DE4229594A1

DE4229594A1 - Verfahren und Vorrichtung zum elektro-magnetischen Behandeln eines Fluides

Info

Publication number: DE4229594A1
Application number: DE19924229594
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Auf Nennung Verzicht
Original assignee: MAYRING ARNOLD A
Current assignee: MAYRING ARNOLD A
Priority date: 1992-09-04
Filing date: 1992-09-04
Publication date: 1994-03-10

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektro-magnetischen Behandeln eines Fluides, insbesondere Wasser, bei dem das Fluid dem Feld zweier, mit Rechteckspannung beaufschlagter, in Achsrichtung hintereinander angeordneter Spulen ausgesetzt wird.

Ein solches Verfahren ist z. B. aus dem Prospekt "Wasser ist nicht problemlos" der Firma Faust Handels- und Vertriebsgesellschaft mbH Orleshäuserstraße 19, W-6470 Büdingen, bekannt.

Unter "Fluid" wird zunächst jedes gasförmige oder flüssige Medium verstanden. Medien, die besonders vorteilhaft durch das Verfahren behandelt werden, werden noch unten angegeben.

Unter "Wasser" wird insbesondere übliches Trink- und/oder Brauchwasser verstanden, das mit den üblichen Mineralien und anderen nützlichen oder schädlichen Zusatzstoffen versehen ist.

Unter "mit Rechteckspannung beaufschlagt" wird verstanden, daß an die Spulenenden der Ausgang eines Rechteckgenerators (wobei unter "Rechteck" auch Stufenspannun gen verstanden werden sollen) angelegt wird. Unter der Last der Spule verändert sich die angelegte Spannung ggfs. gemäß den bekannten Gesetzmäßigkeiten der Wechselstromlehre.

Es hat sich herausgestellt, daß die zahlreichen bekannten gattungsgemäßen Geräte, von denen das zitierte nur ein Beispiel darstellt, nicht immer hinreichend zuverlässig die gewünschte Wirkung erzielen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der angegebenen Gattung derart weiterzubilden, daß es, insbesondere auch bei unterschiedlichsten Materialien, die das Fluid ggfs. umhüllen und dadurch eine das Feld beeinflussende Schranke zwischen Spule und Fluid bilden, zuverlässig wirkt.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß an jede der Spulen eine gesonderte Rechteckspannung angelegt wird und daß die Rechteckspannungen gegeneinander phasenverschoben sind.

Bei den bislang bekannten Verfahren werden nämlich zwar häufig zwei Spulen ver wandt, diese jedoch sind hintereinandergeschaltet, so daß sie sich elektrisch letztlich wie eine Spule verhalten.

Der Erfinder hat nun gefunden, daß durch die Phasenverschiebung der gesonderten Rechteckspannungen Überlagerungseffekte erzielt werden, so daß überraschender weise - die theoretischen Hintergründe derartiger Behandlungen sind bislang noch keineswegs als geklärt zu betrachten - die gewünschten Ergebnisse, die unten bei den Anwendungen näher ausgeführt werden, in erheblich höherem Maße oder überhaupt erst erreicht werden.

Besonders bevorzugt wird jeweils die Frequenz der an die Spulen angelegten Rechteck spannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus variiert.

Von den Kenngrößen der Rechteckspannung (Impulshöhe, Periode (Zeitraum vom An stieg bis zum erneuten Anstieg) und Taktverhältnis) wird hier also die Periode (und damit die Frequenz) innerhalb eines längeren Zeitraums (zur Unterscheidung hier Zyklus genannt) variiert.

Der Erfinder hat wiederum gefunden, daß durch die entsprechenden Überlagerungen Schwebungen entstehen, die eine bessere Durchdringung der unterschiedlich abschir menden Materialien zwischen Spule und Fluid ermöglichen. Ferner werden je nach zu behandelndem Fluid und der Durchflußmenge und Geschwindigkeit des Fluides durch das Feld mit unterschiedlichen Frequenzen optimale Ergebnisse erzielt. Durch das ver hältnismäßig kurzfristige Durchfahren unterschiedlicher Frequenzen, kombiniert mit dem Überlagerungseffekt, der sich mit Hilfe der Verwendung zweier Spulen ergibt, wird dadurch eine gewisse Unabhängigkeit von den jeweils vorliegenden Verhältnissen erreicht. Diese Verhältnisse sind in der Praxis aber höchst unterschiedlich und auch nicht immer sicher vorausberechenbar.

Besonders bevorzugt wird jeweils das Tastverhältnis der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus variiert.

Dadurch wird eine noch größere Variation bei den Überlagerungseffekten erzielt.

Bevorzugt liegt die Zykluszeit im Bereich zwischen 3 und 10 Sekunden, besonders bevorzugt 7 bis 8 Sekunden. Ganz besonders bevorzugt liegt sie bei 7,5 Sekunden. Die Zykluszeit ist, wie schon oben angegeben, diejenige Zeit, in der sich die erfindungsgemäßen Veränderungen (Periode bzw. Frequenz; Tastverhältnis) ändern. Mit einem neuen Zyklus beginnen diese Änderungen wieder von vorne. Auch hier hat der Erfinder gefunden, daß diese Zykluszeiten eine ausreichende Variation der auf das Fluid wirkenden Felder gewährleisten.

Bevorzugt wird die Frequenz der Rechteckspannungen im Zyklus im Bereich von 0,5 bis 5 kHz, besonders bevorzugt 1,5 bis 3,6 kHz, ganz besonders bevorzugt 2 bis 3 kHz, moduliert.

Wiederum hat der Erfinder gefunden, daß Frequenzen in diesem Bereich für die unten näher angegebenen Anwendungen einerseits und für eine Durchdringung der üblicher weise die Fluide umhüllenden Werkstoffe optimal geeignet sind.

Bevorzugt wird das Tastverhältnis im Zyklus zwischen 2 und 1/20 variiert. Unter Tast verhältnis wird hier in üblicher Weise das Verhältnis der Zeit, in der an die Spule eine vom Nullpotential unterschiedliche Spannung angelegt ist, zu der Zeit, an der an beiden Spulenenden das Erd- oder Nullpotential angelegt ist, verstanden. Unter "angelegtem Potential" wird immer das Potential verstanden, das z. B. ein Rechteckgenerator erzeugt.

Bevorzugt haben die Spulen eine Induktivität im Bereich von 0,1 bis 10 mH, besonders bevorzugt von 0,5 bis 5 mH.

Eine solche Induktivität hat sich als ausreichend erwiesen, um entsprechende magne tische Felder auf die zu behandelnden Fluide einwirken lassen zu können.

Bevorzugt hat die Rechteckspannung eine Scheitelhöhe von 8 bis 1 2 V, besonders bevorzugt 11,5 V, bei einem Strom von bevorzugt ca. 5,5 mA bis, besonders bevorzugt ca. 55 mA. Dies sind wiederum die Werte, die z. B. von einem Rechteckgenerator erzeugt werden.

Bevorzugt sind den Rechteckgeneratoren jeweils ein NF-Verstärker nachgeschaltet. Insbesondere für industrielle Anwendungen sind häufig größere Leistungen und stärkere Felder erforderlich, die bei prinzipiell unveränderter Schaltung durch einen Verstärker erreicht werden können.

Bevorzugt liegt der Abstand der einander zugewandten Spulenenden (710, 820) zwischen 30 mm und 200 mm, besonders bevorzugt zwischen 50 mm und 150 mm, ganz besonders bevorzugt zwischen 120 mm und 150 mm. Es hat sich herausgestellt, daß die kombinierte Wirkung der Spulen auf die Fluide bei diesen Abständen, insbesondere bei Einhaltung der anderen angegebenen Parameter, besonders groß ist.

Das Verfahren wird bevorzugt auf carbonathaltiges Wasser angewendet. Dabei kann erreicht werden, daß Calciumcarbonat, CaCO₃ die das Verkalken von Rohrleitungen bewirkende Substanz, nicht als das schwerlösliche Calcit kristallisiert, sondern in einer Modifikation (Aragonit), die Kristalle bildet, die sich weniger leicht ablagern und vom Wasser leichter mitgeführt werden. Möglicherweise handelt es sich auch um einen amorphen Zustand. Ferner kann erreicht werden, daß schon bestehende Ablagerungen an Rohrleitungen so umgewandelt werden, daß sie vom Wasser mitgeführt werden können. Bei entsprechend behandeltem Wasser kann nach den Erfahrungen des Erfinders auch die Zugabe von laugeartigen Wasserzusätzen für Reinigungsprozesse wesentlich verringert werden.

Besonders bevorzugt ist das Fluid nitrathaltiges Wasser. Es hat sich nämlich heraus gestellt, daß der Nitratgehalt (NO₃) des Wassers sich bei Anwendung des Verfahrens vermindert. Daher eignet sich das Verfahren auch z. B. zur Anwendung in Gewässern, seien es Fließgewässer oder stehende Gewässer.

Besonders bevorzugt ist das Fluid ein Kraftstoff. Es ist zwar schon mehrfach beschrieben worden, daß die magnetische Beeinflussung von Kraftstoffen den Verbrauch herabsetzt. Nach den Erfahrungen des Erfinders liegt jedoch mit dem hier beschriebenen besonderen Verfahren eine Steigerung dieses Effektes vor.

Bevorzugt ist das Fluid eine Körperflüssigkeit, in vivo oder in vitro. Es hat sich gezeigt daß sich durch Anwendung der speziellen, hier beschriebenen und beanspruchten mag netischen Felder günstige physiologische Wirkungen, insbesondere eine Beschleunigung von Heilprozessen, z. B. bei Knochenbrüchen, ergeben.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Anlegen einer Rechteckspannung an zwei, bevorzugt in Achsrichtung hintereinander angeordnete, Spulen.

Eine solche Vorrichtung ist insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren wie zuvor beschrieben geeignet.

Die Vorrichtung enthält jedoch auch Merkmale von eigenständiger erfinderischer, insbesondere schaltungstechnischer, Bedeutung.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung der angegebenen Gattung, die es ermöglicht, auf besonders wirkungsvolle Weise auf Fluide einzuwirken.

Dies wird erfindungsgemäß erreicht durch mindestens eine Einrichtung zum Anlegen jeweils einer gesonderten Rechteckspannung an jede der Spulen, und eine Einrichtung zur Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen den Rechteckspannungen.

Die besonderen, erfindungsgemäßen Vorteile wurden schon weiter oben erläutert.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung zur Variation der Frequenz der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus auf.

Die Vorteile wurden ebenfalls schon oben erläutert.

Bevorzugt ist die Einrichtung zur Variation der Frequenz ein Dreiecksgenerator, dessen Ausgang an mindestens einen Rechteckgenerator gelegt ist.

Dies ist eine schaltungstechnisch besonders glückliche Maßnahme. Durch den Dreiecks generator wird jeweils die Schwelle entsprechend der Stellung im Dreieck gewählt, so daß die Frequenz entsprechend niedriger oder höher ist. Durch die Scheitelhöhe des Dreiecks kann der Frequenzhub variiert werden.

Bevorzugt steuert ein Ausgangssignal, besonders bevorzugt das Rechtecksignal, des ersten Rechteckgenerators die Frequenz und das Tastverhältnis des Rechtecksignals des zweiten Rechteckgenerators.

Dies hat schaltungstechnisch den Vorteil, daß einerseits die - erfindungsgemäß geforderte - Phasenverschiebung auf einfache Weise herzustellen ist, andererseits aber zwischen den Rechtecksignalen der beiden Rechteckgeneratoren auf einfache Weise ein wohldefiniertes Verhältnis herstellbar ist.

Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens eine Einrichtung, die jeweils das Tastver hältnis der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus variiert, auf.

Dadurch lassen sich, wie eingangs geschildert, weitere Überlagerungseffekte erzielen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Einrichtung, die die Zykluszeit im Bereich zwischen 3 und 10 Sekunden, bevorzugt 7 bis 8 Sekunden, bevorzugt auf 7,5 Sekunden, einstell bar macht, auf. Hierzu wurde ebenfalls schon eingangs ausgeführt.

Bevorzugt weist die Vorrichtung je einen Frequenzgenerator zur Erzeugung von Recht eckspannungen mit Frequenzen im Bereich von 0,5 bis 5 kHz, bevorzugt 1 ,5 bis 3,6 kHz, besonders bevorzugt 2 bis 3 kHz, auf.

Derartige Frequenzgeneratoren (Zeitgeber) sind fertig im Handel erhältlich. Die angegebenen Frequenzen haben sich in der Praxis besonders bewährt.

Bevorzugt weist die Vorrichtung je einen Frequenzgenerator zur Erzeugung von Recht eckspannungen mit einem Tastverhältnis t₁/t₂ im Zyklus zwischen 2 und 1/20 auf.

Es hat sich herausgestellt, daß Tastverhältnisse zwischen 2 und 1/20 besonders geeignet für die Ziele der Erfindung sind.

Bevorzugt weist die Vorrichtung mindestens zwei Spulen auf, wobei die eine Spule an den Ausgang des einen Rechteckgenerators und die andere Spule an den Ausgang des anderen Rechteckgenerators angelegt ist.

Das heißt insbesondere, daß das jeweils eine Spulenende an den (bspw. positiven) Ausgang des Generators angelegt ist, während das andere Spulenende, ggfs. über eine spezielle Dioden- und Widerstandsschaltung, an Masse (Nullpotential) angelegt ist. Hierbei weisen die Spulen bevorzugt eine Induktivität im Bereich von 0,1 bis 10 mH, besonders bevorzugt von 0,5 bis 5 mH auf. Es hat sich gezeigt, daß die so in der Praxis erzielten Feldstärken die erfindungsgemäß angestrebten Wirkungen besonders gut erzielen.

Bevorzugt erzeugen die Rechteckgeneratoren Rechteckspannungen mit einer Scheitel höhe von 8 bis 12 V, bevorzugt 11,5 V, bei einem Strom von ca. 5,5 mA bis, besonders bevorzugt, ca. 55 mA.

Derartige Spannungen und Ströme sind auf verhältnismäßig einfache Weise durch fertig erhältliche Bausteine zu bewältigen. Sie haben sich, von Sonderfällen abgesehen, auch als ausreichend erwiesen, um die erfindungsgemäßen Wirkungen zu erzielen.

Bevorzugt weist die Vorrichtung je einen, den Rechteckgeneratoren nachgeschalteten NF-Verstärker auf.

Für größere Leistungen können dann, unter Beibehaltung der erfindungsgemäßen Schaltung, entsprechend stärkere Felder erzeugt werden.

Bevorzugt sind die masseseitigen Enden der Spulen über einen gemeinsamen, veränderlich einstellbaren, Widerstand (Potentiometer) an Masse geschaltet.

Die Spulen werden normalerweise z. B. dadurch, daß eine entsprechende Länge iso lierten Drahtes in vorzugsweise 2 bis 20 Windungen, im geforderten Abstand, um einen geeigneten Abschnitt der Wasserzuleitung, z. B. für ein Haus, gelegt werden, ange bracht. Die Wasserzuleitungen können üblicherweise aus Eisen, Edelstahl, Kupfer oder Plastik bestehen. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in jedem Falle eine gute Wirksamkeit erzielt, wobei sich die Geräte in besonderen Anwendungsfällen noch auf bevorzugte Bereiche der oben angegebenen Parameter umschalten lassen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezug nahme auf die beigefügten Zeichnungen, auf die wegen ihrer großen Klarheit und Über sichtlichkeit hinsichtlich der Offenbarung besonders verwiesen wird, noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Schematisch ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung, die sich auch besonders zur Anwendung im erfindungsgemäßen Verfahren eignet.

Fig. 2 Die Darstellung der Fig. 1 mit schaltungstechnischen Einzelheiten.

Fig. 3 Eine alternative Ausführungsform zur Fig. 2, mit der Zusatz-Schutzleitung 905.

Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder analoge Bestandteile der Schaltungen.

Ein insgesamt mit 100 bezeichnetes Netzteil erzeugt eine positive Gleichspannung von 12 V, die über eine Leitung 902 einem Funktionsgenerator 200 und über Leitungen 903 bzw. 904 einem ersten Rechteckgenerator 300 und einem zweiten Rechteckgene rator 400 zugeführt wird.

Der Funktionsgenerator 200 gibt über Leitungen 923 bzw. 924 die Frequenz des Recht eckgenerators steuernde Signale an den ersten Rechteckgenerator 300 bzw. den zweiten Rechteckgenerator 400. Zu Einzelheiten der Steuerung des zweiten Rechteck generators 400 wird jedoch auf die Beschreibung zu Fig. 2 verwiesen.

Eine Steuerstufe 500 steuert über Leitungen 953 bzw. 954 den Frequenzhub des ersten, 300, bzw. des zweiten, 400, Rechteckgenerators in Abhängigkeit von einer vor gegebenen oberen Frequenz.

Bei Anschaltung des Widerstandes R303 (Belastung der frequenzbestimmenden Bauteile von 300) an Anschluß 315 bzw. R403 an 415 (s. Fig. 2) erfolgt eine Absenkung der Frequenz durch Impulsverlängerung, deren Betrag im wesentlichen von der Größe von R303 bestimmt wird.

Für den beschriebenen Zweck wird der aus der Bauteilliste ersichtliche Wert dafür bevorzugt, zumal er für alle vorgesehenen Betriebsarten ein sicheres Arbeiten des Gerätes erlaubt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, sowohl beim ersten Rechteckgenerator 300 als auch beim zweiten Rechteckgenerator 400 oder auch nur bei einem beider Rechteck generatoren die Modulation unter Ausnutzung des FM-Modulationseinganges anstelle der gewählten Anordnung zu bewirken. Dieses wäre jedoch für die gewünschten Effekte mit höherem schaltungstechnischen Aufwand verbunden, um im überstrichenen Frequenz bereich die jeweiligen, wie noch näher erläutert, erreichbaren Ausgangssignale und ihren Bezug zueinander zu erhalten.

Ähnlich wie der Widerstand R303 wurde R403 dimensioniert, der den Triggerzeitpunkt von IC 400 in Verbindung mit den an Klemme 313 entnommenen Anteilen von Rechteck impulsen für die gewünschten Änderungen von Taktverhältnis und Impulsbreite und somit auch der Frequenz nutzt.

Der Funktionsgenerator 200 ist noch mit einer Prüfschaltung 240, die in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Funktionsgenerators ein Signal abgibt, über eine Leitung 921 verbunden.

Der erste Rechteckgenerator 300 bzw. der zweite Rechteckgenerator 400 geben über eine Spulensteuerschaltung 600 ihre Signale an eine erste Spule 700 bzw. eine zweite Spule 800. Diese Spulen sind über die Spulensteuerschaltung 600, wie noch im einzelnen weiter unten geschildert werden wird, auch mit Masse oder einem anderen geeigneten vorwählbaren Potential verbunden. Die Spulensteuerschaltung 600 wird durch eine zweite Prüfschaltung 610 ergänzt.

In Fig. 2 werden die Schaltungen aus dem schematischen Blockschaltbild der Fig. 1 näher erläutert.

Das Netzteil ist über seine Eingänge 120 und 130 an eine übliche Wechselspannung (z. B. die in Deutschland üblichen 220 V/50 Hz Wechselspannung) angeschlossen und erzeugt in an sich bekannter Weise eine Gleichspannung von 12 V, die zwischen den Klemmen 150 (positiver Ausgang) und 160 (Schaltungsmasse oder anderes festes Potential) anliegt. Die Klemme 140 liegt auf Masse. Das Netzteil 100 enthält einen Positiv-Festspannungsregler 110 (in der Zeichnung auch mit IC 110 bezeichnet), hier den LM 7812 der Fa. National Semiconductor.

Das Herz des Funktionsgenerators 200 ist der IC 210, dessen Ein-/Ausgänge sind in üblicher Weise, mit 1 bis (hier) 14 bezeichnet. Nachfolgend werden diese Eingänge auch mit 211 (ˆ=1) bis 224 (ˆ=14) bezeichnet.

Der IC 210 ist ein handelsüblicher Präzisions-Kurvenformgenerator und spannungsge steuerter Oszillator. Ein praktisch verwendbares Beispiel ist der ICL 8038 (oder der XR 8038) der Firma Intersil. Vgl. auch das zugehörige Handbuch "269 ICs", Elektor Ver lag GmbH W-5100 Aachen.

Die positive Spannung von der Klemme 150 des Netzteils 100 wird über die Leitung 902 einerseits an den Eingang 216 für die positive Spannung +U_b und anderer seits über Widerstände R202 bzw. R203 an die Eingänge 214 bzw. 215 zur Steuerung von Tastverhältnis und Frequenz gelegt. Die Klemme 160 des Netzteils 100 ist direkt mit dem Eingang für die negative Spannung, -U_b 221, verbunden. Ferner über einen Widerstand R201, der die Entzerrung des Sinussignals festlegt, an den Eingang 222 für den Sinusabgleich und über parallele Kondensatoren C203, 204, Zeitkondensatoren, an den Eingang 220 für den Zeitkondensator gelegt, zur Steuerung der Frequenz für das gewünschte Dreiecksignal. Die Anschlüsse 211, 212, 223 und 224 sind frei.

Das Ausgangssignal des ICs 210 wird vom Ausgang 213, dem Dreiecksausgang abge nommen, und über Leitungen 923, 924 an den ersten Rechteckgenerator 300 und, vermittels dieses (300) an den zweiten Rechteckgenerator 400 angelegt, wie noch näher erläutert werden wird.

Die Aufgabe des Funktionsgenerators 200 besteht darin, ein zyklisch wiederholtes gleichseitiges Dreiecksignal derart bereitzustellen, daß damit durch Anschaltung des ersten Rechteckgenerators 300 die gewünschte periodische Absenkung und Wiederan hebung der von 300 erzeugten Ausgangsfrequenz um eine Betrag, auch Hub genannt, erfolgt. Die Wirkungsweise der beschriebenen Beschaltung des IC 210 wird an einem nachvollziehbaren Berechnungsbeispiel verdeutlicht, dessen Dimensionierung auch die besonders bevorzugten Ausgangsparameter zu erzielen erlaubt.

Die positive Spannung von der Klemme 150 des Netzteils 100 wird über eine Leitung 902 einerseits an den Eingang 216 für positive Spannung +U_b und andererseits über die für die Symmetrie ausgelegten Widerstände R202 bzw. R203 an die Eingänge 214 bzw. 215 zur Steuerung von Tastverhältnis und Frequenz gelegt. Dabei steuert R202 den ansteigenden Teil der Sinusphase sowie Nullphase am Rechteckausgang. Die Referenzspannung der beiden Stromquellen errechnet ist 0,2*+U_b. Daher ist der Strom am Anschluß 214:

Die Amplitude der Dreieckspannung ist 1/3 Ub, hier 4.0 V. Daher ist der ansteigende Teil des Dreiecks, hier mit t1 bezeichnet:

Während des abfallenden Teils des Dreiecks sind beide Stromquellen angeschaltet. Der durch R203 erzeugte Strom I(215) wird verdoppelt und von diesem wird I(214) abgezogen.

Damit ist die Zeit für die abfallende Rampe des Dreiecks (abfallender Teil des Sinus sowie Phase der logischen "1" am Rechteckausgang):

Das Tastverhältnis von 50% wurde hier mit R202=R203 eingestellt. Die Frequenz der Ausgangsfunktion beträgt, weil 2 separate zeitbestimmende Widerstände eingesetzt wurden:

oder, weil R202=R203=R:

Die Impulsdauer für einen Zyklus beträgt T_Ges=1/f=7,333 s.

Der FM-Vorspannungseingang 217 ist mit dem Wobbeleingang 218 verbunden. Diese Schaltungsmaßnahme entspricht einer vergleichbaren Herstellerapplikation für dieses IC.

Die Klemme 150 für die positive Spannung von 12 V ist noch mit der Anode einer Leuchtdiode D250 der ersten Prüfschaltung 240 verbunden. Durch den Anschluß der Leuchtdiode D250 mit der Kathode über einen Widerstand R204, an den Rechteckaus gang des IC 210 leuchtet die Diode D250 im Rhythmus der Rechteckspannung auf und ermöglicht so eine Funktionskontrolle sowohl des Netzteils 100 als auch des Funktionsgenerators 200.

Das Netzteil 100 versorgt auch den ersten Rechteckgenerator 300 über eine Leitung 903 und den zweiten Rechteckgenerator 400 über eine Leitung 904 mit der positiven Gleichspannung (hier 12 V).

Das Herz der Rechteckgeneratoren-Schaltungen 300 und 400 ist wiederum ein IC und zwar der IC 310 für die erste Rechteckgeneratorschaltung 300 und der IC 410 für die zweite Rechteckgeneratorschaltung 400.

Als IC für den Zeitgeber des Rechteckgenerators können z. B. der IC NE 555 (für Temperaturbereiche von 0°C bis +70°C) oder der IC SE 555 (für Temperaturbereiche von -55°C bis +125°C) verwendet werden.

Diese werden von der Firma Signetics angeboten und sind in "269 ICs", Elektor-Verlag GmbH, W-5100 Aachen näher beschrieben. Hierauf wird wegen bevorzugter Daten und Werte beispielhaft ausdrücklich verwiesen.

Die Anschlüsse 1 bis 8 des IC 310 sind hier mit 311 bis 318 entsprechend bezeichnet (wegen des beschränkten Raumes so nicht in der Zeichnung dargestellt), die Anschlüsse 1 bis 8 des IC 410 sind nachfolgend entsprechend mit 411 bis 418 bezeichnet.

Die Gleichspannung aus dem Netzteil 100 liegt jeweils an den Eingängen für +U_b, 318 bzw. 418 an.

Sie liegt ferner über einen Widerstand R301 am Eingang 317 des ICs 310 und über einen Widerstand R401 am Eingang 417 des ICs 410, und zwar an dem Eingang für Entladung. Sie liegt ferner direkt an den Rücksetz(Reset)-Eingängen 314 bzw. 414, da der IC 310 wie auch IC 410 im astabilen Modus betrieben werden.

Die über den Festwiderstand R301 laufende Spannung von der Klemme 150 wird über ein Potentiometer P501 der Steuerstufe 500, ggfs. mit R501 und einen weiteren Fest widerstand 302 an die Eingänge 312 und 316 (Eingänge 2 und 6) des ICs 310 gelegt. Der Eingang 312 ist der Triggereingang. Der Eingang 316 ist der Komparator.

An beiden Eingängen liegt auch, über einen Festwiderstand R303 das Signal (Drei eckssignal) vom Dreiecksausgang 213 des Funktionsgenerators 200. Beide Eingänge sind ferner über einen Kondensator C301 mit der Klemme 160, die am Festpotential liegt (Erdpotential), verbunden. Diese Klemme 160 (Schaltungsmasse) ist auch über einen weiteren Kondensator C302 bzw. C402 mit dem Anschluß 315 bzw. 415, dem Steuereingang (Modulation) des IC 310 bzw. IC 410 verbunden. Diese Maßnahme ist auch in Herstellerapplikationen üblich, um den Eingang zu beruhigen, wenn hier keine externe Modulationsquelle angeschlossen wird. Im IC NE/SE 555 liegen an diesem Anschluß 315 galvanisch verbunden Transistoreingänge (BASIS von Q4, Q13) und deren für Arbeitspunkteinstellung sorgende interne Spannungsteiler. Ein Offenlassen des Einganges kann unerwünschte Kopplungen, aber auch Zerstörung des IC, bewirken und daher ist es üblich, diesen Eingang mit einem Kondensator abzuschließen. Hierzu genügen in den meisten Fällen bereits 10 bis einige 10 nF, so daß C302, der dicht am IC mit Masse Verbindung hat, ausreichend dimensioniert wurde.

Eine Modulation des IC über diesen Eingang wäre mit erheblich höherem Schaltungsaufwand vor dem Steuereingang verbunden, wollte man die gleichen Effekte erzielen wie mit der hier beschriebenen im Rahmen der Betriebsparameter zulässigen Anschaltung an die frequenzbestimmenden Bauteile.

Im Rechteckgenerator 300 gelten bevorzugt folgende Bedingungen:

Formel (Applik. 555)
lt. Schaltungsbeschreibung
C1 = 2,7 nF
C301
R1 = 10,0 kOhm	R301
R2 = 96,0 kOhm	Schalter S501 OFF, R302, P501, R501
R2 = 69,0 kOhm	Schalter S501 ON, R302, P501

Einstellwerte für Schalter S501 = OFF

R2 = P501 + R501 + R302 = 96,0 kOhm

Folgender Einstellbereich ist durch das Potentiometer 501 gegeben:

R2 = 74,0 kOhm . . . 96,0 kOhm

Impulsdauer
t1 = 0,7 * C1 * (R1 + R2)
t1 = 158,760 µs . . . 200,340 µs

Impulsdauer
t2 = 0,7 * C1 * R2
t2 = 139,860 µs . . . 200,340 µs

Periodendauer

T = t1 + t2
T = 298,620 µs . . . 400,680 µs

Ausgangsfrequenz

Schalter S501 geschlossen:

R2 = P501 + R302 = 69,00 kOhm

Folgender Einstellbereich ist durch das Potentiometer 501 gegeben:

R2 = 47,00 kOhm . . . 69,00 kOhm

Impulsdauer

t1 = 0,7 * C1 * (R1 + R2)
t1 = 107,73 µs . . . 149,31 µs

Impulsdauer

t2 = 0,7 * C1 * R2
t2 = 88,83 µs . . . 149,31 µs

Periodendauer

T = t1 + t2
T = 196,56 µs . . . 298,62 µs

Ausgangsfrequenz

Da hiervon die durch den Funktionsgenerator 200 bewirkten zyklischen Absenkungen bis etwa 2 kHz abzuziehen sind, wird ein Überstreichen des genannten Bereiches erreicht. Die Belastung durch 200, besonders durch R303 an 300, aber auch R403 an 400, bewirkt etwa 20% niedrigere Frequenzwerte, die durch entsprechend hohe Auslegung der Anfangswerte berücksichtigt werden.

Dabei sinkt im Verlauf der Zunahme des Modulationsstromes die Frequenz. Das Tast verhältnis wird durch den Tangentenwinkel und die Flankenhöhe des Modulationssig nales von (100) dadurch beeinflußt daß die für die Umladung des Potentials von C301 erforderlichen Anteile eher oder später zum Erreichen der Umschaltwelle des Triggers an Eingang 2, aber auch zur Addition bzw. Subtraktion des Dreieckstromes zum Entlade anschluß des NE/SE 555 führen und somit zyklische Verschiebungen bewirken. Die Triggerung und Reset erfolgen bei abfallender Impulsflanke.

Die Schaltung entspricht im wesentlichen der üblichen Applikation für das verwendete IC, nur mit einer Ergänzung: Der Widerstand zwischen den Anschlüssen 6 (Komparator) und 7 (Entladung) wurde so ausgelegt, daß er wie ein dynamischer, in gewünschten Grenzen geänderter Widerstand wirkt. Dieses wird dadurch erreicht, daß in (300) zum Einen eine manuelle Voreinstellung der Ausgangsimpulsfrequenz durch ein Potentiometer erfolgt, zum Anderen aber auch über einen extern an den Anschlüssen 6, 2 und 7 des IC wirkenden auf gewünschte Impulsverläufe abgestimmten Widerstand, wobei das vom Funktionsgenerator 200 kommende Dreiecksignal einen Spannungsabfall erzeugt, der die Impulsbreiten (t301) bzw. (t302) und die Ausgangsfrequenz von (300) beeinflußt. Dazu dient hier auch die Verbindung von (2) und (6) in (300), welche der Verwendung des IC NE/SE 555 als astabiler Multivibrator entspricht.

Im Rechteckgenerator 400 gelten folgende Bedingungen:

C1\|= 2,7 nF
R1	= 10,0 kOhm
R402 (Teil von R2)	= 220,0 kOhm
R403 (Teil von R2)	= 56,0 kOhm
R2 min (nur R402 wirkend)	= 220,0 kOhm
R2 max (R402, R403 par.)	= 44,638 kOhm

R2 = 220,0 kOhm bzw. 44,64 kOhm

Impulsdauer

t1 = 0,7 * C1 * (R1 + R2)
t1 = 103,265 µs . . . 434,700 µs

Impulsdauer

t2 = 0,7 * C1 * R2
t2 = 84,365 µs . . . 415,800 µs

Periodendauer

T = t1 + t2
T = 187,630 µs . . . 850,500 µs

Das Tastverhältnis von 400 ändert sich bedingt durch die vom Tastverhältnis von 300 vorgegebene Verteilung der Zustände (0) oder (1), bezogen auf eine Periode von 300. Hierbei spielt auch der Umstand, daß die Triggerung und Reset im IC 410, wie schon ausgeführt, nur bei abfallender Impulsflanke erfolgen, eine Rolle.

Die sich in Abhängigkeit der zwischen den Anschlüssen 412, 416 und 417 sowie R402 und zeitweilig (vom Ausgangssignal 313 ändernden) R403 ergebenden, entsprechend den Spannungsteilerverhältnissen wirksamen Widerstände wurden hier mit R2 bezeichnet.

Da die Ausgänge von 300 und 400 gleich aufgebaut sind, wird der maximale Ausgangs strom 1(313) hier nur anhand 300 ermittelt. Für den Fall, daß das Tastverhältnis 1 : 1 ist, gilt:

Da der tatsächlich gemessene I max. bei 60 mA liegt, darf zuzüglich des R603 ein gesamter Arbeitswiderstand Rges.=R603+(Ri+Ra)=90,0 Ohm+20,0 Ohm=110,0 Ohm angenommen werden. Darin ist auch der Spannungsabfall über D603 und D604 enthalten.

Die max. Verlustleistungen betragen im berechneten Anwendungsfall bzw. bei zusammengesetzten Bauteilen entsprechend der Schaltungsart:
D603, D604 : 67 mW
R603, R604 : 400 mW
R601 : 255 mW bei 0,5×I (313) max+0,5×I (413) max
IC 300, IC 400 : 90 mW, ˆ=15.0% max. Belastung
IC 300, IC 400, Ausgangsspannungen dabei je = 10,5 V.

Der Ausgang 313 des ersten Rechteckgenerators 300, d. h. des zugehörigen ICs 310, der also das Rechteckssignal abgibt, ist über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D603 und einen Widerstand R603, die Teil der Spulensteuerschaltung 600 sind, mit dem einen Ende 710 der ersten Spule 700 verbunden. Die erste Spule hat bspw. 15 Windungen und eine Induktivität von 5 mH.

Das zweite Ende 720 der Spule 700 ist zusammen mit dem zweiten Ende 820 der zweiten Spule 800 über ein Potentiometer P601 mit der Erdklemme 160 verbunden, wie weiter unten noch ausgeführt werden wird.

Das Ausgangssignal vom Ausgang 313 des ICs 310 des ersten Rechteckgenerators 300 liegt über einen Widerstand R403 am Eingang 416 des ICs 410 an, dem Komparator, und erfüllt damit für den zweiten Rechteckgenerator 400 die Funktion, die das Dreieckssignal aus dem Funktionsgenerator 200 für den ersten Rechteckgenerator 300 erfüllt.

Aus der Zuordnung der Bauteile zu den in den Formeln dargestellten Beziehungen ist ersichtlich, daß die Periodendauer T, deren Kehrwert die Frequenz f ist, sich aus den Impulsdauern t1 und t2 zusammensetzt. Dabei wird t1 in 400 von C401, von R401, R402 und dem vom Zustand (313) abhängigen R403 bestimmt, während sich t2 aus der Beziehung von C401, R402 und dem auf die Zeit bezogen wechselnd wirkenden R403 ergibt. Folglich hat eine Änderung des Widerstandes R2 mit seinen Teilwiderständen R402, R403 nicht nur eine Änderung des Tastverhältnisses zur Folge, sondern auch die Summe t1 und t2 und somit eine Änderung der Frequenz. In der beschriebenen und bevorzugten Dimensionierung kann nun im wesentlichen mit R402 das zeitliche Auftreten der im IC Reset auslösenden Flanke in gewissen Grenzen verschoben bzw. voreingestellt werden, daß das soeben beschriebene Zusammenwirken eine mehr oder weniger symmetrische Änderung des Tastverhältnisses zur Folge hat. Diese wesentlichen Schaltungsmerkmale gestatten einen einfachen und zuverlässigen Aufbau mit einer geringen Anzahl handelsüblicher Bauteile.

Der Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand R403 im zweiten Rechteckgenerator 400 (der Widerstand R403 entspricht dem Widerstand R303 in 300) und dem Widerstand R402 im zweiten Rechteckgenerator 400 (der den Widerständen (R501 und) P501 und R302 im ersten Rechteckgenerator 300 bzw. der Steuerschaltung 500 ent spricht) ist einerseits direkt mit dem Eingang 416, dem Komparator, und dem Eingang 412, dem Triggereingang des ICs 410 verbunden.

Beide Eingänge, 416 und 412, sind ferner über einen Kondensator C401 über die Leitung 914 mit der Klemme 160, die am Festpotential liegt (Erdpotential), verbunden. Diese Klemme 160 ist auch über einen weiteren Kondensator C302, der der Störunter drückung und Beruhigung dient, mit dem Eingang 405, dem Steuereingang (Modulation) des IC 410 verbunden.

Der Ausgang 413 des zweiten Rechteckgenerators 400, der also das Rechteckssignal abgibt, ist über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode D604 und einen Widerstand R604 mit dem einen Ende 810 der zweiten Spule 800 verbunden. Die zweite Spule hat bspw. 15 Windungen und eine Induktivität von 0,5 mH.

Zwischen das sperrseitige Ende der Diode D603 und den Spulenanschluß 710 ist die Durchlaßseite einer Diode D601 angeschlossen. Entsprechend ist zwischen das sperrseitige Ende der Diode D604 und den Spulenanschluß 810 die Durchlaßseite einer Diode D602 angeschlossen. Diese Dioden sind sperrseitig miteinander und einer von der Verbindung der Dioden D601 und D602 gesehen in Sperrichtung geschalteten Leucht diode D610 verbunden. Die Leuchtdiode ist am anderen Ende über das Potentiometer P601 sowie den Widerstand R601 und ggfs. den Schalter S601 mit der Erdklemme 160 verbunden.

Wahlweise können auch andere Anzeigen als Funktions- und Betriebskontrollen Einsatz finden. Eine weitere einfache und im Funktionsmuster erprobte Möglichkeit ist der Ersatz der Schaltung 610 durch eine Prüfschaltung, bei der parallel zu R603, R604 und D603, D604 jeweils LED bzw. Duo-Leuchtdioden mit davorgeschaltetem Begrenzungswider stand eine effektvolle Anzeige und ausreichende Kontrollmöglichkeit darstellen. Außer dem kann dadurch die Strombelastung von R603, R604, D603, D604 um den LED- Strom gesenkt werden.

Einige Ausgangsstromwerte in Abhängigkeit vom Potentiometer P601 und R601 sowie S601:

Übersicht über Bezugszeichen

Bauteil-Liste

Claims

1. Verfahren zum elektro-magnetischen Behandeln eines Fluides, insbesondere Wasser, bei dem das Fluid dem Feld zweier, mit Rechteckspannung beaufschlagter, in Achsrichtung hintereinander angeordneter Spulen (700, 800) ausgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß an jede der Spulen (700, 800) eine gesonderte Rechteckspannung angelegt wird und
daß die Rechteckspannungen gegeneinander phasenverschoben sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Frequenz (1/T) der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus (T_ges) variiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils das Tastverhältnis (t_{1 (Vhoch)}/t_{2 (V0)}) der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus (T_ges) variiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zykluszeit (T_ges) im Bereich zwischen 3 und 10 Sekunden, bevorzugt 7 bis 8 Sekunden, besonders bevorzugt bei 7,5 Sekunden, liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz (1/T) der Rechteckspannungen im Zyklus (T_ges) im Bereich von 0,5 bis 5 kHz, bevorzugt 1,5 bis 3,6 kHz, besonders bevorzugt 2 bis 3 kHz, moduliert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis (t_{1 (Vhoch)}/t_{2 (V0)}) im Zyklus (T_ges) zwischen 2 und 1/20 variiert wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (700, 800) eine Induktivität im Bereich von 0,1 bis 10 mH, bevorzugt von 0,5 bis 5 mH, haben.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckspannungen eine Scheitelhöhe von 8 bis 12 V, bevorzugt 11,5 V, bei einem Strom von ca. 5,5 mA bis, bevorzugt ca. 55 mA, haben.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Rechteckgeneratoren jeweils ein NF-Verstärker nachgeschaltet ist.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander zugewandten Spulenenden (720, 810) zwischen 30 mm und 200 mm, bevorzugt zwischen 50 mm und 150 mm, besonders bevorzugt zwischen 120 mm und 150 mm liegt.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid nitrathaltiges Wasser ist.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid ein Kraftstoff ist.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid eine Körperflüssigkeit, in vivo oder in vitro, ist.

14. Vorrichtung zum Anlegen einer Rechteckspannung an zwei, in Achsrichtung hinter einander angeordnete, Spulen (700, 800), insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch
mindestens eine Einrichtung (300; 400) zum Anlegen jeweils einer gesonderten Rechteckspannung an jede der Spulen (700, 800) und
eine Einrichtung (R12) zur Erzeugung einer Phasenverschiebung zwischen den Rechteckspannungen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (200; 300) zur Variation der Frequenz (1/T) der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar (R₁, C₃) vorge gebenen Zyklus (T_ges).

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Variation der Frequenz ein Dreiecksgenerator (200) ist, dessen Ausgang (213), an mindestens einen Rechteckgenerator (300, 310) gelegt ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal, bevorzugt das Rechtecksignal (313) des ersten Rechteck generators (300), die Frequenz und das Tastverhältnis der Rechtecksignale des zweiten Rechteckgenerators steuert.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch mindestens eine Einrichtung, die jeweils das Tastverhältnis (t₁/t₂) der an die Spulen angelegten Rechteckspannungen in einem, bevorzugt wählbar, vorgegebenen Zyklus (T_ges) variiert.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (R₁, C3, 210), die die Zykluszeit im Bereich zwischen 3 und 10 Se kunden, bevorzugt 7 bis 8 Sekunden, bevorzugt 7,5 Sekunden einstellbar macht.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch je einen Frequenzgenerator (310, 410) zur Erzeugung von Rechteckspannungen mit Frequenzen (1/T) im Bereich von 0,5 bis 5 kHz, bevorzugt 1 ,5 bis 3,6 kHz, besonders bevorzugt 2 bis 3 kHz.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, gekennzeichnet durch je einen Frequenzgenerator (310, 410) zur Erzeugung von Rechteckspannungen mit einem Tastverhältnis t_{1 (Vhoch)}/t_{2 (V0)} im Zyklus (T_ges) zwischen 2 und 1/20.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 21, gekennzeichnet durch mindestens zwei Spulen (700, 800) wobei die eine Spule (700) an den Ausgang (313) des einen Rechteckgenerators (300, 310) und die andere Spule (800) an den Ausgang (413) des anderen Rechteckgenerators (400, 410) angelegt (R9, D4; R14, D9) ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (700, 800) eine Induktivität im Bereich von 0,1 bis 10 mH, bevorzugt von 0,5 bis 5 mH haben.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechteckgeneratoren (300, 400) Rechteckspannungen mit einer Scheitelhöhe von 8 bis 12 V, bevorzugt 11,5 V, bei einem Strom von ca. 5,5 mA bis, bevorzugt, ca. 55 mA, erzeugen.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, gekennzeichnet durch je einen, den Rechteckgeneratoren nachgeschalteten NF-Verstärker.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die masseseitigen Enden (720, 820) der Spulen (700, 800) über ein gemeinsames Potentiometer (630) an Masse (160) geschaltet sind.