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Verfahren und Einrichtung zum Betriebe von Röntgenröhren mit beweglicher
Anode Es ist bekannt, Röntgenröhren mit beweglicher Anode zur Herstellung von Aufnahmen
von kurzer Dauer zu verwenden. Solche Röhren können auch für die Durchleuchtung
benutzt werden. Die Bewegung der Anode mit hoher Geschwindigkeit bringt dann aber
keinen wesentlichen Vorteil, denn die kontinuierliche Belastung ist hierbei verhältnismäßig
gering. Es ist ferner bekannt, für die Durchleuchtung Röhren mit stillstehender
Anode zu verwenden. Eine weitere bekannte Anordnung sieht eine Röhre mit stillstehender
Anode für die Durchleuchtungszwecke und eine weitere Röhre mit bewegter Anode für
die Aufnahmen vor. Der Nachteil einer derartigen Einrichtung besteht darin, daß
beim schnellen Übergang von Durchleuchtung auf Aufnahme eine Umschaltung auf eine
andere Röhre stattfinden muß. Würde man dieselbe Röhre, die mit einer Einrichtung
zur Bewegung der Anode ausgerüstet ist, für die Durchleuchtung mit stillstehender
Anode und für die Aufnahme mit bewegter Anode arbeiten lassen, so würde auch dann
noch Zeitverlust entstehen, bis nämlich die Anode zur Aufnahme in Bewegung kommt.
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Erfindungsgemäß wird dieselbe Röntgenröhre mit bewegter Anode, z.
B. eine Drehanodenröhre, sowohl für die Herstellung von Aufnahmen als auch für Durchleuchtung
in der Weise benutzt, daß man -für die Aufnahme die Anode mit hoher Geschwindigkeit
rotieren läßt und bei der Durchleuchtung, deren Dauer im Verhältnis zu der der Aufnahme
sehr lang ist, mit nur geringer Geschwindigkeit.
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Während der Durchleuchtung könnte an sich die Anode stillstehen. Aus
thermischen Gründen liegt kein Anlaß vor, sie in Bewegung zu halten. Jedoch ist
es vor allem für den Übergang zur Aufnahme besser, daß die Anode mit einer geringen
Geschwindigkeit in Bewegung bleibt. Das Reibungsmoment, welches überwunden werden
muß, wenn die Anode zur Herstellung einer Aufnahme auf volle Geschwindigkeit gebracht
wird, ist, wenn sie sich bereits langsam bewegt, geringer als bei Stillstand, so
daß die Anlaufzeit kleiner bleibt und nach Beendigung der Durchleuchtung die Aufnahme
rascher erfolgen kann. Dabei findet keine wesentliche Abnutzung der Lager statt
und tritt keine Erwärmung des zum Antrieb dienenden Stators auf.
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In einer Einrichtung nach der Erfindung ist mit einer Schaltvorrichtung
zur wahlweisen Einstellung der Betriebsbedingungen für die Durchleuchtung und für
die Aufnahme eine Regelungsvorrichtung für die Geschwindigkeit der Anode derart
verbunden, daß diese bei Einstellung der Betriebsbedingungen für die Durchleuchtung
gering ist, jedoch beim Übergang zur Aufnahme auf den vollen
Wert
ansteigt, um die- Anode vor Überlastung zu schützen. . . _ - ' . . @. :-Die Geschwindigkeitsänderung
der Anodenbewegung kann beispielsweise durch Umschal= tung des Stators auf eine
niedrigere Span-' nung oder durch Umschaltung auf ein, Hilfpolsystetn erfolgen.
Am einfachsten geschieht sie dadurch, daß in den Stromkreis des Triebstromes eine
Impedanz geschaltet wird, die den Strom so weit abschwächt, daß er nur noch ein
ganz kleines Drehmoment, das gerade ausreicht, die Anode langsam zu bewegen, auszuüben
vermag. Diese Impedanz wird bei der Umschaltung auf die Betriebsbedingungen für
die Aufnahme kurzgeschlossen.
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Die obengenannten Methoden der Geschwindigkeitsänderung der Anodenbewegung
haben den Nachteil, daß sie zur Geschwindigkeitsänderung xiur in einer Richtung,
nämlich zur Verringerung der Geschwindigkeit brauchbar sind, wenn die Anode den
Kurzschlußanker eines Asynchronmotors bildet. Eind bequeme und diesen Ausführungsformen
gegenüber vorteilhaftere Veränderungsmöglichkeit der Umlaufsgeschwindigkeit der
Anode ergibt sich, wenn mit dem ihre Drehung verursachenden Stator ein Frequenz-,vandler
verbunden wird. Mit der .Änderung der Frequenz des Statorstromes ändert sich die
Umlaufsgeschwindigkeit der Anode, und zwar kann diese sowohl beschleunigt als auch
verzögert werden; da mit Hilfe des Frequenzwandlers .dem Stator sowohl Ströme höherer
als auch niederer Frequenz zugeführt werden können. Bei der Herstellung besonders
schwerer Aufnahmen, bei denen also eine besonders hohe Belastung der Anode nötig
ist, kann mit Hilfe eines Frequenzwandlers die Geschwindigkeit der Anode erheblich
vergrößert werden gegenüber .derjenigen Geschwindigkeit, die sie normalerweise beim
Betrieb mit einem Wechselstrom von 50 Perioden hat, und hierdurch die Belastbarkeit
der Anode nicht unerheblich vergrößert werden.
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Drei Ausführungsbeispiele von Einrichtungen nach .der Erfindung werden
an Hand der Zeichnungen näher beschrieben: Abb. i ist das Schaltschema einer Einrichtung,
bei der eine Röntgenröhre mit im Betrieb sich drehender Anode von einem Transformator
gespeist wird, -während AbU. 2 das Schaltschema einer Einrichtung darstellt, bei
der Kondensatoren zur Speisung der Röhre verwendet werden.
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Abb. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die Veränderung
der Bewegungsgeschwindigkeit der Anode durch einen mit dem Stator verbundenen Frequenzwandler
erfolgt.
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In Abb. i ist die Röntgenröhre i mit ihrer' Drehanode 2 an dem einen
und mit der Glühkathode 3 an dem anderen Ende der Sekundär-,wicklung q. eines Hochspannungstransforma-"tnrs
verbunden, dessen Primärwicklung 5 mit ihrem einen Ende unmittelbar an einen Spartransformator
6 angeschlossen ist. Das andere Ende der Wicklung 5 ist mit zwei Kontakten 7 und
8 eines mehrpoligen Umschalters g verbunden. Dieser wird z. B. durch Federkraft
in der gezeichneten Stellung gehalten, wobei der Kontakt 8 mit dem Kontakt io leitend
verbunden ist. Von hier aus führt eine Verbindung über den Handschalter i i zur
Spannungsregelungsvorrichtung 12, die auf den Spartransformator 6 wirkt.
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Der Umschalter g kann mittels. einer Magnetwicklung 13 hochgezogen
werden. Ein Schalter 14. dient zum Schließen eines Stromes, der von dem Netz 15
aus über den Schalter 16, die Leiter 17 und 18, den Schalter 1q., die Wicklung 13
und die Leiter ig und 2o zum Netz zurückfließt. Nimmt der Umschalter 9 seine zweite
Stellung ein, so ist die Wicklung 5 über die Kontakte 7 und 21 mit dem Zeitschalter
22 verbunden, der mit der Spannungsregelungsvorrichtung 23. die ebenfalls auf den
Spartransformator 6 wirkt, verbunden ist. Letzterer ist durch die Leitungen 17 und
20 über den zweipoligen Schalter 16 mit dem Netz 15 verbunden.
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Ferner fließt, wenn der Hauptschalter 16 geschlossen ist, ein Strom
durch den Leiter ig, über die Kontakte 2q, und 25 oder über die Kontakte 26 und
27 durch einen Widerstand 28 bzw. durch Widerstände :29 und 30 zu dem einen Ende
der Primärwicklung eines Heizstromwandlers 31. Das andere Ende dieser Wicklung ist
durch den Leiter 32 mit dem Leiter 17 und dadurch mit dem Netz verbunden. An der
Sekundärwicklung des Transformators 31 liegt die Glühkathode 3.
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In der gezeichneten Stellung ist der Widerstand 30 in den Heizstromkreis
eingeschaltet. Er dient zur Regelung des Heizstromes für diel Durchleuchtung, während
die Spannungsregelungsvorrichtung 12 zur Einstellung der Durchleuchtungsspannung
dient. Mittels des Handschalters i i kann der Hochspannungstransformator eingeschaltet
und die Röhre in Betrieb gesetzt -werden.
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Wird durch das Schließen des Schalters 14 der Umschalter g umgelegt,
so werden die Regelungsvorrichtungen 23 und 28 zum Einstellen von Spannung und Strom
für die Aufnahme eingeschaltet. Für die Regelung der Belichtungszeit sowie für das
Ein- und Ausschalten des Anodenstromes bei der Aufnahme dient der Zeitschalter 22.
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Die Drehanode :2 der Röhre wird durch einen dreiphasigen Stator 33
in Drehung versetzt. Zur Speisung dieses Stators dient eine
Transformationseinrichtung
34, die einphasigen Wechselstrom aufnimmt. Sie ist einerseits durch den Leiter 35
mit dem Leiter #o und dadurch mit dem Netz verbunden. Andererseits erfolgt die Stromzufuhr
durch die Leiter 32 und 36 und durch den Widerstand 37. Letzterer ist im gezeichneten
Beispiel regelbar und wird auf einen solchen Wert abgestellt, daß die Anode sich
gerade noch dreht. Geht man zu der Aufnahme über, nachdem der Zeitschalter gegebenenfalls
bereits aufgezogen worden ist, so werden durch das Umlegen des Schalters 9 die Kontakte
38 und 39 miteinander verbunden und so die Impedanz 37 kurzgeschlossen. Die Transforrnationseinrichtung
34 liegt nunmehr a:n der vollen Netzspannung, und der Triebstrom der Anode steigt
bis auf den Wert an, bei dem das Drehmoment imstande ist, der Anode die für die
Herstellung einer Aufnahme erforderliche Geschwindigkeit zu geben. Weil die Anode
nicht von ihrer Ruhestellung aus auf volle Geschwindigkeit gebracht zu werden braucht,
sondern bereits eine Drehung ausführt, erfolgt das Anlassen sehr schnell, und die
Aufnahme kann fast unmittelbar nach dem Umlegen des Schalters 9 durch Einrücken
des Zeitschalters gemacht werden.
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In Abb. :2 erkennt man wieder die Röntgenröhre i, die Drehanode
'z, die Glühkathode 3, den Stator 33, die Transformationseinrichtung 34, die Heizstromregelvorrichtung
30 mit Vorschaltw iderstand 29 für die Durchleuchtung, die Heizstromregelvorrichtung
28 für die Aufnahme und den Heizstromwandler 31.
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Die Beschreibung der Einrichtung findet am besten gleichzeitig mit
der Erläuterung der Wirkungsweise statt.
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Wird der zweipolige Hauptschalter 16 geschlossen, so fließt von dem
Netz 15 aus ein Strom über den Schalter 41. den man sich zunächst geschlossen
zu denken hat, durch die Primärwicklung 42 des Hochspannungstransformators. Die
Primärwicklung eines Heiztransformators 43 ist ebenfalls mit dem Netz verbunden.
Letzterer dient zur Speisung der Glühkathode 44 einer Gleichrichterröhre 45, deren
Anode 46 ebenso wie die Glühkathode 47 einer zweiten Gleichrichterröhre 48 mit dem
einen Ende der Sekundärwicklung 49 des Hochspannungstransformators verbunden ist.
Die Glühkathode 47 wird von einem Teil der Wicklung 49 aus mit Heizstrom versehen.
Die Anode 5o der Gleichrichterröhre 48 ist über einen Kondensator 51, die
Glühkathode 44 der Gleichrichterröhre 45 über einen Kondensator 52 mit dem anderen
Ende der Wicklung 49 verbunden. Die Röntgenröhre i liegt über den beiden in Reihe
geschalteten Kondensatoren 51 und 52. Es ist, wie ersichtlich, die bekannte Greinacherschaltung
benutzt.
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In der gezeichneten _ Stellung eines Umschalters 53 ist die Primärwicklung
des Transformators 3i über die Widerstände 29 und -3o, die Schalterkontakte 54 und
55 und den Leiter 56 mit dem Netz verbunden. Andererseits erfolgt die Verbindung
mit dem Netz durch den Leiter 57 und einen elektromagnetisch betätigten Schalter
58. Dieser wird durch eine Magnetspule 59, die von der Sekundärwicklung des Transformators
43 aus erregt wird, geschlossen gehalten. Der Schalter 58 bildet mit der Spule 59
ein verzögertes. Relais. Der Grund dazu findet sich weiter unten. Nimmt der Schalter
53 die gezeichnete Stellung ein und werden die Schalter 16 und 41 geschlossen, so
wird die Röntgenröhre belastet, und zwar mit einem Strom, der für die Durchleuchtung
ausreicht.
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Um während der Durchleuchtung der Anode eine langsame Drehung zu erteilen,
ist eine Impedanz 77 zwischen die Kontakte 74 und 75 geschaltet, über die bei der
Durchleuchtung ein Strom zu der Transformationseinrichtung 34 fließt und die Anode
mit geringer Drehzahl rotieren läßt.
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Wünscht man zur Aufnahme überzugehen, so hat man auf den Knopf 6o
zu drücken. Es fließt dann vom Netz aus ein Strom über den Leiter 62, den Druckschalter
6o, eine Magnetspule 61, den Leiter 63 und über den Schalter 58 zum Netz zurück.
Es bewegt sich unter der Wirkung der Spule 61 der Schalter 53 nach seiner zweiten
Stellung hin, wodurch die Kontakte 64 und 65 miteinander verbunden werden und der
Druckschalter 6o kurzgeschlossen wird, so daß man ihn loslassen kann. Ferner macht
der Umschalter 53 eine Verbindung zwischen den Kontakten 66 und 67. Dadurch wird
ein Stromkreis geschlossen, der von dem Transformator 43 aus über den Leiter 68,
die Kontakte 66 und 67, den Leiter 69, eine Magnetspule 7o zurück zum Transformator
43 läuft. Die Magnetspule 7o dien,. zur Betätigung eines Hochspannungsschalters
71. Ehe die Kontakte 66 und 67 miteinander in Verbindung kommen, ist die Verbindung
der Kontakte 54 und 55 unterbrochen worden. Der Umschalter 53 soll so langsam arbeiten,
daß in der zwischen dieser Unterbrechung und der Verbindung der Kontakte 66 und
67 liegenden Zeit die Glühkathode 3 unter ihre Emissionstemperatur abgekühlt ist,
so daß die Ausschaltung des Schalters 71 nicht zur Bildung eines Hochspannungslichtbogens
Anläß gibt.
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Nach der Unterbrechung des Anodenkreises der Röntgenröhre werden die
Kontakte 72 und 73 miteinander verbunden. Der Regelungswiderstand 28 tritt dadurch
an die
Stelle des Widerstandes 30, und die Kathode 3 fängt wieder
zu glühen an. Der Glühstrom kann nun durch den Regelwiderstand 28 auf einen Wert
gebracht werden, der für die Herstellung einer'Aufnahme erforderlich ist.
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Inzwischen sind auch die Kontakte 74 und 75 miteinander verbunden
worden. Diese Verbindung schließt die Impedanz 77 kurz und führt der Transformationseinrichtung
34 einen stärkeren Strom zu, der über den Schalter 58 und die Leiter 63, 76 und
62 fließt. Die Anode 2 wird dadurch in schnellere Drehung versetzt.
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Die Röntgenröhre nimmt, da ihr Anodenkreis unterbrochen ist, keinen
Strom - mehr auf, und die Kondensatoren werden bis zu annähernd der Maximalspannung
der Hochspannungswicklung 49 aufgeladen. Ist der Augenblick da, in dem man die Aufnahme
machen- will, schaltet man den Schalter 41 aus. Der Hochspannungstransformator und
der Transformator 43 werden dadurch stromlos. Die Heizströme der Glülzathoden 44
und 47 werden sofort unterbrochen. Auch die Magnetspule 70 wird stromlos,
so daß sich der Schalter 71 schließt. Die Glühkathode 3 -wird noch gespeist, denn
der Strom des Transformators 31 fließt nicht über den Schalter 41, sondern über
den Schalter 58, und dieser,schaltet nicht unmittelbar aus,- da er, wie gesagt;
ein verzögertes Relais bilet. Die Kondensatoren 51 und 52 können sich also über
die Röntgenröhre i entladen, so daß erst .nach oder während der Entladung der Glühstrom
der Röntgenröhre durch den Schalter 58 unterbrochen wird. Dadurch wird aber zugleich
der Strom der Magnetspule 6i und auch der Speisestrom der Transformationseinrichtung
34 ausgeschaltet. Der Schalter 53' nimmt dann wieder die Durchleuchtungsstellung
ein. Die ganze Einrichtung ist somit stromlos, wonach mittels des Schalters 4.1
die Durchleuchtung wieder angefangen werden kann.
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In Abb. 3 ist die dreiphasige Statorwicklung 33 der drehbaren Anöde
2 an den Transformator 34 nicht direkt, sondern über cinen rotierenden Frequenzwandler
78 angeschlossen. Dieser wird von einem Kollektor-' mot-or 79 angetrieben. An dem
Umschalter 9 befindet sich ein Kommutator 8o, wodurch der Motor 79 -in zwei Richtungen
laufen kann. Liegt der Schalter 9 in der Stellung für die Durchleuchtung, so läuft"
der Motor 79 . in dem Umlaufsinn, bei welchem der Frequenzwandler 78 die Frequenz
des Wechselstromes erniedrigt. Wird der Schalter 14 geschlossen, so daß der Schalter
9 in der - Aufnahmestellung umgelegt -wird, so wird der Erregeranschluß des Motors
79 vertauscht, und- der Motor fängt an, in anderem Umlaufssinn zu laufen. Seine
Frequenz. wird dann zu der Frequenz des Wechsel-: stromes addiert.
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Mit dem Schalter 9 ist ferner ein Zweiwegschalter 81 verbunden. Dieser
verbindet in der gezeichneten Stellung den einen Pol des Motors 79 über einen Widerstand
82 mit dem einen Leiter des N etzes 15. Der andere Pol des Motors wird durch
den Kommutator 8o mit dem anderen Leiter des Netzes verbunden. Mit dem Widerstand
82 kann die Drehzahl des Motors 79 und dadurch die Drehzahl der Anode 2 variiert
werden. Je kleiner der eingeschaltete Teil des Widerstandes ist, um so schneller
läuft der Motor 79 und um so langsamer dreht sich die Anode. Die für die Durchleuchtung
gewünschte Drehzahl kann beispielsweise ein für- allemal fest eingestellt werden.
Im Betriebe braucht man dann den Widerstand 82 nicht mehr zu berühren.
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Legt man durch Schließen des Schalters 14 den Schalter 9 um, so wird
anstatt des Widerstandes. 8:2 ein Widerstand 83 in den Stromkreis des Motors
79 eingeschaltet, während die Drehrichtung umgekehrt wird. Der Regelgriff des Widerstandes
83 ist mit jenem des Regelwiderstandes 28 verbunden. Erhöht man mittels des letztgenannten
Widerstandes den Röhrenstrom, so vermindert man gleichzeitig den eingeschalteten
Teil des Widerstandes 83. Die Drehzahl des Motors 79 und dadurch die Drehzahl der
Anode :2 werden dann erhöht. Die Drehgeschwindigkeit der Anode ist somit jederzeit
der Belastung der Röhre angepaßt. Wird der Regelgriff ganz zurückgeschoben, so wird
der Stromkreis des Motors 79 unterbrochen und läuft die Anode mit der der Netzfrequenz
entsprechenden Geschwindigkeit.
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Die übrigen Bezugszeichen der Abb. 3 entsprechen denen der Abb. r
und sind bereits oben erklärt.