WO2014111229A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von hochspannungsimpulsen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsgeneratorstufen (6R-i), welche jeweils über einen zugehörigen Spaltabschnitt (Ai) generierte Hochspannungsimpulse in einen zugehörigen Bandleiterabschnitt eines Bandleiters (2) induktiv einkoppeln, wobei der Spaltabstand (Ai) zu dem Bandleiter (2) bei jedem Bandleiterabschnitt stufenweise zunimmt.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von HochspannungsImpulsen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen für eine Last, insbesondere für eine Elektroporationseinrichtung . In der Leistungsimpulstechnik werden Hochspannungs- und Hochleistungsimpulse mit einer Leistung von einigen Kilowatt bis zu mehreren hundert Terawatt generiert, wobei die Impulsdauer der Hochleistungsimpulse im Picosekundenbereich bis

Millisekundenbereich liegt. Die generierten Hochspannungs - bzw. Hochleistungsimpulse können für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise zur Erzeugung von Elektronen- oder Ionenstrahlen oder zur Elektroporation von biologischen Stoffen. Bei einer Elektroporation werden Zellmembranen durchlässig gemacht, um beispielsweise Zucker aus Zuckerrüben oder Zuckerrohr zu gewinnen. Weiterhin kann die

Elektroporation beispielsweise dafür eingesetzt werden, Zellmembranen von Zellen vorübergehend permeabel bzw. durchlässig zu machen, um auf diese Weise DNA aus Zellen zu gewinnen bzw. in Zellen einzuschleusen. Die Elektroporation kann auch zur Abtötung von Mikroorganismen eingesetzt werden. Ferner findet die Elektroporation Verwendung bei der Sterilisierung verschiedener Substanzen, beispielsweise Wasser oder dergleichen. Für die Elektroporation wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen benötigt, die Spannungen von beispielsweise 250 kV und Ströme erzeugt, die Impulse mit einer Amplitude von einigen 10 kA und mit einer Pulsdauer von beispielsweise 1 \is bis 2\LS aufweisen. Derartige Impulsgeneratoren werden meist durch induktive Spannungsaddierer IVA (Inductive Voltage Adder) realisiert.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht eines herkömmlichen IVA- Pulsgenerators , IVA-PG, zur Erzeugung von Hochspannungsimpul - sen, bei dem die Addition der Spannungen mit einem Transfor- mator mit einer radialen und einer koaxialen Leitung erfolgt. Wie man aus Fig. 1 erkennen kann, befindet sich bei dem herkömmlichen IVA-Pulsgenerator in der Mitte ein Innenleiter IL, um den herum rotationssymmetrisch Magnetkerne MK angeordnet sind. Diese Magnetkerne MK befinden sich in Kavitäten, wobei jede Kavität eine zugehörige Impulsspannungsquelle aufweist, die über einen Schalter mit dem zugehörigen Magnetkern MK verbunden ist. Der Innenleiter IL kann aus einer rotationssymmetrischen Metallstange oder einem dickwandigen Rohr be- stehen. Bei dem herkömmlichen IVA-Pulsgenerator, so wie er in Fig. 1 dargestellt ist, sind der Innenleiter IL und die äußere Struktur, welche die Kavitäten aufweist, koaxial zueinander angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass um den Innenleiter IL herum mehrere Spannungsquellen parallel angeordnet werden können, wie in Fig. 1 dargestellt. Durch Addition der elektrischen Felder entsteht in dem Innenleiter IL eine Hochspannung, die von dem Innenleiter IL an einem distalen Ende über einen Spalt bzw. Lücke an ein Koax-Kabel K ausgekoppelt werden kann, das mit einer Last verbunden ist. In dem Innen- leiter IL können auf diese Weise eine Hochspannung bzw. Hochspannungsimpulse von einigen 100.000 V generiert werden. Der in Fig. 1 dargestellte herkömmliche IVA-Pulsgenerator einschließlich der äußeren Struktur, welche die Kavitäten beinhaltet, kann einen Durchmesser von 1,5 bis 2 m und eine Länge von 3 bis 5 m aufweisen. Zwischen dem Innenleiter IL und den Magnetkernen MK innerhalb der Kavitäten besteht ein ringförmiger Spalt, wobei der Abstand zwischen dem Innenleiter IL und den Kavitäten stufenweise zunimmt, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Kavitäten können beispielsweise mit Öl gefüllt sein. Der zwischen dem Innenleiter IL und dem Koax-Kabel K befindliche Spalt sowie der ringförmige Spalt zwischen dem Innenleiter und den Kavitäten und deren Magnetkernen MK befindet sich in der Regel in einem Vakuum. Die in Fig. 1 dargestellte herkömmliche Anordnung für einen IVA-Pulsgenerator hat jedoch den Nachteil, dass der Innenleiter IL ein relativ großes Volumen benötigt und somit das Bauvolumen des gesamten IVA-Pulsgenerators relativ groß ist. Da- rüber hinaus muss der Innenleiter IL mit einer hohen Präzision gefertigt werden, sodass der Fertigungsaufwand für den Innenleiter IL entsprechend hoch ist. Da der Innenleiter IL aus einer Metallstange oder einem dickwandigen Metallrohr be- steht, ist zudem das Gewicht des Innenleiters bei dem herkömmlichen IVA-Pulsgenerator, so wie er in Fig. 1 dargestellt ist, groß.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen zu schaffen, die mit einem möglichst geringen Fertigungsaufwand hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit den in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst .

Die Erfindung schafft demnach eine Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit induktiv voneinander entkoppel- ten Hochspannungsimpulsgeneratorstufen, welche jeweils über einen zugehörigen Spaltabschnitt generierte Hochspannungsimpulse in einen zugehörigen Bandleiterabschnitt eines Bandleiters induktiv einkoppeln, wobei der Spaltabstand zu dem Bandleiter bei jedem Bandleiterabschnitt stufenweise zunimmt.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dabei der Bandleiter flach ausgebildet und die Hochspannungsimpulsgeneratorstufen sind zueinander versetzt angeordnet.

Bei einer alternativen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Bandleiter stufenförmig ausgebildet und die Hochspannungsimpulsgeneratorstufen sind in einer Ebene angeordnet .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung beträgt der Spaltabstand eines Spaltabschnittes zwischen einer n-ten Hochspannungsimpulsgenerator- stufe und dessen zugehörigen Bandleiterabschnitt das n- fache des Spaltabstandes des Spaltabschnittes zwischen der ersten Hochspannungsimpulsgeneratorstufe und dessen zugehörigen Bandleiterabschnitt .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Spaltabstände der Spaltabschnitte zwischen den Hochspannungsimpulsgeneratorstufen und den zugehörigen Bandleiterabschnitten des Bandleiters einstell- bar.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die in dem Bandleiter induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung an eine Last abgeleitet.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Last um eine

Elektroporationseinrichtung .

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Last um eine Anordnung zur Erzeugung von Elektronen- oder Ionenstrahlen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Last um eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydraulischen Zerkleinerung von mineralischen Stoffen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Last um eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydraulischen Zerkleinerung von biologischen Stoffen. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei der Last um eine Anordnung zur Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung . Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist jede Hochspannungsimpulsgeneratorstufe einen Hochspannungsimpulsgenerator auf, der über einen steuer- baren Schalter an eine magnetische Entkopplungseinheit schaltbar ist.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die steuerbaren Schalter der ver- schiedenen Hochspannungsimpulsgeneratorstufen zeitsynchron durch eine Steuerschaltung geschaltet.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Hochspannungsimpulsgenerator- stufe einen Magnetkern auf, um den eine Leitung gewickelt ist, die dem zugehörigen Bandabschnitt des Bandleiters gegenüberliegt .

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Bandleiter eine Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 3 mm auf.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Bandleiter eine Breite in einem Bereich von 20 bis 100 cm auf.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in dem Spalt zwischen dem Bandleiter und den Hochleistungsimpulsgeneratorstufen ein Fluid.

Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich bei dem Fluid um eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser oder Öl, ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung befindet sich in dem Spalt zwischen dem Spaltleiter und den Hochspannungsimpulsgeneratorstufen ein Vakuum bzw. ein Unterdruck.

Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen mit den in Patentanspruch 14 angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung schafft demnach ein Verfahren zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen, bei dem Hochspannungsimpulse, die von induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsgenera- torstufen generiert werden, in einen gemeinsamen Bandleiter induktiv eingekoppelt werden,

wobei ein Spaltabstand zwischen dem Bandleiter und den seriell verschalteten Hochspannungsimpulsgeneratorstufen stufen- weise zunimmt.

Die Erfindung schafft ferner eine Elektroporationsanlage mit den in Patentanspruch 13 angegebenen Merkmalen. Die Erfindung schafft demnach eine Elektroporationsanlage mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsgenera- torstufen, welche jeweils über einen zugehörigen Spaltabschnitt generierte Hochspannungsimpulse in einen zugehörigen Bandleiterabschnitt eines Bandleiters induktiv einkoppeln, wobei der Spaltabstand zu dem Bandleiter bei jedem Bandleiterabschnitt stufenweise zunimmt,

wobei die in dem Bandleiter induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung an eine

Elektroporationseinrichtung abgeleitet wird.

Im Weiteren werden mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert.

Es zeigen: 1 eine Schnittansicht auf einen herkömmlichen IVA- Pulsgenerator zur Erzeugung von Hochspannungsimpul - sen; Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen gemäß der Erfindung ; Fig. 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen gemäß der Erfindung ; Fig. 4 eine schematische Ansicht zur Darstellung eines

Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen.

Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungs- gemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpul - sen. Wie man in Fig. 2 erkennen kann, weist die Vorrichtung 1 mehrere induktiv voneinander entkoppelte Hochspannungsimpuls- generatorstufen auf, welche jeweils über einen zugehörigen Spaltabschnitt generierte Hochspannungsimpulse in einen zuge- hörigen Bandleiterabschnitt eines gemeinsamen Bandleiters 2 einkoppeln. Wie man in Fig. 2 ferner erkennen kann, nimmt der Spaltabstand zu dem Bandleiter 2 bei jedem Bandleiterabschnitt stufenweise zu. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen vier induktiv voneinander entkoppelte Hochspannungsimpulsgeneratorstufen auf. Der in der Mitte angeordnete Bandleiter 2 besteht aus einem elektrisch leitenden Material und ist flach ausgebildet. Die Dicke des Bandleiters 2 beträgt bei einer möglichen Ausführungsform 0,1 bis 3 mm. Die Breite des Bandleiters 2 kann beispielsweise in einem Bereich von 20 bis 100 cm liegen. Die Länge des Bandleiters 2 hängt von der Anzahl der induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsgeneratorstufen ab. Je mehr Hochspannungs- impulsgeneratorstufen innerhalb der Vorrichtung 1 verschaltet werden, desto größer ist die Länge des verwendeten Bandleiters 2. Eine Hochspannungsimpulsgeneratorstufe umfasst einen Magnetkern 3, um den eine Leitung gewickelt ist. Diese Lei- tung liegt dem zugehörigen Bandabschnitt des Bandleiters 2 gegenüber. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind symmetrisch auf beiden Seiten des flachen Bandleiters 2 jeweils mehrere Hoch- spannungsimpulsgeneratorstufen vorgesehen. Diese Hochspan- nungsimpulsgeneratorstufen sind vorzugsweise symmetrisch bzw. spiegelbildlich zu dem flachen Bandleiter 2 angeordnet, wobei der Spaltabstand zwischen den umwickelten Magnetkernen 3 und den entsprechenden Bandabschnitten des Bandleiters 2 auf beiden Seiten stufenweise zunimmt, wie in Fig. 1 dargestellt. Der um den Magnetkern 3 der jeweiligen Hochspannungsimpulsge- neratorstufe gewickelte Leiter ist mit einem Hochspannungsimpulsgenerator 4 über einen steuerbaren Schalter schaltbar. Jede Hochspannungsimpulsgeneratorstufe 6-i der Hochspannungs- impulserzeugungsvorrichtung 1 weist somit einen Hochspannungsimpulsgenerator 4 auf, der über einen steuerbaren Schal - ter 5 an den umwickelten Magnetkern 3 der Hochspannungsim- pulsgeneratorstufe 6 schaltbar ist. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 insgesamt acht Hochspannungsimpulsgeneratorstufen auf, wobei sich vier Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-1, 6L-2, 6L-3, 6L- 4 auf der linken Seite L des Bandleiters 2 befinden und wobei sich vier Hochleistungsimpulsgeneratorstufen 6R-1, 6R-2, 6R- 3, 6R-4 auf der rechten Seite R des Bandleiters 2 befinden. Wie in Fig. 1 dargestellt, nimmt der Spaltabstand Ai zu dem Bandleiter 2 bei jedem Bandleiterabschnitt der Hochspannungs- impulsgeneratorstufe stufenweise zu. So ist der Spaltabstand AI zwischen dem umwickelten Magnetkern und dem Bandleiter 2 bei den einander gegenüberliegenden Hochspannungsimpulsgene- ratorstufen 6L-1, 6R-1 geringer als der Spaltabstand A2 zwischen den umwickelten Magnetkernen 3L-2, 3R-2 der beiden ge- genüberllegenden Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-2, 6R- 2 der zweiten Stufe. Bei einer möglichen Ausführungsform beträgt der Spaltabstand Ai eines Spaltabschnittes zwischen einer n-ten Hochspannungsimpulsgeneraturstufe 6L-i bzw. 6R-i das n-fache des Spaltabstandes AI zwischen der ersten Hoch- spannungsimpulsgeneratorstufe 6L-1 bzw. 6R-1 und dem zugehörigen Bandleiterabschnitt des Bandleiters 2. Bei dieser Ausführungsform ist somit A2 = 2 x AI , A3 = 3 x AI und A4 = 4 x AI. Dementsprechend nimmt der Wellenwiderstand Z_w und die zugehörige induktiv eingekoppelte Spannung ebenfalls stufenweise zu .

Bei einer möglichen Ausführungsform ist der Bandleiter 2 mit einer äußeren Leitung einer Zwei- oder Dreiplattenleitung verbunden. Die Impulseinspeisung erfolgt über den Bandleiter 2 in den oberen oder unteren Teil der Plattenleitung. Zur reflexionsfreien Einspeisung der Hochspannungsimpulse über die einzelnen Hochspannungsquellen werden die

Impedanzverhältnisse bei der Dimensionierung und Auslegung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 berücksichtigt. Dies geschieht dadurch, dass für nachfolgende Stufen bzw. Hochspan- nungsimpulsgeneratorstufen jeweils größer werdende Spaltabstände Ai vorgesehen werden. Bei einer bevorzugten Ausfüh- rungsform werden die Platten- bzw. Spaltabstände in aufeinanderfolgenden Hochspannungsimpulsgeneratorstufen derart gewählt, dass bei gleichen Impedanzen Z_w der Spannungsquellen der zugehörige Leiterplattenabschnitt bzw. Bandleiterabschnitt das n-fache des Spaltabstandes des Spaltabschnittes zwischen der ersten Hochspannungsimpulsgeneratorstufe und dessen zugehörigen Bandleiterabschnittes beträgt. Die Spannungsquellen 4L-i bzw. 4R-i bilden dabei den äußeren Teil der Hochspannungsimpulserzeugungsvorrichtung 1, wobei der Innenleiter aus dem einfach zu fertigenden Bandleiter 2 besteht. Der Bandleiter 2 kann beispielsweise aus einem einfach zu fertigenden Blechteil geformt sein.

Durch die stufenweise Zunahme des Spaltabstandes Ai zu dem Bandleiter 2 an jeder Hochspannungsimpulsgeneratorstufe wer- den Reflexionen der eingespeisten Impulse minimiert. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 sind die Spaltabstände Ai der Spaltabschnitte zwischen den Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-i bzw. 6R-i und den zugehörigen Bandleiterabschnitten des Bandleiters 2 justierbar bzw. einstellbar. Bei entsprechender Einstellung der Spaltabstände kann eine reflexionsfreie Einspeisung der Hochspannungsimpulse über die verschiedenen Spannungsquellen in dem flachen bzw. glatten Bandleiter 2 erfolgen. Durch die symmetrische Anordnung der Magnetkerne 3 auf beiden Seiten des flachen Bandleiters 2 kann eine genaue Einstellung der Spaltabstände in einfacher Weise durchgeführt werden. Die in dem Bandleiter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung wird bei einer möglichen Ausführungsform über eine Hochspannungsführung 7 an eine Last 8 abgeleitet. Bei einer möglichen Ausführungsform handelt es sich bei dieser Last 8 um eine Elektroporationseinrichtung . Diese

Elektroporationseinrichtung kann beispielsweise Zellwände bzw. Zellmembranen von biologischen Stoffen bzw. Zellen durchlässig machen. Die Elektroporationseinrichtung kann beispielsweise zur Gewinnung von Zucker aus Zuckerrüben bzw. Zuckerrohr verwendet werden. Durch das elektrische Feld bzw. die Hochspannungsimpulse werden die Zellmembranen

permeabilisiert . Die Permeabilisierung der Zellmembranen kann bei einer möglichen Ausführungsform permanent erfolgen. Bei einer alternativen Ausführungsform wird durch die

Elektroporation eine temporäre Permeabilisierung der Zellwän- de hervorgerufen.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird die in dem Bandleiter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung 7 an eine Anordnung zur Erzeugung von Elektronen- oder Ionenstrahlen abgeleitet. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird die in dem Bandleiter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung an eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydraulischen Zerkleinerung von mineralischen Stoffen abgeführt. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird die in dem Bandleiter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung an eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydrauli - sehen Zerkleinerung von biologischen Stoffen geleitet.

Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 wird die in dem Bandleiter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung an eine Anordnung zur Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung geleitet.

Die verschiedenen steuerbaren Schalter 5L-i, 5R-i der Hoch- spannungsimpulsgeneratorstufen 6L-i, 6R-i werden bei einer möglichen Ausführungsform zeitsynchron durch eine in Fig. 2 nicht dargestellte Steuerschaltung geschaltet. Bei einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen befindet sich in dem Spalt zwischen dem Bandleiter 2 und den Magnetkernen 3L-i, 3R-i der Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-i, 6R-i ein Fluid. Bei einer möglichen Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Fluid um Wasser. Alternativ kann es sich bei dem Fluid auch um ein Öl handeln. Bei einer weiteren Ausführungsvariante handelt es sich bei dem Fluid um ein Gas oder Gasge- misch, beispielsweise Luft. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform befindet sich in dem Spalt zwischen dem Bandleiter 2 und den Magnetkernen 3L-i, 3R-i der entsprechenden Hochspannungsimpulsgeneratorstufe 6L-i, 6R-i ein Vakuum bzw. ein Unterdruck. Bei einer möglichen Ausführungsvariante ist das Fluid, das sich in dem Spalt zwischen dem Bandleiter 2 und den Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-i, 6R-i befindet, austauschbar.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante der er- findungsgemäßen Vorrichtung 1 ist der Bandleiter 2 flach ausgebildet und die Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6L-i bzw. 6R-i sind zueinander versetzt angeordnet. Bei einer alternativen Ausführungsvariante, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, ist der Bandleiter 2 stufenförmig ausgebildet und die Hoch- spannungsimpulsgeneratorstufen 6-i sind in einer Ebene angeordnet. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 vier induktiv voneinander entkoppelte Hochspannungsimpulsgeneratorstufen 6-i auf. Diese Hochspan- nungsimpulsgeneratorstufen 6-i koppeln jeweils über einen zugehörigen Spaltabschnitt generierte Hochspannungsimpulse in den zugehörigen Bandleiterabschnitt des stufenförmig ausgebildeten Bandleiters 2 induktiv ein. Dabei nimmt der Spaltab- stand wie bei der ersten Ausführungsvariante zu dem Bandleiter 2 bei jedem Bandleiterabschnitt stufenweise zu. Dabei beträgt der Spaltabstand eines Spaltabschnittes zwischen einer n-ten Hochspannungsimpulsgeneratorstufe 6-n und dessen zugehörigen Bandleiterabschnitt das n- fache des Spaltabstandes des Spaltabschnittes zwischen der ersten Hochspannungsimpuls- generatorstufe 6-1 und dessen zugehörigen gegenüberliegenden Bandleiterabschnitt des Bandleiters 2. So beträgt beispielsweise A2 = 2 x AI , A3 = 3 x AI und A4 = 4 x AI bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die in dem Bandlei- ter 2 induzierte aufsummierte Hochspannung wird über eine

Hochspannungsführung 7 an eine Last 8 abgeleitet. Wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst jede Hochspannungsimpulsgeneratorstufe 6-i einen Hochimpulsgenerator 4-i, der über einen steuerbaren Schalter 5-i an einen Magnetkern bzw. magnetische Entkopplungseinheit 3-i schaltbar ist. Durch die Stufenform des Bandleiters 2 und der damit verbundenen stufenweisen Zunahme des Spaltabstandes werden Impedanzverhältnisse geschaffen, die eine reflexionsfreie Einspeisung der Hochspannungsimpulse in dem Bandleiter 2 er- lauben. Die Impulsdauer der durch die Pulsgeneratoren 4-i erzeugten Hochspannungsimpulse kann variieren. Bei einer möglichen Ausführungsform ist die Zeitdauer der Hochspannungsimpulse, welche durch die Hochspannungsimpulsgeneratoren 4-i der Vorrichtung 1 generiert werden, einstellbar. Die Isolati- on der einzelnen Spannungsquellen untereinander kann bei einer möglichen Ausführungsform für sehr kurze Spannungsimpulse durch eine Laufzeitisolation mithilfe diskreter Elemente, insbesondere Induktivitäten oder Kabel, erfolgen. Für längere Spannungsimpulse kann eine induktive Entkopplung, beispielsweise mit einem Ferrit, erfolgen. Die induktive Entkopplung bzw. Isolation wird bei einer möglichen Ausführungsform in Abhängigkeit von der geforderten Kompaktheit der Vorrichtung 1 und der Impulsdauer der Hochspannungsimpulse gewählt bzw. eingestellt .

Fig. 4 zeigt eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen. Wie in Fig. 3 dargestellt, erfolgt eine Spannungsaddition von in den Bandleitern induzierten Hochspannungen über eine Drei- plattenleitung zu einer Koaxialleitung 7. Die Koaxialleitung 7 verbindet eine Last 8 mit der Dreiplattenleitung. Die Koaxialleitung 7 zu der Last 8 ermöglicht eine Kombination un- terschiedlichster Leistungen. Die Wellenwiderstände können entsprechend eingestellt werden. Bei der Last 8 kann es sich beispielsweise um eine Elektroporationseinrichtung handeln.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen wird ein flacher Bandleiter 2 verwendet, welcher eine induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung, beispielsweise ein Koaxialkabel 7, zu der Last 8 ableitet. Die flache mechanische Struktur bzw. Plattenleiterstruktur lässt sich in einfacher Weise hinsicht- lieh der Modularität und des Bauvolumens der Hochspannungsim- pulserzeugungsvorrichtung 1 optimieren. Wie in Fig. 2 dargestellt, können bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsvariante durch einfaches Versetzen der Spannungsquellen über den Bandleiter 2 beliebige Impedanzen eingestellt werden, ohne dass aufwendige mechanische Anpassungen durchgeführt werden müssen. Demgegenüber wird bei einer herkömmlichen Anordnung, wie sie beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist und einen rotationssymmetrischen bzw. koaxialen Aufbau besitzt, für jede Impedanzänderung der Einsatz gesonderter mechanischer Bauteile benötigt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen bietet somit variablere Kombinationsmög- lichkeiten durch eine Reihen- und Parallelschaltung von Band- und Dreiplattenleitern. Darüber hinaus wird eine kompaktere und kostengünstige Bauform für die Hochspannungsimpulserzeu- gungsvorrichtung 1 erreicht. Weiterhin gewährleistet der Auf- bau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 eine größtmögliche Modularität auf der Basis von einzelnen Spannungsquellen als Grundmodulen .

Die Anzahl der verschiedenen Hochspannungsimpulsgeneratorstu- fen 6 entlang des Bandleiters 2 kann variieren. Bei den in den Figuren 2, 3 dargestellten Ausführungsformen beträgt die Anzahl der Hochspannungsimpulsgeneratorstufen N = 4. Weiterhin ist es möglich, mehrere Bandleiter 2 miteinander zu koppeln .

Bei einer möglichen Ausführungsvariante erfolgt die Einstellung der Spaltabstände zu dem Bandleiter 2 automatisch, indem man die Spaltabstände derart einstellt, dass auftretende Reflexionen minimiert werden. Bei dieser Ausführungsvariante werden Signalreflexionen, die bei der Erzeugung der aufsummierten Hochspannung entstehen, ausgewertet und das Auswertungsergebnis zur Justierung bzw. Einstellung der Spaltabstände benutzt. Bei dieser Ausführungsvariante erfolgt somit eine Regelung der Spaltabstände zu dem Bandleiter 2 für jeden Bandleiterabschnitt, bevor die Vorrichtung 1 den normalen Betrieb aufnimmt. Bei dieser Ausführungsvariante wird zunächst in einer Einstellphase der Spalt zu dem Bandleiter 2 für jeden Bandleiterabschnitt zur Minimierung der Reflexionen justiert bzw. eingestellt und danach wird der Betrieb der Vor- richtung 1 zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen aufgenommen. In dem Spalt zwischen dem Bandleiter 2 und den Magnetkernen bzw. magnetischen Entkopplungseinheiten kann sich ein Fluid befinden. Dieses Fluid befindet sich in einem geschlossenen Behälter und kann durch verschiedene Anwendungsfälle ausgetauscht werden. Bei einer möglichen Ausführungsvariante sind verschiedene physikalische Parameter des Fluids einstellbar, beispielsweise dessen Druck. Der in der Vorrichtung 1 vorgesehene Bandleiter ist vorzugsweise aus einem leichten hochspannungsfesten Material hergestellt. Dadurch kann eine deutliche Gewichtsreduktion im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten herkömmlichen Anordnung erzielt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen mit induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsge- neratorstufen (6), welche jeweils über einen zugehörigen

Spaltabschnitt generierte Hochspannungsimpulse in einen zugehörigen Bandleiterabschnitt eines Bandleiters (2) induktiv einkoppeln,

wobei der Spaltabstand zu dem Bandleiter (2) bei jedem Band- leiterabschnitt stufenweise zunimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bandleiter (2) flach ausgebildet ist und die Hochspannungsimpulsgenerator- stufen (6) zueinander versetzt angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bandleiter (2) stufenförmig ausgebildet ist und die Hochspannungsimpulsgenera- torstufen (6) in einer Ebene angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

3, wobei der Spaltabstand eines Spaltabschnittes zwischen einer n-ten Hochspannungsimpulsgeneratorstufe (6) und dessen zugehörigen Bandleiterabschnitt das n- fache des Spaltabstandes des Spaltabschnittes zwischen der ersten Hochspannungsim- pulsgeneratorstufe und dessen zugehörigen Bandleiterabschnitt beträgt .

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

4, wobei die Spaltabstände der Spaltabschnitte zwischen den Hochspannungsimpulsgeneratorstufen (6) und den zugehörigen

Bandleiterabschnitten des Bandleiters (2) einstellbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

5, wobei die in dem Bandleiter (2) induzierte aufsummierte Hochspannung über eine Hochspannungsführung (7) an eine Last (8) abgeleitet wird.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 6, wobei jede Hochspannungsimpulsgeneratorstufe (6) einen Hochspannungsimpulsgenerator (4) aufweist, der über einen steuerbaren Schalter (5) an eine magnetische Entkopplungsein- heit schaltbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die steuerbaren Schalter (5) der verschiedenen Hochspannungsimpulsgeneratorstufen (6) zeitsynchron durch eine Steuerschaltung geschaltet wer- den.

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

8, wobei die Hochspannungsimpulsgeneratorstufe (6) einen Magnetkern (3) aufweist, um den eine Leitung gewickelt ist, die einem zugehörigen Bandabschnitt des Bandleiters (2) gegenüberliegt .

10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

9, wobei der Bandleiter (2) eine Dicke von 0,1 bis 3 mm und eine Breite von 20 bis 100 cm aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis

10, wobei sich in dem Spalt zwischen dem Bandleiter (2) und den Hochleistungsimpulsgeneratorstufen (6) ein Fluid, insbe- sondere Wasser oder Öl, ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft, oder ein Vakuum befindet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Last (8)

eine Elektroporationseinrichtung,

eine Anordnung zur Erzeugung von Elektronen- oder Ionenstrahlen,

eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydrauli - sehen Zerkleinerung von mineralischen Stoffen,

eine Anordnung zur elektrodynamischen oder elektrohydrauli - sehen Zerkleinerung von biologischen Stoffen oder

eine Anordnung zur Erzeugung kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung ist.

13. Elektroporationsanlage mit einer Vorrichtung (1) zur Erzeugung von Hochspannungsimpulsen nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 11, wobei die Last (8) eine

Elektroporationseinrichtung aufweist .

14. Verfahren zum Erzeugen von Hochspannungsimpulsen, bei dem Hochspannungsimpulse, die von induktiv voneinander entkoppelten Hochspannungsimpulsgeneratorstufen (6) generiert werden, in einen gemeinsamen Bandleiter (2) induktiv eingekoppelt werden, wobei ein Spaltabstand zwischen dem Bandleiter (2) und den seriell verschalteten Hochspannungsimpulsgenerator- stufen (6) stufenweise zunimmt.