[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand
zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern, die über ein Hochspannungskabel an einen
Hochspannungserzeuger angeschlossen sind. 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] Es besteht somit die Aufgabe, die Strombegrenzung für den Überschlagsfall so zu verbessern,
daß ein sicherer Betrieb bei hohen Spannungen und damit eine Erhöhung der Grenzleistung
des Röntgenstrahlers möglich ist.
[0005] Die Lösung der Aufgabe wird in einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art
gesehen, bei welcher der Schutzwiderstand an oder in dem Röntgenstrahler angeordnet
ist. Damit wird auch der aus der in der Kabelkapazität gespeicherten Energie herrührende
Strom im Kurzschlußfall begrenzt, wodurch ein sicherer Betrieb bei gesteigerter Hochspannung
und eine damit verbundene Erhöhung der Grenzleistung des Röntgenstrahlers möglich
wird. Der Schutzwiderstand kann ein rein ohm'scher Widerstand oder ein kapazitätsarmer
komplexer Widerstand in Form eines RL-Glieds sein. Die Werte von R und L werden 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 aufweisen, so daß die Gesamtinduktivität
über einen weiten Frequenzbereich wirksam ist.
[0006] Der Schutzwiderstand wird bevorzugt in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder
-stecker des Hochspannungskabels eingebaut, so daß Änderungen an bereits betriebenen
Röntgenstrahlern nicht notwendig werden.
[0007] 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.
[0008] Bei Röntgenstrahlern mit Seitfensterröhren mit geerdeter Anode ist im strahlerseitigen
Kabelanschluß eine galvanische Trennung, beispielsweise in Form eines Trenntransformators,
vorzusehen. Dieser kann auch als Heiztransformator für die Röhrenheizung ausgebildet
werden.
[0009] Zur Erläuterung der Erfindung sind in den Figuren 1 und 2 Ausführungsbeispiele der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung schematisch dargestellt.
[0010] Es zeigen
Figur 1 eine Schaltungsanordnung mit in den Röntgenstrahler eingebautem Schutzwiderstand,
Figur 2 eine Schaltungsanordnung mit in den strahlerseitigen Kabelendverschluß eingebautem
Schutzwiderstand.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] Eine andere Schaltungsmöglichkeit besteht darin, den Schutzwiderstand in zwei Teilwiderstände
aufzuteilen, wobei ein Schutzwiderstand Sʹ - 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.
[0015] 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.
[0016] 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 Sʹ aufgeteilt werden, wie bereits zu Figur 1 beschrieben.
1. Schaltungsanordnung mit einem Schutzwiderstand zur Strombegrenzung bei Röntgenstrahlern,
die über ein Hochspannungskabel an einen Hochspannungserzeuger angeschlossen sind,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) an oder in dem Röntgenstrahler (RS) angeordnet ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) ein eine Induktivität enthaltender und kapazitätsarm
aufgebauter komplexer Widerstand (RL-Glied) ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) in den strahlerseitigen Kabelendanschluß oder -stecker
(HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Endfenstertyp der Schutzwiderstand
(S) in Reihe mit der in Hochspannung liegenden Anode (A) geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzwiderstand (S) hochohmig ausgeführt und in den Kühlmittelkreislauf
(W) für die Anode (A) eingeschaltet ist.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Röntgenstrahlern (RS) mit Röntgenröhren (RR) vom Seitfenstertyp mit geerdeter
Anode (A) der Schutzwiderstand (S) zusammen mit einem Trenn- oder Heiztransformator
(TT, HT) in den Kabelendanschluß (HV) des Hochspannungskabels (HK) eingebaut ist.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsfrequenz des Heiztransformators (HT) zwischen 100 und 300 kHz liegt.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der induktive und der reelle Anteil des Schutzwiderstands (S) so ausgelegt sind,
daß der aperiodische Grenzfall eingehalten wird.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus mehreren in Reihe geschalteten Teilinduktivitäten, vorzugsweise
in Form von Scheibenwicklungen, besteht.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilinduktivitäten Ferritkerne mit unterschiedlichen Frequenzbereichen aufweisen.