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Milliamperesekundenrelais, insbesondere für Röntgenaufnahmen Das Gelingen
einer Röntgenaufnahme ist von drei Faktoren abhängig, die am Röntgenapparat richtig
eingestellt werden müssen, kämlich von der Röhrenspannung, dem öhrenstrom und der
Belichtungszeit. Bisher war es üblich, Röhrenstrom und Belichtungszeit an getrennten
Einrichtungen zu wählen. Vorteilhafter ist es jedoch, da für die Entstehung des
photographischen Bildes nur das Produkt aus beiden Faktoren maßgebend ist, eine
Einrichtung zu benutzen, mittels deren man die Milliamperesekundenzahl direkt einstellen
kann. Diese Einrichtung schaltet, nachdem das gewünschte Millianiperesekundenprodukt
aus Röhrenstrom und Belichtungszeit erreicht ist, die Röntgeneinrichtung automatisch
ab.
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Es sind bereits derartige Milliamperesekundenrelais bekanntgeworden.
Das eine bekannte Relais hat den Nachteil, daß ein mit der Röntgenröhre in Serie
liegender Kondensator benutzt wird, der sich während einerRöntgenaufnahme auflädt,
so daß dessen Aufladespannung von der Röhrenspannung in Abzug gebracht «erden muß.
Ein weiterer Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, claß der Kondensator sich
auf Hochspannungspotential befindet. Ein anderes nach Art eines Zählers ausgebildetes
'Milliamperesekundenrelais hat den Nachteil, daß verhältnismäßig große Klassen in
Bewegung gesetzt werden müssen, so daß die Genauigkeit darunter leidet und andererseits
das Schalten kürzester Belichtungszeiten unmöglich wird. Außerdem ist bei dieser
Einrichtung der Effektivstrom für den Ablauf des Relais maßgebend, während die Schwä
rzung eines Röntgenbildes proportional dem zeitlichen Mittelwert des Röhrenstromes
ist.
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Die Erfindung betrifft ein Milliamperesekundenrelais, insbesondere
für Röntgenanlagen, welches die oben geschilderten Nachteile vermeidet. Es besteht
aus einer in einem konstanten Magnetfeld mit entsprechender Dämpfung beweglichen
Spule, die von dem im Milliamperesekundenprodukt enthaltenen Strom, insbesondere
dem Röntgenröhrenstrom, durchflossen wird. Erfindungsgemäß ist die Spule auf einen
Hohlkörper (z. B. einen Isolierzylinder) geringer Masse aufgewickelt, der auf dem
vorzugsweise zylinderförmigen Anker eines Dauermagneten verschiebbar ist und auf
ihm entsprechend der gewünschten Milliamperesekundenzahl unter Einwirkung einer
Bremsvorrichtung verschiedene Wegstrecken zurücklegt, an deren Ende ein Kontakt
geschlossen oder geöffnet wird. Handelt es sich um die Verwendung eines solchen
Relais in Röntgenanlagen, so kann durch das Schließen oder öffnen des Kontaktes
am eingestellten Ende der Wegstrecke die Abschaltung des Röntgenapparates bewirkt
werden. Der Anker ist dabei zweckmäßig an dem einen Schenkel eines Hufeisenniagneten
befestigt und ragt in eine kreisförmige öffnung eines anderen Schenkels hinein.
In derjenigen Stellung, in der die Spule ganz in das Feld des Magneten hineingezogen
ist, werden zweckmäßig ein oder mehrere Kontakte, z. B. ein im Stromkreis der Röntgenröhre
unmittelbar liegender Kontakt, geöffnet und dadurch die Abschaltung
der
Anlage bewirkt. Bei der Inbetriebsetzung der Relaiseinrichtung wird die Spule je
nach der Größe der einzustellenden Milliamperesekundenzahl mehr oder weniger -,weit
aus dem Pol des Dauermagneten heraus=." gezogen. Sobald die Spule vom Strön .' durchflossen
wird, wird die Spule in das' Magnetfeld hineingezogen, wobei der von ihr zurückzulegende
Weg proportional der Milliamperesekundenzahl ist. Bei geeigneter Ausbildung des
Magnetfeldes und der Bremsvorrichtung ist die Geschwindigkeit der Spule proportional
dem Strom, der sie durchfließt, so daß z. B. bei der Erhöhung des Stromes auf das
Doppelte das Zurücklegen eines eingestellten Weges in der halben Zeit erfolgt. Es
bleibt demnach das Milliamperesekundenprodukt bei gleicher Einstellung des zurückzulegenden
Weges immer das gleiche und ist demnach unabhängig davon, wie die Faktoren Strom
und Zeit sich verteilen. Für die Einstellung eines anderen Meßbereiches wird die
durch die Bremsvorrichtung bewirkte Verzögerung geändert. Die Bremsvorrichtung besteht
beispielsweise aus einem Zylinder, in dem ein mit der Spule verbundener Kolben bewegt
wird. Durch eine Düse wird die verzögernde Wirkung der Bremsvorrichtung hervorgerufen.
Beim Einstellen anderer Meßbereiche für das Milliamperesekundenprodukt ist es daher
lediglich notwendig, die Größe dieser Düsen zu verändern. Zur Beseitigung der Reibungswiderstände
kann eine zusätzliche Hilfswicklung auf dein Hohlkörper angeordnet sein, die auch
gleichzeitig zum Aufziehen der Relaiseinrichtung benutzt werden kann.
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Es ist zwar schon ein Milliamperesekundenmesser für längere Einschaltdauer,
z. B. für die Leistungsmessung bei Röntgenaufnahmen, bekanntgeworden, bei dem das
Meßwerk nach Art eines Strommessers, z. B. eines Drehspulgerätes, ausgebildet ist,
jedoch ein sehr geringes Gewicht und Trägheitsinoment und eine derart anormal große
aperiodische Dämpfung des beweglichen Meßteiles aufweist, daß letzteres zum mindesten
bei den in Frage kommenden Zeiten und Strömen seine Endlage nicht erreicht. Bei
diesem bekannten Milliamperesekundenmesser wirken auf den beweglichen Teil derart
geringe Richtkräfte ein, daß er in der einmal eingenommenen Lage für eine zur Erreichung
des angestrebten Erfolges hinreichende Dauer verbleibt. Bei dieser bekannten Einrichtung
handelt es sich im Gegensatz zur Erfindung überhaupt nicht um ein Relais, sondern
lediglich um ein Meßgerät. Insbesondere bestehen zwischen der Erfindung und diesem
bekannten Meßgerät insofern grundlegende Unterschiede, als bei der bekannten Einrichtung
eine Richtkraft vorhanden sein muß, bei dem Relais gemäß der Erfindung dagegen nicht.
Ferner besitzt das bekannte Meßgerät
| -eipe anormal grobe aperiodische LJämptung, |
| eirend bei der Erfindung, da bei ihr eine |
| Tatkraft überhaupt nicht vorhanden ist, |
| i l# |
" auch nicht von einer aperiodischen Dämpfung gesprochen werden kann. Es ergibt
sich daraus, daß dieser bekannte Milliamperesekundenmesser überhaupt nicht als Milliamperesekundenrelais
verwendbar ist. Auch ist noch ein Xlilliamperesekundenrelais bekanntgeworden, bei
dem das bewegliche System, das von dem Meßstrom in Bewegung gesetzt wird und dessen
Drehung als Maß dient, ein derart großes Trägheitsmoment und eine so geringe Dämpfung
besitzt, daß es sich bis zum Eintritt der Relaiswirkung im Anlaufzustand befindet.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Relais gemäß der Erfindung der Anlaufzustand nach
kürzester Zeit bereits überwunden, so daß die Geschwindigkeit des beweglichen Systems
dem Röhrenstrom entspricht. Während bei dem bekannten Relais die Geschwindigkeit
des Systems als Maß für die gesuchte Größe dient, ist bei der Erfindung der zurückzulegende
Weg des beweglichen Systems der Milliamperesekundenzahl äquivalent. Hierdurch wird
der Vorteil erreicht, daß die Einstellung der Milliamperesekundenzahl nach deren
Erreichen der Röntgenapparat abgeschaltet werden soll, durch Verstellung des vorn
beweglichen System zurückzulegenden Weges erfolgt. Auf diese `''eise ergibt sich
eine wesentlich einfachere und bessere Konstruktion des Relais als bei der bekannten
Einrichtung.
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In den Abbildungen ist ein Ausführungsbeispiel und eine Schaltung
für die Relaiseinrichtung gemäß der Erfindung dargestellt. Die Abb. i zeigt schematisch
die Konstruktion des Milliamperesekundenrelais. Mit i i ist ein Hufeisenmagnet bezeichnet,
dessen Anker 12 zylinderförmig ausgebildet und an dein einen Schenkel 13 des Magneten
i i befestigt ist. Der Schenkel 1,4 besitzt eine kreisförmige Üffnung 15, durch
welche der Anker 12 hindurchragt. Zwischen dem Anker 12 und der C;ffnung im Schenkel
1q. befindet sich ein Luftspalt. Auf den Anker ia ist ein Spulenkörper geringer
Masse 16 aufgeschoben, auf welchem sich eine Hauptwicklung und eine Hilfswicklung
befinden. Die Enden der Hauptwicklung sind in der Abb. i mit 17
und 18, die
Enden der Hilfswicklung mit i9 und 18 bezeichnet. Der Spulenkörper 16 ist auf dem
Anker 12 verschiebbar angeordnet und trägt eine I\-ase 20, welche in der gezeichneten
Stellung, in der der Spulenkörper mit den beiden Spulen fast ganz in das Feld
des
Magneten i i hineingezogen ist, dicht vor einem Kontaktpaar -21 steht. Wird der
Spulenkörper ganz hineingezogen, so wird der Kontakt 21 geöffnet. Mit dem Spulenkörper
ist über eine Welle 22 ein Kolben 23 gekuppelt, welcher in einem Zylinder 21. gleiten
kann. Der Kolben 23 mit dem Zylinder 24 dient als Bremsvorrichtung, welche die durch
den die Hauptspule durchfließenden Strom hervorgerufene Bewegung des Spulenkörpers
in das Feld des Magneten i i hinein verzögert. In dem Zylinder 21. kann Luft oder
eine Flüssigkeit vorgesehen sein. Bei Benutzung von Luft genügt es, eine Düse 25
am Zylinder 2.I vorzusehen, durch deren Ouerschnittsveränderung es möglich ist,
den bleßbereich der Relaiseinrichtung zu verändern. Benutzt man eine Flüssigkeit,
so werden die zu beiden Seiten des Kolbens 23 befindlichen Flüssigkeitsräume durch
eine Rohrleitung miteinander verbunden, deren Querschnitt ebenfalls zur Veränderung
des Meßbereiches veränderlich gemacht werden kann. An dein Relais ist ferner ein
verstellbarer- Anschlag 26 angeordnet, durch den der vorn Spulenkörper bei Einschaltung
der Hauptspule zurückzulegende Weg und damit c'ie Milliampereselcundenzahl beliebig
einstellbar ist. Da bereits geringe Verstellunllen des Anschlages 2ü eine wesentliche
Änderuliy der Milliamperesekundenzahl zur Folge lialt,n, empfiehlt es sich, entweder
die Anzeige oler die Verstellung des Anschlages 2'i ül>.-r eilte Cbersetzung vornehmen
zu lassen. Die Hilfsspule mit ihren Anschlüssen 18, i9 divrit dazu, entweder, wenn
sie in dem gleichen Sinne wie die Hauptspule erregt wird, die Reibungsverluste zu
kompensieren, v.-:ilii-end sie in denn Falle, claß sie umgekehrt wie die Hauptspule,
und zwar mit einem größeren Strom erregt wird, zum Aufziehen bis zum iisclilag 26
benutzt wird. An das Kontaktpaar 2i wird derjenige Stromkreis angeschlossen, der
nach -Erreichen der jeweils eingestellten Milliamperesekundenzahl unterbrochen werden
soll. Selbstverständlich kann malt an diese Kontakte auch ein Relais anschließen,
welches seinerseits erst den betreffenden Stromkreis schaltet.
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fit der Abb. 2 ist eine Schaltung für die Relaiseinrichtung gemäß
der Erfindung bei der Anwendung für eine Röntgenanlage dargestellt. DieRöntgenröhre27
wird von einem Hochspannungstransformator 28 und einem I-Ieiztransforinator 29 gespeist.
Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 28 ist über einen Stufenschalter
3o und die Kontakte 31, 32 eines Hauptschützes 33 an das Wechselstromnetz 3.1. angeschlossen.
Die Primärwicklung des Heiztransformators 29 ist über einen veränderlichen Widerstand
35 und einen Ausschalter 36 ebenfalls an das Netz 34 angeschlossen. Das parallel
zu einem Teil °der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 28 liegende Meßinstrument
37 ist ein Voltmeter. Die beiden Spulen der Relaiseinrichtung sind mit 38 und 39
bezeichnet. Die Hauptspule 38 wird von einem Röntgenröhrensystem durchflossen, sobald
der Hochspannungstransformator unter Spannung gesetzt wird. Statt die Spule 38 in
die Mitte der Sekundärwicklung des Transformators 28 zu schalten, kann man sie auch,
insb°sondere bei Apparaten mit Ventilgleichrichtern, über Hilfsgleichrichter, gegeb--nenfalls
unter Zwischenschaltung von Stronnwandlern, anschließen, ähnlich wie man dies bereits
bei geerdeten Milliamperemetern zur Messung des Röhrenstromes bereits tut. In dem
Stromkreis der Spule 38 liegt noch der eine Kontakt eines Umschalters .4o, auf den
weiter unten noch eingegangen wird. Die Hilfsspule 39 ist einerseits mit der Hauptspule
38 an Erde angeschlossen, andererseits über einen Kontakt .I1 eines Umschaltrelais
1.2 und einen Ausschalter 43 an den positiven Pol einer Hilfsbatterie 44 angeschlossen,
die durch einen Transformator und Hilfsgleichrichter ersetzt werden kann. Die Batterie
.LI ist an einer Stelle geerdet bzw. mit dem Verbindungspunkt 18 der Hilfsspule
39 verbunden. Im erregten Zustand des Relais 1.2 wird die Klemme io der Hilfsspule
39 von dem positiven Pol der Batterie 44 abgeschaltet und statt dessen an den negativen
Pol der Batterie 4-4 gelegt, so daß nunmehr ein Strom von geringerer Größe in umgekehrter
Richtung die Spule 39 durchfließt.
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Die Wirkungsweise der Einrichtung bei einer Röntgenaufnahme ist folgende:
Bei der Inbetriebsetzung der Anlage wird zuerst der Schaltet-13 geschlossen. Dadurch
wird die Hilfsspule 39 üb--r den Kontakt.@i erregt, und zwar so, daß sie die Relaiseinrichtung
aufzieht, wie schon oben beschrieben. Soll eine Aufnahrie gemacht werden, so wird
der Röntgenkreishauptschalter45 geschlossen und dadurch das Relais a2 erregt. Dieses
schaltet die Spule39 in der schon beschriebenen Weise um, so daß diese nunmehr lediglich
zur Kompensation der Reibungswiderstände dient. Gleichzeitig wird b°i der Erregung
des Relais 1.2 über das Kontaktpaar 21 der Stromkreis eines Hilfsschützes .4.6 geschlossen,
welches an seinem Kontakt den Stromkreis des Hauptschützes 33 schließt, so daß nunmehr
die Primärwicklung des Hochspannungstransformators über die Kontakte 31 und 32 an
das Netz 31 angeschlossen und mit der an dem Stufenschalter 30 vorher eingestellten
Spannung und mit dem vorher eingestellten Heizstrom c:ie Röntgenröhre in Betrieb
gesetzt
wird. In demselben Augenblick, wenn der Röhrenstrom fließt,
wird die Hauptspule 38 der Relaiseinrichtung von ihm durchflossen, so daß das Relais
nunmehr zum Ablauf kommt. Sobald die Relaiseinrichtung den der eingestellten Milliamperesekundenzahl
entsprechenden Weg zurückgelegt hat, wird das Kontaktpaar 21 durch die in der Abb.
i dargestellte Nase 2o geöffnet, so daß das Hilfsschütz 46 abfällt und das Hauptschütz
33 stromlos und damit die Röntgenröhre abgeschaltet wird, so daß die Dauer der Aufnahme
genau der eingestellten Milliamperesekundenzahl entspricht. Da der Röntgenkreisschalter45
jetzt noch geschlossen ist, ist auch das Relais 42 noch erregt, so daß die Relaiseinrichtung
durch die Hilfsspule 39 noch so erregt bleibt, daß das Kontaktpaar 21 offen gehalten
wird. Erst wenn der Schalter 45 geöffnet wird, fällt das Relais 42 ab und legt die
Hilfsspule 39 mit ihrer Klemme i9 wieder an den positiven Pol der Batterie 44, so
daß die Spule 39 im Sinne der Aufzugsrichtung vom Strom durchflossen wird und damit
die Relaiseinrichtung in die Bereitschaftsstellung zurückgeführt wird. Die dadurch
bewirkte Schließung des Kontaktpaares 21 hat jetzt keine Wirkung mehr, weil der
Hauptschalter 45 vorher geöffnet «-orden ist.
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Der die Hilfsspule durchfließende Strom, der im gleichen Sinne wie
der die Hauptspule 38 durchfließende Strom für die Relaiseinrichtung wirkt, wird
nur so gering bemessen, daß er wohl die Reibungsverluste kompensieren kann, aber
nicht in der Lage ist, die Spule in Bewegung zu setzen. Der die Hilfsspule 39 im
entgegengesetzten Sinne durchfließende Strom jedoch ist so groß, daß die Relaiseinrichtung
durch ihn aufgezogen werden kann. Jeder Aufzug ist gleichzeitig eine Prüfung für
die Betriebsfähigkeit des Relais. Erfolgt z. B. infolge einer Klemmung der Aufzug
nicht, so daß auch dann der Ablauf in Frage gestellt wäre, so bleibt das Kontaktpaar
2i geöffnet, und die Anlage kann nicht eingeschaltet werden. Ein weiterer Vorteil
der dargestellten Schaltung der Relaiseinrichtung besteht darin, daß bei Wegbleiben
der Hilfsspannung 44. infolge irgendeines Fehlers oder bei Vergessen der Einschaltung
des Schalters 43 die Röntgenröhre nicht in Betrieb gesetzt werden kann.
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In der Abb. 2 ist auch noch eine Schaltung dargestellt, welche es
ermöglicht, entweder die bei der Aufnahme benutzte Milliamperesekundenzahl oder
die Dauer der Aufnahme zu messen: Hierzu dient ein ballistisches Miniamperemeter
48, welches durch den Umschalter 4o entweder in Reihe mit der Hauptspule 38 zwischen
die beiden Sekundärhälften des Transformators 28 oder in einen Hilfsstromkreis eingeschaltet
werden kann, der von einer Spannungsquelle 49 gespeist wird und einen konstanten
Strom liefert. In diesem Stromkreis liegt ein von dem Hauptschütz 33 gesteuerter
Kontakt 5o. Man kann das Meßinstrument mit zwei Skalen versehen, wovon die eine
Skala die Milliamperesekundenzahl und die andere Skala die Sekundenzahl anzeigt.
Wenn man mit Hilfe dieses Meßinstrumentes die Einschaltdauer bei Röntgenaufnahmen
eingestellt hat, läßt sich durch eine einfache Rechnung die die Röntgenröhre durchfließende
Milliamperezahl aus der eingestellten Milliamperesekundenzahl ermitteln. Besonders
einfach wird die Anwendung der neuen Relaiseinrichtung dann, wenn man sie in Verbindung
mit einem voranzeigenden Milliamperemeter betreibt.
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Es empfiehlt sich, unter Umständen die gesamte Relaiseinrichtung einschließlich
Spule, Bremsvorrichtung und Kontakten unter öl zu setzen, um ein Eindringen von
irgendwelchen störenden Staubteilen o. dgl. zu verhindern und um die Reibung konstant
zu halten.
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Wenn man den Spulenkörper der Relaiseinrichtung noch mit einer weiteren
Hilfsspule versieht und diese Hilfsspule mit einer der Röntgenröhrenspannung proportionalen
Gleichspannung speist, so arbeitet die Einrichtung dann als Kilowattsekundenrelais.
Zur Speisung dieser Hilfsspule kann die am Voltmeter liegende Spannung unter Zwischenschaltung
einer Gleichrichteranordnung benutzt werden. Besser ist es, wenn man die Spule,
welche mit der der köntgenröhrenspannung proportionalen Gleichspannung gespeist
wird, nicht auf dem Spulenkörper, sondern auf dem Magneten i i selbst anordnet und
das magnetische Feld des Magneten durch diesen Gleichstrom erzeugt oder verstärkt.
Um eine der Röhrenspannung wirklich proportionale Gleichspannung zu erhalten, ist
es dabei zweckmäßig, von der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators eine
Teilspannung unmittelbar abzugreifen und diese in der üblichen Weise gleichzurichten.
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Es empfiehlt sich, an dem Schenkel 14 des ,Magneten i i, wie in der
Abb. i angedeutet ist, einen Polschuh in Form eines Hohlzvlinders anzubringen, der
den Spulenkörper mit den Wicklungen umschließt. Dadurch wird der magnetische Widerstand
der Relaiseinrichtung geringer, und der Spulenkörper bewegt sich auf einem größeren
Wege innerhalb eines homogenen magnetischen Feldes.
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Für ein proportionales Arbeiten der Relaiseinrichtung ist es empfehlenswert,
die Anordnung so zu treffen, daß sich bei den verschiedenen
Stellungen
des Spulenkörpers immer die gleiche Anzahl Windungen im homogenen Magnetfeld befindet.