Für kurzzeitige Aufnahmen geeignete Röntgenanlage. Röntgenanlagen, bei denen die Klemmen- Spannung der Röntgenröhre beliebig ein- #restellt werden kann, bevor man die Be lastung einschaltet, sind bekannt. Röntgen anlagen für die Herstellung photographischer Aufnahmen sind in der Regel mit einem Zeitschalter ausgerüstet. Mit Hilfe eines sol chen Sehalters wird zunächst die Zeit ein gestellt, wonach man zum Beispiel 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 Röntgenspannung und die Belichtungszeit, sondern auch die Röhrenstromstärke die Beschaffenheit des Röntgenbildes beeinflusst, besitzen manche Röntgenanlagen ausser dem Spannungsregler und der Zeiteinstellvorrichtung noch eine Regelvorrichtung für die Stromstärke. Der gebräuchliche Stromregler besteht aus einem im Heizstromkreis der Glühkathode liegen den Regelwiderstand. ' Die Wahl dreier veränderlicher Grössen, welche die Qualität der Aufnahme bestim men, macht die Bedienung des Apparates schwierig. Es gelingt daher meist nicht, Aufnahmen vom höchsterreichbaren Quali- tätsgTad herzustellen.
Am besten ist es in der Regel, wenn 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 mög lichst kurze Belichtungszeit, also die ge ringste praktisch erzielbare Bewegungs schärfe. Läuft die Röhre unterbelastet, so ist der Brennfleck grösser als bei der ver wendeten Energie notwendig, so dass das Bild weniger scharf wird als es hätte sein können. Da nun die Bildschärfe sicher als der massgebendste Faktor für eine gute Auf nahme anzusehen ist, ist es von grosser Wich tigkeit, diese zu verbessern.
Die Erfindung betrifft nun eine Röntgen anlage, deren Ausführung die Herstellung scharfer -Aufnahmen sehr erleichtert. Sie ist, wie gebräuchlich, mit Einstellvorrichtungen für die Klemmenspannung der Röntgenröhre und für die Belastungsdauer ausgerüstet. Auch ist eine Regelungsvorrichtung für den Röhrenstrom vorgesehen.
Diese ist erfin dungsgemäss mit der Spannungseinstellvor- richtung verbunden, und zwar derart, dass die Durchschnittsstromstärke der Röhre bei der Aufnahme um so grösser ist, je niedriger bei bestimmter Zeiteinstellung die Spannung eingestellt wird; das Ganze ist aber ausser dem so beschaffen, dass die Durchschnitts stromstärke der Röhre auch um so grösser ist, je kürzer bei bestimmter Spannungsein stellung die Zeit gewählt ist.
Man kann eine solche Abhängigkeit durch folgende Einrich tung erzielen: Es wird der Röhre bei nahezu gleich bleibender Klemmenspannung eine während der Belastung abnehmende Wattzahl zu geführt, dabei die Anfangsstromstärke bei niedrigeren Spannungswerten grösser gehal ten als bei höheren. Dies lässt sich zum Bei spiel dadurch verwirklichen, dass der Glüh strom der Kathode im Augenblick des Ein schaltens der Hochspannung geschwächt oder (bei hinreichender Wärmekapazität des Ka thodenkörpers) ausgeschaltet wird.
Ausser dem wird die vor der Belastung eingestellte Maximalstärke des Anodenstromes und ge gebenenfalls die Stärke, auf die der Glüh strom nach Einschalten der Hochspannung herabsinkt, von der Spannungseinstellung abhängig gemacht.
Damit die Röhre bei jeder Kombination in gleichem Masse belastet wird, kann die Spannungseinstellvorrichtung derart auf die Stromregulierungsvorrichtung wirken, dass die von der Röhre aufgenommene Wattzahl annähernd von der jeweiligen Einstellung der Spannung unabhängig ist. Es ist in die sem Falle von grossem Vorteil, wenn diese Wattzahl so gewählt wird, dass die Röhre annähernd bis zur Grenze ihrer Leistungs- fähigkeit belastet wird.
Die Röntgenanlage nach der Erfindung lässt sich auch so ausgestalten, dass sie anstatt einer während des Betriebes abnehmenden Stromstärke eine, abgesehen von periodischen Schwankungen zufolge des Wechselstrom betriebes, gleichbleibende Wattzahl auf nimmt. Zu diesem Zwecke kann man die eine der Einstellvorrichtungen mit einem im Heizstromkreis der Glühkathode liegenden Regelungswiderstand und die andere mit einer die im Heizstromkreis wirkende Span nung regelnden Vorrichtung verbinden.
Unter diesen Verhältnissen können unab hängig von der Spannung, die man mit Rücksicht auf die Eigenart des zu photo graphierenden Objektes an die Röhre zu legen wünscht, die Aufnahmen automatisch immer mit möglichst kurzer Belichtungs dauer gemacht werden.
In der Zeichnung sind in Fig. 1 und 2 Schaltbilder zweier Ausführungsbeispiele von Röntgenanlagen nach der Erfindung an gegeben; Fig.3 enthält ein Detail des in Fig. 2 dargestellten Apparates.
In Fig.1 und 2 wird mit 1 eine Röntgen röhre bezeichnet, die eine Glühkathode 2 und eine Anode 3 besitzt. Die beiden Elektro den sind mit den Hochspannungspolen eines Transformators 4 verbunden, dessen Primär wicklung 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 Primär pol des Transformators 4 verbunden ist. Der Spartransformator weist Anzapfungen auf, die mit den festen Kontakten 9 bis 11 einer Schaltwalze in Verbindung stehen.
Die Zy linderfläche der Drehwalze, auf der die be weglichen Kontakte verteilt sind, ist in der Zeichenebene abgewickelt gedacht. Die Walze dient zur Einstellung der an der Röhre wir kenden Spannung und kann die verschie denen Stellungen I bis VI einnehmen. Es befindet sich auf derselben Walze oder auf einer mit ihr gekuppelten, zweiten Walze eine weitere Serie von Kontakten, die mit. den festen Kontakten 15 bis 21 zusammen arbeiten.
Letztere sind mit Anzapfungen des im Heizstromkreis der Glühkathode liegen den Widerstandes 22 verbunden, der zur Regelung des Röhrenstromes dient. Zur Isolierung der Glühkathode gegen das Wechselstromnetz dient, wie gebräuch lich, der Heizstromtransformator 23. Zur Einstellung der Belastungsdauer dient der Zeitschalter 24.
Die Wirkung der Anlage nach Fig. 1 ist folgende: Bringt man die Walze in die Stellung I, so wird eine Verbindung zwi schen den Kontakten 8 und 9 herbeigeführt. Ebenfalls werden die Kontakte 15 und 16 miteinander verbunden. Es fliesst nun ein Strom vom Schalter 6 durch den Trans formator 23 über den untern Schaltteil des Doppelschalters 25 über die Kontakte 16 und 15 zum Schalter 6 zurück. Die Glühkathode der Röntgenröhre wird so auf die höchste Temperatur geheizt, welche mit drr Einrich tung erzielbar ist.
Setzt man nun den Zeitschalter 24 in Tätigkeit, so fliesst ein Strom während der eingestellten Zeit durch die Spule des Relais schalters 25; ein Widerstand 2,6, der bis da hin kurzgeschlossen war, wird in den Heiz stromkreis aufgenommen; zugleich aber schliesst der obere Schaltteil des Schalters 25 den Strom durch den Transformator 4, und zwar wird an die Primärspule dieses Trans formators der niedrigste der einstellbaren Spannungswerte angelegt. Es fliesst nun durch die Röntgenröhre ein starker Strom, der aber infolge des Temperaturabfalles der Glühkathode bis auf den-Wert, der dem nunmehr herrschenden Glühstrom entspricht, während der Belastungsdauer sinkt.
Je län ger die Dauer der Belastung, um so grösser ist der Unterschied zwischen dem Anfangs wert und dem Wert, auf den der Röhren strom am Ende der Belastungsperiode zu rückgefallen ist. Je länger also die ein gestellte Zeit, um so kleiner ist die Durch schnittsstromstärke der Röhre. Allerdings wird der Unterschied bei längeren Belich tungszeiten geringer, und nach einiger Zeit, zum Beispiel nach einer Sekunde, sinkt der Strom praktisch nicht mehr.
Dreht man die Walze weiter, so werden zunehmende Spannungswerte eingeschaltet. Bei jeder Stellung der Walze aber hat die Belastung denselben Verlauf, das heisst die Röhre ist beim Einschalten stärker belastet als am Ende der Belastungsperiode. Die Stromstärke, mit der angefangen wird, ist aber immer kleiner; denn in den Stellungen 1I, III usw. bis VI werden zwar immer höhere Spannungsstufen eingeschaltet, aber jeweils ein grösserer Teil des Widerstandes 22 in den Heizstromkreis aufgenommen.
Die Verhältnisse der Widerstände kön nen leicht im Zusammenhang mit den cha rakteristischen Eigenschaften der Röhre so gewählt werden, dass die von der Röhre auf genommene Wattzahl in jeder Stellung der -Walze dieselbe, also die Belastung von der jeweiligen Spannungseinstellung nahezu un abhängig ist. Beträgt zum Beispiel in Stel lung I die Röhrenspannung 60 kV und die Anfangsstromstärke 500 mA, so kann dafür, gesorgt werden, dass in :Stellung II, bei der die Spannung zum Beispiel 65 kV beträgt, die Anfangsstromstärke ungefähr 460 m A ist.
Bei den folgenden Stellungen gehören zum Beispiel die Werte 70 kV und 430 mA, bei Stellung IV 75 kV und 400 mA usw. zusammen, so dass das Produkt ungefähr immer dasselbe ist. Es lässt sich auf diese Weise die Röntgenröhre immer voll belasten und am besten ausnutzen.
Am Ende der Belastungsperiode wird der Strom durch die Spule des Schalters 25 unterbrochen und dadurch die Hochspannung abgeschaltet. Zugleich wird dann der Wider stand 26 wieder kurzgeschlossen.
In Fig. 2 ist mit dem Zeitschalter 24, der hier im Primärkreis des Transformators 4 gezeichnet ist, jedoch auch in einem Relais kreis liegen könnte, der Spannungsregler 27 mechanisch verbunden. Letzterer regelt die Spannung, welche von einem Spartransfor mator 28 dem Heizstromtransformator 23 zu geführt wird. Je länger die am Schalter 21. 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 an gegeben, auf welche Weise der Spannungs regler 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 , an geordnete Scheibe 31 mit, weil er gegen einen an dieser befestigten Anschlag 32 an liegt. Die Scheibe 31 ist auf der Antriebs welle des Reglers 27 angeordnet, so dass zu gleich mit der Einstellung der Belastungs zeit die zugehörige Primärspannung des Transformators 23 gewählt wird.
Bei der Rückwärtsbewegung des Zeitschalterknopfes, die während der Belastung stattfindet, bleibt die Scheibe 31 stehen, weil ein Nocken 33 in einer der am Rande der Scheibe vor handenen Nute 34 ruht. Sobald aber der Stift 30 in die Ruhestellung zurückkehrt, hebt er den Nocken aus der Nute, so dass im Augenblick, wo die Belastung aufhört, der Spannungsregler 27 unter dem Einfluss einer Feder 35 ebenfalls in die Ruhestellung zu rückkehren kann und für die nächstfolgende Einstellung betriebsbereit ist.
Diese Feder zwingt auch den Zeitschal ter bis in die nächste Stellung des Span nungsreglers 27 zurück, wenn man ihn so weit gedreht hat, dass sich der Nocken 33 zwischen zwei Nuten befindet.
Da der eigentliche Zeitschalter von den allgemein gebräuchlichen Ausführungen in keinerlei Flinsicht abzuweichen braucht, er übrigt sich eine nähere Beschreibung.
Ebenso wie bei der Ausführung nach Fig. 1 können bei der in Fig. 2 angegebenen Einrichtung der Schaltung die Stufen der art 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 mög lichen Zeiteinstellungen eine solche Energie menge zugeführt wird, dass am Ende der Belastungsperiode gerade die höchst zuläs sige Anodentemperatur erreicht ist, das heisst die Röhre möglichst schwer belastet ist. Die zulässige Belastungserhöhung bei kurzer Be- lichtungszeit ist erheblich. Bei in der Praxis verwendeten Röhren kann zum Beispiel die ,vährend 0,02 Sek. zulässige konstante Be lastung bis dreimal grösser sein als die höchst zulässige Dauerbelastung.
Die kürzesten Be lichtungszeiten lassen sieh aber durch An wendung einer während der Belastung all mählich abnehmenden Wattzahl erreichen.
X-ray system suitable for short-term exposures. X-ray systems in which the clamp voltage of the X-ray tube can be set at will before the load is switched on are known. X-ray systems for the production of photographs are usually equipped with a timer. With the help of such a Sehalters the time is first set, after which a clockwork is set in motion, for example by pressing a push button, which keeps the current through the X-ray tube closed during the previously set period and interrupts after this period.
However, since not only the X-ray voltage and the exposure time, but also the tube current intensity influence the nature of the X-ray image, some X-ray systems have a control device for the current intensity in addition to the voltage regulator and the time setting device. The common current regulator consists of a control resistor in the heating circuit of the hot cathode. 'The choice of three variable parameters that determine the quality of the recording makes it difficult to operate the device. It is therefore usually not possible to produce recordings of the highest possible quality.
It is usually best if, with a certain voltage and exposure time, the current intensity is so high that the tube is loaded to the limit of its performance. The fulfillment of this condition guarantees the shortest possible exposure time, ie the lowest possible sharpness of motion. If the tube is underloaded, the focal spot is larger than necessary for the energy used, so that the image is less sharp than it could have been. Since image sharpness is now to be regarded as the most decisive factor for a good picture, it is of great importance to improve it.
The invention now relates to an X-ray system, the design of which makes it very easy to produce sharp images. As usual, it is equipped with adjustment devices for the terminal voltage of the X-ray tube and for the duration of the load. A regulating device for the tube current is also provided.
According to the invention, this is connected to the voltage setting device in such a way that the average current intensity of the tube during recording is greater, the lower the voltage is set at a certain time setting; The whole thing is also designed in such a way that the average current intensity of the tube is also greater, the shorter the time selected for a certain voltage setting.
Such a dependency can be achieved by the following device: The tube is supplied with a wattage that decreases during the load while the terminal voltage remains almost the same, while the initial amperage is kept greater at lower voltage values than at higher ones. This can be achieved, for example, in that the glow current of the cathode is weakened at the moment the high voltage is switched on or switched off (if the cathode body has sufficient heat capacity).
In addition, the maximum strength of the anode current set before the load and, if applicable, the strength to which the glow current drops after switching on the high voltage, is made dependent on the voltage setting.
So that the tube is loaded to the same extent in every combination, the voltage setting device can act on the current regulating device in such a way that the wattage consumed by the tube is approximately independent of the respective setting of the voltage. In this case it is of great advantage if this wattage is chosen so that the tube is loaded almost to the limit of its capacity.
The X-ray system according to the invention can also be designed in such a way that instead of a current intensity that decreases during operation, it takes on a constant wattage, apart from periodic fluctuations due to the alternating current operation. For this purpose, one of the setting devices can be connected to a control resistor located in the heating circuit of the hot cathode and the other to a device regulating the voltage acting in the heating circuit.
Under these conditions, regardless of the voltage that you want to put on the tube with consideration of the nature of the object to be photographed, the recordings can always be made automatically with the shortest possible exposure time.
In the drawing, circuit diagrams of two exemplary embodiments of X-ray systems according to the invention are given in FIGS. 1 and 2; FIG. 3 contains a detail of the apparatus shown in FIG.
In Fig.1 and 2, 1 denotes an X-ray tube, which has a hot cathode 2 and an anode 3. The two electric are connected to the high voltage poles of a transformer 4, the primary winding of which is fed from the network 5 via a switch 6. The mains current is fed to an autotransformer 7, the winding of which is connected at one end to a primary pole of the transformer 4. The autotransformer has taps which are connected to the fixed contacts 9 to 11 of a switching drum.
The cylinder surface of the rotating roller, on which the movable contacts are distributed, is thought to be handled in the plane of the drawing. The roller is used to adjust the voltage on the tube we kenden and can take the various positions I to VI. There is another series of contacts on the same roller or on a second roller that is coupled to it. the fixed contacts 15 to 21 work together.
The latter are connected to the taps of the resistor 22 in the heating circuit of the hot cathode, which is used to regulate the tube current. The heating current transformer 23 is used to isolate the hot cathode from the alternating current network, as is customary. The timer 24 is used to set the duration of the load.
The effect of the system according to FIG. 1 is as follows: If the roller is brought into position I, a connection between the contacts 8 and 9 is brought about. Contacts 15 and 16 are also connected to one another. A current now flows from switch 6 through transformer 23 via the lower switching part of double switch 25 via contacts 16 and 15 to switch 6 back. The hot cathode of the X-ray tube is heated to the highest temperature that can be achieved with the drr device.
If you now put the timer 24 in action, a current flows during the set time through the coil of the relay switch 25; a resistor 2.6, which was short-circuited until then, is included in the heating circuit; at the same time, however, the upper switching part of the switch 25 closes the current through the transformer 4, namely the lowest of the adjustable voltage values is applied to the primary coil of this transformer. A strong current now flows through the X-ray tube, but due to the drop in temperature of the hot cathode it falls to the value that corresponds to the glow current that now prevails during the load period.
The longer the duration of the load, the greater the difference between the initial value and the value to which the tube current has dropped at the end of the load period. The longer the time set, the smaller the average current strength of the tube. However, the difference becomes smaller with longer exposure times, and after some time, for example after a second, the current practically no longer drops.
If you turn the roller further, increasing voltage values are switched on. In every position of the roller, however, the load has the same profile, i.e. the tube is more heavily loaded when switched on than at the end of the load period. The current strength with which one starts is always smaller; because in the positions 1I, III etc. to VI, higher and higher voltage levels are switched on, but a larger part of the resistor 22 is added to the heating circuit.
The ratios of the resistances can easily be selected in connection with the characteristic properties of the tube so that the wattage consumed by the tube is the same in every position of the roller, i.e. the load is almost independent of the respective voltage setting. For example, if the tube voltage is 60 kV in position I and the initial current is 500 mA, it can be ensured that in: position II, where the voltage is 65 kV, for example, the initial current is approximately 460 mA.
In the following positions, for example, the values 70 kV and 430 mA belong together, in position IV 75 kV and 400 mA, etc., so that the product is roughly always the same. In this way, the X-ray tube can always be fully loaded and optimally used.
At the end of the load period, the current through the coil of the switch 25 is interrupted and the high voltage is thereby switched off. At the same time the opponent was then 26 short-circuited again.
In Fig. 2 is with the timer 24, which is drawn here in the primary circuit of the transformer 4, but could also be in a relay circuit, the voltage regulator 27 mechanically connected. The latter regulates the voltage which is fed from an autotransformer 28 to the heating current transformer 23. The longer the time set on switch 21, the lower the voltage acting in the glow circuit and the lower the tube current.
In Figure 3 an example is given of the way in which the voltage regulator 27 can be driven. A pin 30 is mounted on the stub shaft 29 of the rotary knob for the time setting. If the shaft 29 is rotated to the right, the pin 30 takes an equiaxed, ordered disc 31 with it because it rests against a stop 32 attached to it. The disk 31 is arranged on the drive shaft of the controller 27 so that the associated primary voltage of the transformer 23 is selected at the same time as the loading time is set.
During the backward movement of the timer button, which takes place during the load, the disc 31 stops because a cam 33 rests in one of the grooves 34 present on the edge of the disc. However, as soon as the pin 30 returns to the rest position, it lifts the cam out of the groove so that at the moment when the load ceases, the voltage regulator 27 can also return to the rest position under the influence of a spring 35 and is ready for the next setting is.
This spring also forces the timer back to the next position of the voltage regulator 27 when it has been turned so far that the cam 33 is between two grooves.
Since the actual time switch does not need to deviate from the generally used versions in any way, it does not need a more detailed description.
Just as in the embodiment according to FIG. 1, in the device of the circuit indicated in FIG. 2, the stages can be selected such that at a certain time setting the tube output is independent of the respective position of the roller.
The controller 27 is expediently graduated in such a way that the tube is supplied with such an amount of energy at each of the possible time settings that the highest permissible anode temperature is just reached at the end of the load period, i.e. the tube is loaded as heavily as possible. The permissible increase in load with a short exposure time is considerable. In the case of tubes used in practice, for example, the permissible constant load for 0.02 seconds can be up to three times greater than the maximum permissible continuous load.
The shortest exposure times can be achieved by using a wattage that gradually decreases during exercise.