DE592697C - Anordnung zur Schaltung von Hochspannungskreisen mittels Gitterroehren, insbesonderein Roentgenanlagen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
10. MÄRZ 1934

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

JVi 592697 KLASSE 21 g GRUPPE 20

Siemens-Reiniger-Werke Akt.-Ges. in Berlin*)

Patentiert im Deutschen Reiche vom 17. Juni 1930 ab

Bei Einrichtungen zum Betriebe von Röntgenröhren ist es in vielen Fällen vorteilhaft oder erforderlich, den durch die Röntgenröhre fließenden Strom nicht mittelbar (im Primärstromkreis des Hochspannungstransformators), sondern unmittelbar (im Röhrenstromkreis selbst) ein- bzw. auszuschalten. Bei solchen Einrichtungen, bei denen Kondensatoren plötzlich zur Entladung gebracht werden, wurde das Ein- bzw. Ausschalten des Röntgenröhrenstromes durch das Ein- bzw. Ausschalten des Röntgenröhrenheizstromes bewirkt. Da das Ansteigen und Abfallen der Temperatur des Glühkörpers der Röntgenröhre jedoch verhältnismäßig langsam vor sich geht, ist es vorteilhafter, in Serie mit der Röntgenröhre eine Gitterröhre zu schalten und die Schaltung des Röntgenröhrenstromes durch Ändern der Gitterspannung zu bewirken.

Die Abb. 1 zeigt die Charakteristik einer solchen Gitterröhre. Es ist der Röhrenstrom / in Abhängigkeit von der Gitterspannung E bei konstanter Anodenspannung dargestellt. Wenn die Gitterspannung einen gewissen negativen Betrag E₀ erreicht, so wird der Röhrenstrom / gleich Null.

Da die Gitterröhre direkt im Hochspannungskreis liegt, die Schaltung jedoch von dem auf Erdpotential befindlichen Bedienungsschalttisch aus erfolgen muß, ist ein Bindeglied erforderlieh, das den Spannungsunterschied zwischen dem Schalttisch und der Gitterröhre aufnimmt.

Gemäß der Erfindung wird die Steuerung des Gitterpotentials dadurch erzielt, daß das Gitter über einen Spannungserzeuger oder Kondensator mit einer Erdpotential oder nahezu Erdpotential führenden Steuerstelle verbunden ist, von der aus zu der Spannung des Spannungserzeugers oder Kondensators eine weitere Spannung zu- oder abgeschaltet werden kann.

Gemäß Abb. 2 ist dieser Spannungserzeuger der Transformator a, der die gleiche Spannung erzeugt wie der Haupttransformator l·. Befindet sich der Schalter c in seiner Einschaltestellung d, so sind die -Potentiale der Kathode und des Gitters der Röhre e stets gleich. Befindet sich der Schalter c in seiner Ausschaltestellung f, so ist die Sekundärwickelung des Transformators α mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle g verbunden. In diesem Falle ist das Potential des Gitters gegenüber dem der Kathode um den Betrag der von g erzeugten Spannung negativ. Wenn dieser Betrag größer als E₀ oder gleich E₀ (Abb. 1) ist, so wird der Röntgenröhrenstrom unterbrochen.

In der gemäß Abb. 3 wiedergegebenen Schaltungsanordnung wird die Potentialdifferenz zwischen der Gitterröhre e und Erde durch die

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dipl.-Ing, Friedrich Wilhelm Claasen in Erlangen.

Kondensatoren A bzw. i aufgenommen, k und m sind Hochspannungsleitungen, die der Röntgenröhre η beispielsweise eine konstante Spannung zuführen. Die Zeichen +, — in dieser und den folgenden Abbildungen geben allgemein die Polarität an, bei Wechselstrombetrieb die Polarität der wirksamen Halbwelle. Durch den Schalter c kann zwischen die niederspannungsseitigen Belegungen der Kondensatoren A und i ίο wahlweise eine von einer kleinen Gleichspannungsquelle ο (beispielsweise einer Trockenbatterie) gelieferte Spannung gelegt werden bzw. können diese beiden Belegungen miteinander kurzgeschlossen werden. Die beiden Belegungen sollen zunächst kurzgeschlossen sein, d. h. der Schalter c soll sich in seiner Einschaltestellung d befinden. Durch die Hochspannung in den Leitungen k, m wird die sekundärseitige Belegung des Kondensators A negativ aufgeladen. Es fließt aber auch von der Kathode zum Gitter der Röhre e ein Gitterstrom, der den Kondensator? auf das gleiche Potential auflädt. "Wird nun der Schalter c in seine Ausschaltstellung gebracht, d. h. mit dem negativen Pol des Spannungserzeugers 0 verbunden, so erhält das Gitter der Röhre e. gegenüber der Kathode eine negative Spannung, die gleich der von 0 erzeugten Spannung ist. Ist diese Spannung gleich oder größer als E₀ (Abb. i), so wird der Röntgenröhrenstrom gleich Null.

Ist der Spannungsmittelpunkt des Hochspannungstransformators k, m geerdet, so kann die Schaltungsanordnung gemäß Abb. 4 getroffen sein. Hier ist der Kondensator A (Abb. 3) durch den hochohmigen Widerstand^) ersetzt. .Von einer Anzapfung des in diesem Falle als Spannungsteiler dienenden Widerstandes^ kann dann gleichzeitig die für die Steuerung des Gitters erforderliche negative Spannung abgenommen werden.

Ist diese Steuerspannung des Gitters noch zu hoch, um in den Schalttisch eingeführt zu werden bzw. können die Kontaktvorrichtungen des den Schaltvorgang steuernden Zeitrelais nicht für diese Spannung passend ausgeführt werden, so ist eine Kaskadenschaltungsanordnung (Abb. 5) erforderlich. Hier dient eine zweite Gitterröhre q dazu, einen Teil des Spannungsteilers ^₁ kurzzuschließen bzw. freizugeben. Dies geschieht durch Änderung des Gitterpotentials von q durch den Schalter c. Ist das Gitterpotential von q genügend negativ, so fließt durch q kein Strom, und an der primären Belegung des Kondensators i liegt ein positives Potential, das der absoluten Größe nach größer als oder gleich E₀ ist. Wird dem Gitter der Röhre q durch den Schalter c ein positives Potential gegeben, so fließt durch q ein Strom, der in dem Widerstand ft₂ einen Spannungsabfall erzeugt. Bei Vernachlässigung des in der Röhre q selbst auftretenden Spannungsabfalles liegt die primäre Belegung von i an Erde, und das Gitter von e erhält negatives Potential.

Die Abb. 6 zeigt die Schaltungsanordnung einer Einrichtung zur Röntgenstrahlenerzeugung, bei der die in Reihe liegenden Kondensatoren A₁ und A₂ von einer (nicht abgebildeten) Ladeeinrichtung aufgeladen werden und sich plötzlich (während einer Aufnahme) über die Röntgenröhre η entladen. Zur Steuerung des Entladestromes dient die Gitterröhre e. Während der Ladung der Kondensatoren steht der Schalter c in seiner Einschaltestellung d. Der Glühkörper der Röntgenröhre·» ist nicht geheizt. Gleichzeitig mit den Kondensatoren A₁ und A₂ wird durch einen in der Röhre e fließenden Gitterstrom der Kondensator i aufgeladen, und zwar erhält i die gleiche Spannung wie A₁. Wird der Schalter c in seine Ausschaltstellung f gebracht, so erhält das Gitter eine von dem Spannungsteiler ft. abgreifbare negative Spannung. Jetzt kann die Röntgenröhre η geheizt werden. Es fließt jedoch noch kein Strom. Erst wenn der Schalter c wieder in seine Stellung ä gebracht ist, fließt über die Gitterröhre e und die Röntgenröhre η der Entladestrom.

Die Anfangsladung des Kondensators A₁ sei E₁ (Abb. 7). Durch den Entladestrom /„ wird go in der Zeit T die Spannung des Konderisators A₁ auf den Wert E₂ abfallen. Wenn E₁ — E_s — E₀ ist, kann eine weitere Entladung nicht erfolgen, da durch die negative Gitterspannung der Entladestrom unterdrückt wird. Durch geeignete Wahl von E₀ kann erreicht werden, daß die Spannung während der Entladung nur so weit sinkt, als dabei noch mit einem günstigen Wirkungsgrad Röntgenstrahlen erzeugt werden. Eine weitere Entladung, die nur eine ungünstige ioo Wärmebelastung des Brennfleckes der Röntgenröhre zur Folge haben würde, ist vermieden.

Werden die Kondensatoren A₁ bzw, A₂ durch eine Einrichtung zur Erzeugung von Röntgenstrahlen ersetzt, die pulsierende Gleichspannung erzeugt, so wird der Kondensator * auf den Scheitelwert der Röhrenspannung Emax aufgeladen. Ein Röntgenröhrenstrom kann jedoch nur. fließen, solange die von der Einrichtung erzeugte Spannung E größer als Emax — E₀ ist. xio Der Wirkungsgrad der Röntgenstrahlenerzeugung ist dann der gleiche, wie wenn die Röntgenröhre mit einer Gleichspannung betrieben werden würde, die nur um den Betrag E₀ pulsiert. Die unnötige Wärmeerzeugung wird von der Röntgenröhre weggezogen und von der Gitterröhre übernommen.

In der in der Abb. 8 dargestellten Anordnung ist außer der in Reihe mit der Röntgenröhre η liegenden Gitterröhre e eine zweite Röhre q parallel zur Röntgenröhre η geschaltet. Die Steuerung des Gitters- der Gitterröhre e erfolgt

von der zur Anode der Röntgenröhre η führenden Hochspannungszuleitung m aus, die zu diesem Zweck geerdet wird. Die Gitter der beiden Röhren e, q sind mit dem Kondensator * verbunden und werden auf den Scheitelwert Emax der von den Hochspannungsleitungen k, m gelieferten Spannung aufgeladen. Die Anordnung soll so getroffen sein, daß die zur Unterdrückung des Stromes erforderliche negative Gittervorspannung E₀₂ (Abb. 9) der Röhre q kleiner ist als diejenige E₀^ der Röhre e. Es können allerdings auch Gitterröhren gleicher Charakteristik -verwendet werden, wenn zwischen den Gittern der beiden Röhren, beispielsweise durch eine Trockenbatterie, eine konstante Potentialdifferenz erzeugt wird.

Wie die Abb. 9 zeigt, beginnt der Röntgenröhrenstrom /„ erst dann zu fließen, wenn die vom Apparat gelieferte Spannung E den Wert

'Emax—E_m erreicht hat. Sobald E = Emax—E,

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ist, fließt durch die Gitterröhre q ein Parallelstrom J_q. Durch diesen Strom wird in der Gitterröhre e ein zusätzlicher Spannungsabfall erzeugt. Die an der Röntgenröhre lie-

gende Spannung E_n kann nicht weiter steigen, da ein weiteres Steigen zugleich eine Erhöhung des Parallelstromes J_q zur Folge hat. An der Röntgenröhre liegt also eine Spannung E_n, die nur um den geringen Betrag E₀₁ — E₀₂ pulsieren

kann. Wird diese Differenz genügend klein gewählt, so wird die Röntgenröhre η mit praktisch konstanter Gleichspannung betrieben.

Wird der Kondensator i (Abb. 8) durch einen Spannungserzeuger mit konstanter Spannung

(beispielsweise eine Trockenbatterie) ersetzt, so wird die Röntgenröhrenspannung auf einen Wert E_n reguliert, der konstant und unabhängig von der Spannung E in den Leitungen k, m ist. Da dem Erzeuger konstanter Spannung keine Energie entnommen wird, so ist es möglich, mittels eines einzigen Spannungserzeugers die Spannung mehrerer Röntgenapparate konstant zu halten.

Claims (4)

Patentansprüche:.

1. Anordnung zur Schaltung von Hochspannungskreisen mittels Steuerung des Gitterpotentials von in dem Hochspannungskreis liegenden Gitterröhren, insbesondere in Röntgenanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter über einen Spannungserzeuger oder einen Kondensator mit einer Steuerstelle verbunden ist, die Erdpotential oder nahezu Erdpotential führt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Spannung des Spannungserzeugers oder Kondensators von der Steuerstelle aus eine weitere Spannung zu- oder abgeschaltet werden kann.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei Gitterröhren (e, q) vorhanden sind, deren Gitter an einem und demselben Spannungserzeuger oder Kondensator angeschlossen sind (Abb. 8).

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Charakteristiken der Gitterröhren (e, q) untereinander verschieden sind. '

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Ergänzungsblatt
zur Patentschrift 592 697 Klasse 21g Gruppe 20/04.

Durch rechtskräftige Entscheidung des Reichspatentamts vom 19.Oktober 1939 sind zur Klarstellung im Anspruch 1
des Patents 592 697 in Zeile 3 die Worte "in dem Hochspannungskreis" durch die Worte "auf Hochspannung" ersetzt worden, und in Zeile 6 hinter dem Wort "Gitter" das Wort
"leitend¹¹ und in Zeile 7 hinter dem Wort "oder" das Wort
"über" eingefügt worden.