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Einrichtung zum Schutz von Röntgenröhren bei Röntgendiagnostik-Apparaten
Für den Betrieb einer hochevakuierten Röntgenröhre sind drei Hauptgrößen, nämlich
die Röhrenspannung, der Röhrenstrom und die Expositionszeit, bestimmend. Um eine
Überlastung der Röntgenröhre und dadurch hervorgerufene Röhrenschäden zu verhindern,
ist es erforderlich, daß die genannten drei Hauptgrößen nicht über die durch das
Röhrennomogramm gegebenen Lastgrenzen hinausfallen.
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Aus diesem Grunde war es bei bestimmten Bauarten von Röntgendiagnostik-Apparaten
früher üblich, jeweils zwei oder auch alle drei der genannten Hauptbetriebsgrößen
in ihrer Einstellung so miteinander zu kuppeln, daß bei Veränderung der einen Größe
die Veränderung einer oder der beiden anderen Größen jeweils in dem Sinne herbeigeführt
wurde, daß eine Überschreitung der Röhrenlastgrenze verhindert wurde.
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Eine derartige unmittelbare Kupplung der drei Hauptgrößen ist sowohl
mechanisch als auch elektrisch kompliziert und hat den Nachteil, daß der Arzt die
Einstellung für eine bestimmte Aufnahme nicht in dem Maße den Bedürfnissen der Untersuchung
anpassen kann, wie dies mit Rücksicht auf den Einzelfall erforderlich wäre. Es sind
daher jeweils Korrektureinstellungen erforderlich, die zeitraubend und mühevoll
sind und häufig trotzdem in ihrem Endergebnis nicht zu der vom Arzt gewünschten
Apparateeinstellung führen.
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Um die dieser Bauweise anhaftende Eigentümlichkeit zu vermeiden, sind
schon verschiedene Arten von Schutzschaltungen geschaffen worden, die entweder darauf
abzielen, eine vorzeitige Abschaltung des Hauptstromkreises während der Exposition
herbeizuführen, wenn eine der eingestellten Hauptgrößen eine Überschreitung der
Röhrenlastgrenze herbeiführen würde, oder die darauf abzielen, den Hauptstromkreis
zu unterbrechen, wenn eine derartige Überschreitung der Röhrenlastgrenze vorliegt.
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Eine bekannte Schutzschaltung, die es ermöglicht, die Hauptgrößen
unabhängig voneinander zu regeln, macht von dem Prinzip Gebrauch, diese Hauptgrößen
durch funktionsgebundene, jeweils in Abhängigkeit von der Hauptgröße regelbare Hilfsspannungen
darzustellen. Dies geschieht bei der bekannten Schaltung mittels eines Hilfstransformators
mit stabilisierter Primärspannung und vier jeweils durch Anzapfung in ihrer Spannung
regelbaren Sekundärwicklungen, deren Anzapfungen schaltungsmäßig so miteinander
kombiniert sind, daß an drei Klemmenpaaren drei Hilfsspannungen verfügbar sind,
die erstens der Differenz des um den Logarithmus des eingestellten Röhrenspannungswertes
verminderten Logarithmus des für die eingestellte Expositionszeit höchstzulässigen
Leistungswertes minus dem Logarithmus des eingestellten Röhrenstromes, zweitens
der Summe des um den Logarithmus des eingestellten Röhrenspannungswertes verminderten
Logarithmus des für die eingestellte Expositionszeit höchstzulässigen Leistungswertes
plus dem Logarithmus der Belastungsdauer und drittens der Summe des Logarithmus
des eingestellten Röhrenstromes plus dem Logarithmus der eingestellten Expositionszeit
proportional sind. Dabei wird die zuerst genannte Differenzspannung dazu benutzt,
um Schaltglieder zu steuern, die bei Überschreitung der Röhrenlastgrenze durch die
eingestellte Kombination die Inbetriebnahme des Apparates verhindern.
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Schutz von Röntgenröhren
bei Röntgendiagnostik-Apparaten zur Lösung der gleichen Aufgabe, wobei jedoch von
einer wesentlich einfacheren und somit konstruktiv und betriebsmäßig vorteilhafteren
Schaltung Gebrauch gemacht wird. Auch bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden
die voneinander unabhängig regelbaren Hauptgrößen durch funktionsgebundene, in Abhängigkeit
von der jeweiligen Hauptgröße regelbare Hilfsspannungen dargestellt. Im Gegensatz
zu der vorerwähnten bekannten Schaltung werden erfindungsgemäß jedoch diese Hilfsspannungen
als Primärspannungen drei Kleintransformatoren zugeführt, deren Sekundärspannungen
in linearer Summierung über einen Gleichrichter den Gitterkreis einer Gastriode
beeinflussen, in deren Anodenkreis Schaltglieder angeordnet sind, die bei Überschreitung
der Röhrenlastgrenze die Inbetriebnahme des Apparates verhindern.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen,
daß der Kleintransformator für die Röhrenstromkomponente eine dritte Wicklung
aufweist,
die mit der Sekundärwicklung eines weiteren, an fester Spannung liegenden Transformators
gegensinnig in Reihe geschaltet und an ein mit Voltmetersy stein versehenes, nach
Milliampere geeichtes Meßinstrument angeschlossen ist.
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Die Erfindung wird nunmehr an Hand der Zeichnungen beispielsweise
beschrieben. Es stellt dar Fig. 1 ein Schaltschema für die Steuerung gemäß Erfindung
und Fig.2 eine Einzelheit dieses Schaltschemas.
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Fig. 1 zeigt schematisch die Anordnung der erfindungsgemäßen Steuerung
innerhalb einer ebenfalls schematisch angegebenen Regelschaltung für drei Hauptgrößen.
Die Röhrenspannung wird von einem Regeltransformator 1 abgegriffen, dessen nicht
dargestellter Laufwagen durch einen Antrieb 2 in die jeweils gewünschte Betriebsstellung
gebracht werden kann. Der Röhrenstrom wird mittels eines Potentiometers 3 geregelt,
dessen Ausgangswert dein Symmetriepunkt 4 eines kombinierten Arbeitsplatz-Fokuswählers
5 zugeführt wird. Dieser an sich bekannte und deshalb in der Zeichnung nur symbolisch
wiedergegebene Arbeitsplatz-Fokuswähler 5 dient dazu, wahlweise die Steuerkreise
jeweils auf einen großen oder kleinen Fokus für jeweils eine von zwei räumlich getrennten
Röntgenröhren, beispielsweise für das Untersuchungsgerät einerseits und einen Bukytisch
andererseits, zu schalten. Gleichzeitig dient er auch zur Schaltung der Heizkreise
für die jeweils eingeschaltete Röhre und den jeweils gewählten Fokus. Die Expositionszeit
wird mittels eines an sich bekannten Zeitgebers eingestellt, der in der Figur ebenfalls
symbolisch dargestellt und mit der Bezugsziffer 6 bezeichnet ist. Wie durch die
schematisch angedeuteten Leitungspaare 7 und 8 zum Ausdruck gebracht, wird der Zeitgeber
6 für beide Schaltseiten des kombinierten Arbeitsplatz-Fokuswählers 5 gemeinsam
benutzt. Die Regelglieder 2, 3 und 6 stehen miteinander in keinem mechanischen oder
elektrischen Zusammenhang. so daß also sichergestellt ist, daß die drei Hauptgrößen
- Röhrenspannung, Röhrenstrom und Expositionszeit - unabhängig voneinander eingestellt
und geregelt werden können.
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Diese drei Hauptgrößen werden durch funktionsgebundene, in Abhängigkeit
von der jeweiligen Hauptgröße regelbare Hilfsspannungen dargestellt. Dies geschieht
in der nachstehend beschriebenen Weise.
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An die Sekundärwicklung 9 eines stabilisierten Transformators ist
ein Abgreifwiderstand 10 mit fest einstellbaren Schellen 10a und 10b angeschlossen.
Die Einstellung der Schelle 10a auf den Widerstand 10 bestimmt den maximalen Regelbereich
eines Potentiometers 11, welches über eine Leitung 12 mit der Schelle 10a des Widerstandes
10 verbunden ist, und welches mit der Einstellvorrichtung 2 für die Röhrenspannung,
beispielsweise durch ein Getriebe 1314, gekuppelt ist. Der Regelkreis dieses Potentiometers
11 ist über Leitungen 15 und 16 an die Primärseite 17a eines Kleintransformators
angeschlossen. Die an der Primärseite 17a des Kleintransformators anliegende Spannung
stellt also eine funktionsgebundene, in Abhängigkeit von der Regelung der Röhrenspannung
regelbare Hilfsspannung dar.
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Die Einstellung der Schelle 10b auf dem Widerstand 10 bestimmt den
maximalen Regelbereich eines Potentioineters 18, welches über eine Leitung 19 mit
der Schelle 10b verbunden ist und dessen Regelorgan fest auf derselben Welle angeordnet
ist, auf welcher auch das Regelorgan des Potentiometers 3 zur Regehing des Röhrenstromes
befestigt ist, so daß die Regelung beider Potentiometer 3 und 18 gemeinsam erfolgt.
Der Regelkreis des Potentiometers 18 ist über Leitungen 20 und 21 an die
Primärseite 2211 eines zweiten Kleintransformators angeschlossen. Die an der Primärseite
22a dieses zweiten Kleintransformators anliegende Spannung stellt also eine funktionsgebundene,
in Abhängigkeit von der Regelung des Röhrenstromes regelbare Hilfsspannung dar.
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Der Zeitgeber 6 weist einen in Fig. 1 nicht ersichtlichen, in Fig.2
jedoch schaltungsmäßig unter der Bezugsziffer 23 angedeuteten, mit dem Einstellorgan
für die Expositionszeit gekuppelten Stufenschalter auf, der dazu dient, jeweils
entsprechend. der gewählten Expositionszeit über die Leitungspaare 7 und 8 und über
den kombinierten Arlacitsplatz-Fokuswähler 5 und weiter über Leitungspaare 24 und
25 verschieden hohe Spannungen an einstellbare Schellen.26a von vier Potentiometern
zu liefern, wobei die einstellbaren Schellen 26a dieser vier Potentiometer jeweils
in Abhängigkeit von der Einstellung des kombinierten Arbeitsplatz-Fokuswählers 5
für jeden Fokus jeweils einer Schaltzeit oder einer Gruppe von Schaltzeiten zugeordnet
sind. Die von den festen Schellen 26U dieser vier Potentiometer abgenommenen Spannungen
werden über eine Leitung 27 an die Primärseite 28a eines dritten Kleintransformators
herangeführt, deren andere Klemme über eine Leitung 29 mit dem Symmetriepunkt 30
des Arbeitsplatz-Fokuswählers 5 verbunden ist. Die an der Primärseibe28a des dritten
Kleintransformators anliegende Spannung stellt eine funktionsgebundene, in Abhängigkeit
von der Einstellung der Expositionszeit regelbare Hilfsspannung dar.
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Wie in Fig. 1 aus dem jeweiligen Anschluß der Leitungen 12, 19 und
29 an die Primärwicklungen 17a, 2211 und 28a ersichtlich ist, und wie in Fig. 2
zum Zwecke des besseren Verständnisses durch drei Pfeile A, B und C angedeutet,
liegen die Hilfs:spannwngen A für die Darstellung der Röhrenspannung und C für die
Darstellung der eingestellten Expositionszeit in Phase, während dlie Hilfsspannung
B für die Darstellung des Röhrenstromes zu den beiden vorgenannten Spannungen in
Gegenphase liegt. Dadurch wird erreicht, daß der Nullpunkt des erfindungsgemäßen
Steuerungssystems nicht am Anfang oder am Ende, sondern in die Mitte zu liegen kommt.
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Die drei erfindungsgemäß vorgesehenen Kleintransformatoren weisen
Sekundärwicklungen 17b, 22b und 28b auf, die :in Serie geschaltet sind. Die
Endpunkte dieser Serienschaltung sind an einen in Vollwegbrückenschal.tung geschalteten
Gleichrichterkreis 31 angelegt, dessen freie Klemmen so an den Gitterkreis 32 einer
Gastriode 33 angeschlossen sind, daß die von dem Gleichrichter 31 gelieferte Gleichspannung,
die in .ihrem Wert der linearen Summe der in den Sekundärwicklungen 17b, 22b und
28b induzierten Spannungen entspricht, das Gitter der Röhre 33 steuert. Die an dem
Gitter der Röhre 33 anliegende Gleichspannu.ng bildet also ein Kriterium des linearen
Summentvertes der einzelnen Wechselspannungen, die in den Sekundärwicklungen 17b,
22b und 28b der Kleintransformatoren induziert werden. Dadurch kann der Anodenstrom
der Röhre 33 in der Weise gesteuert werden, d@aß, sobald die Röhrenlastgrenze überschritten
wird, .infolge der sich dadurch in den Sekundärwicklungen 17b, 22b und 28b ergebenden
linearen Spannungssummieru.ng und der daraus resultierenden Gitterspannung an der
Röhre 33 der Anodenstrom gesperrt wird, während, solange die Röhrenlastgrenze
nicht
überschritten wird, der Anodenstrom fließen kann. Durch den Anodenstrom werden erfindungsgemäß
Schaltglieder gesteuert, die bei Überschreitung der Röhrenlastgrenze die Inbetriebnahme
des Röntgenapparates verhindern. Ein solches Schaltglied kann beispielsweise die
Form eines Relais 34 haben, dessen Kontaktsätze 34a, 34b, 34e und 34d mit an sich
bekannten Schaltelementen in Verbindung stehen, die, sobald das Relais 34 entregt
wird, eine Unterbrechung der Stromkreise für den Abzug des Zeitgebers und der Erregung
des Schaltschützes bewirken, so daß eine Einschaltung des Hochspannungstransformators
verhindert wird.
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Eine besonders zweckmäßige Anordnung zur Schaltung des Hochspannungstransformators
könnte beispielsweise darin bestehen, daß an Stelle eines mechanischen Schaltschützes
ein elektronischer Schaltschütz verwendet wird, in welchem Fall die Kontaktsätze
3411 bis 34d in gleicher Weise wirken würden, wie soeben in Verbindung mit der Verwendung
eines mechanischen Schaltschützes beschrieben wurde.
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Wird bei einer derartigen Schaltung des Relais 34 die Wahl der Aufnahmegrößen
hinsichtlich der Röhrenspannung, des Röhrenstromes und der Expositionszeit so gewählt,
daß die Röhrenlastgrenze überschritten würde, so wird infolge der Wirkung der Spannungssummierung
in den Sekundärwicklungen 17b, 22b und 28b die Wicklung des Relais 34 entregt und
die Relaiskontakte 34a bis 34d geöffnet, wodurch der Stromkreis für den Abzug des
Zeitgebers 6 unterbrochen und somit die Inbetriebnahme des Apparates verhindert
wird. Ein weiteres Kontaktpaar der Kontaktsätze 34a bis 34d kann beispielsweise
in den Erregerkreis des Schaltschützes, der auch der zuvor erwähnten elektronischen
Bauart angehören kann, geschaltet sein. Auch in diesem Fall wird in der soeben beschriebenen
Weise bei Entregung des Relais 34 der Kontakt unterbrochen und damit die Erregung
des Schaltschützes blockiert.
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In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens ist auf denn Kleintransformator,
der zur Darstellung bzw. Umsetzung der den Röhrenstrom symbolisierenden Hilfsspannung
dient, eine dritte Wicklung 22c vorgesehen. Diese Wicklung 22c ist gegensinnig in
Serie mit der Sekundärwicklung 35b eines Kleintransformators geschaltet, dessen
Primärwicklung 35a an fester Spannung liegt. Im Stromkreis der beiden Wicklungen
22c und 35b liegt ein mit Voltmetersystem versehenes, nach Milliampere geeichtes
Meßinstrument 36. Wird also durch Betätigung des Potentiometers 3 der Röhrenstrom
erhöht, so erhöht sich auch der in der Primärwicklung 22c fließende, den Röhrenstrom
symbolisierende Strom, und die Spannung, welche von der Wicklung 35b geliefert wird,
wird abgesenkt. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe des Meßinstrumentes 36 den Röhrenstrom
schon während der Durchleuchtung abzulesen und den für die Exposition richtigen
Röhrenstromwert im voraus einzustellen.
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In Fig. 2 ist die erfindungsgemäße Schaltung nochmals im einzelnen
schematisch für sich allein herausgezeichnet, so daß ein leichterer Überblick über
die Schaltung möglich ist.
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Die erfindungsgemäße Steuerung zeichnet sich gegenüber den bekannten
Schaltungen durch wesentlich größere Einfachheit und Übersichtlichkeit, damit auch
durch eine wesentliche Verbilligung in der Herstellung und nicht zuletzt auch durch
eine geringere Störungsanfälligkeit im Betrieb aus.