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Sicherheitseinrichtung für Röntgeneinrichtungen mit Halbwellenbetrieb
Sicherheitseinrichtungen für den Röntgenbetrieb, welche Unfälle durch zufällige
Berührung von Teilen des Hochspannungskreises verhüten sollen, sind mehrfach vorgeschlagen
worden. Außer dem bei der heutigen Röntgentechnik wenig zweckmäßigen Überstromselbstausschalter
hat man insbesondere ein durch einen Fritter betätigtes Relais und ferner ein rein
induktiv erregtes, auf den unterschiedlichen Stromfluß in zwei gegensätzlich gewickelten
Spulen ansprechendes Relais als Mittel zur Herbeiführung der selbsttätigen Ausschaltung
vorgeschlagen.
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Der Fritter spricht auch ohne Berührung der Hochspannungsleitung auf
die bei der Annäherung der Hand auftretenden Funken an, aber auch nur auf diese
Funken. Die Sicherheitseinrichtung versagt also, wenn die Hand die Leitung schon
berührt, wenn der Strom eingeschaltet wird. Es ist aber sehr wohl möglich, daß an
der Hochspannungsleitung hantiert und versehentlich (durch eine zweite Person) eingeschaltet
wird. Außerdem bedarf die Fritteranordnung einer besonderen Niederspannungsstromquelle,
deren regelrechtes Wirken Voraussetzung für das Wirksamwerden der Sicherheitseinrichtung
ist. Das weiterhin erwähnte Relais spricht nur auf unterschiedlichen Stromfluß in
den zwei Spulen an und versagt deshalb bei leitender Verbindung des Körpers mit
beiden Hochspannungspolen zugleich.
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Bei Röntgenröhren mit Halbwellenbetrieb, bei denen also der Röntgenröhre
durch irgendwelche Mittel nur jede zweite Halbwelle des hochgespannten Wechselstromes
als pulsierender Gleichstrom von stets einerlei Richtung zugeführt wird, besteht
nun die Möglichkeit, den Umstand, daß bei Berührung des Körpers mit der Hochspannungsleitung
Wechselstrom auftritt, für die Selbstausschaltung in der Weise nutzbar zu machen,
daß eine Anordnung, welche in der Weise eines Wechselstromventiles nur auf eine
Stromrichtung (also Halbwelle) anspricht, in Reihe mit der Röntgenröhre derart geschaltet
wird, daß sie auf die der nutzbaren Halbwelle entgegengesetzt gerichtete Halbwelle
des bei der Berührung entstehenden Wechselstromes anspricht. Diese Erfindung kann
mit verschiedenerlei Anordnungen der besagten Wirkungsweise @: tr=.:irklicht werden.
Als nächstliegend kommt ein polarisiertes Relais in Betracht. Es ist aber auch an
die Verwendung wirklicher Wechselstromventile, wie Ventilzellen oder Elektronsnventile,
zu denken. Folglich können auch die bei nicht selbst mit Ventilwirkung begabten
Röntgenröhren vorgeschalteten Ventilorgane der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung
dienstbar gemacht werden, ihre
Einschaltung an geeigneter Stelle
des Hochspannungskreises natürlich vorausgesetzt. Hinsichtlich der Art und Weise,
wie das Ansprechen dieser Anordnungen für den Sicherheitszweck dienstbar gemacht
wird, bieten sich wiederum zahlreiche Ausführungsmöglichkeiten dar. Als willkommene
Nebenwirkung der erfindungsgemäßen Sicherheitseinrichtung ist noch der Schutz der
Röntgenröhre selbst gegen Beschädigungen im Falle des sogenannten Umschlagens zu
erwähnen.
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Die Abbildungen stellen eine Reihe von Ausführungsbeispielen dar.
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In Abb. i ist P die Primärspule des Hochspannungstransformators, welche
auf die sekundären Wicklungsteile Si und S2 einwirkt. An den Endklemmen der Sekundärwicklung
liegen die Hochspannungsleiter i und 2, zwischen welche in bekannter Weise die Röntgenröhre
X geschaltet ist. Zwischen El und S2 ist durch die Leitungen 3 und q. die Magnetwicklung
des polarisierten Relais R geschaltet, deren Mittelpunkt bei E geerdet ist. Solange
im Hochspannungskreis nur Halbwellen einer Richtung auftreten, liegt der Relaisanker
A unter Einwirkung der Feder f dem Anschlag 5 an. Treten dagegen auch Halbwellen
der anderen Richtung auf, so schwingt der Anker aus und schließt bei 6 den einerseits
von Leitung 7 und Widerstand 8, anderseits von Leitung 9 gebildeten Nebenschlußweg
im Primärkreis, was eine erhebliche Verstärkung des primären Stromes zur Folge hat.
Diese wird in dem selbsttätigen Überstromausschalter Ü in bekannter Art durch Unterbrechung
des Primärkreises wirksam. T ist der bei Röntgeneinrichtungen gebräuchliche Spannungsteiler,
Ht der Heiztransformator für die Glühkathode der Röntgenröhre. Um ein Hinundherpendeln
des Ankers A beim Auftreten von Wechselstrom auszuschließen, ist der Stahlmagnet
m angeordnet, welcher den Anker in seiner Ausschlagsstellung dauernd festhält.
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Vermöge der Schaltung des Relais R zwischen die Wicklungshälften S'
und S2 und vermöge der Erdung der Relaiswicklungen bei E beherrscht das auf Wechselstrom
ansprechende Organ die gesamte Hochspannungsleitung in dem Sinne, daß der beabsichtigte
Erfolg eintritt, gleichviel ob Leiter i (wie durch die menschliche Figur und den
Stromweg angedeutet) oder (in entsprechender Weise) Leiter 2 oder auch beide Leiter
zugleich berührt werden. Schon hier sei bemerkt, daß bei Fortlassung der Erdung
(wie in Abb. 3 angenommen) das Relais R zwar nicht unmittelbar die gesamte Hochspannungsleitung
deckt, aber vermöge der Zwischenschaltung zwischen die sekundären Wicklungsteile
S1 und S2 immer noch die Wirkung hat, daß bei Berührung des einen oder anderen Hochspannungsleiters
der Körper nur der halben Hochspannung ausgesetzt wird. Auch in dem Falle, daß zufolge
der bei einseitiger Berührung der Hochspannungsleitung auftretenden Potentialverschiebung
nunmehr ein Spannungsüberschlag zwischen dem zweiten Leiter und der Erde eintritt,
äußert die hier vorausgesetzte Anordnung ihre Schutzwirkung, weil das Relais R augenblicklich
anspricht. Natürlich kann man aber auch jedem der beiden Hochspannungsleiter ein
Relais zuordnen, wobei dann beide in Reihe liegend symmetrisch geerdet sind.
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Nach Abb. z bewirkt das Relais R unter Fortfall des Nebenschlußweges
7, 8, 9 unmittelbar die primäre Ausschaltung, indem der Anker A den Schalthebel
H freigibt, worauf die Feder io den Kontakt bei i i öffnet.
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Nach Abb. 3 wirkt sich das Auftreten von Wechselstrom durch Kurzschließung
des Sekundärkreises aus. Die hierzu dienenden Teile sind in das Schaltschema in
schaubildlicher Darstellungsweise hineingezeichnet. Auf der Achse 12, welche eine
starke. Feder 13 zu drehen strebt, sitzt einerseits der Doppelarm 1q., anderseits
die Fallenscheibe 15, in deren Kerbe der Magnetanker A nörmalerweise eingreift.
Wird er bei Auftreten von Wechselstromangezogen, so wirft die Feder 13 die Achse
14 in der Pfeilrichtung herum, so daß der Doppelarm 14 in die gestrichelte Stellung
schwingt. Schon bevor er.die Pole der Hochspannungsleiter i und 2 berührt, tritt
durch Auftreten von -Funken der - gewollte Kurzschluß ein. Der Sektor 16 auf der
Fallenscheibe 15 verdeckt unter der Wirkung der Feder 17 die Kerbe -gegenüber
der Nase des Ankers A, so daß dieser nach. einmaligem Ausschlag nicht wieder einspringen
kann, auch wenn die Drehung der Fallenscheibe bei seinem Zurückschwingen weit genug
vorgeschritten sein sollte. Der Kurzschluß im Hochspannungskreis wirkt natürlich
auch auf den Primärkreis zurück und hat das Herausfallen des überstromausschalters
Ü zur Folge.
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Wie in Abb. q. gezeichnet, kann der Kurzschlußschalter der eben beschriebenen
Ausführungsform unmittelbar dem Gehäuse G des Hochspannungstransformators aufgebaut
sein, wobei die Pole der Hochspannungsleitung i und 2 von den Hochspannungsdurchführungen
17 getragen werden und der Kurzschlußschalter von dem Isolierkörper 18 getragen
wird, welcher zur Herausführung der Leitungen 3 und q. dient.
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In ähnlicher Weise ist nach Abb. 5 ein niederspannungsseitig wirkender
Schalter dem Transformatorgehäuse G aufgebaut. Der Magnetanker A setzt sich hier
in einem langen isolierenden Stab i9 fort, welcher bei der
Ausschwingung
des Ankers den Kontaktbügel 2o mit Bezug auf die Leitungspole 21, 22 bewegt. Die
Darstellung läßt offen, wie diese Bewegung im Sinne der Erfindung nutzbar gemacht
wird.
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In Abb. 6 erscheinen statt des Relais R der früheren Ausführungsbeispiele
zwei zwischen die sekundären Wicklungsteile S' und S2 hintereinander und gleichsinnig
mit der Röntgenröhre X geschaltete Elektronenröhren KI und K2, deren innere oder
mittlere Pole miteinander, bei E mit der Erde und durch Leitung 23 mit der Mitte
der Wicklungen des Magneten 311 verbunden sind. Der Magnet M' liegt ebenso
wie der zum überstromausschalter Z` gehörige im Primärkreise liegende Magnet M2
dem Anker des Überstromausschalters gegenüber, so daß dieser Anker ebensowohl von
dem einen wie von dem anderen Magneten oder auch von beiden zugleich angezogen werden
und die primäre Ausschaltung herbeiführen kann. Von dieser doppelten Magnetanordnung
an dem primären Ausschalter darf eine erhöhte Sicherheit und Schnelligkeit der Ausschaltung
erwartet werden, weil neben dem Anschwellen des primären Stronies zufolge der zusätzlichen
Belastung, welche im Magneten M2 wirksam wird, auch der Magnet M' mitspielt. Seine
Wirkungsweise erklärt sich dahin, dall im normalen Betriebszustande die Elektronenröhren
K' und K2 nur eine geringe, zum Anziehen des Ankers nicht hinreichende Klemmenspannung
führen, welche bei Auftreten von Wechselstrom wesentlich ansteigt und nunmehr den
Magneten wirksam werden läßt. Dabei wird bei Berührung des Hochspannungsleiters
i die linke Elektronenröhre K' und die ihr zugeordnete Wicklungshälfte des Magneten,
bei Berührung des Leiters 2 die rechte Elektronenröhre K2 und die andere Wicklungshälfte
in entsprechender Weise wirksam, während bei gleichzeitiger Berührung beider Leiter
beide Elektronenröhren und beide Wicklungshälften wirksam werden, mithin der größten
Gefahr auch die größte Sicherheit entspricht.
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Eine weitere. besonders einfache und zweckmäßige Ausführungsmöglichkeit
ergibt bei Verwendung einer Elektronenröhre als auf das Auftreten von Wechselstrom
ansprechendes Organ und unter der Voraussetzung, daß die Elektronenröhre zwischen
die beiden sekundären Wicklungshälften geschaltet wird, die bisher noch nicht behandelte
Anordnung, daß diese Elektronenröhre parallel zu einem gewöhnlichen (nicht polarisierten)
Relais mit symmetrisch geerdeten Magnetbewicklungen geschaltet wird. Bei dieser
Anordnung bedarf es nur einer Ventilröhre und nur des einfachen Relais, tim bei
Berührung des einen oder anderen Hochspannungsleiters wie bei gleichzeitiger Berührung
beider Leiter die Schutzwirkung mit aller Sicherheit eintreten zu lassen.
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Eine solche Anordnung ist in Abb. 7 unter Beschränkung auf die ihre
Besonderheiten zum Ausdruck bringenden Teile dargestellt. In dein von den Leitungen
3, 4 gebildeten Stromkreise liegt also außer der Ventilröhre K das unpolarisierte,
hinsichtlich seiner Wicklungen bei E symmetrisch geerdete Relais R in Parallelschaltung
beider Organe. Im normalen Betriebszustande werden bei Auftreten der zur Speisung
der Röntgenröhre benutzten Stromstöße von einerlei Richtung diese durch die Elektronenröhre
K an dem Relais vorbeigeleitet, aber auch beim Auftreten der Stromstöße anderer
Richtung (Fehlwechsel) empfängt das Relais keinen Strom, da ja vermöge der eigenen
Ventilwirkung der Röntgenröhre X in diesen Leitpunkten überhaupt kein Strom fließt.
Findet dagegen eine Berührung des Hochspannungsleiters i statt, so geht der nunmehr
auftretende Wechselstrom auf dem Wege über die Erde durch die eine Hälfte der Relaisbewicklung,
was das Wirksamwerden des Relais zur Folge hat. Das gleiche gilt natürlich auch
für den Fall der Berührung des Hochspannungsleiters 2, während bei gleichzeitiger
Berührung beider Leiter der eine Wechsel durch die Elektronenröhre, der andere Wechsel
durch das Relais geht und wiederum dessen Wirksamwerden herbeiführt. Wie das Anziehen
des Relaisankers A für die Ausschaltung des Stromes nutzbar gemacht wird, ist auch
bei dieser Anordnung gleichgültig und unter Verweisung auf die bei den vorigen Ausführungsformen
beispielsweise angegebenen Möglichkeiten zeichnerisch nicht dargestellt.
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Diese Anordnung wirkt als Sicherheitseinrichtung auch: dann, wenn
der Hochspannungskreis unter Spannung steht, während durch die Röhre aus irgendeinem
Grunde kein Strom fließt.
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Es versteht sich, daß die bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen
vorhandenen Besonderheiten der Ausführung miteinander vertauscht oder kombiniert
werden können, indem z. B. eine Elektronenröhrenanordnung gemäß Abb. 6 zur Kurzschließung
des Hochspannungskreises gemäß Abb. 5 benutzt werden kann.