DE1036411B - Einrichtung zur Fortleitung von Mikrowellenenergie bei mit Verbrauchern durch UEbertragungsleitungen verbundenen Mikrowellenerzeugern - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur Fortleitung von Mikrowellenenergie bei Mikrowellenerzeugern verschiedenster Art, insbesondere Diathermie-oder Mikrowellenheizungsgeräten od. dgl., die durch Mikrowellenübertragungsleitungen mit Verbrauchern der erzeugten Mikrowellenenergie verbunden sind, um bei einer Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Energieerzeuger und dem Verbraucher infolge Fehlens einer Möglichkeit der Abstrahlung der erzeugten Energie Schäden am Erzeuger zu verhindern.

Der Gegenstand der Ei findung ist insbesondere für Diathermiegeräte von Bedeutung, die mit beispielsweise vom einem. Magnetron erzeugten! elektromagnetischen Mikrowellen arbeiten und bei denen als Verbraucher eine Abstrahlungsvorrichtung dient, die dem zu behandelnden menschlichen Körper Mikrowellenenergie zu Erwärmungszwecken zuführt. Diese Abstrahlungsvorrichtung soll im folgenden als Behandlungskopf bezeichnet werden.

Gemäß der Erfindung ist in dem Netzkreis des Generators ein Schalter vorgesehen, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er in geöffnetem Zustand die Tätigkeit des Generators unterbricht, wobei der Schalter durch ein Relais elektrisch betätigt wird, dem eine Spannungsquelle sowie ein dazu in Reihe geschalteter Steuerkreis zugeordnet sind, zwecks Festhaltung des Schalters in geschlossener Stellung, wobei sich dieser Steuerkreis teilweise über einen Teil der Mikrowellenübertragungsleitung und einen dazu in Serie liegenden Teil des Energieabstrahlers derart erstreckt, daß bei Abtrennung des Abstrahlers von der Übertragungsleitung der Steuerkreis unterbrochen und der Schalter geöffnet wird.

Die Erfindung beinhaltet in weiterer Ausgestaltung bestimmte, nachstehend beschriebene Konstruktionsmerkmale, welche die Erreichung des angestrebten Zieles erleichtern, wobei es sich insbesondere um die zweifache Benutzung der Mikrowellenübertragungseinrichtung zur Fortleitung sowohl großer als auch kleiner Energiemengen handelt. Weitere Merkmale betreffen den leichten Zusammenbau und die leichte Zugänglichkeit derjenigen Teile, welche die nachstehend dargelegte Einrichtung zur selbsttätigen Unterbrechung des Erregerstromes für den Mikrowellenerzeuger bilden.

Diese und andere Merkmale der Erfindung werden im Verlauf der Beschreibung beispielsweise erklärt, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird, in welcher

Fig. 1 ein Schaltschema zeigt, welches die elektrischen Bauglieder und die elektrischen Verbindungen darstellt, die für die praktische Anwendung der Erfindung geeignet sind, und in welcher die

Einrichtung zur Fortleitung

von Mikrowellenenergie bei mit

Verbrauchern durch Übertragungsleitungen verbundenen Mikrowellenerzeugern

Anmelder:

Raytheon Manufacturing Company,
Waltham, Mass. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 29. April 1954

Alvin Stanley Luftman, Allston, Mass.,
und Earle Remington Roswell, Marshfield, Mass.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

Fig. 2, 3 und 4 Schnittbilder einzelner Bauglieder der Fig. 1 zeigen.

Es wird nunmehr Bezug auf die Fig. 1 genommen. Die Bezugsziffer 5 stellt das Gehäuse eines in der Hand zu haltenden Behandlungskopfes dar, der eine Antenne 6 und eine kreisförmige Reflexionsfläche 7 aufweist, mit deren Hilfe hochfrequente Wellenenergie auf einen Körperbereich eines Patienten zum Zwecke diathermischer Therapie abgestrahlt werden kann. Der Behandlungskopf hat einen rohrförmigen, seitlich abstehenden Teil 8. der als Verbindungsstecker ausgebildet ist, womit der Behandlungskopf rasch an ein Buchsenelement 9 angeschlossen werden kann, welches seinerseits an einem Ende eines flexiblen Koaxialkabels 11 angeordnet ist, dessen anderes Ende eine Anschlußmuffe 12 trägt, die ihrerseits wiederum an ein Kupplungselement 13 (Fig. 2) anschließbar ist, das sich an einer Stirnseite eines Rohrkörpers 16 befindet, der schräg an einem Verbindungsstecker 14 angeschlossen ist. Die Teile 14 und 16 bilden zusammen eine Übertragungseinrichtung (die vollständiger in Fig. 2 gezeigt ist) von entsprechender Wellenlänge, die zur Übertragung der Ausgangsschwingung eines Mikrowellengenerators 18 der Magnetronbauart zur Antenne 6 dient, wobei diese Übertragung über

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zwischengeschaltete Leiterstücke 21 und 22 der Teile 14 bzw. 16 erfolgt.

Wie Fig. 2 deutlich zeigt, ist das Rohr 16 mittels einer Stellschraube 23 innerhalb einer schräg verlaufenden Bohrung befestigt, welche durch den Stecker 14 gebohrt ist. Die Lage des Rohres innerhalb des Steckers ist durch den Punkt bestimmt, an welchem ein Verbindungsknopf 26 sich mit der Längsachse des Steckers 14. der ein gerändeltes Teil 104' aufweist, durchdeckt. Der Knopf 26 ist in eine metallene Spindel 22 eingepaßt, die ihrerseits in der Mitte des röhrenförmigen Gehäuses 16 gehalten ist, wofür querliegende Abstandshalter 29 aus isolierendem Material vorgesehen sind. Die Spindel 22 dient als eines der obenerwähnten Mittelleiterstücke und ist an ihrem oberen Ende so ausgeführt, daß der Mittelleiter 31 des Koaxialkabels aufgenommen werden kann, dessen aus flexiblem metallischem Abschirmmaterial bestehender Außenschlauch 11 sich für die Verbindung mit dem Buchsenelement 9 eignet und eine Erdung der Koaxialleitung aufweist, die bei 33 angedeutet ist.

Der Knopf 26 besitzt einen Kopfteil 36 und einen Halsteil 37, wodurch er geeignet ist, federnde Griffseitenteile eines metallischen Leiterstückes 21 & (Fig. 2 und 4) aufzunehmen, welches seinerseits die Leitungsfortsetzung des Stückes 21 α bzw. des Magnetronausgangsleiters 20 bildet. Aus der Darstellung des Leiters 20 ist ersichtlich, daß derselbe innerhalb eines Koaxialkabels 19 verläuft, dessen Enden 38 und 39 in der angegebenen Weise an das Magnetron 18 einer-.seits und das Gehäuse 14 andererseits angeschlossen sind. Der Außenleiter 19 kanu, wenn der Verbindungsstecker 14, 16 ganz nahe bei dem Magnetronaufbau angeordnet ist. in Abwandlung davon auch die Form einer starren Metalleitung haben.

Die Leitungen 51 und 52 führen z;i einer Wechselspannungsquelle geeigneter Spannung (beispielsweise 110 Volt) zur Erregung des Magnetrons 18 über eine bei 53, 54 und 55 dargestellte regelbare Spartransformatorkombination, die so arbeitet, daß eine genau einstellbare Wechselspannung zugeführt wird, die in Einheiten 57 und 58 gleichgerichtet und in einer bei 61, 62, 63 und 64 angedeuteten Koudensator-Widerstandsschaltung stabilisiert wird. Die sich daraus ergebende regelbare Spannung wird der Kathode 71 des Magnetrons 18 über eine Leitung 66, eine Induktanz 67 und einen Schwingkreis 68 und 69 zugeführt. Die Kathodenheizspule 72 empfängt ihren Heizstrom von dem Sekundärabschnitt 76 eines weiteren Transformators 73, dessen Primärwicklung durch die Leitungen 51, 52 gespeist wird. Ein weiterer Abschnitt 74 dieser Transformatorsekundärseite dient als Heizstromquelle für die Kathoden 77 und 78 der Gleichrichtereinheiten 57 und 58. Der Stromkreis der Heizspirale 72 enthält eine Induktanz 79 und ist über einen Kondensator 80 geerdet.

Die Mittel zur automatischen Unterbrechung der Tätigkeit des Alagnetrons 18 sind in ihrer praktischen Ausführung in Form eines Relaispaares 81 und 82 nebst Steuereinrichtung für dieses Relaispaar dargestellt, wobei die Steuereinrichtung die oben beschriebenen, miteinander verbundenen Leitungen 21 und 22 sowie die dazugehörigen Teile mit einschließt. Die Wicklung des Relais 81 wird durch den Abschnitt 75 der Sekundärwicklung des Transformators 73 erregt. Seine Kontakte 83 liegen in Serie mit der Wicklung des Relais 82, so daß, wenn ein Stromfluß durch das Relais 81 die Kontakte 83 schließt, ein Stromkreis geschlossen wird, dessen Strom durch das Relais 82 fließt, nachdem dasselbe ursprünglich über einen nachstehend beschriebenen Stromkreis erregt wurde. Dieser Stromkreis führt von der Xetzzuleitung 51 über eine Leitung 41, einen handbetätigten Schalter 42, eine Leitung 44, durch die Relaiswicklung 82 weiter über eine Leitung 45, einen ursprünglich geschlossenen Mikroschalter 46. eine Leitung 47, einen Thermostat 48, eine Leitung 49, einen Zeitverzögerungsschalter 50 und eine Leitung 56 zurück zur Netzzuleitung 52.

Die Erregung des Relais 82 hat die Schließung der Relaiskontakte 86 und 87 zur Folge, wobei der erstere daraufhin als Selbsthalteeinrichtung für den Relaisstromkreis 82 wirkt, während der Kontakt 87 dazu dient, einen Stromkreis zu schließen, der zur Transformator-Primärwicklung 54 führt. Die Transformator-Sekundärwicklung 55 wird daraufhin in dem Sinne wirksam, daß das Magnetron 18 über die zuvor beschriebenen Gleichrichter und Glättungsglieder erregt wird. Inzwischen hat die Wiederöffnung des Mikroschalters 46 (nachstehend beschrieben) keine Wirkung auf das Relais 82, da das letztere sich infolge der Wirkung des selbstbetätigten Kontaktes 86, der in Serie mit einem Kontakt der normalerweise fortlaufend erregten Relaiswicklung 81 liegt, selbst in erregtem Zustand festhält.

Es wird bemerkt, daß der Stromkreis von der Transformator-Sekundärwicklung 75 zum Relais 81 weiter eine Leitung 90 aufweist, die zum Mittelleiter 22 des Verbindungssteckers führt, und daß dieser Stromkreis über die Leitungen 22 und 31 geschlossen wird, die, wie dies bei 32 und 33 in Fig. 1 angedeutet ist, körperlich mit dem Gehäuse 5 des Diathermieabstrahlers und dem geerdeten Außenleiter 11 verbunden sind. Daraus folgt, daß die körperliche Unterbrechung des Erdungsstromkreises, beispielsweise durch Abnahme des Richtstrahlers 5 von der Kabelkupplung 9, zwangläufig eine Fehlanpassung zur Folge hat, die sehr schnell zu einer Zerstörung des .Magnetrons führen würde, wenn nicht eine Einrichtung vorgesehen wäre, mit deren Hilfe der Erregerstromkreis des Magnetrons unterbrochen würde. Das Relais 81 und sein zugehöriger Stromkreis bilden eine solche Einrichtung, da dieser Stromkreis immer dann zwangläufig unterbrochen wird (und zwar stets an dem Punkt, an welchem die Abtrennung stattfindet), wenn die körperliche Abtrennung der Einheit 5 von der Kabelkupplung 9 erfolgt. Die Unterbrechung des Relaisstromkreises gestattet dem Relaiskontankt 83. sich wieder zu öffnen (auf Grund einer Zwangwirkung bzw. Federkraft in die offene Stellung hinein), wodurch der Stromfluß durch das Relais 82 unterbrochen wird. Die Unterbrechung des Stromflusses durch das Relais 82 bewirkt, daß die Relaisschalter 86 und 87 wieder geöffnet werden, wodurch der Transformator 54, 55 und infolgedessen auch der Magnetronkreis entregt werden. Das Magnetron hört infolgedessen auf zu schwingen und ist folglich so lange geschützt, bis der Abstrahler 5 (oder ein an seine Stelle tretendes anderes Gerät) wieder an die Kabelkupplung 9 angeschlossen ist, wodurch die Erdverbindung für die Wiedererregung des Relais 81 infolge der Wiederschließung des Zuführungsstromkreises hergestellt wird.

Die Punkte, an welchen die Leitungen 20 und 90 in die Bauglieder 14 und 16 hineinführen, sind jeweils durch die Anwendung kapazitiver Koppelungen geschützt, wie dies bei 101 und 102 in Fig. 1 angedeutet ist. Die Fig. 2, 3 und 4 zeigen die Einzelheiten dieser kapazitiven Koppelungen. Die Kapazität 101 hat die Form eines Zwischenstückes 101 aus

dielektrischem Material, welches zwischen die hintereinanderliegenden Leiterstücke 21a und 21 b gesetzt und daran durch Haltemittel 103 befestigt ist. Das Leiterstück 21a ist (wie auch das Leiterstück 21b) hohl und in Längsrichtung geschlitzt, so daß der Magnetronausgangsleiter 20, sobald die Endbuchse 39 der Magnetronausgangsleitung auf den geriffelten Bund des Steckers 14 aufgeschoben wird, selbsttätig aufgenommen und gehalten wird. Die Kapazität 102 wird durch einen Isolierring 104 und eine Isoliermuffe 105 dargestellt, zwischen welchen sich die Zylinderwandung der Röhre 16 befindet, wobei an diesen Teilen wiederum metallische Teile 106 und 107 anliegen. Das Teil 107 bildet gleichzeitig die Stirnwandung des Rohres 16, und das Teil 106 bildet ein Stück der Klemmenverbindung zur Aufnahme und Festhaltung der Leitung 90 in elektrischem Kontakt mit der Spindel 22. Die anderen Teile dieser Klemmenverbindung bestehen in einer Schraube 108 mit Kopf 111, einer Klemmenscheibe 109 und einer Gegenmutter 110. Die Teile 107 bis 111 einschließlich sind aus Metall gefertigt, während die Teile 104 und 105 nicht aus Metall bestehen.

Der Mikroschalter 46 ist nur dann geschlossen, wenn der Einstellarm 100 des Spartransformators sich in einer der Mindestspannung entsprechenden Stellung befindet. Die Öffnung des Schalters 46 (beispielsweise durch Verschiebung des Armes 100 in irgendeine andere Stellung) hat keinen Einfluß auf die Verhältnisse im Stromkreis, da der Stromweg durch die Schalter 83 und 86 parallel zu demjenigen des Schalters 46 verläuft. Der Strom fließt infolgedessen immer unabhängig davon, ob der Schalter 46 geöffnet ist oder nicht. Die im Gefahrfall automatisch bewirkte Öffnung des Relais sch alters 83 in der oben beschriebenen Weise verhindert jedoch so lange, daß das Magnetron wieder in den Stromkreis einbezogen wird, bis der Arm 100 wieder in die Sicherheitsstellung (d. h. in die der niedrigsten Spannung entsprechende Stellung) zurückgebracht worden ist, wodurch der Schalter 46 wieder geschlossen wird.

Der Schalter 50 befindet sich ursprünglich in seiner linken Stellung, bewegt sich jedoch innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls nach Schließung der Schalter 121 und 122 in seine rechte Stellung, wodurch die Schaltfolge begonnen wird. Während dieses Vorintervalls wird ein Zeitschaltermotor 123 (mit Feldwicklung 124) über die Verbindungswege 124, 123, 50 und 56 erregt. Wenn die vorher eingestellte Zeitspanne abgelaufen ist, schnappt der Schalter 50 (in an sich bekannter Weise) in die rechte Stellung über, wodurch der Motor 123 entregt und der vorher beschriebene Stromkreis über die Leitung 49 geschlossen wird.

Ein über Zweigleitungen 116 und 117 gespeister Gebläsemotor 115 kann dann eingeschaltet werden, wenn ein Kühlluftstrom benötigt wird. Ein Kondensator 134 ist an den Transformator 73 angepaßt, um innerhalb des Frequenz- und Spannungsbereiches des Transformators eine konstante Ausgangsspannung zu bekommen. Aus der Darstellung der Leitungen 51 und 52 ist zu ersehen, daß dieselben durch eine geerdete dritte Leitung 135 ergänzt werden. Der Stabilisierungsteil 61 bis 64 enthält außerdem eine geerdete Leitung 136, eine Induktanz 137 und ein Meßgerät 138. Andere Anzeigeelemente, beispielsweise in Form von Kontrollampen, sind bei 139 und 140 dargestellt. Diese Teile 138, 139 und 140 erleichtern die visuelle Beobachtung der Tätigkeit der einzelnen dazugehörigen Stromkreise. Ein Widerstand 128 kann in Serie mit der Lampe 139 zum Zwecke der Spannungsbegrenzung eingeschaltet sein, falls dies erforderlich ist.

Damit ist die Beschreibung einer besonderen Ausführungsform der hier dargelegten Einrichtung abgeschlossen. Dem Fachmann ergeben sich jedoch aus der Beschreibung viele Abwandlungen, ohne daß der Schutzbereich und der Schutzumfang der Erfindung verlassen werden. Die Erfindung ist infolgedessen nicht auf die Einzelheiten der hier beschriebenen Ausführungsform beschränkt, sondern erstreckt sich auf den gesamten Schutzumfang, der sich aus den Patentansprüchen angesichts des Standes der Technik ergibt.

Claims (7)

Patentansprüche.

1. Einrichtung zur Fortleitung von Mikrowellenenergie bei mit Verbrauchern durch Übertragungsleitungen verbundenen Mikrowellenerzeugern, wie Diathermie-, Mikrowellenheizungsgeräten od. dgl., bei welchen der Verbraucher durch eine Abstrahlvorrichtung, der die Energie zugeführt wird, gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Netzkreis des Generators ein Schalter (83) vorgesehen ist, der so ausgebildet und angeordnet ist, daß er in geöffnetem Zustand die Tätigkeit des Generators unterbricht, wobei er durch ein Relais (81) elektrisch betätigt wird, dem eine Spannungsquelle (75) sowie ein dazu in Reihe geschalteter Steuerkreis (90, 22, 31, 32, 33) zugeordnet sind, zwecks Festhaltung des Schalters in geschlossener Stellung, wobei sich dieser Steuerkreis teilweise über einen Teil (31) der Mikrowellenübertragungsleitung (11) und einen in Serie dazu liegenden Teil (32) des Abstrahlers (5) derart erstreckt, daß bei Abtrennung des Abstrahlers (5) von der Übertragungsleitung (11) der Steuerkreis unterbrochen und der Schalter geöffnet wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Koaxial-Mikrowellenleitung (19, 20, 14, 21, 16, 22, 11, 31, 5, 32), deren Mittelleiter durch eine Kapazität (101) mit dem Generator verbunden ist, wobei der von der Kapazität zu dem Abstrahler führende Teil des Mittelleiters (22, 31, 32) in den erwähnten Steuerkreis mit einbezogen, ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Koaxialleitungsstück, innerhalb welchem ein Teil (32) des Mittelleiters mit der äußeren Koaxialleitung (5) verbunden ist, wobei der äußere Koaxialleiter eine Erdverbindung (33) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erwähnte Koaxialleitungsstück einen Teil der Abstrahlerkonstruktion (6) bildet, wobei ferner eine trennbare Koaxialleitungsverbindung (8, 9) zum abtrennbaren Anschluß des Abstrahlers an die übrige, die Erdverbindung (33) aufweisende Koaxialleitung vorgesehen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Kapazität (101) aufweisende Teil (14, 21) des Koaxialleiters in Form eines T mit einem anderen Teil (16, 22) des Koaxialleiters verbunden ist, wobei der Steuerkreis mit dem Innenleiter (22) des anderen Teils verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der innerhalb des Außenleiters (16) verlaufende Innenleiter (22) mit diesem Außenleiter hochfrequenzmäßig über eine zweite Kapazität (102) verbunden ist, wobei der Innenleiter (22) unmittelbar mit der Leitung (90) des Steuerkreises verbunden ist und die zweite Kapazität (102) sich in einem Koaxialleitungs-

stück befindet, das parallel zu der die erste Kapazität (101) enthaltenden Koaxialleitung liegt.

7. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Generator (18) der Magnetronbauart, der mit dem Schalter (83) so verbunden ist, daß beim Öffnen des Schalters die Unterbrechung der Spannungszufuhr zum Generator erfolgt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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