetzt, falls die Versorgung über das Netz erfolgt.
5 zeigt die Signale einer
Netzspannung 32, eines Stroms 33 in einer Spule 17 sowie
der Spannung 34 eines Kondensators 19c über der
Zeit 35 für
den Fall, dass (abweichend zu 3 und 4) das Therapiegerät 1 einen
Schwingkreis 59 aufweist. In 5 ist
auf die zeitliche Darstellung des Magnetfelds verzichtet worden,
da dieses exakt dem Verlauf des Stroms 33 in der Spule 17 folgt.
In 5 korreliert eine
Phase 36 mit dem in 6 dargestellten
Schaltzustand von Schaltelementen einer alternativen Schaltung 20c.
Eine Phase 37 entspricht dem in 7 dargestellten Schaltzustand mit der
dargestellten Orientierung der dargestellten Ströme, während eine Phase 38 mit
dem entsprechenden Schaltzustand, aber anders orientierten Strömen gemäß 8 korreliert. Phase 39 korreliert
mit dem in 9 dargestellten
Schaltzustand und den dargestellten Flussrichtungen der Ströme, während die
Phase 40 eine Ableitung der Energie aus dem Schwingkreis 59 in
das Netz mit den in 10 dargestellten
Schaltzuständen
und Verlaufsrichtungen der Ströme
kennzeichnet.
Die
in den 6–10 dargestellte Schaltung 20c entspricht
im Wesentlichen der Schaltung 20b gemäß 4, wobei allerdings der Lastwiderstand 22b durch
den Kondensator 19c ersetzt ist und zwischen Diode 29b und
GND ein Schaltelement 28c zwischengeschaltet ist. Zusätzlich ist
parallel zur Reihenschaltung aus Diode 29c und Schaltelement 28c ein
Strompfad für
die entgegengesetzte Stromrichtung vorhanden. dieser zusätzliche
Strompfad besteht aus Diode 42c und Schaltelement 41c.
Weiterhin ist den Schaltelementen 21c und 27c jeweils
eine Diode 43c, 44c vorgeschaltet.
In
der Phase 36 ist für
positive Netzspannung 32 Schaltelement 41c geöffnet, während die
Schaltelemente 27c, 28c und 21c geschlossen
sind. Dieses führt
zu einem Ladestrom 45, der durch die Diode 44c, Schaltelement 27c,
Spule 17c, Diode 43c in Durchlassrichtung derselben
und Schaltelement 21c nach GND verläuft. Mit fortschreitender Dauer
der Phase 36 steigt der Strom gemäß Signalverlauf 33 an
und hat am Ende der Phase 36 sein Maximum erreicht, wodurch
eine anfängliche
Energie für
den in den Phasen 37, 38, 39 gebildeten
Schwingkreis 59 vorgegeben ist.
Im Übergangsbereich
zwischen den Phasen 36 und 37 erfolgt eine Umschaltung
auf die Schaltstellungen gemäß 7, für die die Schaltelemente 27c und 21c geöffnet sind,
während
die Schaltelemente 28c und 41c geschlossen sind.
Damit beim Öffnen
von Schaltelementen 21c und 27c keine Unterbrechung
des bisherigen Stroms stattfindet, wodurch eine hohe Induktionsspannung
vermieden werden kann, muss bei diesem Öffnen das Schaltelement 28c bereits
geschlossen sein. Die Diode 29c verhindert dabei, dass
die Netzspannung über
die Schaltelemente 27c und 28c kurzgeschlossen
wird.
In
der Phase 37 sperrt für
positiven Strom 33 die Diode 42c, während die
Diode 29c geöffnet
ist, so dass mit Schaltelement 28c, Diode 29c,
Spule 17c und Kondensator 19c ein Schwingkreis 59 gebildet
ist. In der Phase 37 stellt sich ein oszillierender Strom 46 ein.
Im Übergangsbereich
von der Phase 37 zur Phase 38 (s. 8) ändert
der Strom 33 seine Richtung, so dass in der Phase 38 die
Diode 29c sperrt, während
die Diode 42c durchlässig
ist. In diesem Fall ist der Schwingkreis 59 mit dem Schaltelement 41c,
Diode 42c, Spule 17c und Kondensator 19c gebildet,
wobei sich ein oszillierender Strom 47 ergibt.
Im Übergang
von der Phase 38 zur Phase 39 wechselt der Strom 33 wieder
sein Vorzeichen, so dass die Schaltzustände, der gebildete Schwingkreis 59 und
die sich ergebenden elektrischen Signale gemäß 9 im Wesentlichen 7 und der zugeordneten Beschreibung entsprechen
mit einem oszillierenden Strom 48.
Mit
dem Übergang
der Phase 39 zur Phase 40 wird der gemäß 9 gebildete Schwingkreis 59 dadurch
unterbrochen, dass das Schaltelement 28c geöffnet wird.
Dies erfolgt vorzugsweise zu einem Zeitpunkt, in dem die Kondensatorspannung
ungefähr
Null ist und in der Spule ein maximaler Stromfluss herrscht. Weiterhin
ist vorzugsweise hierbei die Netzspannung negativ. In diesem Fall
ist die Spannungsquelle 10c über Diode 44c, Schaltelement 27c,
Spule 17c, Diode 43c und Schaltelement 21c mit
GND verbunden. Die in der Spule 17c induzierte Spannung
ist der Spannung der Spannungsversorgung 10c entgegengerichtet,
so dass der sich einstellende ableitende Strom 49 in die
Spannungsversorgung 10c abgeleitet wird, wodurch sich die Energie
des Schwingkreises 59 bzw. der Spule 17c rasch
abbaut.
Zur
Durchführung
eines erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in einer Steuereinrichtung 50 zunächst in einem Verfahrensschritt 51 überprüft, ob die
Versorgungsspannung ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Für den Fall,
dass detektiert wird, dass das Kriterium erfüllt ist, liegt der Anfangspunkt
der Phase 36 vor. Das Kriterium wird vorzugsweise derart
gewählt,
dass die Netzspannung während
der Phase 36 möglichst
groß und ohne
Vorzeichenwechsel ist. Beispielsweise kann als Kriterium ein Nulldurchgang
der Netzspannung gewählt werden,
welcher unmittelbar die Einleitung der Phase 36 triggert
oder diese zeitverzögert
triggert.
In
einem anschließenden
Verfahrensschritt 52 wird für die Phase 36 gemäß 6 einem Bauelement des Schwingkreises 59,
für das
dargestellte Ausführungsbeispiel
gemäß 6 bis 10 der Spule 17c, Energie zugeführt.
In
einem anschließenden
Verfahrensschritt 53 wird ein Kriterium überprüft, ob hinreichend
Energie in die Bauelemente des Schwingkreises 59, hier
ein hinreichender Stromfluss in der Spule 17c, aufgebaut
worden ist. Beispielsweise wird überprüft, ob der
Strom 45 einen vorgegebenen Schwellwert erreicht. Ist das
Kriterium erfüllt,
erfolgt der Übergang
von der Phase 36 zur Phase 37. Als alternatives
oder zusätzliches
Kriterium kann die Zeit seit Beginn der Phase 36 überprüft werden,
so dass die Phase 36 eine definierte Dauer besitzt unabhängig von
den sich einstellenden elektrischen Größen.
Im Übergangsbereich
zu der Phase 37 erfolgt in einem Verfahrensschritt 54 ein
Schließen
des Schwingkreises 59, indem transiente Schwingungen zugelassen
werden und für
die Phasen 37, 38, 39 aufrechterhalten
werden mit den Zuständen
gemäß den 7, 8 und 9.
In
einem Verfahrensschritt 55 erfolgt eine Überprüfung, ob
eine Beendigung der transienten Schwingungen erfolgen soll. Ein
zu überprüfendes Kriterium
kann hierbei beispielsweise der Abfall der Schwingungen in dem Schwingkreis 59 sein,
wobei dieser Abfall absolut durch Unterschreiten eines Schwellwerts überprüft werden
kann oder beispielsweise relativ durch einen Vergleich einer aktuellen
Amplitude mit der Anfangsamplitude. Weiterhin ist es möglich, dass
als Kriterium eine Zeitdauer der Phasen 37, 38, 39 ausgewertet
wird, so dass diese Phasen eine vorbestimmte Dauer haben. Für die sich
einstellende Schwingung des Schwingkreises werden Bruchteile von
Perioden, eine Vielzahl von Schwingungsperioden, eine halbe Schwingungsperiode,
eine Schwingungsperiode, 1,5 oder zwei Schwingungsperioden verwendet
werden. Gemäß den dargestellten
Ausführungsformen
erfolgt weiterhin eine Wahl des Kriteriums derart, dass die Beendigung
der transienten Schwingungen zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem
die Spannung des Kondensators ungefähr 0 ist und der Strom 48 ungefähr maximal
ist, so dass die Energie des Schwingkreises zumindest hauptsächlich in
der Spule 17c gespeichert ist.
Ergibt
die Überprüfung in
Verfahrensschritt 55, dass die freien Schwingungen in dem
Schwingkreis 59 beendet werden sollen, so wird über die
Steuereinrichtung 50 in dem Verfahrensschritt 56 der
Schaltzustand gemäß 10 hergestellt, für den eine
Rückspeisung
der in der Spule 17c gespeicherten Energie in das Netz erfolgt.
Hieran
anschließend
springt das Verfahren zurück
zum Verfahrensschritt 51, wobei in einem Verfahrensschritt 57 eine
weitere Prüfung
vorgenommen werden kann. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung 50 im
Verfahrensschritt 57 überprüfen, ob
die Temperaturbedingungen erfüllt
sind oder ob für
eine gewisse Abkühlzeit
das Verfahren auszusetzen ist. Weiterhin kann im Verfahrensschritt 57 eine
konstante Wartezeit von einigen Millisekunden vorgesehen sein. Ebenfalls überprüft werden
können
weitere Fehlersignale des Therapiegeräts oder etwaige Signale des
Benutzers des Therapiegeräts.
Für eine alternative
Ausgestaltung des Verfahrens wird in einem Verfahrensschritt 58 anstelle
des Verfahrensschritts 56 ein Schaltzustand herbeigeführt, in
dem die Energie des Schwingkreises 59 über einen externen Lastwiderstand
abgeleitet wird.
Durch
die erfindungsgemäßen Maßnahmen
kann die Effektivität
des Therapiegeräts
um ein Vielfaches gegenüber
herkömmlichen,
bekannten Geräten
gesteigert werden. Die Anwendungszeit für eine Ganzkörperbehandlung
kann beispielsweise von 2,5 Stunden für ein bekanntes Therapiegerät auf nun
2 Minuten abgesenkt werden. Unter einer Effektivität in diesem
Sinne wird die pro Magnetpuls in einer Spule induzierte Spannungs-Zeit-Fläche verstanden,
die zunächst
gleichgerichtet und anschließend über einige
10 Sekunden elektronisch integriert wird.
Weiterhin
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass eine Flussdichte von maximal 0,8 Tesla nicht mit 150 A wie
gemäß dem Stand
der Technik, sondern mit weniger als 20 A erzielt wird. Hierzu wird
die Windungszahl gegenüber
der Windungszahl herkömmlicher
Spulen um ca. den Faktor 2 oder mehr vergrößert. Erfindungsgemäß findet
eine Spule mit ca. 1.700 Wicklungen (± 200 Wicklungen) Einsatz.
Weiterhin
kann in der Spule ein Eisenkern, vorzugsweise aus einem ferromagnetischen
Eisenpulver, eingesetzt sein.
Für den Fall,
dass transiente Schwingungen zum Zeitpunkt des Maximums des Spulenstroms
abgebrochen werden, können
die beteiligten Schaltelemente geschont werden.
Durch
geeignete Auslegung des Schwingkreises 59 durch Wahl der
Induktivität
und der Kapazität
können
steile Pulsflanken erzeugt werden, wodurch die Effektivität pro Puls
erhöht
werden kann. Möglich
ist weiterhin, dass die Induktivität oder die Kapazität veränderlich
sind, in Stufen oder kontinuierlich, wodurch die Frequenz der transienten
Schwingungen veränderlich
gestaltet werden kann.
Um
die Anfangsenergie in den Schwingkreis 59 einzubringen,
kann zwischen die Spule und die Versorgungsspannung eine Phasen-Abschnitts-Steuerung
zwischengeschaltet, ohne dass zuvor ein Kondensator aufgeladen werden
muss.
Auch
für die
Ausführungsform
mit dem Schwingkreis 59 gemäß 6 bis 10 ist
das Schaltelement 21c lediglich der maximalen Kondensatorspannung – und nicht
zusätzlich
der Netzspannung – ausgesetzt.
Bei
den Schaltelementen 27, 41, 28, 21 handelt
es sich vorzugsweise um Halbleiter-Schalter oder MOSFET- oder IGBT-Transistoren.
Für den
Fall, dass IGBTs eingesetzt werden, können die Dioden 44, 29, 42, 43 entfallen.
Vorzugsweise
weist der Schwingkreis 59 eine Resonanzfrequenz von ca.
200 Hz ± 50
Hz, vorzugsweise 210 Hz ± 15
Hz, auf.
12 bis 17 zeigen weitere Ausführungsbeispiele
der Erfindung, bei denen sich eine zyklische Energiezufuhr, eine
zyklische Betätigung
von Schaltelementen und ein zyklischer Signalverlauf in einem Schwingkreis
ergibt, hier lediglich beispielhaft mit konstanter Periodendauer
eines Zyklus und periodischem Ausgleich der für transiente Schwingungen dissipierten
Energie durch intermittierende Kopplung mit der Leistungsversorgung.
Gemäß 12 ist ein Schwingkreis 60a mit
einer Spule 61a und einem Kondensator 62a gebildet,
die über
ein Schaltelement 63a miteinander verbunden sind. Eine
Beaufschlagung des Schwingkreises 60a mit Energie ist über einen
Hochspannungs-Übertrager 64a möglich, der
von einer Spannungsquelle 65a gespeist wird. Zwischen Schwingkreis 60a und
Hochspannungs-Übertrager 64a ist
ein weiteres Schaltelement 66a zwischengeschaltet.
13 zeigt den Betrieb der
Schaltung gemäß 12: zunächst wird in einer Anfangsphase 67a,
in der das Schaltelement 63a geöffnet ist und Schaltelement 66a geschlossen
ist, über
die Spannungsquelle 65a und Hochspannungs-Übertrager 64a der
Kondensator 62a geladen. Die Spannung 68a des
Kondensators 62a steigt in der Anfangsphase 67a ungefähr kontinuierlich
an. Das Ende der Anfangsphase 67a ist nach einer vordefinierten
Zeitspanne erreicht oder erreicht, wenn die Spannung 68a einen
vordefinierten Schwellwert erreicht hat. Zum Zeitpunkt 69a wird
zur Beendigung der Anfangsphase 67a die Spannungsquelle 65a und
der Hochspannungs-Übertrager 64a deaktiviert,
was durch Öffnen
des Schalters 66a erfolgen kann. Ungefähr gleichzeitig wird zum Zeitpunkt 69a der
Schalter 63a geschlossen, so dass der Schwingkreis 60a geschlossen
ist.
In
der an den Zeitpunkt 69a anschließenden ersten Phase 70a ergeben
sich transiente, exponentiell abfallende harmonische Signale für die Spannung 68a des
Kondensators sowie den Strom 71a in der Spule. Nach einer
Periode der Schwingung der Spannung 68a und des Stroms 71a,
nach der der Strom 71a in der Spule wieder ungefähr Null
ist und die Spannung 68a des Kondensators wieder maximal
ist, ggf. unter den elektrischen Verlusten, wird zu einem Zeitpunkt 72a der
Schalter 63a geöffnet,
so dass ein Energieaustausch zwischen Spule 61a und Kondensator 62a unterbrochen
ist.
Für ein mögliches
Verfahren, dessen elektrische Signale in 13 dargestellt sind, erfolgt in zeitlicher Umgebung
des Zeitpunkts 72a, insbesondere gleichzeitig mit dem Öffnen des
Schaltelements 63a, ein Schließen des Schalters 66a,
so dass die Spannungsquelle 65a unter Zwischenschaltung
des Hochspannungs-Übertragers 64a wieder
mit der Spule 62a verbunden ist.
In
einer an den Zeitpunkt 72a anschließenden zweiten Phase 73a wird
der Kondensator 62a wieder geladen, beispielsweise mit
ungefähr
kontinuierlich ansteigender Spannung des Kondensators 62a.
Mit dem Ende der zweiten Phase 73a zu einem Zeitpunkt 74a wird
der Schalter 66a wieder geöffnet und der Schalter 63a wieder
geschlossen, so dass sich eine erste Phase 70a mit hieran
anschließender
zweiter Phase 73a wiederholt. Ein Zyklus mit einer ersten
Phase 70a und einer zweiten Phase 73a mit einer
Periodendauer 75a wird ständig wiederholt entsprechend
des gewünschten
Therapieerfolgs.
Für die in 14 dargestellte erfindungsgemäße Schaltung
sind für
den Schwingkreis 60b die Stromverläufe für unterschiedliche Richtungen
des transienten Stroms mit den Pfeilen 76 und 77 dargestellt.
Für die mit
dem Pfeil 77 indizierte Stromrichtung ist die Spule 61b über den
Abzweig 78 und einen Pfad 79 mit einer Diode 80,
die in Richtung des Pfeils 77 durchlässig ist, einen Abzweig 81 mit
dem Kondensator 62b verbunden. Wechselt für transiente
Schwingungen des Schwingkreises 60b der Strom seine Richtung
gemäß Pfeil 76,
so sperrt die Diode 80. Zwischen die Abzweige 78, 81 ist
ein paralleler Pfad 82 zwischengeschaltet mit einem Schaltelement 83.
Das
Schaltelement 83 besitzt Schaltstellungen A, B, C, wobei
in Schaltstellung C der Pfad 82 geschlossen ist zur Ermöglichung
eines Stroms gemäß Pfeil 76.
In Schaltstellung A unterbricht Schaltelement 83 die Verbindung
zwischen den Abzweigen 78, 81 und stellt gleichzeitig
eine Verbindung zwischen Abzweig 81 und einer Spannungsquelle 65b,
ggf. unter Zwischenschaltung eines Hochspannungs-Übertragers 65b,
her. In einer mittleren Schaltstellung B ist der Abzweig 81 weder
mit dem Abzweig 78 noch mit der Spannungsquelle 65b verbunden.
Für ein Verfahren
zum Betrieb eines Therapiegeräts
mit einer Schaltung gemäß 14 ist in der Anfangsphase 67b Schaltelement 83 in
Schaltstellung A, so dass der Kondensator 62b aufgeladen
wird, hier mit einem exponentiell gegen einen Grenzwert laufenden
Spannungsverlauf. Die Anfangsphase 67b ist nach einer vordefinierten
Zeit oder mit Erreichen eines Schwellwerts beendet.
Zum
Zeitpunkt 69b wird Schaltelement 83 in Schaltstellung
C verbracht. In dem ersten Teil 84 der ersten Phase 70b transienter
Schwingungen des Schwingkreises, ist der Strom in Richtung 76 orientiert
und verläuft
somit über
den Pfad 82. In dem zweiten Teil 85 der ersten
Phase 70b ist der Strom 71b entgegengesetzt orientiert
in Richtung des Pfeils 77, wobei der Strom über den
Pfad 79 verlaufen kann infolge der nicht sperrenden Wirkung
der Diode 80. Zusätzlich
kann ein Teil des Stroms über
den Pfad 82 verlaufen.
Im
Bereich des zweiten Teils 85 der ersten Phase 70b kann
das Schaltelement 83 in Schaltstellung B verbracht werden,
wobei in diesem Fall der Strom in dem zweiten Teil 85 ausschließlich über den
Pfad 79 verläuft.
Mit
dem Ende der ersten Phase 70b zum Zeitpunkt 72b erreicht
die Spannung 68b ein Maximum. Infolge des Schaltelements 83 in
Schaltstellung B und der Sperrwirkung der Diode 80 ist
allerdings der Schwingkreis 60b gesperrt. Diese Sperrstellung
wird für
eine dritte Phase 86 aufrechterhalten, für die sich
die Spannung 68b und der Strom 71b allenfalls
unwesentlich ändern.
Mit dem Ende der dritten Phase 86 zum Zeitpunkt 87 wird
das Schaltelement 83 in Schaltstellung A verbracht. In
der anschließenden
zweiten Phase 73b erfolgt eine Ladung des Kondensators
mit exponentiell sich einem Grenzwert nähernden Spannungsverlauf. Mit
dem Ende der dritten Phase 73b zum Zeitpunkt 88 ist
die mit der ersten Phase 70b, der dritten Phase 86 und
der zweiten Phase 73b gebildete Periodendauer 75b vervollständigt und
ein weiterer Zyklus beginnt.
Durch
den Einsatz der Pfade 82, 79 und der Diode 80 kann
eine Umschaltung des Schaltelements 83 zu einem beliebigen
Zeitpunkt innerhalb des Teils 85 der ersten Phase 70b erfolgen,
so dass eine Umschaltung nicht exakt für einen Nulldurchgang des Stroms 71b erfolgen
muss, was zu einer Vereinfachung der Steuerschaltung beiträgt, da auf
eine genaue Detektierung des Nulldurchgangs verzichtet werden kann.
Weiterhin bewirkt die Diode 80, dass die Schwingung zum
Zeitpunkt 72b automatisch beendet wird, nachdem die gesamte
Restenergie des Schwingkreises 60b wieder auf dem Kondensator 62b gespeichert
ist. Während
der ersten Phase 70b ist Energie dissipiert worden, was
sich in einer Spannungsdifferenz 89 zwischen den Maxima
der Spannung 68b zu Beginn der ersten Phase 70b und
zum Ende der ersten Phase 70b äußert.
Durch
die dargestellte Schaltung können
hohe Flussdichten, hohe Änderungsgeschwindigkeiten
und eine Vielzahl von Pulsflanken erzeugt werden. Eine Energieeinsparung
und verminderte Wärmeentwicklung ergibt
sich dadurch, dass zur Erzeugung des nächsten Pulses nicht die gesamte
Pulsenergie zugeführt
werden muss, sondern lediglich die dissipierte Energie Δ W = Δ Uc 0.5 C U2, die während der
ersten Phase 70b verloren gegangen ist. Dadurch können wesentlich
mehr Pulse erzeugt werden, bis sich die Temperatur der Spule oder
des Wirkbereichs auf 41 °C
erwärmt
hat. Die gesamte Wärmekapazität der Spule
kann somit allein von den therapeutisch wirkungsvollsten Stromanteilen
ausgenutzt werden. Rechnet man all diese Vorteile zusammen, so kann
sich erfindungsgemäß eine Effektivitätssteigerung
um bis zu das Hundertfache oder mehr ergeben, was für den Anwender
letztlich den Vorteil einer drastisch reduzierten Anwendungsdauer
hat.
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Schwingkreises ist, dass
die Restenergie über
einen verhältnismäßig langen
Zeitraum nahezu verlustlos im Kondensator gespeichert werden kann.
Die Pulsfrequenz kann damit in weiten Grenzen bequem variiert werden
und den äußeren Gegebenheiten
und therapeutischen Erfordernissen angepasst werden, indem lediglich
die Zeitdauer der dritten Phase 86 vergrößert oder
verkleinert wird, ohne dass hierdurch die Restenergie maßgeblich
beeinflusst wird.
Die
maximal mögliche
Pulsfrequenz entspricht der Resonanzfrequenz des Schwingkreises
und ist dann erreicht, wenn die dritte Phase 86 auf die
Zeitdauer 0 reduziert wird und die während der ersten Phase 70b dissipierte
Energie während
der ersten Phase 70b zugeführt wird, so dass auch die
zweite Phase 73b entfällt.
Hierzu wird vorzugsweise dem Kondensator 62b über die
Spannungsversorgung eine Spannung zugeführt, solange die Spannung 68b des
Kondensators positiv ist. Hierzu ist die Spannungsversorgung 65b geeignet
anzupassen und anzusteuern. Da ein derartiger Betrieb u. U. zu einer
erhöhten
Erwärmung
des Therapiegeräts
führt,
ist ein derartiger Betrieb u. U. auf eine vorgegebene Zeitspanne
begrenzt, was allerdings akzeptabel sein kann, wenn beispielsweise
die therapeutische Wirkung lediglich im Bereich einer definierten
Körperstelle
erzeugt werden soll.
16 zeigt eine Schaltung,
in der die Schaltstellungen A, B, C des Schaltelements 83 gemäß 14 über MOSFET-Transistoren 90, 91 realisiert
sind. In diesem Fall ist der Schwingkreis 60c mit dem Kondensator 62c und
der Spule 61c sowie dem MOSFET-Transistor 91 gebildet,
der hier anstelle der Diode 80 die Revers-Diode 92 aufweist.
Parallel zu dem Kondensator 62c ist der Hochspannungs-Übertrager 64c,
der MOSFET-Transistor 90 sowie eine dem MOSFET-Transistor 90 vorgeschaltete
Diode 93 geschaltet. Die Schaltstellung A gemäß 14 ergibt sich demgemäß, wenn
MOSFET-Transistor 90 eingeschaltet ist und MOSFET-Transistor 91 ausgeschaltet
ist. Die Schaltstellung B ergibt sich, wenn MOSFET-Transistor 90 ausgeschaltet
ist und MOSFET-Transistor 91 ausgeschaltet ist. Die Schaltstellung
C ergibt sich, wenn MOSFET-Transistor 90 ausgeschaltet
ist und MOSFET-Transistor 91 eingeschaltet ist. Die Diode 93 ist
erforderlich, um einen Entladerückstrom
von dem Kondensator 62c in die Energiequelle zu verhindern.
Anstelle
der MOSFET-Transistoren 90, 91 können wahlweise
auch IGBT-Transistoren eingesetzt werden. In diesem Fall kann auf
die Diode 93 verzichtet werden. Sofern für MOSFET-Transistor 91 kein
IGBT mit integrierter Revers-Diode verwendet wird, ist diese als
Einzelbauteil zusätzlich
erforderlich.
Um
in der Praxis sowohl eine maximale Flussdichte von 0,8 Tesla als
auch große Änderungen
des Flusses zu erreichen, wird vorzugsweise eine Kapazität von 4
Mikrofarad des Kondensators 62 auf ungefähr 1.650
V aufgeladen. Für
eine Realisierung einer solchen Kapazität
- – kann ein
einziger Hochspannungskondensator hoher Kapazität verwendet werden,
- – können viele
Hochspannungskondensatoren geringer Kapazität parallel geschaltet werden
oder
- – kann
eine Batterie von Kondensatoren mit hoher Kapazität und mittlerer
Spannungsfestigkeit in Reihen- und Parallelschaltung eingesetzt
werden.
Im
Fall einer Batterie aus Kondensatoren mit hoher Kapazität und mittlerer
Spannungsfestigkeit können
vorzugsweise selbstheilende metallisierte Polyprophylen-Kondensatoren
anstelle von (bipolaren) Elektrolyt-Kondensatoren verwendet werden,
wobei die erstgenannten Kondensatoren einen wesentlich geringeren Innenwiderstand
(ESR) besitzen, wodurch bei hohen Pulsströmen geringe Verluste entstehen.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Typen ist, dass sie im Gegensatz
zu Elkos, auch nach 10.000 Betriebsstunden, keinen Kapazitätsverlust
durch Austrocknung erleiden. Ein derartiger Kapazitätsverlust
könnte
bei einem Schwingkreis zwar zu einer Erhöhung der Flussänderungsgeschwindigkeit
führen.
Gleichzeitig würde
sich allerdings die maximale Flussdichte zunehmend verringern.
Das
Therapiegerät
verfügt über eine
Steuerelektronik, die den Betrieb des Hochspannungs-Übertragers 64c steuert
und gleichzeitig die Spannung des Kondensators 62c überwacht.
Diese Überwachung
geschieht beispielsweise mittels einer Schwellwertschaltung mit
Hysterese für
die Erkennung, wann eine gewünschte
maximale Kondensatorspannung erreicht ist. Ist dieser Schwellwert
erreicht, wird die Energieübertragung
durch den Hochspannungs-Übertrager 64 unterbrochen.
Ferner ist eine Schmitt-Trigger-Schaltung für die Erkennung des Nulldurchgangs
der Kondensatorspannung vorhanden, um den Zeitpunkt für die Umschaltung
von der Schaltstellung C nach B zu detektieren. Für den ganzen
Ablauf wird ferner ein Takt für
die Messung der Wartezeiten zwischen den einzelnen Pulsen benötigt. Daher
wird vorzugsweise ein Mikrocontroller für die Gesamtsteuerung eingesetzt.
Vorzugsweise
besitzt das Therapiegerät
und die Schaltung in diesem folgende technische Daten, wobei die
in eckigen Klammern angegebenen Zahlenwerte mit einer Toleranz von ± 15 %
bevorzugte Parameterwerte angeben.
Mit
der dargelegten Schaltung können
vorzugsweise innerhalb von zwei Minuten 1.200 Impulse ± 15 %
erzeugt werden, wobei jeder Puls eine volle Periode mit
- – einem
Anwachsen von 0 zu einem Maximum,
- – einem
Abfall vom Maximum auf 0,
- – einem
Absinken von 0 auf ein Minimum und
- – einem
Wiederanstieg von dem Minimum auf 0 des Stroms in der Spule beinhaltet.
17 zeigt ein Blockschaltbild
einer elektrischen Schaltung, welches im Wesentlichen dem in 2 dargestellten Blockschaltbild
entspricht. Allerdings ist der Leistungsendstufe 14 der
Hochspannungs-Übertrager 64 vorgeschaltet,
der wiederum von der Spannungsquelle 65 gespeist ist. Die
Steuerelektronik 15 erhält als
Messsignal ein Signal des Schwingkreises, hier ein Signal des Kondensators,
welches über
ein Messorgan 94 gemessen wird oder abgezweigt wird und über eine
Leitung 95 der Steuerelektronik 15 zugeführt wird.
Die Steuerelektronik 15 wirkt einerseits auf die Leistungsendstufe 14 sowie
andererseits auf den Hochspannungs-Übertrager 64 ein.
Für eine
besondere erfindungsgemäße Ausgestaltung
wird die Stromstärke
zur Erzeugung des Spitzenwerts der Flussdichte von ungefähr 0,8 bis
1 Tesla auf unter 20 A verringert. Hierzu finden beispielsweise
1.700 Windungen für
die Spule Einsatz sowie ein Magnetkern der Spule aus einem Eisenpulver.
