DE977601C - Roentgengeraet mit einer Sicherheitsschaltung - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 20. JULI 1967

χ 10682 rnic/21g

genommen

In einem Röntgengerät ist die Arbeitsspannung der Röntgenröhre, d. h. die Spannung zwischen Anode und Kathode, wenn das Röntgengerät in Betrieb ist, wesentlich niedriger als die Leerlaufspannung, da bei Belastung im Gerät und im Speisenetz Spannungsverluste entstehen. Bei der Inbetriebnahme des Röntgengerätes wird zunächst der Strom zur Heizung der Heizkathode eingeschaltet, und einige Zeit später wird die hohe Spannung an die Röhre gelegt. Der Belastungsstrom steigt dann sofort zum vollen Wert, wodurch verhütet wird, daß die Röhrenspannung zu hoch wird.

Es ist bekannt, zum Schutz von Glühkathodenröhren, die in Betrieb sind, bei Änderungen der Betriebsbedingungen, die eine Beschädigung der Röhre zur Folge haben könnten, die Stromzuführung zu unterbrechen. Zu diesem Zweck ist ein Differentialrelais vorgesehen, das von zwei Strömen gespeist wird, die beim Inbetriebsetzen der Röhre auftreten, so daß die Schutzvorrichtung erst zur Wirkung kommt, nachdem die Röhre bei den vorliegenden Betriebsbedingungen beansprucht worden ist.

Bei Röntgenröhren kommt es besonders darauf an, daß die Glühkathode im Augenblick der Einschaltung der Anodenspannung die beim Betrieb erforderliche Temperatur aufweist. Wenn eine Unterbrechung der Heizstromleitung, ein Kurzschluß im Speisetransformator oder eine andere Störung auftritt, so daß die Kathode nicht bis zur Arbeitstemperatur erhitzt wird, kann die Einschaltung der hohen Spannung für die Röntgenröhre schädlich sein. Es muß damit gerechnet werden, daß die An-

709 631/2

odenspannung im Fall des Ausbleibens des Emissionsstromes den zulässigen Betriebswert erheblich überschreitet. In diesem Fall ist die Röhrenspannung gleich der Leerlauf spannung des Hochspannungstransformators, und die Stromzuführungskabel können durchschlagen, es können Funkenüberschläge im Röhrenmantel auftreten, oder innere Durchschläge können die Röntgenröhre beschädigen. Eine bekannte Schutzvorrichtung für die Heizstromtransformatoren von Glühkathodenventilen in einer Röntgeneinrichtung setzt die Verwendung von zwei Gruppen von Heizstromwandlern voraus, deren Ströme in einander entgegengesetztem Sinne in der Schutzvorrichtung wirksam sind. Diese An-Ordnung eignet sich nicht zum Schutz eines einzelnen Stromkreises wie bei einer Sicherheitsvorkehrung zum Schutz der Röntgenröhre.

Es ist an sich bekannt, ein Röntgengerät vor dem Einschalten der Betriebsspannung mit einer Quelle niedriger Spannung zu verbinden und, erst nachdem die Entladungsstromstärke den üblichen Wert aufweist, die Betriebsspannung einschaltbar zumachen. Die Erfindung bezieht sich auf ein Röntgengerät mit einer Sicherheitsschaltung und bezweckt, die Einschaltung der hohen Spannung zu verhüten, wenn der Stromkreis zur Erhitzung der Heizkathode der Röntgenröhre aus irgendeinem Grund gestört ist. Gemäß der Erfindung wird im Betätigungsstromkreis der hohen Spannung der Ruhekontakt eines elektromagnetischen Relais eingeschaltet, dessen Erregung durch die Summe zweier Spannungen bewirkt wird, die annähernd in Gegenphase sind und von denen eine konstant und die andere von dem Heizstrom abhängig ist, wobei, wenn die Summe der Spannungen einen bestimmten Wert überschreitet, durch die Erregung des Relais der Ruhekontakt geöffnet wird und damit die Unterbrechung des Betätigungsstromkreises erfolgt. Die Spannungen sind gleich oder haben nur einen geringen Unterschied, wenn keine Störung eintritt und bei Einschaltung der Heizstrom den zum Erhitzen der Kathode zur Arbeitstemperatur erforderlichen Wert annimmt. Im Fall einer Unterbrechung des Heizstromkreises ist die von dem Heizstrom abhängige Spannung sehr gering, und das Relais spricht durch die konstante Spannung an. Tritt jedoch ein Kurzschluß ein, so ist die von dem Heizstrom abhängige Spannung vorwiegend und macht das Relais wirksam.

Es ist für die Erfindung unwesentlich, ob ein Relais mit einer Erregerwicklung oder ein Differentialrelais verwendet wird. Die Summe der Spannungen kann auch zur Steuerung der Gitterspannung einer Entladungsröhre oder als Zündspannung für eine Gasentladungsröhre verwendet werden, deren Anodenstrom das Relais erregt.

Der verhältnismäßig hohe Leerlaufst'rom des Heizstromtransformators, der weiterfließt, wenn eine Unterbrechung auf der Sekundärseite dieses Transformators die Erhitzung der Heizkathode verhindert, beeinträchtigt die Empfindlichkeit der Einrichtung. Dieser Strom hat eine sehr hohe reaktive Komponente, die größtenteils dadurch kompen-. siert werden kann, daß parallel zur Primärwicklung des Heizstromtransformators ein Kondensator geschaltet wird.

Dies wird in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. ι zeigt das Prinzip der Schaltung des Gerätes nach der Erfindung, und Fig. 2 zeigt eine Abart, und die Fig. 3 und 4 zeigen zwei Belastungsdiagramme. Die Röntgenröhre 1 ist mit der Kathode 2 und der Anode 3 an beiden Enden der Sekundärwicklung 4 des Transformators 5 für hohe Spannung angeschlossen. Im allgemeinen wird gleichgerichtete Spannung benutzt, und eine Anzahl von Ventilen und Kondensatoren werden in den Stromkreis eingefügt, aber zur Erläuterung der Erfindung genügt die einfache Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Die Primärwicklung 6 des Transformators 5 ist an den Regeltransformator 7 angeschlossen. Dieser ist als Spartransformator dargestellt. Die erzeugte Spannung kann durch Anzapfungen 8 geregelt werden. Ein Stromzuführungsdraht 9 für die Primärwicklung 6 des Transformators 5 ist mit dem Regelkontakt 10, der andere Draht 11 unmittelbar mit dem anderen Ende der Wicklung 7 verbunden. In den Stromzuführungsleitungen 9 und 11 sind die Kontakte 12 und 13 eines elektromagnetischen Relais, des Hauptrelais, enthalten, dessen Erregerwicklung 14 mittels eines Druckknopfschalters 15 mit der Netzspannung durch die Anschlußklemmen 16 und 17 verbunden werden kann.

Der Heizstromkreis der Röntgenröhre 1 hat einen Heizstromtransformator 19 mit der Sekundärwicklung 18 und der Primärwicklung 20, welch letztere an zwei feste Punkte der Wicklung des Regeltransformators 7 angeschlossen ist. Die Stromzuführungsleitung zum Heizstromtransformator 19 enthält einen Regelwiderstand 21 zur Einstellung des Heizstroms und eine Schmelzsicherung 22. Letztere dient dazu, in Fällen starken Kurzschlusses die Wirkung des Geräts zu unterbrechen, damit Beschädigung möglichst vermieden wird.

Der Heizstromkreis enthält weiter den Widerstand 23, der zum Schützen des Röntgengeräts dient. Im Widerstand entsteht ein Spannungsverlust, der von dem Heizstrom abhängig ist. Er ist gering, wenn der Stromkreis irgendwo unterbrochen ist, und groß, wenn irgendwo ein Kurzschluß auftritt.

Einige Windungen 24 des Regeltransformators 7 liefern die Gegenspannung. Beide Spannungen sind durch die Gleichrichterbrücke 27 und die Wicklung 26 in Reihe geschaltet. Die Richtung des Stroms durch die Wicklung 26 ist stets dieselbe, ob die Spannung am Widerstand 23 höher als die Gegenspannung ist oder nicht. Man wird die Spannungen annähernd auf gleiche Werte einstellen, und dazu dient der Kontaktarm 25 des Widerstands 23. Es ist nicht erforderlich, Gleichrichter zu verwenden, aber ein Gleichstromrelais arbeitet ruhiger als ein Wechselstromrelais. Die beiden Spannungen können auch durch magnetische Kopplung gegenphasig ge-

schaltet werden, wenn ein Differentialrelais verwendet wird, von dem jede Wicklung an eine der Spannungen gelegt ist.

Bei einer anderen Ausführungsform enthält dieser Einzelteil der Schaltung eine Hochvakuumschaltröhre 32. Fig. 2 zeigt die Schaltung, in der eine Triode als Schaltröhre verwendet wird. Die Summe der konstanten Spannung der Windungen 24 und der von dem Heizstrom abhängigen Spannung, die dem Widerstand 23 entnommen wird, wird gleichgerichtet und ist über den Widerstand 33 wirksam. Sie liefert die positive Komponente der Gitterspannung für die Entladungsröhre. Die Spannungsquelle 34 liefert die negative Komponente dieser Gitterspannung. Der Anodenstrom der Spannungsquelle 35 erregt die Wicklung des Relais 26, wenn in dem Heizstromkreis der Röntgenröhre eine Störung auftritt.

Anstatt der Triode kann auch eine gasgefüllte Entladungsröhre als Schaltröhre verwendet werden. Die Schaltung muß dazu Änderungen erfahren, welche dem Fachmann jedoch keine Schwierigkeiten bereiten.

Die Erregerwicklung 26 des Relais betätigt den Ruhekontakt 29. Dieser Kontakt liegt im Betätigungsstromkreis des Hauptrelais 14 und verhütet, wenn er geöffnet ist, die Einschaltung des Röntgengeräts.

Aus der graphischen Darstellung der Fig. 3 ergeben sich nicht die gegensinnig gerichteten Spannungen, sondern die Spannung des Windungsteiles 24 des Regeltransformators 7 wird durch den Vektor V₁ bezeichnet, der gegenüber der wirklichen Spannung um i8o° gedreht ist. Der Vektor V₂, der die Spannung am Widerstand 23 zwischen einem Ende und der Anzapfung 24 bei normalem Stromverbrauch der Heizkathode angibt, weist eine geringe Phasenverschiebung auf, hat aber annähernd die gleiche Größe wie der Vektor V₁. Diese Übereinstimmung läßt sich durch Einstellung des Regelarms 25 erzielen. Die Summe der beiden gegenphasigen Spannungen wix'd durch den Vektor V angegeben. Bei den meisten Geräten ist es üblich, den Heizstrom in bestimmten Grenzen veränderlich zu machen, damit die Belastung der Röntgenröhre auf den gewünschten Wert eingestellt werden kann. Dies läßt sich durch den Regelwiderstand 21 durchführen, und infolgedessen ändert sich die Spannung V.₂ zwischen den Grenzen V₂' und V₂". Diese Änderung wird von einer kleinen Änderung der Phasenverschiebung begleitet. Die Summe der Spannungen V₁ und V₂ ändert sich infolgedessen zwischen V und V". Die Spannung, bei der das Relais 26 wirksam wird, muß größer als V sein, da diese die höchste Spannung ist, die bei der Regelung der Belastung auftritt. Die Figur zeigt weiter die Vektoren A und B, die die Spannung V₂ am Widerstand 23 angeben für den Fall, daß der Heizstrcmkreis auf der Sekundärseite des Heizstromtransformators unterbrochen ist (Vektor A), und für den Fall, daß auf dieser Seite ein Kurzschluß auftritt (Vektor B). Wenn die Primärseite des Heizstromtransformators unterbrochen ist, wird diese Spannung Null sein, und bei einem Primärkurzschluß wird die Schmelzsicherung 22 wirksam. Aus der Figur ist ersichtlich, daß die Summe der Spannungen V₁ und A oder B sowohl bei einer als auch bei der anderen Abweichung den Wert V überschreitet. Für die Anzugsspannung des Relais wird ein Wert zwischen V und der geringsten der beiden unter der Wirkung einer Abweichung auftretenden endgültigen Spannungen aus V₁, A oder B gewählt. Dieser Wert muß möglichst gering sein.

Die Erregerspannung des Relais 26 kann durch Ausgleich der reaktiven Komponente des Primärstroms des Heizstromtransformators erniedrigt werden. Dazu ist parallel zur Primärwicklung 20 dieses Transformators 19 der Kondensator 36 geschaltet. Das Vektordiagramm, das auf diese Weise erhalten wird, ist in Fig. 4 dargestellt. Die Vektoren sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 3 bezeichnet, und die resultierende Spannung am Widerstand 23 erfolgt aus der vektoriellen Zusammensetzung der Vektoren B und V_c, wobei letzterer Vektor den Einfluß des Kondensators angibt.

Aus dem Diagramm nach Fig. 4 folgt, daß die Spannung V₂ am Widerstand 23, kombiniert mit der konstanten Spannung V₁, eine Spannung V g_o liefert, die wesentlich geringer ist als die Spannung V nach Fig. 3. Infolge der vorerwähnten Maßnahme wird das Relais eher ansprechen, wenn eine Abweichung von dem üblichen Belastungszustand eintritt.

Wenn das Relais 26 nicht wirksam ist, kann die Belastung des Röntgengerätes mittels der Druckschalter 15 eingeschaltet werden. Die Dauer des Betriebes des Geräts wird durch den Zeitschalter 31 bedingt.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Röntgengerät mit einer Sicherheitsschaltung zum Verhüten der Einschaltung der hohen Spannung, wenn eine Störung im Heizstromkreis die Erhitzung der Glühkathode der Röntgenröhre verhindert, dadurch gekennzeichnet, daß im Betätigungsstromkreis der hohen Spannung der Ruhekontakt eines elektromagnetischen Relais eingeschaltet ist, dessen Erregung durch die Summe zweier Spannungen bewirkt wird, die annähernd in Gegenphase sind und von denen eine konstant und die andere von dem Heizstrom abhängig ist, wobei, wenn die Summe der Spannungen einen bestimmten Wert überschreitet, durch die Erregung des Relais der Ruhekontakt geöffnet wird und damit die Unterbrechung des Betätigungsstromkreises erfolgt.
2. 2. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialrelais verwendet wird.
3. 3. Röntgengerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Spannungen als Steuerspannung für eine Entladungsröhre verwendet wird, deren Anodenstrom das Relais erregt.
4. 4· Röntgengerät nach Anspruch ι, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Spannungen über einen doppelphasigen Gleichrichter zum Betätigen des Relais verwendet wird.
5. 5. Röntgengerät nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Spannung einem Teil der Wicklung eines Regeltransformators entnommen wird, der eine konstante Spannung für die Heizstromspeisung liefert, und in Reihe mit der Primärwicklung des Heizstromtransformators ein Widerstand geschaltet ist, dem die von dem Heizstrom abhängige Spannung entnommen wird.
6. 6. Röntgengerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kondensator parallel zur Primärwicklung des Heizstromtransformators geschaltet ist, welcher Kondensator einen solchen Wert hat, daß die reaktive Komponente des Leerlaufstroms des Heizstromtransformators wesentlich verringert wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: _ag

   Deutsche Patentschriften Nr. 318 140, 425231, 102, 439 056;

   deutsche Patentanmeldung K4776 VIIIc/2ig

   (bekanntgemacht am 4. 12. 1952);
   österreichische Patentschrift Nr. 174994.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   © 609 659/388 10.56 (709 631/2 7. 67)