DE3016102A1 - Rotary anode X=ray tube - has cathode held and supplied via anode rotary shaft driven by motor rotor - Google Patents
Rotary anode X=ray tube - has cathode held and supplied via anode rotary shaft driven by motor rotorInfo
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Abstract
Description
Drehanoden-RöntgenröhreRotating anode X-ray tube
Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentarspruchs 1. Eine in dieser Weise aufgebaute Drehanoden-Röntgenröhre ist z.B. bekannt aus der DE-AS 10 53 105.The invention relates to a rotating anode X-ray tube according to the preamble of claim 1. A rotating anode X-ray tube constructed in this way is e.g. known from DE-AS 10 53 105.
Die z.Z. hauptsächlich gebräuchlichen Röntgenröhren haben einen Aufbau, bei welchem der Vakuumkolben zylinderförmig ist und an seinen beiden Stirnflächen einander gegenüberliegend die Anode und die Kathode trägt, weil so in einfacher Weise sowohl mechanisch als elektrisch ein günstiger Aufbau erzielbar ist. Ein Nachteil dieser Anordnung ist aber, daß schon wegen der Zuleitungen von den einander gegenüberliegenden Seiten der Röhre her eine gewisse Baulänge nicht unterschreitbar ist. Kurze Röhren wären aber insbesondere bei Röntgengeräten, bei denen die Röhre unter dem PatienL-enlagerungstisch angeordnet ist, günstig, weil dann bei niedrigem Tisch die Schwenkmöglichkeiten vergrößert sind.The currently mainly common X-ray tubes have a structure in which the vacuum piston is cylindrical and on both of its end faces opposite each other the anode and the cathode carries, because so in simpler Way, both mechanically and electrically, a favorable structure can be achieved. A disadvantage this arrangement is that because of the leads from the opposite one another A certain length cannot be fallen short of on the sides of the tube. Short tubes But this would be particularly true for X-ray machines where the tube is under the patient table is arranged, favorable, because then the pivoting options when the table is low are enlarged.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 die Halterung und elektrische Versorgung der Kathode so anzuordnen, daß ein kompakter Aufbau der Röhre erreichbar wird. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die Unteransprüche umfassen vorteilhafte Weiterbildungen dieser Lösung.The invention is therefore based on the object of a rotating anode x-ray tube according to the preamble of claim 1, the holder and electrical supply of the To arrange the cathode so that a compact structure of the tube can be achieved. These According to the invention, the object is given by what is stated in the characterizing part of claim 1 Measures resolved. The subclaims include advantageous developments of these Solution.
Durch die Anwendung einer hohlen Achse der Anode wird es rnögich, die mechanische Halterung und die Zuführung des Kathodonpotentials durch die Mitte der Anode von der gleichen Seite der Röhre zuzuführen, von welcher auch das Potential der Anode zugeführt wird. Dies ergibt die Möglichkeit, das kathodenseitige Ende der Röhre als plane Fläche auszubilden; wodurch eine Verkürzung des Röhrenkolbens in Richtung der Drehachse gegenüber dem üblichen Aufbau von Drehanoden-Röntgenröhren erreicht wird. Es ergibt sich wegen dem als plane Fläche ausgebildeten Strahlenaustritt die Möglichkeit, Blendensysteme zur fokusnahen Ausblendung im Hinblick auf mechanisch bewegte Systeme einfacher zu gestalten.By using a hollow axis of the anode it becomes possible to the mechanical support and the feed of the cathodon potential through the center of the anode from the same side of the tube from which the potential of the anode is also supplied. This gives the possibility of the cathode side To design the end of the tube as a flat surface; whereby a shortening of the tube piston in the direction of the axis of rotation compared to the usual structure of rotating anode X-ray tubes is achieved. It arises because of the beam exit designed as a flat surface the possibility of diaphragm systems for fading out close to the focus with regard to mechanical to make moving systems easier.
Im Vergleich zur- konventionellen Anordnung der Kathode in axialer oder radialer Richtung hinsichtlich des Drehanodentellers ist nach der Erfindung sowohl axial als auch tangential oder radial eine unbehinderte Herausführung der erzeugten Röntgenstrahlen möglich.Compared to the conventional arrangement of the cathode in an axial direction or radial direction with respect to the rotating anode plate is according to the invention both axially and tangentially or radially an unimpeded lead out of the generated X-rays possible.
Außerdem kann eine beliebige Anzahl von Kathoden der Anode zugeordnet werden. Bei Verwendung einer topfförmigen Drehanode, in deren Innenraum die Kathode liegt, ist eine Belegung der Innenwand eines aus Glas oder Keramik bestehenden Röhrenkolbens vermieden, was wegen Vermeidung von Metallbelägen zu verbesserter Hochspannungsfestigkeit führt.In addition, any number of cathodes can be assigned to the anode will. When using a pot-shaped rotating anode, the cathode is in the interior is an occupation of the inner wall of a tube piston made of glass or ceramic avoided, which leads to improved high-voltage resistance because of the avoidance of metal coatings leads.
Aus der obengenannten DE-AS 10 53 105 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre bekannt, die eine hohle Achse aufweist. Ihr Aufbau ist aber im Hinblick auf eine Verbesserung der Kühlung der Drehanode gewählt. Demgemäß ist wegen der Anordnung der Kathode bzw. Kathoden auf der Seite, auf welcher der Antrieb erfolgt, immer noch ein sperriger Aufbau vorhanden, weil zwischen der Kathode und dem Stator ein für die Zuleitungen ausreichender Abstand vorhanden sein muß. Außerdem liegt in diesem Zwischenraum auch der Abstand von der Kathode zur Anode. Nach der Erfindung ist der mechanisch zur Anlegung des Kathodenpotentials erforderliche Raum neben denjenigen gelegt, der zum Anlegen des Anodenpotentials ohnehin vorhanden sein muß, so daß für den elektrischen Anschluß der Kathode kein zusätzlicher Raum erforderlich wird, so daß auch gegenüber der bekannten Röhre mit verbesserter Kühlung ein verkürzter und hinsichtlich obengenannter Gegebenheiten verbesserter Aufbau erreicht wird.From the above-mentioned DE-AS 10 53 105 is a rotating anode X-ray tube known, which has a hollow axis. Their structure is, however, with a view to a Improvement of the cooling of the rotating anode selected. Accordingly, because of the arrangement the cathode or cathodes on the side on which the drive takes place, always There is still a bulky structure because there is one between the cathode and the stator Sufficient distance must be available for the supply lines. In addition, in this gap is also the distance from the cathode to the anode. According to the invention, this is mechanically necessary for applying the cathode potential Space next to the one that is already available for applying the anode potential must be, so that no additional space for the electrical connection of the cathode is required, so that even compared to the known tube with improved cooling a shortened and improved structure with regard to the above-mentioned conditions is achieved.
Durch Anordnung eines elektrisch isolierenden Teils zwischen Anode und Rotor, insbesondere zwischen Drehachse und Rotor, kann neben einer Verkürzung-des Abstandes Rotor-Kolbenwand-Stator eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Antriebs erreicht werden. Bcsonders günstig ist es, die genannten Teile auf Erdpotential zu legen, weil dann zusätzlich Berührung etc. gefahrlos und unschädlich ist.By arranging an electrically insulating part between the anode and rotor, in particular between the axis of rotation and rotor, in addition to a shortening of the The distance between the rotor, the piston wall and the stator improves the efficiency of the drive can be achieved. It is particularly favorable to put the parts mentioned on earth potential because then additional contact etc. is safe and harmless.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.Further details and advantages of the invention are provided below explained on the basis of the exemplary embodiments shown in the figures.
In der Figur 1 ist eine Ausführung mit topfförmiger Anode und im Zentrum liegenden Lagern dargestellt und in der Figur 2 eine Ausbildung mit Magnetlager; außerdem ist neben der topfförmagen Anode in einem Abschnitt auch die Anwendung einer tellerförmigen Anode angedeutet. In the figure 1 is an embodiment with a cup-shaped anode and in Bearings lying in the center are shown and in FIG. 2 an embodiment with magnetic bearings; in addition to the cup-shaped anode, there is also the application in one section a plate-shaped anode indicated.
In der Figur 1 ist mit 1 ein metallener Kolben bezeichnet, der auf einem Keramikkörper 2 ruht, welcher den vakuumdichten Abschluß der einen Seite des Kolbens bil- det, während auf der gegenüberliegenden Seite ein am Rand des Kolbens 1 angeschweißter Einsatz 3 liegt. Der Einsatz 3 besteht aus einem für die gewählten Abmessungen ausreichend stabilen Zweischichtenmaterial. In vorliegendem Fall weist es an der Innenseite des Kolbens 1 eine 3 mm dicke Schicht 5 aus Chromstahl auf und nach außen eine 1 mm dicke Schicht 4 aus Aluminium (Al). Bei Verwendung von Stahl für die äußere Schicht reicht bei den üblichen Abmessungen, insbesondere hinsichtlich des abzudeckenden Durchmessers des Kolbens, eine Dicke von 2 bis 3 mm aus. Die Schicht aus Aluminium kann je nach Durchmesser des Strahlenaustritts 7 und der gewünschten Festigkeit (ebenes bzw.In FIG. 1, 1 denotes a metallic piston which is on a ceramic body 2 rests, which is the vacuum-tight seal of one side of the Piston det, while on the opposite side an am Edge of the piston 1 welded insert 3 lies. The insert 3 consists of one Two-layer material that is sufficiently stable for the selected dimensions. In the present In this case, it has a 3 mm thick layer 5 made of chrome steel on the inside of the piston 1 on and on the outside a 1 mm thick layer 4 made of aluminum (Al). Using of steel for the outer layer is sufficient with the usual dimensions, in particular with regard to the diameter of the piston to be covered, a thickness of 2 to 3 mm off. The layer of aluminum can, depending on the diameter of the beam exit 7 and the desired strength (flat resp.
durchgebogees Fenster) auch dicker bzw. dünner als 1 mm gewählt werden. Der den Kolben abschließende Einsatz 3 weist im Zentrum einen Pumpstutzen 6 auf, der in an sich bekannter Weise nach Beendigung des Pumpens an seinem äußeren Ende durch Quetschverschweißung vakuumdicht verschlossen ist.bent windows) thicker or thinner than 1 mm can also be selected. The insert 3 closing the piston has a pump nozzle 6 in the center, in a manner known per se after the end of the pumping at its outer end is closed vacuum-tight by pinch welding.
Am Strahlenaustritt 7 ist das Material der Schicht 5 entfernt, so daß ein nur aus der äußersten Schicht 4 bestehendes Fenster erhalten wird. Die Schicht 5 dient in der aus dem Röhrenbau bekannten Weise als am Rand 8 mit dem aus einem Metall, wie Vacon, bestchenden Kolben 1 vakuumdicht verschweißbares Material, das zusätzlich die Stabilität des Einsatzes 3 erhöht.At the beam exit 7, the material of the layer 5 has been removed, see above that a window consisting only of the outermost layer 4 is obtained. The layer 5 serves in the manner known from tube construction as at the edge 8 with the one from one Metal, like Vacon, impressive piston 1 vacuum-tight weldable material that in addition, the stability of the insert 3 is increased.
Die Halterung der aus einem ringförmigen Teil 9 aus Wolfram-Zirkon-Molybdän (TZM) Verbundanode und einem weiteren Teil 10 aus Molybdän (Mo) oder Graphit zusammengesetzten Anode 11 trägt an der'Innenseite des Ringes 9 einen Belag 12 aus Wolfram (W)-Rhenium(Re)-Legierung, der 1;5 mm dick ist und auf welchem die Brennfleckbahn liegt. Die Anode 11 stellt einen topfförmigen Körper dar, der vom Boden aus gesehen schrag nach außen geneigte Wände aufweist. Der Boden selbst ist über eine wärmedämmende Halterung 13 mit einer Drehachse 14 verbunden, die über Lager 15 und 16 an einer fest am Kolben 1 liegenden starren Achse 17 verbunden ist.The holder consists of an annular part 9 made of tungsten-zirconium-molybdenum (TZM) composite anode and another part 10 composed of molybdenum (Mo) or graphite The anode 11 has a coating 12 made of tungsten (W) -rhenium (Re) alloy on the inside of the ring 9, which is 1; 5 mm thick and on which the focal point path lies. The anode 11 represents represents a pot-shaped body which, seen from the ground, slopes outwards inclined Has walls. The floor itself is on a heat insulating bracket 13 with a Rotation axis 14 connected, which via bearings 15 and 16 on a fixed to the piston 1 rigid axle 17 is connected.
Die starre Achse 17 stellt ihrerseits einen in den Kolben 1 hineinragenden Fortsatz des Kerarnikteils 2 dar.The rigid axis 17 in turn represents a protruding into the piston 1 The continuation of the Kerarnik part 2.
An der Außenseite des' wärmedämmenden Teiles 13 befindet sich ein aus Aluminiumoxid(Al2O3)-Keramik bestehendes Teil 18, welches als Isolator dient udn an ihrer Ausßenseite mit einem aus einer ßchicht 19 aus Eisen(Fe) und einer Schicht 20 aus Kupfer (Cu) bestehenden Rotor verbunden ist. An seinem inneren Ende 21 trägt die starre Achse 17 eine Halterung 22, an- welcher über einen Haltearm 23 eine Kathode 24 angebracht ist.On the outside of the 'heat-insulating part 13 is a Part 18 made of aluminum oxide (Al2O3) ceramic, which serves as an insulator and on its outside with one made of a layer 19 made of iron (Fe) and one Layer 20 of copper (Cu) existing rotor is connected. At its inner end 21, the rigid axle 17 carries a holder 22 on which a holding arm 23 a cathode 24 is attached.
Die Zuführung der Potenti.ale und der Heizspannung für die im Kathodenteil 24 enthaltene Glühkathode erfolgt über einen am Basisteil 2 vorgesehenen Anschluß 26 mit drei Kontakten für die wahlweise Anlegung der Heizspannung an die Teile 24a und/oder 24 b der Glühwendel der Kathode 24. Das Anodenpotential wird von 25 über eine Leitung 28 zu einem mit dem Lager 16 verbundenen Kontakt 29 geleitet, das ihrerseits über das isolierende Teil 18 und das Teil 13 mit der Anode 11 elektrisch leitend verbunden ist. Der aus den Teilen 19 und 20 bestehcnde Rotor ist über einen Kugekontakt 30 mit der Wand des Kolbens 1 verbunden, so daß diese beiden Teile stets auf gleichem Potential liegen. Dies ergibt den Vorteil, daß eine elektrische Aufladung des Rotors durch das Hochspannungsfeid der Anode nicht möglich ist und stoßweise Entladungen zum Erdpotential des Gehäuses vermieden werden.The supply of the potenti.ale and the heating voltage for the cathode part 24 contained hot cathode takes place via a connection provided on the base part 2 26 with three contacts for the optional application of the heating voltage to the parts 24a and / or 24 b of the filament of the cathode 24. The anode potential is from 25 over a line 28 passed to a contact 29 connected to the bearing 16, which in turn electrically conductive via the insulating part 18 and the part 13 with the anode 11 connected is. The rotor consists of parts 19 and 20 and has a ball contact 30 connected to the wall of the piston 1, so that these two parts are always on the same Potential. This has the advantage that the rotor is electrically charged due to the high voltage field of the anode is not possible and intermittent discharges to the ground potential of the housing.
Zum Betrieb der Röhre wird in an sich bekannter Weise die Röhren spannung zwischen dem Kontakt 25 und dem An- schluß 26 angelegt. Der Heizstrom für die Glühkathode wird ebenfalls über Kontakt des Anschlusses 26 zugeführt, so daß ein gestrichelt angedeuteter Elektronenstrahl 31 auf den Belag 12auftrifft und dort ein Röntgenstrahlenbündel in der mit 32 angedeuteten Weise erzeugt.To operate the tube, the tube is voltage in a known manner between contact 25 and the final 26 created. The heating current for the hot cathode is also supplied via the contact of the connection 26, see above that an electron beam 31 indicated by dashed lines impinges on the covering 12 and an X-ray beam is generated there in the manner indicated by 32.
Die in der Figur 2 dargestellte Ausführungsform stimmt in ihrem prinzipiellen Bau mit demjenigen nach Figur 1 überein. Bei ihr sind daher an den übereinstimmenden Teilen die schon in der Figur 1 gebrauchten Bezeichnungen verwendet. Die abweichenden Teile haben neue und die abgeänderten Teile mit einem Strich versehene Bezugsz.eichen.The embodiment shown in FIG. 2 is fundamentally correct Construction identical to that of Figure 1. With her are therefore to those who agree Parts of the designations already used in FIG. 1 are used. The deviating ones Parts have new and modified parts with a prime symbol.
Der hauptsächliche Urterschi ed des Aufbaus nach Figur gegenüber einem solchen nach Figur 1 besteht darin, daß die Anode (Rotor) in an sich bekannter Weise magnetisch gelagert ist und frei schwebt und die Lager 15', 16' nur eine Hilfsfunktion haben, d.h. sie sind insbesondere vorgesehen, eine eventuelle "Abstürzung" des Drehteils bei Ausfall der magnetischen Halterung abzufangen.The main Urterschi ed the structure according to figure compared to a such according to Figure 1 is that the anode (rotor) in a known manner is magnetically mounted and floats freely and the bearings 15 ', 16' only an auxiliary function have, i.e. they are especially intended, a possible "crash" of the rotating part intercepted if the magnetic holder fails.
Außerdem ist durch das mittlere Teil 17 die Spannungszuführung außer zu einer Kathode 24 zu einer weiteren Kathode 24' geführt, so daß mehrere Brennflecken und Strahlenbündel entsprechend 32 erzeugbar sind.In addition, through the middle part 17, the voltage supply is out led to a cathode 24 to a further cathode 24 ', so that several focal spots and bundles of rays corresponding to 32 can be generated.
Die Zuführung des Anodenpotentials erfolgt über Kugelkontakte, von denen die mit 33 und 34 bezeichneten in der Figur 2 sichtbar sind. T)ie Kugeln dieser Kontakte 33 und 34 erhalten ihr Potential über einen Kontakt 26 und eine Leitung 28 sowie einen rohrförmigen Kontakt 29'. Die Versorgung der Kathode erfolgt in mit Figur 1 übereinstimmender Weise über einen Anschluß 26, der mehrpolig ist und Kontakte fiir das Kathodenpotential und für die Heizapannungen enthält.The anode potential is supplied via ball contacts, from which those designated 33 and 34 in FIG. 2 are visible. T) he balls of this Contacts 33 and 34 receive their potential via a contact 26 and a line 28 and a tubular contact 29 '. The cathode is supplied with FIG. 1 correspondingly via a connection 26, which is multipolar, and contacts for the cathode potential and for the heating voltages.
An der rechten oberen Ecke der in Figur 2 dargestellten Röhre ist in einem abgetrennten Abschnitt die Verwendung einer tellerförmigen Anode 11' angedeutet. Dabei ist eine Kathode 24" über ein Teil 22' und eine Halterung 23' mit dem auch bei den iibrigen Ausführungsbeispielen vorhandenen Teil 17 der Basis 2 verbunden.At the top right corner of the tube shown in Figure 2 is the use of a plate-shaped anode 11 'is indicated in a separate section. A cathode 24 ″ is connected via a part 22 ′ and a holder 23 ′ to that too in the remaining exemplary embodiments part 17 of the base 2 is connected.
Die Erzeugung der Strahlen erfolgt in der oben- in Figur 1 angedeuteten Weise. Dazu wird durch Stromzuführung zur Kathode 24" ein Elektronenstrahl 31' hergestellt und auf die Anode 11 geleitet. Dort entstehen beim Auftreffen auf den mit 12 (Fig. 1) übereinstimmenden Belag 12' in bekannter Weise Röntgenstrahlen. So wird ein Röntgenstrahlenbündel 32' erhalten, welches durch einen als Fenster 7' ausgebildeten Teil der Wanddes Kolbens 1 die Röhre verläßt.The beams are generated in the manner indicated above in FIG Way. For this purpose, an electron beam 31 'is produced by supplying power to the cathode 24 ″ and passed to the anode 11. When it hits the 12 (Fig. 1) matching covering 12 'in a known manner X-rays. So becomes an X-ray beam 32 'obtained, which is formed as a window 7' part of the wall Piston 1 leaves the tube.
2 Figuren 12 Patentansprüche Zusammenfassung Drehanoden-Röntgenröhre Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Aufbau zur Erzielung in Richtung der Drehachse kurzer Ausdehung gewählt ist. Die Erfindung sicht hiezu die Verwendung einer hohlen Anodenachse vor, durch wer ehe sowohl die mechanische Legung als auch die elektrische Versorgung der Kathode geführt sind.2 Figures 12 claims Summary of the rotating anode X-ray tube The invention relates to a rotating anode X-ray tube, the structure of which to achieve is chosen in the direction of the axis of rotation short extension. The invention sees this the use of a hollow anode shaft before, by who before both the mechanical Laying and the electrical supply to the cathode are performed.
Durch die Nebeneinanderlegung der Anoden- und Kathodenzuleitungen ist eine Zuführung von einer anderen Seite her und damit ihr Raumbedarf im Hinblick auf eine Verkürzung der Längsausdehnung vermieden. Eine erfindungsgemäß aufgebaute Drehanoden-Röntgenröhre ist vorzugsweise für d-en Einsatz in der medizinischen Diagnostik geeignet.By placing the anode and cathode leads next to each other is a feed from another side and thus its space requirements in view on a shortening of the longitudinal extent avoided. A constructed according to the invention Rotating anode X-ray tube is preferred for use in medical diagnostics suitable.
FIG 1FIG 1
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |