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Röntgeneinrichtung mit einem selbsttätigen Überlastungsschutz Zur
Erzielung gleichmäßig geschwärzter Röntgenaufnahmen, insbesondere Röntgenschirmbildaufnahmen,
wird vielfach in Verbindung mit der Röntgenanlage ein sogenannter Belichtungsautomat
verwendet. Dieser besteht im wesentlichen aus einem strahlenempfindlichen Organ,
welches durch die von dem aufzunehmenden Objekt hindurchgelassenen Strahlen beeinflußt
wird und nach Erreichen der für die richtige Schwärzung der Aufnahme (Film- oder
Plattenschwärzung) erforderlichen Strahlendosis die Röntgenaufnahme beendet, d.
h. die Abschaltung der Röntgenröhre veranlagt. Als strahlenempfindliches Organ benutzt
man in neuerer Zeit eine Photozellenanordnung in Verbindung mit einem geeigneten
Verstärker. Maßgeblich für die Schwärzung einer Röntgenaufnahme ist bekanntlich
das Produkt aus Röntgenröhren, strom und Belichtungszeit, also die Milliampere-
| sekundenzahl, während der Kontrastreichtum der |
| Aufnahme von der bei der Aufnahme benutzten |
| Röntgenröhrenspannung abhängt. Diese Werte darf |
| man nun nicht beliebig hoch einstellen, weil gemäß |
| dem Belastungsnomogramm der Röntgenröhre die |
| der Röhre zugeführte Leistung, d. h. das Produkt |
| aus Röhrenspannung und Röhrenstrom, um so |
| kleinen- gewählt werden muß, je länger die Belich- |
| tungszeit ist. Ist die Leistung höher eingestellt |
| als bei der betreffenden Belichtungszeit gemät dem |
| Belastungsnomogramm zulässig, so wird die |
| Röntgenröhre infolge Brennflecküberlastu be- |
| schädigt oder zerstört. Diese Gefahr best-t bei |
| einer Röntgenanlage, bei der Spannung und Istrom |
| beliebig einstellbar sind und die Abschaltung der |
| Röhre durch einen Belichtungsautomaten erfolgt, |
| der lediglich nasch dem Gesichtspunkt der Erzielung |
| einer richtigen Schwärzung der Aufnahme die |
Einschaltdauer der Röntgenröhre, d. h. die Belichtungszeit bestimmt.
Um diese Gefahr zu beseitigen, ist es bereits bekannt, die in den normalen Röntgenapparaten
üblicherweise vorhandene Zeitschaltuhr, die an sich bei Verwendung eines Belichtungsautomaten
überflüssig ist, beizubehalten und durch sie die Röntgenröhre kurz vor oder bei
Überschreitung der bei den eingestellten Werten für Röhrenspannung und Röhrenstrom
höchstzulässigen, an. der Zeitschaltuhr vorher eingestellten Belastungsdauer und
somit auch bei einem Versagen des Belichtungsautomaten (infolge einer Störung, Leitungsbruch
od. dgl.) abschalten zu lassen. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil,
daß dann, wenn infolge einer ungünstigen oder falschen Wahl der drei Einstellgrößen
(Spannung, Strom und Zeit) die Zeitschaltuhr zur Verhinderung einer Röhrenüberlastung
die Röhre abschaltet, bevor der Belichtungsautomat dies tun kann, die Röntgenaufnahme
nicht genügend geschwärzt, also unbrauchbar ist und mit anderen Einstellgrößen wiederholt
werden muß.
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Die gleiche Erscheinung zeigt sich im entsprechenden Fall, wenn man
den Belichtungsautomat in Verbindung mit einem Röntgenapparat benutzt, der einen
selbsttätig arbeitenden Überlastungsschutz besitzt. Diese Röntgenapparate sind heute
in der Regel entweder so ausgebildet, daß Spannung und Belichtungszeit beliebig
einstellbar sind, der Röhrenstrom aber zwangläufig in Abhängigkeit von diesen beiden
Größen auf den jeweils höchstzulässigen Wert selbsttätig geregelt wird, daß also
stets mit der höchstzulässigen Röhrenbelastung gearbeitet wird, oder man kann Spannung,
Strom und Zeit (bzw. statt letzterer das Milliamperesekundenprodukt) frei einstellen
und hat im Röntgenapparat eine Einrichtung, welche bei einer Überlastungseinstellung
die Einschaltung der Röhre sperrt. Diese Art des selbsttätigen Überlastungsschutzes
hat den Vorteil der Arbeitsmöglichkeit auch mit beliebig wählbaren geringeren Röhrenbelastungen.
Wählt man bei beiden Apparattypen die Einstellgrößen derart, daß das eingestellte
Milliamperesekundenprodukt nicht zur richtigen Aufnahmeschwärzung ausreicht, so
kommt der Belichtungsautomat gar nicht zum Ansprechen und Abschalten der Röntgenröhre,
sondern diese wird bereits vorher von der Zeitschaltuhr bzw. von dem Milliamperesekundenrelais
ausgeschaltet. Das bedeutet eine unterbelichtete, also unbrauchbare Aufnahme.
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Man sieht also, daß sich eine Belichtungsautomatik und eine Überlastungsschutzautomatik
in einem Röntgenapparat nicht ohne Inkaufnahme des geschilderten Nachteiles einfach
kombinieren lassen. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Vorteile,
welche die Belichtungsautomatik mit sich bringt, mit den Vorteilen des automatischen
Überlastungsschutzes in einer Röntgeneinrichtung zu vereinigen, ohne daß der geschilderte
Nachteil auftritt. Die Erfindung betrifft also eine Röntgeneinrichtung mit einem
selbsttätigen Überlastungsschutz für die Röntgenröhre und einer Einrichtung zur
selbsttätigen Abschaltung der Röntgenröhre in Abhängigkeit von der von dem durchstrahlten
Objekt hindurchgelassenen Strahlenmenge (Strahlendosis). Erfindungsgemäß wird die
in den Überlastungsschutz in an sich bekannter Weise einbezogene Zeitschaltvorrichtung
bzw. das an deren Stelle verwendete Milliamperesekundenrelais derart angeordnet,
daß beim Ablauf der an der Zeitschaltvorrichtung eingestellten Zeit bzw. beim Erreichen
des am Milliamperesekundenrelais eingestellten Milliamperesekundenproduktes die
Röntgenröhre nicht abgeschaltet, sondern die Röntgenröhrenleistung von der Zeitschaltvorrichtung
bzw. dem Milliamperesekundenrelais auf einen Wert gesenkt wird, der bei einer um
einen gewissen Betrag längeren Belastungsdauer unter Berücksichtigung der Vorbelastung
zulässig ist. Die Erfindung geht von folgender Überlegung aus: Die einer Röntgenröhre
während einer bestimmten Zeit zumutbare Belastung ist aus dem in Abb, i beispielsweise
dargestellten Diagramm zu entnehmen, welche die für die verschiedenen Belastungszeiten
t (sec) entsprechend dem Belastungsnomogramm höchstzulässigen Leistun-gen L
(kW) angibt. Beispielsweise für die Zeit t1 stellt die senkrecht schraffierte Fläche
unterhalb der KurveK das höchstzulässige Kilowattsekundenprodukt dar. Die für die
Zeit t1 höchstzulässige Leistung ergibt sich zu Li; das bei dieser Leistung erreichte
Kilowattsekundenprodukt wird durch das schräg schraffierte Rechteck dargestellt,
dessen Flächeninhalt ebenso groß ist wie der Flächeninhalt der erwähnten senkrecht
schraffierten Fläche. Bei den bekannten Röntgenapparaten mit automatischem Überlastungsschutz
wird nach Ablauf der Zeit t1 die Röntgenröhre abgeschaltet, weil sie bei weiterem
Betrieb mit der Leistung L1 beschädigt oder zerstört würde. Das Diagramm in Abb.
i zeigt nun, daß man die Röntgenröhre auch nach Ablauf der Zeit t, weiter eingeschaltet
lassen kann, beispielsweise bis zur Zeit t2, sofern man die der Röntgenröhre dabei
zugeführte Leistung auf den Wert L2 erniedrigt, und zwar muß das dadurch hinzugefügte
Kilowattsekundenprodukt so bemessen sein, daß der ihm entsprechende Inhalt des horizontal
schraffierten Rechteckes ebenso groß ist wie der Inhalt der Fläche unterhalb der
Kurve K zwischen den Werten t1 und t2. Eine Überlastung der Röhre tritt trotz der
Verlängerung der Belastungsdauer nicht ein, da die Summe des Kilowattsekundenproduktes
für die Zeit tr und des zusätzlichen Kilowattsekundenproduktes für die Zeit t,-t,
(Belastungsdauerverlängerung) gleich dem für die Zeit t2 gemäß der Kurve K höchstzulässigen
Kilowattsekundenprodukt ist.
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Wenn nun der Belichtungsautomat innerhalb der Zeit t1 die Röntgenröhre
nicht abgeschaltet hat, weil das eingestellte Milliamperesekundenprodukt zur richtigen
Filmschwärzung nicht ausreicht, so veranlaßt gemäß der Erfindung die Zeitschaltuhr
oder das Milliamperesekundenrelais die entsprechende Senkung der Belastung zweckmäßig
durch Herabsetzung
der Röhrenstromstärke bei im wesentlichen gleichbleibender
Röntgenröhrenspannung; innerhalb der Belastungsdauerverlängerung wird dann die richtige
Filmschwärzung erreicht werden und der Belichtungsautomat die Röntgenröhre abschalten,
bevor die Zeit t2 abgelaufen ist. Die Aufnahme ist trotz ungünstiger Wahl der drei
Einstellgrößen richtig belichtet, ohne daß die Gefahr einer Röhrenüberlastung eintreten
kann. Zweckmäßig wird die Anordnung so getroffen, daß die Zeitschaltuhr bzw. das
Milliamperesekundenrelais nach Ablauf der Zeit t2 die Röntgenröhre abschaltet, wenn
dies nicht vorher der Belichtungsautomat getan hat, um eine Beschädigung oder Zerstörung
der Röntgenröhre bei einem eventuellen Versagen des Belichtungsautomaten zu verhindern;
denn im allgemeinen wird die Verlängerung der Belastungsdauer um t,-t, zur Erzielung
der richtigen Schwärzung genügen. Man könnte natürlich beim Ablauf der Zeit t2 eine
nochmalige Senkung der Röhrenbelastung entsprechend den vorstehenden Ausführungen
durch die Zeitschaltuhr bzw. das Milliamperesekundenrelais vornehmen lassen, bevor
die endgültige Abschaltung erfolgt, damit der Belichtungsautomat innerhalb dieser
zweiten Belastungsdauerverlängerung Gelegenheit zur Beendigung der Aufnahme hat.
Doch wird dies in der Regel nicht nötig sein.
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In der Abb.2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Röntgeneinrichtung
gemäß der Erfindung schaltungsmäßig im Prinzip dargestellt, wobei die für das Verständnis
der Erfindung nicht notwendigen Teile fortgelassen sind. Mit i i ist die Röntgenröhre
bezeichnet, die an einen Röntgenapparat 12 angeschlossen ist; dieser ist mit einem
selbsttätigen Überlastungsschutz versehen, der bei freier Einstell#barkeit der Röhrenspannung,
der Röhrenstromstärke und des Milliamperesekundenproduktes eine Einschaltung der
Röntgenröhre bei einer Überlastungseinstellung sperrt. Hinter dem Bildträger 13
(Leuchtschirm oder Aufnahmekassette) ist die zur Überwachung der Strahlendosis dienende
Photozelle 14 angeordnet, die zu denn mit 15 bezeichneten Belichtungsautomaten gehört.
Von diesem wird beim Erreichen der zur richtigen Aufnahmeschwärzung benötigten Strahlendosis
ein Schalter 16 geschlossen, der ein Relais 17 zum Ansprechen bringt, das an seinem
Kontakt 18 die Ausschaltung der Röntgenröhre in an sich bekannter Weise veranla.ßt.
Von den zum Röntgenapparat 12 gehörenden Teilen ist nur das Milliamperesekundenrelais
i9 schematisch dargestellt, das, wie schon erwähnt, einstellbar und in den Überlastungsschutz
einbezogen ist. Beim Einschalten der Röntgenröhre, also beim Beginn der Aufnahme,
fängt es zu laufen an und öffnet, sofern nicht der Belichtungsautomat vorher die
Röntgenröhre abschaltet, beim Erreichen des vorher eingestellten Milliampereproduktes
den Kontakt 2o. Dadurch wird die Überbrückung eines im Heizstromkreis der Röntgenröhre
liegenden, gegebenenfalls auch einstellbaren Widerstandes 21 aufgehoben, so daß
der Röhrenstrom entsprechend den Darlegungen an Hand der Abb. i gesenkt wird. Das
Milliamperesekundenrelais läuft weiter und schließt, sofern nicht der Belichtungsautomat
15 nunmehr die Röntgenröhre abschaltet, nach Erreichen eines entsprechend größeren
Milliamperesekundenproduktes den Kontakt 22, der parallel zu dem Schalter 16 des
Belichtungsautomaten geschaltet ist, so daß das Relais 17 erregt wird und die Röntgenröhre
abschaltet. Falls der Wider= stand 21 regelbar ist, kann man seine Einstellvorrichtung
mit der nicht dargestellten Röhrenstromeinstellvorrichtung kuppeln, um die Röhrenstromsenkung
der jeweils voreingestellten Röhrenstromhöhe anzupassen. Es ist natürlich auch möglich,
die Einstellvorrichtung des Widerstandes 21 in den Überlastungsschutz entsprechend
mit einzubeziehen unter Berücksichtigung der an Hand der Abb. i gegebenen Hinweise
für die erforderliche Röhrenstromsenkung. Es empfiehlt sich, das Milliamperesekundenrelais
mit einer Vorrichtung zur Anzeige der Milliamperesekundenzahl, die bei jeder Aufnahme
erreicht wird, zu versehen.
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Bei der Voreinstellung von Röhrenspannung, Röhrenstromstärke und Belichtungszeit
bzw. Milliamperesekundenprodukt wird bei den heute gebräuchlichen Röntgenapparaten
mit serbsttätigem Überlastungsschutz dafür gesorgt, daß die beim Einschalten der
Röntgenröhre zu erwartenden Spannungsabfälle, insbesondere die durch die Höhe des
Röhrenstromes bedingten Spannungsabfälle, schon vorher entsprechend berücksichtigt
werden. Bei einer Senkung der Röhrenstromstärke gemäß der Erfindung verringern sich
naturgemäß diese Spannungsabfälle, und die tatsächlich an der Röhre dann liegende
Spannung wird etwas höher als voreingestellt. Man könnte durch die Zeitschaltuhr
bzw. das Milliamperesekundenrelais eine entsprechende Spannungskorrektur gleichzeitig
mit der Röhrenstromsenkung durchführen lassen, indem beispielsweise ein vorgeschalteter
Widerstand entsprechender Größe, der zunächst (innerhalb der Zeit t1) kurzgeschlossen
ist, durch Aufhebung der Überbrückung in Wirkung tritt und die Röhrenspannung auf
den voreingestellten Wert begrenzt. Einfacher ist es, wenn man die verhältnismäßig
geringe Spannungserhöhung in Kauf nimmt und den Röhrenstrom etwas stärker verringert,
als bei gleichbleibender Spannung notwendig wäre, um ein Überschreiten der entsprechend
der Belastungsdauerverlängerung höchstzulässigen Röhrenbelastung zu verhindern.
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Bei dem an Hand des Diagramms der Abb. i erläuterten Ausführungsbeispiel
für eine Röntgeneinrichtung gemäß der Erfindung ist die Röhrenstromstärke während
der Zeit t1 konstant; sie wird nach Ablauf dieser Zeit auf einen Wert herabgesetzt,
der während der Belastungsdauerverlängerung wieder konstant ist. Man kann aber auch
die Anordnung so treffen, daß der Röhrenstrom während der Belastungsdauerverlängerung
von dem zunächst während der Zeit t1 herrschenden Wert kontinuierlich, und zwar
entsprechend dem Belastungsnomogramm, verringert wird, so daß
die
Leistungsabnahme während der Zeitspanne t2-ti nicht stufenförmig, sondern entsprechend
dem Verlauf der Kurve K erfolgt. Die Mittel zur Erzielung einer solchen sogenannten
fallenden Belastung sind bekannt und bedürfen keiner näheren Erläuterung. Es ist
auch möglich, schon während der Zeit t1 mit fallender Last zu arbeiten. Wesentlich
ist für die Erfindung, daß durch die Zeitschaltuhr bzw. das Milliamperesekundenrelais
nach Ablauf der Zeit t1 die Röntgenröhre nicht abgeschaltet wird, sondern die Belastungsdauer
mit herabgesetzter Belastung verlängert wird, sofern der Belichtungsautomat nicht
schon vorher die Abschaltung der Röntgenröhre veranlaßt hat.
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Bei den heute gebräuchlichen Milliamperesekundenrelais bzw. Zeitschaltuhren
bleibt das bewegliche System nach Erreichen des eingestellten Milliamperesekundenproduktes
bzw. der eingestellten Zeit stehen, kann also nur den: Kontakt 2o, nicht aber anschließend
den Kontakt 22 in Abb. 2 betätigen. Bei Verwendung derartiger Einrichtungen muß
man daher den Kontakt 22 durch ein Verzögerungsrelais betätigen lassen, das eine
bestimmte Zeit nach Betätigung des Kontaktes 2o den Kontakt 22 zwecks Abschaltung
der Röntgenröhre schließt, oder man arbeitet, wie vorstehend erwähnt, mit einer
kontinuierlich abnehmenden Röhrenstromstärke.