DE2528203C2

DE2528203C2 - Anordnung zum Schalten hoher Energien mittels einer Gasentladungsröhre

Info

Publication number: DE2528203C2
Application number: DE2528203A
Authority: DE
Inventors: Richard P. Los Altos Calif. Fleenor; John W. Sullivan
Original assignee: Gould Inc
Current assignee: Gould Inc
Priority date: 1974-06-26
Filing date: 1975-06-25
Publication date: 1981-09-24
Also published as: JPS5419577B2; GB1469050A; CA1039808A; DE2528203A1; FR2276683B1; FR2276683A1; JPS512976A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schalten hoher Energien mittels einer Gasentladungsröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Anordnung ist durch die US-PS 73 050 bekannt geworden. Sie bewältigt Spannungen der Größenordnung von 10 KV und Ströme der Größenordnung von einigen Hundert Ampere und kann lehr schnell geschaltet werden.

Bei der bekannten Anordnung kann sich der Zündzeitpunkt und damit die Größe der geschalteten Energie sehr verändern. Es hat sich gezeigt, daß die Röhren unterschiedliche Durchbruchsspannungen oder Eigen-Schwellwertspannungen im Bereich von 8 KV bis fiber 25 KV aufweisen. Wenn die Spannung der Energiequelle 8 KV oder mehr beträgt, kann daher die Vorrichtung zu früh, d. h. auch ohne Auslöseimpuls, von selbst zünden, was bei vielen Anwendungen nicht in Kauf genommen werden kann (z. B. bei Defibrillatoren).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Anordnung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Zündzeitpunkt definiert ist.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den Merkmalendes Kennzeichens des Anspruchs I.

Der Auslöseimpuls bestimmt in der Regel den Zündzeilpunkt; bei Abwesenheit des Auslöseimpulses verhindert jedoch der elektrostatisch geladene Schirmmantel ein zu frühes Zünden, Man hat beobachtet, daß dieser Schirm zu eifief sehr zuverlässigen Eigen' SchweMwertspafinung in der Größenordnung von KV bei Xenon-Entladungsröhren führt

Eine vorteilhafte Ausgestaltung enthält der Unieran* spruch.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibungeines Ausführungsbeispiels, das anhand der F i g. 1 bis 4 erläutert wird. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer Ausführungsform innerhalb eines Längsschnittes einer erfindungsgemäßen Schaltanordnung für hohe Energien;
F i g. 2 ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1; Fig.3 eine Schaltung der in Fig. 1 dargestellten Schaltanordnung für die Anwendung bei einem ίο Defibrillator und

Fig.4 eine graphische Darstellung der Ausgangsspannung der Schaltanordnung in dem in Fig.3 dargestellten Schaltkreis.

Die Schaltanordnung enthält eine Gasentladungsröhre mit dem länglichen Glasgefäß 10, in dem die Eingangselektrode 12 und die Ausgangselektrode 13 axial angeordnet sind. Das Glasgefäß ist mit einem geeigneten Gas, wie z. B. Xenon, gefüllt Bei der bevorzugten Ausführungsform handelt es sich um eine Xenon-Entladungsröhre und der Druck in der Röhre ist etwas kleiner als der Atmosphärcndruck.

Um den Durchschlag der Gasentladungsröhre zu bewirken und die Hauptentladung zwischen den Elektroden 12 und 13 einzuleiten, ist ein Steuerelement, die Zündelektrode 16 vorgesehen. Dieses Steuerelement besteht aus den leitenden Schleifen 16a und 16Z>, die koaxial zu den Elektroden angeordnet sind und mit der Eingangselektrode 12 verbunden sind. Die Schleife 16a ist der Eingangselektrode 12 benachbart und die Ό Schleife 160 befindet sich zwischen Eingangselektrode 12 und Ausgangselektrode 13.

Die Gasentladungsröhre als Glasgefäß 10 und das Steuerelement als Zündelektrode 16 befinden sich in einem zylinderförmigen Gehäuse 21 aus einem elektrisch isolierenden Material wie z. B. Plastik. Die Gasentladungsröhre und das Steuerelement sind koaxial bezüglich des Gehäuses angeordnet, die Halterungen sind nicht gezeigt. In der bevorzugten Ausführungsform hat die Gasentladungsröhre eii.en Durchmesser zwischen 0,63 cm und 0,95 cm; das Gehäuse hat einen Durchmesser von ungefähr 2,54 cm; der Durchmesser der Schleifen 16a, 166 ist etwas kleiner als der Durchmesser des Gehäuses.

Ein elektrostatisch geladener Schirm 23 ist über der Ausgangselektrode 13 koaxial zu dieser angebracht. Der Schirm ist aus einem elektrisch leitenden Material hergestellt; bei der bevorzugten Ausführungsform besteht er aus einer Schicht aus Messingfolie (Rreile 2.54 cm; Dicke 0,005 bis 0.007 cm) und ist um das Ende des Gehäuses 21, wo sich die Ausgangselektrode 13 befindet, gewickelt. Der Schirm ist mit einem Luftspalt 24 versehen. Falls erforderlich, kann der Schirm mit einem geeigneten isolierenden Material, wie z. B. Gummi,bedeckt werden.

In F i g. 3 wird die Schaltanordnung in Verbindung mit einem Defibrillator gezeigt; die Ausgangsanschlüsse 26, 27 werden mit dem Körper des Patienten in Kontakt gebracht, um die defibrillierenden impulse zum Herzen des Patienten weiterzuleiten. Der Ausgangsanschluß 26 ist mit der Ausgangselektrode U verbunden und der Aüsgangsanschluß 27 mit dem Schirm 23 und dem Kondensator 31, Der Kondensator 31 und die Sekundärwicklung 32 eines Transformators sind zwischen dem Ausgangsanschluß 27 und der Eingangselektrode 12 elektrisch in Serie geschaltet Der Kondensator 31 speichert die Energie, die dem Herzen des Patienten zugeführt werden soll; der Kondensator 31 wird durch eine 24-Voll-BalIerie 33 auf 3 KV bis 7 KV aufgeladen

(über einen Gleichspannungswandler 34 und die Diode 36).

Der Transformator 37 hat die Primärwicklung 38. Bei der bevorzugten Ausführungsform besteht die Primärwicklung 38 aus vier bis fünf Windungen aus Kupferfolie; die Sekundärwicklung 32 besteht aus einigen Hundert Windungen Kupferdraht; der Transformator 37 befindet sich in dem zylinderförmigen Behältnis 39 und ist koaxial zum Gehäuse 21 eingebaut (in der Nähe der Eingangselektrode 12 und der Zündelektrode 16).

Es ist weiterhin ein Steuerkreis vorgesehen, der den Auslöseimpuls erzeugt. Dieser besteht aus einem Kondensator 41 und einem Thyristor 42, die elektrisch in Serie mit der Primärwicklung 38 geschaltet sind. Die Batterie 33 lädt den Kondensator 41 über einen Umformer 43 (ähnlich dem Gleichspannungswandler 34) auf 200 Volt auf.

Der Eingang des Thyristors 42 ist mit einer geeigneten Steuervorrichtung versehen, wie z. B. einem manuell zu betätigenden Schalter.

Die Wirkungsweise der Schaltung nach Fig. 3 ist folgende. Beim Einschalten wird der Kondensator 41 durch den Umformer 43 aufgeladen (ungefähr 200 Volt). Wenn der Gleichspannungswandler 34 angeschaltet ist, wird der Kondensator 31 aufgeladen (ungefähr 3 KV bis 7 KV). Die Ausgangsanschlüsse 26 und 27 werden mit dem Körper des Patienten in Kontakt gebracht und der Thyristor 42 wird gezündet, wenn ein Impuis zur Defibrillierung benötigt wird. Wenn der Thyristor zündet, entlädt sich der Kondensator 41 über die Primärwicklung 38, wobei ein Auslöseimpuls (Größenordnung 25 KV, Dauer 1 bis 2 Mikrosekunden) in der Sekundärwicklung 32 entsteht. Dieser Impuls, der das Gas in der Röhre 10 ionisiert, bewirkt die Hauptentladung zwischen den Elektroden 12 und 13 und gibt die im Kondensator 41 gespeicherte Energie an die Ausgangsanschlüsse 26 und 27 ab.

Der Kondensator 31, die Wicklung 32 und der Körper des Patienten bilden einen LCR-Kre\s, der den in F i g. 4 gezeigten Spannungsverlauf erzeugt, wenn der Kondensator 31 entladen wird. Dieser ist als Low.vKurve bekannt: es ist eine leicht unterkritisch gedämpfte sinusförmige Kurve, die mit einem Betrag von ungefähr 82% pro Hclbwelle abnimmt. Die Gasentladungsröhre erfordert einen gewissen minimalen Strom, damit die Zündung aufrechterhalten wird; sie erlischt beim Nulldurchgang am Ende der ersten oder zweiten Halbwelle der Ausgangsspannung, je nach der Anfangsladung des Kondensators 31. Bei einer Anfangsladung von 7 KV als Beispiel fällt die Spannung beim ersten Nulldurchgang sehr schnell ab und die Röhre schaltet

IQ bis zum zweiten Nulldurchgang nicht ab. Bei einer kleineren Anfangsladung, z. B. 3 KV, schaltet die Röhre beim ersten Nulldurchgang ab. Der Impuls, der das Herz des Patienten erreicht, dauert ungefähr 5 bis 8 Millisekunden; sein Pegel hängt von der Anfangsladung

π des Kondensators 31 ab.

Es zeigt sich, daß der elektrostatische Schirm 23 sehr wirkungsvoll das Zünden der Entladungsröhre vor dem Eintreffen des Auslöseimpulses verhindert. Röhren, bei denen sonst bei so niedrigen Potentialen wie 8 KV der Durchschlag eintritt, halten Spannung·. ~.i der Größenordnung 15 KV ohne Zündung aus. Vor e'er Zündung wird der Schirm unter einer Spannung gehalten, die im wesentlichen dieselbe ist wie die der Ausgangselektrode. Der Schirm funktioniert dadurch, daß er das elektrostz'ische Feld in der Nähe der Ausgangselektrode formt und die Feldgradientenkonzentralion vermindert, die sonst wegen der Scharfkantigkeit der Elektrode in diesem Gebiet vorhanden wäre. Dieser Schirm funktioniert auch dann, wenn die Röhre in

JO Gegenwart äußerer metallischer Gegenstände gezündet wird.

Die Schaltvorrichtung ist insofern betriebssicher, als sie nicht zündet, wenn die Glashülle zerbrochen ist. Die Zündelektrode 16 ist ziemlich weit von der Ausgangs-

)5 elektrode 13 und von dem Schirm 23 entfernt und es kann daher zu keiner von beiden Elektroden zu einem Überschlag kommen, wenn das Glasgefäß derart zerbricht, und die Ausgangselektrode 13 freisteht. Im Falle eines Lecks in der Glashülle führt der Unterdruck in der Gasentladungsröhre dazu, daß sich das Xenongas mit der einströmenden Luft vermischt, wodurch die Schwellwertspannung ansteigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Schalten hoher Energien mittels einer Gasentladungsröhre als längliches Glasgefäß mit Elektroden an dessen Enden, deren eine als Eingangselektrode mit dem einen Pol einer Energiequelle und deren andere als Ausgangselektrode mit einem Lastwiderstand verbunden ist, wobei eine mit der Eingangselektrode verbundene, außerhalb des Glasgefäßes angeordnete Zündelektrode vorhanden ist und ein Steuerkreis auf die Zünd- und Eingangselektrode einen Auslöseimpuls gibt, dadurch gekennzeichnet, daß koaxial zur Ausgangselektrode (13) außerhalb des Glasgefäßes (10) ein Schirmmantel (24) vorgesehen ist, der auf dem Potential des anderen Pols der Energiequelle (Kondensator 31) zum Lastwiderstand liegt und der bei fehlendem Auslöseimpuls die Zündung der Gasentladungsröhre dann verhindert, wenn die Spannung zv.">schen Eingangselektrode (12) und Ausgangselektrode (13) unierhaib eines vorbestimmten Wertes liegt, und daß die Zündelektrode (16) koaxial zur Eingangselektrode (12) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch !, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündelektrode (16) aus zwei parallel geschalteten Schleifen (16a, \6b) besteht, von denen die eine unmittelbar auf Höhe der Eingangselektrode (12) und die andere zwischen Eingangs- und Ausgangselektrode (12, 13) angebracht ist.