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Einrichtung zum Schalten der Aufnahmezeit von Röntgenapparaten
Zur Durchführung einer Aufnahme mit einem Diagnostik-Röntgenapparat ist es im allgemeinen üb- lich, die Primärseite des Hochspannungstransformators mittels mechanischer Hilfsmittel, vorzugsweise eines Schütze, an eine geregelte Versorgungsspannung zu legen. Diese Versorgungsspannung wird vor- wiegend dem Netz entnommen und hat eine Frequenz von 50 oder 60 Hz. Zur Erregung der Spule des
Schaltschützes verwendet man dieselbe Spannungsquelle, aus der auch der Hochspannungsgenerator ge- speist wird.
Will man Schaltzeiten unter 20 ms erreichen, so zeigt sich, dass diese Forderung mit einem Schütz herkömmlicher Bauart nicht mit genügender Genauigkeit zu verwirklichen ist. Die Ursache dafür liegt in der Trägheit der bewegten Massen des Schützes sowie in der jedem Schützsystem eigenen Zeit, die das
System zur mechanischen Beruhigung braucht.
Abhilfe bietet hier in bekannter Weise die Verwendung von zwei Schützen, deren Schaltkontakte in
Serie liegen und von denen eines, bewirkt durch eine geeignete Steuerung, die Einschaltung und das an- dere die Ausschaltung des Hochspannungstransformators vornimmt. Schaltungen dieser Art sind z. B. in der deutschen Patentschrift Nr. 966874 und der Patentschrift der DDR Nr. 14094 beschrieben.
Auch in diesem Falle wird, wie bereits oben erwähnt, die Spannung zur Erregung der Schützspulen demselben Netz entnommen, das auch den Hochspannungsgenerator versorgt. Bei einer Netzfrequenz von
50 Hz und bei Verwendung von Schützen normaler Bauart hat dies den Nachteil, dass die kürzesten Schalt- zeiten, etwa im Bereich von 10 bis 50 ms, in ihrer Dauer nicht mehr einwandfrei reproduzierbar sind.
Die Ursache liegt darin, dass eine Halbwelle der erregenden Spannung in der gleichen Grössenordnung liegt wie diese Schaltzeiten.
Bei Erregung der Spule des Aufnahmeschützes mit Wechselstrom hängt nämlich die Schaltzeit, d. h. die Zeit zwischen Anlegen der Steuerspannung an die Schützspule und Schliessen der Arbeitskontakte, vom Momentanwert der erregenden Spannung im Augenblick der Spannungsgabe an die Schützspule ab.
In Fig. 1 ist die Kurvenform der Wechselerregung dargestellt. Plus oder Minus EA sei die notwendige Grösse derjenigen Erregung, bei der der Schützanker zum Anziehen gebracht wird. Es zeigt sich nun, dass nur zwischen den Punkten A und B bzw. C und D der Momentanwert der Erregung ausreichend gross ist, um den Schützanker sofort anzuziehen. Zum Halten des einmal angezogenen Ankers wird in üblicher Weise ein Kurzschlussring am Magnetsystem des Schützes mitverwendet. Aus der Figur ergibt sich, dass bei ungünstigem Einschaltzeitpunkt der Erregerwechselspannung die Zeit t vergehen kann, bis die Erregung bei C bzw. E erreicht ist. Diese Zeitdauer kann bei 50 Hz Netzfrequenz und bei den üblichen Schützbauarten bis etwa 6 ms oder mehr betragen. Das wären aber bereits 60 % einer angenommenen kürzesten Schaltzeit von 10 ms.
Eine Reproduzierbarkeit der kurzen Schaltzeiten für eine Röntgenaufnahme liesse sich nur mit einer Einrichtung erzielen, die ein Einschalten der Erregerspannung für das Aufnahmeschütz sowie ein gleich- zeitiges Anlaufen des Zeitgebers für die Schaltdauer der Aufnahme zu einem genau definierten Zeitpunkt der Erregerwechselspannung bewirkt. Solche Einrichtungen sind aber in ihrem Aufbau sehr kompliziert und daher auch kostspielig.
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Bei Röntgenapparaten, deren Hochspannungsgenerator mit einphasigem Wechselstrom betrieben wird, sind solche Einrichtungen trotzdem unumgänglich, da bei Schaltzeiten in der Grössenordnung von einer oder mehreren Halbwellen der erregenden Wechselspannung dafür gesorgt werden muss, dass innerhalb des gleichen Schaltintervalles eine immer gleiche Anzahl Halbwellen der Hochspannung an der Röntgenröhre liegen. Andernfalls würden sich trotz gleicher Schaltzeit starke Unterschiede in der abgegebenen Strah- lendosis und damit in der Filmschwärzung ergeben.
Bei Drehstrom-Röntgenapparaten spielt aber eine Veränderung der Phasenlage des Einschaltzeitpunk- tes in bezug auf den Verlauf der Hochspannung keine Rolle, da bereits bei Gleichrichtung der Hochspan-
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gesteuerten Einschalten der Aufnahme vorzusehen, weil sich sonst dieselben Schaltzeittoleranzen ergeben, wie sie in Fig. 1 erläutert sind.
Die Erfindung gestattet es, kürzeste Schaltzeiten bis in den Bereich von einigen Millisekunden bei Toleranzen von wenigen Prozent der Schaltzeit zu erreichen. Ihr Gegenstand ist eine Einrichtung zum
Schalten der Aufnahmezeit von Röntgenapparaten mittels eines SchUtzschalters, beispielsweise zur ge- nauen Einhaltung kurzer Aufnahmezeiten mit Hilfe zweier mit ihren Kontakten in Reihe geschalteter
Schützschalter, von denen der eine bei eingeschaltetem anderem zur Einschaltung und der andere bei ge- schlossenem erstem zum Ausschalten des Apparates dient, mit der Besonderheit, dass der Erregerspule des Schutzschalters bzw.
den Erregerspulen der beiden Schützschalter zur genauen Einhaltung der Schaltzeit- punkte der Stromstoss eines sich entladenden Kondensators oder ein Wechselstrom mit wesentlich höherer als der den Hochspannungsgenerator speisenden Frequenz, z. B. mit Tonfrequenz, wie etwa 1000 Hz, zu- geführt wird.
Es ist bereits aus der Schweizer Patentschrift Nr. 298297 bekannt, einen Röntgenapparat für kurze Auf- nahmezeiten mit einer Wechselspannung wesentlich höherer als Netzfrequenz zu betreiben. Entsprechend dieser Patentschrift wird aber der gesamte Hochspannungsgenerator einschliesslich des Zeitschalters mit die- ser Frequenz betrieben, was bedeutet, dass der Frequenzumformer die gesamte für eine Röntgenaufnahme notwendige Energie und nicht nur die zum Ansprechen der Schütze erforderliche Energie aufbringen muss.
Ausserdem ist die den Zeitschalter speisende Frequenz höchstens gleich der den Hochspannungsgenerator. versorgenden, so dass die mit Fig. 1 erläuterten Probleme auchhier in ähnlicher Form auftreten.
Ist jedoch die Frequenz der die Schützspulen erregenden Spannung wesentlich höher als die Frequenz der Versorgungs- spannung für den Hochspannungsgenerator, so wird, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die Fehlzeit t zwischen G und H bzw. I und K verschwindend klein gegenüber der kürzesten Aufnahmezeit.
In Fig. 3 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die Versorgung der Erregerspulen 5 und 6 der Schütze 3 und 4 durch einen Mittelfrequenzgenerator oder Frequenzvervielfacher 1 erfolgt und durch einen geeig- neten Zeitgeber 2 gesteuert wird.
Wenn man nun den Erregerspulen 5 und 6 der Schütze 3 und 4 geeignete Widerstände 7 und 8 vor- schaltet und diese Widerstände so abstimmt, dass die Erregerspulen gerade noch die notwendige Halte- spannung bekommen, damit die Schützanker nicht abfallen, so werden die Spulen beim Einschalten we- gen der Überbrückung der Widerstände durch die Ruhekontakte der Schütze die volle Erregung erhalten, während beim Abschalten nur die Halteerregung zu unterbrechen ist. Diese Massnahme bewirkt einerseits ein rascheres Ansprechen der Schützanker, weil man die Spulen kurzzeitig überlasten kann, anderseits ein rascheres Abfallen der Anker beim Abschalten der Erregung, weil die Halteerregung beträchtlich klei- ner als die notwendige Ansprecherregung gewählt werden kann.
Die zweite durch die Erfindung gebotene Möglichkeit bezieht sich auf die bekannte Verwendung von
Gleichstrom für die Erregung der Aufnahmeschütze. Bei Gleichstromerregung entfällt grundsätzlich die in Fig. 1 erläuterte Ungenauigkeit des Einschaltzeitpunktes. Die Besonderheit der in Fig. 4 gezeigten erfin- dungsgemässen Schaltung liegt jedoch im folgenden :
Die Erregung der Schützspulen 14 und 15 der Schütze 12 und 13 erfolgt nicht, wie üblich, von einer fixen Gleichstromquelle aus, sondern durch die Entladung der beiden Kondensatoren 16 und 17 mittels der
Steuerkontakte 18 und 19 des Zeitgebers 11.
Hiebei hat man ebenfalls die Möglichkeit, wie bereits bei Fig. 3 beschrieben, für die Zeitdauer des Ansprechens der beiden Schütze ihre Spulen in hohem Masse überzuerregen und anschliessend durch die Widerstände 20 und 21 die Erregung auf das Mass herabzusetzen, das zum Halten der Schützanker notwendig ist. Die Vorteile liegen wieder in dem rascheren Ansprechen und Abfallen des Schlitzes.
Als weiterer Vorteil ergibt sich bei dieser erfindungsgemässen Schaltung die Art der Versorgung durch
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eine Gleichstromquelle, deren Stromabgabe bzw. Leistung wesentlich kleiner sein kann als bei unmittel- barer Anspeisung der Schützspulen notwendig wäre. Ausserdem ergibt sich eine beträchtlich kleinere Be- lastung der Steuerkontakte der Schützspule während des Abschaltens der Erregung. Der Widerstand 22 hat die Aufgabe, den Einschaltstromstoss der nach der Aufnahme entladenen Kondensatoren auf ein solches Mass herabzusetzen, dass eine Beschädigung der Steuerkontakte verhindert wird.
Durch die Erregung der Schützspulen mit überhöhter Spannung und Entregung-bei wesentlich kleinerer
Spannung wird ein präzises Ansprechen und Abfallen der Schütze erreicht und damit eine sehr gute Repro- duzierbarkeit der Aufnahmezeiten, d. h. der Zeit, während der die Kontakte 12 und 13 geschlossen sind und die Verbindung zwischen Regeltransformator 23 und Hochspannungstransformator 24 herstellen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Schalten der Aufnahmezeit von Röntgenapparaten mittels eines Schützschalters, beispielsweise zur genauen Einhaltung kurzer Aufnahmezeiten mit Hilfe zweier mit ihren Kontakten in
Reihe geschalteter Schützschalter, von denen der eine bei eingeschaltetem anderem zur Einschaltung und der andere bei geschlossenem erstem zum Ausschalten des Apparates dient, dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerspule des. Schützschalters bzw. den Erregerspulen (7,8 bzw. 14, 15) der beiden Schützschalter (3,4 bzw. 12, 13) zur genauen Einhaltung der Schaltzeitpunkte der Stromstoss eines sich entladenden Kondensators (16,17) oder ein Wechselstrom mit wesentlich höherer als der den Hochspannungsgenerator speisenden Frequenz zugeführt wird.