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Vorrichtung zur Steuerung einer Drehbewegung von einer anderen Drehbewegung
aus Auf den verschiedensten Gebieten der Technik tritt die Aufgabe auf, eine Bewegung
in eine andersartige Bewegung umzuwandeln. Beispielsweise muß eine lineare Bewegung
in eine logarithmisch e Bewegung (bzw. umgekehrt) umgewandelt werden. Es sind schon
verschiedene Lösungen dieser Aufgabe bekannt, bei denen eine Steuerkurve oder irgendwelche
Kurvengetriebe zur Verwandlung der einen Bewegung in die andersartige verwendet
werden. Der Erfindung liegt die Auf-"gabe zugrunde, eine Dri#hibewegung von einer
anderen Drehbewegung aus mittels einer Steuerkurve zu steuern. Erfindungsgemäß erhält
man eine besonders und in bezug auf die Übertragung der Kräfte günstige Vorrichtung
zur Lösung dieser Aufgabe, wenn die Steuerkurve auf einer Kugel oder einem ähnlichen.
Rotationskörper angeordnet ist bzw. ein Ausschnitt der Ob-,rfläch,e eines solchen
Rotationskörpers ist und die Drehachse der einen ,Drehbewegung die Rotationsachse
bildet, während die Drehachse der anderen Drehbewegung 'einen (vorzugsweise rechten)
Winkel mit der Rotationsachse aufweist. plan kann eine und dieselbe Steuerkurve
auch zur Steuerung mehrerer @rehb .eweg ungen benutzen, deren Drehachsen unterschiedliche
Winikel mit der Rotationsachse aufweisen. Es können aber zu diesem Zweck auch mehrere
Steuerkurven auf .einem und. demselben Rotationskörper angeordnet sein. Weiterhin
kann die mit der Rotationsachse einen Winkel bildende Drehachse
selbst
um eine einen anderen Winkel mit der Rotationsachse bildende, durch den, Mittelpunkt
der Kugel hindurchgehende weitere Drehachse schwenkbar sein. Diese Anordnung ist
dann. anwendbar; wenn, man die eine Drehbewegung nach einem in .der Steuerkurve
zum Ausdruck gebrachten Gesetz abhängig von zwei unter sich unabhängigen Drehbewegungen
steuern will.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist vorzugsweise als Zeitschalteinrichtung,
insbesondere für Röntgenanlagen, verwendbar, deren Zeiteinstellorgan nach einer
logarithmischen Skala eingestellt wird, deren zeitlicher Ablauf aber linear erfolgt.
Auch zur Steuerung eines drehbaren Reglers, z. B. des Spannunggs- oder Stromreglers
eines Röntgenapparates von einem längs einer logarithmischen Skala drehbaren Handgriff
aus, ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung mit Vorteil zu benutzen..
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In den. Abbildungen sind. einige Ausführungsbeispiele :für Vorrichtungen
gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.
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Die Abb. i zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine gemäß der Erfindung
gebaute Zeitschalteinrichturig. :Diese besteht aus einem Einstellorgan i i, welches
längs einer .nicht :dargestellten logarithmischen Skala gedreht wird. Auf der Achse
12, dieses Zeiteinsteliorgans ist eine Steuerkurve 13 befestigt, die aus elektrisch
leitendem Material besteht und -auf einer Kugel angeordnet ist b@zw. aus der Wandung
einer Hohlku-el ausgeschnitten ist. Beim Einstellen des Einstellorgans i i wird
die Steuerkurve 13 m die Achse 12 entsprechend gedreht. Um eine senkrecht zu .der
Achse i :z durch den Mittelpunkt der Kugel hindurchgehende Achse 14 ist ein Kontakthebel
15 drehbar, der beispielsweise mit einem Synchronmotor 16 gekuppelt ist und von
diesem angetrieben wird: Der an dem Kontakthebel 15 angebrachte Kontakt 17 beschreibt
beim Lauf des Synchronmotors einen Kreis, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser
der die Steuerkurve 13 tragenden Kugel ist. Der Kontakthebel i@5 befindet sich vor
Inbetriebsetzung der Zeitschalteinrichtung stets in,der in der Abbildung gezeichneten
Stellung, die durch. einen Anschlag festgelegt sein kann. Sobald der Motor zu laufen
beginnt, bewegt sich der Kontakt 17 in Richtung auf die Steuerkurve 13 hin, bis
er je nach deren Stellung diese berührt. In diesem Augenblick wird ein -Auslösestromkreis
betätigt. Die Zeit, die der Kontakt 17 benötigt, um von seiner Ausgangsstellung
bis in die Stellung zu :gelangen, in der er die Steuerkurve 13 berührt, hängt also
von der Einstellung der Kurve 13 und damit von der Einstellung des Zeiteinstellorgans
i i ab. Will man nun erreichen, daß der Zeitablauf linear erfolgt, .obwohl die Einstellung
des Zeiteinstellorgans nach einer -logarithmischen Skala erfolgte, so muß die Steuerkurve
13 eine ganz bestimmte Ausbildung erfahren. Sie muß nämlich dafür sorgen; daß die
logarithmische Drehbewegung des Organs ii in eine entsprechend lineare Drehbewegung
des Kontaktes 17 umgewandelt wird, der ja von einem Synchronmotor, also mit konstanter
Umlaufgeschwindigkeit angetrieben wird. Man kann sich die Steuerkurve 13 folgendermaßen
auf der Kugel konstruiert denken: Auf dem Äquator der Kugel sieht man eine. logarithmische
Skala vor, während auf einem Meridian eine lineare Skala eingetragen wird. Trägt
man nun auf dem so erhaltenen räumliehen Koordinatensystem für: die einzelnen Werte
der ,logarithmischen Skala die zugehörigen Werte der linearen Skala auf der Kugel
auf; so erhält man auf der Kugel eine Kurve, die dem linken Rand der Steuerkurve
13 entspricht. Auf diese Weise erreicht man, daß bei einer Änderung der Einstellung
des Zeiteinstellorgans i i längs der logarithmischen .Skala der Zeitablauf, d. h.
also die Zeit; die. der Kontakt 17 benötigt, um von der Ausgangsstellung bis zur
Berührung mit der Steuerkurve 13 zu kommen, sich linear ändert: Man hat also von
der logarithmischen Drehbewegung mittels der Steuerkurve 13 eine lineare Drehbewegung
gesteuert. Die Stromzuführung zu der Steuerkurve 13 und dem Kontakthebel 15 erfolgt
über Schleiffedern i8 und r9. Der Synchronmotor 16 wird zweckmäßig an dem die Achse
12 tragenden Rahmen 2,o befestigt. Statt eines Synchronmotors kann man natürlich
auch irgendein anderes Laufwerk mit konstanter Umlaufgeschwindigkeit verwenden.
Eine in der Abbildung nicht dargestellte Feder sorgt dafür, daß der Kontakthebel
15 sofort nach Stillsetzung des Motors 16 in die Ausgangsstellung zurückgebracht
wird.
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Eine derartige Zeitschalteinrichtung hat vor den bekannten 'Zeitschalteinrichtungen
:den wesentlichen Vorteil voraus, daß sie auf äußerst einfache und betriebssichere
Art und Weise eine logarithmische Einstellung des linear erfolgenden Zeitablaufes
ermöglicht. Sie eignet sich infolgedessen besonders zur Verwendung in Röntgenanlagen
zur Herstellung von Röntgenaufnahmen,. Bei solchen Zeitschalteinrichtunäen muß man
nämlich Zeiten von ungefähr o,o5 bis ungefähr :2o Sekunden einstellen können. Würde
man eine lineare Einstellskala benutzen, so bereitet die genaue Einstellung kurzer
Zeiten große Schwierigkeiten, weil die Skalenwerte einer linearen Skala bei kleinen
Werten stark zusammengedrängt nebeneinanderliegen. Die log.arithmischeEinstellung,der
Zeitschalteinrichtun!g ist, insbesondere auch bei .den sogenannten automatisierten
Röntgenanlagen, bei denen einte Überlastung der Räntgenrdhre vor der Inbetriebsetzung
angezeigt oder verhindert wird, erwünscht, weil bei diesen Röntgenanlagen logarithmische
Rechenoperationen durchgeführt werden, um die jeweils höchstzulässige Röhrenbelastung
zu erfassen.
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Die Abb. 2 zeigt ein Beispiel dafür, wie man die in Abh. i dargestellte
Zeitschalteinrichtung bei einer Röntgenanlage zweckmäßig schaltet. Mit 2,i ist die
Wicklung .des Motors 16 bezeichnet. Der an dem drehbaren Hebel 15 befindliche Kontakt
17 ist in dieser Abbildung als gewöhnlicher Schalter angedeutet, .dessen Gegenkontakt
die Steuerkurve 13 ist. Wenn eine Röntgenaufnahme gemacht werden soll, so wird nach
entsprechender Einstellung
des Zeiteinstellorgans i r '-#r Hauptschalter
22 geschlossen und dadurch -:er Motor 16 mit seiner Wicklung 2i in Betrieb gesetzt.
Nach Ablauf der eingestellten Zeit kommt der Kontakt 17 mit seinem Gegenkontakt,
d.h. der Steuerkurve 13, in Berührung und schließt .dadurch den Stromkreis für ein
Hilfsrelais 23; dieses öffnet seinen Ruhekon:ta'kt 2.4 und setzt dadurch dien Motor
16 still. Außerdem schließt dieses Relais sich an seinem Arbeitskontakt 25 einen
Haltekreis, so daß es so lange erregt bleibt, bis der Hauptschalter 22 wieder geöffnet
wird. Das Hilfsrelais 23 sorgt also dafür, d.aß die Zeitschalteinrichtung .erst
dann wieder in Betrieb gesetzt werden kann, wenn. vorher der Hauptschalter 22 geöffnet
worden ist. Das Hilfsrelais 23 wird zweckmäßig an dem Rahmen 20 :der Zeitschalteinrichtung
angebracht, wie in der Abb. i angedeutet ist. Parallel zu der Wicklung 21 des Motors
16 kann das Aufnahmeschütz, welches die Einschaltung der Röntgenröhre veranlaßt,
angeordnet sein. Die Anordnung kann auch so getroffen sein, daß der Motor 16 dauernd
an Spannuni' liegt, also dauernd läuft, und das Aufnahmeschütz nicht nur die Röntgenröhre
einschaltet, sondern auch bei seiner Erregung die dann zwischen dem Kontakthebel
15 und dem Motor 16 benötigte Kupplung einschaltet.
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Die in Abb. i .dargestellte Zeitschalteinrichtung kann auch so ausgebildet
sein, d.aß der Kontakthebel 15 sich vor der Inbetriebsetzung der Zeitschalteinrichtunig
stets auf der Steuerkurve 13 befindet. Bei der Einschaltung läuft dann der Kontakthebel
15 im entgegengesetzten Sinne wie vorher in die dann. durch einen Anschlag festgelegte
Endstellung. In diesem Fall ist die Ausgangsstellung .des Kontaktes 17 je nach der
Einstellung des Zeitschaltorgans i i verschieden und die Endstellung immer die gleiche.
Bei dieser Ausbildung der Zeitschalteinrichtung würde man von dem Kontakthebel 15
in der Endstellung einen Kontakt schließen oder öffnen lassen, der für die Beendigung
der Röntgenaufnahme und Stillsetzung der Zeitschalteinrichtung sorgt. Es ist auch
nicht notwendig, die Steuerkurve 12 aus elektrisch leitendem Material 'herzustellen,
man kann vielmehr eine Kugel aus leitendem Material verwenden und die Steuerkurve
13 aus Isoliermaterial bilden. Dann wird der Ablauf der eingestellten'Zeit durch
Unterbrechung eines während des ganzen Zeitablaufes geschlossenen Stromkreises bewirkt.
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Bei dem in Abb. i dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Drehwinkel
des Kontaktes 17 nicht ganz i8o° betragen. Dementsprechend m@uß die Steuerkurve
13 ausgebildet sein, damit der ganze Zeitbereich auf diese Weise bestrichen werden
kann. Will man den Drehwinkel des Kontaktes 17 .größer als i,8o° machen, so muß
m,an den Kontakt 17 etwas nach links versetzen, so daß er beispielsweise auf dem
gestrichelt angedeuteten Kugelkreis 26 läuft.
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Die Abb. 3 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung, und zwar wird sie hier zur Steuerung drehbarer Regler, z. B.
des Spannungs- und des Stromreglers eines Röntgenapparates, von einem drehbaren
Handgriff aus verwendet. Der Handgriff ist mit 27 bezeichnet und kann beispielsweise
längs einer Skala verstellbar sein, auf welcher die verschiedenen Organe angegeben
sind, von denen Röntgenaufnahmen gemacht werden sollen. Der Handgriff 27 dient dann
als sogenannter Organwähler. Auf der mit dem Handgriff 27 gekuppelten Achse 28 sind
zwei Kugeln 29 und 3o befestigt, von denen jede eine Steuerkurve 31 bzw. 32 trägt.
Die beiden Steuerkurven sind als Führungskurven ausgebildet, in denen je -ein Führungsstift
33 bzw. 3.4 läuft. Diese Führungsstifte sind an Hebeln 35 bzw. 36 befestigt, die
um die Achsen 37 bzw. 38 drehbar sind und zum Antrieb zweier Regler 39, 4.o dienen.
Der Regler 39 kann beispielsweise zur Regelung der Röntgenröhrenspannung, der Regler
.4o zur Regelung des Röntgenröhrlenstromes dienen. Die Steuerkurven 31 und 32 müssen
nun so ausgebildet werden, daß der Röhrenstrom und die Röhrenspannung diejenigen
Werte haben, die für die Einstellung des Organwählers 27, also für die betreffenden
aufzunehmend-eu. Organe geeignet sind bzw. gewünscht werden. Wenn man sich von dem
Organwähler 27 gleichzeitig auch noch die Aufnahmezeit einstellen, lassen will,
ordnet man auf der Achse 2,8 auch noch eine Zeitschaltvorrich. tung an., wie sie
in. der Abb. i dargestellt ist. ,Die Achse 28 -entspricht der Achse 12 in
Abb. i. In der Abb.3 ist die Steuerkurve der Zeitschalteinrichtung, ebenso wie in
Abb. i, mit 13, der Synchronmotor entsprechend mit 16 bezeichnet. Die Einzelheiten
der Zeitschaltvorrichtung sind in der Abb. 3 der Einfachheit halber fortgelassen.
Durch Einstellen des Organwählers 27 werden also für jedes Aufnahmeobjekt gleichzeitig
die zugehörigen Werte für die Röhrenspannung, den Röhrenstrom und die Belichtungszeit
eingestellt.
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Bei Röntgenapparaten, an die wählweise noch eine zweite Röntb-enröhre:
anderer Charakteristik angeschlossen werden soll, kann man den Spannungsregler für
beide Röntgenröhren verwenden. Dagegen muß man für die Einstellung des Röhrenstromes
und derAufnahmezeit für die zweite Röhre besondere Einstellvorrichtungen anordnen.
Zur Steuerung des Röhrenstromreglers 4.1 für die zweite Röhre kann man gegebenenfalls
dieselbe Steuerkurve 32 wie für den Rö'hrenstromregler :4o verwenden. Unter Umständen
muß man aber auf der Kugel 30 eine zweite Steuerkurve zur Steuerung des Reglers
41 vorsehen. Der besseren Übersicht halber ist diese zweite Kurve ebenso wie der
von ihr gesteuerte, mit dem Regler d.1 gekuppelte Steuerhebel nicht dargestellt.
In. der gleichen Weise kann man die Zeitschaltvorrichtu u g.42 für die zweite Röhre
steuern, indem, man einte zweite Steuerkurve nebst zugehörigem Kontakthebel entsprechend
anordnet. Man kann die zweite Zeitschaltvorrichtung q.2 fortlassen und den Synchronmotor
16 auch für die Zeiteinstellung der zweiten Röhre benutzen, wenn man außer der Steuerkurve
13 für die zweite Röhre noch eine zweite Steuerkurve
vorsieht und
dafür sorgt, .daß, je nachdem welche Röntgenröhre eingesclhaltet wird; die eine
oder die andere Steuerkurve in den Stromkreis der 7eitschaltvorrichtung eingeschaltet
wird. Maßgebend für den Zeitablauf ist dann beim Betrieb .der einen Röhre der Zeitpunkt,
in dem der Kontakt r7- -mit der -Steuerkurve 13 in Berührung kommt, beim Betrieb
der zweiten Röhre der Zeitpunkt, in dem der Kontakt 17 mit der zweiten Steuerkurve
in Berührung kommt. Ordnet man auf der Kugel 30, wie oben beschriebeny zwei Steuerkurven
an; so besteht die Wahrscheinlichkeit, daß diese beiden Steuerkurven sich schneiden.
Damit nun der Führungsstift 34 nicht im, Schnittpunkt der beiden Kurven in die falsche
Kurve hineingerät, muß man geeignete Weichen vorsehen. Man kann dies beispielsweise
in .der Weise erreichen, daß der Führungsstift 34 nach Art eines Scl-liffchens,
also länglich, ausgebildet und entsprechend drehbar befestigt ist: Die gleichen
Maßnahmen muß man auch dann treffen, wenn der Drehwinkel des Führungsstiftes größer
als z8o° ist rund -die Steuerkurve sich selbst an irgendeiner Stelle schneidet.
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Die Abb.4 zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie die Abb.3, nur
ist hier die Anordnung so betroffen, daß die Regler von besonderen Kraftquellen
aus verstellt werden, die über mit den Reglern .gekuppelte Fühler von den Steuerkurven
aus gesteuert werden. Der Organwähler ist. mit 43 bezeichnet und wird, ebenso wie
der Organwähler 27 in Abb. 3; an Hand einer Organskala -eingestellt. Auf seiner
Achse 44 sitzen zwei Kugeln, 45 und 46. Die Kugel 45 besteht aus .leitendem. Material,
die .auf ihr vorgesehene, beispielsweise treppenförmige Kurve 47 aus Isoliermaterial.
Das Isoliermaterial der Steuerkurve 47 isoliert die beiden Teile der Kugel 45 voneinander.
Der obere Kugelteil ist über einen Schleifkontakt 48 mit der einen Feldwicklung
49 eines Motors 5o verbunden; der zum Antrieb des Röhrenspannungsreglers 5 t ,dient
und einen drehbaren Kontaktarm 52 antreibt; dessen Kontakt 53 als Fühler auf der
Kugel schleift. Der untere Teil der Kugel 45 ist über einen Schleifring 54 mit der
anderen Feldwickfu:ng 55 des Motors. 5o verbunden. Die Stromzuführung für den Motor
5o erfolgt einmal vom Netz über einen Schleifkontakt 56 zum Kontakthebel 52, zum
anderen über die Wicklung eines Rdhestromrelä,is 57. Der Motor 5ö steht still, solange
sich der Kontakt 53 des Kontakthebels 52 auf dem Isoliermaterial der Kurve 47 befindet.
Kommt der Kontakt 53 infolge Verstellung des Organwählers 43 in Berührung mit dem
oberen oder unteren Teil der Kugel 45, so wird entweder die Feldwicklung 49 oder
die Feldwicklung 55 eingeschaltet, und der Motor läuft in der einen oder .anderen
Richtung so lange, bis der Kontakt 53 auf das Isoliermaterial der Kurve 47 gelangt.
Diese Anordnung hat den Vorteil, daß zur Verstellung des Spannungsreglers 51 keine
besonderen Kräfte bei der Verstellung des Organwählers 43 aufgebracht werden müssen:
Die Steuerung des Rdhrenstromreglers 58 erfolgt in der gleichen Weise reit Hilfe
eines Motors 59 mit zwei Feld-Wicklungen und der durch die isolierende Steuerkurv--,6o
in zwei Teile geteilten Kugel 46. An die Achse 44 kann, ebenso wie bei dem in Abb.
3 dargestellten Ausführungsbeispiel an die Achse 28, eine Zeitschalteinricht@ung
gemäß Abb. F angesetzt werden. Das Ruheströmrelais 57 hat denn Zweck, den Stromkreis
der Röntgenröhre so lange unterbrochen zu halten, wie einer der Motoreis 50, 59
läuft. Es schließt seine Kontakte erst dann., wenn es nach Stillstand beider Motoren
stromlos geworden ist.
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In der Abb. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung
gemäß der Erfindung dargestellt. Auf einer Kugel 61 befindet sich eine Führungskurve
62. Die Kugel 61 ist um die Achse 63 -durch Drehung eines Handgriffes 64 drehbar.
Der Handgriff 64 kann beispielsweise mit einer Röthre,nspannungsskala versehen sein
und zur Steuerung des Röhrenspannungsreglers dienen. In der Führungskurve 62 gleitet
ein Führungsstift 65, der ,an einem Bügel 66 befestigt ist. Dieser Bügel ist um
eine durch den Mittelpunkt der Kugel hindurchgehende Achse 67 schwenkbar und mit
der Einstellvorrichtung 68 für den Röhrenstrom kuppelt. Die Achse 67 steht nun nicht
fest im Rum, sondern ist in einem B.ügel69 gelagert, der um eine ebenfalls durch
den Mittelpunkt der Kugel hindurchgehende Achse 70 schwenkbar ist. Die Schwenkung,des
Bügels 69 um die Achse 70 erfolgt durch Verstellen eines Handgriffes 71,
der beispiessweise längs einer Milliamperesekundenskala einstellbar ist und zur
Einstellung des jeweils für eine Röntgenaufnahme benötigten Milliamperesekundenproduktes
dient. Beispielsweise wird durch diesen Handgriff das in Röntgenanlagen vielfach
verwendete Milliamperesekundenrelais eingestellt. Die beiden Drehachsen 7o und 67
bilden zweckmäßig einen Winkel von 9o°, während die Achsen 70 und 63 beispielsweise
einen Winkel von 45° bilden. Die Wirkungsweise der Einrichtung ist nun :derart,
daß sowohl bei einer Verstellung des Röhnenspannungsreglers 64 als auch bei einer
Verstellung der Milliamperesekundeneinstellvorrichtun:g 71 der Röhrenstromregler
68 verstellt wird. Das Gesetz, nach dem idiese Verstellung des Röhrenstromreglers
in Abhängigkeit- von den beiden anderen Einstellvorrichtungen erfolgt, ist durch
den Verlauf der Kurve 62 bestimmt. Will man eine Röntgenanlage auf diese Weise automatisieren,
d. h. mit einem Überlastungsschutz versehen, so muß in dem Verlauf der Steuerkurve
62 das die drei Betriebsgrößen Röhrenspannung, Röhrenstrom und Milliamperesekundenprodükt
verbindende Gesetz (Belastungsnomogramm) verwirklicht sein: Eine derartige Röntgenanlage
würde dann in der Weise arbeiten, -daß stets der nach dem Bel:astungsnomogramm höchstzulässige
Wert des Röfhrenstromes in Abhängigkeit von der eingestellten Röhrenspannung und
des eingestellten M illiamperesekundenproduktes zwangsläufig -eingestellt wird.
Da die Röhrenstromregelvorrichtung 68 nicht im Raum feststeht, sondern auf einem
Kreisweg beweglich ist, muß man für eine geeignete beweglicl
"e
Stromzuführung sorgen. Wählt man die Winkel zwischen den drei Achsen anders als
oben angegeben, so muß man den Verlauf der Steuerkurve 62 entsprechend abändern.
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Will man mit der in Abb. 5 dargestellten Einrichtung mehrere Röntgenröhren
wahlweise betreiben, so kann man mehrere Steuerkurven entsprechenden Verlaufes auf
der Kugel 61 anordnen. Jede Kurve erhält einen Führungsstift 6-5 nebst Bügel,66,
wobei sämtliche Bügel um die Achse 67 schwenkbar sind. Entweder sieht man nun für
jede Röntgenröhre auf der Achse 67 einen besonderen Röhrenstromre:gler vor, der
mit dem zugehörigen Bügel gekuppelt ist, und schaltet dann gleichzeitig mit der
betreffenden Röntgenröhre jeweils den zugehörigen Röhrenstromregler ein. Man kann
aber auch eine einzige Rührenstromregelvorrichtung 68 in Gestalt eines Widerstandes
mit mehreren: Stromabnahmebürsten verwenden und die °inz-elnen Stromabnahm-ebürsten
mit den zughörigen, Bügeln kuppeln. Beim Umschalten auf eine andere Röntgenröhre
wird dann die zugehörige Bürste in den Stromkreis eingeschaltet.