DE10231738B4

DE10231738B4 - Anpassungsvorrichtung für eine Induktions-Plasmabrennervorrichtung und Verfahren zur elektrischen Steuerung und Regelung einer Induktions-Plasmabrennervorrichtung

Info

Publication number: DE10231738B4
Application number: DE2002131738
Authority: DE
Inventors: Gottfried Schneider; Walter Prof. Dr. Peschka
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2002-07-13
Filing date: 2002-07-13
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2022-07-14
Also published as: DE10231738A1

Abstract

Anpassungsvorrichtung für eine Induktions-Plasmabrennervorrichtung (10) mit einer Induktionsspule (18) zur Erzeugung eines Plasmas in einer Plasmakammer (12), umfassend mindestens einen Hochfrequenz-Generator (60; 84, 86), welcher die Induktionsspule (18) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastausgleichswiderstand (82) vorgesehen ist, welcher an eine Lastimpedanz (78), die aus der Induktionsspule (18) und Anpaßelementen gebildet ist, derart gekoppelt ist, daß die Leistungszufuhr von dem mindestens einen Hochfrequenz-Generator (60; 84, 86) auf die Lastimpedanz (78) und den Lastausgleichswiderstand (82) aufteilbar ist, wobei der Lastausgleichswiderstand (82) elektrische Leistung aufnehmen und in ohmsche Wärme umsetzen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anpassungsvorrichtung für eine Induktions-Plasmabrennervorrichtung mit einer Induktionsspule zur Erzeugung eines Plasmas in einer Plasmakammer, umfassend mindestens einen Hochfrequenz-Generator, welcher die Induktionsspule ansteuert.

Eine Plasmabrennervorrichtung mit Induktionsspule ist beispielsweise aus der US 5,200,595 bekannt.

Mittels einer Hochfrequenz-Versorgung wird dabei die Induktionsspule angespeist, welche wiederum eine induktive Plasmaheizung bewirkt.

Die US 5 949 193 A offenbart eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Plasmas mit einer Energieversorgung, einem Plasmaerzeugungsraum und einem elektrischen Schaltkreis, welcher elektrisch mit der Energieversorgung verbunden ist, um ein magnetisches Feld und eine Funkenentladung in dem Plasmaerzeugungsraum herzustellen. Der elektrische Schaltkreis umfaßt einen Resonator mit einer Reihenschaltung einer Spule und eines Kondensators.

Aus der DE 36 32 340 A1 ist eine induktiv angeregte Ionenquelle mit einem Gefäß für die Aufnahme von zu ionisierenden Stoffen bekannt, wobei die zu ionisierenden Stoffe von einem Wellenleiter umgeben sind, der mit einem Hochfrequenzgenerator in Verbindung steht.

Aus der DE 100 15 699 A1 ist eine Schaltungsanordung zur Impedanzkompensation mit einer in einer Vakuumkammer angeordneten Elektrode bekannt, wobei die Elektrode mittels einer Leitung oder eines Leitungssystems zur Leistungseinkopplung und Erzeugung von Niederdruckgasentladungen an einen Hochfrequenz-Generator angeschlossen ist und an jedem Leistungseinspeisungspunkt an der Elektrode jeweils ein Zweipol oder Vierpol angeschlossen ist, an dessen einem Pol beim Zweipol oder an zwei Polen eines Vierpols Erdpotential angelegt ist.

Aus der EP 0 694 949 B1 bzw. DE 695 24 683 T2 ist ein Plasmareaktor mit einer Vakuumkammer und einer Hochfrequenz-Induktorspule bekannt, wobei die Hochfrequenz-Induktorspule eine Vielzahl von Spulenabschnitten umfaßt und wenigstens ein Paar der Spulenabschnitte über einen gemeinsamen Abgriffspunkt an die Hochfrequenz-Energiequelle angeschlossen ist. Jeder Spulenabschnitt des Paars ist in einer entgegengesetzten Drehrichtung gewickelt.

Aus der EP 0 865 716 B1 bzw. DE 696 07 200 T2 ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Produkts bekannt, welche ein Gehäuse aufweist, das eine äußere und eine innere Oberfläche hat und eine Gasentladung aufnimmt. Es ist eine induktive Kopplungsstruktur und eine Leistungshochfrequenzquelle vorgesehen, die mit der induktiven Kopplungsstruktur gekoppelt ist, um die Gasentladung anzuregen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anpassungsvorrichtung zu schaffen, mittels welcher sich ein stabiler Betrieb einer Induktions-Plasmabrennervorrichtung erreichen läßt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Lastausgleichswiderstand vorgesehen ist, welcher an eine Lastimpedanz, die aus der Induktionsspule und Anpaßelementen gebildet ist, derart gekoppelt ist, daß die Leistungszufuhr von dem mindestens einen Hochfrequenz-Generator auf die Lastimpedanz und den Lastausgleichswiderstand aufteilbar ist, wobei der Lastausgleichswiderstand elektrische Leistung aufnehmen und in ohmsche Wärme umsetzen kann.

Durch die erfindungsgemäße Anpassungsvorrichtung läßt sich der mindestens eine Hochfrequenzgenerator definiert an die Zuführungsleitungen zu der Induktionsspule und insbesondere deren Wellenwiderstände anpassen, wobei diese Anpassung während des Betriebs der Plasmabrennervorrichtung nicht nachgeregelt werden muß. Durch die Aufteilung der Hochfrequenzleistung auf die Lastimpedanz und den Lastausgleichswiderstand läßt es sich bei idealer Anpassung erreichen, daß sich die Ströme, welche den Lastausgleichswiderstand durchströmen, kompensieren und dieser bei dieser idealen Anpassung leistungsfrei ist.

Ergibt sich jedoch während des Betriebs der Plasmabrennervorrichtung eine Fehlanpassung, beispielsweise aufgrund von Schwankungen in dem Plasma, welches mittels der Induktionsspule geheizt wird, dann kann der Lastausgleichswiderstand eine entsprechende Leistung aufnehmen und in ohmsche Wärme umsetzen. Dadurch muß aber der mindestens eine Hochfrequenz-Generator nicht nachgeregelt werden, d. h. diese Fehlanpassung zwischen Lastimpedanz und Lastausgleichswiderstand hat keinen Einfluß auf die Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung bezüglich der Leistungszufuhr zur Induktionsspule.

Damit lassen sich kurzzeitige Schwankungen auffangen, ohne die Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung an den entsprechenden Schaltkreis ändern zu müssen.

Insbesondere ist dabei der mindestens eine Hochfrequenz-Generator fremdgesteuert, d. h. nicht bezüglich der Anpassungsvorrichtung rückgekoppelt. Die entsprechende Anpassung an die Hochfrequenz-Kabel wird dann bei einer bestimmten Vorrichtung fest eingestellt und während des Betriebs nicht verändert.

Insbesondere ist der mindestens eine Hochfrequenz-Generator mit seinem Ausgang an eine Zuführung zu einer Lastausgleichsschaltung angepaßt, d. h. an die entsprechenden Wellenwiderstände der Hochfrequenz-Kabel angepaßt und diese Anpassung wird während des Betriebs der Plasmabrennervorrichtung nicht verändert.

Weiterhin ist es dann günstig, wenn der Lastausgleichswiderstand steuerbar und/oder regelbar und insbesondere in seinem Widerstandswert so steuerbar und/oder regelbar ist, daß der ihm zugeführte Leistungsanteil minimierbar ist. Damit können nicht nur kurzzeitige Schwankungen aufgefangen werden, ohne daß die Gefahr einer Sicherheitsabschaltung der Plasmabrennervorrichtung besteht, sondern es kann auch bei Änderung der Betriebsbedingungen bezüglich der Plasmaerzeugung eine Nachregelung erfolgen, um wiederum die ideale Anpassung zwischen Lastausgleichswiderstand und Lastimpedanz zu erreichen.

Insbesondere erfolgt dabei diese Anpassung autom, atisch, indem beispielsweise der Stromfluß durch den Lastausgleichswiderstand gemessen wird und dann der Widerstand so variiert wird, daß der Stromfluß minimiert ist. Auf diese Weise lassen sich Leistungsverluste vermeiden und entsprechend die Generatorleistung mit minimierten Verlusten in die Plasmakammer einkoppeln.

Vorzugsweise ist es vorgesehen, daß der Lastausgleichswiderstand im wesentlichen ohmsch ist, um eine definierte Phasenansteuerung zu ermöglichen, bei der der Lastausgleichswiderstand selber keine erhebliche Phasendrehung bewirkt.

Auf konstruktiv einfache Weise läßt sich eine entsprechende Anpassungsvorrichtung ausbilden, wenn ein erster Hochfrequenz-Generator und ein zweiter Hochfrequenz-Generator mit fester Phasenlage zueinander vorgesehen sind, welche an die Lastimpedanz und den Lastausgleichswiderstand gekoppelt sind. Mittels des Vorsehens von mindestens zwei Hochfrequenz-Generatoren (Sendern) läßt sich zum einen auf einfache Weise die Lastimpedanz mit elektrischer Leistung versorgen und zum anderen läßt sich der Lastausgleichswiderstand so anspeisen, daß bei idealer Anpassung seine Leistungsaufnahme minimiert ist und insbesondere bei Null liegt.

Bevorzugterweise sind dabei der Lastausgleichswiderstand und die Lastimpedanz in einer Brückenschaltung angeordnet, wobei bei idealer Anpassung der Lastausgleichswiderstand überbrückt ist, d. h. stromlos ist und somit keine ohmsche Wärme abgibt.

Vorteilhaftrweise sind der Lastausgleichswiderstand und die Lastimpedanz durch den ersten Hochfrequenz-Generator symmetrisch angespeist, d. h. die Leistung des ersten Hochfrequenz-Generators wird gleichmäßig auf die Lastimpedanz und den Lastausgleichswiderstand aufgeteilt.

Ferner ist es dann günstig, wenn der Lastausgleichswiderstand und die Lastimpedanz durch den zweiten Hochfrequenz-Generator antisymmetrisch angespeist sind, so daß bei idealer Anpassung der Lastausgleichswiderstand stromlos ist, während die Lastimpedanz den vollen Leistungsanteil aufnimmt.

Weiterhin ist es günstig, wenn die Lastimpedanz durch den ersten Hochfrequenz-Generator und durch den zweiten Hochfrequenz-Generator in der Phasenlage symmetrisch angespeist ist, damit diese entsprechende Leistung zur Plasmaheizung aufnehmen kann.

Ebenfalls ist es günstig, wenn der Lastausgleichswiderstand durch den ersten Hochfrequenz-Generator und den zweiten Hochfrequenz-Generator in der Phasenlage antisymmetrisch angespeist ist, um so bei idealer Anpassung den Lastausgleichswiderstand stromlos zu halten.

Eine entsprechende Symmetrisierung und Umsymmetrisierung bezüglich der Anspeisung läßt sich erhalten, wenn zur Änderung der Phasenlage Phasendrehelemente vorgesehen sind, welche die Phasenlage um 90° oder in ungeradzahligen Vielfachen von 90° drehen. Insbesondere handelt es sich dabei um Π-Elemente oder um Tiefpaß-Π-Elemente (Collins-Filter). Wenn beispielsweise Leistung in den Lastausgleichswiderstand eingekoppelt wird, welche drei solcher Phasenelemente durchlaufen hat und die Lastimpedanz derart angespeist wird, daß nur ein Phasendrehelement durchlaufen ist, dann ergibt sich eine gegenphasige antisymmetrische Einspeisung, welche bei idealer Anpassung den Lastausgleichswiderstand stromlos hält. Bei dem Vorsehen von Tiefpaß-Π-Elementen werden auch noch Oberwellenanteile, welche von der Hochfrequenz-Versorgung geliefert werden, unterdrückt.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß der Lastausgleichswiderstand und die Lastimpedanz jeweils über ein Phasendrehelement mit gleicher Phasendrehung an den ersten Hochfrequenz-Generator gekoppelt sind, um so eine symmetrische Einspeisung zu ermöglichen.

Weiterhin ist es günstig, wenn die Lastimpedanz an den zweiten Hochfrequenz-Generator über ein Phasendrehelement und der Lastausgleichswiderstand an den zweiten Hochfrequenz-Generator über drei Phasenelemente gekoppelt ist, so daß entsprechend die gegenphasige Ansteuerung ermöglicht ist, welche bei idealer Anpassung eine verschwindende Leistungsaufnahme des Lastausgleichswiderstands bewirkt.

Es kann auch vorgesehen sein, daß die Brückenschaltung mit Lastimpedanz und Lastausgleichswiderstand an den ersten und/oder zweiten Hochfrequenz-Generator über ein oder mehrere Phasendrehelemente derart gekoppelt ist, daß die Einkopplung von Leistung aus dem anderen Hochfrequenz-Generator abgepuffert ist. Auf diese Weise wird die störende Einkopplung von einem Teil der Ausgangsleistung eines Hochfrequenz-Generators in den anderen Hochfrequenz-Generator abgefangen.

Vorzugsweise umfaßt die Lastimpedanz mit der Induktionsspule ein Anpassungsglied, so daß die Lastimpedanz im wesentlichen ohmsch ist. Dadurch bewirkt die Lastimpedanz keine wesentliche Phasendrehung, so daß über eine Brückenschaltung auf einfache Weise eine antisymmetrische Ansteuerung des Lastausgleichswiderstands möglich ist.

Insbesondere ist es dann vorteilhaft, wenn die Induktionsspule ein erstes Wendelteil und ein zweites Wendelteil umfaßt, welche elektrisch miteinander verbunden sind. Weiterhin ist es günstig, wenn erstes Wendelteil und zweites Wendelteil im wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind und elektrische Energie zwischen dem ersten Wendelteil und dem zweiten Wendelteil eingekoppelt ist. Dies ermöglicht es, kapazitive Verlustströme in der Induktionsspule zu minimieren und damit Fehlanpassungen zu minimieren. Dies wiederum bewirkt, daß die Blindleistung bezüglich der Leistungsaufnahme der Spule minimiert ist und somit über entsprechende Anpassungselemente im Anpassungsglied die Induktionsspule so beschaltbar ist, daß effektiv die Lastimpedanz im wesentlichen ohmsch ist.

Die erfindungsgemäße Anpassungsvorrichtung wird vorzugsweise im Rahmen einer Induktions-Plasmabrennervorrichtung eingesetzt, wobei die Induktions-Plasmabrennervorrichtung eine Plasmakammer umfaßt, welcher ein Arbeitsgas zur Plasmaerzeugung zuführbar ist, und eine Induktionsspule umfaßt, welche die Plasmakammer zumindest teilweise umgibt und über die ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld in die Plasmakammer zur induktiven Plasmaheizung einkoppelbar ist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur elektrischen Steuerung und Regelung einer Induktions-Plasmabrennervorrichtung, bei welchem mittels einer Induktionsspule ein Plasma in einer Plasmakammer erzeugt wird und mindestens ein Hochfrequenz-Generator zur Energieversorgung der Induktionsspule vorgesehen ist.

Es liegt dabei die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren zu schaffen, mittels welchem sich ein stabiler Betrieb der Induktions-Plasmabrennervorrichtung unter minimiertem Aufwand erhalten läßt.

Diese Aufgabe wird bei dem genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der mindestens eine Hochfrequenz-Generator seine Leistung auf einen Lastausgleichswiderstand und die Induktionsspule aufteilt, wobei bei idealer Anpassung der dem Leistungswiderstand zugeführte Leistungsanteil im wesentlichen Null ist und bei Fehlanpassung der Lastausgleichswiderstand Leistung aufnimmt.

Die Funktionsweise und die Vorteile dieses erfindungsgemäßen Verfahrens wurden bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anpassungsvorrichtung erläutert.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen wurden ebenfalls bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erläutert.

Insbesondere ist es vorgesehen, daß die Anpassung des mindestens einen Hochfrequenz-Generators an einen zugeordneten Wellenleiter fest ist, d. h. mindestens während des Betriebs der Induktions-Plasmabrennervorrichtung nicht verändert wird.

Weiterhin ist es günstig, wenn der Lastausgleichswiderstand in Abhängigkeit der Leistungsaufnahme durch die Induktionsspule angepaßt wird, d. h. wenn bei einer (längerzeitigen) Fehlanpassung der Widerstandswert des insbesondere variablen Lastausgleichswiderstands so eingestellt wird, daß die Fehlanpassung minimiert ist.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen
1 eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Plasmabrennervorrichtung;
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktionsspule;
3 eine Draufsicht in der Richtung A gemäß 1 auf eine erfindungsgemäße Plasmazündvorrichtung;
4 eine schematische Darstellung einer Anpassungsvorrichtung zwischen einer Hochfrequenz-Energieversorgung und einer eine Induktionsspule umfassenden Lastimpedanz;
5 das Ausführungsbeispiel gemäß 4 mit Tiefpass-Π-Gliedern als Phasendrehelemente und
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anpassungsvorrichtung.
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Plasmavorrichtung, welche in 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, weist eine Plasmakammer 12 auf, welche in einem zylindrischen Rohr 14 mit einer Achse 16 gebildet ist. Dieses Rohr 14 ist aus temperaturbeständigem elektrisch isolierenden Material wie Quarz oder Al₂O₃ hergestellt. In der Plasmakammer 12 ist mittels eines Arbeitsgases wie Wasserstoff oder Argon durch eine Induktionsspule 18, welche über eine Hochfrequenz-Versorgung angesteuert ist, ein Plasma erzeugbar.
Dazu sitzt am oberen Ende der Plasmakammer 12 eine Zuführungsvorrichtung 20, über die das Arbeitsgas und auch ein Pulvermaterial in die Plasmakammer 12 führbar sind.
Die Zuführungsvorrichtung 20 umfaßt einen Haltekuopf 22, welcher eine zur Achse 16 koaxiale Öffnung 24 aufweist, über die ein Zuführungsrohr 26 in die Plasmakammer 12 ragt. Mittels eines Flansches 28 ist dabei dieses Zuführungsrohr 26 an dem Haltekopf 22 gehalten.
Über das Zuführungsrohr 26 läßt sich über einen Anschluß 29 Arbeitsgas in die Plasmakammer 12 bringen. Über einen Anschluß 30 läßt sich Pulvermaterial in ein erzeugtes Plasma einbringen.
Die Zuführungsvorrichtung 20 umfaßt ferner eine Plasmazündvorrichtung 32 mit einem Plasmainjektor 34. Der Plasmainjektor 34 sitzt dabei an dem Haltekopf 22 zwischen diesem und dem Rohr 14 und ist mit einem um die Achse 16 koaxialen Zuführungsring 36 in die Plasmakammer 12 getaucht. Mit dem Zuführungsring 36 ist eine Haltescheibe 38 verbunden und insbesondere einstöckig verbunden, so daß der Plasmainjektor 34 im Querschnitt die Form eines Doppel-L hat.
In dem Zuführungsring 36 ist ein Ringraum 40 koaxial zur Achse 16 gebildet. In diesen Ringraum 40 mündet eine oder mehrere Leitungen 42, welche durch den Zuführungsring 36 und die Haltescheibe 38 führen und über die Arbeitsgas in den Ringraum 40 einkoppelbar ist.
Der Ringraum 40 kann schraubenförmig bzw. gewendelt (in der Zeichnung nicht gezeigt) ausgebildet sein, um einem mittels des Plasmainjektors 34 erzeugten Plasma eine axiale Komponente in Richtung der Achse 16 zu erteilen.
Der Zuführungsring 36 und die Haltescheibe 38 sind aus einem elektrisch isolierenden Material wie beispielsweise aus einem Keramikmaterial hergestellt. Sie isolieren Leitelemente 44, 46 voneinander, welche in ihrem vorderen, in die Plasmakammer 12 ragenden Bereich den Ringraum 40 bilden. Zwischen diesen Leitelementen 44, 46 ist eine Spannung anlegbar, um in über die Leitung 42 dem Ringraum 40 zugeführtes Arbeitsgas einen Lichtbogen und damit ein Hilfsplasma zu erzeugen. Dazu sind die gegenüberliegenden und gegeneinander isolierten Leitelemente 44 und 46 an ihrem vorderen Ende derart abgewinkelt, daß an mindestens einer Stelle des Ringraums 40 eine Engstelle 48 (3) gebildet ist, um so eine erhöhte Feldstärke im Ringraum 40 im Bereich der Engstelle 48 zu erhalten, um so wiederum das Plasma leichter zünden zu können.
Eine ringförmige (bis auf die Engstelle oder Engstellen 48) Mündung führt in die Plasmakammer 12 und ist dabei in der Nähe einer Innenwand des Rohres 14 angeordnet, so daß gezündetes ringförmiges Plasma aus dem Plasmainjektor 34 in den wandnahen Bereich des Rohres 14 injizierbar ist; in diesem wandnahen Bereich hat die elektrische Feldstärke, welche durch die Induktionsspule 18 induziert wird, ihren größten Wert.
Über die Leitung 42 läßt sich Arbeitsgas zur Zündung des Hilfsplasmas, welches dann ringförmig in die Plasmakammer 12 einkoppelbar ist, gepulst führen.
Der Ringraum 40 umgibt das Zuführungsrohr 26, über den das Arbeitsgas in die Plasmakammer 12 führbar ist. Das über den Plasmainjektor 34 erzeugte Hilfsplasma umgibt dadurch das Arbeitsgas bei dessen Einströmen in die Plasmakammer 12.
Die Induktionsspule 18 weist ein erstes Wendelteil 52 und ein zweites Wendelteil 54 auf (1, 2). Diese beiden Wendelteile 52 und 54 sind elektrisch und insbesondere einstückig miteinander verbunden, d. h. ein dem zweiten Wendelteil 54 zugewandtes Ende des ersten Wendelteils 52 ist mit dem entsprechenden Ende des zweiten Wendelteils 54 verbunden.
Die Induktionsspule 18 erstreckt sich mit ihren beiden Wendelteilen 52, 54 in Richtung der Achse 16 und umgibt dabei die Plasmakammer 12 auf einer Außenseite des (Entladungs-)Rohrs 14. Das erste Wendelteil 52 und das zweite Wendelteil 54 sind bezogen auf eine Richtung längs der Achse 16 zwischen äußeren Enden der Induktionsspule 18 in entgegengesetztem Windungssinn gewickelt. Insbesondere sind dabei die beiden Wendelteile 52, 54 mit gleicher Windungszahl gewickelt und spiegelsymmetrisch zu einer Mittelebene 56 ausgebildet. Das dem zweiten Wendelteil 54 zugewandte Ende des ersten Wendelteils liegt dabei in dieser Mittelebene 56 und das dem ersten Wendelteil 52 zugewandte Ende des zweiten Wendelteils 54 liegt ebenfalls in dieser Mittelebene.
Die Induktionsspule 18 wird elektrisch mittels eines Wellenleiters 58 symmetrisch zu den Enden der Induktionsspule 18 angespeist, d. h. wird über die Mittelebene 56 angespeist. Die Energieeinkopplung aus einer Hochfrequenz-Versorgung 60 in die Induktionsspule 18 erfolgt somit in einem Übergangsbereich zwischen den beiden Wendelteilen 52 und 54.
Die äußeren Enden 62, 64 der Induktionsspule 18 liegen auf Nullpotential.
Die Induktionsspule 18 ist über ein Kühlmedium und insbesondere Wasser kühlbar. Eine Zuführung dieses Kühlmediums erfolgt dabei über eine Zuführungsleitung 66, welche dem Ende 62 der Induktionsspule 18 zugeführt wird, das auf Nullpotential liegt. Eine entsprechende Abführung des Kühlmediums erfolgt über eine Abführungsleitung 68, welche im Bereich des entgegengesetzten Endes 64 der Induktionsspule 18 und damit wiederum auf Nullpotential liegt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Induktionsspule 18 mit zwei Wendelteilen 52 und 54 sind keine zusätzlichen Maßnahmen zur Unterdrückung von Bypass-Strömen bezüglich der Kühlmediumzuführung und -abführung vorgesehen; insbesondere sind keine Schlauchdrosseln bezüglich der Kühlmediumzuführung und -abführung vorgesehen.
Zur Kühlung des Rohres 14 ist Kühlmedium und insbesondere Luft in einem ringförmigen Strömungskanal 70 zwischen einer Außenwand des Entladungsrohrs 14 und der Induktionsspule 18 längs dieser Außenwand geführt. Dazu wird dieses Kühlmedium im Bereich der Mittelebene 56 in den Strömungskanal 70 eingekoppelt und dabei dieses derart umgelenkt, daß es mit einer wesentlichen parallelen Komponente an der Außenwand des Rohrs 14 entlangströmt. Die Einkopplung über die Mittelebene 56 in den Strömungskanal 70 erfolgt dabei derart, daß sich das Kühlmedium in zwei Strömungsrichtungen aufteilt, nämlich eine Strömungsrichtung zu dem Haltekopf 22 hin zur Kühlung eines Außenwandbereichs des Rohrs 14, welcher in Richtung des Haltekopfes 22 weist und in Richtung eines Düsenteils 72 der Plasmabrennervorrichtung 10, um eben denjenigen Teil des Rohrs 14 zu kühlen, welcher von der Mittelebene 46 in Richtung des Düsenteils 72 weist.
Das Düsenteil 72 selber, welches beispielsweise durch einen Anschlußflansch gebildet ist, weist eine Öffnung 74 auf, aus der ein Plasmastrahl des erzeugten Plasmas austritt.
Die erfindungsgemäße Induktions-Plasmabrennervorrichtung 10 funktioniert wie folgt:
Über das Zuführungsrohr 26 wird Arbeitsgas in die Plasmakammer 12 eingeführt, wobei über die Induktionsspule 18 über Induktionsströme im Arbeitsgas ein Plasma erzeugt wird.
Die Zündung des Plasmas selber erfolgt dabei über den Plasmainjektor 34: Zwischen den Leitelementen 44 und 46 wird eine Hochspannung beispielsweise mittels Entladung über eine Kondensatorbatterie oder über eine Laufzeitkette angelegt. Ferner wird Arbeitsgas über die Leitung 42 pulsartig dem Ringraum 40 zugeführt. Aufgrund eines Lichtbogens, welcher sich mindestens an der Engstelle 48 ausbildet, entsteht ein ringförmiges Hilfsplasma, welches über die Mündung 50 in den wandnahen Bereich der Plasmakammer 12 injiziert wird. In diesem wandnahen Bereich ist die elektrische Feldstärke des über die Induktionsspule 18 induzierten Feldes am größten.
Die Hochspannung zwischen den Leitelementen 44 und 46 ist dabei so bemessen, daß eine anfänglich einsetzende unselbständige Entladung (in Form eines Ringstroms) in eine selbständige Entladung umschlägt.
Mittels des erfindungsgemäßen Plasmainjektors 34 ist es nicht notwendig, die Leistungseinkopplung aus der Hochfrequenz-Versorgung 60 in die Induktionsspule 18 während des Zündprozesses anzupassen; da die Hochfrequenz-Versorgung 60 mit ihren entsprechenden angekoppelten Wellenleitungen an einen Betriebszustand der Plasmabrennervorrichtung 10 angepaßt ist, würde eine solche Anpassung eine Fehlanpassung bedeuten. Außerdem muß mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Plasmazündung auch keine Druckeinregelung bezüglich der Zuführung des Arbeitsgases durch das Zuführungsrohr 26 in die Plasmakammer 12 vorgenommen werden.
Durch die spiegelsymmetrische Anordnung der Induktionsspule 18 bezüglich der Mittelebene 56 mit den entgegengesetzt gewundenen Wendelteilen 52 und 54 wird bei Energiezuführung im Bereich der Mittelebene 56 erreicht, daß die beiden Enden 62, 64 auf gleichem Potential und dabei auf Nullpotential liegen. Dadurch läßt sich das kapazitive elektrische Feld innerhalb der Induktionsspule 18 minimieren und damit auch dessen Einfluß auf das Plasma in der Plasmakammer 12 minimieren. Die Verluste durch kapazitive Ströme und die dadurch bewirkte Fehlanpassung sind damit weitgehend vermieden.
Dies bedeutet, daß sich über die erfindungsgemäße Induktionsspule 18 eine hohe Leistung in die Plasmakammer 12 zur Plasmaerzeugung einkoppeln läßt, da die Blindleistung minimiert ist und zudem ein definierter Feldverlauf erreichbar ist. Es lassen sich Plasmen herstellen in einem Leistungsbereich zwischen 10 kW und 100 kW oder höher in einem Frequenzbereich zwischen beispielsweise 1 MHz bis 16 MHz und in einem Druckbereich zwischen 10² bis 10⁵ Pa.
Die erfindungsgemäße Induktionsspule 18, welche von innen (bezogen auf die Enden) gespeist wird und bezogen auf die Mittelebene 56 eine Links-Rechts-Wicklung aufweist (erstes Wendelteil 52 und zweites Wendelteil 54 bzw. umgekehrt), ermöglicht insgesamt eine bessere Lastverteilung. Es ist auch nicht mehr notwendig, die Induktionsspule 18 einzugießen, wodurch wiederum eine bessere Zugänglichkeit zu der Induktionsspule 18 gewährleistet ist und die mit dem Eingießen in beispielsweise Stycast verbundenen Probleme wie schlechte Zündung und schräge Zündung vermieden sind.
Die Induktionsspule 18 ist vorzugsweise aus Kupfer hergestellt mit einer Oberflächenbeschichtung aus Gold. Gold hat eine niedrigere Leitfähigkeit als Kupfer und damit bezüglich des Skineffekts eine höhere Eindringtiefe. Wird die Goldbeschichtung so dünn gewählt, daß elektromagnetische Felder noch in das Kupfer eindringen können, dann wird dadurch eine höhere effektive Stromtragfähigkeit für die Induktionsspule 18 erreicht; das elektromagnetische Feld kann tiefer in das metallische Material der Induktionsspule 18 von der Oberfläche her eindringen als wenn die Goldbeschichtung nicht vorhanden wäre und damit einen größeren Strom tragen. Zudem schützt die Goldbeschichtung das Kupfermaterial der Trägerstruktur aufgrund der höheren chemischen Inertheit von Gold.
Es kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, daß die Induktionsspule 18 mit einem hochfrequenztauglichen isolierenden Überzug versehen ist als Schutz vor mechanischen Beschädigungen. Beispielsweise kann dazu ein PTFE-Überzug vorgesehen sein oder ein Lack aufgetragen sein, welcher ein organisches Lösungsmittel mit gelöstem Polystyrol umfaßt. Es könnte auch ein Emailleüberzug eingebrannt werden. Der Überzug muß auf der Goldbeschichtung haften und sein Material einen kleinen dielektrischen Verlustfaktor aufweisen.
Die Hochfrequenz-Versorgung 60 ist mittels einer als Ganzes mit 76 bezeichneten Anpassungsvorrichtung an die Induktionsspule 18 gekoppelt. Die Anpassungsvorrichtung 76 liegt insbesondere in der Form einer Anpassungsschaltung vor. Durch sie läßt sich eine einmal gewählte Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung 60 und insbesondere eine Anpassung an den Wellenleiter 58 beibehalten, auch wenn die Leistungsabgabe an das Plasma durch die Induktionsspule 18 variiert, d. h. wenn eine die Induktionsspule 18 umfassende Lastimpedanz 78 beispielsweise aufgrund Plasmainstabilitäten variiert.
Die Lastimpedanz 78 ist aus der Induktionsspule 18 und in der Zeichnung nicht gezeigten Anpaßelementen gebildet, wobei die Lastimpedanz 78 im wesentlichen ohmsch ist. Dies läßt sich aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung der Induktionsspule 18 mit dem ersten Wendelteil 52 und dem zweiten Wendelteil 54 und der dadurch praktisch unterbundenen Fehlanpassung aufgrund Verlusten durch kapazitive Ströme auf einfache Weise erreichen.
An die Lastimpedanz ist in einer Brückenschaltung 80 ein Lastausgleichswiderstand 82 gekoppelt. Die Hochfrequenzleistung durch die Hochfrequenz-Versorgung 60 ist dabei so in die Brückenschaltung 80 eingekoppelt, daß diese Leistung auf die Lastimpedanz 78 und den Lastausgleichswiderstand 82 aufteilbar ist. Bei idealer Anpassung zwischen der Lastimpedanz 78 und dem Lastausgleichswiderstand 82 wird letzterer überbrückt, d. h. er nimmt keine Leistung auf und der überwiegende Teil der Senderleistung wird in das Plasma eingekoppelt. Liegt eine Fehlanpassung vor, beispielsweise aufgrund von Plasmainstabilitäten, dann nimmt dieser Lastausgleichswiderstand 82 einen Teil der elektrischen Leistung auf und diese wird in ohmsche Wärme umgesetzt. Dadurch ist eine Nachregelung der Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung 60 bezüglich der Generatorbelastung nicht notwendig.
Die Hochfrequenz-Versorgung 60 umfaßt einen ersten Hochfrequenz-Generator 84 und einen zweiten Hochfrequenz-Generator 86, welche jeweils an die Brückenschaltung 80 gekoppelt sind. Die beiden Hochfrequenz-Generatoren 84 und 86 sind phasensynchronisiert, d. h. sie weisen eine feste Phasenlage relativ zueinander auf. Beide Hochfrequenz-Generatoren 84, 86 sind fremdgesteuert, d. h. während eines Betriebs der Plasmabrennervorrichtung 10 erfolgt keine Nachregelung der Anpassung. Die beiden Hochfrequenz-Generatoren 84 und 86 sind mit ihren Ausgängen auf eine Hochfrequenz-Zuführung mit gegebenem Wellenwiderstand wie beispielsweise 50 Ohm angepaßt und diese Anpassung wird während des Betriebs der Plasmabrennervorrichtung nicht verändert.
Der erste Hochfrequenz-Generator 84 ist über die Brückenschaltung 80 so an den Lastausgleichswiderstand 82 und an die Lastimpedanz 78 gekoppelt, daß diese phasensymmetrisch angespeist werden. Dazu ist der erste Hochfrequenz-Generator 84 über einen ersten Zweig 88 der Brückenschaltung 80 an den Lastausgleichswiderstand 84 gekoppelt und über einen zweiten Zweig 90 an die Lastimpedanz 78. Die beiden Zweige 88 und 90 sind im wesentlichen gleich ausgebildet und umfassen jeweils ein Phasendrehelement 92, 94, bei dem es sich beispielsweise um ein Π-Element handelt, welche eine Phasendrehung um 90° (um eine Viertelperiode) bewirkt.
Der zweite Hochfrequenz-Generator 86 ist so an die Brückenschaltung 80 gekoppelt, daß die Phasenlage der Einspeisung in die Lastimpedanz 78 und den Lastausgleichswiderstand 82 antisymmetrisch ist. Dazu koppelt der zweite Hochfrequenz-Generator 86 über eine Leitung 96 Hochfrequenzleistung in die Brückenschaltung 80 in einen Einspeispunkt 98 ein, welcher zwischen dem zweiten Zweig 90 und der Lastimpedanz 78 liegt.
In der Leitung 96 ist ein Phasendrehelement 100 angeordnet, bei welchem es sich beispielsweise um ein Π-Element handelt und welches eine Phasendrehung um 90° bewirkt.
Die damit von dem zweiten Hochfrequenz-Generator 86 über den zweiten Zweig 90 und den ersten Zweig 88 dem Lastausgleichswiderstand 82 zugeführte Hochfrequenzleistung ist um 270° bezüglich eines Ausgangs des zweiten Hochfrequenz-Generators 86 gedreht.
Die Lastimpedanz 78 ist ferner durch den ersten Hochfrequenz-Generator 84 über den zweiten Zweig 90 und durch den zweiten Hochfrequenz-Generator 86 über die Leitung 96 phasensymmetrisch angespeist, während der Lastausgleichswiderstand 82 über den ersten Hochfrequenz-Generator 84 und den ersten Zweig 88 und über den zweiten Hochfrequenz-Generator 86, die Leitung 96, den zweiten Zweig 90 und den ersten Zweig 88 phasenantisymmetrisch angespeist ist.
Von einem Verbindungspunkt 102 zwischen dem ersten Zweig 88 und dem Lastausgleichswiderstand 82 führt eine Leitung 104 über ein Phasendrehelement 106 zu einem Ausgang des zweiten Hochfrequenz-Generators 86 oder zu einer in Verbindung mit diesem Ausgang stehenden Leitung. Bei dem Phasendrehelement 106 handelt es sich um ein solches, welches die Phase um 270° dreht. Auf diese Weise wird Leistung, welche vom ersten Hochfrequenz-Generator 84 zu dem Ausgang des zweiten Hochfrequenz-Generators 86 übertragen wird, abgepuffert, so daß eine Leistungseinkopplung von dem ersten Hochfrequenz-Generator 84 in den zweiten Hochfrequenz-Generator 86 weitgehend vermieden ist.
Die Lastimpedanz 78 ist bei entsprechender Anpassung in Zusammenwirkung mit der erfindungsgemäßen Induktionsspule 18 im wesentlichen ohmsch. Der Lastausgleichswiderstand 82 ist ein ohmscher Widerstand. Ist der Lastausgleichswiderstand 82 an die Lastimpedanz 78 angepaßt, dann wird der Lastausgleichswiderstand 82 in der Brückenschaltung 80 überbrückt, d. h. nimmt keine Leistung auf und die Hochfrequenz-Versorgung 60 überträgt ihre Leistung im wesentlichen (abgesehen von Verlusten in den Schaltelementen) in die Induktionsspule 18 und damit in das Plasma.
Wird aufgrund von Plasmaschwankungen die ideale Anpassung zwischen dem Lastausgleichswiderstand 82 und der Lastimpedanz 78 aufgehoben, dann nimmt der Lastausgleichswiderstand 82 einen Teil der von der Hochfrequenz-Versorgung 60 über die beiden Hochfrequenz-Generatoren 84, 86 abgegebenen Leistung auf und erwärmt sich. Die Hochfrequenz-Versorgung 60 mit den Hochfrequenz-Generatoren 84 und 86 ist über diese Fehlanpassung zwischen der Lastimpedanz 78 und dem Lastausgleichswiderstand 82 unbeeinflußt, so daß hier keine Nachregelung der Anpassung erforderlich ist.
Durch die Verteilung der abgegebenen Hochfrequenzleistung auf die Lastimpedanz 78 und den Lastausgleichswiderstand 82 läßt sich eine Nachsteuerung bzw. Nachregelung der Anpassung zwischen diesen beiden Elementen 78 und 82 erreichen, welche mit relativ trägen Abstimmelementen durchführbar ist. Bei entsprechender Anpassung kompensieren sich eben die Ströme, welche durch den Lastausgleichswiderstand 82 strömen, so daß hier keine Energieumsetzung erfolgt. Bei variabler Gestaltung des Lastausgleichswiderstands 82, d. h. wenn dessen Widerstandswert steuerbar und/oder regelbar ist, dann kann beispielsweise mittels eines Richtkopplers eine rückgekoppelte Anpassung an Schwankungen des Widerstandswerts der Lastimpedanz 78 erfolgen.
Mittels der erfindungsgemäßen Anpaßvorrichtung 76 lassen sich auch kurzzeitige Fehlanpassungen, welche beispielsweise durch Plasmaschwankungen hervorgerufen sind, abfangen; ohne daß Schutzschaltungen bezüglich der Hochfrequenz-Versorgung 60 vorgesehen werden müssen. Solche Schutzschaltungen, die notwendigerweise sehr schnell arbeiten müssen, haben das grundsätzliche Problem, daß bei ihrer Auslösung die Plasmabrennervorrichtung 10 als Ganzes abgeschaltet wird.
Bei einem Ausführungsbeispiel, welches in 5 gezeigt ist, sind als Phasendrehelemente Tiefpaß-Π-Elemente vorgesehen, welche jeweils eine Induktivität 108 und eine Kapazität 110 umfassen. Neben der Phasendrehung um 90° sorgen solche Tiefpaß-Π-Elemente auch für eine Verringerung des Oberwellenanteils der von den Hochfrequenz-Generatoren 84 und 86 gelieferten Hochfrequenzenergie. Ein solches Phasendrehelement 112 (Collins-Filter) sitzt dann in dem ersten Zweig 88 und in dem zweiten Zweig 90. Ansonsten ist die Funktionsweise wie oben anhand der 4 beschrieben.
Der zweite Hochfrequenz-Generator 86 ist an die entsprechende Brückenschaltung über eine Boucherot-Brücke 114 gekoppelt, welche für die notwendige Umsymmetrierung mit gleichzeitiger Filterwirkung sorgt.
Bei einem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in einen Anodenkreis 116 einer ersten Generatorröhre 118 (entsprechend dem ersten Hochfrequenz-Generator) ein Tiefpaß-Π-Element 120 angeordnet, welches über die entsprechende Brückenschaltung an die Lastimpedanz 78 gekoppelt ist. Über ein weiteres Tiefpaß-Π-Element 122 erfolgt die Ankopplung an den Lastausgleichswiderstand 82.
In einem Anodenkreis 124 einer zweiten Generatorröhre 126 ist ebenfalls ein Tiefpaß-Π-Element 128 angeordnet, wobei die Umsymmetrierung über eine weiterhin angekoppelte Boucherot-Brücke 130 erfolgt, mittels welcher die Ankopplung an die Brückenschaltung der Lastimpedanz 78 und des Lastausgleichswiderstands 82 erfolgt.
Bauelemente der Anpassungsvorrichtung können auch als Leitungsbauelemente ausgebildet sein; beispielsweise kann eine Phasendrehung um 90° über eine λ/4-Leitung bewirkt werden. Dies ist besonders vorteilhaft bei hohen Frequenzen, insbesondere im Mikrowellenbereich (1 GHz), bei denen molekulare Gase als Arbeitsgase einsetzbar sind.
Durch die erfindungsgemäße Anpassungsvorrichtung 76 mit dem erfindungsgemäßen Lastausgleichswiderstand 82 lassen sich Lastschwankungen, welche insbesondere durch Plasmaschwankungen hervorgerufen sind, abfangen, ohne daß die Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung 60 geändert werden muß. Entsprechende Generatoren 84, 86 der Hochfrequenz-Versorgung 60 sind fremdgesteuert, d. h. fest angepaßt bezüglich Wellenwiderständen von Hochfrequenz-Kabeln, in die die entsprechende Leistung eingekoppelt wird. Die Leistung wird aufgeteilt auf die Lastimpedanz 78 und den Lastausgleichswiderstand 82, und bei idealer Anpassung ist der Lastausgleichswiderstand 82 stromlos. Bei Fehlanpassung nimmt der Lastausgleichswiderstand 82 die entsprechende Fehlanpassungsleistung auf und gibt diese als ohmsche Wärme ab.
Dadurch ist eine kurzzeitige Nachregelung der Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung 60 nicht mehr notwendig.
Darüber hinaus ist es insbesondere vorgesehen, daß der Widerstand des Lastausgleichswiderstands 82 steuerbar bzw. regelbar ist, so daß über kurzfristige Fehlanpassungen hinaus während des Betriebs der Plasmabrennervorrichtung 10 bei Änderung der Lastimpedanz 78 eine neue ideale Anpassung herstellbar ist. Insbesondere erfolgt diese neue Anpassung über eine Rückkopplungsschleife, bei der beispielsweise der Stromfluß durch den Lastausgleichswiderstand 82 die Regelgröße darstellt und der Widerstand des Lastausgleichswiderstands 82 als Stellgröße derart automatisch variiert wird, bis der Stromfluß minimiert ist.
Mittels der erfindungsgemäßen Anpassungsvorrichtung 76 lassen sich also zum einen kurzzeitige Schwankungen abfangen und zum anderen lassen sich auch Änderungen in der Belastung kompensieren, indem eben der Lastausgleichswiderstand 82 entsprechend angepaßt wird, ohne daß eine Änderung der Anpassung der Hochfrequenz-Versorgung 60 notwendig ist.

Claims

Anpassungsvorrichtung für eine Induktions-Plasmabrennervorrichtung (10) mit einer Induktionsspule (18) zur Erzeugung eines Plasmas in einer Plasmakammer (12), umfassend mindestens einen Hochfrequenz-Generator (60; 84, 86), welcher die Induktionsspule (18) ansteuert, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lastausgleichswiderstand (82) vorgesehen ist, welcher an eine Lastimpedanz (78), die aus der Induktionsspule (18) und Anpaßelementen gebildet ist, derart gekoppelt ist, daß die Leistungszufuhr von dem mindestens einen Hochfrequenz-Generator (60; 84, 86) auf die Lastimpedanz (78) und den Lastausgleichswiderstand (82) aufteilbar ist, wobei der Lastausgleichswiderstand (82) elektrische Leistung aufnehmen und in ohmsche Wärme umsetzen kann.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Fremdsteuerung des mindestens einen Hochfrequenz-Generators (60; 84, 86) vorgesehen sind, so daß der Hochfrequenz-Generator (60; 84, 86) nicht bezüglich der Anpassungsvorrichtung rückgekoppelt ist.
Anpassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastausgleichswiderstand (82) steuerbar und/oder regelbar ist.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastausgleichswiderstand (82) in Abhängigkeit von der Leistungsaufnahme durch die Lastimpedanz (78) steuerbar und/oder regelbar ist.
Anpassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Hochfrequenz-Generator (84) und ein zweiter Hochfrequenz-Generator (86) mit fester Phasenlage relativ zueinander vorgesehen sind, welche an die Lastimpedanz (78) und den Lastausgleichswiderstand (82) gekoppelt sind.
Anpassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastausgleichswiderstand (82) und die Lastimpedanz (78) in einer Brückenschaltung (80) angeordnet sind.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (92, 94) zur symmetrischen Anspeisung des Lastausgleichswiderstands (82) und der Lastimpedanz (78) vorgesehen sind, so daß die Leistung gleichmäßig auf den Lastausgleichswiderstand und die Lastimpedanz aufgeteilt wird.
Anpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (100, 106) zur antisymmetrischen Anspeisung des Lastausgleichswiderstands (82) und der Lastimpedanz (78) vorgesehen sind.
Anpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (92, 94, 100, 106) zur in der Phasenlage symmetrischen Anspeisung der Lastimpedanz (78) durch den ersten Hochfrequenz-Generator (84) und durch den zweiten Hochfrequenz-Generator (86) vorgesehen sind.
Anpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (92, 94, 100, 106) zur in der Phasenlage antisymmetrischen Anspeisung des Lastausgleichswiderstands (82) durch den ersten Hochfrequenz-Generator (84) und den zweiten Hochfrequenz-Generator (86) vorgesehen sind.
Anpassungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Phasenlage Phasendrehelemente (92, 94, 100, 106) vorgesehen sind, welche die Phasenlage um 90° oder um ein ungeradzahliges Vielfaches von 90° drehen.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastausgleichswiderstand (82) und die Lastimpedanz (78) jeweils über ein Phasendrehelement (92, 94) mit gleicher Phasendrehung an den ersten Hochfrequenz-Generator (84) gekoppelt sind.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastimpedanz (78) an den zweiten Hochfrequenz-Generator (86) über ein Phasendrehelement (100) und der Lastausgleichswiderstand (82) an den zweiten Hochfrequenz-Generator (86) über drei Phasendrehelemente (100, 94, 92) gekoppelt ist.
Anpassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lastimpedanz (78) ein Anpassungsglied umfaßt, welches so ausgebildet ist, daß die Lastimpedanz (78) im wesentlichen ohmsch ist.
Anpassungsvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (18) ein erstes Wendelteil (52) und ein zweites Wendelteil (54) umfaßt, welche elektrisch miteinander verbunden sind.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß erstes Wendelteil (52) und zweites Wendelteil (54) im wesentlichen spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Anpassungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Einkopplung elektrischer Energie zwischen dem ersten Wendelteil (52) und dem zweiten Wendelteil (54) vorgesehen sind.
Induktions-Plasmabrennervorrichtung, welche eine Anpassungsvorrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
Verfahren zur elektrischen Steuerung und Regelung einer Induktions-Plasmabrennervorrichtung, bei welcher mittels einer Induktionsspule ein Plasma in einer Plasmakammer erzeugt wird und mindestens ein Hochfrequenz-Generator zur Energieversorgung der Induktionsspule vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Hochfrequenz-Generator seine Leistung auf einen Lastausgleichswiderstand und die Induktionsspule aufteilt, wobei bei idealer Anpassung der dem Lastausgleichswiderstand zugeführte Leistungsanteil im wesentlichen Null ist und bei Fehlanpassung der Lastausgleichswiderstand Leistung aufnimmt.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung des mindestens einen Hochfrequenz-Generators an einen zugeordneten Wellenleiter fest ist, auch wenn die Leistungsabgabe an das Plasma variiert.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Lastausgleichswiderstand in Abhängigkeit der Lastaufnahme durch die Induktionsspule angepaßt wird.