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Einrichtung zum Betriebe mehrerer Röntgenröhren mit selbsttätiger
Einstellung des Röhrenstromes in Abhängigkeit von der Röhrenspannung und der Belastungszeit
Es ist bekanntlich erwünscht, eine große Röhrenausnutzung bei einer betriebssicheren
und einfachen Schaltung zu ermöglichen. Zu diesem Zweck sind verschiedene Schaltungen
mit, selbständiger Einstellung der Belastung bekanntgeworden, die man einerseits
nach dem Maße, in welchem die Röhre über den gesamten Zeitspannungsbereichaus,gelastet
-wird, und andererseits nach dem Aufwand an Konstruktionselementen, die -für den
Mehrröhrenbetrieb mit verschiedenen Röhrentypen dazu erforderlich sind, beurteilen
muß.
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Für die Belastungseinstellung einer Röntgenröhre sind nach ihrem i\Tomogramm
bekanntlich. die drei Größen: Röhrenspannung E, Röhrenströin i und
Belastungszeit t maßgebend. Bei der praktischen Ausführung solcher Einstellvorrichtungen
wird gewöhnlichder Röhrenstrom i als abhängige Veränderliche gebraucht, d: h. seine
Einstellung zwangsläufig mit der Einstellung von Spannung und Zeit vorgenommen.
Grundsätzlich kann eine solche Schaltung, wie es Abb. i zeigt, auf einfache Weise
verwirklicht werden. Im Primärkreis des Heiztransformators i liegt der einstellbare
Heizwiderstand 2. Mit der Achse des Spannungsreglers 3 ist- der Vorwähler 4 gekoppelt,
der das eine Ende der Primärwicklung nacheinander mit ebenso vielen Hauptwählern
5 verbindet, als Spannungsstufen am Regler 3 vorhanden sind. Die Hauptwähler 5 sind
mit dem Regler 6 für die Belastungszeit t gekoppelt, wobei jeder Hauptwähler
5 mit ebensoviel Abzweigungen des Heizstromwiderstandes 2 eine Verbindung herstellt,
als der Regler 6 Zeitstufen aufweist. Hat der Apparat in Spannungs- und tt Z:eitstufen,
so -weist der Heizstrornwid.-rstand in - tv Stufen auf. Diese werden beim
Einregeln der ganzen Anlage derart eingestellt, daß bei jeder der nt # tt möglichen
Kombinationen von Spannung und Belich,-tungszeit der dazugehörige Stromwert erhalten
wird.
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Nimmt man z. B. an, daß in einem Regelgebiet die Spannung in sechs
Stufen und. die
Belastungszeit in ebenfalls sechs Stufen -e= regelt
wird, s6 müssen, wenn von einem solchen Apparat beispielsweise drei Röhren be# trieben
werden sollen, drei Heizstromwiderstände mit je 36 oder im ganzen io8 Abzweigungen
vorgesehen werden. Ein solches Verfahren ist praktisch nicht tragbar.
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Aus diesem Grunde hat man daher eine Vereinfachung angewendet, wie
sie in schematischer Form durch die Abb. z erläutert wird. In dieser ist die Noniograminfläcsle
7 einer Röntgenröhre in Abhängigkeit von denydrei Größen E, i. und t räumlich dargestellt.
Sie ist durch eine Stufenfläche angenähert, auf deren schraffierten Teilflächen
der Strom konstant ist. Die Spannungsstufen und die Zeitstufen sind hier in je drei
Gruppen 8 bzw. 9 zusammengefaßt. Für jede Spannungsgruppe befindet sich im Apparat
ein Hauptzähler 5, der für jede Zeitgruppe 9 eine bestimmte Abzweigung am Heizwiderstand
a wählt. Es wird daher bei jeder der neun Gruppenkombinationen ein einziger Stromwert
eingestellt. Nur bei der höchsten Spannung und der längsten Zeit einer Gruppenkombination
wird die zulässige Belastung tatsächlich erreicht. Es entspricht jeder Gruppenkombination
also ,wirklich nur ein Punkt der-Noinoggraminlast, während für alle darunterliegenden
Spannungs- und Zeitwerte eine Unterbelastung vorhanden ist.
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Während also bei Mehrröhrenbetrieb ein Einstellverfahren nach Abb.
z einen unerwünschten mechanischen Aufwand erfordert, bedeutet das nach Abb. :2
zwar eine Vereinfachung, damit aller auch eine Verschlechterung der zulässigen Ausnutzung
der Röntgenröhre.
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Gemäß der Erfindung werden die dargelegten Nachteile beseitigt und
wird die Möglichkeit gegeben, die Belastung einer Röntgenröhre immer gemäß dem zuerst
geschilderten Einstellverfahren zu betreiben und trotzdem bei Melirrölirenbetrier
nicht mehr AbzNveigungen zii benötigen als für den Finröhrenbetrieb. Die Erfindung
sieht eine Einrichtung zum Betriebe mehrerer Röntgenröhren mit selbsttätiger Einstellung
des Röhrenstromes in Abhängigkeit von der Röhrenspannung Lind der Belastungszeit
vor und besteht darin, daß die Abgriffe an einem Spannungsteiler, von dein die Heizspannung
mit über dem Röhrenspannungs- und dem Belastungszeitwähler gekuppelte Stufenschalter
abgegriffen wird, entsprechend der relativen Emissionskurve (d. h. der prozentualen
Röhrenstromänderung in Abhängigkeit von - der prozentualen Heizspannüngsänderung@)
gewählt sind und diesem Spannungsteiler eine von der `Wahl der Röntgenröhre abhängige
1,-'irgangsspaiuiung: zageführt wird. In den Abb. 3 bis 6 wird die Erfindung an
Hand von absoluten und relativen Leisiungs-bzw. Röhrenstromkurven dargelegt, und
in den Abb. 7 und 8 werden zwei schematische Ausführungsbeispiele gezeigt.
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Die in einer Röntgenröhre auftretende elektrische Arbeit A in Kilowattsekunden
ist bekanntlich durch die höchstzulässige Röhrenleistung N in Kilowatt und die Zeit
t in Sekunden gegeben: A - N # t.
Die höchstzulässige Röhrenleistung
N ist weiterhin, wie bekannt, aus thermischen Gründen zeitabhängig (NZUI). Diese
Angaben können den bekannten Röhrennoniogrammen (Abb.3) entnommen werden.. Die Kurven
geben für alle Röhren die für eine beliebige Belastungszeit höchstzulässige Röhrenleistung
an. In der Abb. 3 erkennt man zwei verschiedene Kurvenscharen 1i, 1a und 13, 14,
15, die zwei verschiedenen Röhrentypen entsprechen. Nimmt man für jede dieser Kurven
die höchstzulässige Röhrenleistung hei t = i Sek. als ioo °/o an, so erhält man
die Kurven i i a-1511 der Abb. 4., welche die relativen Leistungskurven zeigen.
Man erkennt hieraus die obenerwähnte Gruppeneinteilung der Röhrentypen noch besser.
Man sieht daraus aber weiter, daß sich die relativen Leistungskurven ein und derselben
Röhrentype bis auf kleine Abweichungen decken.
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Die -Sekundenleistung NS"j,. einer Röntgenröhre; d. h. die für die
Zeitdauer einer Sekunde höchstzulässige Röhrenleistung folgt aus Abb. 3. Für eine
bestimmte Röhrenspannung ergibt sich im Falle einer Doppclwegglefchrichtung aus
der bekannten Gleichung
der Röhrenstrom
wobei E die maximale Anodenspannung in liilovolt und i den Röhrenstrom in mA bedeuten.
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Setzt man diesen so ermittelten Röhrenstrom für alle Spannungen für
t - i Sek. gleich ioo°fo und setzt man ferner gemäß den absoluten Emissionskurven
(Abt. S), die für eine bestimmte Röhrentype die Abhängigkeit des Röhrenstromes i
von der Heizspannung eH für So kV (Kurve i6), 7 5 kV (Kurve 17) und 9o kV
(Kurve 18) maximale Anodenspannung zeigen, die für t = i Sek. Betriehsdauer
sich ergebende bestimmte Heizspannung ebenfalls gleich ioo°Eo, und zwar unabhängig
von der Maximalspannung, so ergibt sich eine relax Live Emissionskurve i9 (Abb.
6). Führt man
dies für alle gehr äüchlichen Röhrentypen und Spannungen
durch, so erkennt man, daß sich alle so ermittelten relativen Einissiönskurven praktisch
decken und daß ini Bereiche der üblichen Röhrenstromstärken das Verhältnis
ist. . Dieser Wert, der für alle üblichen Diagnostikröhren gilt,. stellt eine I,onstante
dar, eine Tatsache, die von grundlegender Bedeutung für die erfindungsgemäße Einrichtung
zur selbsttätigen Einstellung der Belastung von Röntgenröhren ist.
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In den Abb. 7 und 8- sind nunmehr zwei Ausführungsbeispiele gemäß
der Erfindung dargestellt. Die Abb. 7 enthält eine Transforniator wicklüng 2o, der
eine stabilisierte Wechselspannung zugeführt wird. Diese Wicklung enthält drei in
geringen Grenzen veränderliche Anzapfungen 21 bis _3, die für mehrere Röhren verschiedener
Belastbarkeit vorgesehen sind. Im vorliegender. Falle sind drei Anzapfungen für
einen Dreiröhrenbetrieb vorhanden. Zwischen den Punkten 2:f und 23 können somit
wahlweise drei verschiedene konstante Spannungen erzeugt werden, wobei die Spannung
des Punktes 21 größer als die des Punktes 22 und diese wiederum größer als die des
Punktes -93 ist. Der Schalter 26 wird also mit dem Röhrenwähler mechanisch
oder elektrisch.gekuppelt sein.
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Die an den Punkten 24 und 25 liegende Spannung bildet nun die Eingangsspannung
für das Schaltelement 27 in Form eines Auto= transformators, von dem an der-- Punkten
28 und 29 die Sekundärspannung abgenommen wird. Während die-Punkte 21 und 29 mit
festen Abgriffen des Schaltelementes 27 verbunden sind, sind die Punkte 25 und 28
an die Festkontakte von zwei Stufenschaltern 30 und 3i gelegt. Aus der Anordnung
der einzelnen Anzapfungen ersieht man, d@aß durch die Einstellung des Schalters
31 bestimmte Teilsparinungswerte entweder zu der von der jeweiligen Stellung des
Schalters 3ö bedingten Spannung hinzugefügt oder von dieser abgezogen werden können.
Der Schalter 3.o ist mit dem Röhrenspannungswähler und der Schalterßr mit dem Belastungszeitwähler
mechanisch oder elektrisch gekuppelt. Zwischen den Punkten 28 und 29 liegt die Primärwicklung
des eigentlichen hochspannungsisolierten Transformators 32 für die Röntgenröhre
33. Vor dein Einschalten des Apparates wird also-zunächst der Schalter 26 je nach
der verwendeten Röhre eingestellt. Es bleibt jetzt nur noch die Einstellung der
Schalter 30 und 31 übrig. Wenn von vornherein die Anzapfungen an dem Transformator
27 entsprechend der relativen Emissionskurve i9 in Abb. 6 argebracht worden sind,
so stimmen dann die Schalterstellungen 3o und 3 r, unabhängig davon, welche Stellung
der Schalter 26 hat, in gleicher Weise auch für andere Röhrenfypen. Das bedeutet
aber, daß die Schalter 3o und 31 für jede durch den Schalter 2,6
wählbare
Röhrentype unverändert immer die malimal zulässige- Leistung zum Einstellen gewährleisten.
Bei einem Vergleich dieser Feststellung mit der Abb. 4. wird dies ohne weiteres
deutlich, dä sich, wie schon ausgeführt, .die relativen Leistungskurven einer LZührentype
nahezu decken. Zur richtigen Einstellung sind die Anzäpfungen 2-1 bis 23 am Transformator
2o in geringen, Grenzen veränderlich.
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Wie aus dieser Abbildung lrervorgeht, decken sich die relativen Leistungskurven
der einzelnen Röhrentypen aber nicht vollkommen. Wenn es daher notwendig erscheint,
auch diese Abweichung je nach Stellung des Schalters 26 zu berücksichtigen, so kann
dies dadurch geschehen, daß, wie es die Abb. 8 zeigt, in der-Zuführungsleitung zwischen
dein Punkt 28 und dem Heiztransformator 32 zusätzlich die Primärwicklung eines Transformators
34. angeordnet wird, dessen Sekundärseite einerseits mit dem Festkontakt des Schalters
31 und andererseits mit einem Purilct des Autotransforinators 27 verbunden ist,
der innerhalb des durch den Schalter 31 umfaßten Wicklungsbereiches liegt. Dies
ermöglicht eine Drehung der relativen Leistungskurvenum irgendeinen beliebigen Punkt
in Abb. 4 je nach Wahl des Anschlusses des Punktes 3 5 an dem Autotransformator
27. Wird der Punkt 24 mit dem Punkt 35 verbunden, an dem auch die Zuführung vorn
Transformator zo liegt, so ist Punkt io in Abb. 4. der,Drehhunkt. Es ist klar, daß
die Wirkung des Transformators 34. mit Hilfe eines mit dem \Vähler gekuppelten Schalters
unterbrochen Lind der für die Abb. 7 bestehende Zustand wieder erreicht werden kann.
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Im praktischen Betrieb -werden die Röntgenröhren gewöhnlich nur. zwei
verschiedenen Gruppen angehören, so da.ß die Ausführung des Apparates so erfolgt,
daß bei der -irren Gruppe unter Benutzung des Zwischentransformator s 34. gearbeitet
wird, während bei der anderen Gruppe von Röhren dieser, wie dargestellt, ausgeschaltet
wird.