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Röntgenanlage, insbesondere für kurzzeitige Aufnahmen.
Röntgenanlagen, bei denen die Klemmenspannung der Röntgenröhre vor Einschaltung der Belastung beliebig eingestellt werden kann, sind bekannt. Auch sind Röntgenanlagen für die Herstellung photographischer Aufnahmen meistens mit einem Zeitschalter ausgerüstet, mit dessen Hilfe zunächst die Zeit eingestellt wird, worauf man z. B. durch Druckknopfbetätigung ein Uhrwerk in Gang setzt, das während der vorher eingestellten Zeitdauer den Strom durch die Röntgenröhre geschlossen hält und nach Ablauf dieser Zeitdauer unterbricht.
Da aber nicht nur die Röhrenspannung und die Belichtungszeit, sondern auch die Röhrenstromstärke die Beschaffenheit des Röntgenbildes beeinflusst, besitzen manche Röntgenanlagen ausser dem Spannungsregler und der Zeiteinstellvorrichtung noch eine Regelvorriehtung für die Stromstärke. Der gebräuchliche Stromregler besteht aus einem im Heizstromkreis der Glühkathode liegenden Regelwiderstand.
Die Wahl dreier veränderlicher Grössen, welche die Qualität der Aufnahme bestimmen, erschwert die Bedienung des Apparates. Häufig gelingt es nicht, trotz der genauesten Einstellmöglichkeiten, Auf-
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Kombination der veränderlichen Grössen zu erzielen. Diese Kombination ist durch die Bedingung gekennzeichnet, dass bei bestimmter Spannung und Belichtungsdauer die Stromstärke so hoch ist, dass die Röhre bis an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit belastet wird. Die Erfüllung dieser Bedingung verbürgt die
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die Röhre unterbelastet, so ist der Brennfleck grösser, als bei der verwendeten Energie notwendig wäre, so dass das Bild weniger scharf wird, als es hätte sein können.
Da nun die Bildschärfe sicher am massgebendsten für eine gute Aufnahme ist, so ist es von grosser Wichtigkeit, sie zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist eine Röntgenanlage, welche die Herstellung scharfer Aufnahmen erleichtert. Die Anlage ist, wie gebräuchlich, mit Einstellvorrichtungen für die Klemmenspannung der Röntgenröhre und für die Belastungsdauer ausgerüstet. Auch ist eine Regelungsvorrichtung für den Röhrenstrom vorgesehen. Letztere ist aber erfindungsgemäss mit den beiden Einstellvorrichtungen in Verbindung gebracht, und zwar derart, dass die Durchschnittsstromstärke der Röhre bei der Aufnahme um so grösser ist, je kürzer die Zeit (bei bestimmter Spannung) und je niedriger der Spannungswert (bei bestimmter Zeiteinstellung) gewählt wird.
Man kann eine solche Abhängigkeit beispielsweise durch folgende Einrichtung erzielen :
Eine vorteilhafte Anwendung ergibt sich für die Erfindung bei Anlagen, bei denen der Röhre bei nahezu gleichbleibender Klemmenspannung eine während der Belastung abnehmende Wattzahl zugeführt und ausserdem die Anfangsstromstärke bei niedrigeren Spannungswerten grösser gehalten wird als bei höheren. Dies lässt sieh z.
B. dadurch verwirklichen, dass der Glühstrom der Kathode im Augenblick des Einschalten der Hochspannung geschwächt oder (bei hinreichender Wärmekapazität des Kathodenkörpers) ausgeschaltet wird, ausserdem aber die vor der Belastung eingestellte Stärke des Anodenstromes und gegebenenfalls die Stärke, auf die der Glühstrom bei Einschalten der Hochspannung vermindert wird, von der Spannungseinstellung abhängig gemacht wird.
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unabhängig ist. Es ist in solchen Fällen von grossem Vorteil, wenn diese Wattzahl so gewählt ist, dass die Röhre annähernd bis zur Grenze ihrer Leistungsfähigkeit belastet wird.
Unter diesen Verhältnissen können die Aufnahmen unabhängig von jenem Spannungswert, den man mit Rücksicht auf die Eigen- art des zu photographierenden Objektes an die Röhre zu legen wünscht, automatisch immer mit möglichst kurzer Belichtungsdauer gemacht werden.
Die Erfindung lässt sich auch in vorteilhafter Weise bei solchen Anlagen anwenden, die anstatt einer während des Betriebes abnehmenden Stromstärke eine, abgesehen von periodischen Schwankungen zufolge des Weehselstrombetriebes, gleichbleibende Wattzahl liefern. Dabei kann man die eine der Ein- stellvorrichtungen mit einem im Heizstromkreis der Glühkathode liegenden Regelungswiderstand und die andere mit einer Vorrichtung, die die im Heizstromkreis wirkende Spannung regelt, verbinden.
Die Zeichnung zeigt in den Fig. 1 und 2 Schaltbilder zweier Ausführungsbeispiele von Röntgenanlagen gemäss der Erfindung. Fig. 3 erläutert ein Detail des in Fig. 2 dargestellten Apparates.
In den Fig. 1 und 2 bezeichnet 1 eine Röntgenröhre, die eine Glühkathode 2 und eine Anode 3 besitzt. Die beiden Elektroden sind mit den Hoehspannungspolen eines Transformators 4 verbunden, dessen Primärwicklung von dem Netz 5 aus über einen Schalter 6 gespeist wird. Der Netzstrom wird einem Spartransformator 7 zugeleitet, dessen Wicklung an einem Ende mit einem Primärpol des Transformators 4 verbunden ist. Der Spartransformator besitzt Anzapfungen, die mit den festen Kontakten 9-14 einer Schaltwalze in leitender Verbindung stehen. Auf der Zylinderfläche dieser Drehwalze befinden sich die zugehörigen beweglichen Kontakte.
(Wie üblich, ist in den Figuren die Abwicklung der Zylinderfläche in die Zeichenebene dargestellt worden. ) Die Walze dient zur Einstellung der an der Röhre wirkenden Spannung und kann verschiedene Stellungell1-V1 einnehmen. Es befindet s'ch auf derselben Walze oder auf einer mit ihr gekuppelten zweiten Walze noch eine weitere Gruppe von Kontakten, die mit festen Kontakten 15-21 zusammenarbeiten. Letztere sind mit Anzapfungen eines im Heizstromkreis der Glühkathode liegenden, zur Regelung des Röhrenstromes dienenden Widerstandes 22 verbunden.
Zur Isolierung der Glühkathode gegen das Wechselstromnetz dient, wie gebräuchlich, ein Heiz- stromtransformator 2. 3. Zur Einstellung der Belastungsdauer ist der Zeitsehalter 24 vorgesehen.
Die Wirkungsweise der Anlage nach Fig. 1 ist die folgende : Bringt man die Schaltwalze in die Stellung I, so werden die Kontakte 8 und 9 und ausserdem die Kontakte 15 und 16 miteinander verbunden. Es fliesst daher ein Strom vom (eingelegten) Schalter 6 durch den Transformator 2. 3 über die untere Sehalterbrücke des Doppelschalters 25 und weiter über die Kontakte 16 und 15 zum Schalter 6 zurück. Infolgedessen wird die Glühkathode der Röntgenröhre auf die höchste Temperatur geheizt, die mit der Einrichtung erzielbar ist.
Setzt man nun den Zeitschalter 24 in Tätigkeit, so fliesst während der eingestellten Zeit ein Strom durch die Spule des Relaissehalters 2J, wodurch dessen untere Schaltbrücke unterbrochen, die obere aber geschlossen wird. Dies hat zur Folge, dass einerseits ein Widerstand 26, der bis dahin kurzgeschlossen
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Strom, der aber während der Belastungsdauer sinkt, da die Temperatur der Glühkathode allmählich bis auf jenen Wert absinkt, der dem nunmehr eingestellten Glühstrom entspricht. Je länger die Dauer der Belastung, um so grösser ist der Unterschied zwischen dem Anfangswert des Röhrenstromes und jenem Wert, auf den der Röhrenstrom am Ende der Belastungsperiode abgefallen ist. Je länger also die eingestellte Zeit, um so kleiner ist die Durchschnittsstromstärke der Röhre.
Allerdings wird der Unterschied bei längeren Belichtungszeiten geringer, und nach einiger Zeit, z. B. eine Sekunde, findet praktisch keine Abnahme des Stromes mehr statt.
Dreht man die Schaltwalze weiter, so nimmt der Wert der eingeschalteten Spannung zu. Bei jeder Stellung der Walze aber hat die Belastung denselben Verlauf, d. h. die Röhre ist beim Einschalten stärker belastet als am Ende der Belastungsperiode. Die anfängliche Stromstärke wird jedoch mit fortschreitender Stellung der Walze (II-VI) immer kleiner, da dabei ein immer grösserer Teil des Widerstandes 22 in den Heizstromkreis aufgenommen wird.
Die Verhältnisse der Widerstände können im Zusammenhang mit den charakteristischen Eigenschaften der Röhre leicht so gewählt werden, dass die von der Röhre aufgenommene Wattzahl in jeder Stellung der Walze dieselbe, also in jedem Zeitpunkt der Belastung von der jeweiligen Spannungseinstellung nahezu unabhängig ist. Beträgt z. B. in Stellung 1 die Röhrenspannung 60 kV und die Anfangsstromstärke 500 mA, so kann dafür gesorgt werden, dass in Stellung II, bei der die Spannung z. B. 65 kV beträgt, die Anfangsstromstärke ungefähr 460 in. ist. In den folgenden Stellungen der Walze sind beispielsweise die Werte 70 k und 430 430 mA, 75 kV und 400 mA usw. einander zugeordnet, so dass stets das Produkt aus Spannung und Strom ungefähr gleich gross bleibt.
Es lässt sich auf diese Weise die Röntgen- röhre immer voll belasten und am besten ausnutzen.
Am Ende der Belastungsperiode wird vom Zeitschalter 24 der Strom durch die Spule des Schalters 25 unterbrochen, so dass letztere in die in Fig. 1 gezeichnete Stellung zurückkehrt und dadurch einerseits die Hochspannung abschaltet, anderseits den Widerstand 26 wieder kurzschliesst.
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verbunden. Der Regler 27 regelt die Spannung, welche von einem Spartransformator 28 dem Heizstromtransformator 2. 3 zugeführt wird. Je länger die am Schalter 24 eingestellte Zeit ist, um so kleiner ist die im Glühstromkreis wirkende Spannung und um so geringer dadurch der Röhrenstrom.
In Fig. 3 ist ein Beispiel dafür angegeben, wie der Spannungsregler 27 angetrieben werden kann.
Auf dem Wellenstumpf 29 des Drehknopfes für die Zeiteinstellung ist ein Stift. 30 montiert. Dreht man die Welle 29 nach rechts, so nimmt der Stift 30 eine gleichachsig angeordnete Scheibe 31 mit, weil er s : ch gegen einen an dieser befestigten Anschlag. 32 legt. Die Scheibe 31 ist auf der Antriebswelle des Reglers 27 angeordnet, so dass zugleich mit der Einstellung der Belastungszeit die zugehörige Primärspannung des Transformators 2.) gewählt wird.
Bei der Rückbewegung des Zeitschalterknopfes, die während der Belastung stattfindet, bleibt die Scheibe 31 stehen, weil ein Nocken in einer der am Rande
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hebt er den Nocken 33 aus der Nut, so dass im Augenblick, wo die Belastung aufhört, der Spannungsregler 27 unter dem Einfluss einer Feder 85 ebenfalls in die Ruhestellung zurückkehren kann und für die nächstfolgende Einstellung betriebsbereit ist. Die Feder 35 zwingt auch den Zeitschalter in die nächst befindliche Stellung des Spannungsreglers zurück, wenn man den Zeitschalter so weit gedreht hat, dass sich der Nocken 33 zwischen zwei Nuten befindet.
Da der eigentliche Zeitschalter von den allgemein gebräuchlichen Ausführungen in keinerlei
Hinsicht abzuwei'hen braucht, erübr : gt sich eine nähere Beschreibung desselben.
Ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 1 können bei der in Fig. 2 angegebenen Schaltung die
Schaltstufen derart gewählt sein, dass bei einer bestimmten Zeiteinstellung die Röhrenleistung von der jeweiligen Stellung der Walze unabhängig ist. Zweckmässig wird der Regler 27 derart abgestuft, dass der Röhre bei jeder der möglichen Zeiteinstellungen eine solche Energiemenge zugeführt wird, dass am Ende der Belastungsperiode gerade die höchstzulässige Anodentemperatur erreicht ist, d. h. die Röhre möglichst schwer belastet ist. Die zulässige Belastungserhöhung bei kurzer Beliehtungszeit ist erheblich.
Bei in der Praxis verwendeten Röhren kann z. B. die während 0'02 Sekunden zulässige konstante Belastung dreimal so gross sein als die hochstzulässige Dauerbelastung. Die kürzesten Beliehtungszeiten lassen sich aber erfindungsgemäss durch Anwendung einer während der Belastung allmählich abnehmenden Wattzahl erreichen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Röntgenanlage, insbesondere für kurzzeitige Aufnahmen mit Einstellvorrichtungen für die Klemmenspannung der Röntgenröhre und für die Belastungsdauer, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromregelungsvorrichtung vorgesehen ist, welche die Stromstärke in Abhängigkeit von der Klemmenspannung und von der Dauer der Belastung derart regelt, dass die Durchschnittsstromstärke der Röhre bei der Aufnahme um so grösser ist, je kürzer (bei bestimmter Spannungseinstellung) die Zeit und je niedriger (bei bestimmter Zeiteinstellung) die Spannung eingestellt worden ist.