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Röntgeneinrichtung mit einer zeitverzögerten Abschaltvorrichtung Bei
Röntgenaufnahmen ist die elektrische Leistung, die der 'Röhre aufgedrückt werden
kann, abhängig von der Einschaltdauer, d. h. von der Belichtungszeit. Man kann diese
Abhängigkeit der Belastbarkeit von der Einschaltdauer in Kurvenform aufzeichnen
und diese Kurven als Belastungskennlinien der Röntgenröhren bezeichnen. Die Abb.
i zeigt solche Belastungskennlinien für zwei Röntgenröhren mit verschieden großen
Brennflecken, und zwar für eine sog. 6-kW-Röhre und eine i o-kW-Röhre. Beide Röhren
haben eine feststehende Anode. Für Drehanodenröhrenergeben sich Kurven ähnlichen
Verlaufs. Aus der Abb. i geht hervor, daß eine i o-kW-Röhre beispielsweise 15 kW
verträgt, wenn sie nach o, i Sekunden Einschaltdauer wieder abgeschaltet wird. Bei
einer Einschaltdauer von z Sekunden dagegen darf man sie nur mit 7 kMV belasten,.
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Zwischen der :einer Röntgenröhre von der Sekundärseite eines Röntgentransformators
zugeführten elektrischen Leistung N und dem von dem Primärkreis aufgenommenen Strom
J besteht bekanntlich folgende Beziehung: N = J . E # ii . .cos (p, wobei
E die den Primärkreis speisende Netzspannung, 21 den Wirkungsgrad des Transformators
und cos cp. die primäre Phasenverschiebung bedeutet. Ist E, die Netzspannung, konstant,
was man üblicherweise unterstellen kann, so ist N proportional J, da das Produkt
71 # cos 99 mit gro-Lier Annäherung als konstant angesehen werden kann. Bei
der Beziehung N proportiong J ist noch zu berücksichtigen, daß zum primären Strom
J auch noch der Leerlaufstrom des Transformators vektoriell zu addieren ist.
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Nach diesen Überlegungen läßt sich aus der Belastungskennlinie einer
Röntgenröhre eine zweite Kurve ableiten, die angibt, wie hoch bei den verschiedenen
Einschaltzeiten die primäre Stromaufnahme des Röntgentransformators ist, sofern
die Röhre hinsichtlich ihrer Belastbarkeit voll, d.h. mit ioo% ausgenutzt wird.
Derartig abgeleitete Kurven für eine 6-kW-Röhre und eine io-kW-R.öhre sind in Abb.
z dargestellt, wobei ,an.-genommen ist, daß die Netzspannung 38o Volt beträgt und
die Röhren an einem Drehstro@mapp.arat in Graetzscher Schaltung betrieben werden.
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Die Erfindung geht von dieser Erkenntnis aus und besteht darin, daß
bei einer Röntgeneinrichtung mit einer zeitverzögerten Abschaltvorricbtung, deren
Verzögerung nach Maßgabe der Belastungskennlinie entsprechend der Röhrenspannung
und der Röhrenstromstärke veränderlich ist, die AbschaltvoTri.chtung an deiner solchen
Stelle ixn Primärkreis
des die Röntgenröhre speisenden Hochspannungstransformators
angeordnet ist, daß sie von der Gesamtstromstärke, die sowohl von der Größe des
Röntgenröhrenstromes wie auch von der Stellung des Röhrenspannungsreglers abhängig
ist, beeinflußt -wird. Die Auslösekennlinie der Abschaltvorrichtung soll also einer
der abgeleiteten Stromzeitkurven gemäß Abb.2 entsprechen.
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Es ist zwar schon bekanntgeworden, den Maximalausschalter einer Röntgenanlage
dadurch zwangsläufig verschiedenen Betriebsbedingungen, nämlich Photographie einerseits,
Durchleuchtung und Therapie andererseits, anzupassen, daß man seine Empfindlichkeit
in zwangsläufiger Abhängigkeit vom Spannungsregler verstellt in dem Sinne, daß mit
steigender Spannung der Maximalschalter empfindlicher wird und umgekehrt. Abgesehen
davon, daß diese bekannte Einrichtung einem anderen Zweck als die Erfindung dient,
fehlt ihrer Abschaltvorrichtung die die Erfindung kennzeichnende Zeitverzögerung.
Weiterhin ist es bereits bekanntgeworden, eine Röntgenröhre vor Überlastung durch
eine Sicherheitsvorrichtung zu schützen, die gemäß dem Röhrenbelastungsnomogramm
arbeitet und beim Einstellen irgendeiner die Grenzleistung der Röhre überschreitenden
Belastung in Tätigkeit tritt. Bei dieser Sicherheitseinrichtung ist die Abschaltvorrichtung
nicht allein vom Primärstrom abhängig, sondern sie wird auch noch von der Zeitschaltuhr,
zweckmäßig außerdem noch von der Transformatorspannung b:e:einflußt. Eine stromabhängige
Zeitverzögerung besitzt diese bekannte Abschaltvorrichtung im Gegensatz zur 'Erfindung
nicht. Die Abschaltvorrichtung gemäß der Erfindung hat somit ihr gegenüber den Vorteil,
daß die Mittel zum Verändern ihrer Einstellung in Abhängigkeit von der Zeitschaltuhr
und auch von der Transformatorspannung in Wegfall kommen.
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Es ist ferner eine Röntgeneinrichtung mit einer zeitverzögerten Abschaltvorrichtung
bekanntgeworden, die sowohl von dem Primärstrom des Röntgentransformators als auch
von der an die Primärwicklung des Röntgentransformators angelegten veränderlichen
Spannung beeinflußt wird. Gegenüber dieser bekannten Röntgeneinrichtung hat die
Erfindung den Vorteil großer Einfachheit, weil eine Beeinflussung der Abschaltvorrichtung
durch die Spannung vermieden ist und trotzdem die durch Regelung der Röhrenspannung
hervorgerufenen Leistungsänderungen von ihr berücksichtigt werden. Erfolgt beispielsweise
die Spannungsregelung der Röntgeneinrichtung ebenso wie bei der erwähnten bekannten
Anordnung mit Hilfe eines vor die Primär-Wicklung des Hochspannungstransformators
geschalteten Stufentransformators, so wird die Abschaltvorrichtung gemäß der Erfindung
in die Zuleitungen vom Netz zum Stufentransformator gelegt und dementsprechend bemessen.
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Allgemein wird durch die Erfindung eine ganze Reihe von Vorteilen
erzielt. Zunächst wird die Röntgenröhre vor jeder Überlastung geschützt, die durch
die verschiedensten Ursachen bedingt sein kann. Hat man z. B. die für eine Röntgenaufnahme
notwendigen kV,
und mAs mit Hilfe der Spannungsregulierung und eines an dem
Röntgenapparat vorgesehenen mAs-Relais richtig eingestellt, aber die für fliese
Kombination von kV,
und mAs gemäß der Belastbarkeit der angeschlossenen Röhre
zulässige mA-Zahl überschritten, so würde das mAs-Relais die Röhre erst nach einer
Einschaltdauer abschalten, die bei der eingestellten kW-Zahl zu lang wäre und damit
eine Überlastung bedeuten würde. Die gemäß der Erfindung vorgesehene Abschaltvorrichtung,
die bei richtig eingestellten Aufnahmebedingungen überhaupt nicht zur Wirkung kommen
muß, übernimmt aber in diesem Falle das selbsttätige Abschalten der Röhre zu einem
Zeitpunkt, in dem gerade die Brennflecktemperatur ihren höchstzulässigen Wert erreicht
hat, da ja die Auslösekennlinie der Abschaltvorrichtung der Belastbarkeitskennlinie
der Röhre angepaßt ist. Würde andererseits bei richtig eingestellten Aufnahmebedingungen
beispielsweise das vorgesehene mAs-Relais oder eine an dessen Stelle vorhandene
Zeitschaltvorrichtung, die normalerweise die Abschaltung bewirken soll, versagen
und infolgedessen eine Überlastung der Röhre möglich sein, so. tritt ebenfalls die
Abschaltvorrichtung gemäß der Erfindung zum rechten Zeitpunkt in Tätigkeit. Auch
sonstige Fehler in der Röntgenapparatur, z. B. Klebenbleiben eines Hauptschützes,
Kurzschluß in einem Glühkathodenventil o. dgl., bringen die Abschaltvorrichtung
zum Ansprechen, ehe die Röntgenröhre der der Apparat Schaden nehmen können. Schließlich
kann die Pibschaltvorrichtung gemäß der Erfindung nicht nur als Sicherheitsvorrichtung,
sondern auch betriebsmäßig zum Abschalten der Röntgenröhre benutzt werden, so daß
die Zeitschalteinrichtung oder das mAs-Relais überhaupt fortfallen können. Dann
sind für eine Röntgenaufnahme nur kV, und mA einzustellen. Je nach der sich daraus
ergebenden kW-Zahl erfolgt das Abschalten nach entsprechender Zeit. Durch geeignete
Wahl der mA-Zahl hat man @es demnach völlig in der Hand, die für das Gelingen der
Aufnahme notwendige mAs-Zahl zu erzielen.
In den Abb. 3 und 4. sind
schaltungsmäßig zwei Ausführungsbeispiele für Röntgenapparate ,gemäß der Erfindung
dargestellt- In Abb. 3 erhält die Röntgenröhre i i ihren Anodenstrom von der aus
zwei Hälften bestehenden Sekundärwicklung 12 eines Hochspannungstransformators,
dessen Primärwicklung 13 mit einer Regelvorrichtung i q. zur Einstellung der jeweils
gewünschten Anodenspannung kV, versehen ist. In der geerdet-en Verbindungsleitung
der beiden Wicklungshälften 12 liegt ein mAs-Relais 15, welches das Hauptschütz
16 des Röntgenapparates in üblicher Weise steuert. Der Heizstrom für die Röntgenröhre
wird von einem Heiztransformator 17 geliefert, in dessen, Primärkreis eine
trägheitslos arbeitende Einrichtung 18 zum Kons.ta.nthal!ten der den Heizstromkreis
speisenden Spannung sowie zwei regelbare in Reihe geschaltete Widerstände i9 und
20 liegen. Der eine von den beiden Widerständen 2o ist mit einer in mA-Anodenstromstärke
geeichten Skala 2 1 versehen, dient zur betriebsmäßigen Einstellung des Heizstromes
der Röntgenröhre i i und besitzt nur so viel Widerstandswert, daß er die Regelung
des Anodenstromes der Röhre i i in :einem gewissen Umfange zuläßt. Der andere regelbare
Widerstand i9 wird lediglich bei der Eichung der Einrichtung fest :eingestellt und
ist so bemessen, daß er den Änderungsbereich der Röhrenstromstärke für beliebig
wählbare Höchstwerte einzustellen gestattet. Auf diese Weise ist es möglich, den
Anodenstrom der Röntgenröhre i i vor ihrer hochspannungsseitigen Einschaltung voreinzustellen
und an der Skala 21 voranzuzeigen. In jeder der beiden vom Netz zur Primärwicklung
13 des Röntgentransformators führenden Zuleitungen liegt nun eine Abschaltvorrichtung
22, die von dem vom Röntgentransformator 12, i 3 aufgenommenen Strom beeinflußt
wird 'und eine stromabhängige Zeitverzögerung besitzt, die derart eingestellt ist,
daß die Auslösekennlinie der Abschaltvortichtung der Belastungskennlinie der Röntgenröhre
i i angepaßt ist. Wie in der Abb.3 schematisch angedeutet ist, besteht hier die
Abschaltvorrichtung 22 aus einem an sich bekannten Schmelzsicherungselement, dessen
thermische Verzögerung entsprechend den obengenannten Bedingungen ausgebildet ist.
Eine solche thermische Verzögerung bei einem Schmelzsicherungselement kann man beispielsweise
durch Schaffung entsprechender Abkühlungsverhältnisse erzielen. Auch ist es möglich,
erforderlichenfalls durchkünstliche Kühlung der Schmelzsicherung die gewünschte
Auslösekennlinie zu gehen. Beispielsweise kann man durch einen kleinen Windflügel
dafür sorgen, daß der vom Strom durchflossene Leiter der Schmelzsicherung, gegebenenfalls
auch in Abhängigkeit von der Zeitschaltuhr, mehr oder weniger stark gekühlt wird.
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An "Stelle eines Schmelzsicherungselementes mit thermischer Verzögerung
kann man auch einen Bimetallstreifen mit thermischer Verzögerung verwenden, der
von dem Primärstrom des Röntgentransformators mittelbar oder unmittelbar beeinflußt
wird und einen Schalter steuert. Auch hier kann man durch entsprechende Gestaltung
des Bi-. metallstreifens bzw. der ihn beeinflussenden, vom Primärstrom des Röntgentransformators
durchflossenen Heizwicklung dafür sorgen, daß die Abkühlungsverhältnisse, erforderlichenfalls
unter Benutzung einer künstlichen Kühlung, derart sind, daß die Auslösekennlinie
.der Belastungskennlinie der Röntgenröhre angepaßt ist. Schließlich: kann man auch
als Abschaltvorrichtung ein elektromagnetisches Stromrelais mit stromabhängiger
Zeitverzögerung verwenden. Solche Stromrelais sind an sich bekannt, müssen aber
den hier vorliegenden Verhältnissen angepaßt werden. Bei allen diesen Arten von
Abschaltvorrichtungen .empfiehlt es sich, Mittel zum Verändern der Zeitverzögerung
zwecks Anpassung an die Belastungskennlinien mehrerer wahlweise an den Röntgenapparat
anschließbarer Röntgenröhren varzusehen. Beispielsweise wird die Abschaltvorrichtung
derart ausgebildet, daß ihre Abkühlungsverhältnisse entsprechend der jeweils an
dem Apparat angeschlossenen Röntgenröhre veränderbar sind. Bei wahlweisem Anschluß
mehrerer Röntgenröhren verschiedener Belastbarkeit kann aber auch für jede Röhre
eine :entsprechend angepaßte Abschaltvorrichtung vorgesehen sein, die gleichzeitig
mit dem Anschluß der zugeordneten Röntgenröhre an dem Apparat, zweckmäßig durch
den Arbeitsplatzwähler, in den Primärkreis des Röntgenapparates eingeschaltet wird.
Der von der Abschaltvorrichtung betätigte Schalter braucht nicht in dem Primärkreis
des Röntgentransformators zu liegen, sondern kann auch in dem die Röntgenröhre selbst
enthaltenden Hochspannungskreis angeordnet sein. Beispielsweise kann er in an sich
bekannter Weise aus einer gittergesteuerten Hochspannungsvakuumentladungsröhre bestehen,
deren Gitter von der im Primärkreis des Röntgentransformators liegenden Abschaltvorrichtung
entsprechend gesteuert wird. Es ist auch möglich, die Abschaltvorrichtung über Stromwandler
an den Primärkreis anzuschließen. Die Primärwicklung des Stromwandlers wird dann
von dem Primärstrom des Röntgentransformators durchflossen, während die Sekundärwicklung
des Stromwandlers die Abschaltvorrichtung speist.
Der von der Abschaltvorrichtung
gesteuerte Schalter kann im Primärkreis oder im Sekundärkreis des Röntgentransformators
liegen. Durch Verändern des Übersetzungsverhältnisses dieses Stromwandlers kann
man dann auf besonders einfache Weise auch verschiedene prozentuale Ausnutzungen
der Belastbarkeit der Röntgenröhre einstellen. Dieses ist insofern von Vorteil,
als man in vielen Fällen zur Schonung der angeschlossenen Röntgenröhren nicht mit
iooo,o, sondern beispielsweise nur mit 800(o Röhrenausnutzung arbeiten will. Der
von der Abschaltvorrichtung gesteuerte Schalter kann auch statt im Primärkreis oder
Sekundärkreis des Röntgentransformators im Heizkreis der Röntgenröhre oder bei Speisung
der Röntgenröhre über Glühkathodenventile im Heizkreis dieser Glühkatho Genventile
angeordnet sein.
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In der Abb. q. ist ein Ausführungsbeispiel für einen mit der Erfindung
ausgerüsteten Drehstromapparat dargestellt. An die in Stern geschalteten Sekundärwicklungen
des Drehstromtransformators 23 wird in üblicher Weise über Ventile die nicht dargestellte
Röntgenröhre angeschlossen. Die Primärwicklungen des Drehstromtransformators 23
sind in bekannter Weise mit einer Spannungsregulierung 24 versehen. Das Hauptschütz
des Röntgenapparates ist mit 25 bezeichnet und enthält in seinem Stromkreis außer
der ihn steuernden Zeitschaltuhr, die auch durch ein mAs-Relaisersetzt werden kann,
einen elektromagnetisch gesteuerten Schalter 27. In jeder der drei Phasen des 'Primärkreises
des Röntgentransformators 23 liegt' eine Abschaltvorrichtung 22. Da anzunehmen ist,
daß nicht alle Abschaltvorrichtungen genau gleichzeitig ansprechen, muß dafür gesorgt
werden, daß beim Ansprechen nur einer Abschaltvorrichtung alle drei Phasen abgeschaltet
werden, um zu verhindern, daß der Apparat einphasig Zweiterlaufen kann. Aus diesem
Grunde ist der elektromagnetisch gesteuerte Schalter 27 über einen Hilfstransformator
28 an die drei Phasen des Primärkreises derart angeschlossen, daß er beim
Auslösen nur einer der drei Abschaltvorrichtungen 22 anspricht und durch das Hauptschütz
25 den ganzen Drehstromapparat abschaltet. Zu diesem Zweck ist der Hilfstransformator
28 primärseitig in Stern geschaltet, während die drei Sekundärwicklungen in Reihe
geschaltet sind. Solange die drei Phasen in Betrieb sind, fließt in dem Sekundärkreis
des Hilfstransformators kein Strom. Erst dann, wenn eine Phase durch ihre Abschaltvorrichtung
unterbrochen ist, wird die Auslösmvicklung des Schalters 27 erregt und dadurch die
Abschaltung sämtlicher Phasen bewirkt.