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Milliampere sekundenrelais
Eine Röntgenaufnahme ist durch zwei bildgebende Faktoren bestimmt, durch das an der Röhre liegende Hochspannungspotential (kV) und das Produkt aus der Röhrenstromstärke (mA) und der Belichtungszeit (s), dem Milliamperesekundenprodukt. Bei den meisten Röntgenapparaten erfolgt die Einstellung der Belichtungswerte an einem mechanischen oder elektrischen Zeitgeber in Sekunden. Die Röhrenstromstärke (mA) ist entweder frei wählbar auf einen fixen Wert eingestellt oder sie wird über eine Automatik in Abhängigkeit von den elektrischen Grössen und dem Belastungsdiagramm der Röhre selbsttätig eingestellt. Die mAs-Werte müssen dabei errechnet werden.
Es sind aber auch Apparate bekannt, in welchen ein mAs-Relais eingebaut ist, an welchem das gewünschte mAs-Produkt eingestellt werden kann und welches nach Erreichen desselben über geeignete Schaltmittel die Hochspannung von der Röhre trennt. Die bisher bekannten mAs-Relais arbeiten nach verschiedenen Prinzipien. Es wird z. B. ein Kondensator über einen Widerstand in Abhängigkeit vom Röhrenstrom aufgeladen oder das mAs-Relais arbeitet nach dem Prinzip des Elektrizitätszählers. Es ist auch bekannt, einen Motor, dessen Anker vom Röhrenstrom durchflossen wird und mit einer Wirbelstromdämpfung versehen ist, als mAs-Relais zu verwenden. Ebenso sind auch Konstruktionen bekanntgeworden, bei welchen die Elektrolysewirkung zum Einstellen und Schalten von Elektrizitätsmengen herangezogen wird.
Auch das Prinzip des stark gedämpften Drehspulmesswerkes wurde in abgewandelter Form verschiedentlich bei der Konstruktion von mAs-Relais angewendet.
Die moderne Hochvoltaufhahmetechnik, bei welcher Röhrenspannungen von über 100 kV zur Anwendung kommen, verlangt unter anderem auch das Schalten von kleinen mAs-Werten, etwa in der Grössenordnung von 0,5 bis 3 mAs. Mit jenen mAs-Relais, welche nach elektromechanischen Prinzipien aufgebaut sind, lassen sich kleine mAs-Werte infolge der Trägheit der bewegten Massen nicht mehr beherrschen. Lediglich jene Konstruktionen, welche nach dem Prinzip der Ladung eines Kondensators arbeiten, erzielen befriedigende Wirkung, sind aber durch die Verwendung von Elektronenröhren störungsanfälliger und sehr kostspielig.
Es ist bereits bekannt (s. deutsche Patentschrift Nr. 559083), bei einem aus einem Verzögerungsund einem Hilfsrelais bestehenden Zeitrelais für Gleichstrom, bei dem beide Relais je einen Kontakt in dem zu steuernden Stromkreis dauernd öffnen oder schliessen, eine Drosselspule zu verwenden, welche jedoch bei der genannten Anordnung im Gegensatz zu unserer Einrichtung zur Verzögerung des Ansprechens bzw. des Abfalles des Verzögerungsrelais und damit zur Festlegung der Schaltzeit des Zeitrelais dient.
Die Erfindung betrifft ein Milliamperesekundenrelais, insbesondere für die Schaltung von Röntgenaufnahmen, bei dem die oben aufgezeigten Mängel vermieden sind und welches auch für sehr kleine Werte des Milliamperesekundenproduktes ein trägheitsloses Abschalten des Röntgenröhrenstromkreises erzielt, in dem erfindungsgemäss parallel zu einem vom Röhrenstrom durchflossenen Widerstand eine gleichstromvormagnetisierte Drossel geschaltet ist, welcher die sich am Widerstand aufbauende, dem Röhrenstrom proportionale Spannung gleichgerichtet im Sinne einer Entmagnetisierung zugeführt wird, wobei in Serie mit der Drossel ein durch den im Kippzeitpunkt durch die Drossel fliessenden Strom
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betätigtes polarisiertes Relais oder ein mit einer Gasentladungsröhre als Schaltelement zusammenwirkender Widerstand liegt.
Der Kern der Drossel besteht erfindungsgemäss aus weichmagnetischem Material mit rechteckiger Hysteresisschleife.
Das in der erfindungsgemässen Anordnung zur Anwendung gelangende Prinzip wird im folgenden näher erläutert. Eine Drossel, deren Kern die oben erwähnten Eigenschaften besitzt, wird durch eine Gleichstromquelle in einer bestimmten Polrichtung vormagnetisiert, z. B. bis in den negativen Sättigungsbereich der Hysteresis. Wird nun eine Gleichspannung entgegengesetzter Richtung und bestimmter Grösse an die Drossel gelegt, so erfolgt eine Ummagnetisierung des Kernes der Drossel vom Punkt - Brem entlang der Hysteresis in den Punkt + Bs.
Bei Erreichen der Sättigung wird die Drossel infolge Fortfalls der Gegen-EMK plötzlich stromdurch- lässig, sie"kippt"und ist dadurch in der Lage, einen elektrischen Schaltmechanismus zu betätigen. Die
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und u die Höhe der angelegten Gleichspannung bedeuten.
Aus der Formel ist ersichtlich, dass sich die Kippzeit der Drossel umgekehrt proportional der angelegten Spannung verhält. Weiters ergibt sich aus der Formel, dass durch Vergrössern des durchlaufenen Induktionsbereiches B auch die Zeit direkt proportional verlängert wird. Diese Vergrösserung von B wird durch die angewendete Vormagnetisierung erreicht, wodurch die Hysteresis von Punkt ¯Brem bis + Bs ausgenützt wird.
Die Verwendung eines Kernmaterials mit rechteckiger Hysteresisschleife gewährleistet eine hohe Remanenzinduktion Brem einerseits und anderseits bei Erreichen der Sättigungsinduktion einen schnellen Übergang in den stromdurchlässigen Zustand der Drossel, wodurch die Exaktheit der Schaltung sichergestellt ist.
Aus u. t = w. Q. B. 10-8 ist ersichtlich, dass das Produkt aus Zeit x Spannung von der Dimensionierung der Drossel abhängt.
Wird nun der Röntgenröhrenstrom über einen Widerstand geleitet, so baut sich an seinen Klemmen eine der Grösse des Stromes proportionale Spannung auf. Ist dieser Widerstand variabel und wird er parallel zu der gleichstromvormagnetisierten Drossel geschaltet, so gilt die Beziehung
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und die Funktion der Einrichtung als mAs-Relais ist sichergestellt. Es ist auch ersichtlich, dass das Schalten selbst kleinster mAs-Werte keine Schwierigkeiten bereitet.
Zur Umschaltung der Drossel von der zur Vormagnetisierung dienenden Gleichstromquelle auf den Widerstand, welcher vom Röhrenstrom durchflossen wird, dient ein Relais mit einem Umschaltkontakt, welches bei Einlegen des Netzschalters erregt wird. Bei erregtem Relais verbindet der Umschaltkontakt somit die Drossel mit dem Widerstand, während bei unerregtem Relais die Drossel an der Gleichstromquelle liegt. Die Gleichrichteranordnung, durch die die der Drossel im Betrieb zugeführte, am Widerstand auftretende Spannung gleichgerichtet wird, ist in der erfindungsgemässen Anordnung praktisch widerstandslos ausgebildet, um eine Verfälschung der Schaltfunktion der Drossel durch Rückstrom oder Spannungsabfälle auszuschliessen.
Der vom Röntgenröhrenstrom durchflossene, zur Drossel parallelgeschaltete Widerstand ist erfindunggemäss durch einen Schleifer, Stufenschalter od. dgl. in seinem Widerstandswert regelbar ausgebildet.
Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann der Widerstand eine logarithmische Regelcharakteristik besitzen.
Die Drossel selbst kann mit einer oder mehreren Anzapfungen versehen sein, die so ausgelegt sind, dass das Produkt aus Kippzeit und angelegter Gleichspannung um ein Vielfaches, vorzugsweise um eine oder mehrere Zehnerpotenzen verändert wird.
Es können auch zwei oder mehrere Drosseln Verwendung finden, deren Zeit-Spannungsprodukte um ein Vielfaches, vorzugsweise eine Zehnerpotenz oder deren Vielfaches, voneinander verschieden sind.
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Zur Umschaltung je nach Wahl der verschiedenen Zeit-Spannungsbereiche kann erfindungsgemäss ein weiterer Umschalter vorgesehen sein. Die Erfindung wird an Hand der nachstehenden Zeichnung im folgenden näher erläutert.
Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild der erfindungsgemässen Anordnung. Wird an die Drossel 1, deren Kern aus weichmagnetischem Material mit rechteckiger Hysteresisschleife besteht, eine Gleichstromquelle 2 angelegt, so wird die Drossel in einer bestimmten Polrichtung vormagnetisiert. Wird nun die Drossel durch den Umschalter an eine Gleichspannung entgegengesetzter Richtung und bestimmter Höhe gelegt, die sich an den Klemmen des stromdurchflossenen Widerstandes 4 aufbaut, erfolgt nach gewisser Zeit ein Kippen und die Drossel wird plötzlich stromdurchlässig, wodurch die Wicklung 3 eines als Schaltmechanismus zu verwendenden Relais erregt wird.
Fig. 2 zeigt das Schaltbild der erfindungsgemässen Anordnung. Zwischen die Hochspannungsspulen 11 und 12 eines Röntgentransformators wird der variable Widerstand 13 geschaltet, an dem mittels des Schleifers 14 bestimmte Widerstandswerte abgreifbar sind. Der Schleifer 14 gleitet entlang einer Skala 15, an der die gewünschten mAs-Werte eingestellt werden können. Die Erdung des Systems erfolgt bei 16.
Die Röntgenröhre 17 wird durch die hochspannungsseitige Gleichrichtung 18 gespeist. Die Primärwicklung 19 des Hochspannungstransformators kann durch das Schutz 20 an eine Wechselspannungsquelle gelegt werden, wenn der Schalter 21 geschlossen wird. Die Drossel 22, deren Kern die bereits oben beschriebenen magnetischen Eigenschaften besitzt, wird über den Ruhekontakt 23 des Relais 24 und die Wicklung 25 eines polarisierten Relais an die Gleichstromquelle 26 gelegt. Dadurch wird die Drossel 22 in einer bestimmten Polrichtung vormagnetisiert und gleichzeitig der Kontakt 27 des polarisierten Relais, der mit der Schützspule 20 in Serie liegt, geschlossen gehalten.
Wird der Schalter 21 geschlossen, bekommt die Schützspule 20 über den Kontakt 27 Spannung, die Schützkontakte 28 werden geschlossen und der Hochspannungstransformator erregt. Gleichzeitig wird auch das Relais 24 erregt, so dass sich der Kontakt 23 öffnet und die Gleichstromquelle 26 von der Drossel 22 abgeschaltet wird, während sich der Kontakt 29 schliesst. Im Hochspannungssystem 11, 12, 13, 17 und 18 beginnt der Röhrenstrom zu fliessen. Am Widerstand 13 baut sich ein Spannungspotential auf, dessen Höhe von der Grösse des Röhrenstromes und dem Widerstandswert abhängig ist, welcher durch den Schieber 14 eingestellt wurde. Diese Spannung wird im Gleichrichtersystem 30 gleichgerichtet und über den Kontakt 29 und die Spule 31 des polarisierten Relais, entgegen der Polarität der Vormagnetisierung an der Drossel 22 zur Wirkung gebracht.
Im Kippzeitpunkt der Drossel bewirkt der spontan fliessende Strom eine Betätigung des polarisierten Relais im Sinne einer Öffnung des Kontaktes 27. Dadurch wird das Schütz 20 stromlos und damit auch über die Kontakte 28 das Hochspannungssystem. Erst nach Öffnen des Schalters 21 fällt das Relais 24 in seine Ruhelage und macht dadurch. die Einrichtung für einen neuerlichen Schaltvorgang bereit.
Fig. 3 zeigt eine mögliche Variante der erfindungsgemässen Schaltungseinrichtung. Hier ist die Wicklung der Drossel 22 mit Anzapfungen 35,36 und 37 versehen, welche so ausgelegt sind, dass das Produkt aus ausgelegter Gleichspannung und Kippzeit jeweils um eine Dekade verschieden ist. Mit dem Umschalter 38 werden die Anzapfungen und damit verschiedene mAs-Bereiche gewählt. Die Bereiche können beispielsweise die Werte 0, 5-5, 5-50, 50-500 mAs umfassen. Es ist selbstverständlich auch möglich, an Stelle einer angezapften Drossel zwei oder mehrere Drosseln geeigneter Auslegung zu verwenden. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin, dass die sich am Widerstand 13 aufbauende Spannung bei hohen Röhrenströmen und kleinen mAs-Werten in niedrigen Grenzen bleibt.
In Fig. 4 ist eine weitere Möglichkeit der Steuerung der Schaltelemente gezeigt, wobei auf das polarisierte Relais verzichtet und die Abschaltung elektronisch durchgeführt wird. Hier wird die im Kippzeitpunkt der Drossel sich am Widerstand 40 aufbauende Spannung an das Gitter einer Gasentladungsröhre 41 gebracht, diese durchgezündet und dadurch über geeignete Schaltelemente die Ausschaltung der Hochspannung bewirkt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Milliamperesekundenrelais, insbesondere für die Schaltung von Röntgenaufnahmen, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu einem vom Röhrenstrom durchflossenen Widerstand (13) eine gleichstromvormagnetisierte Drossel (22) geschaltet ist, welcher die sich am Widerstand (13) aufbauende, dem Röhrenstrom proportionale Spannung gleichgerichtet im Sinne einer Entmagnetisierung zugeführt wird, wobei in Serie mit der Drossel (22) ein durch den im Kippzeitpunkt durch die Drossel (22) fliessenden Strom betätigtes polarisiertes Relais (31) oder ein mit einer Gasentladungsröhre (41) als Schaltelement zusammenwirkender Widerstand (40) liegt.