DE1639257C - Hochfrequenz-Plasmagenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochfrequenz-Plasma- Verhältnisse für die Kühlung des vorderen Genegenerator mit einem zylindrischen Rohr, an dessen ratorteils vorhanden, so daß beim Hauptanwendungseiner Stirnseite das zu ionisierende Gas zu- und an gebiet des Plasmastrahlgenerators als chirurgisches dessen anderer Stirnseite das erzeugte Plasma aus- Schneidinstrument dieser Teil zum Anfassen und strömt, eine Induktionsspule, deren eines Ende an 5 Führen des Instrumentes verwendet werden kann. Es Masse liegt, einen Hochfrequenzgenerator, der an ist dann dieser GeneratGrteil auch auf Massepotential dem anderen Ende der Induktionsspule und einem gelegt.

zwischen den beiden Enden der Induktionsspule ge- An Hand einiger in der Zeichnung dargestellter legenen Abgriff an der Induktionsspule verbunden spezieller Ausführungsbeispiele der Erfindung werist, wobei die gesamte Schaltungsanordnung zwi- io den im Zusammenhang mit der nachfolgenden aussehen den Enden der Induktionsspule eine Hoch- führlichen Beschreibung die Eigenschaften, Merkfrequenzspannung erzeugt, die größer ist als die vom male und Vorteile der Erfindung nochmals deutlich Generator gelieferte Erregerspannung, und das Aus- klai. Es gehen aus dieser Beschreibung auch Merkströmende des Rohres an das auf Hochspannung lie- male von die Erfindung vorteilhaft weiterbildenden gende Ende der Induktionsspule angeschlossen ist. 15 Ausführungsfornien und Abwandlungen hervor. Es

Wirkungsgrad, Stabilität und Höhe der Spannung zeigt

sind bei diesen bekannten Hochfrequenz-Plasma- F i g. 1 eine Gesamtansicht einer bevorzugten Aus-

Reneratoren nicht so wie gewünscht. Auch wird zur führungsform des Plasmastrahlbrenners,

Zündung eine Hilfselektrode benötigt, was den Auf- F i g. 2 denselben Plasmabrenner in geöffnetem

bau verkompliziert. Außerdem ist die Erregerspule ao Zustand geringfügig vergrößert,

konzentrisch um eine Masivelektrode angeordnet, so F i g. 3 eine abermals vergrößerte Darstellung des

daß diese Elektrode innerhalb der Spule induktiv Plasmastrahlbrenners nach Fig. 1 im Längsschnitt

erhitzt wird, wodurch nicht nur Wärmeprobleme auf- und

treten können sondern der Wirkungsgrad auch er- F i g. 4 eine andere Ausführungsfona des Plasma-

heblich absinkt. Der bekannte Plasmagenerator arbei- 35 Strahlbrenners ebenfalls im Längsschnitt,

tet auch nur dann, wenn die Verbindungsleitungen Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,

zwischen dem Hochfrequenzgenerator und dem Pias- die in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist, weist einen Plasina-

mabrenner verhältnismäßig kurz sind. brenner 10 auf, der ein im wesentlichen zylindrisches,

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb einen Hoch- leitendes Schutzgehäuse 12 besitzt, das einstückig aus frequenz-Plasmastrahlgenerator der vorstehend ge- 30 Aluminium hergestellt sein kann, und einen rücknannten Art so zu verbessern, daß d>· aufgezeigten wärtigen Abschnitt 14, einen vorderen Abschnitt 16, Nachteile beseitigt sind, wobei vor allem Wert auf kleineren Durchmessers und einen die beiden Abeinfache Handhabung, einfache Gestaltung, sicheren schnitte verbindenden konischen Übergangsabschnitt und stabilen Betrieb und guten Wirkungsgrad gelegt 18 aufweist. Das Schulzgehäuse 12 besitzt eine rückwird. 33 wärtige Öffnung 20, eine vordere Öffnung 22 und eine

Diese Ziele werden nach der Erfindung bei einem Rinne oder Ringnut 24 (Fig. 3) an JLt Innenfläche in

Generator obengenannter Art dadurch erreicht, daß Nähe des vorderen Endes 23.

ein Endabschnitt des Rohres am Gasaustrittsende aus Das Schutzgehäuse 12 enthält eine Hochfrequenz-Metall besteht und an das auf Hochspannung lic- spule 30 aus Kupfer, die ein dielektrisches Gaszufuhrgende Ende der Induktionsspule gelegt ist, daß das 4 rohr 32, ζ. Β. aus Kunststoff enthält, durch welches Rohr konzentrisch und elektrisch isoliert von einem Gas im allgemeinen unter Druck in einer einzigen metallischen Gehäuse umgeben ist, das mit dem an einen Pfeil 34 (Fig. 3) angezeigten Richtung bewegt Masse liegenden Ende der Induktionsspule verbun- bzw. geblasen wird. Eis sei jedoch hervorgehoben, den ist, und daß die Gasentladung zwischen den daß die Spule 30 keine ionisierende Wirkung auf das beiden benachbarten Enden von Rohr und Gehäuse 45 Gas ausübt, das durch das Zufuhrrohr 32 strömt. auf Grund einer kapazitiven Kopplung zwischen die- Das Rohr 32 ist nur deshalb innerhalb der Spule und sen beiden Bauteilen stattfindet konzentrisch mit dieser angeordnet, um einen ge-

Die kapazitive Kopplung wird bei diesem Hoch- druugenen Aufbau und eine handliche Form des frcqucn/.-Plasmastrahlgcnerator somit durch räum- Plasmabrenners zu ermöglichen. Das Gaszufuhrrohr liehe Gestaltung der Hochspannungsseitc erzielt, wo- 50 32 könnte ebensogut außerhalb der Spule 30 anbei die Ficqucnz nur durch die Induktivität am zwei- geordnet sein. Das Rohr 32 besteht aus einem Wärme ten Anschlußpuiiki bestimmt ist, so daß cine höhere nicht leitenden Material.

Spannung erzielt werden kann und die Stabilität er- Das Gaszufuhrrohr 32 tritt in das Innere des

heblich verbessert und vom Plasma selbst unabhan- Schutzgehäuses 12 durch eine zentrale Bohrung 38

Big ist. Der l'lasmugencrntor zündet bei geregelten 55 eines Pfropfens 40 ein, der aus einem geeigneten di-

Bedingungcn selbst ohne Zuhilfenahme einer Hilfs- elektrischen Material besteht. Der umfängliche Rand

elektrode und ist wegen der zwischen dem Hoch- des Pfropfens ist mit einer Nut 42 versehen, die der

spannungsteil und der Masse auftretenden Kapazität Aufnahme eines hilzebestündigen O-Ringes 44 zum

im Wirkungsgrad verbessert, Zur Wirkungsgradver- Abdichten des Pfropfens gegenüber dem Gehäuse

!lessening trägt außerdem erheblich bei, daß die Wir- 60 dient, so daß dessen Inneres flüssigkeitsdicht ab-

bclstromvcrlustc gering gehalten weiden. Außerdem geschlossen ist, während u:. jedoch unter Anwendung

braucht das Plasmagas im Gegensalz zu der bekann- einer hinreichend großen Kraft von fland aus nitig-

ten Anordnung nicht durch (Ins Hoclifrcqtien/fcld lieh ist, das .Schutzgehäuse 12 von ilen übrigen Be-

hiii(hirilii<eiiihrt /u werden. slandteilen des Plasmabrenners 10 abzuziehen, wie

Durch die Ausbildung des vorderen Lcitungswegcs 65 dies in F i g. 7 gezeigt ist.

für das Plasmagas als konzentrisch im Gehäuse ver- Die Energie eines Hochfrequenzgenerators ist über

laufendes Rohr wird eine mathematisch klar erfaß- ein koaxiales Kabel 50 (Fig. I und 2) mit dem Kopf

bare k-jpiizität gebildet, und es sind übersichtliche des Plasmabrenners, sowie mit einem koaxialen

Erdungskabel 52 und einer zentralen Kabelführung 54 gekoppelt (F i g. 2). Das Erdungskabel 52 ist seinerseiis mit dem geerdeten hinteren Ende 56 der Spule 30 über eine Metü'.lhülse 5f verbunden, die durch eine Bohrung 59 den Pfropfen 40 durchsetzt. Die Hülse 58 übermittelt auch den Ausfluß am Kühlmittel aus dem Inneren d;s Gehäuses in ein Abflußrohr 60, das z. B. aus Kunststoff hergestellt sein kann. Der Kühlmittelausfluß strömt gewöhnlich in der durch einen Pfeil 62 (F i g. 3) gezeigten Richtung zu einem geeigneten Wärmetauscher (nicht gtzeigt). Die Metallhülse 58 ist mit dem geerdeten Ende 56 der Spule 30 über ein kurzes elektrisches Kabel 64 verbunden.

Hin elastischer Draht oder eine Feder 56 stellt eine elektrische Verbindung des geerdeten Spulenendes im Bereich der Hülse 58 mit einer Stelle 68 des Gehäuses 12 her.

Das zentral angeordnete Koaxialkabel 54 ist elektrisch direkt mit einer Zwischenwindun₆ 70 bzw. einer Anzapfung der Spule 30, wenige Windungen vor deren geerdetem Ende über ein metallisches Kühlmittel-Ausflußrohr 72 und ein kurzes Kabel 74 verbunden.

Jene Windung 70 der Spule, an welche das kurze Kabel 74 angeschlossen ist, wird durch Versuche oder durch Berechnung bestimmt, so daß die Impedanz des Koaxialkabels 54 mit der der Spule übereinstimmt, um auf dem Koaxialkabel ein niedrige* Stehwellenverhältnis, vorzugsweise in der Größenordnung von I bis 1,5 zu erhalten. Die Anzahl der Spulenwicklungen, die Drahtstärke sowie der Durchmesser der Spule werden alle zur Herbeiführung einer gewünschten Impedanz gewählt.

Das vordere Ende 80 der Spule ist an einer Stelle i>4 direkt mit einer metallischen Elektrodenröhre 82 verbunden. Der Durchmesser der Röhre 82 ist dem Innendurchmesser des Gaszufuhrrohres 32 angepaßt, um einen guten Zusammenschluß der beiden Rohre quenten Hochspannung mit der vorderen Spitze der Elektrodenröhre trägt zur möglichen Erreichbarkeit eines Leistungs-Wirkungsgrades bei Verwendung des Plasmabrenners von 90 oder mehr Prozenten bei.

Unter Leistungswirkungsgrad ist das Verhältnis der durch die Plasmaabgabe an ein Werkstück abgegebrnen Leistung zu der durch den Hochfrequenzgenerator an den Tankkreis des Plasmabrenners 10 zugeführfn Leistung zu verstehen. Der Düsenkopf 90

ίο ist in der gezeigten Auiführungsform spanabnebend oder auf andere Weise bearbeitet, um einen flüssigkeitxdichten Verschluß mit dem hitzebeständi^en O-Ring % zu gewährleisten, sobald der innere Teil des Plasmabrenners von Hand aus in seine normale

Montagestellung gebracht ist, in welcher er in dem Gehäuse mit Preßsitz gehallen ist (Fig. 3). Die innere Abmessung und die Form einer Bohrung 92 des Kopfes 90 sowie die Länge und Gestalt der letzteren werden vom Verwendungszweck, bestimmt, für wel-

ao chen die Plasmawolke 108 vorgesehen ist, sowie von

dere ^nde 94 der Elektrode 82 aufgesetzt oder auf andere Weise in der gewünschten Stellung befestigt

as werden, z. B. mit Hilfe eines geeigneten Bindemittels. Eine Kühlflüssigkeit wird von einem Wärmetauscher (nicht gezeigt) durch ein Kühlmittelzufuhrrohr 73 und ein Kühlmittelleitrohr 72 in der durch den Pfeil 71 gezeigten Richtung abgegeben. Das Leit-

rohr 72 durchsetzt den Pfropfen 40 durch die Bohrung 75. Das zugeführte Kühlmittel wird vorzugsweise über eine Verbindungshülse 100 und ein Abgaberohr 102 durch dessen öffnung 104 so abgegeben, daß es direkt auf den Düsenkopf 90 auf-

trifft, wie dies durch den Pfeil 106 angezeigt ist. Gegebenenfalls kann jedoch die Hülse 100 und das Abgaberohr 102 entfernt werden.
Auf diese Weise gela ' ^J
mit dem Düsenkopf 90

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liehen. Ein Strom von Gas, das ionisiert werden soll, wird durch die zentrale Bohrung 88 der Elektrodenröhrc 82 in eine im allgemeinen geschichteten Strömung hindurchgeblasen

Die Spule bewirkt die Erzeugung einer hochfre-Innenfläche des Gehäuses 12 sowie der Außenflache der Elektrode 82, der Rohre 100 und 102 und des Gaszufuhrrohres 32 rückwärts, wobei die Induktions-

Α _e Hüte

Spulencnüe 56 und der Zwischenwindung 70 auftritt.

Die durch die Spule erzeugte hochfrequente Spannung wird vom vorderen Ende 80 der Spule direkt auf die Elektrodenröhrc 82 über die Verbindungsstelle 84 übertragen.

Das vordere Ende 94 der Elektrodcnröhre ist mit einem Düsenkopf 90 versehen, der aus einem hochhitzebeständigen, dielektrischen Keramikmalerial, wie ruck.

Daher sind die Elektrodenröhre, der keramische 50 Düsenkopf, die Hochfrequenzspule, das Gaszufuhrrohr, das Kühlmittelleitrohr und Abgaberohr sowie die Hochfreqiien/Ieitungen und -veibindungen und das zylindrische Gehäuse gemeinsam durch das Kühlmittel gekühlt.

55 Das Gehäuse 12, das durch das Kabel 66 auf der Bezugsspannung gehalten ist, ist über das Kühlmittel hinweg kapazitiv mit der Elcktrodenröhre 82 gekoppelt, wobei das Gehäuse als die eine und die Elektrode als die andere Platte eines Kondensators wirkt.

Kupfer hergestellt sein, das gute thermische und elektrische Leiteigenschaftan besitzt.

Hie direkte plp'sikaüschc Kopplung der hochfre- _{KilMmlllel si}„_d „„ Entwicklung der KopBilä. B«i?™' ncMillicr.es Was-

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scr wäre verwendbar, wird jedoch nicht bevorzugt. Endes 94 der Elektrode. Dadurch wird das Gas teil-Vorzugsweise wird eine flüssige inerte Fluorverbin- weise ionisiert und die Abgabe einer Plasmawolke dung als Kühlmittel verwendet. Auch Freon ist als 108 spontan eingeleitet, ohne die Anwendung einer Kühlflüssigkeit geeignet. Die Kühlflüssigkeit muß Hilfseinrichtung für die Plasmabildung, so wie dies jedenfalls inert sein, eine niedrige dielektrische Kon- 5 bei bekannten Vorrichtungen erforderlich ist. Es mag stantc, eine hohe Durchschlagsfestigkeit (d. h. Wider- vielleicht auf die scharfkantige Ausbildung des vorstand gegen Lichtbogenbildung, Funkenüberschlag deren Elektrodenendes zurückzuführen sein, daß die oder Kurzschluß), eine niedrige Viskosität und eine örtliche elektrische Umbildung von Gas zu Plasma gute Wärmeleitfähigkeit besitzen, um gleichzeitig zu vor sich geht.

kühlen und die kapazitive Kopplung der Elektrode io Der Eintritt des Gases in den engen Kanal 92, welmit dem Gehäuse zu ermöglichen und einen Funken- eher den Gasstrom reduziert, bewirkt eine Verübcrschlag zu verhindern. mischung oder Durchwirbeiung des Gases in Nähe

Im Betrieb fließt die Kühlflüssigkeit der Reihe des Bereiches d.er Gasionisation. Gleichzeitig verhinnach durch die zuführenden Rohre 73,72,100,102, dert der enge Kanal 92 einen Rückfluß von Plasma um den keramischen Düsenkopf 90 und längs der 15 gegen die Gasströmung bzw. dessen Rückschlagzünmetailischen Elektrode 82 zurück, rings um die ein- dung.

getauchte Induktionsspule 30 und durch die abfüh- Wenn das Plasma ein niedriges lonisationspoten-

rcnden Rohre 58 und 60. Gas wird unter Druck in tial besitzt, wie z. B. Argon, wird die Plasmawolke das Gaszufuhrrohr 32 geblasen, so wie dies durch 108 sehr geringe Wärme aufweisen, da sie mittels den Pfeil 34 angezeigt ist und strömt durch die zen- ao einer hochfrequenten Hochspannung gebildet ist und tTale Bohrung 88 der Elektrodenröhre 82 und aus es fließt in dem Plasma, wenn überhaupt nur ein dieser durch die Bohrung 92 des Düsenkopfes 90 in geringer Hochfrequenzstrom. Sobald dieses schwach die freie Atmosphäre. ionisierte Plasma jedoch mit einem Material in Be-

Dic von dem Hochfrequenzgenerator vorzugsweise rührung gebracht vbd, das mäßige Leiteigenschaften in einem Bereich von 10 bis 100 MHz erzeugte Ener- 95 besitzt, wird ein hochfrequenter Strom vom Ende 94 gic ist über das Koaxkabel 50 in der oben beschrie- der Elektrode 82 durch das Plasma hindurch zu dem benen Weise mit dem entsprechend auf Parallel- leitenden Material fließen. Dieser Zustand ist unter resonanz eingestellten Tankkreis gekoppelt, der ein einer Kopplung des Plasmas mit einem Luter zu verhohes Induktivitäts-Kapazitäts-Verhältnis besitzt. Der stehen.

Tankkreis besteht aus der Spule 80, der Elektrode 82 30 Für den Betrieb des Plasmabrenners und zur Er- und dem Metallgehäuse 12. Der Plasmagenerator möglichung der Plasmakopplung mit einem geeignemuß so eingestellt sein, daß sich ein Stehwellenver- ten Werkstück oder mit Luft ist keine besondere Einhältnis auf dem Koax-Verbindungskabel ausbildet, stellung des Brenners erforderlich und jedes beliebige das nicht größer ist als 3 zu 1, vorzugsweise jedoch Edelgas oder Gas oder eine Mischung derselben kann 1.5 zu I₁ wobei unter Stehwellenverhältnis das Maß 35 ohne strukturelle Veränderung des Brenners oder der Unauspeglichenheit zwischen der Belastung und Austausch von Teilen desselben verwendet werden, der Übertragungsleitung zu verstehen ist. Der induk- Der Wechsel von einem Gas zu einem anderen kann ti\ c Widerstand soll für eine bestimmte ausgewählte ohne Auslöschen des Brenners und ohne Verlust des Frequenz so hoch wie möglich bemessen sein (zu- Wirkungsgrades durchgeführt werden. Der Fluß des mindest um lOOO), damit eine hochfrequente Hoch- 40 Hochfrequenzstromes durch die bestehende Plasmaspannung an dem »heißen« oder nicht an der Be- wolke 100 bewirkt eine Erwärmung des Plasmas, bis zugsspannung liegenden Ende 80 der Spule 30 er- es eine beinahe hundertprozentige Ionisierung mit zeugt werden kann. Sobald die Hochfrequenzenergie einem Widerstand von etwa 0,01 Ohm pro Zentibci Resonanzfrequenz des Plasmagenerators über das meter erreicht, welcher Wert bei Verwendung von Koaxkabel auf die Spule 30 einwirkt, werden Schwin- 45 Argon als Plasmagas nur wenig höher als der von pungcn im Tankkreis erzeugt. Graphit ist. Im allgemeinen kann man sagen, daß die

bie Spule 30 entwickelt im Tankkreis eine Induk- übertragene Wärmemenge m dem gleichen Maß antixität und zwischen der Elektrode 82 und dem Ge- steigt wie die aufgewendete Leistung.
häuse 12 entsteht eine Kapazität mit einer zusatz- Es ist auch möglich die vom Plasmabrenner ab-

lichcn Kapazität zwischen der Spule 30 und dem Ge- 50 gegebene Plasmawolke direkt mit der atmosphärihäiise 12. Bei einem Wert des Verhältnisses der In- sehen Luft zu koppeln, und gegebenenfalls danach dukti\ität zur Kapazität der einem kleinsten Re- mit einem Nichtleiter. Bei erhöhter Leistung steigert akmnzwert von 1000 Ohm bei einer gewählten Be- sich auch die Neigung der abgegebenen Plasmawolke triebsfrequcnz im Plasmabrenner entspricht, wird mit Luft zu koppeln. Langsame Gasströme, die ein zwischen der Elektrode 82 und dem Gehäuse 12 eine 55 kleineres Strömungsvolumen je Zeiteinheit besitzen, hochfrequente Hochspannung erzeugt. erhöhen diese Koppelungsbereilschaft der Plasma-

Die hochfrequente Hochspannung am vorderen wolke mit der Luft. Die Gründe für diese Erschei-Hnde der Spule ist um ein Vielfaches höher, als der nunp sind bis zu diesem Zeitpunkt noch nicht be-Wcrt der Bezupsspannung in der Spule zwischen den kannt.

Verbindungsstellen 56 und 70. Der durch das dielek- 60 Die Kopplung des abgegebenen Plasmas mit Nichtirische Rohr 32 fließende Gasstrom wird von der leitern erfordert, daß die Plasmawolkc zunächst thcrlnduktionsspule 30 nicht ionisiert. Der Gasstrom misch mit der Luft gekoppelt wird, die ihrerseits mit duicii das Rohr 32 und durch die Elcktrodcnröhre 88 Nichtleitern koppelbar ist.

(ließt im wesentlichen laminar bis er den Düsenkopf Durch geeignete Einstellung der Durchflußmcngc

90 erreicht. Die Hochfinnicnzenergic. die vom vor- 65 an Plasmapas sowie dei Größe der hochfrequenten deren I nile der Spule 1 .nmmcml direkt an die lilck- Spannuni:, die direkt an die ElcklrodennSluc 82 abtiiiiK-fckoppclt iM. bcuitkt eine örtliche hochfrc- gegeben wird, können sowohl F.dclpase als auch peimciiti· Irn-iMinr «le*· Gases im Bereich des vorderen wohnliche Ga^c mit Hilfe des gleichen Plasmabren

tiers ionisiert werden, um beim Koppeln mit einem Ltiter oder mit der umgebenden Luft bzw. durch die Luff mit einem Nichtleiter einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen.

Der Plasmabrenner 10 gemäß Fig.4 weist ein im wesentlichen zylindrisches, leitendes Schutzgehäuse 12 auf, das in einstückiger Ausführung einen rückwärtigen Abschnitt 14, einen konischen Übergangs-•bschnitt 18 und einen vorderen Abschnitt 16 kleineren Durchmessers als der rückwärtige Abschnitt 14 kenitzt. Das Gehäuse 12 weist eine mit Innengewinde versehene rückwärtige öffnung 20 und eine vordere öffnung 22 in Nähe des vorderen Gehäuseendes 23 ■Ulf.

Das Gehäuse umgibt in einem Abstand eine höfile Hochfrequenzspule 134 sowie eine hohle Hochfrequcnzelektrode, welche Teile vorzugsweise einstückig •us Messing hergestellt sind. Das Innere der Spule 134 sowie der Elektrode 154 ist mit dem Inneren des Mnsmagas-Zufuhrrohres 138 verbunden, das mit tinem Koaxkabel 140 zu einem Stück vereint ist. Einitrömendes Gas, das in der durch einen Pfeil 142 angezeigten Richtung fließt, gelangt durch das Zufuhrrolir 138 in das Innere der im Bereich des Eintrittsendes 136 mit dem Rohr 138 dicht verbundenen Spule 134. Es sei hervorgehoben, daß die Spule 134 das durchströmende Gas nicht ionisiert und zu Plasma umformt, obwohl angenommen werden kann, daß die Ionisierung des Gases das einer Spannung ausgesetzt ist, deren Größe in der Strömungsrichtung tunimml ohne Ionisierung zu Plasma, die nur im Bereich des Düscnkopfcs am Ausflußende des Brenners 10 erfolgt, bis zu einem gewissen Grad eingeleitet wird.

Das Koaxkabel 140 ist in das Innere des Gehäuses 12 durch eine zentral angeordnete Öffnung 144 eines das rückwärtige Ende 20 des Gehäuses 12 verschließenden, in dieses einschraubbaren Gewindepfropfens eingeführt. Die gegen das Gehäuseinnere gerichtete vordere Fläche 147 des Pfropfens 146 drückt gegen eine ringförmige Scheibe 148 aus elastomerem Material.

Die vordere Fläche 149 der Scheibe 148 liegt unter Druck an der rückwärtigen Kante 152 eines Keramikkörpers 150 an, der der inneren Wand des Gehäuses eng angepaßt und darin durch den Druck der Scheibe 148 festgehalten ist. Die Spule 134 und die einstückig ■lit dieser hergestellte Elektrode 154 sind in dem Keramikkörper 150 dauerhaft eingebettet. Wenn gewünscht, kann der Keramikkörper 150 samt der Spule 134 und der Elektrode 154 durch die rückwärtige öffnung 20 des Gehäuses 12 herausgezogen Werden. Ein bevorzugtes Kerarnikrnaieria! ist Bornitrid, obwohl gleichwertige Keramikstoffe mit ähn-Mch hoher Durchschlagswidcrstandsfähigkeit gegenüber hochfrequenten Spannungen verwendet werden lönnen.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung von Keramikmaterial nicht immer notwendig isi und daß der Betrieb ohne dieses Materini in manchen Fällen noch %erbessert werden kann. E.s isi beobachtet worden, daß Keramikmaterial unter bestimmten Bedingungen leistung absorbieit und daher bei gewissen Bctiiehs-Ircquenzcn als diclekliNchcr Köipei ungeeignet isi. l^Tmgckchri hat «-ich die Wi vaulting \on keiami-IrIiLiH Maleiial bei iclativ niolin'tn I icqiiniAH gut hovviihrt.

Mii- \n\» rinhnii' tines I ulispaltc-- .ill SuIk' des keramischen Materials zwischen der Innenfläche des Gehäuses 12 und der im Abstand davon angeordneten Elektrode 154 sowie der Spule 134 ist erstaunlich wirksam, insbesondere bei Frequenzen im Bereich

S von 30 MHz oder mehr.

Energie ist aus einem Hochfrequenzgenerator über ein koaxiales geerdetes Kabel 158 und ein weiteres Kabel 160 entnommen. Das geerdete Kabel 158 ist seinerseits an der Verbindungsstelle 159 leitend mit

ίο dem Gehäuse 12 und mit dem geerdeten Ende 162 der Spule 134 verbunden. Das Kabel 160 ist an der Anzapfung 163 mit einer Zwischenwindung 164 in zufriedenstellender Weise verbunden, weiche Windung als die vorletzte vor dem geerdeten Spulenende veranschaulicht ist. Die genaue Position der Verbindungsstelle des Kabels 160 mit der Spule 134 hängt weitgehend von der Impedanz des Koaxkabels 140 ab. Die beschriebene Schaltung bildet einen Tank-

ao kreis, der aus der Spule 34, der Elektrode 154 und dem Metallgehäuse 12 zusammengesetzt ist. Die Induktivität des Tankkreises entsteht vor allem durch die Spule 134 und insbesondere durch die Elektrode 154. die über ein Messingrohr zu einem Stück ver bunden sind und sich im wesentlichen über die ge samte Länge des Gehäuses erstrecken. Die Kapazität des Tankkreises wird hauptsächlich zwischen der Elektrode 154 und dem Metallgehäuse 12 gebildet, obgleich ein Teil der Kapazität auch zwischen der

Spule 134 und dem Metallgehäuse 12 auftritt.

Das vordere Ende 157 der Elektrode 154 steht mit einem engen Durchlaß 170 des Düsenkopfes 156 in Verbindung, der von Hand aus in die vordere öffnung 130 des Gehäuses 12 hineingedrückt ist. Daher kann der Düsenkopf 156 von Hand aus entfernt und durch einen andersartig gestalteten Düsenkopf ersetzt werden, um Plasma verschiedener Art und mit verschiedenen Eigenschaften herzustellen. Der vordere Endabschnitt der Elektrode 154 paßt sehr genau in eine rückwärts gerichtete Bohrung 172 des Düsenkopfes 156. Ein hochhitzebcständiger O-Ring 174. der in einer Ringnut 176 des Düsenkopfes 156 angeordnet ist, hält Hen letzteren in seiner Gebrauchslage fest, gestattet jedoch dessen Entfernen von Hand aus.

Der enge Gasdurchlaß 170 für den Gasstrom bildet eine Einschnüiung desselben, die dazu dient, um I, Durchwirbelungen des Gases im Bereich des vorderen Endes 157 der Elektrode 154 zu erzeugen, an welcher Stelle aHein die Ionisierung des Gases zu Plasma vor sich geht und die Spule 134 eine hochfrequente Hochspannung erzeugt hat. die bedeutend größer als die Bezugsspannung ani rückwärtigen Ende der Spule !34 ist. und 2. um eine Riicksdilacziint'.ung gegen die Richtung der Gasströmung zu

verhindern.

Während lies Betriebes wird Gas unter Diuck durch die Einlaßöffnung 136 in das Inn rc der Spule 134 und der Elektrode 154 geblasen, wie das ilurcli einen Pfeil 142 angedeutet isi. Der Gasstrom ist \orziigsweise im wesentlichen laminar. Das Piasmaga* weis! beim Eintritt ^;n die Spule das Be/iigspotentiai aiii und wild eiM bei einer Hochspannung ionisiert ti. 11 - 711 Pia· ma umgefoimt. die am \ordeicn link 157 der Elektrode 154 aufliitt. obgleich eine gewNsi

f>5 gelinge lonisieiiirsg dos Gases wahrscheinlich schor voilio! im Veil.ml seines Diiielii'ani'cs iIiiioIi iIk S]MiK umI die IK I. Ii ode anIHill

Eneij'.ic aiiv dom 1 l:n ΙιΙιοφίοη/ινπι ι.Hut isi iluwl

da.s Koaxkabel 140 in der beschriebenen Weise in den Tankkreis eingekoppelt, der aus der Spule 134, der Elektrode 154 und dem Metallgehäuse 12 besteht. Die hochgespannte Hochfrequenzenergie, die direkt mit der Elektrode gekoppelt ist, bewirkt, wie gesagt eine örtliche hochfrequente Erregung bzw. Ionisierung des Plasmagases nur im Beteich des vorderen Endes 157 der Elektrode. Daher wird das Gas zunächst teilweise ionisiert bis eint plötzliche Abgabe der Plasmawolke 108 einsetzt, ohne die Verwendung von die Plasmaabgabe einleitenden Hilfseinrichtungen. Die Durchflußmenge des Gases und die durch die Elektrode 154 zugeführte Energie kann zur Erzeugung eines vollständig ionis erten Plasmas mit einem geeigneten Werkstück odet mit Luft gekoppelt werden. Ein beliebiges Edelgas oder auch gewöhnliches Gas oder eine Mischung derselben, kann in der oben beschriebenen Weise verwendet werden. Grundsätzlich ist die Erscheinung; der Plasmabildung ähnlich wie bereits im Zusammenhang mit der ersten ao Ausführungsform der Erfindung beschrieben.

Die in der Hochfrequenzspule 134 und/oder der Elektrode 154 erzeugte Wärme wird durch den Strom des Plasmagases bei seinem Fluß zum Düsenkopf 156 abgeführt.

Die am Ende 157 der Elektrode erzeugte Wärme wird in den Düsenkopf 156 und den Keramikkörper 150 und schließlich in das Gehäuse 121 abgeleitet, soweit sie nicht schon vorher von dem Keramikkörper oder dem Kopf an die Umgebung abgegeben wurde. Falls zwischen dem Gehäjse 121 und der mit der Spule 134 vereinten Elektrode 1.54 nur ein Luftspalt besteht, wird die am vorderen Ende 157 der Elektrode erzeugte Wärme in den Düsenkopf geleitet und von diesem an die Luft der Umgebung und zum Teil an das ihn einschließende Gehäuse 121 abgegeben.

Die Ausführungsform nach Fig.4 weist den Vorteil auf, daß keine Kühlflüssigkeit erforderlich ist. Dadurch ist größere Verläßlichkeit gegeben und die Anzahl der erforderlichen Bestandteile ist verringert, da keine Pumpe, kein Wärmetauscher, keine Verbindungsrohre zur Leitung der Kühlfl issigkeit und keine flüssigkeitsdichten O-Ringe als Abdichtung an den vorderen und an der rückwärtigen öffnung des Gehäuses 12 vorha.iden sind. Der Plasmabrenner 10 nach Fig. 4 ist gewöhnlich für chirurgische Zwecke besser geeignet als der Brenner 10 nach den Fig. 1 bis 3, da er kleiner, leichter und handlich ist, als der letztere und die Gefahr der Ablagerung von Kühlflüssigkeit in offene Wunden nicht besteht und da die Möglichkeit des Austausches des Düseriitopfes zur Erzeugung der gewünschten Form einer Pla;mawolke gegeben ist. ohne daß Kühlflüssigkeit verschüttet wird. Der Wirkungsgrad des luftgekühlten Brenners 10 ist etwas besser als der des flüssigkeitsgekühlten Brenners 10, da infclge der geringeren Lcistungsverluste durch das die Elektrode umgebende Material de: Energiebedarf des ersteren merklich geringer ist. Die erforderliche Leistung kann im Bereich von etwa 100 Watt oder auch darunter liegen.

Es sei hervorgehoben, daß die Verwendung einer Kühlflüssigkeit für Hochleistungsbrenner mit Leistungen yon 2XX) Watt und darüber für notwendig

erachtet wird. ,. ,

Claims (11)

1. Patentansprüche:

   I. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator mit einem zylindrischen Rohr, an dessen einer Stirnseite das zu ionisierende Gas zu- und an dessen anderer Stirnseite das erzeugte Plasma ausströmt, einer Induktionsspule, deren eines Ende an Masse liegt, einem Hochfrequenzgenerator, der mit dem anderen Ende der Induktionsspule und einem zwischen den beiden Enden der Induktionsspule gelegenen Abgriff an der Induktionsspule verbunden ist, wobei die gesamte Schaltungsanordnung zwischen den Enden der Induktionsspule eine Hochfrequenzspannung erzeugt, die größer ist als die vom Generator gelieferte Erregerspannung, und das Ausströmende des Rohres an das auf Hochspannung liegende Ende der Induktionsspule angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Endabschnitt (82) des Rohres (32) am Gasaustrittsende aus Metall besteht und an das auf Hochspannung liegende Ende (84) der Induktionsspule (30) gelegt ist, daß das Rohr (32) konzentrisch und elektrisch isoliert von einem metallischen Gehäuse (12) umgeben ist. das mit dem an Masse liegenden Ende (56) der Induktionsspule (30) verbunden ist, und daß die Gasentladung zwischen den beiden benachbarten Enden (23,94) von Rohr und Gehäuse auf Grund einer kapazitiven Kopplung zwischen diesen beiden Bauteilen stattfindet.
2. 2. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Elektrodenrohr (8.1,154) am Ausströmende eine als Stau und Rückzündungssicherung dienende verengte öffnung (92,170) aufweis·., durch die das Plama in die Atmosphäre ausströmt.
3. 3. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verengte öffnung (92,170) sich in einer abnehmbaren, wärmeleitenden, dielektrischen Düse (90. 156) befindet.
4. 4. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (134) und das Rohr (154) einen durchgehenden inneren Kanal darstellen, durch den das Gas kontinuierlich hindurchströmt.
5. 5. Kochfrequenz-Plasmastrahlgenerator nacl einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenr. zeichnet, daß die Induktionsspule (30,134) unc das Rohr (82,154) durch Luft, eine Kühlflüssig keit oder ein Keramikmaterial vom Metallgehalt (12, !21) getrennt sind.
6. 6. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator nad Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eim Kühlflüssigkeit vorgesehen ist, deren Werte ir. Betrieb der dielektrischen Konstante, der Durch schlagfestigkeit, der Viskosität und der thermi sehen Leitfähigkeit wenigstens die Werte von de stilliertem Wasser erreichen.
7. 7. Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerator naci Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß de Endabschnitt (82,154) des Rohres außerhalb de Feldes der Induktionsspule (30, 134) liegt.
8. 8. Hochfrequenz-Plasmastrahlgcnerator nac einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die kapazitive Kopplung und di Induktionsspule einen solchen Verhältniswert vo induktiver zu kapazitiver Reaktanz haben, da bei einer gewählten Plasma-Arbeitsfrequenz dt minimale Reaktanzwert etwa 1000 Ohm betrag
9. 9. Hochfreqiienz-Plasmastrahlgenerator nac

   II

   einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Abgriffs auf der Induktionsspule so gewählt is», daß die Spulenimpedanz an die Impedanz ujr Zuleitungen angepaßt ist.
10. 10. Hochfrequenz-Plasmastrahlgencrator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn-

    zeichnet, daß in die Zuleitungen von der HF-Energiequelle zur Induktionsspule Rohrstückc (59,75) eingeschlossen sind, durch die ein Kühlmittel fließt.
11. 11. Verwendung des Hochfrequenz-Plasmastrahlgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 10 als chirurgisches Skalpell.

    Hierzu 1 Blatt Zeichnungen