Über den heutigen Stand der Röntgen-Elektrotechnik

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Sonderabdruek aus der

Elektrotechnischen Zeitschrift Organ des Elektrotechnischen Vereins und des Verbandes Deutscher Elektrotechniker.

Verlag: von Julias Springer in Berlin.

Elektrotechnische Zeitschrift Organ des Elektrotechnischen Vereins und des Verbandes Deutscher Elektrotechniker. Verlag von Julius Springer in Berlin.

Die

Elektrotechnische Zeitschrift

Elektrotechnische Zeitschrift

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Erläuterungen zu den Sicherheitsvorschriften für die Errichtung elektrischer Starkstromanlagen einschliesslich der elektrischen Bahnanlagen. Im Aufträge des Verbandes herausgegeben von Dr. C. L. Weber, Geh. ßegierungsrat. Achte, vermehrte und verbesserte Ausgabe. 1906. In Leinw. geh. Preis M. 4,—.

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Sonclerabclruck aus der ELEKTROTECHNISCHEN ZEITSCHRIFT 1906. Heft SO. (Nachdruck nur mit Genehmigung des Verfassers und der Redaktion der Kiektrotechnisehen Zeitschrift und mit Quellenangabe gestattet.) „

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Über den heutigen Stand der Röntgen-Elektrotechnik. Vortrag, gehalten im Dresdener Elektrotechnischen Verein in der Sitzung vom 18. Januar 1906 von Ingenieur J. F. Koch.

Aus der im Jahre 1895 von Röntgen ge­ machten für die Heilkunde so überaus wich­ tigen Entdeckung hat sich ein besonderer tech­ nischer Zweig, die Röntgentechnik, entwickelt. Die Röntgentechnik wiederum möchte ich in zwei Gruppen eingeteilt wissen: Die RöntgenElektrotechnik und die Röntgen - Hilfs­ technik. Die Röntgen - Elektrotechnik befaßt sich ausschließlich mit der wissenschaftlichtechnischen Ausbildung der elektrischen Röntgen-Vorrichtungen, also der Induktoren, Unterbrecher, Umformer, Transformatoren, Röntgenröhren und dergleichen. Die RöntgenHilfstechnik dagegen schafft alle Zubehörteile und Einrichtungen wie Blenden, KompressionsVorrichtungen, Orthodiagraphen, Aufnahme­ tische, besondere photographische Einrich­ tungen und dergleichen, deren Durchbildung an den Erbauer wohl technische, nicht aber elektrotechnische Anforderungen stellt. Für die medizinische Fachwelt sind beide Zweige der Röntgentechnik von gleicher Wichtigkeit, für uns dagegen ist die Röntgen-Elektrotechnik wichtig. Wenn wir uns nun die Frage vorlegen, was die Elektrotechnik in bezug auf die Ver­ vollkommnung der Röntgen-Einrichtungen seit Röntgens Entdeckung, also in einem Zeit­ raum von reichlich 10 Jahren, geleistet hat, so müssen wir im Hinblick auf andere junge Zweige der Elektrotechnik zu dem bemerkens­ werten Ergebnis kommen, daß verhältnismäßig wenig vorwärts geschritten wurde. Der Ruhmkorffsche Induktor war 1895 längst bekannt, er machte die Entdeckung Röntgens wohl über­ haupt erst möglich und den Ruhmkorffschen Induktor von damals verwendet die Röntgen­ technik wohl in der Hauptsache heute noch. Schon vor 1895 wurden verhältnismäßig große und vollkommene Funkeninduktoren gebaut, und abgesehen von der nach und nach er­ reichten besseren Abstimmung der elektrischen Größen, die ausschließlich auf dem Wege der

Erfahrung durchgeführt wurde, ist der Funken­ induktor geblieben wie er war. Einen wesent­ lichen Fortschritt brachten allenfalls zwei Unterbrecher, die ich nicht unerwähnt lassen möchte: Der sogenannte Elektrolyt - Unter­ brecher von Wehn eit und der Quecksilber­ strahl-Unterbrecher von Boas Besonders der Wehnelt-Unterbrecher mit seinem allerdings verhältnismäßig hohen Eigenverbrauch steigerte die Leistungsfähigkeit des Funkeninduktors erheblich und beseitigte damit erstmalig die von mir vor zwei Jahren Ihnen vorgeführten über­ aus störenden, vom Kondensator herrührenden Oberströme. Ich möchte hier erwähnen, daß der Wehnelt-Unterbrecher, richtige Bauart und Größenbemessung des Funkeninduktors vor­ ausgesetzt, bei weitem der vollkommenste Unterbrecher für Röntgenzwecke ist, eine Tat­ sache, die leider zufolge der mancherseits her­ vorgerufenen Unklarheit in Ärztekreisen viel­ fach noch ganz unbekannt geblieben ist. Da, wo bei Betrieb mit Wehnelt-Unterbrecher über großen Röhrenverbrauch, zu hohe SchließungsSpannungen und andere Mißstände geklagt wird, ist stets der unrichtig bemessene Funken­ induktor, nie aber der Wehneltsche Unter­ brecher verantwortlich zu machen. Als weitere Verbesserung des Funkeninduktors möchte ich hier noch die von Dr. Walter, Hamburg, erst­ malig angegebene Induktanz-Umschaltung der Primärspule anführen, ohne welche Vervoll­ kommnung der Wehnelt-Unterbrecher schwer­ lich zu seiner Bedeutung im Röntgenbetrieb gelangt wäre. Allerdings war von Wehnelt der Einfluß der Selbstinduktion auf die Wir­ kungsweise seines Unterbrechers von Anfang an hervorgehoben worden, sodaß für den auf­ merksamen Beobachter, der die Eigentümlich­ keiten der Röntgenröhre kannte, der Weg zur Umschaltung der Primärspule wohl vorge­ schrieben war. Nach weiteren belangreichen Verbesserungen der Stromwandlungs-Vorrichtungen dürften wir uns vergeblich umsehen.

2 Noch immer werden gute, mäßig gute und schlechte Induktoren hergestellt und die Zeit des fast planlosen TasteDS in diesem kleinen aber doch wichtigen Zweig der Elektrotechnik hat noch nicht aufgehört. Es sei mir gestattet, meine Ansicht über die Ursachen dieser auffälligen Erscheinung kurz anzugeben. Die Grundursache des Übels, wenn ich von einem solchen reden darf, liegt vielleicht im Funkeninduktor selbst. Der Funkeninduktor wurde in einer Zeit geschaffen, wo es eine Hochspannungstechnik überhaupt nicht gab. Ruhmkorff selbst verfügte an­ geblich nicht einmal über einen geeignet iso­ lierten Draht. Der Induktor wurde lange Zeit nur in Frankreich hergestellt und noch als Kohl schon die Herstellung in Deutschland in die Hand genommen hatte, blieb der Funken­ induktor für alle, die ihn benutzten oder sahen, ein unheimlicher Gegenstand, der sehr teuer, sehr vorsichtig zu behandeln und gefährlich war. Es läßt sich das leicht erklären, wenn man bedenkt, daß der Induktor entstand, ehe es eine Elektrotechnik gab. Er wurde aus­ schließlich von Mechanikern hergestellt, die blindlings mit mehr oder weniger Geschick be­ friedigende fremde Modelle nachbauten. Noch heute sehen wir kaum Ingenieure sich mit dem Bau von Funkeninduktoren befassen; in den großen Fabriken begnügt man sich mit für alle Fälle zusammengesetzten Zahlentafeln. Der Funkeninduktor ist nichts anderes, als ein Transformator, und wer ihn verstehen, ihn den jeweils gegebenen Verhältnissen anpassen will, muß in erster Linie Transformatoren - Tech­ niker sein. Sehr bald nach Entdeckung der Röntgen­ strahlen wurden Röntgenröhren gebaut, die eine weitaus größere Leistung vertrugen und beanspruchten, als die bis dahin üblichen klei­ nen Induktoren zu geben vermochten. Ich sagte Leistung. Unter der größten Leistung eines Transformators verstehen wir seine größte sekundäre Watt- oder Voltampere-Abgabe und genau dasselbe verstehe ich unter der Leistung des Funkeninduktors, unbeachtet dessen, ob wir die Sekundärleistung eines Funkeninduktors mit den uns heute zugänglichen Mitteln zu messen vermögen oder nicht. Nun ist es be­ kannt, daß selbst die größten im Handel befind­ lichen Röntgenröhren eine größte Schlagweite von 25 bis 30 cm beanspruchen. Ich habe Ver­ suche mit einer besonders großen Röhre, einer sogenannten Dauerröhre von Gundelach aus­ geführt; die Röhre hatte eine Härte von 13° nach We hn e 11, hatte also so ziemlich ihr härtestes Stadium erreicht und dennoch erzielte ich mit einem Induktor von 50 cm Schlagweite nur 20 cm Schlagweite parallel zur Röhre. Ungeachtet dieser Tatsache hat nun der Röntgentechniker die Leistung der Induk­ toren dadurch zu vergrößern gesucht, daß er Induktoren für immer größere Schlagweite herstellte. Das war durchaus unrichtig, und dieser Fehler läßt sich nur damit erklären,

daß sich, wie eingangs geschildert, der Trans­ formatoren - Techniker dem Gebiet fern­ hielt. Beim eisengeschlossenen WechselstromTransformator wächst die sekundäre Span­ nung im Verhältnis der sekundären Win­ dungszahl, wenn wir vom Streuungsabfall absehen, der Widerstand der Sekundärspule wächst jedoch wesentlich schneller als die sekundäre Windungszahl. Beim Funkeninduk­ tor wächst zufolge der beträchtlicheren Streu­ ung die sekundäre Spannung wesentlich lang­ samer als die Windungszahl und der Ohmsche Widerstand wächst zufolge der Notwendigkeit der Einbringung großer Isolationsmassen bei Erhöhung der Sekundär-Windungszahl wesent­ lich schneller als dies beim technischen Wechselstrom-Transformator der Fall ist. Dar­ aus erhellt, daß die Erhöhung der Schlagweite über ein gewisses Maß zur Erzielung höherer Röhrenleistungen ebenso unrichtig ist, wie die Erhöhung der Sekundärspannung des tech­ nischen Wechselstrom-Transformators zur Er­ zielung einer größeren Leistung. Spannung und größte Stromstärke sollten beim Funken­ induktor genau so dem Verbrauchszweck an­ gepaßt werden, wie dies bei den Dynamo­ maschinen und Transformatoren geschieht. Be­ sonders auffällig wird der Fehler, wenn wir, was vielfach empfohlen wird, dazu übergehen, außergewöhnlich große Induktoren zum Be­ triebe von Röntgenröhren zu verwenden. Es fällt dann schließlich eine Schlagweite von 80 oder 100 cm auf 20 cm ab, sodaß also der größte Teil der bei der Schließung im Magnet­ feld aufgespeicherten Energie im Widerstand der Sekundärspule verloren geht. Um also sekundär bei gegebenem Spannungs­ bedarf eine höhere Stromstärke zu erzielen, ver­ dreifachte man die Sekundärspannung und er­ höhte den inneren Widerstand des Apparates viel­ leicht um das fünf- bis sechsfache. Dieser Fehler, in den Dynamobau übertragen, würde folgendes Mißverhältnis zeitigen: Man speiste mit einer Dynamo bisher 20 Lampen für 65 V Spannung, es sollen in Zukunft aber 40 Lampen mit gleicher Spannung gebrannt werden. Was macht man? Man baut eine größere Dynamo­ maschine, behält jedoch die Ankerdrahtstärke bei und erhöht nur die Windungszahlen derart, daß eine Spannung von 200 V entwickelt wird, welche durch den inneren Widerstand des Ankers bei 40 Lampen auf 65 V abfällt. Es klingt unglaublich und doch hat man diesen Fehler bisher in der Röntgentechnik gemacht. Genau wie bei einer schlechten Dynamo­ maschine die Klemmenspannung oder die Güte der Kommutierung allzu sehr von der Belastung beherrscht werden, so wird bei den bisherigen unrichtig gebauten Funkeninduktoren der Gang der ganzen Einrichtung in der störendsten Weise von der Größe und dem augenblicklichen Zustand der Röntgenröhre beherrscht. Daß bei diesem unrichtigen Vorgehen der Fabrikanten nicht das Gegenteil des Beabsichtigten eintritt, verdankt man nur dem Umstand, daß der

Widerstand der Röntgenröhre in weitaus den meisten Fällen im Sekundärkreis überwiegt. Wie fest gewurzelt diese Irrtümer sind, ersehen Sie aus einer Bemerkung des Herrn Dr. Walter, Hamburg, welche sich in Heft 6, Band VIII, der „Fortschritte auf dem Gebiete der Röntgen­ strahlen“ findet. Es steht da: „Alle diese Zahlen liefern nun meines Erachtens den voll­ kommenen exakten Beweis, daß bei Vermehrung der sekundären Windungszahl eines Induktors, womit aber natürlich auch die übrigen Teile desselben entsprechend zu vergrößern sind, nicht bloß die maximale sekundäre Funken­ länge, sondern auch — bei konstantem äußeren Widerstande — die sekundäre Stromstärke, das heißt also die ganze Wirkung des Apparates

magnetischen Feld aufgespeichert, um bei richtiger Unterbrechung sekundär zum großen Teil wieder frei zu werden. Wir brauchen also in erster Linie, wenn ich mich dieses ungewöhnlichen Ausdrucks bedienen darf, eine nicht zu kleine magnetische Kapazität. Die übrigen Größen, wie Sättigung, Kupfer­ widerstände usw. können nur die Verluste, die bei einem guten Induktor nicht viel größer als bei einem Wechselstrom-Transfor­ mator ähnlicher Größe zu sein brauchen, be­ einflussen. Die für die Röhre nötige Spannung oder Schlagweite ist uns gegeben, über diese brauchen wir nur um den Spannungsabfall im Apparat hinauszugehen. In der Anwendung genügender Eisenmengen und Geringhaltung

[ntcnsivstrom-Induktor. Abb. 1.

in entsprechender Weise zunimmt, wie ich dies aus theoretischen Gründen schon so häufig be­ hauptet habe.“ Diese Bemerkung scheint mit Rücksicht auf das vorhin Gesagte ohne weiteres richtig zu sein, und dennoch ist sie in bezug auf die im übrigen Teil desWalterschen Aufsatzes ent­ haltene Schlußfolgerung: Der richtige Weg zur Erzielung höherer Röhrenleistungen sei Er­ höhung der Schlagweite, unrichtig Und irre­ führend. Wir haben wie überall in der Technik auch im Röntgenfach das Optimum mit allen Mitteln anzustreben. Ich will hier unter Optimum die beste Leistung bei bestem Wir­ kungsgrad, erreicht mit einfachsten und wohl­ feilen Mitteln, verstanden haben. Zunächst sei hier darauf hingewiesen, daß die Leistung eines Induktors in erster Linie von der Menge des in ihm enthaltenen Eisens abhängt. Die bei der Schließung aufgewendete Energie wird, riclitige Schließungszeiten vorausgesetzt, im

der Ohmschen und induktiven oder Streuungs­ verluste sind uns die Mittel in die Hand ge­ geben, verhältnismäßig große Sekundärstrom­ stärken bei verhältnismäßig niedrigem Span­ nungsabfall zu erzeugen. Nach alledem möchte ich betonen: Die In­ duktoren bisheriger Bauart arbeiten in Ver­ bindung mit den üblichen Röntgenröhren mit zu großem Spannungsabfall, also mit einem schlechten Wirkungsgrad. Die den größten Zustandsänderungen unterworfene, in ihren Eigenschaften schwer zu beurteilende Röntgenröhre beherrscht die ganze Wirkungs­ weise des Apparates. Es müssen, um zur höchsten Röhrenleistung zu kommen, die Apparate verhältnismäßig groß für ganz un­ nötig hohe Schlagweiten gebaut werden, wo­ durch der Anschaffungspreis zuungunsten des Gebrauchers bedeutend verteuert und schließ­ lich auch die Schließungsspannung zu Un-

4 gunsten der Lebensdauer der Röntgenröhren be­ denklich erhöht wird. Der von mir entworfene, in seinen Größenbemessungen neuartige, so­ genannte Intensivstrom - Induktor (Abb. 1), arbeitet auch mit Wechselstrom recht befrie­ digend. Das siegreiche Vorwärtsdringen des Wechselstromes hat es dem Röntgentechniker nahegelegt, sein Augenmerk auch auf den un­ mittelbaren Betrieb der Röntgenapparate mit Wechselstrom zu richten. Dabei ist denn sehr verschiedenwertiges entstanden. Ich möchte hier gleich betonen: Das Umformen des Wechselstromes in Gleichstrom mittels drehen­ den Umformers empfehle ich im allgemeinen dem Arzt nicht. Die Summe der Fehlerquellen wird für den Arzt, der doch nun einmal nicht

fläche im Unterbrecher einigermaßen genau, bei der in jeder Periode eine Unterbrechung erfolgt. Der synchron arbeitende Quecksilber-TurbinenUnterbrecher hat sich meines Wissens bei den Ärzten nicht beliebt machen können. Auch dieser Apparat zieht die Aufmerksamkeit des Arztes zu sehr auf sich und erschwert dem Gebraucher damit die medizinische Seite seiner Tätigkeit. Es kann überhaupt nicht genug darauf hingewiesen werden, daß der einfachste Röntgenapparat in den meisten Fällen für den viel beschäftigten Arzt der beste Apparat ist. Die Gleichrichtung des Wechselstromes mit Graetzschen Eisen-Aluminiumzellen kann ich auf Grund der Tatsache, daß diese Zellen, sowie sie längere Zeit mit hoher Beanspruchung ar-

40 cm lange Funkenstrocke des Intensivstrom-Induktors mit Quecksilberstrahl-Unterbreeher, Belichtung 1 SekAbb. 2.

Elektrotechniker sein kann, zu groß. Untersteht beiten sollen, unzuverlässig werden, nicht der Umformer, wie es in großen Kranken­ empfehlen. Nur da, wo die Graetzsche Zelle anstalten oft der Fall ist, dem Heizer oder hohe Spannungen nicht zu verriegeln hat, einem Maschinenwärter, so hat der Gebraucher liegt ihr Anwendungsgebiet. Aber selbst wenn der Röntgeneinrichtung mit dieser Maschine wir die Zellen mit Wasserkühlung versehen, nichts zu tun, sie macht ihm die Anlage dann bilden sie doch einen weiteren unerwünschten nicht weiter verwickelt, aber der Anschaffungs­ Bestandteil einer Röntgeneinrichtung, dessen preis der Anlage ist durch den Umformer doch Wartung und Beobachtung dem Arzte nicht erheblich verteuert worden. Ich möchte Ihnen zugemutet werden sollte. zeigen, daß der unmittelbare Betrieb des Größere Verbreitung bei mit Wechselstrom un­ Röntgenapparates mit Wechselstrom bei Wahl mittelbar betriebenen Anlagen hat der von mir der richtigen Anordnung hinter dem Gleich­ vor 4 Jahren durchgebildete synchron arbeitende strombetrieb nicht nur nicht zurücksteht, son­ Wechselstrom-Platin-Unterbrecher (Abb. 4) ge­ dern diesem sogar vorzuziehen sein dürfte. funden. Die Unterbrechungen zwischen Platin­ Von den mit Wechselstrom unmittelbar arbei­ kontakten bei guten Induktoren im Anschluß tenden Anordnungen möchte ich zunächst die an Wechselstrom verursachen deshalb nicht die Anlage mit Wehnelt-Unterbrecher von vorn­ geringste Schwierigkeit, weil wir es durch herein ausschalten. Die Spannungen verkehrter j entsprechende Einstellung der Anker-Schwin­ Richtung sind bei dieser Betriebsweise zu hoch gungsphase zur Netzphase in der Hand haben, und der Induktor arbeitet nur bei der Anoden­ im abfallenden Kurvenast und bei Verhältnis-

5 mäßig niedriger Spannung zu unterbrechen. Diesem Umstand ist es auch zu verdanken, daß die bereits vor 4 Jahren gelieferten Wechselstrom-Platin-Unterbrecher, welche mit brauch­ baren Induktoren zusammen arbeiten, noch heute mit denselben Platinkontakten in Ge­ brauch sind. Die Schließungsspannungen sind auch bei meinem Wechselstrom-Platin-Unterbrecher, da im Nullwerte der Netzspannung geschlossen wird, naturgemäß erheblich nie­ driger, als beim Betrieb eines Funkeninduktors mit Gleichstrom. Dagegen ist beim Arbeiten mit dem Wechselstrom-Platin - Unterbrecher

hochgespannten Gleichstromes im Anschluß an eine Wechsel- oder Gleichstromquelle“, befindet sich in den „Annalen der Physik“, vierte Folge, Band 14, vom 16. April 1904. Sie behandelt eine Einrichtung, bei welcher die Gleich­ richtung des hochgespannten Wechselstromes mittels eines synchron umlaufenden Kon­ taktstückes bewirkt wird. Die Einrichtung hat heute nur noch geschichtlichen Wert. Auf die Umbildung der Stromform durch primäre Selbstinduktion ist in der genannten Veröffent­ lichung bereits hingewiesen worden. Die mit Hochspannungs-Transformator arbeitenden und

Funkenstrecke desselben Apparates mit Wehnelt-Unterbrecher, Belichtung 1 Sek. Abb. 3.

dennoch des öfteren sogenanntes Schließungs­ licht in der Röntgenröhre zu beobachten. Diese Erscheinungen rühren jedoch von Strömen zweiter Ordnung her, welche durch den Kon­ densator im Primärkreis hervorgerufen, im Sekundärkreis einen Wechselstrom höherer Frequenz induzieren. Ich komme jetzt zur Besprechung derjenigen Wechselstrom - Röntgenapparate, welche den primären Unterbrecher ganz vermeiden und anstelle des Ruhmkorftschen Funkeninduktors den zweckmäßig eisengeschlossenen Hochspan­ nungs-Transformator (Abb. 5) stellen. Meine Ver­ suche, den Wechselstrom-Hochspannungs-Transformator nutzbar zu machen, gehen bis in das Jahr 1903 zurück. Vorher ist von keiner Seite die Anwendung des Wechselstrom-Transforma­ tors zu Röntgenzweeken versucht oder vorge­ schlagen worden. Meine erste Veröfientlichung, betreffend: „Eine Einrichtung zur Erzeugung

mit mechanischem Hochspannungs-Gleichrichter ausgerüsteten Anlagen haben in der Praxis im großen ganzen gut gearbeitet. Es stellten sich jedoch bald Schwierigkeiten heraus, einmal da­ durch, daß sich in der Kontakttrommel aus Hartgummi größere Quantitäten Salpetersäure bildeten, welche nach und nach eine Zerstörung herbeiführten. Außerdem zeigte sich, daß bei Anwendung des Hochspannungs-Gleichrichters mit verhältnismäßig langen Belichtungszeiten gearbeitet werden mußte. Es war mir deshalb sehr bald klar, daß eine weitere Vereinfachung des Betriebes mit Hochspannungs-Tranformator dringend erforderlich sei. Die Versuche, den mechanisch arbeitenden Hochspannungs-Gleich­ richter in Wegfall zu bringen, begannen Ende 1904 und führten in verhältnismäßig kurzer Zeit zu einem in jeder Beziehung günstigen Ergeb­ nis. Es kann nicht meine Aufgabe sein, die Versuche, welche durchgeführt wurden, hier

einzeln anzuführen. Ich muß mich damit be­ gnügen, hier nur die fertige Anordnung zu behandeln. In Abb. 6 stellt ff die Wechselstromquelle dar, L ist eine Selbstinduktion, C eine Ventilzelle (Abb. 8), die ich hier als Ventilkapazität bezeich­ nen möchte, R ist der Regelungswiderstand, P die primäre, S die sekundäre Spule des Hochspan-

sperren. Aus der Abbildung geht ohne weiteres hervor, daß für die Stromrichtung, bei welcher die Zelle ff Leiter ist, ein beträchtlicher Span­ nungsabfall an den Klemmen der Primärspule P entsteht. Diese Wirkung an sich genügt

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(ileichrichtendor Wechselstrom-Platin-Unterbrecher. Abi). 4.

nungs-Transformators. Die Ventilzelle ff, eine gewöhnliche Eisen-Aluminium-Zelle, besitzt die bekannte Eigenschaft, den Wechselstrom nur in der einen Richtung durchfließen zu lassen, die andere Richtung dagegen vollständig abzu-

schon, auch sekundär eine beträchtliche Un­ gleichheit der Spannungen in beiderlei Rich­ tungen zu erzielen. Man muß sich hei der Vor­ stellung der Wirkungsweise von dem Gedanken frei machen, daß die Primärspule eine halbe

Hochspannungs-Transformator für Röntgen-Zwecke. Abb. 5.

7 Sinuswelle erhält. Eine halbe Sinuswelle würde ja eine Spannungsform induzieren, die in Abb. 7 mit der punktierten Linie dargestellt ist. Es würde also die sekundäre Spannung ungefähr nach Maßgabe der punktierten Linie verlaufen, wenn wir die Ventilzelle in Reihe zur Primär­ spule schalten wollten. Da ich jedoch die Ventilzelle parallel schalte, so findet eine wesentlich weitgehendere Veränderung der Stromform statt. Senden wir eine halbe Sinus­ welle durch eine Selbstinduktion, so messen wir an dieser Selbstinduktion eine gewisse Reaktanzspannung. Nehmen wir an, daß der Ohmsche Widerstand der Selbstinduktionsspule außerordentlich klein ist, sodaß wir die an den Klemmen dieser Spule in Form einer Gleich­ spannung auftretende Spannungsstauung ver­ nachlässigen können, so haben wir bei der Speisung der Selbstinduktionsspule mit einer

schen Nutzwechsel und Fehlwechsol in diesem Falle zugunsten des Nutzwechsels gestört ist. Diese Wirkung weiter zu vervollkommnen, habe ich mich der kapazitiven Eigenschaft der Ventilzelle, die ich deshalb in der hier gedachten Anwendungsweise Ventilkapazität nennen möchte, bedient. Sie sehen aus Abb. 6, daß wir im Primär­ kreis eine Selbstinduktion und Kapazität in Reihe, wenn wir den Nutzwechsel betrachten, haben, denn die Ventilzelle ist für denjenigen Stromwechsel oder für diejenige Spannungsrich­ tung, welche abgesperrt wird, Kapazität und zwar haben derartige Ventilzellen in den Absperr­ zeiten eine verhältnismäßig große kapazitive Wirkung. Denken wir uns nun zunächst die Primärspule aus dem Kreise abgeschaltet, sodaß L, C und R in Reihe liegen, so läßt sich ohne weiteres übersehen, daß sich die Größen L

Ni ederspaunungs-Ventilzelle. Abb. 8.

und C in ein derartiges Verhältnis zueinander bringen lassen müssen, daß bei einer gegebenen Periodenzahl vollkommene Resonanz im Kreise besteht derart, daß Abb. 7.

halben Sinuswelle eine Spannungsform, wie sie in Abb. 7 unter a punktiert gezeichnet ist. Nun überbrückt aber die Ventilzelle, wie Sie aus dem Schema Abb. 6 erseh»n, die beiden Klemmen der Primärspule. Sie bewirkt also auch für die Reaktanzspannung in der einen Richtung annähernd einen Kurzschluß. Wir erhalten dann zufolge der Ventilwirkung primär eine Reaktanzspannung, die in Abb. 7 unter b dargestellt ist. Diese Reaktanzspannung ent­ spricht naturgemäß vollständig dem Spannungs­ verlauf an den Sekundärklemmen des Hoch­ spannungs-Transformators. Sie sehen also, daß wir bei Anwendung eines Ventils in der im Schema angedeuteten Weise eine starke Span­ nungsungleichheit sekundär erzielen können, die insofern sogar günstiger ist, als die sekun­ däre Spannungsungleichheit beim Funkeninduk­ tor, als auch die energetische Symmetrie zwi­

ist. Das ist bekanntlich der Fall, wenn

ist. Wäre C nun eine für beide Stromrichtungen wirksame Kapazität, so würden wir in der Lage sein, durch entsprechende Abstimmung von L und C eine erhebliche Spannungssteigerung an den Klemmen der Kapazität zu erzielen. Durch Vergrößerung von C können wir diese erhöhte Spannung sogar noch nach der Uberschaltung der Primärspule über die Kapazität aufrecht erhalten. In unserem Falle wirkt nun die Ventilkapazität inbezug auf die Gleichrichtung des sekundären hochgespannten Stromes außer­ ordentlich günstig. Ich stimme C hinsichtlich seiner kapazitiven Wirkung derart ein, daß im Nutzwechsel, also in demjenigen Wechsel, in

8 welchem C Kapazität ist, durch Resonanz, die ich hier in diesem Falle Richtungsresonanz nennen möchte, eine erhebliche Steigerung der Primär-Klemmenspannung und somit der Sekun­ därspannung erreicht wird. Im Fehl wechsel da­ gegen, also in demjenigen Wechsel, in welchem C zum Leiter wird, fällt einmal durch Kurz­ schluß der Primärspule, zum anderen durch vollständige Abdrosselung des Stromes bei L die Sekundärspannung nahezu auf null ab. Es ist dabei interessant, daß bei dieser Art von

wie er durch diese neuartige Resonanzabstim­ mung erzielt wird, wird durch Abb. 9 dar­ gestellt. Beim Röntgenbetrieb verbesserte ich die Gleichstromwirkung noch weiter dadurch, daß ich vor die Röntgenröhre ein neuartiges, von Herrn Sterzei und mir durchgebildetes Hoch­ spannungsventil (Abb. 11) schaltete. Das Ventil beruht auf derselben Wirkung, wie der Ventilcharakter der Bikathodenröhre (Abb. 12). Einer Hohlspiegel - Elektrode liegt eine zylin-

Abb. 9.

Richtungsresonanz die Größen L und C, welche uns in der einen Richtung die erhebliche Span­ nungssteigerung bringen, in der anderen Rich­ tung gerade den wünschenswerten abnormen Spannungsabfall erzeugen. Die Kapazitäts­ eigenschaft der Zelle C ermöglicht uns ja,

drische Aluminium - Elektrode mit ihrem trichterförmig ausgebildeten Endstück gegen­ über (Abb. 10). Für den Stromdurchgang

Ulektrodeu-Anordnung in dem VakuumHoclispannungsventil. Abb. 10. Yakuum-Hochspannimgs ventil.

gerade die Vorschaltinduktanz L verhältnis­ Abb. 11. mäßig groß zu wählen. Ich bin also in der Lage, die gleichrichtende Wirkung der Zelle ist A Anode, K Kathode. Drehen wir die Strom­ durch Richtungsresonanz erheblich zu ver­ richtung um, so wird A zur Kathode und K zur größern. Der Funkenstrom gleicher Richtung, | Anode und die von A ausgehenden Kathoden-

9 strahlen werden im Fokus des Spiegels, wel­ cher im Innern von K liegt, vereinigt. Nun haben wir gefunden, daß das Kathodengefälle in einem Vakuumrohr stark erhöht wird, wenn die Kathodenstrahlen durch ein geeignetes Ge­ bilde zur Rückkehr auf ihren Ausgangspunkt gezwungen werden. Ich muß mich damit be­ gnügen, zu erklären, daß wir es hier mit einer Ventilwirkung durch Kathodenstrahl-Reflexion zu tun haben. Daß bei der Erscheinung die Ladung und der Weg der von der Kathode ausgehenden Elektronen und damit die gegen­ seitige statische Beeinflussung der Elektronen eine Hauptrolle spielt, dürfte ohne weiteres er­ sichtlich sein. — Ich möchte noch erwähnen, daß bei Anschluß von Röntgenröhren, die als Durchbruchswiderstände aufzufassen sind, tat­ sächlich eine Resonanzwirkung zufolge der kapazitiven Wirkung der Zelle eintritt in den Zeiten, in denen das Vakuum der Röntgen­ röhre noch nicht durchbrochen, das heißt die kritische Spannung der Röntgenröhre noch nicht überschritten wurde. Sobald der Stromdurchbruch durchs Vakuum erfolgt, wird die Resonanzabstimmung durch Ver­ änderung der Induktanz der Primärspule ge­ stört. Das ist eine Erscheinung, die außer­ ordentlich günstig wirkt, denn wir erreichen damit die unter allen Umständen nötige explosionsartige oder impulsive Stromzufuhr zur Röntgenröhre. Ich erwähne ausdrücklich, daß es eine völlig unrichtige Anschauung ist, anzunehmen, der ideale Strom für die Röntgen­ röhre sei ein ruhender Gleichstrom entsprechen­ der hoher Spannung. Im Durchbruchwiderstands-Charakter der Röntgenröhre liegt es be­ gründet, daß wir das zur Erzeugung der nötigen Elektronen-Geschwindigkeit, also zur Erzeugung der nötigen Durchdringungsfähigkeit des Röhren­ lichtes nötige Röhrenpotential im Interesse der Röhre nur intermittierend in Form von einzel­ nen, nicht zu kurzen und nicht zu langen Stößen anwenden dürfen. Schon bei Betrieb der Rönt­ genröhre mit rein sinusförmiger Spannung er­ wärmt sich die Röntgenröhre sehr schnell, ohne eine sonderlich gute Ausbeute an Röntgenlicht zu geben. Das Röntgenlicht zeigt eine bisher unge­ sehene Ruhe. Die Einrichtung arbeitet voll­ ständig geräuschlos ohne alle bewegten Teile und mit größter Regelungsfähigkeit des Lichtes. Die Schonung der Röntgenröhren bei richtiger Abmessung des Stromes ist eine außerordent­ lich große. Die Belichtungszeiten sind im Ver­ gleich zu den Induktoranlagen sehr kurz. Uber eine Minute belichte ich nicht mehr. In außer­ gewöhnlichen Fällen können die Belich­ tungszeiten allerdings unter erhöhter Bean­ spruchung der Röhre wesentlich abgekürzt werden. Es liegt eben im Wesen des Wechsel­ strom-Transformators begründet, daß die zu liefernde Energiemenge in weitaus höherem Maße nach Bedarf gesteigert werden kann, als dies beim Funkeninduktor, dessen sekundäre Leistung immer durch die vorhandene Eisen­

menge begrenzt ist, der Fall ist. Mit dieser Einrichtung für unmittelbaren Wechselstrom­ betrieb ist nicht nur der Wert des Wechsel­ stromes für röntgentechnische Zwecke ge­ steigert worden, sondern es ist der Wechsel­ strom jetzt tatsächlich geeigneter zum Be­ triebe von Röntgenapparaten als der Gleich­ strom geworden.

Bikathoden-Röntifenrühre. Abb. 12.

Ich kann mir nicht versagen, auf einige Bestrebungen, welche durch meine Einführung des Wechselstrom-Transformators in die Rönt­ gentechnik gezeitigt wurden, näher einzugehen. Ich komme damit zugleich auf den RöntgenKongreß zurück und Sie werden aus den fol­ genden Darlegungen ersehen, inwiefern mich die elektrotechnische Seite des’Röntgen-Kon­ gresses unbefriedigt gelassen hat. Zunächst folgte auf dem eingeschlagenen Wege die Firma Gaiffe, Paris. Sie schuf einen eisen­ geschlossenen Hochspannungs- Transformator, ersetzte die vorgeschaltete Drosselspule durch Jochbewicklung des Transformators und be­ wirkte die Gleichrichtung für Röntgenzwecke nach der in Ahb. 13 gegebenen Anordnung. Auch hier finden wir LeistungsbegrenzuDg und Spannungserhöhung durch Resonanz. Die Gleichrichtung bewirkt Gaiffe durch Parallel­ schaltung von Ventilröhren. In Deutschland ist die Einrichtung nicht vertreten. Dagegen hat sie in England ziemliche Verbreitung ge­ funden. Nach den mir aus England gemachten Mitteilungen ist das Röntgenlicht, welches die Einrichtung gibt, nicht so ruhig wie dasjenige meiner Apparate. Dagegen bietet die Einrich­ tung insofern unter gewissen Umständen einen Vorteil, als sie die zur Erzeugung von Hoch-

10 frequenzströmen, mit denen zurzeit in England viel gearbeitet wird, nötigen Kondensatoren bereits besitzt, während bei der Einrichtung mit Richtungsresonanz die Ventilzelle ausge­ schaltet wird und ein vollständiger ThomsonKreis angelegt werden muß. Zur Jochbewick­ lung bin ich wegen des erheblichen Streuungs­ gefälles nach umfangreichen Versuchen nicht übergegangen. In Abb. 14 ist eine Anordnung

beständigen Regelung. Der Wert der Über­ schlagswiderstände muß jeder Röntgenröhre angepaßt werden. Er ist für eine harte Röhre wesentlich anders zu bemessen, als für eine weiche Röhre.

Abb. 14.

Eine solche Einrichtung bürdet dem Arzt neue Beobachtungsaufgaben und neue Rege­ lungsvorschriften auf. Es verstößt deshalb meines Erachtens eine solche Anordnung gegen den Grundsatz der Einfachheit, der, wie erwähnt, der oberste bleiben muß

dargestellt, die Herr Dr. Walter, Hamburg1), für die Firma Seifert in Hamburg getroffen hat. Bei ihr ist aus einem Funkeninduktor durch merkwürdig weitläufigen Eisenschluß ein Hochspannungs - Wechselstrom - Transformator geschaffen worden. Die Gleichrichtung erfolgt in der denkbar einfachsten Weise durch eine Gruppe von Funkenstrecken, wie Sie es hier schematisch dargestellt finden. Es ist allgemein bekannt, daß der Potentialausgleich durch die Luft begünstigt wird, wenn wir als Anode für die Funkenstrecke eine Spitze, als Kathode eine Platte, welche der Spitze gegenüber ge­ stellt wird, wählen. Walter schaltet nun zu­ nächst vor die Röntgenröhre eine solche Funkeustrecke, welche dem Strom verkehrter Rich­ tung einen höheren Widerstand bietet. Parallel zur Funkenstrecke dagegen legt er anstelle der Gaiffeschen Ventilröhren eine Gruppe von mehreren Funkenstrecken. Es soll dadurch dem Strom geeigneter Richtung der Weg durch die Röntgenröhre, dem Strom ungeeigneter Rich­ tung der Weg durch Luftstrecken zugewiesen werden. Ganz abgesehen von dem störenden Geräusch und der Luftverpestung durch die Funkenstrecken bedarf diese Einrichtung einer ') Vergl. auch „ETvi“ 1905, N. 868.

Abb. 15.

In Abb. 15 ist eine der vorher beschriebenen sehr ähnliche Anordnung dargestellt, deren Kenntnis ich dem Röntgen-Kongreß verdanke. Die Firma Dr. Max Levy bedient sich ebenso wie Herr Dr. Walter, Hamburg, einer Gruppe von Funkenstrecken. Zur Transformierung des Wechselstromes bedient sich diese Firma eines Funkeninduktors. Ich konnte bis jetzt nicht erfahren, aus welchem Grunde die Firma auf

11 die Vorteile, welche der Eisenschluß bietet, verzichtet. Wie man aus Abb. 15 ersieht, ist ebenfalls vor die Röntgenröhre eine Funken­ strecke, bestehend aus Platte und Spitze, ge­ schaltet. Die Funkenstrecke ist ebenso wie die Walterschen Funkenstrecken eine veränderliche. Der Fehlwechsel dagegen soll nicht unmittelbar durch eine Funkenstrecke ausgeglichen werden, sondern es wird eine Ableitung des falsch ge­ richteten Potentials dadurch angestrebt, daß der eine Sekundärleiter, wie Abb. 15 zeigt, mit der Erde durch eine aus Platte und Spitze be­ stehen deFunkenstrecke inV erbindung steht. Herr Dr. Levy behauptete zum Röntgen-Kongreß 1905 eine Gleichrichtung durch Einbeziehung der Erde als „Kapazität“ zu bewirken. Nun, daß hier lediglich die Kapazität der Seknndärspule zur Primärspule in Frage kommt, ist ohne weiteres ersichtlich. Denn bei den in Frage kommenden äußerst geringen Leistungen bei sehr hoher Spannung ist. das Leitungsnetz einer elektri­ schen Lichtanlage praktisch als geerdet zu be­ trachten, weshalb ich im Schema die Strom­ quelle als geerdet darstellte. Herr Ingenieur Boas unternahm es denn auch, Herrn Dr. Levy auf seinen Irrtum aufmerksam zu machen. Ich möchte mir noch kurz erlauben, auf eine gelegentlich des Kongresses durch einen Vortrag des Herrn Dr. Walter, Hamburg, veranlaßte Erörterung über die Messung des der Röntgenröhre zugeführten Stromes hinzuweisen. Im Jahre 1903 gelang es mir erstmalig, den mechanisch gleichgerichteten hochgespannten und undulierenden Röhrenstrom mit einem Milliamperemeter nach Deprez-d’Arsonval zu messen. Das Messen dieses Stromes bringt nicht viele, aber doch einige Vorteile, vor allen Dingen für denjenigen, der den Zustand der Röntgenröhre nicht auf Anhieb zu beurteilen vermag. Die Vorteile sind kurz folgende: Er­ hält die Röhre Strom verkehrter Richtung, so schlägt das Meßgerät nach der verkehrten Seite aus. Wir haben also im Meßgerät einen Stromrichtungszeiger. Der zweite Vorteil be­ steht darin, daß man aus dem Verlauf der Stromstärke-Änderung während der Benutzung der Röhre erkennen kann, ob das Vakuum der Röhre unveränderlich bleibt oder nicht. Wird z. B. die Stromstärke während einer Belichtung geringer, so ist die Röhre zu niedrig bean­ sprucht und ihr Vakuum und ihr Widerstand werden höher. Diese beiden Vorteile sind für den weniger gewandten Versuchsarbeiter nicht zu verachten, der erfahrene dagegen bedarf zur Erkennung der richtigen Stromrichtung und zur Verfolgung des Röhrenzustandes des Meßgerätes nicht. Der Röntgen-Kongreß dagegen neigte mehr zu der

j

Meinung, die Messung des Röhrenstromes sei der Weg zur Dosierung und genauen Messung der Röntgenstrahlen. So wurde denn nach langem Hin und Wider eine Kommission ge­ wählt, welche die Messungsfrage lösen soll. Das war sehr merkwürdig, wenn man bedenkt, daß keiner der Redner darauf hinwies, daß das Deprez-d’Arsonvalsche Meßgerät, wenn es den undulierenden Strom, was mit Rücksicht auf den Nebenschluß, mit dem es arbeitet, sehr fraglich ist, überhaupt richtig zeigt, uns nur den arithmetischen Mittelwert des undulie­ renden Stromes anzeigt und somit bei der Unkontrollierbarkeit der Stromform gar keinen Rückschluß auf den effektiven Mittelwert, der hier viel wichtiger ist, zuläßt. Wer aber nur einigermaßen die Vorgänge bei Entstehung der Röntgenstrahlen, insbesondere unter Be­ rücksichtigung der Elektronentheorie, verfolgt hat, weiß, daß für die Qualität und Quantität der Röntgenstrahlung in erster Linie der zeitliche Verlauf des Röhrenpotentials, in zweiter Linie der Effektivwert des Stromes bestimmend ist, das Gleichstrom - PräzisionsMilliamperemeter dagegen nie berufen sein kann, eine Rolle bei diesen Messungen zu spielen, so lange mit undulierendem Strom ge­ arbeitet wird, dessen Effektivwert erheblich vom arithmetischen Mittel ab weicht. Ich glaube, man kann durch den Versuch schlagend beweisen, vor welche unlösbare Aufgabe die Meßkommission zurzeit gestellt ist. Ich lege eine Röntgenröhre an den normalen Röntgen­ apparat an und messe mit dem Deprez-Instrument 3 Milliampere arithmetischen Mittelwert. Das Hitzdraht - Meßgerät, dessen Skala bei 20 Milliampere beginnt und uns den Effektiv­ wert gibt, schlägt noch nicht bis zum Beginn der Skala aus. Die Röhre gibt weiches Licht. Ich nehme jetzt dieselbe Röhre an eine HochfrequenzWechselstromquelle. Dieselbe Röhre gibt jetzt hartes, also viel durchdringenderes Licht, das Hitzdraht-Milliamperemeter zeigt über 100 Milli­ ampere an, den arithmetischen Mittelwert kann ich natürlich nicht messen, daß er weit unter 0,01 Milliampere liegt, beweist die Art der Stromquelle, denn wir wissen aus früheren Veröffentlichungen, daß Kondensator-Entladun­ gen in ihrem Effektivwert den arithmetischen Mittelwert oft um ein Vielfaches übersteigen. Das von der allgemeinen Physik stief­ mütterlich behandelte, von der allgemeinen Elektrotechnik geradezu abgelehnte kleine Ge­ biet der Röntgen-Elektrotechnik ist immerhin so groß, daß ich hier nur das Wichtigste streifen konnte. Zwar ist manches erreicht, doch vieles bleibt zu tun noch übrig.

Druck von H. S. Hermann in Berlin.

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