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Einrichtung zur selbsttätigen Resonanzabstimmung eines elektrischen
Schwingungskreises
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur selbsttätigen Resonanzabstimmung
eines elektrischen Sch.wingungskreiEses, insbesondere eines an den Hochfrequenzgenerator
angekoppelten Beh an d- -lungskreises eine.s Kurzwellen-Therapieapparates.
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Bekannte Einrichtungen di.eser Art verwenden als Steuergröße für
den Regelvorgang einen Hochfrequenzstrom, eine Hochfrequenzspannung, den Anodenstrom,
den primären Netzstrom oder eine von diesen abgeleitete Größe, wobei als Kriterium
für die Resonanzabstfmmung der Maximal wert dieser Größe dient.
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Die genannten Größen hauben bei Resonanzabstimmung jedoch ein verhältnismäßig
flaches Maximum, und eine von diesen abgeleitete Steuergröße schwankt bei der Abstimmung
des Behandlungskreises nur um einen verhältnismäßig geringen Betrag. Dadurch ist
es schwierig, eine selbsttätige Resonanzabstimmung in Al)hängigkeit von einer solchen
Steuergröße zu erreichen.
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Es sollen deshalb zur Steuerung der Abstimmung eine bei Resonanzabstimmung
ein Maximum und eine weitere bei Resonanlzabstimmung ein Minimum aufweisende Betriebsgröße
verwendet werden, deren Differenz als Steuergröße dient. Man erhält in diesem Fall
eine Steuergröße, die im Resonanzfall groß, bei völliger oder teilweiser Verstimmung
des Behandlungskreises sehr klein bzw. bei geeigneter Bemessung der Schaltmittel
Null ist. Der zeitliche Verlauf einer derartigen Steuergröße in Abhängigkeit von
der Änderung des Abstimmittels im Behandlungskreis hat dann eine große Flankensteilheit
und eine große Amplitude.
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Es ist möglich, die Differenzspannung zwischen einer hochfrequenten
Betriebsgröße, die im Resonanzfall ein Maximum aufweist, z. B. die Hochfrequenzspannung
am Behandlungskondensator. und einer hochfrequenten Betriebsgröße, die in derselben
Zeit ein Minimum aufweist, zu bilden
und diese Differeiizspannung
als Steuergröße zu verwenden. BetriebsfgröBen, die bei Re sonanzabstimmung ein Minimum
aufweisen, sind z. B.
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I. Der Betrag zwischen dem kapazitiven und induktiven Blindstrom bei
Parallelresonanzgliedern im Bebandlungskreis, 2. der Leitwert im Behandlungskreis,
3. der Phasenwinkel zwischen der -hochfrequenten Primär- und Sekundärspannung.
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Man kann auch eine bochfrequente Betriebsgröße, z. B. die Hochfrequenzspannung
am Behandlungskondensator, mit einer hocEfrequenzfreien Betriebsgröße, z. B. den
Spannungsabfall an einem Widerstand im Gitterstromkreis, zusammenfassen, die Differenzspannung
bilden und diese Differenzspannung als Steuergröße verwenden.
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Ferner ist es möglich, ausschließlich hodfrequenzfreie Betriebsgrößen
auszuwählen und z. B. die Differenz der Spannungsabfälle an einem im Anodenstromkreis
liegenden Widerstand und an einem im Gitterstromkreis liegenden Widerstand zu bilden
und als Steuerspannung zu verwenden.
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Das zuletzt gebrachte Beispiel hat den Vorteil, daß man keinerlei
Eingriffe im Hochfrequenzteil des Generators oder im Behandlungskreis zu machen
braucht, um von diesen eine Steuergröße abzuleiten. Es dürfte einleuchtend sein,
daß es bei den verwendeten, im allgemeinen sehr hohen Frequenzen schwierig ist,
Hochfrequenz spannungen oder -ströme für Regel- und Steuerzwecke -den Hochfrequenzkreisen
zu entnehmen, denn dabei müßten Schalt- oder Prüfmittel bzw. entsprechend ausgebildete
Sonden in unmittelbarer Nähe oder sogar in den Stromkreis der hochfrequenzführenden
Leitungen des Behandlung,skreises undloder des Generatorschwingkreises bzw. den
Kreis der Leistungsstufe des Generators gebracht werden. Mindestens müßten sich
aber diese Schalt- oder Prüfmittel in den Streufeldern der Hochfrequenz befinden,
wodurch gegebenenfalls die Arbeitsweise der Prüfmi ttel beeinträchtigt oder eine
unliebsame Beeinflussung der hochfrequenzführenden Glieder des Behandlungskreises
oder des Generatorkreises durch die Prüfmittel ermöglicht werden könnte. Bei den
besonders starken Ånderungen der Hochfrequenzstrom- und --spannungsverhältnisse
im Behandlungskreis, wie sie gerade bei der industriellen Behandlung von Gutkörpern
im Spulen- oder Kondensatorfeld oder bei der Kurzwellentherapie durch Bewegungen
des Patienten auftreten, lassen sich die für die Regelung erforderlichen Hochfrequenzbetriebsgrößen
infolge nichtstationärer Vorgänge nicht immer mit solcher Genauigkeit z. B. hinsichtlich
Betrag und Phase ableiten, daß durch diese Betriebsgrößen bzw. von diesen abgeleiteten
Steuergrößen eine einwandfreie Resonanzabstimmung veranlaßt werden könnte.
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In der Figur ist das Schaltbild eines gemäß der Erfindung ausgebildeten
Kurzwellen-Therapieapparates mit selbsterregtem Hochfrequenzgenerator dargestellt.
Die Generatorröhre ist mit I, der im Anodenstromkreis dieser Röhre liegende Widerstand
mit 2, der Gitterwiderstand mit 3 bezeichnet. An den Klemmen 4 und 5 kann daher
eine Steuerspannung abgenommen werden, die sich aus der Differenz der an dem Widerstand
3 und der an dem Widerstand 2 abgeleiteten Spannungen zusammensetzt. Es wird also
bei dem vorliegenden Ausfülirungsbeispiel als eine Betriebsgröße der im Resonanzfall
ein Maximum aufweisende Anodenstrom verwendet, während als zweite Betriebsgröße
der im Reson!anzfall ein Minimum aufweisende Gitterstrom dient. Die Verwendung der
an den Klemmen 4 und 5 liegenden Steuergröße für die Nachregelung des Rehandlungskreises
6 erfolgt in bekannter Weise, wie nachstehend erläutert werden soll. Der Behandlungskreis
6 besteht aus der Koppellinduktivität 7, dem Abstimmkondensator 8, dem Behandlungskondensator
9, zwischen dessen Belegungen sich das Gut oder der Patient befindet. und einem
Hilfskondensator 10, dessen Rotor von einem zu dem Regelglied 11 gehörenden Motor
nach Bedarf verstellt werden kann. Die Arbeitsweise ist folgende: Zunächst wird
der Patient zwischen die Belegungen des Behandlungskondensators g gebracht. Alsdann
wird der Generator eingeschaltet und der Behandlungskreis 6 durch den Abstimmkondensator
8 bei abgeschaltetem Hilfskondensator 10 auf Resonanz eingestellt. Dann wird der
Kondensator 10, der zuvor auf etwa die Hälfte seines Kapazitätswertes von Hand eingestellt
wurde, dazu geschaltet. Er liegt dann parallel zu der Abstimmkapazität 8 und auch
parallel zum Behandlungskondensator 9. Durch das Zuschalten des Hilfskondensators
10 wird der Behandlungskreis 6 naturgemäß etwas verstimmt.
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Diese Verstimmung wird durch das Regelglied 11 dauernd überwacht und
der Kondensator 10 auf diesem Grad der Verstimmung gehalten. Ändert sich z. B. durch
Schwankungen der Gutverhältnisse oder bei Bewegungen des Patienten die Spannung
am Behandiungskondensator 9, so ändert sich auch die Steuerspannung an den Klemmen
4 und 5.
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Hierdurch wird durch geeignete Schaltmittel in dem Regellglied II
der Motor zum Anlaufen gebracht, der den Hilfskondensator IO so verstellt, daß wieder
die vorbestimmte Verstimmung gesgenüber der Resonanzlage erzielt wird.
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Die Fig. 2 veranschaulicht schematisch eine entsprechende Einrichtung,
jedoch mit dem Unterschied, daß hochfrequente Betriebsgrößen zur Regelung benutzt
werden. In den Gliedern 12 und I3 des Behandlungskreises 6, den der Gnerator I speist,
werden die induktiven bzw. kapazitiven Ströme gemessen und beide in dem Glied 14
miteinander verglichen. Sind beide Ströme gleich, also im Resonanzfalle, so ist
im Ausgangskreis des Gliedes 14 die Spannung Null. Das Glied 15 mißt die Spannung
am Behandlungskondensator 9. Sie hat im Resonanzfalle ihr Maximum. Im Glied 16 wird
die Differenzspannung zwischen den Gliedern I4 und I5 gebildet und dem Regellglied
II zugeführt.
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In dem Schaltungsschema nach Fig. 3 wird der Leitwert des Behandlungskreises
6 gemessen.
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Dieser hat im Resonanzfalle seinen Kleinstwert.
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Im Glied 17 wird der Strom, im Glied8 die Spannung im bzw. am Behandlungskreis
festgestellt. Der im Glied 19 ermittelte Leitwert wird nochmals mit der Spannung
(Glied 20) am Bebandlungskonden&ator g verglichen, während im Glied 21 die Differenz
beider Spannungen gebildet und, wie zuvor beschrieben, dem Regelglied 11 zugeführt
wird.
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Bei dem Schema nach Fig. 4 wird der Phasenwinkel zwischen der Hochfrequenzprimärspannung
(Glied 22) und der Sekundärspannung (Glied 23) z. B. durch Hochfrequenzsondell ermittelt
und mit der Spannung am Behandlungskondensator g (Glied 25) verglichen. Im Resonanzfalle
erhält man im Ausgangskreis von Glied 24 eine kleine, im Ausgangskreis von Glied
25 eine große Spannung. Im Glied 26 wird, wie zuvor beschrieben, die Differenz beider
Spannungen gebildet und dem Regelglied 11 zugeführt.