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WO2004064458A2 - Hochspannungs-versorgung für eine röntgeneinrichtung - Google Patents

Hochspannungs-versorgung für eine röntgeneinrichtung Download PDF

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Publication number
WO2004064458A2
WO2004064458A2 PCT/EP2003/014257 EP0314257W WO2004064458A2 WO 2004064458 A2 WO2004064458 A2 WO 2004064458A2 EP 0314257 W EP0314257 W EP 0314257W WO 2004064458 A2 WO2004064458 A2 WO 2004064458A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
ray
line
ray tube
voltage supply
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2003/014257
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004064458A3 (de
Inventor
Werner Kühnel
Walter Beyerlein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Siemens Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG, Siemens Corp filed Critical Siemens AG
Priority to AT03785820T priority Critical patent/ATE483350T1/de
Priority to DE50313141T priority patent/DE50313141D1/de
Priority to AU2003294854A priority patent/AU2003294854A1/en
Priority to EP03785820A priority patent/EP1584220B1/de
Publication of WO2004064458A2 publication Critical patent/WO2004064458A2/de
Publication of WO2004064458A3 publication Critical patent/WO2004064458A3/de
Priority to US11/175,708 priority patent/US7110499B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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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
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/54—Protecting or lifetime prediction
    • 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
    • H05G1/12—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube with DC or rectified single-phase AC or double-phase

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage supply for an X-ray device, which essentially consists of electrical lines which are arranged between a high-voltage circuit and an X-ray tube of the X-ray device.
  • X-ray tubes are constructed as high vacuum tubes.
  • the high vacuum basically prevents flashovers between the cathode and the anode of the X-ray tube when the X-ray voltage, which is in the kilo-volt range, is applied.
  • small amounts of residual gases that contaminate the high vacuum are unavoidable. This applies in particular because gaseous material components escape inside the tube during the operation of the X-ray tube.
  • the residual gases can be ionized by the X-ray voltage. The ionization causes a flashover and thus a short circuit within the X-ray tube.
  • the temporal profiles of the short-circuit currents and the resulting processes for charge equalization in the lines of the high-voltage supply sometimes have very high slope steepnesses, since they run very quickly.
  • the resulting interference spectrum therefore extends into the upper megahertz range and is very broadband.
  • the short-circuit and charge equalization currents cause vibrations associated with overvoltages, which decay only very slowly.
  • Such interference signals and overvoltages in the high-voltage circuit of the X-ray device can lead to malfunctions in the electronics and the computer device. Component failures also often occur, especially in the high-voltage circuit of the X-ray generator. In addition to downtime during operation and costly damage to the X-ray device, If the disturbances also increase the radiation exposure of the patients to be examined, which have to be examined repeatedly due to system failures.
  • the object of the invention is to provide an x-ray device in which interference signals and overvoltages that occur due to short circuits in the x-ray tube are so strongly damped that malfunctions in the electronics and component damage within the x-ray device are avoided.
  • the invention solves this problem by means of an X-ray device with the features of the first claim.
  • a basic idea of the invention is to dampen vibrations and interference signals in the high-voltage supply of the X-ray device, that is to say between the X-ray generator and the X-ray tube.
  • the damping is effected by providing terminating resistors on the high-voltage lines of the high-voltage supply. Attenuation through terminating resistors is particularly uncomplicated and easy to implement.
  • An advantageous embodiment of the invention results if the high-voltage lines of the high-voltage supply are not provided with a terminating resistor at both ends, but only at one end, that is to say on one side. Even a one-sided terminating resistor can cause the interference signals to decay sufficiently quickly.
  • a particularly advantageous variant of this embodiment results from the fact that the one-sided terminating resistor is arranged on the x-ray tube side of each high-voltage line. This allows the high output impedance of the X-ray generator to be maintained during operation to be maintained.
  • the impedance of the terminating resistors is matched to the line impedance of the respective line. Adequate damping results in particular if the impedance of the terminating resistors corresponds to the impedance of the high-voltage lines.
  • FIG. 1 shows the basic structure of the high-voltage circuit of an X-ray device according to the prior art. posed.
  • a primary voltage generator 3 generates a primary voltage, which is passed on to high-voltage transformers 5 and transformed by them into a high voltage sufficient for the operation of the x-ray tube.
  • the high voltage output by the high-voltage transformers 5 is passed on to the components 7, in which a rectifier diode and a smoothing capacitance are indicated, and rectified and smoothed by them.
  • the components 7 deliver the high voltage to the damping resistors 9 (R D ).
  • the damping resistors 9 (R D ) have the task of largely preventing the X-ray generator 1 from overvoltages and interference signals from the
  • the X-ray tube 15 is connected to the X-ray generator 1 by an intermediate high-voltage supply, the high-voltage supply essentially consisting of an anodic coaxial high-voltage line 11 and a cathodic coaxial high-voltage line 13.
  • the coaxial structure of the high-voltage lines 11 and 13 is indicated by the drawing as a box instead of a line.
  • the anodic high-voltage line 11 connects the output of the X-ray generator 1 to the anode 17 of the X-ray tube 15.
  • the cathodic high-voltage line 13 connects the cathode 19 of the X-ray tube 15.
  • the X-ray tube 15 can be designed with two beams, ie as a two-focus tube, which is why the cathode 19 is indicated with two coils.
  • the two coils of the cathode 19 are supplied with heating current by the heating transformer 21.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of the high voltage circuit of an X-ray device according to the prior art.
  • the X-ray voltage U 0 is generated by the generator 31 and output to the high-voltage lines 11 and 13 via the damping resistors 9 (R D ).
  • R D damping resistors 9
  • High-voltage lines 11 and 13 apply the voltage to the X-ray tube, which is shown here as load resistor 33 (R L ).
  • the high voltage circuit is shown during operation, ie in the steady state.
  • the anodic high-voltage line 11 is at its entire length at potential U 0
  • the cathodic high-voltage line 13 is at its entire length at -U 0 volts.
  • the potential distribution on the anodic high-voltage lines is indicated in FIG. 2 by arrows which are denoted by plus, minus and U 0 .
  • the potential drop in the damping resistors 9 (R D ) should be neglected.
  • Figure 3 shows the same schematic representation of the high-voltage circuit according to the prior art as the previous Figure 2 with the same reference numerals.
  • Figure 3 shows the high-voltage circuit at a different time, namely immediately after a short circuit occurs in the X-ray tube.
  • the disappearance of the load resistor 33 (R L ) has the consequence that the voltage on the high-voltage lines 11 and 13 collapses because the charges that are on the high-voltage lines 11 and 13 can flow away via the short circuit in the X-ray tube.
  • This type of discharge of a uniformly charged line is a standard problem that is well known in the literature. Approximately, the discharge process can be described in such a way that half of the charges on the line run to the left, the other half of the charges to the right. As a result, waves with half the output voltage, i.e.
  • the diverging waves meet impedance jump points on both the left and right.
  • the damping resistors 9 R D
  • the reflected waves then run back towards each other, meet and run again apart until they again
  • the oscillation duration depends on the length of the high-voltage lines 11 and 13, respectively.
  • the high-voltage line takes up the voltage over the entire length 0 on, after half of the oscillation period the voltage -U 0 and after three quarters of the oscillation period again the voltage 0 until the oscillation process begins to repeat itself after an entire oscillation period
  • FIG. 4 shows the anodic side of a high-voltage circuit of an X-ray device according to the invention with rectification and damping component 7, damping resistor 9 (R D ), coaxial high-voltage line 11 and X-ray tube 15 grounded via the groundings 23.
  • This conventional structure is supplemented by the terminating resistor 37 (R A ), which closes the X-ray generator-side end of the high-voltage line 11, and by the terminating resistor 38 (R A ), which closes the X-ray tube-side end of the high-voltage line 11.
  • the terminating resistors 37, 38 (R A ) are connected in parallel, that is to say they lie between the respective ends of the high-voltage line 11 and the ground 23. They can be connected by soldering.
  • Values of approximately 40 to 50 ohms are customary for the line impedance of the high-voltage lines 11, 13 in the high-voltage circuit of an X-ray device.
  • the terminating resistors 39 (R A ) therefore have a value of approximately 45 ohms, since their damping effect becomes optimal if their impedance corresponds to that of the high-voltage lines 11, 13.
  • the termination with parallel terminating resistors 37, 38 (R A ) alone would not be applicable in reality, since in the operating state the total operating voltage would be present at the two terminating resistors 37 (R A ) and 38 (R A ) and to ground would decrease, which would lead to permanent and extremely high performance losses.
  • the X-ray tube-side terminating resistor 38 (R A ) would be short-circuited by the short circuit in the X-ray tube 15 and would therefore not be able to build up a damping effect.
  • high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) are provided, which are connected in series between them and the ground 23.
  • the high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) have the task of allowing high-frequency interference signals and overvoltages to pass to ground 23, but to block low-frequency and direct-voltage useful signals. You serve in other words, as a high-pass filter, the frequency of which must be selected so that interference signals can flow to ground, but no power loss occurs with regard to useful signals.
  • the high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) also prevent the X-ray tube-side termination resistor 38 (R A ) from being short-circuited by the short circuit in the X-ray tube 15 and therefore remain ineffective. Because of the high frequencies of the interference signals, a high-pass filter with a relatively high cut-off frequency is required, so a value in the order of approximately 50 nano-farads is selected as the capacitance of the high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ). For example, ceramic or foil capacitors can be used, which can be connected by soldering.
  • FIG. 5 shows a variant of the circuit according to the invention in a departure from the parallel connection of the terminating resistors.
  • the rectifier and damping component 7, the coaxial high-voltage line 11 together with groundings 23 and the X-ray tube 15 are shown.
  • the terminating resistors 39 (R A ) are also shown, but this time in a serial connection between the high-voltage line 11 and the component 7 and between the high-voltage line 11 and the X-ray tube 15.
  • the X-ray generator-side low-ohmic terminating resistor 39 (R A ) replaces the normally provided high-ohmic damping resistor R D , which is the component 7 and the one behind it subsequent other X-ray generator, not shown in FIG. 5, protects against overvoltages.
  • the damping resistance R D normally to be provided is of the order of several kilo-ohms
  • the terminating resistor 39 (R A ) which is of the order of a few tens of ohms, does not offer the same protection against overvoltages in the X-ray generator 1.
  • the X-ray generator 1 would therefore have to be dimensioned sufficiently robust to withstand 15 currents in the kilo-ampere range in the event of a short circuit in the X-ray tube.
  • the terminating resistors 39 (R A ) do not have the same impedance as the high-voltage lines 11, 13 to be terminated, but double the impedance or more, that is to say at least 90 ohms. This dimensioning causes a largely aperiodic discharge of the high-voltage lines 11, 13. The aperiodic discharge is gradual and takes longer than the discharge through terminating resistors 39 (R A ) with the optimal impedance of 45 ohms.
  • a disadvantage is the higher permanent loss line, which is caused by the drop in high voltage across the terminating resistors 39 (R A ).
  • the X-ray tube voltage measured on the X-ray generator side is measured in reverse of the increased voltage drop. However, this can be compensated for by a mathematical correction of the measured value.
  • FIG. 6 shows a high-voltage circuit according to the invention which has been improved under the aspects described.
  • the terminal resistors is implemented insofar as a compromise in terms, as here, both the anodic high-voltage line 11 and the cathodic high-voltage line 13 39 (R A) each terminated on one side by a terminating resistor.
  • the impedance of the terminating resistors 39 (R A ) is approximately the same as the line impedance of the high-voltage lines 11 and 13, that is to say approximately 45 ⁇ .
  • FIG. 6 shows the X-ray generator 1, which contains the primary voltage generator 3, the high-voltage transformers 5, the rectifier and damping components 7, the damping resistors 9 (R D ) and the heating current transformer 21.
  • the X-ray generator 1 is above the coaxial high-voltage lines 11 and 13 connected to the ground 23 are connected to the X-ray tube 15.
  • the terminating resistors 39 (R A ) are arranged in series between the high-voltage lines 11 and 13 and the X-ray tube 15. The only one-sided termination of the high-voltage lines 11 and 13 prevents the occurrence of a permanent vibration when a short circuit occurs in the X-ray tube 15.
  • the three terminating resistors on the lines would be connected in parallel to one another, they would also have to have a resistance value three times greater than the simple terminating resistor 39 (R A ), so that the heating current losses would even triple.
  • additional filter inductors 40 are therefore introduced instead of terminating resistors.
  • These additional filter inductors 40 are designed as current-compensated chokes and are usually connected by soldering. Their task is to block the high-frequency interference signals in the high-voltage line 13, but to let the low-frequency heating current pass. In this respect, they represent low-pass filtering.
  • the filter inductors 40 are arranged in series between the X-ray tube 15 and the high-voltage line 13 and the heating current transformer 21 and in parallel with the terminating resistor 39 (R A ).
  • the size of the filter inductors 40 is to be dimensioned as a function of the interference signals in the high-voltage line 13 or 11. Since the interference signals are in the megahertz range, the heating current usually in the kilo-hertz range, the filter inductors 40 are to be measured with a size of approximately 50 micro-Henry.
  • the filter inductors 40 on the cathodic high-voltage side as a current-compensated choke, so as to further reduce the overall inductance with respect to the heating current, without reducing the filter effectiveness in relation to the high-frequency interference signals.
  • FIG. 7 shows a further variant of the invention, which has been significantly changed with regard to the supply of heating current to the cathode.
  • FIG. 7 shows the high-voltage circuit with the X-ray generator 1 and the internal assemblies already known from the previous figures.
  • the anodic high-voltage line 11 and the cathodic high-voltage line 13 are connected to the X-ray generator 1, which in turn are connected in series with the terminating resistors 39 (R A ).
  • the heating current transformer 21 is arranged in the periphery of the X-ray tube 15, for example in the X-ray generator 1 or within the high-voltage tank which surrounds the X-ray tube 15 to protect the environment from high voltage and radiation.
  • the heating current transformer 21 in FIG. 7 is arranged inside the X-ray tube 15. As a result, the heating current transformer 21 is decoupled from the front from the disturbance processes in the high-voltage line 13. Therefore, no additional filter inductors for filtering overvoltages or interference signals have to be arranged before the heating power supply.
  • FIG. 8 shows a further variant of the high-voltage circuit, in which the high-voltage lines 11 and 13 are also each provided on one side with terminating resistors 39 (R A ).
  • Figure 8 shows the X-ray generator 1 with the damping resistors 9 (R D ) and otherwise the same components as in the previous figures.
  • the terminating resistors 39 (R A ) are connected to the X-ray generator 1 both on the anodic and on the cathodic side, with which the coaxial high-voltage lines 11 and 13 are in turn connected to respective groundings 23.
  • the terminating resistors 39 (R A ) are connected in series between the high-voltage lines 11 and 13 and the X-ray generator 1.
  • damping resistors 9 (R D ) are also arranged in the usual way, which are dimensioned in the usual order of magnitude of a few kilo-ohms.
  • the terminating resistors 39 (R A ) are therefore provided in addition to the damping resistors 9 (R D ) within the X-ray generator 1.
  • High-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) are provided between the terminating resistors 39 (R A ) and the damping resistors 9 (R D ) of the X-ray generator 1, generally ceramic or foil capacitors, which are connected by soldering become.
  • the high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) are connected to the respective connection point between the damping resistors 9 (R D ) and the terminating resistors 39 (R A ) and to the respective ground 23. They are therefore connected in parallel with the damping resistors 9 (R D ) and in parallel with the terminating resistors 39 (R A ).
  • the high-voltage lines 11 and 13 are terminated with the series connection of the respective terminating resistors 39 (R A ) and the respective high-voltage smoothing capacitance 41 (C). So that approximately only the ohmic resistance of the terminating resistors 39 (R A ) contributes to the line impedance, the high-voltage smoothing capacitances 41 (C H ) must be selected large enough to compensate for the compensating processes in the high-voltage lines 11 and 13 to act with low resistance. With the value of approximately 50 nano-farads required for this purpose, this variant of the circuit is of particular interest in X-ray devices in whose high-voltage circuit a large high-voltage smoothing capacitance is provided from the outset.
  • FIG. 9 shows a simulation of the voltage profile at the cathode of a conventional high-voltage circuit of an X-ray device, as shown in FIG. 1.
  • the cathodic high voltage is plotted over time in FIG. 9, assuming an X-ray typical high voltage of 100 kilovolts.
  • a short circuit in the X-ray tube is simulated, which can be clearly recognized by the breakdown of the cathodic voltage.
  • the short-circuit starts suddenly and ends just as suddenly at 300 nano-seconds.
  • Two voltage curves are shown, one of which is at the beginning of the high-voltage line 13 is tapped, the other at the end of the high-voltage line 13. Strong interference signals can clearly be seen, which continue after the short circuit has ended for a long time and with clear overvoltage peaks. It would not be sensible to operate the X-ray tube during the occurrence of these faults, or component defects could occur.
  • FIG. 10 shows the same simulation based on a circuit according to the invention, as shown in FIG. 6.
  • the cathodic voltage over time is shown again.
  • the two voltage curves again represent the voltage at the beginning or at the end of the high-voltage line 13.
  • a short circuit suddenly begins in the X-ray tube, which also ends suddenly at 300 ns.
  • overvoltages and interference signals are completely eliminated.
  • the cathodic voltage dampened by the terminating resistor and the filter inductances, gradually increases again.
  • a point in time that is no longer shown in FIG. 10 the cathode reaches the operating voltage again.
  • the X-ray device By introducing terminating resistors, the X-ray device can be largely protected from interference and damage caused by the consequences of a short circuit in the X-ray tube. It is only necessary to accept a short time until the x-ray voltage is reached again after a short circuit in the x-ray tube, so that the operation of the x-ray device can be continued.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) für eine Röntgeneinrichtung mit einer Röntgenröhre (15) und einem Röntgengenerator (1) zur Erzeugung der für den Betrieb der Röntgenröhre (15) erforderlichen Hochspannung. Die Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) weist elektrisch leitfähige Leitungen (11, 13) zur Verbindung des Röntgengenerators (1) mit der Röntgenröhre (15) auf. Jede der Leitungen (11, 13) weist ein Ende auf, an dem sie mit dem Röntgengenerator (1) verbindbar ist, und ein weiteres Ende, an dem sie mit der Röntgenröhre (15) verbindbar ist. Mindestens ein Ende von mindestens einer der Leitungen (11, 13) mit einem elektrischen Abschluss-Widerstand (39) verbunden, der zwischen der Leitung (11, 13) und dem Röntgengenerator (1) oder zwischen der Leitung (11, 13) und der Röntgenröhre (15) anordenbar ist.

Description

Beschreibung
Hochspannungs-Versorgung für eine Röntgeneinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Hochspannungs-Versorgung für eine Röntgeneinrichtung, die im wesentlichen aus elektrischen Leitungen besteht, die zwischen einem Hochspannungskreis und einer Röntgenröhre der Röntgeneinrichtung angeordnet sind.
Röntgenröhren sind als Hochvakuumröhren aufgebaut. Durch das Hochvakuum werden Überschläge zwischen der Kathode und der Anode der Röntgenröhre bei Anlegen der Röntgenspannung, die sich im Kilo-Volt-Bereich bewegt, grundsätzlich verhindert. Geringe Mengen an Restgasen, die das Hochvakuum verunreini- gen, sind jedoch unvermeidlich. Dies gilt insbesondere deshalb, weil im Laufe des Betriebs der Röntgenröhre gasförmige Materialbestandteile im Inneren der Röhre austreten. Die Restgase können durch die Röntgenspannung ionisiert werden. Durch die Ionisation kommt es zum Überschlag und damit zum Kurzschluss innerhalb der Röntgenröhre.
Die zeitlichen Verläufe der Kurzschlussströme und der dadurch verursachten Vorgänge zum Ladungsausgleich in der Leitungen der Hochspannungs-Versorgung weisen teilweise sehr hohe Flan- kensteilheiten auf, da sie sehr schnell ablaufen. Das resultierende Störspektrum reicht daher bis in den oberen Mega- Hertz-Bereich hinein und ist sehr breitbandig. Zudem verursachen die Kurzschluss- und Ladungsausgleich-Ströme mit Überspannungen verbundene Schwingungen, die nur sehr langsam ab- klingen.
Durch derartige Störsignale und Überspannungen im Hochspannungskreis der Röntgeneinrichtung kann es zu Funktionsstörungen der Elektronik und der Computereinrichtung kommen. Häufig treten auch Bauteilausfälle auf, vor allem im Hochspannungskreis des Röntgengenerators . Neben Ausfallzeiten beim Betrieb und kostspieligen Schäden an der Röntgeneinrichtung verursa- chen die Störungen auch eine erhöhte Strahlungsbelastung der zu untersuchenden Patienten, die aufgrund von Anlagenausfällen wiederholt untersucht werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Röntgeneinrichtung anzugeben, bei der Störsignale und Überspannungen, die aufgrund von Kurzschlüssen in der Röntgenröhre auftreten, so stark gedämpft werden, dass Funktionsstörungen der Elektronik und Bauteilbeschädigungen innerhalb der Röntgeneinrichtung ver- mieden werden.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Röntgeneinrichtung mit den Merkmalen des ersten Patentanspruchs .
Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, Schwingungen und Störsignale in der Hochspannungs-Versorgung der Röntgeneinrichtung, also zwischen Rontgengenerator und Röntgenröhre, zu dämpfen. Die Dämpfung wird durch Vorsehen von Abschlusswiderständen an den Hochspannungs-Leitungen der Hochspan- nungs-Versorgung bewirkt. Eine Dämpfung durch Abschlusswiderstände ist besonders unaufwändig und einfach realisierbar.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die Hochspannungs-Leitungen der Hochspannungs-Versorgung nicht an beiden Enden, sondern lediglich an einem Ende, also einseitig, mit einem Abschluss-Widerstand versehen sind. Bereits ein einseitiger Abschluss-Widerstand kann nämlich ein ausreichend schnelles Abklingen der Störsignale bewirken.
Eine besonders vorteilhafte Variante dieser Ausgestaltung ergibt sich dadurch, dass der einseitige Abschluss-Widerstand jeweils am Röntgenröhren-seitigen jeder Hochspannungs-Leitung angeordnet ist. Dadurch kann die für den Betrieb einzuhalten- de hohe Ausgangsimpedanz des Röntgengenerators beibehalten werden. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Impedanz der Abschluss-Widerstände an die Leitungsimpedanz der jeweiligen Leitung angepasst . Eine ausreichende Dämpfung ergibt sich insbesondere, wenn die Impedanz der Abschluss-Widerstände der Impedanz der Hochspannungs-Leitungen entspricht .
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Die Figuren zeigen:
FIG 1 den prinzipiellen Aufbau des Hochspannungskreises einer Röntgeneinrichtung gemäß Stand der Technik,
FIG 2 Spannungsverhältnisse in der Hochspannungs-Versorgung während des Betriebs der Röntgeneinrichtung,
FIG 3 Spannungsverhältnisse in der Hochspannungs-Versorgung unmittelbar nach Auftreten eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre,
FIG 4 Hochspannungs-Leitung mit parallelen Abschluss- Widerständen gemäß der Erfindung,
FIG 5 Hochspannungs-Leitung mit seriellen Abschluss- Widerständen gemäß der Erfindung,
FIG 6 Hochspannungskreis einer Röntgeneinrichtung mit Ab- schluss-Widerständen gemäß der Erfindung sowie mit Filterinduktivitäten für Kathodenheizstrom,
FIG 7 Hochspannungskreis einer Röntgeneinrichtung gemäß einer Variante der Erfindung mit in die Röntgenröhre integriertem Heizstromtransformator, FIG 8 Hochspannungskreis einer Röntgeneinrichtung gemäß einer Variante der Erfindung mit Hochspannungs- Glättungs-Kapazitäten an den Ausgängen des Röntgengenerators,
FIG 9 simulierter Spannungsverlauf an der Kathode einer Röntgeneinrichtung gemäß Stand der Technik,
FIG 10 simulierter Spannungsverlauf an der Kathode einer Röntgeneinrichtung gemäß der Erfindung.
In Figur 1 ist der prinzipielle Aufbau des Hochspannungskreises einer Röntgeneinrichtung gemäß Stand der Technik dar- . gestellt. Innerhalb des Röntgengenerators 1 erzeugt ein Pri- märspannungsgenerator 3 eine PrimärSpannung, die an Hochspannungs-Transformatoren 5 weitergeleitet und von diesen in eine für den Betrieb der Röntgenröhre ausreichende Hochspannung transformiert wird. Die von den Hochspannungs-Transformatoren 5 abgegebene Hochspannung wird an die Bauelemente 7, in denen eine Gleichrichter-Diode und eine Glättungs-Kapazität angedeutet sind, weitergeleitet und von diesen gleichgerichtet und geglättet. Die Bauelemente 7 geben die Hochspannung an die Dämpfungs-Widerstände 9 (RD) ab. Die Dämpfungs- Widerstände 9 (RD) haben die Aufgabe, den Rontgengenerator 1 weitgehend vor Überspannungen und Störsignalen aus der
Hochspannungs-Versorgung zu schützen. Sie weisen normalerweise Werte in der Größenordnung einiger Kilo-Ohm auf.
An den Rontgengenerator 1 ist durch eine dazwischen liegende Hochspannungs-Versorgung die Röntgen-Röhre 15 angeschlossen, wobei die Hochspannungs-Versorgung im wesentlichen aus einer anodischen koaxialen Hochspannungs-Leitung 11 und einer kathodische koaxialen Hochspannungs-Leitung 13 besteht. Der koaxiale Aufbau der Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 ist durch die zeichnerische Darstellung als Kasten anstelle als Linie angedeutet. Die anodische Hochspannungs-Leitung 11 verbindet den Ausgang des Röntgengenerators 1 mit der Anode 17 der Röntgenröhre 15. Analog verbindet die kathodische Hochspannungs-Leitung 13 die Kathode 19 der Röntgenröhre 15. Die Röntgenröhre 15 kann zweistrahlig, d.h. als Zweifokusröhre, ausgebildet sein, weswegen die Kathode 19 andeutungsweise mit zwei Wendeln dargestellt ist . Die beiden Wendeln der Kathode 19 werden durch den Heiztransformator 21 mit Heizstrom versorgt .
Um die Probleme zu verringern, die in Zusammenhang mit in der Röntgenröhre 15 auftretenden Kurzschlüssen verursacht werden, ist es bekannt, zum einen am Rontgengenerator 1 hochohmige Dämpfungs-Widerstände 9 (RD) im Kiloohm-Bereich vorzusehen, zum anderen in der gesamten Röntgeneinrichtung auf die saubere Erdung aller Komponenten zu achten, um eindeutige Bezugs- potentiale zu gewährleisten und Induktionsschleifen zu vermeiden. Dadurch soll vor allem eine "Verschleppung" der Störpotentiale vermieden werden. Die saubere Erdung aller Komponenten ist durch die mehrfache Erdung 23 der koaxialen Hochspannungs-Leitungen dargestellt .
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Hochspannungskreises einer Röntgeneinrichtung gemäß Stand der Technik. Durch den Generator 31 wird die Röntgenspannung U0 erzeugt und über die Dämpfungs-Widerstände 9 (RD) an die Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 abgegeben. Über die
Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 liegt die Spannung an der Röntgenröhre an, die hier als Lastwiderstand 33 (RL) eingezeichnet ist. Der Hochspannungskreis ist während des Betriebs dargestellt, d.h. in eingeschwungenem Zustand. Die anodische Hochspannungs-Leitung 11 liegt auf ihrer gesamten Länge auf Potential U0, die kathodische Hochspannungs-Leitung 13 liegt auf ihrer gesamten Länge auf -U0 Volt. Der Anschaulichkeit halber wird in Figur 3 und im folgenden lediglich die anodische Seite betrachtet und die kathodische außer Acht gelas- sen. Die Potenzialverteilung auf der anodischen Hochspannungs-Leitungen ist in Figur 2 durch Pfeile angedeutet, die mit plus, minus und U0 bezeichnet sind. Der Potentialabfall in den Dämpfungs-Widerständen 9 (RD) soll vernachlässigt werden.
Figur 3 zeigt die gleiche schematische Darstellung des Hochspannungskreises gemäß Stand der Technik wie die vorhergehende Figur 2 mit den gleichen Bezugszeichen. Figur 3 zeigt den Hochspannungskreis jedoch zu einem anderen Zeitpunkt, nämlich unmittelbar nach Auftreten eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre.
Das Auftreten eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre ist damit gleichbedeutend, dass der Lastwiderstand 33 (RL) verschwindend gering wird, d.h. R__ = 0. Das Verschwinden des Lastwiderstandes 33 (RL) hat zur Folge, dass die Spannung an den Hochspannungs-Leitungen 11 sowie 13 zusammenbricht, weil die Ladungen, die sich auf den Hochspannungleitungen 11 sowie 13 befinden, über den Kurzschluss in der Röntgenröhre abfließen können. Diese Art der Entladung einer gleichmäßig aufgeladenen Leitung ist ein Standardproblem, das in der Literatur bestens bekannt ist. Näherungsweise kann der Entladungsvorgang so beschrieben werden, dass die Hälfte der Ladungen auf der Leitung nach links läuft, die andere Hälfte der Ladungen nach rechts. Dadurch bewegen sich Wellen mit der halben Ausgangsspannung, also Uo/2, auf jeder Leitung nach links und rechts voneinander weg. Dies ist in Figur 3 lediglich für die anodische Hochspannungs-Leitung 11 durch Pfeile angedeutet, die mit + und U0/2 bezeichnet sind, und die entlang der Hochspannungs-Leitung 11 nach rechts bzw. links gerichtet sind. Die Pfeile sollen das Abfließen der Ladungen symboli- sieren.
In dem Hochspannungskreis treffen die auseinander laufenden Wellen sowohl links als auch rechts auf Impedanz- Sprungstellen. Links sind dies die Dämpfungs-Widerstände 9 (RD) , rechts ist dies der Kurzschluss in der Röntgenröhre, also der Lastwiderstand 33 (RL) , der den Wert RL = 0 angenommen hat. Die Sprungstellen in der Impedanz reflektieren die voneinander fortlaufenden Wellen, wobei ein Kurzschluss einen Reflexions-Faktor r = -1 bewirkt. An einem Kurzschluss reflektierte Wellen wechseln daher bekanntlich das Vorzeichen, vorliegend wechselt ihre Spannung also von +"ü0/2 auf -U0/2. Die reflektierten Wellen laufen anschließend wieder aufeinander zu, begegnen sich und laufen erneut auseinander, bis sie wieder an den Sprungstellen der Leitungsimpedanz reflektiert werden. Für die hin und herlaufenden Wellen ergibt sich eine von der Länge der Hochspannungs-Leitungen 11 bzw. 13 abhängi- ge Schwingungsdauer. Nach einem Viertel dieser Schwingungs- dauer nimmt die Hochspannungs-Leitung auf der gesamten Länge die Spannung 0 an, nach der Hälfte der Schwingungsdauer die Spannung -U0 und nach drei Vierteln der Schwingungsdauer wiederum die Spannung 0, bis sich der Schwingungsvorgang nach einer ganzen Schwingungsdauer zu wiederholen beginnt. Die
Schwingung setzt sich grundsätzlich endlos fort, wird in der Realität aber durch Leitungsverluste gedämpft.
Der Vereinfachung halber wurde der Vorgang nur für die ano- dische Hochspannungs-Leitung 11 beschrieben, die Vorgänge auf der kathodischen Hochspannungs-Leitung 13 verlaufen grundsätzlich analog dazu mit umgekehrtem Vorzeichen.
Im Ergebnis wird auf den Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 eine Schwingung erhalten, bei der auf der jeweiligen Leitung selbst zwar keine Überspannungen auftreten, die aber wechselnd die Spannungen +U0 und -U0 annimmt . Daher tritt an den Dämpfungs-Widerständen 9 (RD) im Verlauf der Schwingung die doppelte Spannung auf, also 2U0. Bei einer Länge der Hochspannungs-Leitungen von beispielsweise 12 Metern ergibt sich eine Schwingungsdauer von 266 Nano-Sekunden, also eine Frequenz in der Größenordnung von einigen Mega-Hertz. Diese Schwingung, die als Störsignal aufzufassen ist, und die dabei auftretenden Überspannungen, können Bauteilausfälle und Be- triebsstörungen in der Röntgeneinrichtung bewirken. Figur 4 zeigt die anodische Seite eines Hochspannungskreises einer Röntgeneinrichtung gemäß der Erfindung mit Gleichrich- tungs- und Dämpfungsbauelement 7, Dämpfungs-Widerstand 9 (RD) , über die Erdungen 23 geerdeten koaxialen Hochspannungs- Leitung 11 und Röntgenröhre 15. Dieser herkömmliche Aufbau ist ergänzt durch den Abschluss-Widerstand 37 (RA) , der das Röntgengenerator-seitige Ende der Hochspannungs-Leitung 11 abschließt, und durch den Abschluss-Widerstand 38 (RA) , der das Röntgenröhren-seitige Ende der Hochspannungs-Leitung 11 abschließt. Die Abschluss-Widerstände 37, 38 (RA) sind parallelgeschaltet, sie liegen also zwischen dem jeweiligen Ende der Hochspannungs-Leitung 11 und der Erdung 23. Sie können durch Löten verbunden werden. Für die Leitungsimpedanz der Hochspannungs-Leitungen 11, 13 im Hochspannungskreis einer Röntgeneinrichtung sind Werte von etwa 40 bis 50 Ohm üblich. Die Abschluss-Widerstände 39 (RA) weisen daher einen Wert von etwa 45 Ohm auf, da ihre Dämpfungswirkung optimal wird, wenn ihre Impedanz derjenigen der Hochspannungs-Leitungen 11, 13 entspricht .
Der Abschluss alleine mit parallelen Abschluss-Widerständen 37, 38 (RA) wäre in der Realität jedoch nicht anwendbar, da im Betriebszustand an den beiden Abschluss-Widerständen 37 (RA)und 38 (RA) die gesamte Betriebsspannung anstünde und zur Masse hin abfiele, was zu dauerhaften und extrem hohen Leistungsverlusten führen würde. Außerdem wäre der Röntgenröhren- seitige Abschluss-Widerstand 38 (RA) durch den Kurzschluss in der Röntgenröhre 15 kurzgeschlossen und würde damit keine Dämpfungswirkung aufbauen können.
Daher sind in Ergänzung zu den Abschluss-Widerstände 37, 38 (RA) Hochspannungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) vorgesehen, die zwischen diesen und der Erdung 23 in Serie geschaltet sind. Die Hochspannungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) haben die Aufgabe, hochfrequente Störsignale und Überspannungen zur Erdung 23 passieren zu lassen, niederfrequente und Gleichspannungs-Nutzsignale jedoch zu blockieren. Sie dienen also als Hochpass, dessen Frequenz so zu wählen ist, dass Störsignale zur Erdung abfließen können, in Bezug auf Nutzsignale jedoch keine Verlustleistung auftritt. Die Hochspa - nungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) verhindern außerdem, dass der Röntgenröhren-seitige Abschluss-Widerstand 38 (RA) durch den Kurzschluss in der Röntgenröhre 15 kurzgeschlossen wird und deshalb wirkungslos bleibt. Wegen der hohen Frequenzen der Störsignale wird ein Hochpass mit relativ hoher Grenzfrequenz benötigt, daher wird als Kapazität der Hochspannungs- Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) ein Wert in der Größenordnung von etwa 50 Nano-Farad gewählt. Es können z.B. Keramik- oder Folien-Kondensatoren verwendet werden, die durch Löten verbunden werden können.
Figur 5 zeigt eine Variante der Schaltung gemäß der Erfindung in Abkehr von der Parallelschaltung der Abschluss- Widerstände. Dargestellt ist das Gleichrichter- und Dämpfungsbauelement 7, die koaxiale Hochspannungs-Leitung 11 samt Erdungen 23 sowie die Röntgenröhre 15. Außerdem dargestellt sind die Abschluss-Widerstände 39 (RA) , diesmal jedoch in serieller Schaltung zwischen der Hochspannungs-Leitung 11 und dem Bauelement 7 sowie zwischen der Hochspannungs-Leitung 11 und der Röntgenröhre 15. Der Röntgengenerator-seitige nieder- ohmige Abschluss-Widerstand 39 (RA) ersetzt dabei den norma- lerweise vorzusehenden hochohmigen Dämpfungs-Widerstand RD, der das Bauelement 7 sowie den sich dahinter anschließenden sonstigen, in der Figur 5 nicht dargestellten, Rontgengenerator vor Überspannungen schützt.
Da der normalerweise vorzusehende Dämpfungs-Widerstand RD in der Größenordnung mehrerer Kilo-Ohm liegt, bietet der Abschluss-Widerstand 39 (RA) , der in der Größenordnung von einigen Zehn Ohm liegt, nicht den selben Schutz vor Überspannungen im Rontgengenerator 1. Der Rontgengenerator 1 müsste also ausreichend robust dimensioniert sein, um im Falle eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre 15 Ströme im Kilo-Ampere- Bereich zu überstehen. In einer abgeänderten Variante der Schaltung in Figur 5 weisen die Abschluss-Widerstände 39 (RA) nicht die gleiche Impedanz wie die abzuschließenden Hochspannungs-Leitungen 11, 13 auf, sondern die doppelte Impedanz oder mehr, also mindestens 90 Ohm. Durch diese Dimensionierung wird eine weitgehend aperiodische Entladung der Hochspannungs-Leitungen 11, 13 bewirkt. Die aperiodische Entladung geht stufenweise vor sich und erfordert längere Zeit als die Entladung durch Abschluss- Widerstände 39 (RA) mit der optimalen Impedanz von 45 Ohm.
Die höhere Dimensionierung der Abschluss-Widerstände 39 (RA) hat jedoch den Vorteil, dass der Röntgenröhren-seitige Kurz- schluss-Strom stärker begrenzt wird. Ein Nachteil besteht in der höheren Dauerverlustleitung, die durch den Abfall der Hochspannung über den Abschluss-Widerständen 39 (RA) verursacht wird. Außerdem ist beim Betrieb einer so ausgerüsteten Röntgeneinrichtung zu beachten, dass die Röntgengenerator- seitig gemessene Röntgenröhrenspannung um den erhöhten Spannungsabfall verkehrt gemessen wird. Dies kann aber durch eine rechnerische Korrektur des Messwertes kompensiert werden.
Figur 6 zeigt einen unter den beschriebenen Aspekten verbesserten Hochspannungskreis gemäß der Erfindung. Bei diesem ist hinsichtlich der Abschluss-Widerstände insofern ein Kompro- miss realisiert, als hier sowohl die anodische Hochspannungs- Leitung 11 als auch die kathodische Hochspannungs-Leitung 13 jeweils nur auf einer Seite durch einen Abschluss-Widerstand 39 (RA) abgeschlossen sind. Die Impedanz der Abschluss- Widerstände 39 (RA) ist ungefähr gleich groß wie die Lei- tungsimpedanz der Hochspannunges-Leitungen 11 und 13, also ungefähr 45 Ω. Die Figur 6 zeigt den Rontgengenerator 1, darin befindlich den Primärspannungs-Erzeuger 3, die Hochspannungs-Transformatoren 5, die Gleichrichter- und Dämpfungsbauelemente 7, die Dämpfungs-Widerstände 9 (RD) sowie den Heizstromtransformator 21. Der Rontgengenerator 1 ist ü- ber die mit der Erdung 23 verbundenen koaxialen Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 mit der Röntgenröhre 15 verbunden. Die Abschluss-Widerstände 39 (RA) sind zwischen den Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 und der Röntgenröhre 15 in Serienschaltung angeordnet. Der lediglich einseitige Abschluss der Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 verhindert das Entstehen einer dauerhaften Schwingung bei Auftreten eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre 15.
Von den beiden zum Ladungsausgleich in den Hochspannungs- Leitungen 11 und 13 auseinanderlaufenden Wellen mit der Span- nung +U0/2 bzw. -U0/2 wird lediglich die jeweils in Richtung Rontgengenerator 1 laufende refklektiert, da lediglich gene- ratorseitig ein Impedanz-Sprung auftritt. In der mit Abschluss-Widerständen 39 (RA) ausgestatteten Richtung zur Röntgenröhre 15 laufen die Wellen ohne reflektiert zu werden weiter und die Ladungen können abfließen. Daher endet der
Vorgang des Ladungsausgleiches nach einmaliger Reflexion. Der lediglich einseitige Abschluss der Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 bietet so ein ausreichend schnelles Abklingen der Störsignale und damit eine ausrechende Dämpfung von Überspan- nungen.
Auf der kathodischen Hochspannungsseite tritt die Besonderheit auf, dass der Kathode nicht nur der negative Teil der Röntgenröhrenspannung zugeführt wird, sondern zusätzlich auch der Heizstrom für die Kathode. Bei einer üblichen Zweifokusröhre sind also insgesamt drei Leitungen vorhanden, die die beiden Kathodenwendeln mit Heizstrom und der kathodischen Röntgenspannung versorgen. Würde in die Heizstrom-Versorgung ebenfalls ein Abschluss-Widerstand eingefügt werden, so wür- den unvertretbar hohe Verluste beim Heizstrom - der immerhin einige Ampere beträgt - verursacht werden. Da die drei Abschluss-Widerstände auf den Leitungen parallel zueinander geschaltet wären, müssten sie zudem einen dreimal größeren Widerstandswert als der einfache Abschluss-Widerstand 39 (RA) aufweisen, weswegen sich die Heizstrom-Verluste sogar noch verdreifachen würden. Um trotzdem den Heizstrom-Transformator 21 im Falle eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre 15 vor Überspannungen und Störsignalen zu schützen, werden deswegen anstelle von Abschluss-Widerständen zusätzliche Filter-Induktivitäten 40 eingeführt. Diese zusätzlichen Filter-Induktivitäten 40 werden als stromkompensierte Drosseln ausgeführt und in aller Regel durch Löten verbunden. Sie haben die Aufgabe, die hochfrequenten Störsignale in der Hochspannungs-Leitung 13 zu blockieren, den niederfrequenten Heizstrom hingegen passieren zu lassen. Insofern stellen sie eine Tiefpassfilterung dar. Zu diesem Zweck sind sie in serieller Schaltung zwischen der Röntgenröhre 15 und der Hochspannungsleitung 13 sowie dem Heizstrom-Transformator 21 angeordnet und in paralleler Schaltung zu dem Abschluss-Widerstand 39 (RA) . Die Größe der Filter-Induktivitäten 40 ist abhängig von den Störsignalen in der Hochspannungs-Leitung 13 bzw. 11 zu bemessen. Da die Störsignale sich im Mega-Hertz-Bereich bewegen, der Heizstrom üblicherweise im Kilo-Hertz-Bereich, sind die Filter-Induktivitäten 40 mit einer Größe von etwa 50 Mikro-Henry zu be- messen.
In einer verbesserten Ausführungsform dieser Schaltung wäre es möglich, die Filter-Induktivitäten 40 auf der kathodischen Hochspannungsseite als stromkompensierte Drossel auszuführen, um so die Gesamtinduktivität gegenüber dem Heizstrom nochmals zu reduzieren, ohne die Filter-Wirksamkeit gegenüber den hochfrequenten Störungssignalen zu verringern.
Figur 7 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, die bezüg- lieh der Versorgung der Kathode mit Heizstrom wesentlich geändert ist. Figur 7 zeigt den Hochspannungskreis mit dem Rontgengenerator 1 und den bereits aus den vorhergehenden Figuren bekannten internen Baugruppen. An den Rontgengenerator 1 sind die anodische Hochspannungs-Leitung 11 und die katho- dische Hochspannungs-Leitung 13 angeschlossen, diese wiederum sind mit den Abschluss-Widerständen 39 (RA) in Serienschaltung verbunden. Bei dem bisher gezeigten, herkömmlichen Auf- bau der Röntgeneinrichtung ist der Heizstrom-Transformator 21 in der Peripherie der Röntgenröhre 15 angeordnet, etwa im Rontgengenerator 1 oder innerhalb des Hochspannungstanks, der die Röntgenröhre 15 zum Schutz der Umgebung vor Hochspannung und Strahlung umgibt. Im Gegensatz zu diesem herkömmlichen Aufbau ist der Heizstrom-Transformator 21 in Figur 7 innerhalb der Röntgenröhre 15 angeordnet. Dadurch ist der Heizstrom-Transformator 21 von den Störungsvorgängen in der Hochspannungs-Leitung 13 von vorne herein entkoppelt. Es müs- sen daher keine zusätzlichen Filter-Induktivitäten zur Filterung von Überspannungen oder Störsignalen vor der Heizstromversorgung angeordnet werden.
Es ist offensichtlich, dass diese Variante der Erfindung eine Änderung im Aufbau der gesamten Röntgeneinrichtung erforderlich macht. Dagegen können Änderungen wie das Ergänzen von Abschluss-Widerständen und zusätzlichen Filter-Induktivitäten mit deutlich geringerem Aufwand durchgeführt werden.
Figur 8 zeigt eine weitere Variante des Hochspannungskreises, bei der die Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 ebenfalls jeweils einseitig mit Abschluss-Widerständen 39 (RA) versehen sind. Figur 8 zeigt den Rontgengenerator 1 mit den Dämpfungs- Widerständen 9 (RD) und ansonsten gleichen Bauelementen wie in den vorhergehenden Figuren. An den Rontgengenerator 1 sind sowohl auf der anodischen als auch auf der kathodischen Seite die Abschluss-Widerstände 39 (RA) angeschlossen, mit denen wiederum die koaxialen Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 mit jeweiligen Erdungen 23 verbunden sind. Die Abschluss- Widerstände 39 (RA) sind seriell zwischen den Hochspannungs- Leitungen 11 und 13 und dem Rontgengenerator 1 geschaltet. Im Rontgengenerator 1 sind außerdem in üblicher Weise Dämpfungs- Widerstände 9 (RD) angeordnet, die in der üblichen Größenordnung von einigen Kilo-Ohm bemessen sind. Die Abschluss- Widerstände 39 (RA) sind also zusätzlich zu den Dämpfungs- Widerständen 9 (RD) innerhalb des Röntgengenerators 1 vorgesehen. Zwischen den Abschluss-Widerständen 39 (RA) und den Dämpfungs-Widerständen 9 (RD) des Röntgengenerators 1 sind Hochspannungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) vorgesehen, in aller Regel Keramik- oder Folien-Kondensatoren, die durch Löten verbunden werden. Die Hochspannungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) sind mit dem jeweiligen Verbindungspunkt zwischen den Dämpfungs-Widerständen 9 (RD) und den Abschluss-Widerständen 39 (RA) sowie mit der jeweiligen Erdung 23 verbunden. Sie sind also parallel zu den Dämpfungs-Widerständen 9 (RD) und parallel zu den Abschluss-Widerständen 39 (RA) geschaltet.
Die Hochspannungs-Leitungen 11 und 13 sind bei dieser Variante der Schaltung mit der Serienschaltung der jeweiligen Ab- schluss-Widerstände 39 (RA) und den jeweiligen Hochspannungs- Glättungs-Kapazität 41 (C ) abgeschlossen. Damit näherungsweise nur der Ohm' sehe Widerstand der Abschluss-Widerstände 39 (RA) zur Leitungsimpedanz beiträgt, müssen die Hochspan- nungs-Glättungs-Kapazitäten 41 (CH) groß genug gewählt sein, um bezüglich der Ausgleichsvorgänge in den Hochspannungs- Leitungen 11 und 13 niederohmig zu wirken. Mit dem für diesen Zweck erforderlichen Wert von etwa 50 Nano-Farad ist diese Variante der Schaltung insbesondere in Röntgeneinrichtungen von Interesse, in deren Hochspanungskreis von vorneherein ei- ne große Hochspannungs-Glättungs-Kapazität vorgesehen ist.
Figur 9 zeigt eine Simulation des Spannungsverlaufs an der Kathode eines herkömmlichen Hochspannungskreises einer Röntgeneinrichtung, wie er in Figur 1 dargestellt ist. In Figur 9 ist die kathodische Hochspannung über der Zeit aufgetragen, wobei von einer Röntgen-typischen Hochspannung von 100 Kilo- Volt ausgegangen wird. Bei 50 Nano-Sekunden wird ein Kurzsschluss in der Röntgenröhre simuliert, der deutlich am Zusammenbrechen der kathodischen Spannung erkennbar ist. Der Kurzschluss setzt schlagartig ein und endet ebenso schlagartig bei 300 Nano-Sekunden. Dargestellt sind zwei Spannungsverläufe, von denen einer am Anfang der Hochspannungs-Leitung 13 abgegriffen ist, der andere am Ende der Hochspannungs- Leitung 13. Deutlich zu erkennen sind starke Störsignale, die sich nach Ende des Kurzschlusses über längere Zeit und mit deutlichen Überspannungsspitzen fortsetzen. Während des Auf- tretens dieser Störungen wäre ein Betrieb der Röntgenröhre nicht sinnvoll möglich bzw. Bauteildefekte könnten auftreten.
Figur 10 zeigt die gleiche Simulation bei Zugrundelegung einer Schaltung gemäß der Erfindung, wie er in Figur 6 darge- stellt ist. Dargestellt ist wieder die kathodische Spannung über der Zeit. Die beiden Spannungsverläufe stellen wieder die Spannung am Anfang bzw. am Ende der Hochspannungs-Leitung 13 dar. Bei 50 ns setzt schlagartig ein Kurzschluss in der Röntgenröhre ein, der bei 300 ns ebenso schlagartig endet. Nach Ende des Kurzschlusses bleiben Überspannungen und Störsignale völlig aus. Stattdessen steigt die kathodische Spannung, gedämpft durch den Abschluss-Widerstand und die Filterinduktivitäten, nach und nach wieder an. Nach etwa 7 MikroSekunden, ein Zeitpunkt, der in Figur 10 nicht mehr darge- stellt ist, erreicht die Kathode wieder die Betriebsspannung.
Durch die Einführung von Abschluss-Widerständen gelingt es also, die Röntgeneinrichtung vor Störungen und Beschädigungen durch die Folgen eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre wei- testgehend zu bewahren. Es muss lediglich eine geringe Zeit in Kauf genommen werden, bis nach Ende eines Kurzschlusses in der Röntgenröhre die Röntgenspannung wieder erreicht ist, so dass mit dem Betrieb der Röntgeneinrichtung fortgefahren werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) für eine Röntgeneinrichtung, wobei die Röntgeneinrichtung eine Röntgenröhre (15) und einen Rontgengenerator (1) zur Erzeugung der für den Betrieb der Röntgenröhre (15) erforderlichen Hochspannung aufweist, und wobei die Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) eine elektrisch leitfähige Leitung (11, 13) zur Verbindung des Röntgengenerators (1) mit der Röntgenröhre (15) aufweist, wobei die Leitung (11, 13) ein Ende aufweist, an dem sie mit dem Rontgengenerator (1) verbindbar ist, und ein weiteres Ende, an dem sie mit der Röntgenröhre (15) verbindbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mindestens ein Ende der Leitung (11, 13) mit einem elektrischen Ab- schluss-Widerstand (39) verbunden ist, der zwischen der Leitung (11, 13) und dem Rontgengenerator (1) oder zwischen der Leitung (11, 13) und der Röntgenröhre (15) anordenbar ist.
2. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Abschluss-Widerstand (39) und/oder die Abschluss-Widerstände (39) in serieller Schaltung zwischen der Leitung (11, 13) und dem Rontgengenerator (1) oder der Röntgenröhre (15) anordenbar sind.
3. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Impedanz des Abschluss-Widerstands (39) und/oder der Abschluss- Widerstände (39) entweder gleich groß oder mindestens doppelt so groß wie die Leitungsimpedanz der damit verbundenen Leitung (11, 13) ist.
4. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass jeweils genau ein Abschluss-Widerstand (39) mit einer Leitung (11) zur Verbindung von Rontgengenerator (1) und einer Anode (17) der Röntgenröhre (1) und mit einer Leitung (13) zur Verbindung von Rontgengenerator verbunden ist.
5. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dadurch mit einer Kathode (19) der Röntgenröhre (15) ein Transformator (21) zur Erzeugung von Heizstrom für die Kathode (19) verbindbar ist, und dass in jeder elektrischen Leitung zur Verbindung von Heizstrom-Transformator (21) und Kathode (19) eine Filter-Induktivität (40), insbesondere in der Größenordnung von 50 μH, in serieller Schaltung angeordnet ist.
6. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass mit dem mit der Kathode (19) verbindbaren Ende der Leitung (13) zur Verbindung von Rontgengenerator (1) und Kathode (15) ein Abschluss-Widerstand (39) in serieller Schaltung verbunden ist, dass mit dieser Leitung (13) auch der Heizstrom-Transformator (21) verbindbar ist, und dass jede der besagten Filter- Induktivitäten (40) parallel zu dem Abschluss-Widerstand (39) angeordnet ist.
7. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die besagten Filter-Induktivitäten (40) als stromkompensierte Drossel ausgeführt sind.
8. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Abschluss-Widerstand (39) mit dem mit dem Rontgengenerator (1) verbindbaren Ende einer Leitung (11, 13) zur Verbindung von Rontgengenerator (1) und Röntgenröhre (15) verbunden ist, und dass mit der Verbindung zwischen Rontgengenerator (1) und Abschluss-Widerstand (39) eine Hochspannungs-Glättungs-Kapa- zität (41) seriell zur Erdung (23) verbindbar ist, insbesondere in der Größenordnung von 50 nF.
9. Hochspannungs-Versorgung (11, 13, 23) nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abschluss-Widerstände (39) jeweils mit den mit der Röntgenröhre (1) verbindbaren Enden von Leitungen (11, 13) zur Verbindung von Rontgengenerator (1) und Röntgenröhre (15) verbunden sind.
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