EP0074141A1 - Röntgengenerator zum Betrieb von Röntgenröhren mit an Masse angeschlossenem Mittelteil - Google Patents

Röntgengenerator zum Betrieb von Röntgenröhren mit an Masse angeschlossenem Mittelteil Download PDF

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EP0074141A1
EP0074141A1 EP82201068A EP82201068A EP0074141A1 EP 0074141 A1 EP0074141 A1 EP 0074141A1 EP 82201068 A EP82201068 A EP 82201068A EP 82201068 A EP82201068 A EP 82201068A EP 0074141 A1 EP0074141 A1 EP 0074141A1
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EP
European Patent Office
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voltage
cathode
tube
ray
generator
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EP82201068A
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English (en)
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EP0074141B1 (de
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Bernd Hermeyer
Heinz Mester
Hans Negle
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Koninklijke Philips Electronics NV
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/32—Supply voltage of the X-ray apparatus or tube
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube
    • H05G1/12—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube with dc or rectified single-phase ac or double-phase

Definitions

  • the invention relates to an x-ray generator for operating an x-ray tube with a central part connected to ground between its anode and its cathode, the series connection of high-voltage generators that can be connected to the anode and cathode of the x-ray tube, for generating a direct voltage on the x-ray tube, and means for changing the ratio between anode voltage and cathode voltage.
  • Such an X-ray generator is known from DE-OS 29 17 636.
  • X-ray tubes An example of X-ray tubes, the X-ray generator according to the invention is intended to supply, is known from the magazine "MEDICAMUNDI", Vol. 25, No. 1, 1980, pages 29 and 30 and from DE-OS 28 50 583.
  • X-ray tubes of this type are also sold by Philips under the name “Super Rotalix Ceramic". They differ from the tubes commonly referred to as grid-controlled X-ray tubes in that the voltage on the metal middle part is generally positive with respect to the cathode and can assume very high values which correspond to half the maximum tube voltage - or more .
  • the anode current is smaller than the cathode current because part of the electrons - after reflection at the anode - strikes the middle part.
  • the electron current impinging on the anode is not only determined by the cathode temperature, but also essentially by the voltage between the cathode and the central part connected to ground, which leads to the fact that with decreasing cathode voltage and constant cathode temperature the current through the x-ray tube decreases, so that the full emission cannot be achieved.
  • the object of the present invention is to design an X-ray generator of the type mentioned at the outset in such a way that a high emission current is achieved with little effort, even at low tube voltages.
  • the series circuit consists of at least three high-voltage generators, that a high-voltage switching device is provided, via which one of the corresponding outputs of two interconnected high-voltage generators is connected to ground, and that the high-voltage switching device is dependent on that Setting value of tube voltage and / or tube current can be switched such that the ratio of anode voltage to cathode voltage is lower for small tube voltage values than for large values.
  • At least one of the three high-voltage generators is effective in one position of the high-voltage switching device on the cathode side and in the other position on the anode side. If it is effective on the cathode side (with relatively low cathode or tube voltages), the emission current is increased. However, if this high-voltage generator were left there even with large tube voltages (e.g. 150 kV), this could lead to the cathode side, on which e.g. 100 kV would be present, would be overloaded in terms of high voltage. Therefore, at high tube voltages, at which the cathode side could be overloaded with high voltage, this high voltage generator must be effective on the anode side.
  • large tube voltages e.g. 150 kV
  • each high-voltage generator is formed by a secondary winding of a high-voltage transformer, the voltage of which is rectified by a rectifier arrangement, then three secondary windings are required; however, these can at least partially be designed for a lower voltage than if only two high voltage generators were present.
  • the total number of rectifier diodes contained in the rectifier arrangements is not increased by the fact that three or more rectifier arrangements are contained in the invention, because the individual rectifier arrangements can at least partially be designed for lower voltages.
  • the three high-voltage generators are formed by the three secondary windings 11, 21 and 31 of a high-voltage transformer 4, the primary winding 5 of which is connected to a switching and regulating device (not shown in more detail), which makes it possible to generate voltages of a predetermined magnitude on the secondary windings for a predeterminable period of time.
  • the secondary windings 11, 21, 31 together with a rectifier arrangement 10, 20 and 30 form a high-voltage generator 1, 2 and 3, respectively.
  • the negative output terminal 12 of the high-voltage generator 1 is connected to the positive terminal 23 of the high-voltage generator 2, whose negative output 22 is in turn connected to the positive output 33 of the third high-voltage generator 3.
  • the positive output 13 of the high-voltage generator 1 and the negative output 32 of the high-voltage generator 3 are each connected via a damping resistor 6 to an X-ray tube 7, which has a central part 8 made of metal between the anode and cathode, connected to earth or ground.
  • the anode and cathode of the X-ray tube 7 are each connected to earth via a voltage divider 15, which is used to measure the tube voltage.
  • the temperature of the filament is determined by a heating converter 16.
  • Capacitors 17 connected between outputs 13 and 32, on the one hand, and ground, on the other hand, smooth the voltage on the X-ray tube.
  • a high-voltage switching device 9 is provided, which either connects either the negative output 22 of the high-voltage generator 2 or the negative output 12 of the high-voltage generator 1 (whose potential is identical to that of the positive output of the high-voltage generator 2) to ground.
  • the cathode voltage is generated by the high-voltage generator 3 and the anode voltage by the high-voltage generators 1 and 2 together.
  • the cathode voltage is generated together by the high-voltage generators 2 and 3, while the anode voltage is generated by the high-voltage generator 1 alone. In the latter position, the cathode voltage is therefore greater than in the drawn position compared to the anode voltage.
  • the sum of the DC output voltages of the high voltage generators 1 and 2 should be equal to the DC output voltage of the high voltage generator 3. This ensures that the tube voltage is symmetrically divided between the anode and cathode sides in the drawn setting of the high-voltage switchover device for small tube currents (for example, fluoroscopy) and in particular also for large tube voltages.
  • the ratio of the output voltages of the high voltage generator 1 and 2 must be dimensioned according to the internal resistance of the high voltage generator arrangement 1, 2 and 3. The greater this internal resistance, the greater the output voltage of the high voltage generator 2 should be compared to the output voltage of the high voltage generator 1.
  • the secondary windings 11 and 21 contain the same number of turns and the rectifier arrangements 10 and 20 contain the same number of rectifier diodes. so that the two high voltage generators 1 and 2 generate equal output voltages.
  • the output voltage of the high voltage generator 3 should correspond to the sum of the output voltages of the high voltage generators 1 and 2.
  • the high-voltage generator 3 is formed with particular advantage by the series connection of two high-voltage generators which are identical to one another and to the high-voltage generators 1 and 2. Then four identical high-voltage generators can be used, which makes production cheaper.
  • the high-voltage switchover device is controlled by a control device 18.
  • the function of the control device 18 is to switch the high-voltage switchover device into the position shown in the drawing whenever the given values of the internal resistance and the voltage of the high-voltage generator 2 and at the set values of tube voltage and tube current in the other position of the high-voltage switching device 9, the cathode voltage would become so great that the cathode side would be overloaded in terms of high voltage, which, for example could result in their breakthrough.
  • the voltage distribution and the magnitude of the cathode voltage are almost independent of the tube current. In these cases, it is sufficient to bring the high-voltage switching device 9 into the position shown as soon as the tube voltage set by the user exceeds a predetermined value. It should be mentioned at this point that it is not possible to control the switchover directly as a function of the cathode voltage measured with the aid of the lower measuring voltage divider 15, because the switchover then takes place while the tube voltage is present, that is to say during a recording or during fluoroscopy. should be done, what should be avoided. Rather, the switchover must take place before the selected tube voltage is switched on.
  • the control device 18 contains a first changeover switch 181 which is coupled to the setting element 19 for setting the tube voltage.
  • the changeover switch 181 connects one end of one of four resistors 182, at the other end of which one of four voltages U 1 ... U 4 is connected, to a second changeover switch 183, which can be switched to one of a plurality of differently sized resistors 184 other end is connected to ground.
  • Resistors 182 should correspond to the internal resistance of the high voltage generator at the voltage selected in each case. If the internal resistance is independent of this voltage, the resistors 182 can be omitted if instead the voltages U 1 , U 2 ' U 3 and U 4: which are fed to the first changeover switch 181 are generated by a DC voltage generator with a corresponding internal resistance.
  • the voltage on the connecting line between the two switches 181 and 183 is greater, the greater the tube voltage set and the smaller the tube current set. It depends in the same way on the set values of tube current and tube voltage as the cathode voltage (in the one not shown Position of the high-voltage switching device 9) and can therefore be used to control the high-voltage switching device 9.
  • a comparator circuit 185 is provided which compares the voltage on the connecting line of the two change-over switches 181 and 183 with a predetermined reference value U R and brings the high-voltage switchover device into the position shown when the reference value U R is exceeded and into the other Position when it falls below.
  • the control device thus represents a simulation network which simulates the electrical conditions at the cathode of the X-ray tube (in the position of the high-voltage switching device 9, not shown).
  • a simulation network which simulates the electrical conditions at the cathode of the X-ray tube (in the position of the high-voltage switching device 9, not shown).
  • the tube current of an X-ray tube can easily be measured by using a resistance through which the tube current flows, one end of which is connected to ground.
  • the tube current is the electron current that strikes the anode and generates X-rays in it.
  • the current measured in the anode line is smaller than this tube current in tubes of the type described because part of the electrons is reflected by the anode and strikes the central part 8, so that they cannot be detected in the anode current.
  • the cathode current in the X-ray tubes described here is practically the same Tube current (the proportion of electrons that directly hits the middle part is negligible for practical purposes). Therefore, the measuring resistance must flow through the cathode current.
  • the measuring resistor 25 is connected between the two capacitors 17.
  • the high-voltage switching device 9 contains four switching contacts 91 ... 94.
  • the switch contact 91 connects the negative output 22 of the high-voltage generator 2 either to the positive output 33 of the high-voltage generator 3 or to ground.
  • the switch contact 92 connects one end of the resistor 25 either to the positive output 23 of the high voltage generator 2 or to the positive output 33 of the high voltage generator 3.
  • the switch contact 93 connects the other end of the resistor 25 either to the negative output 12 of the high voltage generator 1 or with the negative output 22 of the high-voltage generator 2.
  • the switch contact 94 connects the negative output 12 of the high-voltage generator 1 either to ground or to the positive output 23 of the high-voltage generator 2. All contacts 91 to 94 are together by the control device 18, not shown in the in Switched lines shown in solid lines or switchable to the switch position shown in dashed lines.
  • the current flows from the positive output 33 of the high-voltage generator 3 via the switch contact 91 to the negative output 22 of the high-voltage generator 2. From its positive output 23, the current continues to flow via the switch 92, the resistor 25 and the switch contact 93 to the negative output 12 of the high-voltage generator 1, which is connected to the ground via the switch contact 94. In this position the high voltage generators 2 and 3 together generate the cathode voltage, while the high voltage generator 1 generates the anode voltage.
  • the current flows via the contact 92 to one end of the resistor 25 to the switch contact 93 and to the negative output 22 of the high-voltage generator 2, the positive output 23 of which is connected via the switch contact 94 to the negative output 12 of the high-voltage generator 1 is.
  • the negative output 22 of the high-voltage generator 2 is connected to ground via the switch contact 91, so that in this switching position the cathode voltage from the high-voltage generator 3 and the anode voltage are generated jointly by the high-voltage generators 1 and 2.
  • the effort for the high-voltage switching device is increased not only by the fact that more switch contacts are required than in the embodiment shown in FIG. 1, but also by the fact that the switch contacts must be insulated from one another in accordance with the high voltage generated by the high-voltage generator 2.
  • the potential at the switch contacts 94, 93 and 92 is more positive by the DC voltage generated by the high-voltage generator 2 than the potential at the switch contact 91.
  • the potential of the switch contact 94 is more positive by the amount mentioned than the potential of contacts 91, 92 and 93.

Abstract

Bei Röntgenröhren mit einem Mittelteil aus Metall kann bei niedrigen Röhrenspannungen der geforderte Emissionsstrom unter ungünstigen Umständen nicht erreicht werden. Die Erfindung schafft hier eine Verbesserung indem sie die Hochspannung für die Röntgenröhre aus wenigstens drei in Serie geschaltete Hochspannungserzeuger ableitet, von denen mittels einer Hochspannungseinrichtung einer entweder auf der Anodenseite (bei hohen Röhrenspannungen) oder auf der Kathodenseite (bei niedrigen Röhrenspannungen) wirksam ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit einem zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode befindlichen an Masse angeschlossenen Mittelteil, der eine an Anode und Kathode der Röntgenröhre anschließbare Serienschaltung von Hochspannungserzeugern zur Erzeugung einer Gleichspannung an der Röntgenröhre sowie Mittel zum Ändern des Verhältnisses zwischen Anodenspannung und Kathodenspannung umfaßt.
  • Ein solcher Röntgengenerator ist aus der DE-OS 29 17 636 bekannt.
  • Ein Beispiel für Röntgenröhren, deren Speisung der erfindungsgemäße Röntgengenerator dienen soll, ist aus der Zeitschrift "MEDICAMUNDI", Vol. 25, Nr. 1, 1980, Seiten 29 und 30 sowie aus der DE-OS 28 50 583 bekannt. Röntgenröhren dieser Art werden auch von der Fa. Philips unter der Bezeichnung "Super Rotalix Ceramic" vertrieben. Sie unterscheiden sich von den sonst allgemein als gittergesteuerte Röntgenröhren bezeichneten Röhren dadurch, daß die Spannung an dem aus Metall bestehenden Mittelteil im allgemeinen positiv in bezug auf die Kathode ist und sehr hohe Werte annehmen kann, die der Hälfte der maximalen Röhrenspannung - oder mehr - entsprechen. Der Anodenstrom ist bei diesem Röhrentyp kleiner als der Kathodenstrom, weil ein Teil der Elektronen - nach Reflektion an der Anode - auf den Mittelteil trifft. Bei einer solchen Röntgenröhre wird der auf die Anode auftreffende Elektronenstrom nicht nur durch die Kathodentemperatur bestimmt, sondern auch wesentlich von der Spannung zwischen Kathode und dem an Masse angeschlossenen Mittelteil, was dazu führt, daß bei abnehmender Kathodenspannung und konstant bleibender Kathodentemperatur der Strom durch die Röntgenröhre abnimmt, so daß die volle Emission nicht erreicht werden kann. Bei Verwendung von Hochspannungserzeugern mit sehr großem Innenwiderstand, z.B. solchen, die Wechselrichteranordnungen enthalten, kommt darüber hinaus erschwerend hinzu, daß mit wachsendem Röhrenstrom die Kathodenspannung stärker abnimmt als die Anodenspannung, weil der Anodenstrom kleiner ist als der Kathodenstrom, so daß auch dann, wenn durch eine geeignete Regelschaltung die Spannung zwischen Anode und Kathode konstant gehalten wird, die Kathodenspannung selbst und damit der Emissionsstrom abnimmt.
  • Bei dem in der DE-OS 29 17 636 beschriebenen Röntgengenerator wird diesem Effekt dadurch begegnet, daß der mit der Kathode verbundene Hochspannungserzeuger, der über eine gittergesteuerte Röntgenröhre in Serie mit dem anodenseitigen Hochspannungserzeuger geschaltet ist, eine höhere Spannung erzeugt als der anodenseitige Hochspannungserzeuger, Der für diese Lösung erforderliche Aufwand (zusätzlich eine gittergesteuerte Röhre) ist jedoch sehr hoch.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Röntgengenerator der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß mit geringem Aufwand auch bei niedrigen Röhrenspannungen ein hoher Emissionsstrom erreicht wird.
  • Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Serienschaltung aus wenigstens drei Hochspannungserzeugern besteht, daß eine Hochspannungs-Umschalteinrichtung vorgesehen ist, über die jeweils einer der einander entsprechenden Ausgänge zweier miteinander verbundener hochspannungserzeuger mit Masse verbunden ist, und daß die Hochspannungs-Umschalteinrichtung in Abhängigkeit von dem Einstellwert von Röhrenspannung und/oder Röhrenstrom umschaltbar ist derart, daß das Verhältnis von Anodenspannung zur Kathodenspannung bei kleinen Werten der Röhrenspannung kleiner ist als bei großen Werten.
  • Nach der Erfindung ist also wenigstens einer der drei Hochspannungserzeuger in der einen Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung auf der Kathodenseite und in der anderen Stellung auf der Anodenseite wirksam. Wenn er auf der Kathodenseite wirksam ist (bei relativ kleinen Kathoden- bzw. Röhrenspannungen), wird dadurch der Emissionsstrom vergrößert. Würde man diesen Hochspannungserzeuger jedoch auch bei großen Röhrenspannungen (z.B. 150 kV) dort belassen, dann könnte dies insbesondere bei niedrig eingestellten Röhrenströmen dazu führen, daß die Kathodenseite, an der dann z.B. 100 kV anliegen würden, hochspannungsmäßig überlastet würde. Deshalb muß bei großen Röhrenspannungen, bei denen die Kathodenseite hochspannungsmäßig überlastet werden könnte, dieser Hochspannungserzeuger auf der Anodenseite wirksam sein.
  • Als zusätzlicher Aufwand fällt hierbei also nur noch die Hochspannungs-Umschalteinrichtung ins Gewicht. Zwar müssen anstelle der sonst üblichen zwei Hochspannungserzeuger deren wenigstens drei vorgesehen sein, doch können diese dann für niedrigere Spannungen ausgelegt werden. Wenn z.B. jeder Hochspannungserzeuger durch eine Sekundärwicklung eines Hochspannungstransformators gebildet wird, deren Spannung durch eine Gleichrichteranordnung gleichgerichtet wird, dann sind zwar drei Sekundärwicklungen erforderlich; doch können diese wenigstens teilweise für eine niedrigere Spannung ausgelegt sein, als wenn nur zwei Hochspannungserzeuger vorhanden wären. Ebenso wird die Zahl der in den Gleichrichteranordnungen insgesamt enthaltenen Gleichrichterdioden nicht dadurch vergrößert, daß bei der Erfindung drei oder mehr Gleichrichteranordnungen enthalten sind, weil die einzelnen Gleichrichteranordnungen dabei wenigstens teilweise für niedrigere Spannungen ausgelegt sein können.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
    • Fig. 1 ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel und
    • Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel mit einem Emissionsstrom-Meßwiderstand.
  • Die drei Hochspannungserzeuger werden durch die drei Sekundärwicklungen 11, 21 und 31 eines Hochspannungstransfornators 4 gebildet, dessen Primärwicklung 5 an eine nicht näher dargestellte Schalt- und Regeleinrichtung angeschlossen ist, die es gestattet, an den Sekundärwicklungen Spannungen vorgegebener Größe für einen vorgebbaren Zeitraum zu erzeugen. Die Sekundärwicklungen 11, 21, 31 bilden zusammen mit je einer Gleichrichteranordnung 10, 20 bzw. 30 einen Hochspannungserzeuger 1, 2 bzw. 3. Die negative Ausgangsklemme 12 des Hochspannungserzeugers 1 ist mit der positiven Klemme 23 des Hochspannungserzeugers 2 verbunden, dessen negativer Ausgang 22 wiederum mit dem positiven Ausgang 33 des dritten Hochspannungserzeugers 3 verbunden ist. Der positive Ausgang 13 des Hochspannungserzeugers 1 bzw. der negative Ausgang 32 des Hochspannungserzeugers 3 sind über je einen Dämpfungswiderstand 6 mit einer Röntgenröhre 7 verbunden, die zwischen Anode und Kathode ein mit Masse bzw. Erde verbundenes Mittelteil 8 aus Metall besitzt. Anode und Kathode der Röntgenröhre 7 sind über je einen Spannungsteiler 15, der der Messung der Röhrenspannung dient, mit Erde verbunden. Die Temperatur des Heizfadens wird durch einen Heizwandler 16 bestimmt. Zwischen die Ausgänge 13 bzw. 32 einerseits und Masse andererseits geschaltete Kondensatoren 17 glätten die Spannung an der Röntgenröhre.
  • Es ist eine Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 vorgesehen, die wahlweise entweder den negativen Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2 oder den negativen Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1 (dessen Potential mit dem des positiven Ausgangs des Hochspannungserzeugers 2 identisch ist) mit Masse verbindet. In der in der Zeichnung dargestellten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 wird die Kathodenspannung vom Hochspannungserzeuger 3 und die Anodenspannung von den Hochspannungserzeugern 1 und 2 zusammen erzeugt. In der nicht dargestellten Stellung der Hochspannungs-Schalteinrichtung 9 wird hingegen die Kathodenspannung zusammen von den Hochspannungserzeugern 2 und 3 erzeugt, während die Anodenspannung vom Hochspannungserzeuger 1 allein erzeugt wird. In der letztgenannten Stellung ist die Kathodenspannung im Vergleich zur Anodenspannung also größer als in der gezeichneten Stellung.
  • Die Summe der Ausgangsgleichspannungen der Hochspannungserzeuger 1 und 2 sollte gleich der Ausgangsgleichspannung des Hochspannungserzeugers 3 sein. Dadurch wird sichergestellt, daß in der gezeichneten SteELung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung bei kleinen Röhrenströmen (z.B. Durchleuchtung) und insbesondere auch bei großen Röhrenspannungen die Röhrenspannung symmetrisch auf die Anoden- und die Kathodenseite aufgeteilt wird. Das Verhältnis der Ausgangsspannungen der Hochspannungserzeuger 1 und 2 muß entsprechend dem Innenwiderstand der Hochspannungserzeugeranordnung 1, 2 und 3 bemessen sein. Je größer dieser Innenwiderstand ist, um so größer sollte die Ausgangsspannung des Hochspannungserzeugers 2 im Vergleich zur Ausgangsspannung des Hochspannungserzeugers 1 sein. Wenn fie Primärwicklung an eine Wechselrichteranordnung angeschlossen ist (wie sie z.B. aus der DE-OS 29 08 767 bekannt ist), ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Innenwiderstand. In diesem Fall erweist es sich als zweckmäßig, wenn die Sekundärwicklungen 11 und 21 die gleiche Windungszahl und die Gleichrichteranordnungen 10 und 20 die gleiche Zahl von Gleichrichterdioden enthalten, so daß die beiden Hochspannungserzeuger 1 und 2 gleich große Ausgangsspannungen erzeugen. Die Ausgangsspannung des Hochspannungserzeugers 3 sollœbei der Summe der Ausgangsspannungen der Hochspannungserzeuger 1 und 2 entsprechen. Mit besonderem Vorteil wird der Hochspannungserzeuger 3 durch die Serienschaltung zweier untereinander und mit den Hochspannungserzeugern 1 und 2 identischer Hochspannungserzeuger gebildet. Dann können nämlich vier identische Hochspannungserzeuger benutzt werden, was die Herstellung verbilligt.
  • Bei dieser Bemessung ergeben sich folgende Betriebsmöglichkeiten:
    • 3) Kleine Röhrenströme (z.B. Durchleuchtung) In der in Fig. 1 dargestellten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung entsprechen sich Anodenspannung und Kathodenspannung, wenn man von der Polarität einmal absieht. In der nicht dargestellten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 ist die Kathodenspannung dreimal größer als die Anodenspannung. Dies könnte bei sehr großen Röhrenspannungen, z.B. von 150 kV, dazu führen, daß die Kathodenspannung zu hoch wird, so daß die Röntgenröhre hochspannungsmäßig überlastet wird. Da bei sehr kleinen Röhrenströmen eine Herabsetzung des Röhrenstroms infolge einer Herabsetzung der Kathodenspannung auch durch Erhöhung der Heizleistung für die Kathode ausgeglichen werden kann, könnte in diesem Fall sogar auf eine Umschaltung verzichtet und die Anordnung stets in der dargestellten Stellung der Hochspannungs-Schalteinrichtung betrieben werden.
    • b) Große Röhrenströme (einige 100 mA und mehr) Obwohl die Leerlaufspannungen 13 und 32 in der gezeichneten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung einander gleich sind, ist bei großen Strömen die Kathodenspannung niedriger als die Anodenspannung. Ursache für diesen Effekt ist zum einen der große Innenwiderstand der Hochspannungserzeugeranordnung und zum anderen die Tatsache, daß der Kathodenstrom größer ist als der Anodenstrom, weil die aus der Kathode austretenden Elektronen zum Teil von der Anode auf den Mittelteil reflektiert werden. Dadurch wird bei sonst gleichen Verhältnissen (Kupferquerschnitt usw.) der Spannungsabfall auf der Kathodenseite größer als auf der Anodenseite und die Spannungsaufteilung unsymmetrisch. Dies kann dazu führen, daß insbesondere bei niedrigen Röhrenspannungen die Spannung an der Kathode so niedrig wird, daß der gewünschte große Röhrenstrom nicht fließen kann. In diesem Fall ist eine Umschaltung in die nicht gezeichnete Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung erforderlich, wobei der negative Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1 bzw. der positive Ausgang des Hochspannungserzeugers 23 mit Masse verbunden werden. Die im Leerlauf bzw. bei sehr geringen Röhrenströmen auftretende starke Unsymmetrie zwischen Anodenspannung und Kathodenspannung wird dabei aufgrund des großen Innenwiderstandes und der Ungleichheit von Kathodenstrom und Anodenstrom zum Teil wieder ausgeglichen; bei sehr großen Röhrenströmen können Anoden- und Kathodenspannung aufgrund dieses Effektes dem Betrage nach sogar wieder gleich werden. Gleichwohl kann der Röhrenstrom in diesem Fall doppelt so groß - unter Umständen sogar noch größer - werden als der Röhrenstrom bei der gleichen Röhrenspannung und der gleichen Heizfadentemperatur in der in der Zeichnung dargestellten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9. In den Fällen, in denen der Innenwiderstand und der Röhrenstrom so groß sind, daß trotz unsymmetrischer Leerlaufspannungen sich eine symmetrische Spannungsverteilung an der Röntgenröhre ergibt, kann die Hochspannungs-Umschalteinrichtung stets in dieser (nicht gezeichneten) Schaltstellung bleiben.
  • Die Steuerung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung erfolgt durch eine Steuereinrichtung 18. Aufgabe der Steuereinrichtung 18 ist es, die Hochspannungs-Umschalteinrichtung immer dann in die in der Zeichnung dargestellte Stellung zu schalten, wenn bei den gegebenen Werten des Innenwiderstandes und der Spannung des Hochspannungserzeugers 2 sowie bei den eingestellten Werten von Röhrenspannung und Röhrenstrom in der anderen Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 die Kathodenspannung so groß werden würde, daß die Kathodenseite hochspannungsmäßig überlastet würde, was z.B. ihren Durchschlag zur Folge haben könnte.
  • Bei relativ kleinem Innenwiderstand des Röntgengenerators ist die Spannungsaufteilung und die Größe der Kathodenspannung nahezu unabhängig vom Röhrenstrom. In diesen Fällen genügt es, die Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 in die dargestellte Stellung zu bringen, sobald die vom Benutzer eingestellte Röhrenspannung einen vorgegebenen Wert überschreitet. Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß es nicht möglich ist, die Umschaltung direkt in Abhängigkeit von der mit Hilfe des unteren Meßspannungsteilers 15 gemessenen Kathodenspannung zu steuern, weil die Umschaltung dann während des Anliegens der Röhrenspannung, also während einer Aufnahme oder während einer Durchleuchtung, erfolgen müßte, was zu vermeiden ist. Die Umschaltung muß vielmehr erfolgen, bevor die gewählte Röhrenspannung eingeschaltet wird.
  • Bei Hochspannungserzeugern mit sehr hohem Innenwiderstand ist es hingegen, wie bereits erläutert, möglich, daß trotz unsymmetrischer Leerlaufspannungen die Röhrenspannung symmetrisch auf die Anoden- und die Kathodenseite aufgeteilt wird, so daß in diesem Fall (große Röhrenströme) die Hochspannungs-Umschalteinrichtung in der nicht gezeichneten Stellung verbleiben kann. Wenn jedoch nur ein sehr kleiner Röhrenstrom fließt, wird auch die Spannungsaufteilung an der Röntgenröhre 7 unsymmetrisch, so daß eine Umschaltung erforderlich ist. In diesem Fall genügt also eine Umschaltung in Abhängigkeit von dem eingestellten Röhrenstrom.
  • Im allgemeinen ist es aber zweckmäßig, die Umschaltung in Abhängigkeit von der Röhrenspannung und vom Röhrenstrom durchzuführen. Zu diesem Zweck enthält die Steuereinrichtung 18 einen ersten Umschalter 181, der mit dem Einstellglied 19 zur Einstellung der Röhrenspannung gekoppelt ist. Der Umschalter 181 verbindet jeweils ein Ende eines von vier Widerständen 182, an dessen anderes Ende eine von vier Spannungen U1...U4 angeschlossen ist, mit einem zweiten Umschalter 183, der auf einen von mehreren unterschiedlich großen Widerständen 184 umschaltbar ist, deren anderes Ende an Masse angeschlossen ist. Die Spannungen U1...U4 sind der mit dem Wähler 19 eingestellten Spannung proportional, während die Widerstände 184 dem bei dem gewählten Röhrenstrom über das Mittelteil 8 fließenden Strom und damit auch dem Röhrenstrom selbst ungefähr umgekehrt proportional sind. Die Widerstände 182 sollen dem Innenwiderstand des Hochspannungserzeugers bei der jeweils gewählten Spannung entsprechen. Ist der Innenwiderstand unabhängig von dieser Spannung, können die Widerstände 182 entfallen, wenn stattdessen die Spannungen U1, U2' U3 und U4: die dem ersten Umschalter 181 zugeführt werden, von einem Gleichspannungserzeuger mit einem entsprechenden Innenwiderstand erzeugt werden.
  • Die Spannung an der Verbindungsleitung zwischen den beiden Umschaltern 181 und 183 ist um so größer, je größer die eingestellte Röhrenspannung ist und je kleiner der eingestellte Röhrenstrom ist. Sie hängt in gleicher Weise von den eingestellten Werten von Röhrenstrom und Röhrenspannung ab wie die Kathodenspannung (in der nicht gezeichneten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9) und kann daher zur Steuerung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 benutzt werden. Zu diesem Zweck ist eine Komparatorschaltung 185 vorgesehen, die die Spannung an der Verbindungsleitung der beiden Umschalter 181 und 183 mit einem vorgegebenen Referenzwert UR vergleicht und die Hochspannungs-Umschalteinrichtung in die gezeichnete Stellung bringt, wenn der Referenzwert UR überschritten wird und in die andere Stellung, wenn er unterschritten wird.
  • Die Steuereinrichtung stellt also ein Simulations-Netzwerk dar, das die elektrischen Verhältnisse an der Kathode der Röntgenröhre (in der nicht gezeichneten Stellung der Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9) nachbildet. Bei Röntgengeneratoren, bei denen die einzustellenden Werte von Röhrenspannung und Röhrenstrom als Digitalwerte vorliegen und bei denen ein Rechner zur Steuerung des Röntgengenerators vorhanden ist, kann ein solches Simulations-Netzwerk entfallen, wenn stattdessen ein Programm vorgesehen ist, mit Hilfe dessen die Kathodenspannung errechnet werden kann; der Rechner steuert dann die Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 in Abhängigkeit von dem Rechenergebnis.
  • In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt mit einem Meßwiderstand zur Messung des Röhrenstroms. Es ist bekannt, daß sich der Röhrenstrom einer Röntgenröhre leicht durch Verwendung eines vom Röhrenstrom durchflossenen Widerstandes, dessen eines Ende mit Masse verbunden ist, messen läßt. Der Röhrenstrom ist der Elektronenstrom, der auf die Anode trifft und in ihr Röntgenstrahlung erzeugt. Der in der Anodenleitung gemessene Strom ist bei Röhren der beschriebenen Art kleiner als dieser Röhrenstrom, weil ein Teil der Elektronen von der Anode reflektiert wird und auf das Mittelteil 8 trifft, so daß sie im Anodenstrom nicht erfaßt werden können. Der Kathodenstrom ist bei den hier beschriebenen Röntgenröhren dagegen praktisch @eich dem Röhrenstrom (der Anteil der Elektronen, der direkt das Mittelteil trifft, ist ja für praktische Zwecke vernachlässigbar). Deshalb muß der Meßwiderstand vom Kathodenstrom durchflossen werden.
  • Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist der Meßwiderstand 25 zwischen die beiden Kondensatoren 17 geschaltet. Die Hochspannungs-Umschalteinrichtung 9 enthält vier Schaltkontakte 91...94. Der Schaltkontakt 91 verbindet den negativen Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2 wahlweise mit dem positiven Ausgang 33 des Hochspannungserzeugers 3 oder mit Masse. Der Schaltkontakt 92 verbindet das eine Ende des Widerstandes 25 entweder mit dem positiven Ausgang 23 des Hochspannungserzeugers 2 oder mit dem positiven Ausgang 33 des Hochspannungserzeugers 3. Der Schaltkontakt 93 verbindet das andere Ende des Widerstandes 25 wahlweise entweder mit dem negativen Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1 oder mit dem negativen Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2. Der Schaltkontakt 94 verbindet den negativen Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1 entweder mit Masse oder mit dem positiven Ausgang 23 des Hochspannungserzeugers 2. Alle Kontakte 91 bis 94 sind gemeinsam durch die nicht näher dargestellte Steuereinrichtung 18 in die in ausgezogenen Linien dargestellte Schaltstellung oder in die in gestrichelten Linien dargestellte Schaltstellung umschaltbar.
  • In der in ausgezogenen Linien dargestellten Schaltstellung fließt der Strom vom positiven Ausgang 33 des Hochspannungserzeugers 3 über den Schaltkontakt 91 zum negativen Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2. Von dessen positiven Ausgang 23 fließt der Strom weiter über den Schalter 92, den Widerstand 25 und den Schaltkontakt 93 zum negativen Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1, der über den ' Schaltkontakt 94 mit Masse verbunden ist. In dieser Stellung erzeugen die Hochspannungserzeuger 2 und 3 gemeinsam die Kathodenspannung, während der Hochspannungserzeuger 1 die Anodenspannung erzeugt. - In der in gestrichelten Linien dargestellten Schaltstellung fließt der Strom über den Kontakt 92 zum einen Ende des Widerstandes 25 zum Schaltkontakt 93 und zum negativen Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2, dessen positiver Ausgang 23 über den Schaltkontakt 94 mit dem negativen Ausgang 12 des Hochspannungserzeugers 1 verbunden ist. Der negative Ausgang 22 des Hochspannungserzeugers 2 ist dabei über den Schaltkontakt 91 mit Masse verbunden, so daß in dieser Schaltstellung die Kathodenspannung vom Hochspannungserzeuger 3 und die Anodenspannung gemeinsam von den Hochspannungserzeugern 1 und 2 erzeugt wird.
  • Bei dieser Ausführungsform wird der Aufwand für die Hochspannungs-Umschalteinrichtung nicht nur dadurch vergrößert, daß mehr Schaltkontakte erforderlich sind als bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform, sondern auch dadurch, daß die Schaltkontakte entsprechend der vom Hochspannungserzeuger 2 erzeugten Hochspannung gegeneinander isoliert sein müssen. Bei der in ausgezogenen Linien dargestellten Schaltstellung ist nämlich das Potential an den Schaltkontakten 94, 93 und 92 um die vom Hochspannungserzeuger 2 erzeugte Gleichspannung positiver als das Potential am Schaltkontakt 91. Während in der anderen Schaltstellung das Potential des Schaltkontaktes 94 um den erwähnten Betrag positiver ist als das Potential der Kontakte 91, 92 und 93.
  • Obwohl die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit einem einphasigen Transformator erläutert wurde, ist sie auch bei Röntgengeneratoren mit mehrphasigen Hochspannungstransformatoren anwendbar.

Claims (5)

1. Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit einem zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode befindlichen an Masse angeschlossenen Mittelteil, der eine an Anode und Kathode der Röntgenröhre anschließbare Serienschaltung von Hochspannungserzeugern zur Erzeugung einer Gleichspannung an der Röntgenröhre sowie Mittel zum Ändern des Verhältnisses zwischen Anodenspannung und Kathodenspannung umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung aus wenigstens drei Hochspannungserzeugern (1, 2, 3) besteht, daß eine Hochspannungs-Umschalteinrichtung (9) vorgesehen ist, über die jeweils einer der einander entsprechenden Ausgänge zweier miteinander verbundener Hochspannungserzeuger mit Masse verbunden ist, und daß die Hochspannungs-Umschalteinrichtung (9) in Abhängigkeit von dem Einstellwert von Röhrenspannung und/oder Röhrenstrom umschaltbar ist derart, daß das Verhältnis von Anodenspannung zur Kathodenspannung bei kleinen Werten der Röhrenspannung kleiner ist als bei großen Werten und ein bestimmter Wert der Kathodenspannung nicht überschritten wird.
2. Röntgengenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hochspannungserzeuger (1, 2, 3) eine Sekundärwicklung (11, 21, 31) eines Hochspannungstransformators (4) umfaßt, der eine Gleichrichteranordnung (10, 20, 30) nachgeschaltet ist.
3. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Serienschaltung drei Hochspannungserzeuger (1, 2, 3) umfaßt und daß der positive Ausgang (33) des Hochspannungserzeugers (3), dessen negativer Ausgang (32) mit der Kathode der Röntgenröhre verbunden ist, und der positive Ausgang (23) des mit diesem Hochspannungserzeuger verbundenen Hochspannungserzeugers (2) mit der Hochspannungs-Umschalteinrichtung (9) gekoppelt sind.
4. Röntgengenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannung des Hochspannungserzeugers (3), der mit der Kathode verbunden ist, doppelt so groß ist wie die Hochspannung jedes der beiden anderen Hochspannungserzeuger (1, 2), und daß er seinerseits durch die Serienschaltung zweier identischer Hochspannungserzeuger gebildet wird.
5. Röntgengenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein vom Gleichstrom durch wenigstens einen der Hochspannungserzeuger (3) durchflossener Widerstands-Zweipol (25) vorgesehen ist, der so mit dem Hochspannungsumschalter (91...94) gekoppelt ist, daß in beiden Umschaltstellungen der eine der beiden Anschlüsse des Widerstands-Zweipols über die Hochspannungs-Umschalteinrichtung (91...94) mit Masse verbunden ist (Fig.2).
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