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EP 0 267 568 B1 |
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EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
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Hinweis auf die Patenterteilung: |
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09.02.1994 Patentblatt 1994/06 |
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Anmeldetag: 09.11.1987 |
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Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern
Protective resistor circuitry for limiting current at X-ray generators
Circuit comportant une résistance de protection pour limiter le courant dans un générateur
de rayons X
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Benannte Vertragsstaaten: |
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DE ES FR GB IT NL |
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Priorität: |
14.11.1986 DE 3639088
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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18.05.1988 Patentblatt 1988/20 |
(73) |
Patentinhaber: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT |
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80333 München (DE) |
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Erfinder: |
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- Mook, Bruno
D-7500 Karlsruhe 41 (DE)
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Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 198 741 DE-C- 393 871 GB-A- 2 100 960
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DE-A- 1 809 583 DE-C- 610 555 US-A- 3 683 191
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines
Röntgenstrahlers mit einem am oder im Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung
geschalteten Schutzwiderstand. Als Röntgenstrahler wird die in einem Gehäuse angeordnete
und mit den zum Betrieb notwendigen Anschlüssen für die elektrische und die Kühlmittelversorgung
versehene Röntgenröhre bezeichnet.
[0002] Derartige Schutzwiderstände, die sich üblicherweise zusammen mit dem Hochspannungserzeuger
und anderen Schalt- und Steuereinrichtungen in einem Röntgengenerator genannten Gerät
befinden, sind erforderlich, um den bei einem Überschlag in der Röhre auftretenden
Kurzschlußstrom zu begrenzen. Die im Ladekondensator des Hochspannungserzeugers gespeicherte
Energie würde ohne Schutzwiderstand voll an der Röhre auftreten, und diese könnte
bereits beim ersten Überschlag zerstört oder durch eine eruptionsartige Ausschmelzung
an der Anode spektral verunreinigt werden.
[0003] Es hat sich herausgestellt, daß bei höheren Spannungen, etwa ab 50 kV, die in der
Kabelkapazität des Hochspannungskabels zwischen Röntgenstrahler und Hochspannungserzeuger
gespeicherte Energie nicht mehr vernachlässigt werden kann. Besonders kritisch wird
der Betrieb bei Spannungen um 100 kV. Hier kann bereits bei unvorsichtiger Betriebsweise
durch die in einem z. B. 5 m langen Hochspannungskabel gespeicherte elektrische Energie
bei einem einzigen Durchschlag zur Zerstörung der Röntgenröhre führen.
[0004] In der deutschen Patentschrift 610 555 wurde daher schon vorgeschlagen, einen Schutzwiderstand
in die Einführung des Hochspannungskabels in den Röntgenstrahler einzubauen. Wegen
der dadurch notwendigen Vergrößerung der Kabeleinführung und der Notwendigkeit zum
Abführen der im Schutzwiderstand auftretenden Verlustleistung ist in der genannten
deutschen Patentschrift demgegenüber angegeben, die Kabelseele des vom Hochspannungserzeuger
zum Röntgenstrahler führenden Kabels als hochohmigen Widerstand auszubilden.
[0005] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutzwiderstand für Röntgenröhren
so anzuordnen, daß der Röhrenstrom im Überschlagfalle sicher begrenzt wird, und zwar
sowohl für Röntgenröhren mit auf Hochspannung liegender Anode als auch für solche
mit auf Hochspannung liegender Kathode und geerdeter Anode.
[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen
Maßnahmen gelöst.
[0007] Der Schutzwiderstand kann ein rein ohmscher Widerstand oder ein kapazitätsarmer komplexer
Widerstand in Form eines RL-Gliedes sein. Im letzteren Falle werden die induktiven
und ohmschen Werte zweckmäßigerweise so gewählt, daß der aperiodische Grenzfall eingehalten
wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird dabei die Induktivität aus mehreren
in Reihe geschalteten Induktivitäten, vorzugsweise in Form von Scheibenwicklungen,
aufgebaut. Die Teilinduktivitäten können ferner mit Ferritkernen unterschiedliche
Frequenzbereiche abgestimmt sein, so daß die Gesamtinduktivität über einen weiten
Frequenzbereich wirksam ist.
[0008] Wird der Schutzwiderstand in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder Stecker des
Hochspannungskabels eingebaut, werden Änderungen an bereits betriebenen Röntgenstrahlern
nicht notwendig.
[0009] Bei Röntgenstrahlern mit Endfensterröhre kann der Schutzwiderstand innerhalb des
Strahlers in Reihe mit der auf Hochspannung liegenden Anode der Röntgenröhre geschaltet
und mit dieser gekühlt werden. Dies läßt eine besonders hochohmige und damit platzsparende
Ausführung des Schutzwiderstandes zu.
[0010] Bei Röntgenstrahlern mit Seitfensterröhren mit geerdeter Anode ist im strahlerseitigen
Kabelanschluß eine galvanische Trennung in Form eines Trenntransformators vorzusehen.
Dieser kann auch als Heiztransformator für die Röhrenheizung ausgebildet werden.
[0011] Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.
[0012] Es zeigen
Figur 1 eine Schaltungsanordnung mit in den Röntgenstrahler eingebautem Schutzwiderstand,
Figur 2 eine Schaltungsanordnung mit in den strahlerseitigen Kabelendanschluß eingebautem
Schutzwiderstand.
[0013] Figur 1 zeigt einen Röntgenstrahler RS, in dessen Gehäuse G die eigentliche Röntgenröhre
RR vom Endfenstertyp angeordnet ist. Die von der mittels des Heiztransformators HT
geheizten Kathode K austretenden Elektronen treffen auf die auf Hochspannung liegende
Anode A. Die dabei entstehende Röntgenstrahlung R tritt durch das Endfenster F nach
außen. Da die Anode A gekühlt werden muß, ist sie in einem Kühlwasserkreislauf W im
Röntgenstrahler angeordnet.
[0014] Die zu dem Betrieb des Röntgenstrahlers RS erforderliche Hochspannung in der Größenordnung
zwischen 20 und 100 kV wird in dem Hochspannungserzeuger HE erzeugt und über ein bis
zu 10 m langes Hochspannungskabel HK dem Röntgenstrahler RS zugeführt. Zwischen der
Hochspannung führenden Leitung im Hochspannungskabel HK und seinem geerdeten Mantel
besteht die verteilte Kabelkapazität C. Zum Anschluß des Hochspannungskabels HK dient
ein strahlerseitiger Kabelendanschluß oder -stecker HV, der in die Hochspannungsbuchse
HB des Röntgenstrahlers RS eingeführt ist.
[0015] Zur Begrenzung des Kurzschlußstroms bei einem in der Röhre auftretenden Überschlag
zwischen Kathode und Anode ist ein Schutzwiderstand S im Innern des Röntgenstrahlers
RS in Reihe mit der hochspannungsgespeisten Anode A und in deren Kühlwasserkreislauf
geschaltet. Damit ist es möglich, den Schutzwiderstand S hochohmig und damit raumsparend
auszuführen.
[0016] Eine andere Schaltungsmöglichkeit besteht darin, den Schutzwiderstand in zwei Teilwiderstände
aufzuteilen, wobei ein Schutzwiderstand S' - wie bisher üblich - im Hochspannungserzeuger
HE angeordnet ist und der andere Teil S - wie gezeigt - im Röntgenstrahler. Der im
Röntgenstrahler RS befindliche Schutzwiderstand kann dann so ausgelegt werden, daß
er hauptsächlich den Entladestromstoß der Kabelkapazität C begrenzt.
[0017] Figur 2 zeigt eine Ausführung mit einer sogenannten Seitfensterröhre RR im Röntgenstrahler
RS mit einer geerdeten und gekühlten Anode A und einer geheizten und auf Hochspannung
liegenden Kathode K.
[0018] Die in dem Hochspannungserzeuger HE erzeugte Hochspannung wird auch hier über das
Hochspannungskabel HK mit verteilter Kabelkapazität C der Hochspannungsbuchse HB des
Röntgenstrahlers RS zugeführt. Die Heizstromversorgung der direkt geheizten Kathode
K erfolgt über zwei auf Hochspannung liegende Leiter des Hochspannungskabels HK. Der
Heizkreis ist sehr niederohmig, ca. 1 bis 3 Ohm, so daß ein hochohmiger Schutzwiderstand
direkt in dem Röntgenstrahler RS nicht angeordnet werden kann. Um eine wirksame Strombegrenzung
im Überschlagsfall zu erhalten, ist hier der Schutzwiderstand S in den strahlerseitigen
Endanschluß HV des Hochspannungskabels HK eingebaut, zusammen mit einem Trenntransformator
TT zur galvanischen Trennung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Trenntransformator
TT als Heiztransformator HT ausgebildet. Wählt man die Betriebsfrequenz des Heiztransformators
HT in der Größenordnung zwischen 100 und 300 kHz, so kann dieser so klein gebaut werden,
daß er in dem Kabelendanschluß HV zusammen mit dem Schutzwiderstand S unterzubringen
ist. Auch bei dieser Ausführung kann der Schutzwiderstand S in zwei Teilwiderstände
S und S' aufgeteilt werden, wie bereits zu Figur 1 beschrieben.
1. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines Röntgenstrahlers mit einem im oder am
Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung geschalteten Schutzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß der hochohmige Schutzwiderstand (S) in den Kühlmittelkreislauf (W) für die auf
Hochspannung liegende Anode (A) eingeschaltet ist.
2. Schaltungsanordnung zur Strombegrenzung eines Röntgenstrahlers mit einem am oder im
Röntgenstrahler in die Stromversorgungsleitung geschalteten Schutzwiderstand, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Seitfenstertyp mit geerdeter
Anode (A) der Schutzwiderstand (S) zusammen mit einem Trenntransformator (TT, HT)
in den Kabelendanschluß (HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist, wobei der
Schutzwiderstand (S) den Trenntransformator überbrückt.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Trenntransformators (TT, HT) zwischen 100 und 300 kHz
liegt.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand einen induktiven und einen ohmschen Anteil hat, wobei die
beiden Anteile so ausgelegt sind, daß der aperiodische Grenzfall eingehalten wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe geschalteten Teilinduktivitäten, vorzugsweise
in Form von Scheibenwicklungen, besteht.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinduktivitäten Ferritkerne mit unterschiedlichen Frequenzbereichen aufweisen.
1. Circuit arrangement for the current limitation of an X-ray source with a protective
resistor connected into the current supply line in or at the X-ray source, characterized
in that the high-resistance protective resistor (S) is connected into the coolant
circuit (W) for the anode (A) lying at high voltage.
2. Circuit arrangement for the current limitation of an X-ray source with a protective
resistor connected into the current supply line at or in the X-ray source, characterized
in that for X-ray sources (RS) with X-ray tubes (RR) of the side-window type with
earthed anode (A) the protective resistor (S) together with a separating transformer
(TT, HT) is installed into the cable end terminal (HV) of the high-voltage cable (HK),
whereby the protective resistor (S) bridges the separating transformer.
3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that the operating frequency
of the separating transformer (TT, HT) lies between 100 and 300 kHz.
4. Circuit arrangement according to one of claims 1 to 3, characterized in that the protective
resistor has an inductive and an ohmic portion, whereby the two portions are designed
such that the aperiodic limiting case is maintained.
5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that the inductance consists
of several series-connected partial inductances, preferably in the form of disc windings.
6. Circuit arrangement according to claim 5, characterized in that the partial inductances
have ferrite cores with different frequency ranges.
1. Montage pour limiter le courant d'un émetteur de rayons X, comportant une résistance
de protection montée dans ou sur l'émetteur de rayons X et insérée dans la ligne d'alimentation
en courant,
caractérisé en ce que la résistance de protection (S) fortement ohmique est branchée
dans le circuit de refroidissement (W) pour l'anode (A) placée à haute tension.
2. Montage pour limiter le courant d'un émetteur de rayons X, comportant une résistance
de protection montée dans ou sur l'émetteur de rayons X, et insérée dans la ligne
d'alimentation en courant,
caractérisé en ce que, pour des émetteurs de rayons X (RS) à tubes radiogènes X (RR)
du type à fenêtre latérale et à anode (A) mise à la terre, la résistance de protection
(S) est montée, conjointement avec un transformateur de séparation (TT, HT), dans
le raccordement de la tête de câble (HV) du câble haute tension (HK), la résistance
de protection (S) shuntant le transformateur de séparation.
3. Montage suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement
du transformateur de séparation (TT, HT) se situe entre 100 et 300 kHz.
4. Montage suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la résistance
de protection possède une composante inductive et une composante ohmique, les deux
composantes étant fixées pour que le cas limite apériodique soit respecté.
5. Montage suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'inductance est constituée
de plusieurs inductances partielles montées en série, de préférence sous la forme
d'enroulements en disques.
6. Montage suivant la revendication 5, caractérisé en ce que les inductances partielles
comportent des noyaux de ferrite à différentes plages de fréquences.