-
Schaltungsanordnung für den Antrieb des Motors einer Drehanodenröntgenröhre
Zum Betrieb von Drehanodenröhren dienen Drehfeldmotoren, die mit der üblichen Netzfrequenz
von 50 Hz betrieben werden. Die Umlaufzahl des auf diese Weise erzielbaren .Drehfeldes
beträgt damit 3000 Umläufe pro Minute. Die höchstmögliche Drehzahl des Drehanodentellers
ist naturgemäß etwas geringer.
-
Es ist bereits vorgeschlagen worden; die Drehzahl der Drehanode und
damit die Belastbarkeit der Röntgenröhre dadurch zu erhöhen, daß man in der Röhre
zwischen. dem Rotor des Drehanodenmotors und dem Drehanodenteller ein Übersetzungsgetriebe
einschaltet. Es' ist ferner bekannt, eine Betriebswechselspannung für einen Drehanodenmotor
mit einer gegenüber der Netzfrequenz erhöhten Frequenz durch einen rotierenden Frequenzwandler
zu erzeugen. Eine andere Möglichkeit zur Erhöhung der Drehanodendrehzahl bestünde
darin, den Drehanodenmotor üblicher Bauart mit einer durch Aussiebung gewonnenen
Oberwellenspannung der üblichen Netzwechselspannung zu betreiben.
-
Beim augenblicklichen Stand der Drehanoden-Lagertechnik läßt sich
noch etwa eine Verdoppelung der bisher üblichen Drehzahl betriebssicher beherrschen.
Diese Drehzahl ließe sich durch eine Betriebswechselspannung von 100, Hz für den
Drehanodenmotor erreichen, die man aus der normalen Netzfrequenz durch Aussiebung
und Verstärkung der zweiten Oberwelle erhalten kann. Eine derartige Schaltungsanordnung
hätte gegenüber einem Generatorfrequenzumformer den Vorteil fehlender rotierender
Teile. Eine für die Frequenzverdoppelung geeignete Schaltungsanordnung erforderte
aber einen relativ hohen Aufwand.
-
Gemäß der Erfindung werden daher für eine Schaltungsanordnung für
den Antrieb des Motors einer Drehanodenröntgenröhre Mittel zur Gewinnung einer Betriebsspannung
von der dreifachen Frequenz der normalen Netzwechselspannung im Wege einer Aussiebung
der dritten Oberwelle der Netzwechselspannung sowie Mittel vorgeschlagen, die eine
Abschaltung dieser Betriebsspannung bewirken, sobald der Drehanodenmotor die im
Hinblick auf die Anodenlagerung zulässige höchste Drehzahl von etwa 6000 U/min erreicht
hat.
-
Die Verdreifachung der Netzfrequenz ist mit geringerem Aufwand zu
erreichen als die Frequenzverdoppelung, weil der Anteil der dritten Oberwelle beim
technischen Wechselstrom an sich schon größer ist als der Anteil der zweiten Oberwelle
und durch Verzerrung der Spannungskurvenform mittels eines im Sättigungsbereich
betriebenen Transformators leicht vergrößert werden kann. Eine solche Schaltung
läßt sich vor allem ohne Gleichrichterelemente aufbauen.
-
Die Abschaltung des Drehanodenmotors erfolgt in bekannter Weise zweckmäßig
bei Beginn der Röntgenaufnahme. Bei einer derartigen Betriebsart nimmt die Drehanodendrehzahl
im Laufe der Aufnahme ab. Dies ist aber kein Nachteil, da sich eine Steigerung der
Belastungsfähigkeit der Drehanodenröhre durch eine erhöhte Drehzahl nur während
kurzer Aufnahmezeiten erzielen läßt. Bei längeren Aufnahmezeiten ist für die Belastungsfähigkeit
dagegen nicht mehr die Drehanodengeschwindigkeit, sondern die Wärmekapazität der
Drehanode und schließlich deren Abstrahlvermögen maßgebend. Durch den Abfall der
Drehzahl während der Belastung werden die Lager der Drehanode möglichst wenig belastet.
Eine noch bessere Lagerschonung läßt sich -- wie bekannt ist - durch eine zusätzliche
Bremsung erreichen. Um zu vermeiden, daß die Drehzahl bei sehr langen Aufnahmezeiten
unter einen Mindestwert herabsinkt, kann vorgesehen werden, daß der Drehanodenmotor
nach einer bestimmten Laufdauer der Drehanode wieder mit der normalen Netzfrequenz
betrieben wird.
-
Zur Schonung der Röntgenröhre kann eine derartige Umschaltvorrichtung,
durch die der Drehanodenmotor entweder mit der normalen oder der verdreifachten
Netzfrequenz betrieben werden. kann, auch in Abhängigkeit von der voreingestellten
Belastung steuerbar sein. Die überhöhte Drehzahl wird dann nur in solchen Fällen
angewandt, in denen man unbedingt eine extrem kurze Belichtungszeit erzielen möchte.
-
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll der Gegenstand der Erfindung
nachstehend erläutert werden. In der Figur sind mit I und 2 die Statorwicklungen
eines Induktionsmotors einer Drehanodenröntgenröhre bezeichnet, in deren einer Zuleitung
ein Phasenschieberkondensator
3 angeordnet ist. Die Betriebsspannung
für die Statorwicklungen 1 und 2 wird dem normalen 50-Hz-Wechselspannungsnetz 4
über einen im Sättigungsbereich betriebenen Transformator 5 und eine Kondensatorkette
(Hochpaß), bestehend aus den Kondensatoren 6, 7 und der Drosselspule 8, entnommen.
Durch den Transformator 5 wird die Kurvenform des Wechselstromes derart verzerrt,
daß dessen Anteil an der dritten Oberwelle (150-Hz-Anteil) möglichst groß wird.
Die Kondensatorkette 6, 7, 8 wird nach den Regeln der Siebkettentechnik derart dimensioniert,
daß ein optimales Amplitudenverhältnis zwischen der dritten Oberwelle und der stark
gedämpften Grundwelle erzielt wird.
-
Durch den übersättigten Transformator 5 wird bei geringem Widerstand
seiner Wicklungen in erster Linie der Strom stark verzerrt, während seine Primär-
und Sekundärspannung bei geringem Netzwiderstand sinusförmig bleiben. Durch die
Einschaltung eines Ohmschen Widerstandes 9 in den Primärkreis des Transformators
5 läßt sich eine zusätzliche Verzerrung der Primär- und Sekundärspannung erreichen.
Da dieser Widerstand 9 gleichzeitig einen Leistungsverlust zur Folge hat,
muß sein optimaler Wert experimentell ermittelt werden.
-
Der zur Vorbereitung einer Röntgenaufnahme erforderliche Drehanodenanlauf
setzt mit Schließung eines Kontaktes a1 ein, der durch ein schematisch angedeutetes
Steuergerät 10 nach einer Anlaufzeit von vorgegebener Dauer wieder geöffnet
wird. Zur überwachung der ordnungsgemäßen Funktion des Drehanodenmotors dienen die
Relais C, D und E, deren Kontakte c, d und e in der Stromzuführungsleitung des Aufnahmerelais
B angeordnet sind. Unter der Voraussetzung, daß die Statorströme während der Vorbereitungszeit
ihre vorgeschriebenen Werte haben und damit die Kontakte e, d und e geschlossen
sind, wird mit der Schließung eines Kontaktes a2, die vom Steuergerät
10 synchron zur Öffnung des Kontaktes a1 ausgelöst wird, das Relais B stromführend,
während ein weiterer, in der Figur nicht dargestellter Kontakt des Aufnahmerelais
B über ein Zeitrelais die Einschaltung der Röntgenröhrenspannung bewirkt. Um zu
vermeiden, daß die Drehzahl bei sehr langen Aufnahmezeiten unter einen Mindestwert
herabsinkt, kann vorgesehen werden, daß der Drehanodenmotor nach einer bestimmten
Laufdauer der Drehanode mit der normalen Betriebsfrequenz betrieben wird. Zu diesem
Zweck wird vom Steuergerät 10 nach einer vorgegebenen Aufnahmedauer, in der die
Drehzahl des Drehanodenmotors etwa auf die halbe Maximaldrehzahl abgesunken ist,
der Drehanodenstator mit der normalen 50-Hz-Wechselspannung betrieben, indem der
Schalter a3 geschlossen wird.
-
Das Steuergerät kann in nicht dargestellter Weise von einer Vorrichtung
zur Betriebswerteeinstellung derart beeinflußt sein, daß die erhöhte Betriebsfrequenz
für den Drehanodenmotor nur für Hochleistungsaufnahmen benutzt wird.
-
Zur Schonung der Drehanodenlager können Mittel zur Abbremsung der
Auslaufzeit der Anode vorgesehen sein. Eine solche Abbremsung kann, solange die
Anode eine höhere Drehzahl als 3000 U/min hat, dadurch erreicht werden, daß die
normale 50-Hz-Wechselspann.ung durch den Kontakt a3 an den Stator angeschaltet wird.
Eine weitere Abbremsung läßt sich durch ein Umpolen dieser Spannung für die Hilfsphase
und die Hauptphase für die Wicklungen 1 und 2 erzielen. Ein dazu geeigneter Umschalter
11, der durch das Steuergerät 10 betätigt wird, ist in der Figur eingezeichnet.
Ein dritter Kontakt dieses Schalters 11 vermindert durch Einschalten eines Widerstandes
12 in den Statorstromkreis den Bremsstrom. Der umgepolte Statorstrom darf natürlich
höchstens so lange eingeschaltet sein, bis die Anode die Drehzahl Null erreicht
hat. Zweckmäßig wird man eine bestimmte Anschaltzeit mit Rücksicht auf Streuungen
der Bremsverhältnisse so bemessen, daß dieser Zustand mit Sicherheit niemals ganz
erreicht wird.