DE969252C - Roentgenapparat - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 14. MAI 1958

Max Thomas, Essen

ist als Erfinder genannt worden

Röntgenapp ar at

Röntgenapparate mit einem selbsttätigen Überlastungsschutz für die Röntgenröhre sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Durch zwangläufige Kupplung der Regelvorrichtungen für die Röhrenspannung, die Röhrenstromstärke und die Belastungszeit entsprechend dem Röntgenröhrenbelastungsnomogramm wird entweder bei einer Überlastungseinstellung das Einschalten der Röntgenröhre gesperrt bzw. ein Warnsignal vor der Einschaltung gegeben, oder es wird zwangläufig der Röhrenstrom auf den bei den eingestellten Werten der Röhrenspannung und der Belastungszeit höchstzulässigen Wert (oder einen gewünschten Prozentsatz davon) eingestellt. Aus preislichen Gründen hat man in der Regel einen solchen Überlastungsschutz nur bei Großröntgenapparaten vorgesehen. Aber auch bei Kleinröntgenapparaten ist ein selbsttätiger Überlastungsschutz erwünscht. Es besteht also ein Bedürfnis nach einem einfachen, aber trotzdem einwandfrei arbeitenden Überlastungsschutz, der auch in Kleinröntgenapparate ohne zu hohe Mehrkosten eingebaut werden kann.

Die Erfindung betrifft einen Röntgenapparat, bei dem wenigstens annähernd dem Röntgenröhrenbelastungsnomogramm entsprechend bei einer Erhöhung der wählbaren Röntgenröhrenspannung zwangläufig der nach Einschaltung der Röntgenröhre durch diese fließende Röhrenstrom herabgesetzt wird bzw. umgekehrt. Erfindungsgemäß wird die geschilderte Aufgabe dadurch gelöst, daß die an ihrem einen Ende mit Anzapfungen und einem Wähler zur Röhrenspannungsregelung versehene, einerseits über den Wähler, andererseits mit ihrem anderen Ende an die Speisespannung angeschlossene Primär-

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wicklung des Hochspannungstransformators auf ihrem nicht mit Anzapfungen versehenen Wicklungsteil einen Abgriff aufweist, an den der eine Pol des Heizstromkreises der Röntgenröhre angeschlossen ist, während der andere Pol dieses Kreises an dem mit dem Wähler verbundenen Pol der Speisespannung liegt, so daß bei einer Verstellung des Wählers für die Anzapfungen (d. h. der Röhrenspannungsregelvorrichtung) im Sinne einer Erhöhung (bzw. Erniedrigung) der Röhrenspannung die an dem Heizstromkreis liegende Spannung erniedrigt (bzw. erhöht) wird. Wenn in an sich bekannter Weise die Primärwicklung des Hochspannungstransformators einerseits an das eine Ende, andererseits an einen Wähler für Anzapfungen auf der Sekundärseite eines vorgeschalteten, zweckmäßig als Spartransformator ausgebildeten Transformators angeschlossen wird, kanndie eingangs geschilderte Aufgabe erfindungsgemäß auch dadurch gelöst werden, daß der Heizstromkreis der Röntgenröhre einerseits mit einem in der Nähe des anderen Endes der Sekundärseite des Vorschalttransformators vorgesehenen Abgriff (gegebenenfalls über ein Potentiometer), andererseits mit dem Anzapfwähler verbunden wird, so daß bei einer Verstellung des Wählers für die Anzapfungen (d. h. der Röhrenspannungsregelvorrichtung) im Sinne einer Erhöhung (bzw. Erniedrigung) der Röhrenspannung die an dem Heizstromkreis liegende Spannung erniedrigt (bzw. erhöht) wird.

Gegenüber den eingangs erwähnten bekannten Röntgenapparaten mit Überlastungsschutz haben die Röntgenapparate gemäß der Erfindung den Vorteil voraus, daß nur eine einzige Regelvorrichtung, nämlich für die Röhrenspannung, erforderlich ist, während die bekannten Röntgenapparate außer dieser Regelvorrichtung noch eine besondere Regelvorrichtung für den Röhrenstrom und eine entsprechende Kupplung zwischen beiden Regelvorrichtungen benötigen. Bei einem weiteren, ebenfalls bekannten Röntgenapparat, bei dem die Primärwicklung des Hochspannungstransformators einerseits an das eine Ende, andererseits an einen Wähler für die Anzapfungen auf der Sekundärseite eines vorgeschalteten, als Spartransformator ausgebildeten Transformators angeschlossen ist, wird zur Beeinflussung des Röhrenstromes ein zusätzlicher Hilfs- oder Steuertransformator benötigt. Ein solcher ist jedoch bei dem Röntgenapparat gemäß der Erfindung vermieden. Gemäß der Erfindung ausgebildete Röntgenapparate sind also in ihrem Aufbau wesentlich einfacher als die bekannten Röntgenapparate und ermöglichen trotzdem einen einwandfrei arbeitenden Überlastungsschutz, der wegen seiner Einfachheit und seiner geringen Kosten auch in kleinen Röntgenapparaten eingebaut werden kann.

Wie im einzelnen Röntgenapparate gemäß der Erfindung weiter ausgebildet werden können und wie einfach sich der Überlastungsschutz gestaltet, soll an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert werden.

In dem in Abb. ι schaltungsgemäß dargestellten Beispiel wird die Anodenspannung für die Röntgenröhre 11 von der Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators 12 geliefert, dessen Primärwicklung an dem einen Ende mit einer Anzahl Anzapfungen versehen ist. Diesen Anzapfungen ist ein Wähler 13 zugeordnet, durch dessen Verstellung also die Röntgenröhrenspannung geregelt werden kann. Der Wähler 13 ist an die eine Klemme U des speisenden Netzes (z. B. 220 Volt) angeschlossen. Das andere Ende der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 12 ist über einen Schalter 14, der von einer nicht dargestellten Zeitschaltuhr nach Ablauf der eingestellten Belastungszeit geöffnet wird, mit der anderen Klemme V des Speisenetzes verbunden. Die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 12 weist auf ihrem nicht mit Anzapfungen versehenen Wicklungsteil einen Abgriff 15 auf, der mit dem einen Ende der Primärwicklung des die Glühkathode der Röntgenröhren speisenden Heiztransformators 16 verbunden ist. Das andere Ende der Heiztransformator-Primärwicklung ist über einen einstellbaren Widerstand 17 an die mit dem Wähler 13 verbundene Klemme U des speisenden Netzes angeschlossen. Dieser eigenartige Anschluß des Heizstromkreises an die Primärwicklung des Hochspannungstransformators ermöglicht es, daß durch Verstellung des Wählers 13, d.h. also der Röhrenspannungsregelvorrichtung im Sinne einer Erhöhung (bzw. Erniedrigung) der Röhrenspannung zwangläufig die Röhrenheizspannung und damit die Röhrenstromstärke erniedrigt (bzw. erhöht) wird. Bei entsprechender Bemessung kann man es erreichen, daß bei jeder eingestellten Rohrenspannung die der Röntgenröhre zugeführte Leistung konstant ist.

An Hand der Abb. 2, die ein Beispiel für die Bemessung der Primärwicklung des Hochspannungstransformators im Sinne der Erfindung zeigt, soll die Wirkungsweise näher erläutert werden. In der mit ausgezogenen Linien dargestellten Stellung des Wählers 13 liegt, wenn der Schalter 14 geschlossen ist, die Netzspannung von 220 Volt an 220 Windungen der insgesamt 352 Windungen aufweisenden Primärwicklung. Die Sekundärwicklung des Hochspannungstransformators liefert dann eine Röhrenspannung von 104 kV. Der Abgriff 15 ist an der 74. Windung, vom rechten Ende der Primärwicklung aus gerechnet, vorgesehen, so daß zwischen diesem an der Klemme V liegenden Ende und dem Abgriff 15 eine Spannung von 74 Windungen mal 220 Volt dividiert durch 220 Windungen gleich 74 Volt herrscht. Zwischen dem Abgriff 15 und der Klemme U herrscht daher eine Spannung von 220 minus 74VoIt-146 Volt. An dieser Spannung liegt der Heizstromkreis der Röntgenröhre. In der gestrichelten Stellung des Wählers 13 liegen die 220 Volt an 352 Windungen der Primärwicklung, so daß die Röhrenspannung nur 65 kV beträgt. Zwischen dem Abgriff 15 und der Klemme V herrscht dann eine Spannung von 74 Windungen mal 220 Volt dividiert durch 352 Windungen gleich 4OVoIt und demgemäß zwischen dem Abgriff 15 und der Klemmet/ eine Spannung von 220 — 46 Volt =174 Volt. Mit wachsender Röhrenspannung sinkt also die

Heizspannung und damit der Röhrenstrom. Die in der Abb. 2 angenommenen Werte entsprechen einem praktischen Beispiel, nämlich wenn man eine Röntgenröhre verwendet, die bei einer Röhrenspannung von 65 kV einen Röhrenstrom von 60 mA bei einer Belastungsdauer von 10 Sekunden verträgt, wobei die Heizspannung 7,5 Volt entsprechend einer primären Heizspannung von 174 Volt beträgt. Bei einer Röhrenspannung von 104 kV verträgt die Röntgenröhre 37 mA für eine Belastungsdauer von wieder 10 Sekunden, wobei ihre Heizspannung 6,3 Volt entsprechend der primären Heizspannung von 14OVoIt beträgt. Die der Röntgenröhre zugeführte Leistung ist bei beiden Röhrenspannungswerten praktisch konstant; auch bei Einstellung des Wählers 13 auf eine der übrigen dazwischenliegenden Anzapfungen ist die Röhrenleistung die gleiche. Da bei einer Verstellung des Wählers 13 die magnetische Dichte in dem Eisenkern des Hochspannungstransformators sich in Abhängigkeit von der jeweils eingeschalteten primären Windungszahl und somit in Abhängigkeit von der eingestellten Röhrenspannung ändert, ändert sich auch die Größe der an den Heizstromkreis gelegten Spannung in dem gewünschten Sinne.

Der Widerstand 17 wird bei der Eichung des Röntgenapparates so eingestellt, daß der Röhrenstrom bei der längstmöglichen Belastungszeit den höchstzulässigen Wert nicht überschreitet. Bei Einstellung kürzerer Belastungszeiten arbeitet der Röntgenapparat dann mit einer entsprechend unter dem höchstzulässigen Wert liegenden Röntgenröhrenbelastung. Bei Kleinröntgenapparaten wird man in der Regel diese bei kürzeren Belastungszeiten geringere Ausnutzung der Belastungsfähigkeit der Röntgenröhre hinnehmen. Es ist aber ohne weiteres möglich, das Regelorgan des Widerstandes 17 mit der Einstellvorrichtung der Zeitschaltuhr in an sich bekannter Weise gemäß dem Röhrenbelastungsnomogramm zu kuppeln, so daß der Röhrenstrom, irgendeine bestimmte Röhrenspannungseinstellung vorausgesetzt, um so größer (bzw. kleiner) wird, je kürzer (bzw. länger) die Belastungsdauer eingestellt wird. Bei einem derartigen Röntgenapparat wird dann der Röhrenstrom bei jeder Einstellung der Röhrenspannung und der Belastungszeit zwangläufig und selbsttätig auf den nach dem Nomogramm höchstzulässigen Wert (oder einen bestimmten Prozentsatz davon) eingestellt.

Das in Abb. 3 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel eines Röntgenapparates gemäß der Erfindung unterscheidet sich von dem in Abb. 1 dargestellten lediglich dadurch, daß zwischen dem Abgriff 15 der Primärwicklung und dem mit dem Pol V der Speisespannung zu verbindenden Ende der Primärwicklung des Hochspannungstransformators 12 ein Potentiometer angeschlossen ist, dessen einstellbarer Abgriff mit dem betreffenden Pol des Heizstromkreises verbunden ist. Durch Verstellen des

6a Abgriffes des Potentiometers 18 kann der Regeleinfluß des Wählers 13 auf den Heizstromkreis stufenlos geändert werden. Durch entsprechende Einstellung des Potentiometers 18 können demnach alle Toleranzen des Durchgriffes und der Emissionscharakteristik der mit dem Röntgenapparat betrie- benen Röntgenröhre 11 ausgeglichen werden.

Bei den in den Abb. 1 und 3 dargestellten Ausführungsbeispielen werden beim Schließen des von der Zeitschaltuhr gesteuerten Schalters 14 die Röhrenspannung und die Heizspannung gleichzeitig an die Röntgenröhre gelegt. Häufig ist es aber erwünscht, die Glühkathode der Röntgenröhre schon vor Anlegen der Hochspannung vorzuheizen. Ein für diesen Fall geeignetes Ausführungsbeispiel eines Röntgenapparates gemäß der Erfindung zeigt die Abb. 4. Hier besteht das in Abb. 3 mit 18 bezeichnete Potentiometer aus zwei einstellbaren Widerständen 19 und 20, deren Verbindungspunkt über den einstellbaren Widerstand 17 an das eine Ende der Primärwicklung des Heiztransformators 16 angeschlossen ist. Das andere Ende der Primärwicklung des Heiztransformators ist mit dem Pol U der Speisespannung verbunden. Der Widerstand 19 ist unmittelbar an dem Pol V der Speisespannung angeschlossen. Der andere einstellbare Widerstand 20 ist über einen ebenfalls von der Zeitschaltuhr betätigten Schalter 21 an den Abgriff 15 der Primärwicklung des Hochspannungstransformators geführt. Wie aus der Schaltung ohne weiteres ersichtlich ist, liegt der Heizstromkreis schon vor Anlegen der Hochspannung, also bevor die Schalter 14 und 21 geschlossen werden, an Spannung. Die Glühkathode der Röntgenröhre wird also schon vor Einschalten der Hochspannung geheizt. Der Widerstand 19 wird so eingestellt, daß die Glühkathode der Röntgenröhre schon vor Anlegen der Hochspannung für den Mittelwert des sich nach Einschalten der Hochspannung ergebenden Röhrenstromes geheizt ist. Sobald die Schalter 14 und 21 geschlossen werden, wirken die beiden Widerstände 19 und 20 genauso wie das Potentiometer 18 in Abb. 3. Die Heizspannung der Röntgenröhre und damit der Röhrenstrom wird auf den durch die Einstellung des Wählers 13 bedingten Wert geändert. Bei geschlossenen Schaltern 14 und 21, also während der Belastung der' Röntgenröhre, ist also die Arbeitsweise der in Abb. 4 dargestellten Anordnung genau die gleiche wie bei den Ausführungsbeispielen der Abb. 1 und 3. Durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 20 kann man genauso wie no durch Einstellung des Abgriffes des Potentiometers 18 in Abb. 3 alle Toleranzen des Durchgriffes und der Emissionscharakteristik der angeschlossenen Röntgenröhre ausgleichen. Für die Einstellung des Widerstandes 17 gilt das in der Beschreibung der Abb. 1 dazu Gesagte.

Bei dem in Abb. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Primärwicklung des Hochspannungstransformators 12 nicht mit Anzapfungen versehen, sondern es ist dem Hochspannungstransformator ein Spartransformator 22 vorgeschaltet, der primärseitig an die Netzspannung U-V angeschlossen ist und sekundärseitig mit Anzapfungen sowie einem ■; Wähler 23 versehen ist. Der Heizstromkreis ist einerseits an dem Wähler 23, andererseits an dem einstellbaren Abgriff eines Potentiometers 24 ange-

schlossen, welches zwischen dem rechten Ende der Spartransformatorwicklung und einen Abgriff 25 liegt. Die Einstellung des Potentiometers 24 erfolgt nach den gleichen Grundsätzen wie die Einstellung des Potentiometers 18 in Abb. 3. Man kann das Potentiometer 24 gegebenenfalls auch fortlassen und den Widerstand 17 mit dem Abgriff 25 oder mit dem betreffenden Ende der Sekundärseite des Spartransformators 22 unmittelbar verbinden. Wie ohne weiteres aus der Abb. 5 ersichtlich ist, wird durch Verstellung des Wählers 23 sowohl die Röhrenspannung als auch die Röhrenstromstärke geregelt, und zwar derart, daß bei einer Erhöhung der Röhrenspannung die Röhrenstromstärke erniedrigt, bei einer Erniedrigung der Röhrenspannung die Röhrenstromstärke erhöht wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel kann man das Regelorgan des Widerstandes 17 im Sinne des Röhrenbelastungsnomogramms mit der Einstellvorrichtung für die Belastungszeit kuppeln. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann die Glühkathode schon vor Anlegen der Hochspannung, also vor Schließen des von der Zeitschaltuhr gesteuerten Schalters 14, auf den durch die Einstellung des Wählers 23 bestimmten Wert geheizt werden. Dieser Wert ist der gleiche wie während der Belastung der Röntgenröhre.

Der Schalter 14 in sämtlichen Ausführungsbeispielen kann gegebenenfalls statt von einer Zeitschaltuhr auch von einem mAs-Relais gesteuert werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Röntgenapparat, bei dem wenigstens annähernd dem Röntgenröhrenbelastungsnomogramm entsprechend bei einer Erhöhung der wählbaren Röntgenröhrenspannung zwangläufig der nach Einschaltung der Röntgenröhre durch diese fließende Röhrenstrom herabgesetzt wird bzw. umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß die an ihrem einen Ende mit Anzapfungen und einem Wähler zur Röhrenspannungsregelung versehene, einerseits über den Wähler, andererseits mit ihrem anderen Ende an die Speisespannung angeschlossene Primärwicklung des Hochspannungstransformators auf ihrem nicht mit Anzapfungen versehenen Wicklungsteil einen Abgriff aufweist, an den der eine Pol des Heizstromkreises der Röntgenröhre angeschlossen ist, während der andere Pol dieses Kreises an dem mit dem Wähler verbundenen Pol der Speisespannung liegt, so daß bei einer Verstellung des Wählers für die Anzapfungen (d. h. der Röhrenspannungsregelvorrichtung) im Sinne einer Erhöhung (bzw. Erniedrigung) der Röhrenspannung die an dem Heizstromkreis liegende Spannung erniedrigt (bzw. erhöht) wird (Abb. 1).
2. 2. Röntgenapparat, bei dem wenigstens annähernd dem Röntgenröhrenbelastungsnomogramm entsprechend bei einer Erhöhung der wählbaren Röntgenröhrenspannung zwangläufig der nach Einschaltung der Röntgenröhre durch diese fließende Röhrenstrom herabgesetzt wird bzw. umgekehrt und bei dem die Primärwicklung des Hochspannungstransformators einerseits an das eine Ende, andererseits an einen Wähler für die Anzapfungen auf der Sekundärseite eines vorgeschalteten, zweckmäßig als Spartransformator ausgebildeten Transformators angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizstromkreis der Röntgenröhre einerseits mit einem in der Nähe des anderen Endes der. Sekundärseite des Vorschalttransformators vorgesehenen Abgriff (gegebenenfalls über ein Potentiometer), andererseits mit dem Anzapfwähler verbunden ist, so daß bei einer Verstellung des Wählers für die Anzapfungen (d. h. der Röhrenspannungsregelvorrichtung) im Sinne einer Erhöhung (bzw. Erniedrigung) der Röhrenspannung die an dem Heizstromkreis liegende Spannung erniedrigt (bzw. erhöht) wird (Abb. s).
3. 3. Röntgenapparat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Abgriff der Primärwicklung und dem an den einen Pol der Speisespannung angeschlossenen Ende der Primärwicklung des Hochspannungstransformators ein Potentiometer angeschlossen ist, dessen einstellbarer Abgriff mit dem betreffenden Pol des Heizstromkreises verbunden ist (Abb. 3).
4. 4. Röntgenapparat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Potentiometer aus zwei einstellbaren Widerständen besteht, deren Verbindungspunkt mit dem betreffenden Pol des Heizstromkreises verbunden ist, und daß der eine Widerstand unmittelbar an den mit dem Primärwicklungsende zu verbindenden Pol der Speisespannung, der andere über einen von der Zeitschaltuhr (oder mAs-Relais) betätigten Schalter an den Abgriff der Primärwicklung des Hochspannungstransformators angeschlossen

   ist (Abb. 4).
5. 5. Röntgenapparat nach Anspruch 1 oder 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Heizstromkreis ein einstellbarer Widerstand angeordnet ist, der entweder bei der Eichung auf den entsprechend- der längstmöglichen Belastungszeit höchstzulässigen Wert eingestellt wird oder dessen Regelorgan in an sich bekannter Weise entsprechend dem Röntgenröhrenbelastungsnomogramm mit der Einstellvorrichtung für die Belastungszeit (Zeitschaltuhr oder mAs-Relais) gekuppelt ist.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 331425, 647730; britische Patentschrift Nr. 478 616.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 809 512/72 5.58