DE4304126C2 - Heizschaltung für eine Kathode einer Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Heizschaltung für eine Kathode einer Röntgenröhre, bei der ein Heizdraht der Kathode an seinen Enden mit äußeren Versorgungskontakten versehen und durch zwei innere Versorgungskontakte in drei Abschnitte aufgeteilt ist, wobei die Heizschaltung einen ersten Trans­ formator für die alleinige Heizung eines der drei Abschnitte und einen zweiten Transformator mit jeweils zwei Ausgangs­ anschlüssen umfaßt, die über ein mehrpoliges Kabel mit den Versorgungskontakten des Heizdrahtes in Verbindung stehen.

Eine Röntgenröhre enthält in einem evakuierten, von einer Schutzumhüllung umgebenen Kolben eine Kathode mit einem Heizdraht und einer Konzentrationsvorrichtung. Der Draht gibt einen Elektronenstrahl ab, während die Konzentrations­ vorrichtung diesen Strahl auf eine Anode (drehend oder nicht) fokussiert, die ein bezüglich der Kathode sehr hohes negatives Potential besitzt. Die Auftrefffläche des Elektro­ nenstrahls auf der Anode ist bezüglich der Achse des Strahls geneigt und bildet den Strahlungsbrennpunkt der erzeugten Röntgenstrahlen.

Bei bestimmten Anwendungen der Röntgenröhren, insbesondere bei Scannern, ist es erforderlich, wenigstens zwei Strah­ lungsbrennpunkte mit unterschiedlichen Eigenschaften vorzu­ sehen, z. B. einen kleinen, mehr oder weniger punktförmigen Brennpunkt und einen großen, mehr oder weniger länglichen Brennpunkt.

Aus der DE 22 49 365 B2 ist es bekannt, eine Kathode für eine Röntgenröhre mit zwei Strahlungsbrennpunkten über eine dreipolige Verbindungsleitung anzuschließen. Hierbei weist die Kathodenwendel jedoch nur zwei Abschnitte auf.

Eine solche Kathode besitzt den Nachteil, daß die Strahlungs­ brennpunkte in Abhängigkeit von Änderungen der Lage der Anode unter der Wirkung von Temperaturschwankungen, denen die Röhre im Verlauf eines längeren Betriebs ausgesetzt ist, auseinanderlaufen. Dies ist ein Fehler, den man dadurch kor­ rigieren kann, daß ein einziger Draht verwendet wird, der einen mittleren Abschnitt hat, der als einziger versorgt werden kann, wenn man einen kleinen Strahlungsbrennpunkt erhalten will. In diesem Fall sind natürlich zwei Transfor­ matoren zu verwenden, deren Ausgangsklemmen keinen gemein­ samen Anschlußpunkt besitzen. Zwangsweise muß daher ein Verbindungskabel mit vier Leitern verwendet werden. Bei zahlreichen in Betrieb genommenen Röntgenographie-Ausrü­ stungen werden Röntgenröhren mit doppeltem Brennpunkt ein­ gesetzt, die mit einer Kathode mit zwei Drähten ausgestattet sind, wobei ein gemeinsamer Anschlußpunkt mit dem Körper der Kathode verbunden ist. Diese Drähte werden über ein Kabel mit drei Leitern versorgt. Folglich war es bis jetzt nicht möglich, diese Ausrüstungen durch das Ersetzen der Röhren mit zwei Drähten durch Röhren mit einem einzigen Draht mit einem mittleren Abschnitt zu verbessern, ohne gleichzeitig das Kabel zur Versorgung der Drähte auszutauschen. Dies führt dazu, daß für eine Verbesserung der Ausrüstungen re­ lativ hohe Kosten entstehen, was in der Praxis häufig dazu führt, von einem solchen Austausch abzusehen.

In der US-PS 4 266 133 ist eine Heizschaltung der eingangs genannten Art beschrieben, die für eine Kathode einer Rönt­ genröhre mit dreifachem Brennpunkt vorgesehen ist. Hierbei ist der Heizdraht in drei wendelförmige Abschnitte unterteilt, von denen sich zwei entlang einer Geraden erstrecken. Der dritte Abschnitt ist gegenüber diesen beiden, entlang einer Geraden angeordneten Abschnitten seitlich versetzt. Während der seitlich versetzte dritte Abschnitt des Heizdrahtes über einen Transformator wahlweise mit Wechselstrom versorgt wird, sind die beiden sich entlang einer Geraden erstreckenden Abschnitte über einen Polumsteuerschalter und eine Gleichrichterschaltung mit einem weiteren Transformator verbunden. Zur Einsparung von Anschlußleitern sind der Mittelabgriff dieser beiden entlang einer Geraden angeordneten Heizdrahtabschnitte und deren Außenklemme über gegensinnig gepolte Dioden ange­ schlossen, so daß durch Einspeisung von Gleichstrom unter­ schiedlicher Polung gezielt ein betreffender Abschnitt des Heizdrahtes versorgt werden kann.

Aus der FR 2 555 359 A1 ist eine weitere Heizschaltung be­ kannt, bei der zur Einsparung von Anschlußleitern verschie­ dene Heizdrahtabschnitte über unterschiedlich gepolte Dioden angeschlossen werden, um durch Einspeisung von Gleichstrom verschiedener Polung gezielt einen bestimmten Heizdrahtab­ schnitt zu versorgen. Der Heizdraht weist wiederum nur zwei Abschnitte auf, wobei der Anschluß der Kathode über zwei Leitungen erfolgt.

Ziel der Erfindung ist es, die Heizschaltung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß sie in Verbindung mit einem herkömmlichen dreipoligen Versorgungskabel für eine Kathode einer Röntgenröhre mit doppeltem Brennpunkt und einem mittleren Heizdrahtabschnitt verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Heizschaltung für eine Kathode einer Röntgenröhre mit doppeltem Brennpunkt vorgesehen ist, bei der sich der Heiz­ draht entlang einer Linie erstreckt, daß der erste Transfor­ mator für die alleinige Heizung des mittleren Abschnitts des Heizdrahtes und der zweite Transformator für die Heizung des gesamten Heizdrahtes vorgesehen ist, daß die beiden Trans­ formatoren über jeweils einen Ausgangsanschluß miteinander verbunden sind, daß der über die miteinander verbundenen Ausgangsanschlüsse erhaltene gemeinsame Verbindungspunkt und die beiden verbleibenden Ausgangsanschlüsse der Transforma­ toren an ein dreipoliges Kabel angeschlossen sind und daß der dem gemeinsamen Verbindungspunkt zugeordnete Pol des Kabels über zwei gegensinnig gepolte Gleichrichter mit einem äußeren und dem diesen benachbarten inneren Versorgungskon­ takt des Heizdrahtes in Verbindung steht, während die ver­ bleibenden beiden Pole über jeweils einen Gleichrichter bei unterschiedlicher Polung der betreffenden Gleichrichter mit einem der verbleibenden Versorgungskontakte verbunden sind.

Aufgrund dieser Ausbildung fließt bei einer Inbetriebnahme des ersten Transformators ein entsprechend einer ersten Po­ larität gleichgerichteter Strom zwischen den äußeren Versor­ gungskontakten und damit im gesamten Heizdraht, wodurch es möglich ist, auf der Anode einen ersten, relativ langge­ streckten Röntgenstrahlungsbrennpunkt zu erzeugen.

Demgegenüber fließt bei einer Verwendung des zweiten Trans­ formators ein entsprechend der zweiten Polarität gleichge­ richteter Strom zwischen den inneren Versorgungskontakten und damit in dem mittleren Abschnitt des Heizdrahtes, wo­ durch die Möglichkeit geschaffen wird, auf der Anode einen zweiten, relativ punktförmigen Röntgenstrahlungsbrennpunkt zu erzeugen. Praktisch ist dieser zweite Brennpunkt der mittlere Teil des ersten Brennpunkts, wie auch immer die Änderungen der Lage der Anode unter Einwirkung von Tempera­ turschwankungen im Verlauf einer Langzeit-Inbetriebnahme sein mögen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug­ nahme auf die Zeichnung näher erläutert, in der die einzige Figur ein Schaltbild einer Heizschaltung für den in einer Linie liegenden Heizdraht der Kathode einer Röntgenröhre mit doppeltem Strahlungsbrennpunkt zeigt.

Nach der Zeichnung ist in dem evakuierten Kolben 10 einer Röntgenröhre mit doppeltem Brennpunkt eine Kathode angebracht, die durch einen als Konzentrationselektrode geformten Körper 14 und einen in einer Linie liegenden wendelförmigen Heizdraht gebildet ist, der drei Abschnitte enthält, und zwar einen mittleren Abschnitt 16 und zwei seitliche Abschnitte 18 und 20. Grundsätzlich können diese Abschnitte auch aus einzelnen, zur Bildung des Heizdrahtes miteinander verbundenen Teildrähten bestehen. Die Außenklemmen der seitlichen Abschnitte 18-20 sind jeweils mit einem äußeren Versorgungs- und Stützkontakt P bzw. S verbunden. Die Innenklemmen der seitlichen Abschnitte 18-20 sind jeweils mit einem inneren Versorgungskontakt Q bzw. R verbunden, wobei diese Kontakte die Versorgungs- und Stützelemente für den mittleren Abschnitt 16 des Heizdrahtes bilden. Der innere Versorgungskontakt R ist über einen Leiter 22 mit dem Körper 14 der Kathode verbunden. In der Umhüllung 24, die den evakuierten Kolben 10 umgibt und schützt, sind vier als Gleichrichter dienende Dioden 26, 28, 30 und 32 angeordnet. Ein dreipoliges Kabel 34, das die Abschnitte 16-18 und 20 des Heizdrahtes versorgt, enthält drei Leiter A, B und C.

In dem Generatorblock 36 der Versorgungseinrichtung für die Röhre sind zwei Transformatoren 38 und 40 vorgesehen, die dazu bestimmt sind, den Heizstrom für die drei Abschnitte 16, 18 und 20 des Drahtes bzw. den Heizstrom nur für den mittleren Abschnitt 16 zu liefern.

In der Umhüllung 24 ist die Diode 26 in einer ersten Durchlaßrichtung zwischen den äußeren Versorgungskontakt P und, über eine Verbindung 27, den Ausgang des Leiters A des Kabels 34 geschaltet, während die Diode 28 in der zweiten Durchlaßrichtung zwischen den inneren Versorgungskontakt Q und, über eine Verbindung 29, den Ausgang des Leiters B geschaltet ist. In derselben Umhüllung 24 ist die Diode 30 in der ersten Durchlaßrichtung zwischen den inneren Versorgungskontakt R und, über eine Verbindung 31, den Ausgang des Leiters C des Kabels 34 geschaltet, während die Diode 32 in der zweiten Durchlaßrichtung zwischen den äußeren Versorgungskontakt S und, über die Verbindung 31, den Ausgang desselben Leiters C geschaltet ist.

In dem Generatorblock 36 sind ein Ausgangsanschluß 42 des Transformators 38 und ein Ausgangsanschluß 42 des Transformators 40 miteinander verbunden, und der dadurch gebildete gemeinsame Verbindungspunkt ist über eine Verbindung 43 mit dem Eingang des Leiters C des Kabels 34 verbunden ist. Die anderen Ausgangsanschlüsse 44 und 46 der Transformatoren 38 und 40 sind über Verbindungen 45 bzw. 47 mit den Eingängen der Leiter A bzw. B des Kabels 34 verbunden.

Aufgrund dieser Auslegung fließt bei einer Verwendung des ersten Transformators 38 ein entsprechend einer ersten Polarität gleichgerichteter Strom von dem den Transformatoren 38-40 gemeinsamen Verbindungspunkt bzw. deren miteinander verbundenen Ausgangsanschlüssen 42 über den Leiter C des Kabels 34, die Diode 32, den äußeren Versorgungskontakt S, die drei Abschnitte 20, 16 und 18 des Heizdrahtes, den äußeren Versorgungskontakt P, die Diode 26 und den Leiter A des Kabels 34 zu dem anderen Ausgangsanschluß 44 des Transformators 38. Wie bereits dargelegt, ist der in diesem Fall auf der Anode erzeugte Strahlungsbrennpunkt relativ langgestreckt.

Dagegen fließt bei einer Verwendung des zweiten Transformators 40 ein im Sinne einer zweiten, zur ersten entgegengesetzten Polarität gleichgerichteter Strom von dem Ausgangsanschluß 46 des Transformators 40 über den Leiter B des Kabels 34, die Diode 28, den inneren Versorgungskontakt Q, den mittleren Abschnitt 16 des Heizdrahtes, den inneren Versorgungskontakt R, die Diode 30 und den Leiter C des Kabels 34 zu dem den beiden Transformatoren 38-40 gemeinsamen Verbindungspunkt bzw. deren miteinander verbundenen Ausgangsanschlüssen 42. Zusätzlich zu diesem Hauptstrom wird in den seitlichen Abschnitt 18 ein parasitärer Strom derselben Polarität abgezweigt, was darauf zurückzuführen ist, daß parallel zu dem mittleren Abschnitt 16 des Heizdrahtes ein geschlossener parasitärer Stromkreis vorliegt, der durch die DIode 26, den Leiter A und die Sekundärwicklung des Transformators 38 bei offener Primärwicklung gebildet wird. Dieser parasitäre Strom ist gegenüber dem Hauptstrom sehr schwach, was auf die hohe Impedanz einer Sekundärwicklung eines ungespeisten Transformators zurückzuführen ist.

So kann eine verbesserte Röntgenröhre mit doppeltem Brennpunkt, die mit einem Heizdraht mit drei Abschnitten versehen ist, durch eine Heizschaltung versorgt werden, die wieder die wesentlichen Elemente der Heizschaltung (nämlich die beiden Transformatoren und das dreipolige Kabel der Röhren gleicher Funktion mit zwei Drähten enthält, die in zahlreichen Scanner- Röntgenographie-Ausrüstungen vorgesehen sind. Es ist daher möglich, diese Ausrüstungen bei annehmbaren Kosten beträchtlich zu verbessern, indem einfach die Röhren ausgetauscht werden, wobei weitere Modifikationen nicht erforder­ lich sind.

Es ist weiterhin möglich, die Durchlaßrich­ tungen der vier Dioden umzukehren oder diese Dioden durch eine andere Art von Gleichrichter, wie z. B. durch Triacs zu ersetzen. In diesem Fall ist es mög­ lich, den parasitären Strom zu unterdrücken, der in einem seitlichen Abschnitt des Drahtes fließt, wenn nur der mittlere Abschnitt versorgt werden soll.

Falls der Körper 14 der Kathode gegenüber dem Draht isoliert sein soll (bei Polarisations- oder Gitterkathoden), ist ein zusätzlicher Leiter erforderlich.

Claims (3)

1. Heizschaltung für eine Kathode einer Röntgenröhre, bei der ein Heizdraht der Kathode an seinen Enden mit äußeren Versorgungskontakten (P, S) versehen und durch zwei innere Versorgungskontakte (Q, R) in drei Abschnitte (16, 18, 20) aufgeteilt ist, wobei die Heizschaltung einen ersten Trans­ formator (40) für die alleinige Heizung eines der drei Ab­ schnitte (16, 18, 20) und einen zweiten Transformator (38) mit jeweils zwei Ausgangsanschlüssen (42, 46; 42, 44) umfaßt, die über ein mehrpoliges Kabel (34) mit den Versorgungskontakten (P, Q, R, S) des Heizdrahtes in Verbindung stehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizschaltung für eine Kathode einer Röntgenröhre mit doppeltem Brennpunkt vorgesehen ist, bei der sich der Heizdraht entlang einer Linie erstreckt, daß der erste Transformator (40) für die alleinige Heizung des mittleren Abschnitts (16) des Heizdrahtes und der zweite Transformator (38) für die Heizung des gesamten Heizdrahtes vorgesehen ist, daß die beiden Transformatoren (40, 38) über jeweils einen Ausgangsanschluß (42) miteinander verbunden sind, daß der über die miteinander verbundenen Ausgangsan­ schlüsse (42) erhaltene gemeinsame Verbindungspunkt und die beiden verbleibenden Ausgangsanschlüsse (46, 44) der Trans­ formatoren (40, 38) an ein dreipoliges Kabel (34) angeschlos­ sen sind und daß der dem gemeinsamen Verbindungspunkt zuge­ ordnete Pol (C) des Kabels (34) über zwei gegensinnig gepol­ te Gleichrichter (30, 32) mit einem äußeren (S) und dem die­ sen benachbarten inneren Versorgungskontakt (R) des Heiz­ drahtes in Verbindung steht, während die verbleibenden beiden Pole (A, B) über jeweils einen Gleichrichter (26, 28) bei un­ terschiedlicher Polung der betreffenden Gleichrichter (26, 28) mit einem der verbleibenden Versorgungskontakte (P, Q) verbunden sind.

2. Heizschaltung nach Anspruch 1 für eine Röntgenröhre mit einem evakuierten Kolben (10) und einer Schutzumhüllung (24), dadurch gekennzeichnet, daß die vier Gleichrichter (26, 28, 30, 32) in der Schutzumhüllung (24) der Röhre angeord­ net sind.

3. Heizschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vier Gleichrichter (26, 28, 30, 32) Dioden sind.