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Röntgeneinrichtung mit Speisung der Röntgenröhre durch einen zuvor
auf die gewünschte Betriebsspannung durch einen im Verhältnis zum Röhrenstrom schwachen
Strom aufgeladenen Kondensator Wenn das Bedürfnis nach einem starken, kurz dauernden
elektrischen Strom vorliegt, kann man als Energiequelle einen Kondensator verwenden,
der mit einer verhältnismäßig geringen Stromstärke aufgeladen wird. Der Entladestrom
kann viel größer sein als der größte Strom, den die Ladestromquelle liefern kann.
Die Aufladung des Kondensators dauert dann sehr lange im Verhältnis zur Entladung.
Diese Art der Energiezuführung findet in Röntgenanlagen Verwendung, auf die allein
die Erfindung sich bezieht. Die für die Aufladung des Kondensators mit Hilfe eines
Hochspannungstransformators und einer Gleichrichtereinrichtung benötigte Zeit kann
dabei mehr als das Hundertfache der Entladezeit des die Röntgenröhre speisenden
Kondensators betragen, und die Rufladung des Kondensators belastet das Wechselstromnetz
nur ganz wenig, während die Aufnahmeenergie doch sehr erheblich ist.
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Wird der Kondensator aufgeladen, so nimmt bei steigender Spannung
am Kondensator die Stärke des Ladestromes allmählich ab, konstante Impedanz im Ladestromkreis
vorausgesetzt. Die größte Anfangsstromstärke, mit der die Ladung des Kondensators
eingeleitet werden kann, ist somit maßgebend für die Geschwindigkeit der Aufladung.
Eine Verkürzung der Ladezeit erforderte bisher eine leistungsfähigere elektrische
Anlage.
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Die Erfindung besteht darin, daß bei einer Röntgeneinrichtung die
Leerlaufspannung des den Kondensator über eine Gleichrichtervorrichtung aufladenden
Transformators die Betriebsspannung der Röntgenröhre stark überschreitet (um wenigstens
30"1,) und daß beim Erreichen dieser Spannung im Ladestromkreis des Kondensators
Mittel zur Wirkung kommen, durch welche ein weiterer Spannungsanstieg am Kondensator
selbsttätig verhindert wird. Es können zu diesem Zwecke die Klemmenspannung der
Stromquelle herabsetzende Mittel vorgesehen werden, oder es können Mittel verwendet
werden, welche den Ladestromkreis des Kondensators unterbrechen. Falls der Ladestrom
von einem Transformator geliefert wird, erfolgt diese Unterbrechung zweckmäßig primärseitig.
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Als eines der erstgenannten Mittel kann eine Entladungsstrecke (Funkenstrecke
oder Gasentladungsröhre) dienen, die bei der Betriebsspannung durchschlagen wird
und deren
Stromaufnahme die Klemmenspannung der Stromquelle auf
der Betriebsspannung festhält oder sie unter diese herabsetzt. Diese: Entladungsstrecke
kann bei einer . mit Wechselstrom gespeisten Einrichtung erit@:' weder vor oder
hinter der Gleichrichtervnr-; richteng angeschlossen werden. Es empfiehlt sich aber,
sowohl zwischen dieser Entladungsstrecke und der Wechselstromquelle als auch zwischen
ihr und dem Kondensator je ein Ventil anzuordnen, um einerseits zu verhindern, daß
der Kondensator an die Entladungsstrecke Energie rückliefcrt, und um andererseits
Energieaufnahme während der nicht wirksamen Halbperioden des Wechselstromes zu verhindern.
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Als Mittel zur Unterbrechung des Ladestromkreises kann ein spannungsempfindliches
Relais benutzt werden, welches an einen Teil der Sekundärwicklung eines den Ladestrom
liefernden Transformators angeschlossen wird und bei einer der Betriebsspannung
entsprechenden Spannung den Primärstrom des Transformators ausschaltet. Das Relais
kann, wenn die Sekundärspannung des Transformators dafür nicht zu hoch ist, auch
zwischen den Enden der Sekundärwicklung angeschlossen werden; bei Hochspannung wird
aber zweckmäßig eine Abzweigung gemacht. Es ist klar, daß dieses Mittel nur für
den Fall in Betracht kommt, daß der Spannungsabfall hauptsächlich im Transformator
oder im Primärkreis stattfindet. Enthält der Hochspannungskreis eine besondere zur
Aufnahme des Spannungsunterschiedes zwischen Wechselstromquelle und Kondensator
dienende Impedanz, so kann an diese ein Relais angeschlossen werden, das beim Sinken
der Spannung unter einen bestimmten Wert den Strom ausschaltet.
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Das Relais darf nur auf die in den wirksamen Halbperioden auftretende
Spannung, nicht aber auf die umgekehrt gerichteten Halbperioden ansprechen. Dies
wird auf einfache Wise mit Hilfe eines gasgefüllten Entladungsrelais (Entladungsröhre
mit Steuerelektrode) erreicht, zwischen dessen Steuerelektrode und Kathode die für
die Steuerung verwendete Spannung derart angelegt wird, daß sie mit einer zwischen
Anode und Kathode des Entladungsrelais angelegten Wechselspannung gleichphasig ist.
Das Entladungsrelais muß, wenn es an die Transformatorwicklung angeschlossen wird,
durchschlagen werden, wenn die Kondensatorspannung auf den Wert der Betriebsspannung
gestiegen ist. Zweckmäßig wird vom Anodenstrom des Entladungsreläis ein Schalter
bewegt, der unmittelbar oder unter Zwischenschaltung einer weiteren Relaisvorrichtung
den Primärstrom des für die Aufladung dienenden Transformators und auch den Anodenstrom
des Entladungsrelais ausschaltet.
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y -.An Hand der zwei Ausführungsbeispiele 'darstellenden Zeichnung
wird die Erfindung näher erläutert.
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Fig. i enthält Spannungskurven, die zur Erläuterung des Prinzips dienen.
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Fig. z ist das Schaltbild einer Einrichtung, bei welcher die Spannung
der Wechselstromquelle nach Erreichen der Betriebsspannung durch eine Hilfsbelastung
in Form einer Entladungsstrecke herabgesetzt wird.
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Fig.3 ist ein Beispiel einer Einrichtung mit einem den Ladestromkreis
unterbrechenden Relaisschalter.
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In Fig. i stellt die Exponentialkurve I den zeitlichen Verlauf der
Spannung V an einem Kondensator dar, der mit Hilfe einer Stromquelle, die eine Spannung
El liefert, bis auf diese Spannung aufgeladen wird. Die Steilheit der Tangente an
diese Kurve ist ein Maß für die Ladestromstärke. Im Ursprung ist sie am größten
(Linie 11); allmählich wird sie geringer, bis sie nach einer Zeit t1 praktisch
gleich Null ist. Die Betriebsspannung El ist dann erreicht.
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Entsprechend der Biegung der Kurve dauert die Aufladung ziemlich lange,
jedenfalls viel länger, als sie bei Aufladung mit gleichbleibender Stromstärke dauern
würde. Man kann zwar die Aufladezeit z. B. bis auf t2 verkürzen, aber dann muß die
Anfangsstromstärke vergrößert werden auf den Wert, dem die Linie 12 entspricht.
Die Spannung steigt dann gemäß der Exponentialkurve Il. Man ist aber in der Regel
an eine höchstzulässige Stromstärke gebunden. Wenn man mit der Anfangsstromstärke
nicht höher gehen kann als bis auf den der Geraden li entsprechenden Wert, so kann
die Aufladezeit mit den zur Verfügung stehenden Mitteln nicht verkürzt werden, es
sei denn, man würde die Impedanz im Ladestromkreis während der Aufladung vermindern.
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Erfindungsgemäß wird nun zum Aufladen des Kondensators auf die Spannung
El nicht eine Stromquelle mit der Spannung El verwendet, sondern eine solche, die
eine merklich höhere Leerlaufspannung, z. B. die Spannung E2, hat. Die Anfangsstromstärke
wird nicht höher getrieben als im ersten Fall; die Gerade 1i sei also auch die Berührungslinie
im Ursprung der Kurve III, gemäß der jetzt die Spannung am Kondensator ansteigt.
Diese Kurve nähert sich der Geraden V=E, nicht asymptotisch, sondern schneidet sie
unter einem Winkel, der nur wenig von der Kurvenneigung im Ursprung verschieden
ist, und in einem Punkt, welcher der Zeit t2 entspricht. Auf diese Weise läßt sich
also, ohne
daß die Anfangsstromstärke vergrößert wird, die Ladezeit
bequem herabsetzen. Die Kurven sind für kontinuierliche Gleichspannung gedacht.
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Die Erfindung ist besonders von Bedeutung für den Fall, daß der Ladestrom
von einem kleinen Transformator geliefert wird, der selbst den Spannungsunterschied
zwischen Beginn und Ende der Kondensatorladung aufnimmt. Zur Ausführung der Erfindung
braucht man dann einen Transformator, der zwar eine viel höhere Sekundärspannung,
dagegen aber einen größeren Spannungsabfall (Streuung) hat. Die Anfangsleistung,
welche das Netz zu liefern hat, kann somit unverändert bleiben. Die Leerlaufspannung
der Stromquelle muß, um eine wesentliche Verkürzung der Aufladezeit zu erhalten,
die Betriebsspannung um wenigstens 3o °1o überschreiten.
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Das Schaltschema der Fig.2 zeigt einen Transformator mit einer Primärwicklung
i und einer Sekundärwicklung 2. Der Transformator wird von einem Wechselstromnetz
3 aus über einen Schalter q. gespeist. Wird dieser Schalter geschlossen, so fließt
von der Sekundärwicklung 2 über die Gleichrichterröhren 5 und 6 ein gleichgerichteter
Strom, der den Kondensator 7 auflädt. Der Entladekreis des Kondensators ist nicht
angegeben. Die Sekundärwicklung 2 und die Ventilröhre 5 werden gemeinsam von einer
Entladungsstrecke 8 überbrückt. Handelt es sich um eine Hochspannungsanlage, z.
B. zum Betriebe von Röntgenröhren, so kann diese Entladungsstrecke eine Funkenbrücke
sein. Sie kann auch aus einer gasgefüllten Entladungsröhre bestehen. Die Durchbruchsspannung
dieser Entladungsstrecke muß der Betriebsspannung des Kondensators gleich sein.
Im Augenblick, wo diese Spannung erreicht wird, zündet die Entladungsstrecke 8 und
muß nun so viel Strom aufnehmen, daß die sekundäre Klemmenspannung des Transformators
nicht weiter steigen kann, obgleich die Leerlaufspannung viel höher ist. Infolge
der Zündung der Entladungsstrecke 8 darf die Klemmenspannung des Transformators
auch unter die Betriebsspannung sinken, denn das Ventil 6 verhindert die Energierücklieferung
vom Kondensator aus. Natürlich darf die Stromaufnahme der Entladungsstrecke nicht
so groß sein, daß die Leistungsgrenze überschritten wird. Die Ventilröhre 5 verhindert
die Zündung der Entladungsstrecke 8 unter dem Einfluß der in den nicht wirksamen
Halbperioden auftretenden vollen Leerlaufspannung (E. in Fig. i).
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In Fig. 3 ist 9 eine gasgefüllte Entladungsröhre mit einer Glühkathode
io, einer Anode ii und einer Hilfselektrode 12 (Entladungsrelais). Die Sekundärwicklung
2 hat eine Abzweigung 13, die über einen Schutzwiderstand 1q. mit der Hilfselektrode
(dem Steuergitter) 12 verbunden ist. Ein Transformator mit einer Primärwicklung
15 und einer Sekundärwicklung 16 dient als Stromquelle für den Anodenkreis der Röhre
9 und liefert auch den Glühstrom für die Kathode dieser Röhre. Im Anodenstromkreis
liegt die Betätigungsspule 17 eines Schalters 18. In der gezeichneten Stellung
schließt dieser Schalter die in Reihe mit den parallel geschalteten Transformatorwicklungen
i und 15 liegenden Kontakte i9 und 2o, so daß die beiden Transformatoren unter Spannung
stehen. Die Abzweigung 13 ist an einen solchen Punkt der Sekundärwicklung 2 angeschlossen,
daß in dem Augenblick, wo die Spannung am Kondensator bis auf den Wert der Betriebsspannung
gestiegen ist, das Steuergitter 12 das Potential hat, bei dem die Röhre 9 durchschlagen
wird. Der Strom in der Wicklung 16 kann dann fließen, und die Spule 17 legt
den Schalter 18 um, so daß die beiden Transformatoren stromlos werden. Der Kondensator
7, der nun die gewünschte Betriebsspannung hat, wird nicht weiter aufgeladen und
kann die in ihm aufgespeicherte Energie z. B. an eine Röntgenröhre 2i abgeben. Die
Mittel zum Einschalten des Entladungsstromes sind nicht angegeben. In bekannten
Einrichtungen geschieht dies durch Rufheizung der Glühkathode der Röntgenröhre oder
mit Hilfe eines Hochspannungsschalters im Anodenkreis der Röntgenröhre. Will man
den Kondensator nach seiner Entladung wieder aufladen, so hat man dazu den Schalter
18 mit der Hand wieder in die gezeichnete Stellung zu bringen.
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Selbstverständlich können weitere Relaisanordnungen verwendet werden,
wenn dies erwünscht sein sollte. So kann das Ausschalten des Schalters 17 mit einer
Einschaltvorrichtung für den Entladestrom des Kondensators zwangsläufig verknüpft
sein, und der Schalter 18 kann für die Wiedereinschaltung ferngesteuert sein. Hauptsache
ist, daß die Röhre 9 in dem richtigen Moment leitend wird und demzufolge die Ausschaltung
des Ladestromes stattfindet. Um die Spannung, bei der die Ausschaltung stattfindet,
etwas variieren zu können, wird die Abzweigung 13
verstellbar gemacht, d.
h. es «-erden zweckmäßig mehrere Abzweigungen vorgesehen, zwischen denen man die
Wahl hat.
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Die Erfindung ist besonders von Bedeutung für Röntgenanlagen zur Herstellung
von gezielten Aufnahmen, da es bei solchen Aufnahmen erwünscht ist, die Verzögerung
zwischen dem Einschalten des Ladestromes und dem Einschalten des Entladestroines
möglichst
gering zu halten, wenn sie auch immer noch um sehr viele
Male größer als die Belichtungszeit sein darf. Auch für kinematographische und andere
Serienaufnahmen mit mehreren Kondensatoren ist die Erfindung wichtig, da sie eine
geringere Anzahl von Kondensatoren nötig bzw. eine größere Anzahl von Bildern pro
Sekunde möglich macht.