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Es sind zur Anwendung in Röntgenanlagen Zeitschalter vorgeschlagen worden, bei denen die Belichtungszeit durch eine nach einem Exponentialgesetz sich ändernde elektrische Grösse, namentlich durch den Ladungszustand eines Kondensators, bestimmt wird. Dabei wird z. B. ein Kondensator aufgeladen und zwischen die Kathode und das Gitter einer Dreielektrodenröhre geschaltet. Das Potential der Steuerelektrode dieser Röhre wird dadurch positiv gemacht, so dass die Röhre leitend wird. Zugleich wird aber der Kondensator durch einen Widerstand überbrückt, so dass das Potential mit der Zeit abfällt.
Nach einiger Zeit erreicht es einen Wert, bei dem die Röhre, wenn sie mit wechselnder Spannung betrieben wird, nicht mehr zünden kann, so dass der Entladungsstrom der Röhre selbsttätig zur Unterbrechung kommt. Im Anodenkreis der Röhre liegt meistens ein Relaissehalter, der zur Unterbrechung des Primärstromes eines Hochspannungstransformators dient, durch den die Röntgenröhre gespeist wird. Durch Variierung des Widerstandes im Entladekreis des Kondensators mittels eines Reglers oder durch Variierung der Kapazität des Kondensators kann die Zeit, nach deren Ablauf die Unterbrechung stattfindet, genau geregelt werden.
Die Schaltvorrichtung kann auch andersartig, z. B. mit einer Kondensatoraufladung statt mit einer Entladung wirken, wobei dann ein regelbarer Widerstand im Ladestromkreis des Kondensators liegt. Auch kann die als Relais wirkende Entladungsröhre mit Ruhestrom statt mit Arbeitsstrom betrieben werden.
Die Erfindung betrifft eine Zeitschaltvorrichtung dieser Art und hat den Zweck, die Regelskala möglichst den Forderungen der Praxis anzupassen. Durch die Erfindung wird es möglich, die Anzahl der Regelstufen erheblich zu erweitern, ohne dass dazu die Anzahl der Anzapfungen des Regelwiderstandes oder der Widerstand selbst vergrössert werden müsste.
Gemäss der Erfindung besitzt der die Potentialänderung hervorrufende Stromkreis ausser einem regelbaren Widerstand eine stufenweise variable Kapazität, und der Regler ist derartig eingerichtet, dass beim Weiterbewegen des zum Regeln des Widerstandes dienenden Schaltgliedes nach dem Durchlaufen sämtlicher Widerstandsstufen selbsttätig eine Kapazitätsstufe zugeschaltet und sodann bei vergrösserter Kapazität die Widerstandsstufen von neuem im gleichen Sinne durchlaufen werden. Derselbe Widerstand wird also zwei oder mehrere Male benutzt. Dies ist möglich, weil die Geschwindigkeit, mit der die Kondensatorspannung sich ändert, nicht von dem Widerstand R allein, sondern auch von dem Wert der Kapazität abhängig ist. Eine gegebene Spannungsänderung V vollzieht sich in einer Zeit t, die dem Produkt Ra 19 V proportional ist.
Man nennt die Grösse Ra, welche die Schaltzeit bei gegebener Spannungsdifferenz bestimmt, die Zeitkonstante des Kreises. Man kann also den Widerstand R bis auf die erste Stufe verkleinern und dabei die Kapazität vergrössern, derart, dass das Produkt gerade der gwünschten nächstfolgenden Zeitstufe entspricht. Wird darauf die Kontaktreihe des Widerstandes bei gleichbleibender Kapazität von neuem durchlaufen, so erhält man eine weitere gestaffelte Zeiteinstellung. Mit Hilfe von zwei Kapazitätsstufen lässt sich die Anzahl der Zeitstufen auf diese Weise verdoppeln. Dem entsprechend gestatten drei Kapazitäten eine Verdreifachung dieser Anzahl usw.
Röhrenzeitschalter eignen sich besser als die mechanischen dazu, die Zeitskala logarithmisch einzuteilen. Zu diesem Zwecke werden die Anzapfungen dermassen gewählt, dass die 0verschiedenen Widerstandsstufen untereinander eine geometrische Reihe bilden. Erfindungsgemäss werden nun die Kapazitätsstufen so eingeteilt, dass beim Übergang der einen Kapazitätsstufe zur andern, unter gleichzeitigem
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Rückgang auf den Beginn der Kontaktbahn des Widerstandes, die geometrische Reihe des Produktes Ra fortgesetzt wird. Die Bedingung dazu ist, dass das Verhältnis zweier aufeinanderfolgender Kapazitätsstufen gleich der n-ten Potenz des Verhältnisses zweier aufeinanderfolgender Widerstandsstufen ist, wenn n die Anzahl der Widerstandsstufen ist.
Die Erfindung lässt sich in einer Vorrichtung zur Zeiteinstellung verkörpern, die ein Schaltglied aufweist, das mit einem Kondensator dauernd verbunden ist und sich über zwei oder mehrere Serien von mit den Abzweigungen des Regelwiderstandes für jede Serie auf gleiche Weise verbundenen Kontakten bewegt. Die Vorrichtung enthält ferner Kontaktstreifen, mit denen das Schaltglied beim Übergang von der einen Serie auf die andere in Berührung kommt und beim Weiterbewegen in Berührung bleibt. Diese Kontaktstreifen sind je mit einem weiteren Kondensator verbunden. Anderseits sind diese Kondensatoren alle untereinander verbunden, so dass durch die Berührung des Schaltgliedes mit den Kontaktstreifen die Kondensatoren parallel geschaltet werden.
In der Zeichnung sind zwei Beispiele von Schaltanordnungen gemäss der Erfindung dargestellt.
Fig. 1 ist das Schaltschema einer Anordnung, bei der ein zuvor aufgeladener Kondensator das Potential der Steuerelektrode der Sehaltrohre bestimmt, während bei der Ausführung nach Fig. 2 die Potentialänderung während des Aufladens zu diesem Zwecke benutzt wird.
Die Transformatorwicklung 1 dient zur Speisung des Anodenkreises der Schaltröhre 2 und zum Aufladen der Kondensatoren 3 und 16. Die Aufladung geschieht mittels eines Gleichrichters 4, beispielsweise einer gasgefüllten Glühkathodenentladungsröhre, deren Glühkathode 5 von einer Hilfswicklung 6 (Fig. l) oder von einem Teil der Wicklung 1 (Fig. 2) aus gespeist wird. Die Schaltröhre selbst ist vorzugsweise eine gasgefüllte Röhre mit Glühkathode.
In dem selbsttätig durch die Schaltanordnung zu unterbrechenden (bzw. zu schliessenden) Stromkreis, beispielsweise in dem Primärkreis des Hoehspannungstransformators einer Röntgenanlage, liegt ein Schalter 7, der von einer Magnetspule 8 betätigt wird. Diese Magnetspule liegt im Anodenkreis der Entladungsröhre 2.
Ein weiterer Schalter 9 kann die zwei Stellungen I und II einnehmen. Liegt der Schalter 9 in der Stellung I, so wird der Kondensator 3 bis auf den zwischen dem linken Ende der Wicklung 1 und der Anzapfung 10 herrschenden Potentialunterschied aufgeladen. Um die Einschaltung des Vorganges zu bewirken, legt man den Schalter 9 in die Stellung II um. Es kann sich dann der Kondensator über einen Teil des Widerstandes 11 und das Schaltglied 12 entladen. Durch das Umlegen des Schalters wird aber auch das Gitter 13 der Röhre 2 mit der positiven Belegung des Kondensators verbunden.
Die negative Vorspannung, welche während der positiven Halbperioden der Anodenspannung dem Gitter durch den Wicklungsteil zwischen der Anzapfung 10 und den Zuführungsleitungen der Glühkathode 14 der Röhre 2 aufgedrückt wird, wird überwunden, und in den nächsten positiven Halbperioden der Anodenspannung erfolgt die Zündung der Röhre, was bei dem negativen Potential des Gitters bis dahin nicht möglich war bzw. es findet, wenn die Röhre eine Gasfüllung nicht enthält, der Elektronendurchgang statt. Mit dem Ablauf dieser Halbperiode wird der Strom natürlich wieder unterbrochen, aber nach dem folgenden Spannungswechsel tritt er wieder auf.
Inzwischen nimmt durch die Entladung des Kondensators das Gitterpotential immer weiter ab, bis es endlich so tief heruntergesunken ist, dass die Zündung nicht mehr erfolgen kann bzw. der Elektronenstrom stark abgeschwächt ist. Der Schalter ? wird dann nicht mehr durch den Anodenstrom festgehalten und nimmt die frühere Stellung wieder ein.
Durch Regulierung des Widerstandes 11 kann der Zeitverlauf, in dem diese Potentialsenkung zustande kommt, genau eingestellt werden. Je grösser der Widerstand, um so länger dauert die Entladung.
Das Schaltglied 12 hat zwei Arme, von denen der eine länger ist als der andere und in der Verlängerung dieses kürzeren Armes auf der andern Seite des Drehpunktes liegt. Der Widerstand oder die mit dem Widerstand verbundenen Kontakte erstrecken sich über einen Halbkreis. Hat der längere der beiden Kontaktarme sämtliche Kontakte durchlaufen, so fängt beim Weiterbewegen des Schaltgliedes 12 der kürzere Arm die Kontaktreihe an zu durchlaufen. Gleichzeitig kommt aber der längere Kontaktarm mit einem Kontaktstreifen 15 in Berührung, der mit einem zweiten Kondensator 16 verbunden ist. Die Kondensatoren 3 und 16 werden dadurch parallel geschaltet, und die Kapazität vermehrt sich.
Die Kapazität des Kondensators 16 ist um so viele Male grösser als diejenige des Kondensators 3, als zur Erzielung einer regelmässigen Änderung des Produktes von Widerstand und Kapazität beim Wechseln der Kontaktarme nötig ist.
In Fig. 2 ist mit 17 eine Schaltwalze angedeutet, die drei Stellungen I, II und III einnehmen kann.
In der Stellung II ist der Kondensator 3 über die Kontaktbahn 18 und 19 kurzgeschlossen. Legt man die Sehaltwalze in die Stellung I, so wird der Kurzschluss unterbrochen, der Kondensator aber in einen Ladekreis geschaltet, in dem der Strom wie folgt fliesst : von einer Anzapfung 20 der Transformatorwieklung 1 aus über die Kontaktbahn 21 und 19 der Schaltwalze auf den Kondensator 3, von dort über das Schaltglied 22 der Zeiteinstellvorrichtung und den jeweils eingeschalteten Teil des Regulierwiderstandes 23 durch den Gleichrichter 4 zur Wicklung 1 zurück.
Mit der einen Belegung des Kondensators 3 ist das Gitter 13 der Röhre 2 verbunden. Solange die
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Anode des Gleichrichters 4 verbundenen Gitters 13 negativ durch die Emission der Glühkathode 5. Die Röhre 2 ist dann gesperrt. Durch das Umlegen der Schaltwalze in die Stellung I wird der Kondensator zwischen die Anzapfung 20 und das Gitter 13 geschaltet, wodurch das Potential des letzteren bis über den Wert steigt, bei dem die Röhre 2 leitend ist. Der Anodenstrom der Röhre kann nunmehr fliessen und hiedurch wird der Schalter 7 betätigt. Je nachdem die Ladung des Kondensators fortschreitet, wird seine Spannung höher und dadurch das Potential des mit der negativen Belegung des Kondensators 3 verbundenen Gitters niedriger.
Nach einiger Zeit, deren Dauer von der Stellung des Schaltgliedes 22 abhängt, ist das Gitterpotential wieder so niedrig, dass die Röhre 2 von neuem stromlos wird und der Schalter 7 umgelegt wird.
Die Zeiteinstellvorrichtung hat drei Reihen von je vier Kontakten. Der erste Kontakt der ersten Reihe ist mit dem ersten Kontakt der beiden andern Reihen verbunden. Ebenso sind die zweiten, dritten und vierten Kontakte untereinander verbunden. Je drei Kontakte stehen mit einem Punkte des Widerstandes 23 in Verbindung.
In der gezeichneten Stellung ist der kleinste Teil des Widerstandes, die erste Stufe, eingeschaltet.
Die Aufladung des Kondensators erfolgt dabei in der kürzest möglichen Zeit. Dadurch, dass man das Schaltglied 22 nach rechts bewegt, werden weitere Widerstandsstufen eingeschaltet und hiedurch die Schaltzeit verlängert. Die Widerstandsstufen sind nun so gewählt, dass sie untereinander eine geometrische Reihe bilden. Die kleinste Stufe hat z. B. einen Widerstand r, in der zweiten Stellung des Schaltgliedes ist ein Widerstand ar, in der dritten a2r und in der vierten Stellung a3r vorgeschaltet. Darauf ist wieder die erste Stufe r an der Reihe. Es kommt nun aber das Schaltglied 22 mit dem Kontaktstreifen 24 in Berührung. Dieser ist mit der einen Belegung eines zweiten Kondensators 25 verbunden, dessen andere Belegung mit der von dem Widerstand abgewendeten Belegung des Kondensators 3 verbunden ist.
Die beiden Kondensatoren 3 und 25 werden also durch die Verbindung des Drehpunktes des Schaltgliedes 22
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von dem 4. auf den 5. Kontakt und auch danach fortgesetzt.
Ähnlich sind die Verhältnisse beim Übergang von dem 8. auf den 9. Kontakt, wo das Schaltglied 22
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um einen gleichen Prozentsatz grösser ist als die vorhergehende. Dies ist in Einklang mit der im Zusammenhang mit der Schwärzung von lichtempfindlichen Schichten, in der Praxis gewünschten Einstellung der Belichtungszeit.
Bringt man die Schaltwalze 17 in die Stellung III, so wird der Kondensator kurzgeschlossen und das Gitter 13 der Schaltröhre 2 über die Walzenkontakte 18 und 28 dauernd mit der Anzapfung 20 verbunden, so dass auch der Eutladungsstrom der Röhre 2 dauernd fliesst. Dies ist von Bedeutung für Röntgenanlagen, wobei für die Durchleuchtung und für die Aufnahme derselbe Schalter benutzt werden soll.
Zweckmässig bildet bei einer solchen Anlage die Schaltwalze 17 einen Teil des Hauptschalters, mit dem die Betriebsbedingungen für die Aufnahme einerseits und für die Durchleuchtung anderseits gewählt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Zeitsehaltvorriehtung mit Entladungsröhre, deren Entladungsstrom durch das von dem ver- änderliehen Ladungszustand eines Kondensators bestimmte Potential einer Hilfselektrode gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, dass der die Potentialänderung bewirkende Stromkreis zum Einstellen seiner Zeitkonstante ausser einem regulierbaren Widerstand eine stufenweise variable Kapazität besitzt und dass beim Weiterbewegen des zum Regeln des Widerstandes dienenden Schaltgliedes nach dem Durchlaufen sämtlicher Widerstandsstufen bei gleichbleibender Kapazität eine Kapazitätsstufe selbsttätig zugeschaltet und sodann bei vergrösserter Kapazität die Stufen des Widerstandes von neuem durchlaufen werden.