DE973326C - Einrichtung fuer die insbesondere medizinische Behandlung von Objekten mit Hochfrequenzenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung für die insbesondere medizinische Behandlung von Objekten mit Hochfrequenzenergie, bei der das die Energieübertragung auf das Behandlungsobjekt bewirkende Element (insbesondere Behandlungskondensator) die Belastungsimpedanz eines mit einem Hochfrequenzgenerator gekoppelten, auf die Frequenz des Hochfrequenzgenerators abstimmbaren Schwingungskreises (Behandlungskreises) bildet. Solche Einrichtungen werden z. B. zur Erwärmung biologischer Gewebe bei der Heilung von Krankheiten und zur Erwärmung hochwertiger Materialien bei deren Trocknung verwendet.

Bei diesen Einrichtungen ist es charakteristisch, daß sich die Blindwiderstände der Verbraucher während der Behandlung in starkem Maße ändern, und zwar bei der medizinischen Behandlung im wesentlichen durch Verändern der Lage des Patienten in bezug auf den Behandlungskreis und bei der Trocknung von Materialien durch Änderung des Grades der Austrocknung. Es ist daher bei Einrichtungen dieser Art erforderlich, während der Behandlung häufig eine Nachregelung des mit dem Verbraucher belasteten Schwingungskreises auf Resonanz mit seinem hochfrequenten Speisestromkreis vorzunehmen, wenn die dem Behandlungsobjekt zugeführte Hochfrequenzenergie im wesentlichen konstant bleiben soll. Eine Resonanznachstimmung während der Behandlung von Hand erfordert aber eine Bedienungsperson, die laufend Meßinstrumente

der Einrichtung beobachten und gegebenenfalls Resonanznachregelungen vornehmen muß, was lästig ist. Es besteht daher die Forderung, den Behandlungskreis selbsttätig auf Resonanz mit dem hochfrequenten Speisekreis ab- bzw. nachzustimmen. Diese Aufgabe ist bei der Einrichtung nach der Erfindung mit einem ein Resonanzabstimmmittel antreibenden, dauernd umlaufenden und drehrichtungsumsteuerbaren Motor, mit die Umsteuerung des Motors bewirkenden Schaltmitteln und mit die Umsteuerungssahaltmittel steuernden Mitteln zur wertmäßigen Erfassung einer bei Resonanz einen charakteristischen Wert erreichenden, von Betriebsgrößen der Einrichtung abgeleiteten elektrischen Größe erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die abgeleitete elektrische Größe, vorzugsweise Spannungsgröße (Steuerspannung), in an sich bekannter Weise den Ladezustand eines Kondensatars beeinflußt und bei einer derartigen Polarität der Ladungsänderutng, die sich durch Vergrößerung des Abstandes der Abstimmung von der Resonanzlage ergibt, einen Steuerimpuls zur Umsteuerung des Motors auslöst, wobei jedoch die Ladespannung als Maß für einen Momentanwert der abgeleiteten elektrischen Größe zunächst erhalten bleibt und dann mit einem späteren Momentanwert der abgeleiteten Größe verglichen wird und der Steuerimpuls zur Umsteuerung des Motors ausgelöst wird, wenn zu dieser Zeit eine Differenzspannung der festgelegten Polarität feststellbar ist.

Es ist zwar bereits ein Hochfrequenzgerät mit selbsttätiger Abstimmung bekannt, bei dem vorgesehen sind: ein drehrichtungsumsteuerbarer, jedoch nur zeitweilig eingeschalteter Motor zur selbsttätigen bleibenden Resonanzabstimmung und eine von der Resonanzabstimmung unabhängig arbeitende Relaisanordnung zur periodischen Veränderung der Eigenfrequenz des Gerätes in Verbindung mit Schaltmitteln zur periodischen Erfassung des Momentanwertes einer bei Resonanz einen charakteristischen Wert erreichenden elektrischen Größe des Gerätes zur Ableitung einer elektrischen Steuergröße für den das Resonanzabstimmittel antreibenden Motor. Das bekannte Gerät hat gegenüber der Einrichtung nach der vorliegenden Erfindung jedoch den Nachteil, daß zwei selbsttätig die Eigenfrequenz des Gerätes verändernde Mittel vorgesehen sind, von denen das eine Pendelungen der Eigenfrequenz des Gerätes bewirkt und das andere, motorisch angetriebene Abstimmittel nur dann und so lange angetrieben wird, als eine Fehlabstimmung gegeben ist. Demgegenüber kommt die Einrichtung nach der Erfindung vorteilhaft nur mit dem tnotorisch angetriebenen Abstimmittel aus, das selbst die Pendelungen um die Resonanzlage ausführt, welche erforderlich sind, um bei Fehlabstimmungen eine elektrische Steuergröße für die selbsttätige Resonanzabstimmung bzw. -nachstimmung zu gewinnen. Die Verwendung eines dauernd motorisch angetriebenen Abstimmittels bei der Einrichtung nach der Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß erforderlich werdende Nachstimmungen in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden können, weil Verzögerungen in der Nachstimmung, die bei dem bekannten Gerät dadurch bedingt sind, daß der Abstimmotor nach dessen Stillsetzung bei auftretenden Verstimmungen erst wieder zum Anlaufen gebracht werden muß, entfallen.

Es ist ferner ein mit einer selbsttätigen Abstimmvorrichtung ausgerüstetes Empfangsgerät der drahtlosen Nachrichtentechnik bekannt, bei dem zum Aufsuchen einer Schwingung ein Motor einen Abstimmkondensator über den gesamten Abstimmbereich dreht. Eine aus der einfallenden Schwingung durch Audiongleichrichtung gewonnene Steuerspannung wird dabei differenziert und dient zur Umsteuerung des Motors, wenn ihre Momentanwerte nach Überschreiten eines Maximums abnehmen. Dieses Verfahren führt aber nur zu exakten Steuerimpulsen, wenn die Steuerspannung ein ausgeprägtes Maximum mit hinreichend steilen Flanken aufweist, was für das Anwendungsgebiet der Erfindung nicht immer zutrifft. Gegenüber der bekannten Erfassung des Differentialquotienten der Steuerspannung gestattet der erfindungsgemäße Vergleich zweier in einem gewissen Zeitabstand vorhandener Steuerspannungswerte, die Tendenz der Änderung der zu regelnden Spannung sicherer zu erfassen.

Weitere Merkmale der Erfindung und Einzelheiten der angegebenen erfinderischen Lösung werden an Hand von in den Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen für die Erfindung erläutert. Es ist veranschaulicht in

Fig. ι das Prinzipschaltbild eines Hochfrequenzapparates mit einem selbsterregten Röhrengenerator und einem induktiv mit dem Generatorkreis gekoppelten motorisch abstimmbaren Schwingungskreis zum Anschluß an einen Verbraucher mit veränderlichem Blindwiderstand, in

Fig. 2 schaubildlich der Verlauf einer dem Generatorkreis der Anordnung nach der Fig. 1 entnommenen Steuerspannung in Abhängigkeit von der Kapazität des Abstimmkondensators des Behändlungskreises nach der Fig. 1, in

Fig. 3 eine mögliche Schaltung für dasjenige Glied des Apparates, das den Steuervorgang für das motorische Abstimmittel nach der Fig. 1 in Abhängigkeit von dem Verlauf der Steuergröße nach der Fig. 2 einleitet, in

Fig. 4a und 4b schaubildlich der zeitliche Verlauf der Eingangsspannung und der Ausgangsspannung bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 3, in

Fig. 5 eine mögliche Schaltung für die eigentliehe Umsteuerung des Abstimmotors nach der Fig. I, in den

Fig. 6 a bis 6f schaubildlich der zeitliche Verlauf der Kapazität C des Abstimmkondensators nach Fig. ι beim Hineinlaufen in die Resonanzlage und Verbleiben im Resonanzbereich (Fig. 6 a), der zeitliche Verlauf der Steuerung der Schaltungsanordnung nach der Fig. 3 durch die gemäß Fig. 1 abgeleitete Steuergröße (Fig. 6b), der zeitliche Verlauf dieser Steuergröße (Fig. 6 c), der zeitliche Verlauf der durch die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3

umgeformten Steuergröße (Fig. 6d), der zeitliche Verlauf der Ein- und Ausschaltung des gemäß der Schaltung nach der Fig. 5 vorgesehenen Relais zur Umsteuerung der Drehrichtung des Motors nach der Fig. 1 (Fig. 6 e) und der zeitliche Verlauf der Drehrichtung des Abstimmotors nach der Fig. 1 (Fig. 6f), in den

Fig. 7 a bis ¹J ί der zeitliche Verlauf der gleichen Größen wie in den Fig. 6 a bis 6i bei einer Änderung des Behandlungsobjektes, die eine selbsttätige Nachstimmung der Kapazität des Abstimmkondensators und des Behandlungskreises nach der Fig. 1 im Sinne eines Verbleibens der Abstimmung des Behandlungskreises im Resonanzbereich zur Folge hat, in

Fig. 8 das Schaltbild der eigentlichen Anordnung zur Drehrichtungsumsteuerung für den Abstimmmotor gemäß Fig. 1, die an Stelle der Schaltungsanordnung nach der Fig. 5 treten kann.

In der Fig. 1 sind mit G die Generatorröhre, mit GK der frequenzbestimmende Generatorkreis, mit BK der Behandlungskreis mit dem durch den Motor M verstellbaren Abstimmkondensator C und den Ausgangsklemmen 1 und 2 sowie mit Ra und Rg zwei hintereinandergescJiältete Widerstände bezeichnet, von denen Ra im Anodenstromkreis und Rg im Gitterstromkreis liegt und an die die Siebkette SG mit den Ausgangsklemmen 3 und 4 angeschlossen ist.

Der Motor M ist so in den Stromkreis des Apparates eingeschaltet, daß er läuft, solange der Apparat eingeschaltet ist. Seine Drehrichtung wird bestimmt durch ein Relais {MR in Fig. 5), das bei Änderung seines Betriebszustandes die Drehrichtung des Motors umschaltet. Der Abstimmkondensator C besteht aus einem Stator und einem über 360 Winkelgrade hinaus drehbaren Rotor. Die Kapazität des Kondensators C ist derart bemessen, daß sich bei allen vorkommenden Belastungsfällen durch Verstellen seines Rotors Resonanz zwischen dem Generatorkreis GK und dem Behandlungskreis BK einregeln läßt.

Bei Resonanz ist der den Widerstand Ra in Pfeilrichtung durchfließende Anodenstrom Ja am größten und gleichzeitig der den Widerstand Rg in Pfeilrichtung durchfließende Gitterstrom Jg am kleinsten. Wird der Rotor des Abstimmkondensators C beim Einschalten des Apparates motorisch verstellt, so würde an sich der Behandlungskreis BK periodisch in die Resonanzlage hineinlaufen und wieder aus dieser Lage herauslaufen. Hierdurch würde sich an den Ausgangsklemmen 3,4 eine sich periodisch gemäß der Fig. 2 verändernde Spannung ST ergeben, wobei sich bei jeder Umdrehung des Rotors des Abstimmkondensators C um 360⁰ einmal der der Resonanzlage entsprechende Maximalwert A ergeben würde.

Die Spannung ST an den Klemmen 3, 4 der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird zur Steuerung der Schaltungsanordnung nach der Fig. 3 benutzt. Diese Anordnung, deren Eingangsklemmen 3', 4' mit den Ausgangsklemmen 3, 4 der Schaltungsanordnung nach der Fig. 1 verbunden sind, besteht aus der Verstärkerröhre V₁ an deren Gitter die Widerstands-Kondensator-Kombination Ci, R sowie der Kontakt i angeschaltet sind. Der Kontakt i wird durch die vom Motor M des Abstimmkondensators C angetriebene Nockenscheibe N periodisch geschlossen und geöffnet. Dadurch wird der Kondensator Ci über den Widerstand R periodisch an die Steuerspannung ST gelegt. Der Kondensator Ci wird auf diese Weise beim Hineinlaufen der Abstimmung des Behandlungskreises BK in die Resonanzlage stoßartig aufgeladen und beim Herauslaufen aus der Resonanzlage Stoßartigentladen. Beim Aufladen entsteht am Gitter der Röhre V somit ein positiver Spannungsstoß, beim Entladen ein negativer Spannungsstoß. Bei gleichbleibender Steuerspannung ST zwischen zwei Schließungen des Kontaktes i wird am Gitter kein Spannungsstoß erzeugt (Fig. 4 a, Abschnittet, c, und a). Im Anodenkreis der Verstärkerröhre V und damit an den Ausgangsklemmen 5, 6 entsteht bei einem positiven Steuerspannungsstoß ST am Gitter ein negativer Spannungsstoß st (Fig. 4b, Abschnitt b) und bei einem negativen Steuerspannungsstoß ST ein positiver Spannungsstoß Ji (Fig. 4b, Abschnitt c) durch Differentiation der Anodenspannung mittels des an die Anode angeschlossenen Kondensator-Widerstands-Gliedes kleiner Zeitkonstante.

Diese SteuerspannungsstößeJi werden der Schaltungsanordnung nach Fig. S über deren Eingangsklemmen 5', 6' zugeführt. Im Anodenkreis der Gastriode GT liegt das Relais S in Reihe mit dem Ruhekontakt s 1 dieses Relais. An der Anodenspannung U der Gastriode GT liegt noch ein Spannungsteiler Sp, mit dessen Mittelpunkt das polarisierte Relais P und der Kondensator Cp verbunden sind. Ferner liegt an der Anodenspannung U über die eine Seite des Wechselkontaktes p des Relais P das Relais MR. Dieses Relais MR ist durch die andere Seite des Wechselkontaktes p kurzschließbar. Jede Änderung des Betriebszustandes des Relais MT? bewirkt eine Umschaltung der Drehrichtung des Abstimmotors M für den Abstimmkondensator C.

Durch einen positiven Steuerspannungsstoß st, also immer dann, wenn beim weiteren Durchdrehen des Kondensators C die Steuerspannung ST abnimmt, wenn also die Abstimmung des Behandlungskreises BK aus der Resonanzlage herausläuft, wird die Gastriode GT gezündet, das Relais S kurzzeitig erregt und dadurch dessen Wechselkontakt s 2 in seine andere Betriebslage umgelegt. Hierbei wird das polarisierte Relais P kurzzeitig parallel zum Kondensator Cp gelegt und ebenfalls kurzzeitig erregt, wodurch sein Wechselkontakt p in seine andere Betriebslage kommt und das Motorsteuerrelais MR kurzgeschlossen wird. Gleichzeitig mit dem öffnen des Kontaktes ii wird der Anodenstrom für die Gastriode GT unterbrochen und das Relais S wieder entregt. Sein Kontakt J2 wird wieder in die dargestellte Betriebslage zurückgelegt. Nun befindet sich aber der Wechselkontakt p noch in seiner anderen, in der Figur unteren Betriebslage, wodurch der Kondensator Cp aufgeladen wird.

Durch die Umsteuerung der Drehrichtung des Motors M läuft die Abstimmung des Behandlungskreises BK wieder in die Resonanzlage hinein. Hierbei wird die Steuerspannung ST wieder größer, der Kondensator Ci wird wieder aufgeladen, und am Ausgang der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 sowie am Eingang der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 entstehen negative Steuerimpulse, die die Gastriode GT nicht zu entzünden vermögen. Der Motor M läuft also so lange in dieser Drehrichtung weiter, bis die Abstimmung den Resonanzpunkt überschritten hat. Dann wird die Steuerspannung ST abermals kleiner, und der dadurch ausgelöste Vorgang der Umsteuerung der Drehrichtung wiederholt sich.

Auf diese Weise ist erreicht, daß, solange das Behandlungsobjekt seinen Blindwiderstand während der Behandlung beibehält, die Abstimmung des Behandlungskreises um die Resonanzlage herum pendelt, wie es in Fig. 6 veranschaulicht ist. Ändert sich der Blindwiderstand des Behandlungsobjektes auf einen anderen Wert, so tritt zunächst eine entsprechende Verstimmung des Behandlungskreises ein, hierauf läuft die Abstimmung des Behandlungskreises selbsttätig wieder in die Resonanzlage hinein und pendelt dann wieder um den Resonanzpunkt. Dieser Vorgang ist in Fig. 7 graphisch dargestellt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 5 kann durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 ersetzt werden. Die letztere Schaltungsanordnung enthält lediglich zwei Gastrioden, so daß ihr Aufbau geringere Kosten verursacht. Sie hat außerdem gegenüber der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 den Vorteil, daß Verzögerungszeiten, wie sie durch die Arbeitsweise der Relais S, P und MR bedingt sind, entfallen.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 ist so bemessen, daß nach dem Einschalten des Apparates eine Röhre, z. B. die Röhre Th 1, mit Sicherheit zuerst zündet. Dadurch entsteht an dem Kathodenwiderstand Rk, der beiden Röhren gemeinsam ist, ein Spannungsabfall, der das Gitter der Röhre Th 2 negativ vorspannt und eine Zündung dieser Röhre verhindert. Beim Zünden der Röhre Th τ wird der Motor M des Abstimmkondensators über seine Feldwicklung Fi, die in den Anodenstromkreis dieser Röhre eingeschaltet ist, erregt. Ein Ansteigen der Steuergröße ST und ein dadurch bedingter negativer Steuerimpuls st hat keinerlei Wirkung auf das Arbeiten der Röhre Th τ, da durch negative Spannungsimpulse an den Gittern der Röhren Th ι und Th 2 keine Zündung der Röhre Th 2 erfolgen kann. Nach dem Überschreiten der Resonanzlage wird die Steuerspannung ST, wie zuvor geschildert wurde, kleiner, und der dadurch bedingte positive Spannungsimpuls st bewirkt eine Zündung der Gastriode TA 2. Da der an die beiden Anoden der Röhren Th 1 und Th 2 angeschlossene Kondensator Caa über die Feldwicklung F 2 und die zunächst noch durchgesteuerte .Röhre Th I aufgeladen ist, entsteht beim Zünden der Röhre TA 2 ein Entladestoß, der die Spannung an der Anode der Röhre Th 1 zusammenbrechen läßt, wodurch der Stromfluß in dieser Röhre unterbrochen wird. Der Motor M wird nunmehr über die im Anodenkreis der Röhre Th 2 liegende Feldwicklung F 2 erregt und läuft jetzt in der Gegenrichtung um. Die Abstimmung läuft nunmehr wieder in die Resonanzlage hinein, überschreitet diese und läuft dann aus der Resonanzlage heraus. In diesem Falle ergibt sich wieder ein positiver Steuerimpuls st am Eingang der Schaltung, wodurch wieder die Röhre TA ι gezündet und die Röhre T/i 2 gesperrt wird, so daß abermals eine Umsteuerung des Motors die Folge ist.

An Stelle der Gastrioden Th ι und Th2 können auch zwei Hochvakuumelektronenröhren verwendet werden, die dann in der bekannten Flip-Flop-Schaltung zu betreiben sind. Die Schaltung arbeitet dann ähnlich wie die beschriebene Schaltung mit Gastrioden. Da bei der Verwendung von Hochvakuumelektronenröhren an Stelle von Gastrioden jedoch nur Anodenströme zur Verfügung stehen, die für die Motorerregung zu klein sind, müßte in einem solchen Falle im Anodenkreis der beiden Röhren ein Motordrehrichtungsumkehrrelais verwendet werden, wie es in der Schaltung gemäß Fig. 5 unter der Bezeichnung Mi? benutzt wurde.

Claims (2)

1. Pate NTANSPB Och E:

   i. Einrichtung für die insbesondere medizinische Behandlung von Objekten mit Hochfrequenzenergie, bei der das die Energieübertragung auf das Behandlungsobjekt bewirkende Element (insbesondere Behandlungskondensator) die Belastungsimpedanz eines mit einem Hochfrequenzgenerator gekoppelten, auf die Frequenz des Hochfrequenzgenerators abstimmbaren Schwingungskreises (Behandlungskreises) bildet, mit einem ein Resonanzabstimmittel antreibenden, dauernd umlaufenden und drehriditungsumsteuerbaren Motor, mit die Umsteuerung des Motors bewirkenden Schaltmitteln und mit die Umsteuerungsschaltmittel steuernden Mittel zur wertmäßigen Erfassung einer bei Resonanz einen charakteristischen Wert erreichenden, von Betriebsgrößen der Einrichtung abgeleiteten elektrischen Größe, dadurch gekennzeichnet, daß die abgeleitete elektrische Größe, vorzugsweise Spannungsgröße (Steuerspannung), in an sich bekannter Weise den Ladezustand eines Kondensators beeinflußt, und bei einer derartigen Polarität der Ladungsänderung, die sich durch Vergrößerung des Abstandes der Abstimmung von der Resonanzlage ergibt, einen Steuerimpuls zur Umsteuerung des Motors auslöst, wobei jedoch die Ladespannung als Maß für einen Momentanwert der abgeleiteten elektrischen Größe zunächst erhalten bleibt und dann mit einem späteren Momentanwert der abgeleiteten elektrischen Größe verglichen wird und der Steuerimpuls

   zur Umsteuerung des Motors ausgelöst wird, wenn zu dieser Zeit eine Differenzspannung der festgelegten Polarität feststellbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Mittel, z. B. einen durch eine rotierende Nockenscheibe betätigten Kontakt, zum periodisch kurzzeitigen Anlegen der Steuerspannung an den Kondensator und durch eine an den Kondensator angeschlossene stromrichtungsempfindliche Relaisanordnung zur Umsteuerung der Drehrichtung des Motors, die durch den Ladestromstoß und den Entladestromstoß des Kondensators unterschiedlich beeinflußt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 706535, 678599; USA.-Patentschriften Nr. 2462856, 2458864, 2466931;

   schweizerische Patentschrift Nr. 227 277.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

   ©909 695/14 1.60