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Vorrichtung, um an den Abnahmestellen eines Verbrauchers, z. B. einer
Röntgenröhre, der an eine Stromquelle mit veränderlicher Spannung angeschlossen
ist, die Spannung mittels einer Glühkathodenröhre konstant zu erhalten Vorrichtung,
um an den Abnahmestellen eines Verbrauchers, z. B. einer Röntgenröhre, der an einer
Stromquelle .mit veränderlicher Spannung angeschlossen ist, die Spannung mittels
einer Glühkathodenröhre konstant zu erhalten, deren Heiz- und Anodenstrom von der
gleichen Stromquelle geliefert wird.
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Die Erfindung bezieht sich auf die Regelung elektrischer Verteilungsanlagen,
mittels einer Glühkathodenröhre. Im allgemeinen besteht die Erfindung in einem Verfahren
und Einrichtungen zur Regelung von Strom oder Spannung.
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Die Erfindung wird im nachstehenden beispielsweise an einem Röntgenapparat
beschrieben. Besohrieben wird gemäß Erfindung zunächst eine Anordnung, bei welcher
im großen und ganzen das Potential an den Klemmen einer Röntgenröhre bei schwankenden
Spannungsverhältnissen im Netzstromkreis konstant gehalten werden soll, so daß durch
das Konstanthalten der Spannung an den Klemmen der Röntgenröhre Röntgenstrahlen
konstanter Härte erzielt werden. Eine andere Ausführungsform, welche ebenfalls im
nachstehenden beschrieben wird, eignet sich vor allen Dingen wieder zui Konstanthaltung
des Stromes.
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Zur Spannungsregelung an wahlweise anzunehmenden Punkten des Systems
wird, wie üblich, die Elektronenladung verwendet. Die Erfindung besteht nun darin,
daß .man die starke Schwankung des Anodenstromes (bedingt durch geringe Schwankung
der Kathodentemperatur) -benutzt, um die Änderung der Lieferspannung im großen und
ganzen von einer im Lieferstromkreis der Entladungsröhre liegenden Impedanz absorbieren
zu, lassen.
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Bei Röntgenapparaten mit Glühkathodenröhren kann die Spannung an den
Klemmen der Röntgenröhre im großen und ganzen ohne besondere Glühkathodenröhre .konstant
gehalten werden, da die Röhre selbst die Stromschwankungen überwachen und einen
entsprechenden Spannungsabfall in eines äußeren Drossel veranlassen kann.
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Bei einer anderen Amsführungsform wird der Strom, welcher im großen
und ganzen konstante Spannungen besitzt und, wie beschrieben, über eine Glühkathodenröhre
geführt wird, zur Beheizung der Kathode einer
zweiten Elektr onenentladungsröhre
mit benutzt, um so den Strom im Stromkreis der zweiten Elektronenentladungsröhre
konstant zu halten, falls diese Röhre ' von den Spannungsschwankungen des Lieferstromes
beeinflußt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die zweite Elektronenentladungsröhre
durch eine Röntgenröhre gegeben, so daß in diesem Falle die Mittel gegeben sind,
eine im großen und ganzen gleichmäßige Röntgenstrahlung auch dann zu erhalten, wenn
der Netzstrom Schwankungen unterworfen sein sollte.
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Die Erfindung bringt .ein Verfahren und gleichzeitig die notwendigen
Einrichtungen, welche überhaupt keine beweglichen Teile besitzen und sich durch
.äußerste Einfachheit in der Ueberwachung des Netzstromes auszeichnen.
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Der Erfindungsgegenstand ist in den Abbildungen dargestellt.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, mittels welcher durch
Überwachung eine bei steigender Netzstromspannung nur leicht ansteigende Abnahmespannung
aufrechterhalten werden kann.
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Abb.2 zeigt eine etwas andere Ausführungsform, um eine bei steigender
Netzstromspannung konstante oder leicht sinkende Abnahmespannung zu erhalten.
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Abb. 3 zeigt eine Schaltung zur Erzielung einer konstanten Abnahmespannung.
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Abb. q. zeigt im Diagramm die elektrischen Charakteristiken bei Einrichtungen
nach Abb. i und 2.
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Nach Abb. i ist die Röntgenröhre i über die Leiter 2, 3 mit .der Sekundärspule
eines Transformators q. verbunden, und zwar nicht unmittelbar, sondern über einen
.mechanisch arbeitenden und mittels eines Motors 6 angetriebenen Gleichrichters
5. Die Primärspule des Transformators d. ist mit einer Stromquelle verbunden, welche
schwankende Spannungen liefert. Die Verbindungsleiter sind mit den Bezugszeichen
7 und 8 versehen. Auf d!er Abbildung ist ein an sich allgemein bekannter, mechanisch
arbeitender Gleichrichter dargestellt. Selbstverständlich könnte auch jeder andere,
für hohe Spannungen geeignete Gleichrichter verwendet werden. Die Anordnung eines
Gleichrichters vermeidet es, der Röntgenröhre während des Periodenwechsels, wo kein
Stromfluß vorhanden äst, eine- hohe Spannung -aufzudrücken, d. h. wenn die Glühkathode
g ein positives Potential besitzt. Werden die Wählerarme io synchron dem gelieferten
Wechselstrom getrieben, so werden gleichgerichtete Stromimpulse auf die Röntgenröhre
durch Umkehr der Stromverbindungen 11, 12 geschickt: Der Primärstromkreis des Transformators
q. enthält einen Verbraucher 13, der beispielsweise durch einen Widerstand oder
eine Drosselspule gegeben ist. Außerdem liegt in diesem Stromkreis ein Schalter
1d..
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Die Kathode g der Röntgenröhre besteht zweckmäßig aus Wolfram und
ist über die Leiter 15, 16 mit der Sekundärspule eines Transformators 17 verbunden.
Die Primärwicklung des Transformators 17 wird über Leitungen 18, ig an Punkte der
Zuleitungen angeschlossen, wo die Spannung gleich ist dem Unterschiede zwischen
der Netzspannung -und dem Spannungsabfall in Drossel 13. Die Leitung 18 wird an
der Niederspannungsseite angeschlossen, und zwar an den Leiter 8 zwischen Drossel
13 und Primärwickltung des ,Transformators d., während der Leiter ig an den anderen
Leiter 7 angeschlossen wird.
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Wenn die Schalter 14 und 21 geschlossen sind, fließt der Strom über
die Röntgenröhre, welche, wie weiter unten ausgeführt wird, mit der Drossel
13 so zusammenwirkt, daß diese die Unterschiede zwischen der zu überwachenden
Spannung und der iNetzspannung zu absorbieren vermag. Der Heizstrom der Kathode
g und die der Röntgenröhre aufgedrückte Spannung sind derartig gewählt, daß in der
Röhre zu allen Zeiten der Sättigungsstrom fließt. Dieser Strom ändert sich mit der
Temperatur der Kathode nach der von R i c h a r d s o n aufgestellten Gleichung,
welche lautet:
(I bezeichnet den Strom, T die absolute Temperatur der Kathode,
a und b sind Konstanten und e ist,die Basis 2,718 der natürlichen
Logarithmen.) Eine Steigerung der Kathodentemperatur läßt den Strom durch die Röhre
in weit größerem Maße anwachsen als proportional der Veränderung des Heizstromes.
Eine io°/oige Vergrößerung des Heizstromes vergrößert den Elektronenstrom durch
die Rühre, beispielsweise um 300°10. Da der Heizstrom sich im wesentlichen proportional
der Spannung im Kathoden- oder Heizstromkreis ändert, -erlaubt diese Beziehung kleinen
Spannungsänderungen weit größere Stromänderungen in der Drossel hervorzurufen, d.
h. eine Spannungszunahme in den Zuleitungen 7, 8 wird begleitet von einer Stromzunahme,
welche ,genügt, um die Spannungszunahme in der Impedanz 13 in weitestgehendem Maße
zu absorbieren.
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Nach der in Abb. i dargestellten Ausführungsfarm der Erfindung können
die Spannungsänderungen in der Stromzuleitung nicht vollkommen absorbiert werden,
da eine
gewisse Spannungsziunahme an jenen Stellen, wo die Leiter
18, 19 angeschlossen sind, vorliegen muß, um eine Stromzunahme in der Elektronenentladungsröhre
i zu erzielen. Eine Spannungsschwankung von 1o11° wird jedoch zu einer Stromverstärkung
führen; die hinreicht, um ungefähr 8111 der Spannung in der Drossel zu absorbieren,
so daß die Spannung an der Primärspule des Transformators 4 sich ungefähr nur um
211, verändert; für praktische Zwecke kann die Spannung also bei gewöhnlichem Röntgenbetrieb
als konstant 'betrachtet werden. Statt der Drossel 13 kann ein Ballastwiderstand
verwendet werden, z. B. ein Eisenwiderstand :in Wasserstoffatmosphäre. In diesem
Falle werden langsame Spannungsschwankungen in hohem Maße durch den Widerstand absorbiert;
schnelle Wechsel werden :geregelt durch die Änderungen des Heizstromes der in der
Röntgenröhre befindlichen Kathode.
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A.bb.4. veranschaulicht die Beziehungen zwischen mittlerer Milliamperestärke
der Röntgenröhre und der Spannungszunahme an den Klemmen des stromliefernden Transformators.
Auf der Abszisse sind die Netzspannungen aufgetragen, während auf den Ordinaten
entsprechend der voll ausgezogenen Linie 25 die Stromwerte in der Röhre aufgetragen
sind und entsprechend der durch Striche angedeuteten Linie 26 die Spannung an den
Klemmen der Röntgenröhre aufgetragen ist. Die Kurven zeigen, daß, wenn sich die
Netzspannung vergrößert, auch die Spannung an den Klemmen der Röntgenröhre, welche
proportional ist der Spannung an der Primärspule des Transformators, etwas steigt,
während sich der @durch die voll ausgezogene Linie 25 dargestellte Strom in weit
schnellerem Maße vergrößert. Wäre die gemäß Erfindung verwendete Drossel 13 nicht
vorhanden, so würde eine entsprechende Zunahme der Netzspannung zu einer sehr großen
Steigerung des -die Röhre durchfließenden Stromes und zu einem entsprechenden plötzlichen
Spannungsabfall an den Klemmen der Röntgenröhre führen.
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Soll aus irgendwelchen Gründen eine konstante Spannung oder eine abnehmende
Spannung an den Klemmen der Röntgenröhre 1 erhalten werden, so wind, wie an sich
bekannt, eine zweite Drossel in den Netzkreis eingeschaltet, die in Abb. 2 durch
den Widerstand 27 dargestellt ist. In dieser Abbildung wurde der Gleichrichter 5
des besseren Verständnisses halber nicht mitgezeichnet. Die Anordnung ist auch schon
in der angedeuteten Weise wirksam, da eine Röntgenröhre verwendet werden kann, die
so konstruiert ist, daß sie gleichzeitig als Ventil wirkt. Wenn an Punkten 28, 29
eine Spannungssteigerung eintritt, wie es mit Bezug auf die Abb. i schon beschrieben
wurde, m@uß auch eine entsprechende Steigerung des die Drossel 27 durchfließenden
Stromes stattfinden. Die Drossel 2,7 wird so bemessen, daß eine Stromsteigerung
in derselben einen Spannungsabfall ergibt, welcher genügt, der Spannung an den Klemmen
der Pr-i,märspule des Transformators 4 die verlangte Gleichmäßigkeit oder den gewünschten
Abfall mitzuteilen, wie es durch die punktierte Linie 30 bzw. durch die strichpunktierte
Linie 31 im Diagramm (Abb. 4) angedeutet ist.
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Die verlangte Regelung des einen Stromkreis durchfließenden Stromes
kann auch mittels einer Glühkathodenröhre, die nicht zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
dient, erreicht werden. Abb.3 stellt eine Anordnung dar, bei welcher die Glühkathodenröhre
32 nicht durch eine Röntgenröhre verkörpert wird, sondern derart konstruiert ist,
claß in ihr schon bei niedrigem Spannungsabfall Sättigungsstrom fließt. Die Kathode
wird von einem Strom beheizt, welcher sich mit den Spannungsänderungen der Hauptleitung
34 in derselben Weise ändert wie bei der Anordnung nach Abb.2 der Heizstrom der
Röntgenröhre. Zu diesem Zweck sind die Drosseln 13 und 27 im Primärstromkreis des
Transformators 4 vorgesehen. Die Kathodenleiter 35, 36 sind an die Sekundärwicklung
eines Transformators 37 angeschlossen, dessen Primärwicklung über die Leiter 38,
39 in jenen Punkten angeschlossen ist, wo die Spannung überwacht werden soll. Der
Kathodenheizstromkrens 41, 42 oi.ner Elehtronenentladungsröhre 4o (Röntgenröhre)
wird von einem Transformator 43 :gespeist, dessen Primärwicklung an den unter konstanter
Spannung zu haltenden Punkten bei 44 und 45 angeschlossen ist. Die Kathode der Rühre
4o wird also auf einer nun großen und ganzen konstanten Temperatur gehalten, ungeachtet
der Netzspan.nungsschwankungen. Die Hauptklemmen der Röntgenröhre sind über Leiter
46, 47 mit dem üblichen Hochspannungstransformator 48 verbunden, der seinerseits
über Leiter 49, 5o an .die Zuleitung 34 angeschlossen ist.
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Vorbehaltlich innerer Änderungen, wie z. B. der .etwaigen Beeinflussung
der Kathode durch Gasentwicklung, ist der Elektronenstrom durch .die Röntgenröhre
4o im großen und ganzen bei dem beschriebenen System konstant, selbst wenn die Spannung
im Netz 34 schwankt.