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Vom .Anodenumlauf über magnetische Kreise beeinflußter Uberlastungsschutz
für Drehanoden-Röntgenröhren Die Erfindung betrifft einen vom Anodenumlauf über
magnetische Kreise beeinflußten, während der Anlauf- und Aufnahmezeit wirkenden
Überlastungsschutz für Drehanoden-Röntgenröhren.
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Eine bereits bekannte Anordnung zum Schutze von Drehanoden-Röntgenröhren
überwacht mittels einer Photozelle die Brennflecktemperatur der Drehanode und schaltet
nach Erreichen einer bestimmten Temperatur den Röntgenapparat aus. Abgesehen davon,
daß diese Anordnung mit einer Schaltverzögerung behaftet ist, wirkt eine mit der
Zeit des Gebrauches auftretende Verspiegelung des Strahlenaustrittsfensters gefährdend
für die Röhre.
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Hinzu kommt, daß ein Defekt der Photozelle ein völliges Versagen der
Einrichtung mit sich bringt. Außerdem ist es bekannt, die Drehzahl der Drehanode
dadurch zu überwachen, indem man einen Lichtstrahl von einer an der Anodendrehachse
angebrachten Verspiegelung reflektieren läßt, welcher über eine Photozelle, einen
Verstärker und ein drehzahlabhängiges Resonanzglied Schalteinrichtungen betätigt,
die den Röntgenapparat schalten. Diese Einrichtung ist für unter Öl arbeitende Röntgenröhren
ungeeignet, da in diesem Falle eine Lichtbündelung schwer möglich ist.
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Es sind auch Vorrichtungen bekannt, die das Einschalten und den Betrieb
der Drehanoden-Röntgenröhre bei stehender Anode dadurch verhindern, daß die Speisespannung
für den Stator des Antriebsmotors der Drehanode überwacht wird. Bei Ausbleiben der
Statorspannung erfolgt eine Abschaltung des Röntgenapparates.
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Wird dagegen die Zuleitung zum Stator unterbrochen, so geben die bekannten
Vorrichtungen trotz stehender Anode den Betrieb der Röntgenröhre frei. Um auch dagegen
eine Sicherheit zu haben, ist es bekannt, den Statorstrom zu überwachen und für
eine selbsttätige Abschaltung oder Einschaltsperrung der Röntgenröhre zu sorgen,
falls der Stator keinen Strom aufnimmt, also die Drehanode trotz Einschaltung des
Stators nicht anläuft bzw. stehenbleibt. Diese Anordnung ist nur bei Stillstand,
nicht aber bei gestörtem Umlauf der Anode wirksam.
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Auf Grund dessen liegt es auf der Hand, eine Stromänderung in der
Arbeits- bzw. Hilfswicklung des zu diesem Zweck vornehmlich zur Anwendung kommenden
Einphasenmotors zur Überwachung heranzuziehen, indem beispielsweise ein strom- oder
spannungsabhängiges Relais Verwendung findet.
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Da es jedoch schwierig ist, den Ansprechpunkt des Relais auf Grund
der bei Einphasenmotoren vorhandenen Anlaufcharakteristiken festzulegen, ist diese
Methode unzweckmäßig.
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Weiterhin ist eine Schutzeinrichtung für eine Röntgenanlage mit Drehanoden-Röntgenröhre
bekannt, bei der in der Nähe oder an bzw. in der die Drelianoden-Röntgenröhre enthaltenden
Schutzhaube ein Mikrophon angeordnet ist, welches zweckmäßig über einen Verstärker,
ein Überwachungsmittel steuert, das beim Wegbleiben des durch die umlaufende Anode
verursachten Geräusches ein Alarmsignal einschaltet und/oder die sofortige Ausschaltung
veranlaßt. Nachteilig ist bei dieser Schutzvorrichtung, daß sich das Geräusch der
umlaufenden Anode unter anderem mit den Betriebsbedingungen sowie mit Netzspannungsschwankungen
und mit geringfügiger Verlagerung der Anodendrehachse verändert, so daß es schwierig
ist, das Überwachungsmittel auf ein bestimmtes charakteristisches Geräusch bzw.
Lautstärke abzustimmen. Besonders tritt dies bei Röntgenanlagen mit besonderen Antriebsmotoren,
beispielsweise für die Sekundärstrahlenblende oder für die selbsttätige Verstellung
der Patientenlagerung, in Erscheinung, da dort trotz vorgesehener Abschirmung die
durch die Antriebsmotoren verursachten störenden Nebengeräusche direkt durch Mitschwingen
der Bauelemente auf das Mikrophon wirken.
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Bei einem anderen bekanntgewordenen Röntgenapparat wird ein Schutz
der Drehanodenröhre dadurch angestrebt: indem man den Anlauf der Anode mittels der
bekannten, oben beschriebenen Einrichtungen überwacht und nach Erreichen einer vorgeschriebenen
Drehzahl den Antrieb für die Anode abschaltet, um nunmehr eine im Stator des Antriebsmittels
induzierte Spannung zur Überwachung der Drehzahl heranzuziehen.
Die
Abschaltung des Antriebsmittels soll dabei noch vor dein Anlegen der Röhrenspannung
erfolgen.
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Ein in solcher Weise aufgebauter Röntgenapparat überwindet aber die
mit den bekannten Überwachungseinrichtungen verbundenen Nachteile nicht.
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Auch ist es insofern nicht von Vorteil, für die gleiche Aufgabe -
nämlich die Überwachung des Drehanodenumlaufes - zwei gänzlich verschieden aufgebaute
Einrichtungen vorzusehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Überlastungsschutz zu schaffen,
welcher einen möglichst einfachen, aber betriebssicheren Aufbau aufweist, eine Kontrolle
des Anodenumlaufes sowohl während des Anlaufes als auch während der Zeit der Aufnahme
zuläßt und im Bedarfsfalle die Anzeige des Betriebszustandes der Anode gestattet.
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Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß ein oder mehrere Dauermagnete
auf der umlaufenden Achse der Drehanode fest angeordnet und eine oder mehrere feststehende
Hilfswicklungen vorgesehen s s ind, in der bzw. in denen zur Beeinflussung des Überlastungsschutzes
eine Steuerspannung durch den bzw. die Dauermagnete induziert wird.
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Die Überwachunseinrichtung kann zweckmäßig aus Strom- und/oder spannungs-
und/oder frequenzabhängigen Meß- und/oder Signal- und/oder Schaltgeräten bestehen,
die durch ihre Anzeige- und/oder Schaltwirkung hei gestörtem Umlauf und Stillstand
der Anode ein Einschalten der Röntgenröhre verhindern hzw. ihre sofortige Abschaltung
bewirken. Dabei kann die Festlegung der Ansprechwerte der Signal-und/oder Schaltgeräte
entsprechend der Röhrenbelastung beispielsweise gleichzeitig mit der Vort' der die
Röhrenbelastung bestimmenden Größen erfolgen, so daß mit kleiner werdender Röhrenbelastung
auch die erforderliche Anodendrehzahl und damit die Anlaufzeit herabgesetzt wird.
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Es ist auch möglich, die Steuerspannung mit Abschalten des Anoden-Antriebsmotors
an einen niederohmigen Widerstand zu legen, wodurch eine Abbremsung der Anode erfolgt.
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An Hand der sich nur auf das Prinzip der Erfindung beziehenden Abbildung
ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Röntgenröhre 1 enthält eine Kathode 2 und eine Anode 3, auf deren
Drehachse 4, die bei 5 gelagert ist. der Rotor 6 des Antriebsmotors und ein Dauerinagnet
7 sitzen. Der Stator 8 des Antriebsmotors wird mittel: eines Schalters 9 an 'Netzspannung
gelegt, wodurch der Rotor 6 und damit die Anode 3 und der Dauermagnet 7 ein Drehmoment
erhalten. Bei der Drehung des Dauermagneten 7 induziert das von ihm ausgehende Magnetfeld
in einer Hilfswicklung 10 eine Steuerspannung, die einer Überwachungseinrichtung
11 zugeführt wird.
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Außerdem kann die auf die Überwachungseinrichtung 11 wirkende Spannung
in bekannter Weise verstärkt werden. Die Überwachungseinrichtung 11 besteht im Ausführungsbeispiel
aus einem Schaltrelais 12 mit Kontakten 13 und 14, einer Glimmlampe 15 und einer
Kontrollampe 16. Das Schaltrelais 12 ist auf eine bestimmte Ansprechspannung und/oder
Ansprechfrequenz und/oder einen bestimmten Ansprechstrom abgestimmt. Ebenso besitzt
die Glimmlampe 15 eine bestimmte Ansprechspannung. Diese Ansprechwerte werden erreicht,
wenn die Anode 3 auf die Drehzahl hoch gelaufen ist, die eine Inbetriebnahme der
Röntgenröhre 1 gestattet, ohne daß sie dabei überlastet wird. Die Glimmlampe 15
zeigt dann die Betriebsbereitschaft der Röntgenröhre 1 an, und die Kontakte 13 und
14 des Relais 12 werden betätigt. Über den Kontakt 13 ist der Stromkreis der Primärseite
des Hochspannungstransformators 21 für die Röhrenspannung geführt, so daß nur eine
Inbetriebnahme bzw. eine Aufrechterhaltung des Betriebes der Röntgenröhre 1 erfolgen
kann, wenn die Anode 3 entsprechend ihrer Belastung die erforderliche Drehzahl besitzt
und damit die Steuerspannung für das Schaltrelais 12 den erforderlichen Ansprechwert
aufweist. Die durch den Kontakt 14 gesteuerte Kontrollampe 16 zeigt durch ihr Aufleuchten
an, daß der Anoden-Antriebsmotor eingeschaltet, die erforderliche Anodendrehzahl
aber noch nicht erreicht ist.
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Es ist auch möglich, daß die Röntgenröhre 1 bei Erreichen der erforderlichen
Anodendrehzahl dadurch selbsttätig eingeschaltet wird, daß beispielsweise, wie die
strichpunktierte Linie 17 andeutet, das Schaltrelais 12 elektrisch und/oder mechanisch
auf den Röntgenkreis-Hauptschalter 24 wirkt. Ferner kann zur Kontrolle der Anodendrehzahl
die Steuerspannung bzw. deren Strom auf ein nicht dargestelltesMeßgerät geschaltet
werden, welches beispielsweise durch eine Mittelwertanzeige Aufschluß über die Höhe
der Anodendrehzahl gibt.
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Ein regelbarer Widerstand 18, der mit der Hilfswicklung 10 in Serie
liegt, ist mit einem dem Heiztransformator 19 vorgeschalteten Regelmittel 20 und
mit einem dem Hochspannungstransformator 21 vorgeschalteten Regelmittel 22 so gekuppelt
daß die V oreinstellung der die Röhrenbelastung bestimmenden Größen gleichzeitig
die Ansprechwerte des Schaltrelais 12 und der Glimmlampe 15 festgelegt werden. Es
lassen sich dadurch kleinste Anlaufzeiten erzielen, indem die Ansprechwerte mit
kleiner werdender Belastung auch einer niedrigeren Drehzahl zugeordnet werden.
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Der Heiztransformator 19 und der Hochspannungstransformator 21 erhalten
ihre Speisespannung über den Netzschalter 23.
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Des weiteren besitzt der zum Ein- und Ausschalten des Anoden--Antriebsmotors
dienende Schalter 9 einen Kontakt 25, der mit Ausschalten des Schalters 9 geschlossen
wird und die Hilfswicklung 1 an einen regelbaren oder festen niederohmigen Widerstand
26 legt, wodurch ein Bremsmoment auf die umlaufende Anode 3 ausgeübt wird. Damit
überwindet man den Nachteil der bekannten Bremseinrichtungen, wonach ein elliptisches
Drehfeld auf den Rotor des Anoden-Antriebsmotors einwirkt, welches die Lagerung
der Drehanode mit der Zeit schädlich beansprucht.
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Ferner ist es zweckmäßig, den innerhalb der Röhre sich befindenden
Dauermagnet 7 mit in das Rotormaterial einzubetten oder aber mit einem Überzug,
z. B. einem Glasüberzug, zu versehen, damit kein Nachgasen des Magneteisens auftritt.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, zur Erzeugung der Steuerspannung
anstatt eines bzw. mehrerer Dauermagnete einen magnetischen Kreis derart zu verändern,
daß ein ferromagnetisches Teil mit der Achse der Drehanode gekuppelt und mit dem
Umlauf der Anode bewegt wird. Dieses Teil ruft dann eine Veränderung des magnetischen
Flusses und damit eine Induktionsspannung in der Wicklung 10 hervor, die zur Steuerung
der Überwachungseinrichtung ausgenutzt ist.
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In der weiteren Ausbildung der Erfindung kann der reversible Temperaturgang
der Magnetisierung des bzw. der Dauermagnete, die z. B. aus Ba O 6 F. 0;t bestehen,
zur Steuerung derüberwachungseinrichtung
in Abhängigkeit von der
Anodentemperatur herangezogen werden.
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Bekanntlich werden bei der Einstellung der Belichtungsdaten einer
Röntgenaufnahme die Werte mit Hilfe von Nomogrammen oder Tabellen einer sogenannten
Automatik so gewählt, daß eine Überlastung der Röntgenröhre bei ordnungsgemäßem
Umlauf der Anode nicht stattfindet. Dies schließt jedoch nicht aus, daß, wenn mehrere
Aufnahmen zu rasch hintereinanderfolgen, die Drehanode überhitzt und damit zerstört
wird. Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil vermieden, indem mit zunehmender
Anodentemperatur der Magnet mit erwärmt und dadurch die Induktion des Magnets und
damit die beim Anodenumlauf erzeugte Steuerspannung absinkt, was dazu ausgenutzt
ist, daß bei der höchstzulässigen Anodentemperatur die Steuerspannung einen Wert
erreicht, welcher den Überlastungsschutz zum Ansprechen bringt und damit die Außerbetriebnahme
der Drehanoden-Röntgenröhre auslöst. Mit Abkühlung der Drehanode erhöht sich die
Induktion bei dem gemäß der Erfindung verwendeten Magnet wieder, so daß dann bei
Anodenumlauf eine Steuerspannung erzeugt wird, die die Überwachungseinrichtung zur
Freigabe der Inbetriebnahme veranlaßt. Gegenüber den bekannten Einrichtungen zeichnet
sich der Überlastungsschutz gemäß der Erfindung nicht nur durch einen einfachen
und betriebssicheren Aufbau, sondern vor allem dadurch aus, daß er unabhängig von
Betriebsgrößen des Stators arbeitet und er zudem noch eine -Überlastung, die trotz
einwandfreier Funktion des Anodenantriebes eintreten kann, mit Sicherheit vermeidet.