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Einrichtung zur Verhütung der Überlastung von Röntgenröhren.
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Wird die Röntgenröhre bei Überschreitung der höchstzulässigen Brennflecktemperatur abgeschaltet, so ist die Anwendung der Erfindung besonders vorteilhaft bei Röntgeneinrichtungen, bei denen die Ein-und Ausschaltung des Röntgenröhrenstromes mit Hilfe einer primär oder sekundär eingebauten gittergesteuerten Schaltventilröhre erfolgt. In diesem Falle kann bei Verwendung eines trägheitslosen Relais die Abschaltung der Röntgenröhre bei Erreichung der Belastungsgrenze verzögerungsfrei erfolgen. Durch Verwendung einer an sich bekannten Kippschaltung kann beim Ansprechen der lichtempfindlichen Vorrichtung eine dauernde Unterbrechung des Röntgenröhrenstromes erzielt werden.
Für die praktische Ausführung der Erfindung ist es von Bedeutung, dass Mittel vorgesehen werden, um die vom Brennfleck der Röntgenröhre ausgehenden Röntgenstrahlen von der lichtempfindlichen Vorrichtung fernzuhalten. Zu diesem Zweck werden beispielsweise die bei dem optischen System verwendeten Linsen aus Bleiglas angefertigt, oder in dem Gang der vom Brennfleck ausgehenden Lichtstrahlen wird ein Spiegel angeordnet, der die Lichtstrahlen auf die seitlich angeordnete lichtelektrische Zelle ablenkt.
Anstatt die Röntgenröhre bei Überschreitung der höchstzulässigen Brennflecktemperatur abzuschalten, kann man auch, wie bereits oben erwähnt wurde, die Brennflecktemperatur dadurch konstant halten, dass man die Röhrenstromstärke unmittelbar in Abhängigkeit von der Brennflecktem-
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peratur trägheitslos entsprechend regelt. Die Röntgenröhre wird beispielsweise in diesem Fall mit einem Steuergitter ausgerüstet, mit dessen Hilfe die lichtempfindliche Vorrichtung die Stärke des durch die Röntgenröhre fliessenden Stromes trägheitslos so regelt, dass die Temperatur des Brennflecks einen bestimmten einstellbaren Wert annimmt.
Besonders zweckmässig ist eine Anordnung, bei der die lichtempfindliche Vorrichtung die Heizung der Röntgenröhre so regelt, dass die Helligkeit des Brennflecks nahezu konstant bleibt. Dies kann in der Weise geschehen, dass die lichtempfindliche Vorrichtung bei Erreichung einer bestimmten Helligkeit des Brennflecks die Heizung der Röntgenröhre abschaltet oder schwächt und die Wiedereinschaltung oder die Aufhebung der Schwächung der Heizung beim Absinken der Helligkeit des Brennflecks unter einen einstellbaren Wert oder nach Ablauf einer bestimmten einstellbaren Zeit erfolgt.
Vorteilhafter Weise wird dabei die Heizung der Röntgenröhre zum Zweck der schnellen Erreichung der Belastungsgrenze stark überhöht. Würde diese stark überhöhte Heizung der Röntgenröhre bereits vor dem Einschalten der Hochspannung eingeschaltet sein, so würde im ersten Augenblick der Brennfleck überlastet werden, weil die Glühfadentemperatur infolge der Trägheit des Glühfadens nicht schnell genug auf den zulässigen Wert absinken würde. Aus diesem Grunde wird die Einrichtung so getroffen, dass die erste Einschaltung der Heizung der Röntgenröhre bei Beginn der Aufnahme gleichzeitig mit der Einschaltung der Hochspannung erfolgt, so dass die Glühfadentemperatur bei Beginn der Aufnahme im Ansteigen begriffen ist.
Da die lichtempfindliche Vorrichtung dafür sorgt, dass die Glühfadentemperatur niemals den höchst zulässigen Wert überschreiten kann (weil ja sonst auch die Brennfleckhelligkeit einen unzu- lässigen Wert annehmen müsste), besteht die Möglichkeit, die Überhöhung der Heizstromstärke beliebig weit zu treiben, so dass also auch die Schnelligkeit, mit der die Kathode und damit auch der Brennfleck die höchstzulässigen Temperaturen erreichen, beliebig gesteigert werden kann. Es ist deshalb durchaus möglich, eine Kathode, deren maximal zulässige Dauerheizstromstärke etwa 8 Amp. beträgt, intermittierend mit einer Stromstärke von beispielsweise 12 oder noch mehr Amp. zu heizen.
Zweckmässig wird noch ein Milliamperesekundenrelais vorgesehen, das die der Röntgenröhre zugeführte Hochspannung abschaltet, sobald ein an diesem Relais zuvor eingestelltes Milliamperesekundenprodukt erreicht ist. Sehr vorteilhaft ist es auch, bei der Röntgenaufnahme eine an sich bekannte Vorrichtung zu verwenden, die die Röntgenröhre abschaltet, sobald eine genügende Sehwärzung des Films erreicht ist.
Im allgemeinen wird die Photozelle zur Schonung der Röntgenröhre auf einen Wert eingestellt, der unterhalb der Belastungsgrenze liegt. Um zu verhindern, dass bei einem Versagen der Einrichtung die Röntgenröhre zerstört wird, empfiehlt es sich, eine zweite Photozelle vorzusehen, die beim Überschreiten der höchstzulässigen Brennfleckhelligkeit die Röntgenröhre abschaltet.
Bei pyrometrisehen Einrichtungen ist es an sich bekannt, zur Messung, Aufzeichnung oder Überwachung von Temperaturvorgängen, die sich innerhalb sehr kurzer Zeiten abspielen, licht- elektrische Zellen zu benutzen. Es handelt sich jedoch dabei um Messeinrichtungen und nicht darum, einen Röntgenapparat vor Überlastung zu schützen.
In den Figuren sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes der Schaltungsanordnung nach schematisch dargestellt.
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Der durch die lichtelektrische Zelle 6 fliessende Strom wird mittels des trägheitslosen Verstärkers 15 verstärkt und dem Gitter des Stromtores 16 zugeführt. Das Stromtor 16 liegt in einem Hilfsstromkreis, in dem beim Zünden des Stromtors 16 eine dauernde negative Spannung erzeugt wird, die über eine an sich bekannte trägheitslos arbeitende Übertragungsvorrichtung 17 auf das Hochspannung
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kreises irgendeine der bekannten Kippschaltungen verwendet werden.
In der Fig. 4 sind Kurven a (ausgezogen) und b (strichpunktiert) gezeichnet, die veranschau- lichen, in welcher Weise die Temperatur T des Brennfleeks in Abhängigkeit von der Belastungszeit t ansteigt. Bei Erreichung der höchst zulässigen Temperatur Tj wird die Röntgenröhre abgeschaltet, worauf die Temperatur des Brennflecks nach den Kurven a'und b'rasch abfällt. Gemäss der weiteren
Erfindung wird nun ein Relais vorgesehen, das beim Absinken der Helligkeit bzw. Temperatur des
Brennflecks unter einen einstellbaren Wert T2 oder nach Ablauf einer bestimmten einstellbaren Zeit den Stromdurchgang durch die Röntgenröhre wieder einschaltet. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, kann sich dieser Vorgang beliebig oft wiederholen.
Besonders zweckmässig ist es, das Abschalten und
Wiedereinschalten des Stromdurchganges durch die Röntgenröhre so oft zu wiederholen, bis ein an einem Milliamperesekundenrelais zuvor eingestelltes Milliamperesekundenprodukt erreicht ist. Man hat damit die Möglichkeit, die für die Belastung der Röntgenröhre massgebenden Betriebsgrössen, nämlich Spannung, Stromstärke und Belichtungszeit, lediglich mit Rücksicht auf die Güte des Röntgen- bildes beliebig einzustellen, ohne dass die Gefahr einer Überlastung der Röntgenröhre besteht. Auch kann man, wie die Kurve b der Fig. 4 zeigt, die Heizung der Röntgenröhre so stark überhöhen, dass die Temperatur des Brennflecks sehr rasch ansteigt, ohne dass man dabei die Gefahr einer Röhren- überlastung zu fürchten braucht.
Eine solche Überhöhung der Röntgenröhrenheizung hat beispielsweise bei einer Röntgenaufnahme den Vorteil, dass dadurch die Übergangszeit von der Durchleuchtung zur Aufnahme wesentlich abgekürzt und dass ein bestimmtes Milliamperesekundenprodukt in kürzerer
Zeit erreicht wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 5 ist die Röntgenröhre 1, die eine Anode 18, eine
Kathode 19 und ein Gitter 20 aufweist, an die Hochspannungsquelle 21 angeschlossen. Die vom
Brennfleck der Anode 18 ausgehenden Lichtstrahlen werden über den Spiegel 13 und das optische
System 5 zu der lichtelektrischen Zelle 6 geführt, die in den Stromkreis der Gleichspannungsquelle 22 eingeschaltet ist. Das Gitter 20 der Röntgenröhre 1 ist über den Widerstand 23 mit der Kathode 19 und damit mit dem positiven Pol der Gleichspannungsquelle 22 und weiterhin über die gittergesteuerte Entladungsröhre 24 mit einem negativen Punkt des Spannungsteilers 25 der Gleichspannungsquelle 22 verbunden.
Das Gitter der Entladungsröhre 24 besitzt eine negative Vorspannung, so dass kein Strom durch diese Röhre und den Widerstand 23 fliessen kann und das Gitter 20 der Röntgenröhre 1 auf demselben Potential liegt wie die Kathode 19. Wird nun die Röntgenröhre 1 belastet, so lösen die vom Brennfleck der Anode 18 ausgehenden Lichtstrahlen in der lichtelektrischen Zelle 6 einen Strom aus, der durch den Spannungsteiler 25 fliesst und die negative Vorspannung des Gitters der Entladungsröhre 24 vermindert bzw. aufhebt. Es kann nun durch die Entladungsröhre 24 und den Widerstand 23 ein Strom fliessen, der an dem Gitter 20 der Röntgenröhre 1 eine steigende negative Spannung gegen- über der Kathode 19 erzeugt und dadurch die Stärke des durch die Röntgenröhre 1 fliessenden Stromes verringert.
Der Abgriff 26 des Spannungsteilers 25 kann so eingestellt werden, dass die Temperatur des Brennflecks der Anode 18 dauernd konstant bleibt.
Die Fig. 6 zeigt die Abhängigkeit der Temperatur T des Brennflecks von der Belastungszeit t.
Während bei den bisher üblichen Röntgenapparaten die Temperatur des Brennflecks langsam bis zu dem höchstzulässigen Wert Th ansteigt (strichpunktierte Kurve a), wird beim Gegenstand des Ausführungsbeispieles gemäss der Fig. 5 die Kathode 19 der Röntgenröhre 1 so stark geheizt, dass die höchstzulässige Temperatur Th schon nach der kurzen Zeit tl erreicht wird (Kurve b) und dann konstant bleibt.
Aus der Fig. 7 ist die Abhängigkeit der Stärke I des durch die Röntgenröhre 1 fliessenden Stromes von der Belastungszeit t ersichtlich. Während bei den bisher üblichen Röntgenapparaten die Stromstärke Ja während der gesamten Belastung ungefähr konstant bleibt, ist die Röhrenstromstärke lb beim Gegenstand des Ausführungsbeispiels gemäss der Fig. 5 anfänglich wesentlich höher und fällt dann bis unter den Wert Ja ab. Man ersieht daraus, dass bei den bisher üblichen Röntgenapparaten zur Erzielung eines bestimmten Milliamperesekundenproduktes (I. t) die Zeit la (vgl. die waagrecht schraffierte Fläche), beim Anmeldungsgegenstand in der Ausführung gemäss der Fig. 5 dagegen nur die wesentlich kürzere Zeit tb (vgl. die senkrecht schraffierte Fläche) benötigt wird.
Die Fig. 8 zeigt, in welcher Weise die negative Spannurg Eg des Gitters 20 der Röntgenröhre 1 in Abhängigkeit von der Belastungszeit t ansteigt.
Auch eine Änderung der Röntgenröhrenspannung kann keine Überlastung der Röntgenröhre hervorrufen, da die Temperatur bzw. die Helligkeit des Brennflecks von der der Röntgenröhre zugeführten Leistung abhängig ist und die Anordnung immer so wirkt, dass die höchst zulässige Temperatur des Brennflecks nicht überschritten werden kann.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 9 wird die Röntgenröhre 1 von dem Hochspannungstransformator 2 gespeist, der über ein Schütz 3 an das Netz 4 angeschlossen ist. Die von dem Brennfleck der Röntgenröhre 1 ausgehenden Lichtstrahlen werden über den Spiegel 13 und das optische System 5 zu der lichtelektrischen Zelle 6 geführt. Der durch die lichtelektrische Zelle 6 fliessende Strom wird mit Hilfe des trägheitslosen Verstärkers 15 verstärkt und speist ein Relais 30, das einen'Schalter 31 entgegen der Kraft der Feder 32 geschlossen hält. Der Schalter 31 liegt im Primärstromkreis des Heiztransformators 33, der die Glühkathode 34 der Röntgenröhre 1 speist.
Vor Beginn der Aufnahme ist der Schalter 31 geschlossen, da der Anodenstrom der Gitterröhre 15 ungehindert durch diese und damit auch durch das Relais 30 fliessen kann. Wird nun der in Reihe zu dem Schalter 31 liegende Handschalter 35 (zweckmässigerweise gleichzeitig oder unmittelbar nach Einschaltung des Schützes 3) geschlossen, so wird die Glühkathode 34 infolge der hoch eingestellten Heizspannung sehr rasch erhitzt, und der Elektronenstrom trifft entsprechend der hohen Röhrenspannung mit grosser Geschwindigkeit auf die Anode der Röntgenröhre 1 auf. Infolge der Erhitzung des Brennflecks fliesst Strom durch die lichtelektrische Zelle 6 und damit auch durch den Widerstand 36, so dass das Gitter der Röhre 15 ein negatives Potential erhält, wodurch der durch die Röhre 15 fliessende Anodenstrom verringert wird.
Sinkt der Anodenstrom unter einen bestimmten Wert, so öffnet sich der Schalter 31, und der primäre Heizstrom des Heiztransformators 33 fliesst nun über den parallel zu dem Schalter 31 liegenden regelbaren Widerstand 37. Der primäre Heizstrom wird dadurch geschwächt, und dementsprechend werden die Temperaturen der Glühkathode 34 sowie die Helligkeit des Brennflecks der Röntgenröhre 1 kleiner. Da die lichtelektrische Zelle 6 nunmehr weniger Licht erhält, wird das Potential des Gitters der Röhre 15 positiver, der Schalter 31 schliesst sich wieder, und der Vorgang beginnt von neuem. In Anbetracht der Trägheit der Glühkathode 34 kann der Heizstrom auch ganz unterbrochen werden und somit der Widerstand 37 wegfallen.
Auf die geschilderte Weise ist es möglich, die Helligkeit des Brennflecks der Röntgenröhre 1 nahezu konstant und gegebenenfalls auf dem höchstzulässigen Wert zu halten, so dass die Belastungsfähigkeit der Röntgenröhre optimal ausgenutzt ist. Da die Einhaltung der gewünschten Brennfleckhelligkeit um so besser gelingt, je trägheitsloser das Relais 30 und der Schalter 31 arbeiten, ist es zweckmässig, das Ein-und Ausschalten der Heizung, statt über ein mechanisches Relais, mit Hilfe von gittergesteuerten Gasentladungsröhren vorzunehmen. Dabei kann das Ein-und Ausschalten auch durch zwei getrennte lichtelektrische Zellen gesteuert werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss der Fig. 10 wird die Glühkathode 34 der Röntgenröhre 1 von einer Gleichspannungsquelle aus geheizt, und der Anodenstrom der Gitterröhre 15, dessen Stärke von der Belichtung der lichtelektrischen Zelle 6 abhängt, speist unmittelbar die Glühkathode 34 der Röntgenröhre 1.
In der Fig. 19 ist eine praktische Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, bei der die Röntgenröhre 1 in einem hochspannungs-und strahlensicheren Gehäuse 27 mit geerdeter Aussenwandung angeordnet ist. Die von dem Brennfleck der Röntgenröhre 1 ausgehenden Lichtstrahlen treten durch eine Öffnung 28 des Gehäuses 2 ?' nach aussen und treffen auf den Spiegel 13 auf, der im Innern des geerdeten Blendengehäuses 29 angeordnet ist. Von dem Spiegel 13 werden die Lichtstrahlen durch das optische System 5 zu der auswechselbaren lichtelektrischen Zelle 6 geführt. Das optische System 5 und die lichtelektrische Zelle 6 befinden sich somit auf Erdpotential.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Einrichtung zur Verhütung der Überlastung von Röntgenröhren, dadurch gekennzeichnet, dass sie von einer lichtelektrischen Zelle oder einer andern lichtempfindlichen Vorrichtung, zu der die vom Brennfleck der Röntgenröhre ausgehenden Lichtstrahlen über ein optisches System geführt werden, beeinflusst wird.