<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Einrichtung zur Herstellung von Röntgenaufnahmen.
Die Herstellung von Röntgenaufnahmen von äusserst kurzer Dauer erfordert eine grosse Stromstärke. Dadurch wird das Netz, dem man die benötigte Energie entnimmt, stossweise schwer belastet.
Ein noch grösserer Nachteil ist dabei der, dass leistungsfähige Transformatoren, z. B. Dreiphasentransformatoren, nötig sind, um zu verhindern, dass durch die kurzschlussartige Belastung, durch welche die elektromotorische Kraft grösstenteils im Apparat verzehrt wird, zu wenig Klemmenspannung übrigbleibt, und um dafür zu sorgen, dass die Phasenlage der Einschaltung auf die Spannung während der Aufnahme nicht zuviel Einfluss hat.
Ein bekanntes Mittel zur Vermeidung dieser Nachteile ist die Verwendung eines Kondensators.
Man kann mit Hilfe eines Spannungstransformators, der nur eine geringe maximale Leistung zu haben braucht und deshalb verhältnismässig klein und leicht sein kann, während einer Zeit, die sehr gross ist im Vergleich zur Aufnahmezeit, einen Kondensator über einen Gleichrichter mit niedriger Stromstärke aufladen und die im Kondensator aufgespeicherte Energie dann stossartig zur Speisung der Röntgenröhren verwenden.
Bei den bisher bekannten, nach diesem Prinzip gebauten Apparaten wird die Ladestromquelle nach der Beendigung der Kondensatoraufladung abgeschaltet. Würde man sie nach Einschaltung der Röntgenröhre mit dem Kondensator verbunden lassen, so würde der Übelstand entstehen, dass der Transformator sozusagen über die Gleichrichtervorrichtung und die Röntgenröhre kurzgeschlossen wird.
Dadurch würde bald nach Beginn der Kondensatorentladung der Transformator und möglicherweise auch das Leitungsnetz stark überlastet werden, während die noch verfügbare Spannung zu gering sein würde, eine nutzbare Strahlung hervorzurufen. Ausserdem würde noch die Möglichkeit bestehen, dass diese Spannung, wenn Ventile mit hohem Widerstand benutzt werden, hauptsächlich von diesen aufgenommen wird.
Um diesen Übelstand zu beseitigen, benutzt man, wie bekannt, den Transformatorstrom dazu, um ein Maximalrelais zu betätigen, durch welches der Transformator vom Netz getrennt wird, oder man bringt Schaltmittel zur Anwendung, welche die Abschaltung des Transformators bewirken, ehe die Kondensatorentladung anfängt.
Die vorliegende Erfindung bezweckt eine Verbesserung der Einrichtung, bei der die in einem Kondensator aufgespeicherte Energie zum Betriebe der Röntgenröhre verwendet wird. Solche Einrichtungen waren bisher noch mit dem Mangel behaftet, dass sich die Aufnahmeenergie nur durch Regelung der Spannung bequem verändern lässt. Man hat schon versucht, die Energie mittels Strahlenfilter abzustufen, aber auch hiedurch gelingt es nicht, die Energie willkürlich zu wählen, ohne dass die Strahlenhärte geändert wird. Überbrückt man den Kondensator während der Entladung, so geht ein Teil der in ihm aufgespeicherten Energie verloren, und man musste sehr grosse Kondensatoren einbauen, um den Apparat für das ganze Gebiet der Diagnostik geeignet zu machen. Die Erfindung macht es möglich, bei normalem, unveränderlichem Wert der Kondensatorkapazität die Aufnahmeenergie zu dosieren.
Dazu wird erfindungsgemäss ein Teil der Energie durch den Kondensator, der restliche Teil durch eine kontinuierlich wirkende Stromquelle, gegebenenfalls den zur Aufladung des Kondensators dienenden Hochspannungstransformator mit Gleichrichtereinrichtung in der Weise geliefert, dass während der Kondensatorentladung der innere Widerstand der Röntgenröhre, etwa durch Erniedrigung der Kathodentemperatur oder des den Anodenstrom steuernden Potentials einer in der Röhre angeordneten Hilfs-
<Desc/Clms Page number 2>
elektrode, allmählich gesteigert wird. Durch diese Massnahmen werden die schon oben angedeuteten Übelstände vermieden.
Dadurch wird der vom Transformator zu liefernde Strom genügend klein gehalten, um die erforderliche Spannung an der Röhre aufrechterhalten zu können. Es ist nicht als Nachteil anzusehen, dass bei diesem Verfahren die Stromstärke nicht konstant bleibt, denn die Röntgenröhre selbst, deren Belastbarkeit natürlich nicht unbeschränkt ist, kann die während einer sehr kurzen Zeit zulässige Stromstärke doch nicht dauernd ertragen. Durch die Erfindung wird somit ein Energieverlauf erhalten, welcher der Belastungseharakteristik der Röhre angepasst ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren steht auch im Einklang mit den praktischen Erfordernissen der Aufnahmeteehnik, denn für Aufnahmen, die nicht innerhalb der kurzen Zeit der Entladung eines Kondensators mit für diesen Zweck gebräuchlicher Kapazität gemacht werden können, kommt es in der Regel auf die Zeitdauer nicht mehr so genau an, so dass man durch Verlängerung der Belichtungszeit die Energie beliebig vergrössern kann.
Die Zeichnung veranschaulicht in den Fig. 1 und 2 Schaltungsbilder von zwei Ausführungsbeispielen der Einrichtung gemäss der Erfindung. Entsprechende Teile sind in den beiden Figuren mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Beide enthalten zur bequemen Einstellung der Betriebsbedingungen eine Umschaltvorrichtung 1, welche in der Stellung 1 die Verbindungen für die Durchleuchtung herstellt und in einer zweiten Stellung 11 den Hochspannungskreis der Röntgenröhre 4 unterbricht.
Ferner besitzen sie eine zweite Schaltvorrichtung 2, die nur in der Stellung 11 der Umschaltvorrichtung 1 von einem Zeitschalter 3 betätigt werden kann und dann während einer vorherbestimmten Zeit den Strom durch die Röntgenröhre geschlossen hält und die Zunahme des Röhrenwiderstandes nach dem Anschalten der Hochspannung bewerkstelligt. Dabei ist. die Umsehaltvorrichtung so geschaffen, dass die Herstellung der Verbindungen zum Herabsetzen des inneren Widerstandes der Röhre mit der Unterbrechung des Hochspannungskreises der Röntgenröhre verknüpft ist.
In Fig. 1 ist mit 5 ein Hochspannungstransformator bezeichnet, dessen Hochspannungswicklung über vier in Brückenschaltung liegende Hochspannungsgleichriehter 6, vorzugsweise Metalldampfgleichrichter mit Glühkathode, an eine Kondensatorbatterie 7 angeschlossen ist. Es braucht kaum gesagt zu werden, dass in diesem Zusammenhang der Begriff "Kondensator" eine Kombination von parallel oder in Reihe geschalteten Kapazitäten mitumfassen soll. Drosselspulen 8, welche mit dem Kondensator in Reihe liegen, sind besonders für die Entladung von Bedeutung. Die Glühkathode 9 der Röntgenröhre wird von einem Glühstromtransformator. ? gespeist. Der Primärkreis dieses Transformators enthält regelbare Widerstände 11 und 12.
In der Zuleitung zur Anode 13 der Röntgenröhre liegt ein Relais- schalter 14, der von einer Spule 15 betätigt wird, in dem Sinne, dass der Schalter 14 geschlossen ist, wenn kein Strom durch die Wicklung 15 fliesst, In erster Linie kommt hier ein Vakuumschalter in Frage, der imstande ist, ohne Funkenbildung einen Strom im Hochspannungskreis zu unterbrechen,
Nimmt die Umschaltvorrichtung 1 die Stellung 1 ein, so ist ein Stromkreis vom Wechselstromzuleiter 16, der mit dem Netz verbunden ist, über den normal geschlossenen Schalter 18 durch die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 5, über den normal offenen. Betriebsschalter 19, das Schalt- glied 20 der Umschaltvorrichtung 1 zum Wechselstromzuleiter 17 geschlossen.
Ferner kann ein Strom fliessen in dem Kreis von dem Leiter 16 durch die Primärwicklung des Transformators 10, die Widerstände 11 und 12 zum Leiter 17. Die Glühkathode 9 der Röntgenröhre wird von einem schwachen Strom durchflossen. Solange der Schalter 19 geschlossen gehalten wird, ist der Hochspannungstransformator im Betriebe und es können Durchleuchtungen gemacht werden. Legt man die Umschaltvorrichtung 1 in die Stellung 11 um, so wird der Widerstand 12 kurzgeschlossen. Der Primärstrom des Transformators 10 fliesst dann durch das Schaltglied 22 über die Kontakte 23 und 24 der Schalteinrichtung 2 und durch den Leiter 25 direkt zum Leiter 17. Der Glühstrom nimmt nun einen sehr grossen Wert an, bei dem die Röntgenröhre nur ganz kurze Zeit unter Spannung gehalten werden darf.
Es kann aber kein Strom durch die Röhre fliessen, weil der Stromkreis vom Leiter 16 durch den Leiter 26, die Spule 15, Leiter 27, Schaltglied 28 über die Kontakte 29 und 30. der Schaltvorrichtung 2, Leiter 25 zum Leiter 17 geschlossen ist, wodurch die Spule 15 den Schalter 14 in geöffneter Stellung hält.
Mittels des durch das Schaltglied 20 mit dem Leiter 17 verbundenen Zeitschalters kann nun während einer vorherbestimmten Zeit ein Strom durch. die Betätigungsspule 31 der Schaltyorrichtung 2 geführt werden. Der Zeitschalter kann beliebig ausgeführt sein und braucht, da solche Schalter allgemein bei Röntgenapparaten Verwendung finden, keine Erläuterung. Wird der Schalter 2 umgelegt, so wird die Verbindung der Kontakte 29 und 30 unterbrochen und dadurch der Strom durch die Spule 15 ausgeschaltet, so dass der Hochspannungskreis der Röhre geschlossen wird und die Kondensatorbatterie 7 sich über die Röntgenröhre 4, deren Kathode 9 augenblicklich stark emittiert, entladen kann. Die Drosselspule 8 dient dabei dazu, um, wie an sich bekannt, eine günstige Form der Röhrenstromkurve und der Röhrenspannungskurve zu erzielen.
Die Durchschnittsenergie während der ersten Zeit der Entladung, z. B. während 0-1 Sekunde, beträgt z, B. 30 KW.
Die Schaltvorrichtung 2 hebt bei ihrem Umlegen den Kurzschluss des Widerstandes 12 teilweise auf. Gegebenenfalls kann die Einrichtung so ausgebildet werden, dass das Aufheben dieses Kurzschlusses mit Verzögerung stattfindet Der Primärstrom des Transformators 10 fliesst nunmehr über die Kontakte 23
<Desc/Clms Page number 3>
und 32 und durch den Leiter 33 zu einer verstellbaren Anzapfung am Widerstand 12 und somit durch einen regelbaren Teil des Widerstandes zum Leiter 17. Natürlich ist es möglich, die Regeleinrichtung des Widerstandes 12 so auszuführen, dass der Widerstand ganz eingeschaltet oder der PrimärkreÌ6 des Transformators 10 unterbrochen werden kann. Da nun der Glühstrom der Kathode vermindert bzw. unterbrochen wird, nimmt ihre Temperatur und dadurch ihre Elektronenemission ab.
Man hat es bei der Herstellung oder der Auswahl der Röhre in der Hand, durch Wahl der Wärmekapazität des Kathodenkörpers die Geschwindigkeit, mit der die Temperatur sinkt, einzustellen.
In dem Masse, in dem die Kondensatorbatterie 7 ihre Ladung verliert, übernimmt der Hochspannungstransformator 5 mehr und mehr die Stromlieferung zur Röntgenröhre. Gleichzeitig aber nimmt der innere Widerstand der Röntgenröhre zu, so dass der Transformatorstrom nicht unzulässig hoch steigt und eine wirksame Spannung an der Röhre aufrechterhalten bleibt. Die Belastung des Transformators nach Erreichung des stationären Zustandes beträgt z. B. 5 KW. Nach Ablauf der am Zeitschalter eingestellten Zeit, die z. B. einige Sekunden betragen kann, legt sich die Schaltvorrichtung 2 wieder in die erste Stellung, der Anodenkreis der Röhre wird unterbrochen und damit ist die Aufnahme beendet.
Die Kondensatorbatterie wird nun allmählich wieder aufgeladen und man kann dann weitere Aufnahmen machen oder man legt den Umschalter 1 wieder in die Stellung 1 und kann durchleuchten.
Nun könnte aber die Gefahr bestehen, dass sich durch das Umlegen der Umschaltvorrichtung 1 in die Stellung 1 der Kondensator über die Röntgenröhre mit inzwischen wieder zu hoher Temperatur aufgeheizter Kathode entladen könnte. Um dies zu verhindern, ist parallel zur Kondensatorbatterie ein Kurzschlussschalter 34 angeordnet, der von einer Spule 35 betätigt wird und mit einem Dämpfungswiderstand in Reihe liegt. Die Spule 35 ist mit dem Durchleuchtungsschalter 19 in Reihe geschaltet, so dass der Schalter 34, wenn die Umschaltvorrichtung 1 die Stellung 1 einnimmt, nur geöffnet werden kann, wenn der normal geöffnete Schalter 19 von Hand geschlossen wird. In der Stellung 11 der Umschaltvorrichtung 1 ist die Spule 35 durch das Schaltglied 20 eingeschaltet.
Man würde auch durch die Zeitschaltvorrichtung die Unterbrechung des Primärkreises des Hochspannungstransformators nach Ablauf der Belichtungszeit bewirken können. In der Zeichnung ist diese Anordnung nicht dargestellt.
Will man eine Aufnahme ohne Stromnachlieferung durch den Hochspannungstransformator machen, so unterbricht man nach der Aufladung der Kondensatorbatterie den normal geschlossenen Schalter 18 und bringt dann den Zeitschalter zur Wirkung. Gewünschtenfalls kann man in der Zuleitung zur Spule 35 noch einen vom Zeitschalter zu betätigenden Schalter anordnen, der für kurze Aufnahmen den Strom durch die Spule 35 unterbricht. Dies gehört jedoch nicht zu den Merkmalen der vorliegenden Erfindung und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung.
Fig. 2 bezieht sich auf eine Einrichtung, bei der die allmähliche Zunahme des inneren Röhrenwiderstandes durch eine Hilfselektrode 37, etwa die Sammelvorrichtung der Kathode, bewirkt wird. Hat das Potential der Hilfselektrode einen bestimmten negativen Wert, so ist der Widerstand der Röntgenröhre gross. Wird das Potential weniger negativ oder positiv mit Bezug auf die Glühkathode, so wird der Widerstand der Röntgenröhre kleiner.
Um der Hilfselektrode 37 ein bestimmtes Potential geben zu können, ist ein Hilfstransformator 38 vorhanden. Im Sekundärkreis dieses Transformators liegen ein Gleichrichter 39, ein Kondensator 40 und gegebenenfalls ein Widerstand 41. Der Kondensator 40 verbindet die Steuerelektrode 37 mit der Glühkathode. In der Stellung 1 der Umschaltvorrichtung 1 wird der Kondensator 40 aufgeladen und das Potential der Hilfselektrode negativ gemacht, so dass der Röhrenwiderstand gross ist. In der Stellung 11 wird durch das Schaltglied 21 der Kondensator 40 über einen Dämpfungswiderstand 43 kurzgeschlossen.
Das Potential der Hilfselektrode 37 wird dann weniger negativ und der Widerstand der Röhre so klein, wie für den Anfangswert der Aufnahmestromstärke gewünscht wird. Setzt man nun den Zeitschalter 3 in Wirkung, so wird der Kurzschluss des Kondensators 40 zeitweise aufgehoben, das Gitter nimmt allmählich wieder den früheren Negativwert an, der Röhrenwiderstand steigt und die Stromstärke sinkt. Beim Umlegen der Umschaltvorrichtung 1 nach der Aufnahme wird wieder der Strom durch die Spule 35 ausgeschaltet und die Röhre 4 kurzgeschlossen.
Man muss mit dem Einschalten des Zeitschalters warten, bis sich der Kondensator 40 entladen hat und der Röhrenwiderstand genügend niedrig ist. Um dies bemerkbar zu machen, ist eine Glimmlampe 42 parallel zum Kondensator 40 geschaltet. Wenn diese erlischt, hat der Kondensator seine Ladung verloren. Umgekehrt kann man sich durch die Lampe 42, die erst beim Erreichen einer bestimmten Spannung am Kondensator 40 wieder zündet, davon überzeugen, ob der Röhrenwiderstand genügend gross ist und der Schalter 19 für die Durchleuchtung eingeschaltet werden darf.
Fig. 2 zeigt nur einen Hochspannungsgleichrichter 6 und Erdung der Glühkathode der Röntgenröhre (bei 45). Der Hochspannungskreis kann jedoch anders eingerichtet sein, z. B. wie in Fig. 1. Umgekehrt ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Brückenschaltung der Gleichrichter nicht grundsätzlich.
**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.