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Verfahren und Vorrichtung zur Regelung der Temperatur der Anode einer
Röntgenröhre Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Bestimmung der jeweiligen Temperatur der Anode einer Röhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
und zur Außerbetriebsetzuiig der Anlage I>ei Überschreitung der zulässigen Temperatur.
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Die thermische Belastung einer Anode steigert sich proportional der
aufgenommenen Leistung und der Zeit und vermindert sich entsprechend der Wärmestrahlung
der Anode. Die Erfindung beruht auf der Beobachtung, daß die Veränderungen der thermischen
Belastung den Veränderungen der elektrischen Ladung einer Kapazität entsprechen,
ebenso wie man aus der thermischen Belastung und der Masse der Anode deren Temperatur
ermitteln kann und die Spannung eines Kondensators sich aus seiner elektrischen
Ladung und seiner Kapazität ergibt. Das Prinzip der Erfindung besteht in der Anwendung
dieser Analogie, indem man die Temperatur der Anode aus der Spannung einer Kapazität
bestimmt, die ihrerseits von einer der Speisespannung der Röntgenröhre proportionalen
Spannung gespeist wird und mit einem Entladungsstromkreis verbunden ist, der so
geregelt wird, daß die Entladungszeit der Abkühlungszeit der Anode gleich ist.
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Zur selbsttätigen Steuerung der Stillsetzung der Anlage, wenn die
Spannung der Kapazität den höchstzulässigen Wert erreicht, kann man diese Spannung
benutzen, um das Gitter einer Triode zu steuern, die zur Speisung eines einen Ruhekontakt
steuernden Relais dient in der Weise, daß die
Ladung des Kondensators
die öffnung des Relais und seines Kontaktes bewirkt, wodurch die Anlage stillgesetzt
wird.
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Die Veränderung der Anodenstromstärke der vorerwähnten Triode kann
noch zur Bestimmung des noch verfügbaren Belastungsspielraumes benutzt werden, wobei
die Stromstärke dieses Anodenstromkreises beispielsweise durch ein Miniamperemeter
gemessen werden kann. Sie kann jedoch ,auch, wenn keine absolut genaue Messung erforderlich
ist, zur Beeinflussung eines Kathodenstrahlanzeigegerätes mit vorzugsweise zwei
Empfindlichkeitsbereichen verwendet werden, wobei dieses Anzeigegerät ohne weiteres
einen zwischen dem ungeladenen Zustand und der Höchstleistung der Kapazität liegenden
Zwischenwert anzeigt, aus dem sich ergibt, daß der verfügbare Spielraum für die
thermische Belastung, die man der Anode zumuten kann, bereits stark vermindert ist.
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Im nachstehenden soll eine Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher beschrieben werden,. Die Zeichnung stellt ein Schaltschema
eines Kontrollgerätes dar, das eine selbsttätige Stillsetzung der Röntgenröhre bewirkt,
sobald die Anode derselben ihre thermische Höchstbelastung erreicht, und das außerdem
mit einem magischen Auge mit doppeltem Empfindlichkeitsbereich ausgerüstet ist,
um jeweils den noch zur Verfügung stehenden Belastungsspielraum genauer ermitteln
zu können.
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Die Sekundärwicklung eines Transformators, welche die an den Klemmen
der Röntgenröhre wirksame Spannung abgibt, besteht aus zwei Wicklungen i und 2,
wobei die erste die Spannung für die Radioskopie gibt und beide zusammen die Spannung
für die Radiographie liefern. Das Schütz 3, das die Radioskopie oder die Radiographie
bestimmt, betätigt zwei bewegliche Kontakte 4 und 5, wobei der erste ein Ruhekontakt
und der zweite ein Arbeitskontakt ist. Beim Stromloswerden des Schützes 3 schließt
sich der Kontakt 4, wodurch die Spannung der Wicklung i am Widerstand 6 angelegt
wird, während bei Erregung des Schützes 3 die Spannung der Wicklungen i und 2 an
einem der Widerstände 7, 8 durch die Schließung des Kontaktes 5 angelegt wird. Das
Unter-Spannung-Setzen eines der Widerstände 7, 8 geschieht mittels eines Umschalters
9, der die verschiedenen Radiographiebereiche (zwei im dargestellten Beispiel) festlegt.
Die anderen Enden der Widerstände 6, 7, 8 sind mit dem positiven Pol eines Kondensators
to von hoher Kapazität verbunden, dessen negativer Pol über einen beweglichen Kontakt
i i eines Relais 12 mit der Anode einer Gleichrichterröhre 13 verbunden ist, über
welche die Sekundärwicklung des Transformators den Kondensator io auflädt. Parallel
zu diesem Kondensator ist ein Entladungswiderstand 14 geschaltet. Das Relais 12
schließt sich gleichzeitig mit dem Anlegen der Spannung in der Primärwickflung des
Hochspannungstransformators und dient zur Bestimmung der Ladezeit des Kondensators
i o.
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Der negative Pol des Kondensators i o ist mit dem Gitter einer Triode
15 verbunden, die über eine Gleichrichterröhre 16 von der Sekundärwicklung eines
Transformators 17 gespeist wird, dessen Primärwicklung an eine Stromquelle von möglichst
gleichbleibender Spannung, beispielsweise von i io Volt angeschlossen ist. Der Anodenkreis
dieser Röhre 15 besteht aus einer Relaiswicklung 1$, die einen Arbeitskontakt i
9 betätigt, welcher das Arbeiten der Anlage ermöglicht. Die Röhre 15 arbeitet an
einem Widerstand 20, wobei parallel zur Schaltanordnung 18, 15, 20 ein Kondensator
21 und ein Widerstand 22 geschaltet ist. Ein Punkt des letzteren ist mit der Doppelkathode
23 eines magischen Auges mit zwei Empfindlichkeitsbereichen verbunden, dessen Gitter
mit 24 bezeichnet ist, die beiden Anodenstege mit 25 und 26 und der Leuchtschirm
mit 27. Die Vorspannung des Gitters 24 wird durch seine Verbindung mit der Kathode
der Röhre 15 über den Widerstand 28 gewonnen, während die Anodenstege 25, 26 von
der Kathode der Röhre 16 über die Widerstände 29 bzw. 30 gespeist werden.
Ein Kondensator 31 ist zwischen der Kathode 23 und dem Gitter 24 geschaltet.
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Die Arbeitsweise der vorbeschriebenen Vorrichtung Soll im nachstehenden
näher beschrieben werden, und zwar zunächst, in welcher Weise die Werte des Widerstandes
14 und der Widerstände 6, 7, 8 bestimmt werden können. Wenn beispielsweise die der
Höchsttemperatur der Anode entsprechende Spannung des Kondensators i o mit 2o Volt
gewählt wird und die Kurvenblätter der Hersteller der Röntgenröhre angeben, daß
zur völligen Aufheizung der Anode 6 Minuten erforderlich sind, wird der Widerstand
14 so bemessen, daß die Spannung des Kondensators in einem Zeitraum von 6 Minuten
von 20 Volt auf Null absinkt.
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Die Werte der Widerstände 6, 7, 8 hängen von der Zeit ab, die erforderlich
ist, um die'thermische Belastung der Anode mit der dem Bereich jedes Widerstandes
entsprechenden Stromstärke zu erreichen. Wenn beispielsweise bei . einer Radiographieeinstellung
von i oo kV und 4oo mA die thermische Gesamtbelastung der Anode nach 5o Sekunden
erreicht ist, wird der entsprechende Widerstand, beispielsweise der Widerstand 8,
so bemessen, daß der an der Röntgenröhre während 5o Sekunden angelegten Spannung
von i oo kV eine Spannung von 20 Volt am Kondensator io entspricht. In ähnlicher
Weise verfährt man für die Widerstände 6 und 7.
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Wenn der Kondensator i o ungeladen ist (kalte Anode), ist der Anodenkreis
der Röhre 15 von einem Strom durchflossen, der das Relais 18 schließen kann, wodurch
die Röntgenanlage in Betrieb gesetzt wird. Durch Aufladung des Kondensators i o
wird das Gitter der RöWe 15 immer stärker negativ, wodurch sich die Leistung der
Röhre allmählich vermindert, bis sich das Relais i 8 entsprechend der Höchsttemperatur
der Anode öffnet, wodurch die Anlage außer Betrieb gesetzt wird. Der Kondensator
io entlädt sich sodann über den Widerstand 14, wodurch die Leistungsabgabe der Röhre
15 erhöht wird, und sobald ein bestimmter Bruchteil
der Höchstladung
erreicht ist, schließt sich das Relais 18 wieder, wodurch der Betrieb der Röntgenröhre
wieder ermöglicht wird. Die Öffnungs- und Schließwerte des Relais 18 können durch
Veränderung der Härte der Rückholfeder desselben geregelt werden.
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Die noch zulässige Belastung kann jeweils nach der Stromstärke des
Anodenkreises der Röhre 15 ermittelt werden, da die Stromstärke abnimmt, wenn die
Belastung zulümmt, d. h. wenn der verfügbare Belastungsspielraum abnimmt. Diese
Stromstärke kann mit Hilfe eines Milliamperemeters genau gemessen werden, das mit
einer Eichung versehen werden kann, die die Temperaturen der Anode oder die bereits
aufgenommenen thermischen Belastungen und die noch aufzunehmenden thermischen Belastungen
anzeigt. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Beispiel wird der verfügbare Belastungsspielraum
mit Hilfe des vorbeschriebenen magischen Auges mit doppeltem Empfindlichkeitsbereich
ermittelt, wobei die Spannung der Kathode des magischen Auges durch den Widerstand
22 in der Weise geregelt wird, daß das Auge dann völlig geschlossen ist, wenn das
Relais 1 8 sich öffnet, während der Widerstand 20 so bemessen wird, daß das Auge
völlig offen ist, während der Kondensator io ohne Ladung ist. Schließlich werden
die Widerstände 29, 30 so bemessen, daß der erste Sektor des Auges geschlossen
ist, sobald ein bestimmter Bruchteil der Höchstbelastung erreicht ist, so daß diese
Schließung des ersten Sektors anzeigt, daß der verfügbare Belastungsspielraum schon
sehr weit in Anspruch genommen ist. In dem Maße, wie der Kondensator i o bei abfallender
Leistung des Anodenkreises der Röhre 15 sich auflädt, nimmt die Spannungsdifferenz
an den Klemmen des Widerstatides 20 ab, wobei die Spannung des Gitters 24 absinkt
und das Bestreben hat, unter diejenige des Punktes des Widerstandes 22 abzufallen,
der mit der Kathode 23 verbunden ist, wodurch die allmähliche Schließung des magischen
Auges bewirkt wird.
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Bei einer Mehrfachanordnung wird für jede Röntgenröhre eine Kombination
t o bis 14 vorgesehen, wobei ein Umschaltersatz gestattet, das jeweils in Betrieb
befindliche Belastungs- undAnzeigesystem in die Anordnung einzufügen.
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Auch wenn das erfindungsgemäße Gerät nicht mit absoluter Genauigkeit
auf die Temperatur der Anode der Röntgenröhre anspricht, so gestattet es jedoch,
die thermische Belastung der Röntgenröhre zu beschränken, wodurch deren Lebensdauer
vor allem bei sehr stark beanspruchten Geräten verlängert wird.