EP0416708A2 - Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit an Masse angeschlossenen Röhrenteilen - Google Patents

Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit an Masse angeschlossenen Röhrenteilen Download PDF

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EP0416708A2
EP0416708A2 EP90202356A EP90202356A EP0416708A2 EP 0416708 A2 EP0416708 A2 EP 0416708A2 EP 90202356 A EP90202356 A EP 90202356A EP 90202356 A EP90202356 A EP 90202356A EP 0416708 A2 EP0416708 A2 EP 0416708A2
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EP
European Patent Office
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voltage
anode
cathode
ray
windings
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EP90202356A
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French (fr)
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EP0416708A3 (en
EP0416708B1 (de
Inventor
Hans Dipl.-Ing. Negle
Bernd Freiheit-Jensen
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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 of EP0416708A3 publication Critical patent/EP0416708A3/de
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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
    • H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube

Definitions

  • the invention relates to an X-ray generator for operating an X-ray tube with tube parts connected to ground and a high-voltage transformer arrangement, each with a secondary winding for generating the positive or negative high voltage for the anode or the cathode of the X-ray tube.
  • X-ray generator is known from EP-B 74 141.
  • the current generated at the cathode does not flow completely to the anode; Part of this current flows to ground via the relevant tube part.
  • the cathode-side high-voltage source is subjected to greater stress than the anode-side high-voltage source, which leads to an asymmetry between the high voltage at the anode or at the cathode in the case of high-resistance, symmetrically designed high-voltage sources (i.e. the high voltage between the anode and ground is greater than the high voltage between the cathode and Dimensions).
  • the voltage asymmetry and the resulting negative effects are eliminated by providing a high-voltage transformer with a primary winding and three secondary windings, each with a rectifier.
  • the three rectifier outputs are connected to one another via a switchover device in such a way that the anode-side high voltage is optionally generated by one or two rectifiers and the cathode-side high voltage is reversed by two or one rectifier.
  • the effort for this solution (in addition a secondary winding, a high-voltage rectifier and a high-voltage switchover device) is relatively high.
  • This object is achieved in that a primary winding is assigned to each of the two secondary windings and in series with the primary winding for the Generation of the anode voltage an inductance can be switched on by means of a switching device.
  • each secondary winding is also assigned a primary winding, so that the voltages on the secondary windings can be predetermined independently of one another, at least in a certain range. If one assumes that the primary windings correspond to one another and also the secondary windings, then the X-ray generator according to the invention delivers to a "normal" X-ray tube, i.e. an X-ray tube without tube parts connected to ground, for example an X-ray tube with a glass bulb, a symmetrical voltage distribution i.e. the amount of voltage between the anode and ground is the same as the voltage between cathode and ground.
  • a "normal" X-ray tube i.e. an X-ray tube without tube parts connected to ground, for example an X-ray tube with a glass bulb
  • a symmetrical voltage distribution i.e. the amount of voltage between the anode and ground is the same as the voltage between cathode and ground.
  • the inductance is connected in series with the primary winding for generating the high voltage on the anode side by means of the switching device.
  • the voltage on the anode-side primary winding is reduced in comparison to the voltage on the cathode-side primary voltage, whereby the anode voltage is reduced at least approximately by the same amount as the cathode voltage as a result of the higher cathode current when the inductance is suitably dimensioned.
  • the inductance such that the anode voltage drops more than the cathode voltage, so that the cathode voltage is greater than half the tube voltage - as long as the cathode voltage does not exceed half the maximum tube voltage.
  • the space charge in the region of the cathode can be eliminated, so that the current through the X-ray tube increases or at a given cathode temperature given tube current, the cathode temperature is lowered and the life of the cathode can be increased.
  • a preferred embodiment therefore provides that the primary windings and the secondary windings are wound on a common core and are arranged such that the leakage inductance between the mutually assigned primary and secondary windings is substantially smaller than the leakage inductance between the windings which are not assigned to one another.
  • the winding pairs behave within certain limits like two separate high-voltage transformers.
  • the inductor consists of several partial inductors lying in series and that a switching device can be coupled to the partial inductors in such a way that the inductor can be switched entirely or only partially into the feed line to the primary winding.
  • This configuration allows the (partial) inductance connected in series with the anode-side primary winding to be adapted to the respective requirements in stages: at high tube voltages, a relatively small partial inductance is switched on by means of the switching device, which is dimensioned such that the anode and cathode voltage are at least approximately are equal in amount.
  • a larger inductance is made effective, so that the cathode voltage becomes greater than the anode voltage, which makes it possible to lower the cathode temperature for a given tube current.
  • the inductance is designed as an air throttle.
  • the inductance could also be formed by a coil with a ferromagnetic core.
  • the inductances required are relatively small, such a coil would have only one or a few turns, so that exact dimensioning would be difficult.
  • saturation phenomena would occur with such a coil because of the high currents that can flow through the primary winding in an X-ray image (a few hundred A).
  • an air choke ie a coil without a ferromagnetic core, can have a sufficient number of turns show and shows no saturation effects.
  • the inductance is wound on a toroid.
  • An air throttle could be wound on a cylinder core in a particularly simple manner.
  • An air choke with turns evenly distributed around the circumference of the (non-ferromagnetic) toroid is more difficult to wind, but it creates a smaller magnetic stray field in its environment.
  • Fig. 1 two X-ray tubes 1 and 2 optionally connectable to the X-ray generator are provided. While the X-ray tube 2 has the same cathode current as the anode current because this tube has a glass bulb, for example, this is not the case with the X-ray tube 1. As indicated schematically, this X-ray tube has a grounded metal piston and a central part connected to it in an electrically conductive manner and arranged between the anode and cathode. In such an x-ray tube known per se (see also EP-OS 74 141), part of the cathode current can flow to earth via the central part and the metal bulb, so that the cathode current is greater than the anode current.
  • One of the two X-ray tubes 1 or 2 each located at different workplaces (in clinical practice even more X-ray tubes can be provided), can be connected to the high voltage generated in the X-ray generator by means of a high-voltage switchover device 3 - which can be coupled with the workstation selector (not shown).
  • the high voltage for the rectifiers 11 and 12 is supplied by the secondary windings 21 and 22, to which a primary winding 31 and 32 is assigned.
  • the four windings mentioned are wound on a common transformer core 4.
  • a secondary winding arrangement consisting of several individual windings can also be used.
  • the output voltage of the rectifiers 11 and 12 is smoothed by capacitors 41 and 42 and fed to the changeover switch 3 via a damping resistor 51 and 52, respectively.
  • the positive or negative high voltage, to which one of the X-ray tubes 1 or 2 is connected in the operating state, is recorded for measurement and control purposes by a voltage divider 61 or 62, respectively.
  • Fig. 2 shows a cross section through the high-voltage transformer with the core 4, the two primary windings 31 and 32 and the two secondary windings 21 and 22.
  • the core 4 a cutting tape core, has the shape of a rectangular ring core.
  • Such a core is expediently composed of two identical cores with a U-shape, so that the windings can be produced before they are each applied to one core and before the two cores are assembled.
  • the secondary windings 21 and 22 each enclose the primary winding 31 and 32 assigned to them, and the primary windings 31 and 32 enclose the same leg of the core 4. Since the primary windings have the same number of turns - and likewise the secondary windings - this results in a transformer structure that is symmetrical with respect to the center line 40.
  • the magnetic coupling between mutually unassigned windings - for example the primary winding 32 and the secondary winding 21 is significantly weaker - and accordingly the leakage inductance or the leakage induction flux is considerably greater - than between the mutually associated windings, for example the primary winding 31 and Secondary winding 21.
  • a ratio of the mentioned leakage inductances of 6: 1 has already proven to be sufficient to enable an asymmetrical feeding of the windings without inadmissibly high equalizing currents flowing.
  • the two primary windings 31 and 32 are fed by a controllable AC voltage source, for example with a medium-frequency series resonance inverter with an operating frequency of e.g. 3-12 kHz.
  • a controllable AC voltage source for example with a medium-frequency series resonance inverter with an operating frequency of e.g. 3-12 kHz.
  • an inductor is provided in one of the connecting lines between the primary winding 31 and the AC voltage generator, which consists of the partial inductors 7, 8 and 9 connected in series. which each have a switch 70, 80 and 90 connected in parallel.
  • the primary and secondary windings must be arranged in a boiler filled with transformer oil, for example, the partial inductors 7, 8 and 9 and the switches 70, 80 and 90 can be arranged outside of this boiler.
  • the X-ray generator is operated as follows: When the X-ray tube 2 is connected (in the extended position of the high-voltage switch 3), all the switches 70, 80 are and 90 closed, so that the inductor 7, 8, 9 is short-circuited.
  • the primary windings 31 and 32 are supplied with alternating voltages of the same size, so that there is a symmetrical voltage distribution on the X-ray tube 2, ie the amount of the anode voltage is the same as the cathode voltage (in each case with respect to ground or ground).
  • the high-voltage switch 3 is switched to the position not shown in FIG. 1.
  • only one switch is opened in this case, for example switch 70, so that only partial inductance 7 in series with primary winding 31 is effective.
  • the voltage across the primary winding 31 is less than that across the primary winding 32 and, accordingly, the open circuit voltage (ie, the voltage under no load from the X-ray tube 1) is lower than the open circuit voltage at the output of the rectifier 12.
  • the operating voltage at the cathode drops more than at the anode, so that with a suitable dimensioning of the partial inductance 7, a symmetrical voltage distribution at the x-ray tube 1 arises at least approximately.
  • the switches 70, 80, 90 must be controlled as a function of the voltage on the X-ray tube. If, on the other hand, there is only a single switch and only a single inductance, then the switch is controlled as a function of the workplace selector (not shown in more detail) which also operates the high-voltage switch 3.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit an Masse angeschlossenen Röhrenteilen und einer Hochspannungstransformatoranordnung mit je einer Sekundärwicklung zur Erzeugung der positiven bzw. negativen Hochspannung für die Anode bzw. die Kathode der Röntgenröhre. Die mit der Speisung einer derartigen Röntgenröhre durch einen hochohmigen Generator einhergehende ungünstige Spannungsverteilung wird auf einfache Weise dadurch beseitigt, daß den beiden Sekundärwicklungen je eine Primärwicklung zugeordnet ist und daß in Serie zu der Primärwicklung für die Erzeugung der Anodenspannung eine Induktivität mittels einer Schalteinrichtung einschaltbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre mit an Masse angeschlossenen Röhren­teilen und einer Hochspannungstransformatoranordnung mit je einer Sekundärwicklung zur Erzeugung der positiven bzw. negativen Hochspannung für die Anode bzw. die Kathode der Röntgenröhre. Ein derartiger Röntgengenerator ist aus der EP-B 74 141 bekannt.
  • Bei Röntgenröhren mit einem an Masse angeschlossenen Röhrenteil, beispielsweise einem Metallkolben, der gege­benenfalls noch mit einem zwischen Anode und Kathode befindlichen Metallteil verbunden sein kann, fließt der an der Kathode erzeugte Strom nicht vollständig zur Anode; Ein Teil dieses Stromes fließt über das betreffende Röhrenteil nach Masse. Infolgedessen wird die kathodensei­tige Hochspannungsquelle stärker belastet als die anoden­seitige Hochspannungsquelle, was bei hochohmigen, symme­trisch ausgelegten Hochspannungsquellen zu einer Unsymme­trie zwischen der Hochspannung an der Anode bzw. an der Kathode führt (d.h. die Hochspannung zwischen Anode und Masse ist größer als die Hochspannung zwischen Kathode und Masse).
  • Diese Unsymmetrie bringt negative Effekte mit sich, die von der Höhe der Spannung zwischen Anode und Kathode abhängen:
    • a) Bei großen Röhrenspannungen erreicht die Spannung zwischen Anode und Masse bereits einen Wert von mehr als der Hälfte der maximal zulässigen Röhrenspannung, bevor die Spannung zwischen Anode und Kathode ihren maximal zulässigen Wert erreicht. Um eine hochspan­nungsmäßige Überlastung der Rontgenröhre zu vermeiden, darf die Röntgenröhre in einem solchen Fall nicht mit der vollen Spannung betrieben werden, für die sie ausgelegt ist.
    • b) Bei kleinen Röhrenspannungen kann die Kathodenspannung so niedrig werden, daß der an der Kathode emittierte Strom durch Raumladungseffekte begrenzt wird. Um einen bestimmten Röhrenstrom zu erreichen, muß in diesem Fall der Heizstrom für die Kathode unnötig groß gemacht werden, was zu einer Verkürzung der Lebensdauer der Röhre führen kann.
  • Bei dem bekannten Röntgengenerator werden die Spannungsun­symmetrie und die dadurch bedingten negativen Effekte dadurch beseitigt, daß ein Hochspannungstransformator mit einer Primärwicklung und drei Sekundärwicklungen mit je einem Gleichrichter vorgesehen ist. Die drei Gleichrich­terausgänge sind über eine Umschalteinrichtung so mitein­ander verbunden, daß die anodenseitige Hochspannung wahl­weise von einem oder zwei Gleichrichtern und die kathoden­seitige Hochspannung umgekehrt von zwei bzw. einem Gleichrichter erzeugt wird. Der Aufwand für diese Lösung (zusätzlich eine Sekundärwicklung, ein Hochspannungs­gleichrichter und eine Hochspannungsumschalteinrichtung) ist verhältnismäßig hoch.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, die unerwünschten Effekte mit geringerem Aufwand zu beseitigen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den beiden Sekundärwicklungen je eine Primärwicklung zugeord­net ist und daß in Serie zu der Primärwicklung für die Erzeugung der Anodenspannung eine Induktivität mittels einer Schalteinrichtung einschaltbar ist.
  • Gemäß der Erfindung ist jeder Sekundärwicklung auch eine Primärwicklung zugeordnet, so daß die Spannungen an den Sekundärwicklungen zumindest in einem gewissen Bereich voneinander unabhängig vorgegeben werden können. Geht man davon aus, daß die Primärwicklungen einander entsprechen und ebenso die Sekundärwicklungen, dann liefert der erfin­dungsgemäße Röntgengenerator an eine "normale" Röntgen­röhre, d.h. eine Röntgenröhre ohne an Masse angeschlos­sene Röhrenteile, beispielsweise eine Röntgenröhre mit einem Glaskolben, eine symmetrische Spannungsverteilung d.h. die Spannung zwischen Anode und Masse ist dem Betrage nach gleich groß wie die Spannung zwischen Kathode und Masse. Bei Anschluß einer Röntgenröhre hingegen, deren Anodenstrom vom Kathodenstrom abweicht, wird mittels der Schalteinrichtung die Induktivität in Serie zu der Primär­wicklung für die Erzeugung der anodenseitigen Hochspannung geschaltet. Dadurch wird die Spannung an der anodenseiti­gen Primärwicklung im Vergleich zu der Spannung an der kathodenseitigen Primärspannung verringert, wodurch bei geeigneter Bemessung der Induktivität die Anodenspannung zumindest näherungsweise um den gleichen Betrag reduziert wird wie die Kathodenspannung als Folge des höheren Kathodenstroms.
  • Es ist aber auch möglich, die Induktivität so zu bemessen, daß die Anodenspannung stärker absinkt als die Kathoden­spannung, so daß die Kathodenspannung größer ist als die halbe Röhrenspannung - solange die Kathodenspannung die Hälfte der maximalen Röhrenspannung nicht übersteigt. In diesem Fall kann die Raumladung im Bereich der Kathode beseitigt werden, so daß bei vorgegebener Kathodentempera­tur der Strom durch die Röntgenröhre vergrößert oder bei vorgegebenem Röhrenstrom die Kathodentemperatur abgesenkt und damit die Lebensdauer der Kathode erhöht werden kann.
  • Grundsätzlich wäre es möglich, für die Erzeugung der Kathodenspannung und der Anodenspannung einen getrennten Transformator vorzusehen und die Zusatzinduktivität in Serie zu der Primärwicklung für den Transformator für die Anodenspannung anzuordnen. Der Aufwand für zwei getrennte Transformatoren ist jedoch noch relativ groß und ebenso der Platzbedarf für die beiden Hochspannungstransformato­ren. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht daher vor, daß die Primärwicklungen und die Sekundärwicklungen auf einen gemeinsamen Kern gewickelt und so angeordnet sind, daß die Streuinduktivität zwischen den einander zugeordneten Primär- und Sekundärwicklungen wesentlich kleiner ist als die Streuinduktivität zwischen den einander nicht zugeord­neten Wicklungen.
  • Wenn mehrere Wicklungen so auf einen gemeinsamen Kern gewickelt sind, daß sie praktisch von dem gleichen Induk­tionsfluß durchsetzt werden, sind die Spannungen in diesen Wicklungen an sich vorgegeben, so daß eine getrennte Steuerung der Primärwicklung und Sekundärwicklungen für die Anode bzw. die Kathode zunächst nicht möglich er­scheint. Bei einem Hochspannungstransformator für eine Röntgenröhre müssen jedoch die Primärwicklungen und die die Hochspannung führenden Sekundärwicklungen voneinander isoliert werden, woraus sich ein gewisser Streufluß bzw. eine gewisse Streuinduktiviät zwischen den einander zuge­ordneten Primär- und Sekundärwicklungen ergibt. Sorgt man nun durch geeignete Anordnung der Wicklungen dafür, daß der Streufluß bzw. die Streuinduktivität zwischen einander nicht zugeordneten Wicklungen (z.B. zwischen der Primär­wicklung für die Anodenspannung und der Sekundärwicklung für die Kathodenspannung) noch wesentlich größer wird als der Streufluß bzw. die Streuinduktivität zwischen einander zugeordneten Wicklungen, dann verhalten sich die Wicklungspaare innerhalb gewisser Grenzen wie zwei getrennte Hochspannungstransformatoren.
  • Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe liegenden Teilindukti­vitäten besteht und daß eine Umschalteinrichtung mit den Teilinduktivitäten koppelbar ist, derart, daß die Indukti­vität ganz oder nur teilweise in die Zuleitung zur Primär­wicklung schaltbar ist. Diese Ausgestaltung erlaubt es, die in Serie zu der anodenseitigen Primärwicklung geschal­tete (Teil-)Induktivität den jeweiligen Erfordernissen in Stufen anzupassen: Bei hohen Röhrenspannungen wird eine relativ kleine Teilinduktivität mittels der Umschaltein­richtung eingeschaltet, die so bemessen ist, daß Anoden- und Kathodenspannung zumindest annähernd dem Betrage nach gleich sind. Bei kleinen Röhrenspannungen hingegen wird eine größere Induktivität wirksam gemacht, so daß die Kathodenspannung größer wird als die Anodenspannung, was bei einem vorgegebenen Röhrenstrom eine Herabsetzung der Kathodentemperatur ermöglicht.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Induk­tivität als Luftdrossel ausgebildet ist. Grundsätzlich könnte die Induktivität auch durch eine Spule mit ferro­magnetischem Kern gebildet werden. Da die erforderlichen Induktivitäten aber relativ klein sind, hätte eine solche Spule nur eine oder wenige Windungen, so daß eine genaue Bemessung schwierig wäre. Außerdem würde bei einer solchen Spule wegen der hohen Ströme, die bei einer Röntgenauf­nahme durch die Primärwicklung fließen können (einige hundert A), Sättigungserscheinungen auftreten. Eine Luft­drossel, d.h. eine Spule ohne ferromagnetischen Kern, kann demgegenüber eine ausreichende Zahl von Windungen auf­ weisen und zeigt keine Sättigungseffekte.
  • In noch weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorge­sehen, daß die Induktivität auf einen Ringkern gewickelt ist. Eine Luftdrossel könnte an sich besonders einfach auf einen Zylinderkern gewickelt werden. Eine Luftdrossel mit gleichmäßig auf dem Umfang des (nicht ferromagnetischen) Ringkerns verteilten Windungen ist zwar schwieriger zu wickeln, erzeugt jedoch ein kleineres magnetisches Streu­feld in ihrer Umgebung.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines Teils eines erfindungs­gemäßen Röntgengenerators und
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch einen dafür geeigneten Hochspannungstransformator.
  • In Fig. 1 sind zwei an den Röntgengenerator wahlweise anschließbare Röntgenröhren 1 und 2 vorgesehen. Während bei der Röntgenröhre 2 der Kathodenstrom genauso groß ist wie der Anodenstrom, weil diese Röhre beispielsweise einen Glaskolben aufweist, ist dies bei der Röntgenröhre 1 nicht der Fall. Wie schematisch angedeutet, weist diese Röntgen­röhre einen geerdeten Metallkolben und ein damit elek­trisch leitend verbundenes, zwischen Anode und Kathode angeordnetes Mittelteil auf. Bei einer solchen an sich bekannten Röntgenröhre (vergl. dazu EP-OS 74 141) kann ein Teil des Kathodenstroms über den Mittelteil und den Metallkolben nach Erde abfließen, so daß der Kathodenstrom größer ist als der Anodenstrom.
  • Jeweils eine der beiden Röntgenröhren 1 oder 2, die sich an unterschiedlichen Arbeitsplätzen befinden (in der klinischen Praxis können auch noch mehr Röntgenröhren vor­gesehen sein), ist mittels einer Hochspannungsumschaltein­richtung 3 - die mit dem nicht näher dargestellten Arbeitsplatzwähler gekoppelt sein kann - an die im Rönt­gengenerator erzeugte Hochspannung anschließbar. Die Hochspannung für die Gleichrichter 11 bzw. 12 wird von den Sekundärwicklungen 21 bzw. 22 geliefert, denen jeweils eine Primärwicklung 31 bzw. 32 zugeordnet ist. Die vier genannten Wicklungen sind auf einen gemeinsamen Transfor­matorkern 4 gewickelt. Anstelle der Sekundärwicklungen 21 bzw. 31 kann auch eine aus mehreren Einzelwicklungen be­stehende Sekundärwicklungsanordnung treten.
  • Die Ausgangsspannung der Gleichrichter 11 und 12 wird von Kondensatoren 41 bzw. 42 geglättet und über je einen Dämpfungswiderstand 51 bzw. 52 dem Umschalter 3 zuge­führt. Die positive bzw. negative Hochspannung, an die eine der Röntgenröhren 1 oder 2 im Betriebszustand ange­schlossen ist, wird zu Meß- und Regelzwecken von je einem Spannungsteiler 61 bzw. 62 erfaßt.
  • Fig. 2 zeigt einen Querschnitt durch den Hochspannungs­transformator mit dem Kern 4, den beiden Primärwicklungen 31 und 32 und den beiden Sekundärwicklungen 21 und 22. Der Kern 4, ein Schnittbandkern, hat die Form eines rechteck­förmigen Ringkerns. Zweckmäßigerweise wird ein solcher Kern aus zwei identischen Kernen mit U-Form zusammenge­setzt, so daß die Wicklungen gefertigt werden können, bevor sie auf je einen Kern aufgebracht werden und bevor die beiden Kerne zusammengesetzt werden. Die Sekundär­wicklung 21 bzw. 22 umschließt jeweils die ihr zugeordnete Primärwicklung 31 bzw. 32, und die Primärwicklungen 31 und 32 umschließen denselben Schenkel des Kerns 4. Da die Primärwicklungen gleich viele Windungen haben - und ebenso die Sekundärwicklungen - ergibt sich ein bezüglich der Mittellinie 40 symmetrischer Transformatoraufbau.
  • Bei diesem Aufbau ist die magnetische Kopplung zwischen einander nicht zugeordneten Wicklungen - beispielsweise der Primärwicklung 32 und der Sekundärwicklung 21 wesent­lich schwächer - und demgemäß die Streuinduktivität bzw. der Streu-Induktionsfluß wesentlich größer - als zwischen den einander zugeordneten Wicklungen, beispielsweise der Primärwicklung 31 und der Sekundärwicklung 21. Ein Verhältnis der genannten Streuinduktivitäten von 6:1 erwies sich schon als ausreichend, um eine unsymmetrische Speisung der Wicklungen zu ermöglichen, ohne daß unzuläs­sig hohe Ausgleichsströme fließen.
  • Wie sich aus Fig. 1 ergibt, werden die beiden Primärwick­lungen 31 und 32 von einer regelbaren Wechselspannungs­quelle gespeist, beispielsweise mit einem Mittelfrequenz-­Reihenresonanz-Wechselrichter mit einer Betriebsfrequenz von z.B. 3-12 kHz. Während jedoch die Primärwicklung 32 für die Erzeugung der Kathodenspannung unmittelbar an den Ausgang der Wechselspannungsquelle 5 angeschlossen ist, ist in einer der Verbindungsleitungen zwischen der Primär­wicklung 31 und dem Wechselspannungsgenerator eine Induk­tivität vorgesehen, die aus den in Serie geschalteten Teilinduktivitäten 7, 8 und 9 besteht, denen jeweils ein Schalter 70, 80 und 90 parallelgeschaltet ist. Während die Primär- und Sekundärwicklungen in einem z.B.mit Transfor­matoröl gefüllten Kessel angeordnet sein müssen, können die Teilinduktivitäten 7,8 und 9 sowie die Schalter 70, 80 und 90 außerhalb dieses Kessels angeordnet sein.
  • Der Röntgengenerator wird wie folgt betrieben: Beim Anschluß der Röntgenröhre 2 (in der ausgezogenen Stellung des Hochspannungsumschalters 3) sind alle Schalter 70, 80 und 90 geschlossen, so daß die Induktivität 7, 8, 9 kurz­geschlossen ist. Die Primärwicklungen 31 und 32 werden mit gleich großen Wechselspannungen gespeist, so daß sich eine symmetrische Spannungsaufteilung an der Rontgenröhre 2 ergibt, d.h., die Anodenspannung ist dem Betrage nach gleich groß wie die Kathodenspannung (jeweils gegenüber Masse bzw. Erde).
  • Zum Anschluß der Röntgenröhre 1 wird der Hochspannungsum­schalter 3 in die in Fig. 1 nicht dargestellte Stellung umgeschaltet. Bei hohen Röhrenspannungen wird in diesem Fall nur ein Schalter geöffnet, beispielsweise der Schalter 70, so daß nur die Teilinduktivität 7 in Serie zu der Primärwicklung 31 wirksam ist. Infolgedessen ist die Spannung an der Primärwicklung 31 kleiner als an der Pri­märwicklung 32, und dementsprechend ist auch die Leerlauf­spannung (d.h. die Spannung ohne Belastung durch die Rönt­genröhre 1) kleiner als die Leerlaufspannung am Ausgang des Gleichrichters 12. Infolge des Unterschiedes zwischen Kathoden- und Anodenstrom sinkt die Betriebsspannung an der Kathode jedoch stärker als an der Anode, so daß sich bei geeigneter Bemessung der Teilinduktivität 7 zumindest näherungsweise eine symmetrische Spannungsverteilung an der Röntgenröhre 1 einstellt.
  • Bei niedrigeren Röhrenspannungen können auch zwei der drei Schalter oder aber alle drei geöffnet sein. Die Spannung an der Primärwicklung 31 nimmt dann soweit ab, daß die Anodenspannung stets kleiner ist als die Kathodenspan­nung. Der Vorteil dieser unsymmetrischen Betriebsart be­steht darin, daß bei vorgegebener Spannung zwischen Anode und Kathode der maximal mögliche Emissionsstrom vergrößert bzw. daß bei vorgegebenem Röhrenstrom die Kathodentempera­tur verringert werden kann, so daß deren Lebensdauer ver­längert wird.
  • In diesem Fall müssen also die Schalter 70, 80, 90 in Ab­hängigkeit von der Spannung an der Röntgenröhre gesteuert werden. Ist hingegen nur ein einziger Schalter vorhanden und nur eine einzige Induktivität, dann erfolgt die Steuerung des Schalters in Abhängigkeit von dem nicht näher dargestellten Arbeitsplatzwähler, der auch den Hoch­spannungsumschalter 3 betätigt.
  • Es hat sich gezeigt, daß schon relativ kleine Induktivitä­ten ausreichen, um bei einer Rontgenröhre vom Typ der Röhre 1 eine symmetrische Spannungsaufteilung zu errei­chen; so konnte eine maximale Betriebsspannungsunsymmetrie (das ist die Differenz zwischen Anodenspannung und Katho­denspannung - ohne die Induktivität) von 14 kV mittels einer Induktivität von rund 13 µH nahezu vollständig ausgeglichen werden. Würde man zur Herstellung einer derartigen Spule einen ferromagnetischen Kern vorsehen, dann dürfte diese Spule nur eine oder wenige Windungen aufweisen, so daß eine genaue Herstellung schwierig wäre. Außerdem könnten sich im Kern infolge der sehr großen Ströme, die bei einer Röntgenaufnahme über die Primärwick­lungen fließen (einige 100A), Sättigungseffekte auftre­ten. Die Induktivität ist daher als Luftdrossel ausgebil­det. Die Windungen dieser Luftdrossel sind vorzugsweise auf einen nicht ferromagnetischen Ringkern - gleichmäßig verteilt - gewickelt, so daß sich in der Umgebung der Luftdrossel nur geringe magnetische Streufelder ergeben.

Claims (5)

1. Röntgengenerator zum Betrieb einer Röntgenröhre (1) mit an Masse angeschlossenen Röhrenteilen und einer Hochspan­nungstransformatoranordnung (4) mit je einer Sekundär­wicklungsanordnung (21,31) zur Erzeugung der positiven bzw. negativen Hochspannung für die Anode bzw. die Kathode der Röntgenröhre,
dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Sekundärwicklungs­anordnungen (21,22) je eine Primärwicklung (31,32) zuge­ordnet ist und daß in Serie zu der Primärwicklung (31) für die Erzeugung der Anodenspannung eine Induktivität (7,8,9) mittels einer Schalteinrichtung (70,80,90) einschaltbar ist.
2. Rontgengenerator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Primärwicklungen (31,32) und die Sekundärwicklungsanordnung (21,22) auf einen gemeinsamen Kern (4) gewickelt und so angeordnet sind, daß die Streuinduktivität zwischen den einander zugeordneten Primär- und Sekundärwicklungen (z.B. 31,21) wesentlich kleiner ist als die Streuinduktivität zwischen den einander nicht zugeordneten Wicklungen (z.B. 31,22).
3. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe liegenden Teilinduktivitäten (7,8,9) besteht und daß eine Umschalteinrichtung (70,80,90) mit den Teilinduk­tivitäten koppelbar ist, derart, daß die Induktivität ganz oder nur teilweise in die Zuleitung zur Primärwicklung (31) schaltbar ist.
4. Röntgengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (7,8,9) als Luftdrossel ausgebildet ist.
5. Röntgengenerator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (7,8,9) auf einen Ringkern gewickelt ist.
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