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Einrichtung zum Schutz von Röntgenröhren gegen überlastung Bekanntlich
ist der Belastungsgrad einer Röntgenröhre durch die drei veränderlichen Größen,
Röhrenspannung e (17.V), Röhrenstrom i (mA) und Belastungszeit
t (sec) eindeutig gekennzeichnet. Die für eine bestimmte Röntgenröhre zulässigen
Grenzbelastungen kann man als Kurvenschar in einem Koordinatensystem darstellen,
wobei zwei der drei veränderlichen Größen als Koordinaten benutzt werden, während
die dritte Größe als Parameter der Kurvenschar dient. Beispielsweise lassen sich
die für eine Röntgenröhre zulässigen Grenzbelastungen durch eine Kurvenschar t =
const., d. h. deren einzelne Kurven durch verschiedene konstante Werte für t gegeben
sind, in einem Koordinatensystem mit den Koordinaten e (kV) und i (mA) darstellen.
In entsprechender Weise kann man die Grenzbelastungen auch durch eine Kurvenschar
e = const. in einem Koordinatensystem mit den Koordinaten i (mA) und
t (sec) wiedergeben. Ein solches Diagramm ist in der Fig. i für verschiedene
Werte der Röhrenspannung e dar-; gestellt. Zweckmäßig trägt man die Größen i und
t in logarithmischem Maßstab in das Koordinatensystem ein, da in diesem Falle die
Kurvene = const. nahezu linear verlaufen.
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Bei den bekannten Einrichtungen zum Schutz von Röntgenröhren gegen
Überlastung sind im allgemeinen die Regelvorrichtungen für die Betriebsgrößen, Röhrenspannung
e, Röhrenstrom i und Belastungszeit t
(oder für die zusammengesetzten
Größen Leistung und Milliamperesekundenprodukt) so miteinander gekuppelt, daß die
Röhre dauernd mit der maximal zulässigen Bels.stung betrieben wird. Dies hat den
Nachteil, daß die Röhre auch in denjenigen Fällen, in denen die volle Ausnutzung
ihrer maximalen Belastungsfähigkeit nicht erforderlich ist, bis zur Leistungsgrenze
beansprucht ist, wodurch ihre Lebensdauer stark herabgesetzt wird. Bei einer anderen
bekannten Einrichtung sind die Regelvorrichtungen für die Betriebsgrößen nicht miteinander,
sondern mit dem einstellbaren tYberstromschalter derart gekuppelt, daß der Überstromschalter
bei t''berschreitung der für die Röntgenröhre zugelassenen Belastungsgrenze auslöst.
Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß beispielsweise
eine
Röntgenaufnahme bei falscher Einstellung der Regelvorrichtungen durch vorzeitiges
Auslösen des Überstromschalters, der die Röntgenröhre vor Überlastung schützt, mißlingen
kann.
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Weiterhin ist eine Einrichtung vorgeschlagen worden, bei der die Röntgenröhre
da-, durch vor Überlastung geschützt wird, da13-der Röntgenapparat mit einer Leistungsnieß-oder
-anzeigen orrichtung ausgestattet ist, welche die der Entladungsröhre nach dein
Einschalten aufgedrückte Leistung bereits vor dem Einschalten der Röntgenröhre anzeigt.
Auch sind bei dieser Einrichtung Vorkehrungen getroffen, daß Alarmsignale eingeschaltet
werden oder das Einschalten der Röntgenröhre gesperrt ist, wenn die voreingestellte
Leistung den jeweils zulässigen Höchstwert überschreitet, Dabei wird grundsätzlich
die der Röntgenröhre zugeführte Leistung oder eine der Leistung proportionale Größe
als alleiniger Maßstab für die Belastung der Röntgenröhre benutzt. Demgegenüber
beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß die der Röntgenröhre zugeführte Leistung
keineswegs der einzige Maßstab für die Beurteilung der Belastung der Röntgenröhre
ist. In den weitaus meisten Fällen ist sogar der Benutzer eines Röntgenapparates
an der Kenntnis der der Röntgenröhre zugeführten Leistung nicht interessiert. Vielmehr
interessiert in erster Linie die Kenntnis der Röhrenspannung (Qualität der Röntgenstrahlen)
und des Milliamperesekundenprodul;tes (Quantität der Röntgenstrahlen) sowie der
Röhrenstromstärke und der Belastungszeit.
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Gemäß der Erfindung wird ein wesentlicher Fortschritt dadurch erzielt,
daß bei einer Einrichtung zum Schutz von Röntgeni öhren gegen Überlastung, bei der
die drei Größen Röhrenspannung, Röhrenstromstärke und Belastungszeit, durch welche
die Belastung der Röhre bestinfinit ist, unmittelbar oder mittelbar, etwa über eine
Regelvorrichtung für das Milliamperesekundenprodukt, getrennt eingestellt werden,
eine Vorrichtung vorgesehen wird, die . die Einstellung zweier dieser drei bzw.
aus ihnen zusammengesetzter Größen (mit :Ausnahme der Leistung), die nach Einstellung
der dritten Größe noch frei einstellbar sind, auerhalb eines durch die Wahl der
dritten Größe bestimmten, eine Überlastung der Röhre ausschließenden Bereiches unmittelbar
erkennbar oder unmöglich macht. Besonders vorteilhaft ist es, eine Anzeigevorrichtung
vorzusehen, die erkennbar macht, wieweit der jeweils eingestellte Belastungswert
der Röhr; von der Belastungsgrenze entfernt ist.
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Eine besonders zwechtnäßige Ausführungsform des Erfindungsgedankens
bestellt beispielsweise darin, daß ein Belastungsaiagraitistt, wie es in der Fig.
z dargestellt ist. auf dem Schalttisch der Röntgeneinrichtung angebracht wird, und
zwei Zeiger so Tiber dein Diagramm angeordnet werden, daß jeder auf -,-der zugehörigen
Diagrammachse die ent-' .rechende Größe anzeigt. Es ist vorteilhaft, . ;iese Zeiger
so mit den Regelvorrichtungen Ar die betreffenden Größen zu kuppeln, daß die Zeiger
auf den zugehörigen Diagramtnskalen die mittels der Regelvorrichtungen eingestellten
Werte anzeigen. Man kann aber auch die Einrichtung so treuen, daß jeder der Zeiger
durch eine Meßnorrichtung für die betreffende Größe (Belastungszeit t und Röhrenstromstärke
i bztj:. Heizstronistä rke) betätigt wird.
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Um eine Überlastung der Röhre zsi verhindern, murr dafür gesorgt werden,
daß der Schnittpunkt der beiden Zeiger unterhalb der Kurve e = E bleibt, wenn die
Röltrettspannung E an der Regelvorrichtung für die Röhrenspannung c eingestellt
ist. Man kann dies in einfacher Meise dadurch erreichen, daß man die Zeiger mechanisch
oder optisch derart ausbildet, daß ihr Schnittpunkt auf dem Diagramm sichtbar ist.
Eiire andere praktische Lösung besteht darin, daß, wie es in der Fig. 2 dargestellt
ist: der Schnittpunkt der beiden Zeiger, die mit clen Pegelvorrichtungen t für den
Röhrenstrom i. und 2 für die Belastungszeit t verbunden sind, als besonderer Zeiger
3 ausgebildet ist.
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Im allgemeinen wird inan, um die Röntgenröhre zu schonen, die Röhre
unterhalb ihrer Grenzbelastung betreiben itncl nur in Ausnahmefällen bis an die
auf dem Diagranini sichtbare Belastungsgrenze herangehest. Will nian verhindern,
daß die Belastungsgrenze auch nicht versehentlich überschritten wird, so empfiehlt
es sich, über dem Diagramm einen Abdeckschieber d. Wig. 2) anzuordnen, der mit der
l#--instellnorriclitiiiig .5 für die Röhrenspannung e derart gekuppelt ist, dai3
durch ihn jeweils derjenige Bereich des Diagramms oberhalb der Kurve e = E abgedeckt
ist, innerhalb dessen die Röhre bei dem eingestellten Spannungswert überlastet ist.
Der Abdeckschieber .l mu(; selbstverständlich eine derartige Form haben. daß seine
Vorderkante der Kurvenform e -- const. entspricht. Bildet man die Vorderkante dieses
--1,bdeckschiebers so aus, daß sie als Anschlag für den als Stift ausgebildeten
Schnittpunkt der beiden Zeiger bzw. für den Zeiger 3 dient, >@> kann man bei einer
eingestellter. Röhrenspannung e den Röhrenstrom :send die Belastung# zeit t innerhalb
desjenigen Diagrainnil>ereiches, in dem die Röhre nicht überlastet ist, beliebig
wählen. In das Überlastungsgebiet selbst kann inan nicht hiniinrc@ulirren, weil
die
Anschlagkurve verhindert, daß der Zeigerschnittpunkt in denjenigen Diagrammbereich
gebracht werden kann, in dem für die eingestellte Spannung die Röhre überlastet
wäre.
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In der praktischen Ausführung ist es besonders vorteilhaft, das Diagramm
von unten zu beleuchten. Durch den w-16deckschieber wird in diesem Fall erreicht,
daß nur derjenge Teil des Diagramms beleuchtet ist, innerhalb dessen man die Betriebsgrößen
frei wählen kann.
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Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß man den Zeiger für die
Belastungszeit t und den Zeiger für den Röhrenstrom i so auf eine beispielsweise
rechenschieberartige Vorrichtung wirken. läßt, daß an einer Skala 6 (Fig. 2) das
jeweils eingestellte Milliamperesekundenprodukt ablesbar ist. Dies ist für die bequeme
Wahl der Betriebsgrößen von Wichtigkeit, denn die fürdieRöntgenaufnahmemaßgebenden
Größen sind die Röhrenspannung e und die durch die Röhre hindurchgegangene Elektrizitätsmenge
i X t (Milliampereselcundenprodukt mAs). Man hat somit die Mög-
lichkeit,
bei jeder Einstellung der für die Röntgenaufnalime gewählten Betriebsgrößen die
zu erwartende mAs-Zahl an der Skala 6 ablesen zu können.
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Die Regelvorrichtung i für den Röhrenstrom i kann man auch, wie die
Fig. 3 zeigt, so ausbilden, daß sie zugleich zur Einstellung der Belastungszeit
t dient. Zu diesem Zweck wird der Handgriff der Regelvorrichtung i finit einer Rolle
7 verbunden, die um ihre Achse drehbar ist und bei dieser Drehung die Belastungszeit
t regelt. Durch Drehen der Rolle 7 -#,v ird zugleich der Zeiger 2, der die eingestellte
Belastungszeit anzeigt, längs der t-Achse verschoben. Die R.ol1C 7 ist über einen
Seilzug ä mit einer Anzeigevorrichtung 9 für das Milliamperesekundenprodukt verbunden.
Die Vorrichtung 9 besteht aus einer Rolle mit Zeiger, die sich sowohl bei Längsverschiebung
der Regelvorrichtung i mit Rolle 7 als auch bei Drehung der Rolle 7 dreht und soinit
durch logarithmische Addition der Werte der Röhrenstromstärke i und der Belastungszeit
t das eingestellte Milliamperesekündenprodukt anzeigt. Diese Vorrichtung hat den
Vorteil, daß die Regelung des Röhrenstromes und der Belastungszeit mit einer Hand
durch Längsv erschieben bzw. Drehen der Rolle 7 betätigt werden kann.
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Grundsätzlich kann man von jedem beliebigen Belastungsdiagramm oder
-nomogramrn ausgehen. Praktisch ist es jedoch vorteilhaft, das _Diagramm mit den
Achsen i und t und der Spannung e als Parameter zu wählen, da man normalerweise
bei der Einstellung der Betriebsgrößen so vorgeht, daß man zuerst die für die Röntgenaufnahme
erforderliche Spannung festlegt und dann erst anschließend das Milliamperesekundenprodukt
wählt. Auch ist die Wahl dieser Diagrammart deshalb vorzuziehen, weil die Kurven
e = const. in diesem Diagramm praktisch für alle Röntgenröhrentypen mit gleichem
Anodenaufbau die ,gleiche Form haben, "so daß man, wenn man jeweils den Maßstab
der i -Achse entsprechend wählt, für alle Typen den gleichen Abdeckschieber und
den gleichen Antriebsmechanismus für den Abdeckschieber benutzen kann.
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Wenn man von einer Röhrentype auf eine andere übergeht, ist lediglich
das Diagramm und die i- bzw. mAs-Skala auszuwechseln und eine Umschaltung der Röhrenstromregelung
vorzunehmen. Die Regelung des Röhrenstromes erfolgt im allgemeinen durch Änderung
der Heizstromstärke der Röntgenröhrenglühkathode. Die Vorrichtung zur Umschaltung
der Röhrenstromregelung ist vorteilhafterweise mit der Auswechselvorrichtung für
die i- bzw. mAs-Skala gekuppelt.
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Da die Emission der Röntgenrölirenglühkathode keine lineare, sondern
eine Exponentialfunktion der Heizstromstärke ist, kann es in manchen Fällen vorteilhaft
sein, die Röhrenstromstärke durch Steuerung der Vorspannung eines in der Röntgenröhre'
eingebauten Steuergitters zu regeln. Der Röhrenstrom ist dann nahezu eine lineare
Funktion der Gittervorspannüng.
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Wesentliche Vorteile lassen sich noch dadurch erzielen, daß man den
Heizstrom der Röntgenröhre nicht unmittelbar regelt, sondern mittelbar über eine
an sich bekannte, im Sekundärstromkreis der Röhre eingebaute Vorrichtung zur Regelung
und Konstanthaltung des Röhrenstromes (sog. Stabilizer) steuert. Bei dieser bekannten
Vorrichtung wird durch einen selbsttätigen Schalter mit einem einstellbaren schwingenden
Kontakt zeitweilig ein Widerstand im Heizstromkreis der Röhrenkathode kurzgeschlossen
und der schwingende Kontakt durch den Röhrenstrom derart gesteuert, daß die Dauer
des Kurzschließens dem durch die Röhre fließenden Strom umgekehrt proportional ist.
Bei Verswendung einer solchen Vorrichtung braucht bei Anschluß einer anderen köntgenröhrentype
lediglich das Diagramm ausgewechselt zu werden; eine Umschaltung der Röhrenstromregelung
und eine Auswechselung der i- bzw. mAs-Skala ist nicht mehr erforderlich.