DE19615647C2 - Spulenmatte und erweiterte Spulenmatte sowie Generator für ihre Speisung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Spulenmatte zur Erzeugung eines flächenhaf­ ten Magnetfeldes, bei der mehrere, über eine Anschlußleitung mit einem Generator zur Stromspeisung verbindbare, über die Mattenfläche verteilte Einzelspulen vorgesehen sind. Solche Spulenmatten werden vor allem für die magnetische Wechselfeld-Beeinflussung von biologischem Material und Gewebe eingesetzt, beispielsweise um den Transport von Ionen von dem eine Zelle umgebenden Gewebe in das Zellinnere zu verstärken. Die Erfindung betrifft außerdem eine erweiterte Spulenmatte, bei welcher zwei der erfindungsgemäßen Spulenmatten sich kreuzend und in geringem Abstand aufeinanderliegend vorgesehen sind. Schließlich betrifft die Erfindung einen Generator zur Speisung der Spulenmatte bzw. der er­ weiterten Spulenmatte.

Geräte für solche Zwecke nebst den zugehörigen Spulenmatten sind bei­ spielsweise durch die WO 93/00 960 A1 und den in deren Recherchenbericht zitierten Stand der Technik bekannt. Mittels magnetischer Felder, insbesondere solchen mit besonderem zeitlichem Verlauf ihrer Amplitude, lassen sich nämlich biologische Wirkungen erzielen. Zur Erzeugung dieser Felder sind von einem entsprechenden Generator, wie einem Funktionsgenerator gespeiste Spulen vorgesehen. Die Ausbildung der Spulen erfolgt meist als Zylinderspule, deren Innenbereich als Wirkungsbereich dient oder als spiralförmige Flachspule, deren Außenraum als Wirkungsbereich dient. Auch ist es be­ kannt, mehrere solche Flachspulen über eine vorgegebene Fläche verteilt vorzusehen und in eine sogenannte Behandlungsdecke einzubringen. Diesen Spulen ist hinsichtlich des mit ihnen erzeugbaren Magnetfeldes gemeinsam, daß dieses im räumlichen Wirkungsbereich störend große Feldstärkeunterschiede aufweist. Eine für solche Spulen bekannte Aufteilung der Fläche in eine größere Anzahl von Teilflächen, deren jede eine Leiterspirale beinhaltet, verändert diese magnetischen Verhältnisse nicht grundlegend (vergleiche z. B. die DE 40 04 682 A1 und DE 41 08 437 A1). Ähnliche Schwierigkeiten treten bei Zylinderspulen auf, wenn man das magnetische Feld im Innenraum betrachtet. Hinzukommt, daß die elektrischen Zuleitungen zu den Anschlüssen der einzelnen Spule weitere, unerwünschte Spitzenwerte des magnetischen Feldes zur Folge haben können. Um ein gleichförmigeres Magnetfeld zu erreichen, wurde auch die Verwendung eines Helmholtz- Spulenpaares empfohlen, dessen innerer Feldraum als Wirkungsbereich benutzt wird. Diese Lösung ist wegen der bekannten Bedingung von wenigstens angenäherter Übereinstimmung von Spulendurchmesser und Spulenabstand indes räumlich ebenso sperrig und aufwendig wie Zylinderspulen und deshalb nur in wenigen Fällen anwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die oben gezeigten Schwierigkeiten des Standes der Technik zu beseitigen. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß, ausgehend von einer Spulenmatte zur Erzeugung eines flächenhaften Magnetfeldes, bei der mehrere, über eine Anschlußleitung mit einem Generator zur Stromspeisung verbindbare, nebeneinander über die Mattenfläche verteilte, in Serien- und/oder Parallelschaltung elektrisch verbundene Einzelspulen vorgesehen sind, die Einzelspulen als untereinander wenigstens nahezu flächeninhaltsgleiche Leiterschleifen ausgebildet sind, und daß die einzelnen Leiterschleifen über die Mattenfläche weitgehend gleichförmig verteilt und sich teilweise überlappend in der Mattenfläche angeordnet sind.

Weitere Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung sind der Beschreibung und den Patentansprüchen zu entnehmen.

Durch die US 4825162 ist es bekannt, für den Empfang sogenannter NMR-Antwortsignale bei Tomographen mehrere getrennte Empfänger vorzusehen und jedem der Empfänger eine eigene Leiterschleife zuzuordenen. Durch eine überlappende Anordnung der einzelnen Leiterschleifen soll sich nach den dortigen Ausführungen über ein gewisses räumliches Erfassungsgebiet ein gleichförmigeres SNR (Signal-zu- Geräusch-Verhältnis) erreichen lassen. Abgesehen davon, daß dies eine andere Aufgabenstellung als bei der Erfindung ist, ist diese Methode auch nicht in der dort aufgezeigten Weise auf den Fall der einer Behebung von örtlichen Feldkonzentrationen, insbesondere von Feldstärkespitzen übertragbar.

In der DE 33 44 471 A1 wird zur Erzielung eines gleichförmigen Magnetfeldes über eine Fläche eine Lösung dahingehend empfohlen, einen Abschnitt einer Leiterschleife als ein metallisiertes textiles Flächengebilde auszubilden und die Technik massiver Leiter zu verlassen. Allerdings zeigen diese Anordnungen trotzdem hohe Feldkonzentrationen im Bereich des nichttextilen Rückleiters, sodaß das textile Flächengebilde wesentlich größer in seinen Abmessungen sein muß, als die Fläche, in der eine Beeinflussung durch das zu erzeugende Magnetfeld erfolgen soll. Über die Haltbarkeit solcher metallisierter Flächengebilde bei Biegebeanspruchungen sind keine Aussagen entnehmbar. Diese ist aber wesentlich, wenn über lange Zeit konstante Feldverhält­ nisse reproduzierbar sein sollen, weil Metallisierungsunterbrechungen zu abweichenden Stromverteilungen führen. Ferner ist dort angegeben, daß sich mit mehreren solchen textilen Flächengebilden, je nach der gegen­ seitigen Anordnung, Ausrichtung und Speisung der textilen Flächengebil­ de, magnetische Wanderfelder oder Rotationsfelder erzeugen lassen.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung, die Ausführungs­ beispiele wiedergibt, näher erläutert.

In dieser Zeichnung zeigt:

die Fig. 1 ein Spulenmatten-Element, das als Leiterspirale ausge­ bildet ist,

die Fig. 2 den Feldstärkeverlauf des Magnetfeldes der Leiterspirale in Bezug auf das Koordinatensystem in der Fig. 1,

die Fig. 3 ein Spulenmatten-Element aus vier, gegeneinander verset­ ten Leiterschleifen,

die Fig. 4 den Feldstärkeverlauf des Magnetfeldes einer Anordnung nach der Fig. 3 in Bezug auf deren Koordinatenssystem,

die Fig. 5 schematisch den Verlauf der magnetischen Feldlinien einer Anordnung nach der Fig. 3 bei gleichsinniger Speisung der einzelnen Leiterschleifen,

die Fig. 6 schematisch den Verlauf der magnetischen Feldlinien einer Anordnung nach der Fig. 3 bei gegensinniger Speisung der einzelnen Leiterschleifen,

die Fig. 7 ein Spulenmatten-Element aus zwei länglichen Leiter­ schleifen,

die Fig. 8 eine Speisungsvariante für eine Anordnung nach der Fig. 7,

die Fig. 9 das Blockschaltbild einer Generatorschaltung für eine Speisung entsprechend der Fig. 8,

die Fig. 10 ein Bild zur Erläuterung der Ableitung einer besonderen Ausführungsform eines Spulenmatten-Elements,

die Fig. 11 ein weiteres Bild zur Erläuterung der Ableitung der beson­ deren Ausführungsform eines Spulenmatten-Elements,

die Fig. 12 eine besondere Ausführungsform einer Spulenmatte,

die Fig. 13 die Verteilung des Betrags der magnetischen Feldstärke einer Spulenmatte nach der Fig. 12 in Bezug auf die Koordinate x ihres Koordinatensystems,

die Fig. 14 die Verteilung des Betrags der magnetischen Feldstärke einer Spulenmatte nach der Fig. 12 in Bezug auf die Koordinate x ihres Koordinatensystems, bei einer Verminde­ rung des Einzelleiterabstands an den Mattenrändern,

die Fig. 15 eine konstruktive Ausführung einer Spulenmatte und

die Fig. 16 eine Anordnung von Spulenmatten zur Erzeugung eines wir­ belnden Magnetfeldes in einem vorgegebenen Raumbereich.

In der Fig. 1 ist in Schrägansicht eine als Spirale ausgebildete Spule Sp gezeigt, die von einem nicht dargestellten Generator mit Strom ge­ speist wird. In der Schrägansicht ist ein karthesisches Koordinatensytem eingezeichnet, dessen Nullpunkt 0 im Zentrumm der Spirale liegt. Diese Spulenausbildung hat wegen der Tatsache, daß alle magnetischen Feldli­ nien durch das Zentrum hindurchgehen, zur Folge, daß sich ein Verlauf des Betrags der magnetischen Feldstärke ergibt, der in etwa dem einer Gloc­ kenkurve entspricht. Dieser Verlauf des Betrags, bzw. Absolutwertes |H| ist in der Fig. 2 für die drei Koordinatenrichtungen x, y und z schematisch gezeigt.

Die Folge ist die einleitend erwähnte, in vielen Fällen störende Feldstärkespitze im Zentrumsbereich der Spirale. Die Darstellung der Verläufe ist dabei nur als Hüllkurve zu verstehen und läßt die von der Anzahl der Windungen abhängige Wellung der Verläufe außer Betracht.

Bei dem in der Fig. 3 ebenfalls in Schrägansicht dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung werden demgegenüber mehrere Leiterschlei­ fen, beispielsweise die vier Leiterschleifen L1, L2, L3 und L4, in Rich­ tung der Koordinate x gegeneinander versetzt und sich teilweise überlap­ pend angeordnet. Die einzelnen Leiterschleifen haben in etwa die gleiche Schleifenfläche. Durch eine solche Anordnung und Ausbildung ergibt sich ein Verlauf des Betrags der magnetischen Feldstärke in Richtung der drei Koordinaten x, y und z, wie er in der Fig. 4 schematisch dargestellt ist. Auch hier sind nur die Hüllkurven dargestellt. Die Maxima der drei Verläufe sind wesentlich abgesenkt und in Richtung der Koordinate x ist das magnetische Feld bis weit nach außen relativ gleichförmig und dann erst am Ende der Reihe von Leiterschleifen auf den Wert von praktisch Null abfallend.

Eine solche Reihe von Leiterschleifen kann, so wie in der Fig. 3 durch gestrichelte Verbindungen gezeigt, in der Weise in Serie geschaltet werden, daß sie - von oben gesehen - alle im gleichen Richtungssinn vom Betriebsstrom durchflossen werden. Dieser Betriebsfall ist in der Fig. 5 für eine Ebene dargestellt, die durch die Koordinaten x und z bestimmt ist. In die Zeichenebene eintretende Ströme sind als Kreuze und aus der Zeichenebene heraustretende Ströme als Punkte dargestellt. Die in der Fig. 3 mit den Ziffern 1 bis 9 gekennzeichneten Leiter der einzelnen Leiterschleifen entsprechen den mit den gleichen Ziffern gekennzeichne­ ten Leitern in der Fig. 5. Die magnetischen Feldlinien, welche die ein­ zelnen Leiter umschließen, haben in Richtung der Koordinate x alternie­ rend wechselnde Richtung. Der Grad der Überlappung und die Breite der einzelnen Leiterschleifen in Richtung der x-Koordinate bestimmt den Detailverlauf der magnetischen Feldstärke, und zwar nach Größe und Rich­ tung.

Durch eine Serienschaltung der einzelnen Leiterschleifen in dem Sinn, daß benachbarte Leiterschleifen jeweils gegensinnig von Betriebstrom durchflossen werden, ergibt sich das Stromflußbild nach der Fig. 6. Die entsprechende elektrische Verbindung der einzelnen Leiterschleifen ist in der Fig. 3 durch gepunktete Verbindungen dargestellt. Wie aus den schematisch eingezeichneten magnetischen Feldlinien erkennbar, wird durch diese Speisung die zur Richtung der x-Koordinate parallele Feld­ komponente wesentlich stärker ausgeprägt.

In beiden Fällen ist die aus der Fig. 2 ersichtliche Feldstärkenspitze weitgehend vermindert.

Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 und 8 überlappen sich die einzelnen Leiterschleifen nicht. Eine Untersuchung zeigt, daß im we­ sentlichen die gleichen Bedingungen gegeben sind, wie bei dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach der Fig. 3.

In der Fig. 7 sind zwei längliche Leiterschleifen S1 und S2 zumindest angenähert in einer Fläche, welche durch die von der Spulenmatte einge­ nommene Fläche bestimmt wird, nebeneinander angeordnet. Die Leiter­ schleife S1 enthält die Längsleiter 1 und 1' und die Leiterschleife S2 die Längsleiter 2 und 2'. Die Leiterschleife S1 ist über die Zuleitungen 3 und 3' mit einem, einen gewünschten zeitlichen Verlauf seiner Amplitu­ de aufweisenden Speisungsstrom erzeugenden, elektrischen Generator G verbunden. Gleichartig ist die Leiterschleife S2 über die Zuleitungen 4 und 4' mit dem Generator G verbunden.

Zur Reduzierung der zum Generator G führenden Leitungen sind die Leiter­ schleifen S1 und S2 über Leiterbügel 5 und 6 parallel geschaltet.

Bei dieser Schaltung ergibt sich in einer senkrecht die Leiter schnei­ denden Ebene ein Verlauf des Magnetfeldes, der dem nach der Fig. 5 schematisch entspricht. Sind die Leiter 1' und 2 eng benachbart, so ist in ihrem Bereich eine Anhebung der Stärke des Magnetfeldes gegenüber den Bereichen um die Leiter 1 und 2' gegeben. Durch Vergrößerung des seitli­ chen Abstandes A der Leiter 1' und 2 läßt sich die Anhebung in gewissen Grenzen absenken.

Verbindet man mit dem Generator über die Leiterbügel 5 und 6 - gegensin­ nig zur Darstellung in der Fig. 7 - die Zuleitungen 3 und 4 bzw. die Zuleitungen 3' und 4', so ergibt sich ein Verlauf des Magnetfeldes der in etwa dem nach der Fig. 6 entspricht. Die Felder um die Leiter 1' und 2 kompensieren sich bei einem geringen seitlichen Abstand A dieser Lei­ ter teilweise, wodurch im Bereich dieser Leiter die Stärke des Magnet­ feldes abgesenkt wird. Durch eine Vergrößerung des seitlichen Abstandes A der Leiter 1' und 2 kann diese Absenkung reduziert werden. Eine Ver­ größerung der Breite d der einzelnen Leiterschleife bewirkt ein Anhe­ bung der magnetischen Feldstärke in Richtung der Koordinate z (vergl. Fig. 3). Die Schleifenlänge l bestimmt den Längenbereich, über den we­ nigstens nahezu gleiche Feldverhältnisse gegeben sind.

In der Fig. 8 ist eine Schaltung gezeigt, bei der die beiden Leiter­ schleifen S1 und S2 über ihre Anschlüsse a und b bzw. a' und b' getrennt von einem, zwei Ausgänge aufweisenden Generator G gespeist werden. Zwischen den Strömen, die von den beiden Ausgängen in die Leiterschlei­ fen S1 und S2 eingespeist werden, ist eine Phasenverschiebung α ein­ stellbar. Erreicht werden kann dies beispielsweise dadurch, daß - wie in der Fig. 9 schaltungstechnisch dargestellt - vom Generator G der eine Ausgang, zum Beispiel a, b, unmittelbar gespeist wird, während der andere Ausgang über ein vorzugsweise einstellbares Phasendrehglied α mit dem Generator G verbunden ist. Wird eine Phasenverschiebung von 180° gewünscht, entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform, so kann das Phasendrehglied entweder ein Phasenumkehr-Transformator oder eine Phasenumkehrschaltung an sich bekannter Art sein. Ein Transformator empfiehlt sich vor allem dann, wenn der Speisestrom der Leiterschleifen frei von einer Gleichstrom-Komponente ist. Enthält hingegen der Speisestrom eine Gleichstrom-Komponente oder über längere Zeit quasi eine solche, so empfiehlt sich die Verwendung einer der bekannten. Phasenumkehrschaltungen auf Halbleiter-Basis.

In der Fig. 8 sind als stark ausgezogene Pfeile die Stromrichtungen in den beiden Leiterschleifen S1 und S' für den Fall einer Phasenverschie­ bung von 0° eingezeichnet. Führt man die erwähnte Phasenverschiebung α von 180° für den Anschluß a', b' gegenüber dem Anschluß a, b ein, so er­ gibt sich in der Leiterschleife die durch gestrichelte Pfeile kenntlich gemachte Stromrichtung. Für diesen Fall heben sich die von den beiden Leitern b und b' ausgehenden Magnetfelder bei geringem gegenseitigem Ab­ stand d der beiden Leiter praktisch gegenseitig weitgehend auf. Es entspricht dies dem Ersatzschaltbild nach der Fig. 10. Ersetzt man die beiden Leiter b und b' - wie in dem Ersatzschaltbild der Fig. 11 gezeigt - durch einen gemeinsamen Leiter b-b', b-b', bezogen auf einen Augenblickswert, so kompensieren sich für den Fall der Phasenverschie­ bung von α = 180° die Stromflüsse in dem gemeinsamen Leiter b-b'. Sind die beiden Stromflüsse amplitudengleich, so tritt eine vollständige Kom­ pensation ein. Das bedeutet, daß der gemeinsame Leiter b-b' stromlos ist und kein Magnetfeld erzeugt. Durch eine solche Ausbildung kann man also erreichen, daß die Leiterrückführung der beiden Leiterschleifen S1 und S2 im Gegensatz zu der Stromrückführung bei der erwähnten Flachspirale kein unerwünschtes Magnetfeld erzeugt.

Diese Ausführung eröffnet eine besonders vorteilhafte Ausbildung für eine Spulenmatte. Ersetzt man die Leiter a und a' durch eine Vielzahl paralleler Einzelleiter, so wie es in der Fig. 12 schematisch gezeigt ist - und verbindet diese in der dargestellten Weise miteinander, so er­ hält man zwei übereinander liegende Leiterebenen E1 und E2. Durch einen seitlichen Versatz, vorzugsweise um den halben seitlichen Leiterabstand d und eine geringen Abstand D der beiden Leiterebenen entsteht eine Vielzahl von Leiterschleifen, die sich durch einen hohen Grad von Gleichförmigkeit des im Speisungsfall erzeugten Gesamt-Magnetfeldes auszeichnen, und zwar über die gesamte, durch die Leiterebenen bestimmte Fläche. Auch hierbei können die beiden Rückleiter b und b' zu einem ge­ meinsamen Rückleiter vereinigt werden. Im Fall von getrennten Rücklei­ tern werden diese zweckmäßig möglichst eng benachbart zueinander geführt, um bei gegenphasig in ihnen fließenden Strömen eine möglichst vollständige Feldkompensation der von ihnen ausgehenden Magnetfelder zu erzwingen. Die Rückleiter beziehungsweise der gemeinsame Rückleiter können, wie dargestellt, an einem Seitenrand der Spulenmatte angeordnet werden. Es ist jedoch auch möglich, diese Leiter innerhalb der Spulenmatte vorzusehen.

Wählt man den gegenseitigen seitlichen Abstand A' der einzelnen Leiter in der einzelnen Leiterebene gleich groß, so ergibt sich eine Verteilung des Magnetfeldes in einer senkrecht die Leiterebene schneidenden Ebene, wie es in der Fig. 13 schematisch skizziert ist. Auf der Abszisse ist der seitliche Abstand x von der Mitte der Leiterebene aufgetragen. Auf der Ordinate ist der Betrag |H| der magnetischen Feldstärke H aufgetra­ gen. Lediglich an den seitlichen Rändern der Leiterebenen fällt der Wert des Betrags ab. Wenn das im Einzelfall unerwünscht ist, so kann dem da­ durch begegnet werden, daß der gegenseitige seitliche Leiterabstand d in den Randbereichen gegenüber dem Wert im Mittelbereich der Leiterebenen vermindert wird. Man erhält dann eine Feldverteilung, die in etwa dem in der Fig. 14 skizzierten Verlauf entspricht. Die Verläufe entsprechen in in etwa einer Chebycheff-Kurve. Die Anzahl der Maxima entspricht der An­ zahl der Leiter und der Betragsunterschied zwischen den Maxima und den Minima wird durch den gegenseitigen seitlichen Abstand d der einzelnen Leiter festgelegt.

Man kann auch die Ströme in den einzelnen Leitern im Betrag unterschied­ lich machen, beispielsweise durch entsprechend unterschiedliche Wider­ standswerte der einzelnen Leiter (z. B. unterschiedliche Querschnitte und/oder unterschiedliche spezifische Widerstandswerte aufweisende Mate­ rialien).

Da die erfindungsgemäße Ausgestaltung hinsichtlich der Länge l der ein­ zelnen Leiter der Leiterebenen eine weitgehende Freiheit ergibt, ist es möglich, nicht nur über kleinere Flächen, wie die eines Kissens, ein weitgehend gleichförmiges Magnetfeld sicherzustellen, sondern auch über größere Flächen, die eine größere Länge als Breite haben. Ein Beispiel ist die erwähnte Behandlungsdecke.

In der Fig. 15 ist in einem Schnittbild eine konstruktive Ausgestaltung einer Spulenmatte wiedergegeben. Der Schnitt verläuft dabei in einer die einzelnen Leiter Lt1 bzw. Lt2 schneidenden, senkrecht zu der durch die Koordinaten x und y in der Fig. 12 festgelegten Ebene. Auf zwei dünnen, vorzugsweise biegsamen Folien F1 und F2 aus elektrisch isolierendem Material sind nach Art einer "Gedruckten Schaltung" die einzelnen Leiter L aufgebracht. Jede der beiden Folien F1 bzw. F2 ist in gleicher Weise mit einem Rückleiter RL versehen. Die Folien haben eine Länge und Breite die den gewünschten Abmessungen der Spulenmatte entspricht. An ihren Enden sind die einzelnen Leiter Lt1 bzw. Lt2 entsprechend der Fig. 12 elektrisch geschaltet. Die Folien können auch so zueinander angeordnet werden, daß ihre von den Leitern Lt1 oder Lt2 freien Flächen einander zugewandt sind, oder daß eine der Folien mit ihrer Leiterseite (Lt1 oder Lt2) auf der Rückleiterseite der anderen Folie anliegt.

Eine Abwandlung ist dahingehend möglich, daß nur eine Folie aus elek­ trisch isolierendem, biegsamem Material vorgesehen wird und die Leiter Lt1 bzw Lt2 der beiden Leiterebenen auf den gegenüberliegenden Außenflä­ chen dieser Folie aufgebracht werden. Für diesen Fall empfiehlt es sich, die beiden oder einen gemeinsamen Rückleiter an einem Seitenrand der Folie anzuordnen.

Zur Verbindung der einzelnen Leiter L untereinander und/oder mit den(dem) Rückleiter(n) können die für gedruckte Schaltungen bekannten Methoden, wie Durchkontaktierungen, Mehrschicht-Ausbildung und Leiter­ schleifen Anwendung finden.

Es ist auch möglich, die einzelnen Leiter als hochelastische, biegsame Leiter auszubilden und in eine Textilbahn in an sich bekannter Weise einzubringen. Diese Technik ist beispielsweise durch elektrische Heiz­ kissen und Heizdecken bekannt. Diese Ausbildung kann vor allem deshalb ohne Bedenken Anwendung finden, weil die elektrischen Potentialunter­ schiede zwischen den einzelnen Leitern sehr gering sind. Das bedingt die für die Magnetfeld-Erzeugung nötige Stromspeisung der einzelnen Leiter, die einen geringen elektrischen Widerstand des einzelnen Leiters erfor­ dert. Soll beispielsweise in einem Leiter ein Strom von 1 Ampere fließen und hat der Leiter einen elektrischen Widerstand von 1 Ohm, so beträgt der Spannungsabfal über seine gesamte Länge nur 1 Volt - ein Wert der weit unter der sogenannten Gefährdungsgrenze liegt -.

An sich könnte im Fall eines gemeinsamen Rückleiters und im Idealfall sich auf den Wert Null kompensierender Rückströme der gemeinsame Rück­ leiter entfallen. In der Praxis ist es jedoch empfehlenswert, den gemein­ samen Rückleiter zu belassen, um eine Potentialfixierung sicherzustellen. Der Leiterquerschnitt und die Belastbarkeit der Rückleiter sollte so groß gewählt werden, daß er mit der Summe der Ströme der einzelnen Lei­ ter einer der beiden Leiterebenen belastbar ist. Diese Belastung kann nämlich dann auftreten, wenn im Betriebsfall durch einen Ausfall der elektrischen Speisung eine der beiden Leiterebenen ausfällt oder unter­ schiedlich wird.

Durch die Erfindung wird noch eine weitere - durch die einleitend ge­ nannte DE 33 44 471 A1 an sich bekannte - we­ sentliche Möglichkeit eröffnet. Ordnet man - so wie in der Fig. 16 schematisch dargestellt - zwei Spulenmatten M1, M2 sich kreuzend und in geringem gegenseitigem Abstand übereinander an, so ist bei Speisung bei­ der Spulenmatten das resultierende Magnetfeld die vektorielle Summe aus den beiden Einzelfeldern. Speist man die untere Spulenmatte aus einem ersten Generator und die obere Spulenmatte aus einem weiteren, gleichar­ tigen Generator, so kann man durch eine Phasenverschiebung zwischen den Ausgangsströmen der beiden Generatoren den vektoriellen Summenvektor in seiner räumlichen Ausrichtung beeinflussen. Dies ist zum Beispiel dadurch möglich, daß der zweite Generator von dem ersten Generator über ein Phasendrehglied entsprechend der Fig. 9 gesteuert wird.

In Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Generatoren, wie in der Fig. 16 schematisch dargestellt, als sogenannte Funktionsgeneratoren FG1 und FG2 ausgebildet, die ein formgleiches Ausgangssignal liefern. Solche Funktionsgeneratoren sind an sich allgemein bekannt und bei­ spielsweise in der einleitend genannten Internationalen Patentanmeldung nebst einer Literaturangabe beschrieben. Die Funktionsgeneratoren sind des weiteren in an sich bekannter Weise so ausgebildet, daß sie durch ein Triggersignal zur Abgabe beispielsweise einer oder auch mehrerer vollständiger Perioden des Ausgangssignals auslösbar sind. Durch eine Schaltung TG (Triggergenerator) und α1 (digitale Laufzeitkette) werden zwei gegenseitig einstellbare phasenverschobene Triggersignalfolgen für das Zeit- bzw. phasenversetzte Arbeiten der beiden Funktionsgeneratoren erzeugt.

Dadurch wird die Möglichkeit eröffnet, die Phasenverschiebung der Ströme in den einzelnen Leitermatten, beispielsweise durch die einstellbare Laufzeitkette α1 in gewünschter Weise zwischen den Werten 0 und 2π, vor­ zugsweise periodisch zu verändern. Bei einer solchen Betriebsart rotiert der Summenvektor sozusagen um die z-Koordinate und erzeugt mit anderen Worten unterhalb und oberhalb der beiden Spulenmatten ein wirbelndes Ma­ gnetfeld.

Im Vorstehenden wurde gezeigt, daß es möglich ist, die einzelnen Leiterschleifen elektrisch in Serie oder parallel zu betreiben. Im Einzelfall ist die Betriebsart abhängig von der Gesamt-Eingangsimpedanz, die an den Anschlüssen der einzelnen Spulenmatte gewünscht wird. Da die Stärke des erzeugten Magnetfeldes primär von der Stärke des Stromes in den einzelnen Leitern abhängig ist, ist eine vorherrschende Stromspei­ sung der einzelnen Leiterschleifen anzustreben. Dies erfordert einen niedrigen Innenwiderstandswert des speisenden Generators. Aus Anpas­ sungsgründen empfiehlt es sich deshalb, die Anschlußimpedanz der einzel­ nen Spulenmatte entsprechend anzupassen. Um Verzerrungen des Stromflus­ ses in den Leiterschleifen zu vermeiden, ist es desweiteren empfehlens­ wert, Resonanzen im Bereich der Spulenmatten weitgehend zu vermeiden, indem man diese durch ohmsche Widerstände aperiodisch macht oder als an den Generator angepaßten Tiefpaß ausbildet, dessen obere Grenzfrequenz der höchsten vom Generator abzugebenden Frequenz Rechnung trägt. Solche Widerstände können durch die einzelnen Leiter selbst gebildet werden, indem ihr Leiterquerschnitt und/oder das für sie verwendete Leitermate­ rial entsprechend gewählt werden.

Durch die Länge l der einzelnen Leiterschleife, deren Breite d und die Anzahl der nebeneinander angeordneten und die Lage der Leiterschleifen zueinander - soweit der Schleifenabstand A, wie im Fall der Fig. 12 gleich Null ist - hat man die Möglichkeit, auch über große Flächen ein gleichförmiges Magnetfeld zu erzeugen. So ist es möglich, die Länge l der einzelnen Leiterschleife der Länge einer Behandlungsdecke nahezu gleich zu machen und so viele Leiterschleifen nebeneinander, gegebenenfalls sich teilweise überlappend, anzuordnen, daß nahezu die gesamte Breite der Behandlungsdecke abgedeckt wird. Die Leiter der einzelnen Leiter­ schleifen müssen auch nicht zwingend gerade geführt sein, sondern können beispielsweise nach Art einer Schlangenlinie vorgesehen werden. Auch ist es möglich, über die Länge der einzelnen Leiterschleife den Abstand ihrer Leiter unterschiedlich zu machen, beispielsweise für den Fall, daß für einzelne Bereiche der Decke unterschiedliche Intensitäten des Magnetfel­ des gefordert werden.

Wesentlich für eine Ausführung entsprechend der Fig. 12 ist, daß bei einer Speisung von E2 im gestrichelt eingezeichneten Sinn die einzelnen Leiter L von E1 und E2, auf den Augenblickswert bezogen, im gleichen Richtungssinn stromdurchflossen sind. Dadurch entsteht eine einheitliche Ausrichtung der magnetischen Feldlinien über die Gesamtbreite von E1, E2. Erreichbar ist diese Speisung durch einen Phasenunterschied von 180° der in E1 und E2 eingespeisten Ströme. Die Ströme in einem gemeinsamen Rückleiter kompensieren sich dabei. Diese Speisungsart ist auch für jede der beiden Spulenmatten M1, M2 in Fig. 16 mit Vorteil einsetzbar.

Claims (20)

1. Spulenmatte zur Erzeugung eines flächenhaften Magnetfeldes, bei der mehrere, über eine Anschlußleitung mit einem Generator zur Strom­ speisung verbindbare, nebeneinander über die Mattenfläche verteilte, in Serien- und/oder Parallelschaltung elektrisch verbundene Einzel­ spulen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelspu­ len als untereinander wenigstens nahezu flächeninhaltsgleiche Lei­ terschleifen ausgebildet sind, und daß die einzelnen Leiterschlei­ fen über die Mattenfläche weitgehend gleichförmig verteilt und sich teilweise überlappend in der Mattenfläche angeordnet sind.

2. Spulenmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel­ nen Leiterschleifen zumindest angenähert Rechteckform haben.

3. Spulenmatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Leiterschleifen von länglicher Form sind.

4. Spulenmatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest für einen Teil der Leiterschleifen eine Ver­ bindungsschaltung zur Anschlußleitung mit derartiger Ausbildung vor­ gesehen ist, daß räumlich benachbarte Leiter vom Speisungsstrom in der gleichen Richtung durchflossen werden.

5. Spulenmatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest für einen Teil der Leiterschleifen eine Ver­ bindungsschaltung zur Anschlußleitung mit derartiger Ausbildung vor­ gesehen ist, daß räumlich benachbarte Leiter vom Speisungsstrom in gegensinniger Richtung durchflossen werden.

6. Spulenmatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zumindest ein Leiterabschnitt einer Leiterschleife aus einer Mehrzahl getrennter, elektrisch jedoch parallel geschalteter, eine Leitermatte bildender Leiter besteht, die in der Mattenfläche unter Bildung sich überlappender Leiterschleifen nebeneinander lie­ gend angeordnet sind.

7. Spulenmatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei derart ausgebildete Leiterschleifen in der Spulenmatte, hinsichtlich ihrer Leiter seitlich versetzt, übereinanderliegend vorgesehen sind.

8. Spulenmatte nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rück­ leiter beider Leitermatten zueinander eng benachbart angeordnet sind.

9. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leitungsquerschnitt des Rückleiters der einzelnen Lei­ termatte dem Gesamtquerschnitt der elektrisch parallelen Leiter der jeweiligen Leitermatte entspricht.

10. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Leitermatten einen gemeinsamen Rückleiter haben.

11. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Hin- und Rückleiter der einzelnen Leiterschleife wenigstens na­ hezu die gleiche Anzahl von Einzelleitern haben.

12. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Leitermatten wenigstens nahezu gleich ausgebil­ det sind, und daß der seitliche Versatz der beiden Leitermatten zu­ mindest angenähert dem halben Leiterabstand in einer der beiden Lei­ termatten entspricht.

13. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß der Leiterabstand in Bereichen, in denen eine Anhebung oder Absenkung das Magnetfeldes gefordert ist, derart unterschiedlich ge­ genüber den anderen Bereichen ausgebildet ist, daß sich der für die­ sen Bereich geforderte Unterschied der magnetischen Feldstärke in Bezug auf die anderen Bereiche einstellt.

14. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 4 bis 12, dadurch gekennzeich­ die einzelnen Leiter in Bereichen, für die eine Anhebung oder Absen­ kung des Magnetfeldes gegenüber anderen Bereichen gefordert ist, derart im Querschnitt und/oder Leitermaterial unerschiedlich ausge­ bildet sind, daß sich die für diesen Magnetfeldverlauf erforderliche unterschiedliche Verteilung der Stromstärken zwischen den einzelnen Leitern einstellt.

15. Spulenmatte nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Speisungsschaltung zur Verbindung der Leiter mit der Anschlußleitung derart ausgebildet ist, daß sich die Ströme in den Rückleitern der Spulenmatten zumindest hinsichtlich des von ihnen ausgehenden Magnetfeldes kompensieren.

16. Erweiterte Spulenmatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß zwei Spulenmatten sich kreuzend und in ge­ ringem gegenseitigem Abstand aufeinanderliegend vorgesehen sind, und daß jede die beiden Spulenmatten mit einem eine gegenseitig unabhän­ gige Speisung sicherstellenden Anschluß versehen ist.

17. Generator zur Speisung einer Spulenmatte nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Ausgänge zur Spei­ sung von Leiterschleifen vorgesehen sind.

18. Generator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schal­ tung zur Erzeugung eines Speisungsstromes vorgegebenen zeitlichen Amplitudenverlaufs vorgesehen ist, die einen der beiden Ausgänge speist, und daß der andere Ausgang über ein Phasenumkehrglied mit der Schaltung zur Erzeugung des Speisungsstromes verbunden ist.

19. Generator zur Speisung einer Spulenmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 14, insbesondere zur Speisung einer erweiterten Spulenmatte nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß zwei, ein formgleiches Ausgangssignal liefernde Einzelgeneratoren vorgesehen sind, und daß die Phasenlage zwischen den Ausgangssignalen beider Einzelgenerato­ ren veränderbar ist.

20. Generator nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzel­ generatoren als hinsichtlich des Startzeitpunkts ihres Ausgangssi­ gnals triggerbare Funktionsgeneratoren ausgebildet sind, und daß eine Schaltung zur vorzugsweise einstellbaren Abgabe von gegenei­ nander zeitverzögerten Triggersignalen für die beiden Einzelge­ neratoren vorgesehen ist.