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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum
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Feststellen eines unkontrollierten Stromes (Fehlerstromes) beim Zuführen
hochfrequenter Energie an einen Körper, z.B. eines Patienten, von den Ausgangsklemmen
eines Hochfrequenzgenerators über eine erste und über eine an Erde angeschlossene
zweite Speiseleitung und über an die Speiseleitung angeschlossene, mit dem Körper
in Berührung stehende Elektroden, wobei der Körper auf einem Lager-Gestell, z.B.
einem Tisch, gelagert ist, insbesondere zum Zwecke der HF-Chirurgie, und wobei der
Fehlerstrom mittels eines in einer nach Erde führenden Verbindung eingeschalteten
Wandlers, an den ein Auswerteteil angeschlossen ist, gemessen und beim überschreiten
eines Grundwertes ein Fehlerstromsignal abgegeben wird, mittels dessen eine Warneinrichtung
betätigt werden kann.
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Derartige Vorrichtungen sind aus der US-PS 4,200,105 und 4,231,372
bekannt.
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Unkontrollierte Ströme, die üblicherweise als Fehlerströme bezeichnet
werden, können zu Störungen im Betrieb, ja zu Lebensgefahr von Personen führen.
Es ist daher vielfach üblich, bei netzbetriebenen Geräten einen Fehlerstromschalter
vorzuschalten. Ordnungsgemäß verlaufende Ströme fließen auf einem Leiter zu einem
elektrischen Gerät od.dgl. hin und auf dem Rückleiter zurück.
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Der Fehlerstromschalter wird von beiden Strömen durchflossen, derart,
daß bei ordnungsgemäßem Stromlauf sich die Wirkung der Ströme auf den Fehlerschutzschalter
aufhebt und dieser nicht betätigt wird. Wenn jedoch im Gerätestromkreis ein Teil
des Stromes, z.B. infolge eines Isolationsfehlers oder über eine mit der Stromzuführung
in Berührung kommende Person, nach Erde abgeleitet wird und so nicht auf dem normalen
Weg zurückfließt, stellt der Fehlerstromschutzschalter eine Stromdifferenz fest
und trennt die Netzverbindung ab.
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Bei Geräten, die hochfrequente Energie liefern und der Fehlerstromschalter
in die HF-Strom-Leitungen eingeschaltet ist, kann wegen der hohen Frequenzen und
der gegebenenfalls auftretenden Phasenverschiebungen gegebenenfalls die ordnungsgemäße
Wirkung beeinträchtigt und die Funktion nicht sicher sein.
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Kräftige hochfrequente Ströme, Spannungen und Leistungen werden angewendet
z.B. in der Hochfrequenz-Chirurgie.
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Dabei wird über eine z.B. nadelförmige Elektrode ein hochfrequenter
Strom in das Gewebe eines Patienten zugeführt, wobei der von der Elektrode eintretende
Strom eine begrenzte Gewebezerstörung erzeugt und gleichzeitig Blutungen eindämmt.
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Die Hochfrequenz kann in Form ungedämpfter, vorzugsweise sinusartiger,
Schwingungen vorliegen. Es sind auch Funkengeneratoren bekannt, die in kurzen Abständen,
also impulsartig, Schwingungszüge abklingender Amplitude erzeugen.
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Die Frequenz liegt dabei in der Regel im Bereich über 500 kHz bis
1.7 MHz.
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Die zugeführte Hochfrequenz-Energie tritt in den Patientenkörper ein
und findet dort einen großen Leitungsquerschnitt, so daß innerhalb des Körpers keine
störende Erwärmung auftritt; die Erhitzung wird lediglich an der Nadel erhalten,
in deren Nähe der Strom auf einen minimalen Querschnitt eingeengt ist. Der abfließende
Strom wird aus dem Körper abgenommen an einer Neutralelektrode, die mit großer Fläche
an geeigneter Stelle, z.B. um den Oberschenkel herum, angebracht ist. Bei fest sitzender
Neutralelektrode tritt
auch hier keine merkliche Erwärmung auf
und der Strom kann über ein an die Neutralelektrode angeschlossenes Kabel zmum Generator
zurückgeleitet werden. Fig. 1 zeigt eine solche bekannte Anordnung.
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Auf einem Operationstisch 1 ist ein Patient 2 gelagert.
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Der Operationstisch 1 ist mit einer Metallplatte 3 versehen, und zwischen
dieser Platte 3 und dem Patienten 2 ist eine Zwischenlage 4, z.B. aus saugfähigem
Material, angebracht.
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Der Tisch 1 wird von einem Ständer 5a,5b getragen, der überlicherweise
nach dem Stand der Technik aus einem Stück besteht. Dieser Ständer wird nachstehend
allgemein als Fuß bezeichnet. Der Fuß 5a,5b ist mit einer Grundplatte 6 verbunden
und auf dem Fußboden 7 aufgestellt. Die Grundplatte 6 ist über einen Erdleiter 8
mit Erde verbunden; da die Teile 1,3,5a und 5b mit der Fußplatte 6 leitend verbunden
sind, sind auch diese Teile geerdet.
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Diese Erde ist eine allgemeine Erdung, die in Fig. 1 unten als waagerecht
durchlaufende, gestrichelte Linie 9 dargestellt ist. Mit dieser Erdung sind alle
neutralen Teile um den Operationstisch herum verbunden. Im Fußboden des Operationsraumes
können weiter metallische Streifen 9a eingelassen sein, die ebenfalls mit der Erdung
9 über Erdleiter 9b verbunden sind. Dadurch wird sichergestellt, daß sich auch auf
dem Fußboden keine störenden Potentiale ausbilden können. Die Streifen 9a stellen
somit einen
Potentialausgleich her. Die Erdung 9 ist in bekannter
Weise mit wenigstens einem Erdpunkt im Gebäude und/oder dem Baugrund verbunden.
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Oberhalb des Patienten ist ein HF-Generator 10 dargestellt, der an
eine Ausgangswicklung 11 hochfrequente Ströme geeigneter Stärke, Spannung und Form
liefert, die von Klemmen 12 und 13 abgenommen werden können. Der Generator ist über
ein Kabel 10a mit dem Wechselstrom-Netz verbunden; dieses Kabel enthält auch einen
Schutzerde-Leiter lOb, der gegebenenfalls über einen Verbindungsleiter 10c an den
Erdleiter 21 oder in anderer Weise an die allgemeine Erdung 9 angeschlossen ist.
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Mit der Klemme 12 ist über ein Kabel 14 die, z.B. nadelförmige, Aktivelektrode
15 verbunden, mit der vom Chirurgen die erforderlichen Eingriffe durchgeführt werden.
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Die Klemme 13 ist über ein Kabel 16 mit der Neutralelektrode 17 verbunden.
Der über die Nadel 15 zugeführte hochfrequente Strom tritt in den Körper des Patienten
2 ein und fließt über einen durch eine gestrichelte Linie 18 angedeuteten Stromweg
zur Neutralelektrode 17 und über den Leiter 16 zur Ausgangsklemme 13 des Generators
10 zurück. Der im Körper zurücklaufende Strom ist natürlich nicht auf einen bestimmten
Bereich um die Linie 18 festgelegt.
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Auch der übrige Körper kann über mehr oder weniger große Leitungswiderstände
von einem Teil des über die Aktivelektrode
15 zugeführten hochfrequenten
Stromes durchflossen werden.
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In der bisher beschriebenen Schaltung, in der die Generator-Ausgangsklemmen
12 und 13 nur mit der Aktivelektrode 15 bzw. mit der Neutralelektrode 17 verbunden
sind, könnte der Strom von der Aktivelektrode 15 etwa entsprechend dem strichpunktiert
dargestellten Stromweg 19 durch den Körper des Patienten 2 hindurch nach unten fließen;
er findet dabei nur einen sehr geringen Widerstand. Wenn die Zwischenlage 4 trocken
ist, wird zwischen dem Körper des Patienten 2 und der Metallplatte 3 ein Kondensator
gebildet, über den der hochfrequente Strom die Platte 4 erreichen kann. Auch zwischen
der Neutralelektrode 16 und der Platte 4 besteht ein kapazitiver Übergang, und so
kann der Strom von der Elektrode 15 durch den Körper und die gebildete Kapazität
hindurch zur Platte 4 von dieser zurück über die gebildete Kapazität zur Neutralelektrode
17 fließen, so daß parallel zum vorgesehenen Stromweg 18 ein weiterer Stromweg gebildet
wird. Wenn sich in der Zwischenlage 14 unter dem Patienten 2 bei 20 eine Flüssigkeitsansammlung
gebildet hat, wird eine relativ niederohmige Strombrücke zur Platte 4 gebildet.
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Dadurch kann der Fehlerstrom über den Stromweg 19 deutlich stärker
werden. Wenn die Neutralelektrode 17 locker sitzt, erhöht sich der Widerstand über
den Stromweg 18, und entsprechend wird der Stromanteil über den Stromweg 19 größer.
In der Nähe des Überganges aus dem Stromweg 19 über den leitfähigen Bereich 20 zur
Platte 4 kann sich
daher eine deutliche Konzentrierung des Stromes,
eine stärkere Erwärmung und gegebenenfalls eine Verbrennung ergeben.
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Üblicherweise ist der Hochfrequenz-Generator 10 über einen Leiter
21 mit Erde verbunden, und auch die Klemme 13 der Ausgangswicklung 11 ist über eine
Verbindung 22 mit der Erdungsklemme 23 des Generators 10 und damit über die Leitung
21 an Erde angeschlossen. Auch die Metall-Platte 3 ist über den Fuß 5a, 5b, die
Grundplatte 6 und den Erdleiter 8 geerdet. Ströme über die strichpunktiert gezeichnete
Strombahn 19 fließen dann zur Platte 4, über den Erdleiter 8 nach Erde und über
die Leiter 21 und 22 zurück zu dem mit der Klemme 13 verbundenen Ende der Ausgangswicklung
11. Es tritt somit ein Fehlerstrom über die Leitung 21, 22 auf, und der Strom durch
den Leiter 16 wird entsprechend vermindert.
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Es kann auch vorkommen, daß die Fingerspitzen 25 - außerhalb der Zwischenlage
4 - die Metallplatte 3 direkt berühren.
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Es ist dann möglich, daß von der Aktivelektrode 15 durch den Körper
des Patienten, z.B. entsprechend der punktiert dargestellten Linie 26, ein Teilstrom
über die Fingerspitzen 25 nach Erde und über die Leitungen 21 und 22 zum Generator
10 zurückfließt, der dann die Leitung 16 nicht durchfließt.
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Die Berührungsfläche der Fingerspitzen 25 mit der Platte 24 kann klein
sein, so daß dort eine hohe Stromdichte und eine starke Erwärmung auftritt, die
zu Verbrennungen
führen kann. Die dargestellte Linie 26 entspricht
dem Stromfluß dann, wenn der Arm dicht am Körper anliegt.
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Aber auch wenn dies nicht der Fall ist und der erwähnte Fehlerstrom
einen anderen Weg, z.B. über die Schulter 27 in den Arm und zu den Fingerspitzen
25 nimmt, können die gleichen Störungen auftreten; denn der Weg durch den Arm weist
einen so großen Querschnitt auf, daß die Leitfähigkeit genügend hoch ist, um die
erwähnte Stromteilung zu bewirken.
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Es kann auch ein anderes elektrisches Behandlungsgerät, z.B. ein Elektrokardiograph
28 angeschlossen sein, der einerseits von einer Klemme 29 über eine Leitung 30 geerdet
ist und von dem eine Meßklemme 31, die über eine Leitung 32 mit einer Elektrode
33 am Patienten verbunden ist, ebenfalls über eine Verbindungsleitung 34 im Gerät
28 an die Erdklemme 29 angeschlossen ist. Dann liegt die Elektrode 33 ebenfalls
an Erde, so daß sich von der Aktivelektrode 15 über die durch Striche und doppelte
Punkte dargestellte Linie 35 ein Fehlerstrom von der Aktivelektrode 15 über die
Leitungen 32, 34, 30 nach Erde und weiter über die Leitungen 21 und 22 zur Ausgangsklemme
13 ausbilden kann. Jeder dieser Fehlerströme kann möglicherweise an Körperstellen,
an denen eine Einengung des Stromes und damit eine stärkere Wärmeentwicklung auftritt,
zu Störungen oder Verletzungen führen.
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Bei den bekannten Anordnungen nach den US-PS 4,200,105 und 4,231,372
wird der Fehlerstrom von der Leitung abgenommen, die zum Zuführen der HF-Energie
an die Patientenelektrode dient. Dadurch ergibt sich eine unerwünschte Verkopplung
von Nutz-Strom und Fehlerstrom, die eine exakte Funktion der Fehlerstrom-Ermittlung
beeinträchtigen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den hochfrequenten Fehlerstrom
unabhängig vom Nutzstrom zu erfassen und zu messen, um Störungen, insbesondere Verbrennungen
u.dgl. eines Patienten mit größerer Sicherheit zu vermeiden.
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Die Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Lager-Gestell
mit Erde verbunden und der Wandler in der Erdverbindung des Lager-Gestells angeordnet
ist.
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Auf diese Weise ist die Messung des Fehlerstromes vom Nutzstromkreis,
in dem starke Ströme fließen können, getrennt, so daß eine störende Beeinflussung
der Fehlerstrommessung vermieden ist.
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Durch die HF-Energie wird praktisch immer ein gewisser Grundwert des
Fehlerstromes hervorgerufen, der insbesondere kapazitiv bedingt ist. Dieser Grundwert
ist so gering, daß durch ihn Störungen, insbesondere Verletzungen eines Patienten,
nicht zu befürchten sind; dieser Grundwert liegt beispielsweise deutlich unter 1
mA. Unerwünschte Auswirkungen sind erst zu erwarten, wenn der Strom wesentlich höhere
Werte, z.B. zwischen 1 und 10 mA , erreicht. Die Grenze, bis zu der ein Fehlerstrom
unbedenklich ist, kann je nach der betreffenden Apparatur , den verwendeten Schwingungen
und Energien in der Praxis bestimmt und festgelegt werden.
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Wenn diese Grenze des Fehlerstromes überschritten ist, wird nach der
Erfindung ein Signal ausgelöst. Dieses Signal soll auf die Gefahr hinweisen, damit
gegebenenfalls Abhilfe geschaffen werden kann. Eine sofortige Abschaltung der Energiezufuhr,
wie es bei einem in der Netz zuleitung liegenden Fehlerstrom-Schutzschalter üblich
ist, ist beim vorliegenden Fall in der Regel nicht erwünscht; denn
dann
würde sofort das Arbeiten mit der Hochfrequenzenergie unterbrochen,und es könnten,
z.B. bei einem chirurgischen Eingriff, Komplikationen durch eine unvollkommene Operation
hervorgerufen werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung wird die
HF-Energie von den Ausgangsklemmen eines Hochfrequenz-Generators (HF-Generator)
über eine erste und eine zweite Speiseleitung dem Körper über mit diesem in Berührung
stehende Elektroden zugeführt, und der Fehlerstrom wird mittels eines Wandlers aus
einer Erdleitung abgetastet und dem Auswerte-Teil zugeführt. Die erste und die zweite
Speiseleitung sind dabei mit der Aktiv-Elektrode bzw. mit der Neutral-Elektrode
verbunden. Der Wandler bildet einen Transformator, dessen Primärseite von dem Fehlerstrom
gespeist wird. Auf der Sekundärseite kann der transformierte Strom dem Auswerte-Teil
zugeführt werden; dann wirkt der Transformator im wesentlich als Spannungswandler.
Es ist
Vorzugsweise kann der Wandler in die Erdleitung des Patienten-Lagergestelles
eingefügt sein. Dieses Gestell kann die Form eines oder mehrerer Füße oder Beine
haben, wie es bei Möbeln, auch medizinischen Möbelstücken, verschiedenster Art üblich
ist.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird in dem Auswerte-Teil
das vom Wandler gelieferte Fehlerstrom-Signal über einen Verstärker einer Schwellwert-Einrichtung
zugeführt, und beim Übersteigen eines Grundwertes des gemessenen Fehlerstromes wird
ein Fehlerstrom-Signal gebildet, mittels dessen eine Warneinrichtung betätigt wird.
Die Warneinrichtung
kann optischer und/oder akustischer Art sein
und z.B. eine Lampe bzw. einen Tongenerator in Verbindung mit einem Lautsprecher
enthalten. Das Einschalten der einen oder der anderen Warneinrichtung kann gegebenenfalls
von der Stärke des gemessenen Fehlerstromes abhängig gemacht sein.
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Nach einer besonderen Ausführungsform nach der Erfindung wird der
Körper, z.B. eines Patienten, auf einem als Sitz-Steh- oder Liege-Möbel od.dgl.
ausgebildeten Gestell, z.B.
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auf einem Operationstisch, angeordnet und wenigstens ein auf dem Fußboden
stehender Fuß des Möbels wird mit einer, einen erhöhten HF-Widerstand aufweisenden
Unterbrechung versehen, wobei der obere Teil des Fußes über der Unterbrechung über
wenigstens eine Leitung mit Erde, gegebenenfalls mit dem geerdeten unteren Teil
des Fußes, verbunden ist und der diese Leitung durchfließende Fehlerstrom bzw.
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Fehlerstrom-Anteil mittels des Auswerte-Teiles gemessen wird. Die
Unterbrechung kann praktisch vollständig isolierend ausgebildet sein, sie kann aber
auch einen merklichen Teil des gesamten Fehlerstromes führen derart, daß nur ein
Fehlerstrom-Teil über den Wandler dem Auswerte-Teil zugeführt wird.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der erhöhte HF-Widerstand
dadurch erreicht, daß zwischen dem oberen und dem unteren Teil des Fußes bzw. eines
Beines oder eines anderen Teiles des Gestelles eine isolierende Platte angeordnet
ist,
die an ihrer oberen und an ihrer unteren Seite je eine leitende Schicht trägt, die
mit den Metallteilen des oberen bzw. des unteren Fußteiles in Verbindung steht;
diese Schichten sind mit der Primärwicklung des Wandlers verbunden derart, daß wenigstens
ein Teil des vom oberen zum unteren Fußteil fließenden Fehlerstromes dem Auswerte-Teil
zugeführt wird.
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Dabei können der obere und der untere Teil aneinander befestigt sein
durch Verbindungselemente, z.B. Schrauben, die für hochfrequente Schwingungen einen
Widerstand aufweisen, der im Vergleich zum Widerstand zwischen den leitenden Schichten
über den Wandler einen merklichen Wert besitzt. Durch die Verbindungselemente wird
so keine vollständige Überbrückung für Hochfrequenzschwingungen bewirkt; z.B. kann
eine Stromteilung im Verhältnis 2:1 zwischen den Verbindungselementen und dem Wandlereingang
erreicht werden. Vorzugsweise wird dazu die Oberfläche der Verbindungselemente,
z.B. spiralförmig - wie bei einer normalen Schraube - profiliert. Da Hochfrequenz
vorzugsweise auf der Oberfläche eines metallischen Körpers geleitet wird, wird,z.B.
bei einer Eisenschraube, erreicht, daß die Verbindungselemente die Hochfrequenz
nur unvollkommen ableiten. Andererseits leiten diese Verbindungselement#e bei Netzfrequenz
mit ihrem ganzen Querschnitt. Ein etwaiger starker netzfrequenter Strom wird somit
ungehindert nach Erde abgeleitet, wobei eine Schädigung des Wandlereinganges
bzw.
des Auswerte-Teiles nicht zu befürchten ist.
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Zwecksmäßig ist die Primärwicklung des Wandlers in die Erdleitung
eingeschaltet und eine Sekundärwicklung an den Auswerte-Teil angeschlossen. Dadurch
kann der Eingang des Wandlers sehr niederohmisch gehalten werden, so daß die erdende
Funktion nicht beeinträchtigt wird. Andererseits kann durch Transformation zur Sekundärwicklung
ein Fehlerstrom-Signal geeigneter Größe für die Aussteuerung des Auswerte-Teiles
erhalten werden.
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Ein besonders einfacher Aufbau ergibt sich bei einer Anordnung, bei
der der Wandler mit dem Auswerte-Teil kombiniert ist. Es sind dann nur die Signalgeber,
vorzugsweise über eine flexible Leitung, anzuschließen und an einem geeigneten Ort
im Operationssaal aufzustellen. Der Auswerte-Teil kann, gegebenenfalls etwas getrennt
vom Wandler, am oberen oder am unteren Fußteil angebracht sein, was zu einem stabilen
und platzsparenden Aufbau führt.
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Der Auswerte-Teil kann auch mit dem Hochfrequenz-Generator kombiniert
sein, so daß gegebenenfalls von diesem die Speiseenergie geliefert wird. Da ein
Fehlerstrom-Signal nur dann von Interesse ist, wenn der HF-Generator in Betrieb
ist, ist so die Speisung des Auswerte-Teiles in diesen Zeitintervallen sichergestellt.
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Die Anordnung kann auch so getroffen werden, daß der Auswerte
-Teil
vom Wandler getrennt angeordnet ist. Da der Ausgang des Wandlers eine höhere Impedanz
aufweist, sind Beeinträchtigungen durch eine längere Verbindungsleitung zum Auswerte-Teil
nicht zu befürchten. Der Auswerte-Teil kann dann an geeigneter Stelle, z.B. beim
Anästhesisten angeordnet werden. Dieser kann bei geeigneter Ausbildung des Auswerte-Teiles
dann auch unterschiedliche Fehlerstromsignale überwachen.
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Der Wandler selbst kann dann am oberen oder am unteren Tischfuß-Teil
angeordnet und über eine flexible Leitung mit dem Auswerte-Teil verbunden sein.
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Für den Wandler ist die Bemessung zweckmäßig so zu wählen, daß er
eine niedrige Eingangsimpedanz aufweist und daß sein Ausgang bei Hochfrequenz eine
ausreichende Steuergröße für den Auswerte-Teil liefert. Die Primärwicklung kann
dabei aus einer einzigen Windung oder einem Teil davon bestehen. Eine solche einzige
Eingangswindung kann so ausgebildet sein, daß sie etwa hindurchfließenden Netz-Wechselstrom
ohne merklichen Spannungsabfall überträgt.
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Zweckmäßig weist der Wandler für die vom HF-Generator gelieferten
Schwingungen Resonanz auf. Sein Übertragungsmaß ist dann für Hochfrequenz groß auch
bei niedrigem in der Erdleitung liegendem Eingangswiderstand. Z.B. kann die Eingangswindung
für Hochfrequenz eine Reihenresonanz aufweisen und/oder die Sekundärwicklung kann
Parallelresonanzverhalten zeigen. Damit ein Wandler nach der Erfindung
auch
mit verschiedenen Hochfrequenz-Generatoren benutzt werden kann, kann die Resonanz
einstellbar sein.
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Die Resonanz kann auch tiefer liegen als die Frequenz der Schwingungen
des HF-Generators. Dann liegt die oftmals scharfe Resonanzspitze außerhalb des Übertragungsbereiches,
und die Amplitude des übertragenen Fehlerstrom-Signals ist nicht so sehr von etwaigen
Veränderungen der Frequenz der HF-Schwingungen abhängig.
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Der Wandler ist zweckmäßig ausgelegt für einen Grundwert des Hochfrequenz-Fehlerstromes
im Milliampere-Bereich, z.B. in der Größe von 1 bis 10 mA, und er ist für einen
Fehlerstrom geeignet, der wenigstens zwanzigmal so groß ist wie der Grundwert ,
insbesondere bis 500 mA oder mehr betragen kann.
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Nach einer zweckmäßigen Weiterbildung ist der Wandler über ein für
Hochfrequenz durchlässiges Filter an die Erdleitung und/oder an den Auswerte-Teil
angeschlossen. Der Wandler und/oder Teile des Eingangskreises des Auswerte-Teiles
können in das Filter einbezogen sein. Ein einfaches Filter kann durch eine Kondensatorkopplung
gebildet werden. So wird erreicht, daß netzfrequente Kurzschlußströme nicht zum
Auswerte-Teil übertragen werden. Die Erdleitung, in die der Wandler eingeschaltet
ist, soll für große Ströme, z.B. 5A bis 20A , überbrückt sein, um einen Netz-Kurzschluß
abzuleiten.
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Bei einem Auswerte-Teil für ein Verfahren oder eine Anordnung nach
der Erfindung soll die Speisung zweckmäßig durch eine Batterie erfolgen, damit hohe
Sicherung für das Melden eines Fehlerstromes erreicht wird. Zweckmäßig kann die
Speisung durch einen Akkumulator erfolgen, der vorzug weise dauernd oder zeitweise,
z.B. nachts, mittels einer Ladeschaltung aufgeladen wird.
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Der Auswerte-Teil kann zweckmäßig im Warn-Fall eine Betriebsspannung
an einen Signalgeber liefern, diesen also einfach einschalten. So kann als Signalgeber
eine optische Einrichtung, z.B. eine Lampe, dienen oder eine akustische Einrichtung,
z.B. ein von einem Tongenrator gesteuerter Lautsprecher oder Kopfhörer. Der Lautsprecher
ist fest mit Tongenerator, gegebenenfalls über einen Verstärker, verbunden, und
das Signal wird abgegeben, sobald die Betriebsspannung dem Tongenerator zugeführt
wird.
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Der Auswerte-Teil kann je nach Art und/oder Größe des Fehlerstromes
unterschiedliche Warnsignale liefern. So kann bei einem sehr schwachen Fehlerstrom
nur eine optische Warnung gegeben werden, während bei einem stärkeren Fehlerstrom
ein akustisches Signal ausgelöst wird und den Operateur unmittelbar erreicht. Bei
einem sehr starken Fehlerstrom kann durch den Auswerte-Teil mittels des abgegebenen
Fehlerstrom-Signals auch der HF-Generator abgeschaltet werden.
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Durch den Auswerte-Teil wird der Signalgeber bei Auftreten eines oberhalb
des Grundwertes liegenden Fehlerstromes den Warnsignal-Geber sofort einschalten,
bei Wegfall des aufgetretenen Fehlerstromes aber erst, z.B. um 5 bis 10 Sekunden
verzögert, wieder abschalten. So kann auch bei einer kurzzeitigen Überschreitung
des Grundwertes ein Warnsignal über längere Zeit abgegeben werden und so das Bedienungspersonal
zuverlässig aufmerksam gemacht werden.
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Da es für die Sicherheit eines Patienten auf die Zuverlässigkeit der
Fehlerstrom-Signalauswertung sehr ankommt, kann im Auswerte-Teil, insbesondere bei
Batterie- oder Akkumulator-Betrieb , zweckmäßig ein Speisespannungs-Prüfer enthalten
sein, der dann, wenn die Speisespannung einen Grenzwert unterschreitet, ein Hinweissignal
abgibt.
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Dieses Hinweissignal kann sich zweckmäßig in der Tonhöhe und/oder
in der Intervalldauer vom Fehlerstrom-Warnsignal unterscheiden. Z.B. kann durch
den Batterieprüfer der Tongenerator in Abständen von z.B. 5 Sekunden, auf zweimal
1/2 Sekunde eingeschaltet werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen F i g. 1 einen Operationstisch mit den Geräteteilen und
Schaltungsverbindungen nach der Erfindung, F i g. 2 eine Kontaktplatte mit dem Wandler
und F i g. 3 eine Schaltung zur Signalverarbeitung.
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Anhand von Fig. 1 wurde ein bekanntes Verfahren mit den zugehörigen
Geräteteilen beschrieben, wobei vorausgesetzt wurde, daß der Fuß 5a,5b des Operationstisches
1 von oben bis unten , vorzugsweise in einem Stück, durchgehend ausgebildet ist.
Der Fehlerstrom von Tisch 1 zur Grund-Platte 6 und über die Leitung 8 nach der Erdung
9 fließt dabei durch den Fuß 5a,5b.
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Um nach der Erfindung den Fehlerstrom messen zu können, ist der Fuß
zwischen seinem oberen Teil 5a und seinem unteren Teil 5b unterbrochen. Das untere
Ende des oberen Teiles 5a und das obere Ende des unteren Teiles 5b gehen in flanschartige
Verbreiterungen 36 über, die eine etwa quadratische Fläche bilden (vgl.Fig.2, linker
Teil).
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An den Ecken dieser Quadratflächen sind Löcher angebracht, durch die
der obere und der untere Flansch 36 bzw. 37 mit Schrauben 38 aneinander befestigt
werden können.
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Zwischen den Flanschen 36 und 37 ist eine isolierende Platte 39 angebracht,
die an ihrer oberen und an ihrer unteren Seite je eine leitende Schicht trägt. Diese
leitenden Schichten 40 bzw. 41 sind über Leitungen, z.B. isolierte Drähte, 42 bzw.
43 mit den Enden der Primärwicklung 44 eines Wandlers 45 verbunden. Dessen Sekundärwicklung
46 ist über Leitungen 47 und 48 , von denen die eine geerdet sein kann, mit dem
Eingang 49 eines Auswerte-Teiles 50 verbunden.
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Die leitenden Schichten 40 und 41 stehen in metallischem Kontakt mit
den Flanschen 36 bzw. 37. Ein vom Operationstisch 1 nach Erde fließender hochfrequenter
Fehlerstrom kann somit durch die Primärwicklung 44 des Transformators 45 fließen.
Wenn die Schrauben 38 isoliert eingesetzt sind, wird nahezu der ganze Fehlerstrom
durch den Wandler 45 fließen und ein entsprechend großes Fehlerstrom-Signal an den
Eingang 49 des Auswerte-Teiles 50 liefern.
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In der Praxis können die Schrauben 38 jedoch unisoliert eingesetzt
werden, so daß sie zwischen den beiden Flanschen eine leitende Verbindung herstellen.
Die flächenhafte Berührung zwischen den Schichten 40 und 41 der Platte 39 und den
Flanschteilen 36 bzw. 37 weist jedoch eine große Ausdehnung auf, während die Schrauben
insgesamt nur einen geringen Querschnitt haben. Schon vom Querschnitt bzw.
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der Fläche her kann daher die Stromführung über die Schichten 40 bzw.
41 begünstigt sein. Diese Schichten sind außerdem aus gut leitendem Material, z.B.
Kupfer und/oder Silber hergestellt und sie sind durch Kupferleitungen 42 und 43
mit einer Kupferdrahtwicklung 44 verbunden. Außerdem sind die Schrauben 38 aus Eisen
und weisen eine schraubenförmig profilierte Oberfläche auf, was ihre Leitfähigkeit
für Hochfrequenz vermindert. Allerdings besteht für Hochfrequenz zwischen den Schichten
40 und 41 auch eine Nebenschluß-Impedanz über die zwischen den Schichten 40 und
41 mit dem Isoliermaterial 39 gebildete Kapazität. Insgesamt hat es sich gezeigt,
daß ohne Schwierigkeiten die Ausbildung
so getroffen werden kann,
daß ein beträchtlicher Teil, z.B.zwei Drittel, des ingesamt durch den Fuß 5a,5b
fließenden Fehlerstromes die Primärwicklung 44 des Wandlers 45 durchfließt; dabei
kann diese Wicklung dadurch gebildet werden, daß die Leitungen 42,43 um den Kern
des Wandlers 45 etwa als einzige Windung herumgeführt werden.
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Fig. 1 geht ein Ausführungsbeispiel an, das die wesentlichen Teile
etwa schematisch erkennen läßt. Die praktische konstruktive Ausführung kann davon
abweichen. Insbesondere kann die Unterbrechung mit der isolierenden Schicht 39 direkt
unterhalb des Operationstisches 1 angeordnet werden.
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Das ist insbesondere dann empfehlenswert, wenn dieser Operationstisch
abnehmbar ausgebildet ist, um den Patienten einfach transportieren zu können.
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Fig. 2 zeigt in Aufsicht die isolierende Platte 39 mit der darüber
liegenden leitenden Schicht 40, die in eine Anschlußfahne 51 übergeht. Die nicht
sichtbare untere Schicht geht in eine Anschlußfahne 52 über. Innerhalb der Platte
39 ist durch eine gestrichelte Linie 53 die äußere Kontur des zylindrisch ausgebildeten
unteren Fußteiles dargestellt, an dem die quadratische (untere) Flanschplatte 37
befestigt ist. Die isolierende Platte 39 mit den leitenden Schichten 40 und 41 ist
an den Ecken im Bereich der Schraubenlöcher der Flanschplatten 36 bzw. 37 ausgespart,
was den Zusammenbau erleichtert.
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In Fig. 2 ist rechts der Wandler 45 im Schnitt dargestellt.
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Er besteht aus einem ringförmigen Kern 55 mit rechteckigem Kern, z.B.
aus Hochfrequenz-Ferrit. Um diesen ringförmigen Kern herum ist eine Sekundärwicklung
46 angebracht, deren Wicklungsenden an die Leitungen 47 bzw. 48 zum Auswerte-Teil
50 hin angeschlossen sind. Die Leitungen 42 und 43 bilden eine geschlossene Schleife,
so daß die Primärwicklung 44 des Wandlers 45 durch einen einzigen, durch den Innenraum
des ringförmigen Kernes 55 hindurchlaufenden Leiter gebildet wird. Der Eingang des
Wandlers 45 weist somit eine sehr niedrige Impedanz auf , während durch ein hohes
Übersetzungsverhältnis zur Sekundärwicklung 46 sichergestellt wird, daß im Auswerte-Teil
50 eine ausreichende Eingangsspannung zugeführt wird.
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Fig. 3 zeigt schematisch die Schaltungsanordnung , mit der aus dem
dem Wandler zugeführten Fehlerstrom-Signal ein Warnsignal gebildet wird.
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Die leitenden Schichten 40 und 41 , die beiderseits der isolierenden
Platte 39 angeordnet sind (vgl. Fig.l), sind über Klemmen 56 bzw. 57 an die Eingangswicklung
44 des Wandlers 45 angeschlossen. Die Sekundärwicklung 46 ist einerseits mit Erde
verbunden und andererseits über eine Hochfrequenz-Diode 58 an einen Belastungswiderstand
59 angeschaltet.
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Wenn ein Fehlerstrom-Signal auftritt, fließt es durch die
Primärwicklung
44, und an der Sekundärwicklung 46 tritt eine Spannung auf, die von der Diode 58
gleichgerichtet wird und am Widerstand 59 zur Verfügung steht. Diese Spannung kann
aus Halbwellen der Hochfrequenzschwingung bestehen; gegebenenfalls kann durch einen
dem Widerstand 59 parallel geschalteten Kondensator 60 eine Glättung vorgenommen
werden. Der Sekundärwicklung 46 liegt eine Kapazität 61 parallel, die im wesentlichen
das Resonanzverhalten des Wandlers 45 bestimmt. Die Kapazität 61 kann vorwiegend
durch die Windungskapazitäten bestimmt sein und gegebenenfalls durch einen zugeschalteten
Kondensator vergrößert werden.
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Das gleichgerichtete Fehlerstrom-Signal tritt an einer Klemme 62 auf
und wird einem Eingang einer Vergleichsstufe (Komparator) 63 zugeführt. Einem anderen
Eingang der Vergleichsstufe 63 wird von einem Spannungsgeber 64 eine Vergleichsspannung
zugeführt. Die Vergleichsstufe arbeitet so, daß sie nur dann ein Ausgangssignal
liefert, wenn die an der Klemme 62 auftretende Spannung größer ist als die von der
Stufe 64 zugeführte Vergleichsspannung. Das Ausgangsssignal der Stufe 63 wird über
eine Ausschalt-Verzögerungsstufe 65 der Signalgeberstufe 66 zugeführt.
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In dieser ist ein Tongenerator 67 enthalten. Wenn das Eingangssignal
für die Stufe 66 auftritt, werden die vom Tongenerator 67 erzeugten Schwingungen
verstärkt und vom Ausgang der Stufe 66 einem Lautsprecher 50b zugeführt, so
daß
der Warnton hörbar wird. Das Einschalten der Stufe 66 durch das von der Stufe 63
zugeführte Signal kann in einfacher Weise dadurch erfolgen, daß die Speisespannung
für den Tongenerator und/oder den Verstärker wirksam gemacht wird.
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Damit bei einem kurzzeitigen Überschreiten des Grundwertes des Fehlerstromes
nicht nur ein kurzer Warnton auftritt, ist zwischen dem Ausgang der Vergleichsstufe
63 und dem Eingang der Signalgeberstufe 66 eine Verzögerungsstufe 65 eingeschaltet.
Diese gibt ein ihrem Eingang zugeführtes Signal unmittelbar an die Stufe 66 weiter;
wenn das Signal aber wieder wegfällt, wird es von der Stufe 65 noch eine bestimmte
Zeit, z.B. einige Sekunden, festgehalten, damit der Warnton nicht überhört wird.
Entsprechendes gilt auch, wenn neben dem Lautsprecher 50b oder an seiner Stelle
eine optische Anzeige , z.B. eine Lampe, 50a (vgl. Fig. 1) vom Ausgang des Signalgebers
66 gesteuert wird. Die bisher beschriebene Schaltung wird von einer Batterie 69
gespeist, deren Minus-Pol an Erde liegt und deren Plus-Pol an eine Speiseleitung
70 angeschlossen ist, mit der auch die einzelnen Stufen 63,64,65 und 66 verbunden
sind. Um die Batteriespannung zu überwachen, ist ein Batterieprüfer 71 zwischen
der Leitung 70 und Erde eingeschaltet. Wenn die Batteriespannung einen bestimmten
Grenzwert unterschreitet, gibt das Batterieprüfer 71 ein Steuersignal an die Stufe
66, so daß der Lautsprecher 50b ertönt. Um eine deutliche
Unterscheidung
vom Fehlerstrom-Warnsignal zu ermwognlcKen, kann das Batterie-Warnsignal impulsartig,
also aus kurzen Intervallen bestehend, aufgebaut sein und/oder für die Batteriewarnung
kann eine andere Tonhöhe gewählt werden, indem der Tongenerator 67 anders abgestimmt
oder ein weiterer, nicht dargestellter Tongenerator verwendet wird.
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Die Erfindung ist nicht auf den voranstehenden Anwendungsbereich des
erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt. Vielmehr besteht auch ein weiterer bevorzugter
Anwendungsbereich in der Überwachung der Neutralelektrode von EKG-Geräten sowie
in der Überwachung von mit stromführenden Körperkontakteinheiten arbeitenden Untersuchungs-
und Therapiegeräten.
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