DE8914064U1

DE8914064U1 - Röntgenröhre

Info

Publication number: DE8914064U1
Application number: DE8914064U
Authority: DE
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1990-02-01
Anticipated expiration: 1999-11-30
Also published as: EP0430367B1; JP2983617B2; JPH03182037A; EP0430367A3; DE59009531D1; US5091927A; EP0430367A2

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Anodenkorper, der einen zylinderformigen, nach außen offenen Hohlraum aufweist, der an einen Kühlmittelstrom anschlieB-bar ist. Eine derartige Röntgenröhre ist aus dem Buch "Leitfaden der medizinischen Röntgentechnik" von van der Plaats, 1951, *&'■>. 21, bekannt. Es handelt sich dabei um sine Festanodenrönfcgettr8ue. Die Festanoöe weist eines Sohlraum auf, in den ein;= Kühlmittel zuleitung hineinragt. Da» Kühlmittel strömt durch diese Leitung hindurch zu der Stirnfläche des Hohlraums, &&agr;&iacgr; ^r die Festanode angebracht ist, und dann in dem Hohlraum an der Kühlmittelleitung vor'jei zurück.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgen-

röhre der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß sich eine gute Kühlung auch an den Mantelflächen des zylinderformigen Hohlraums ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Verteilen des Kühlmittelstromes in dem Hohlraum ein Kühler angeordnet ist, der ein Rohr umfaßt, auf dessen Außenflächen eine Kühlmittel-Leitvorrichtung angebracht ist, die so gestaltet ist, daß das Kühlmittel in dem Zwischenraum zwischen dem Anodenkörper und dem Rohr das Rohr mehrmals umströmt.

Die Kühlmittel-Leitvorrichtung verhindert dabei, daß der Kühlmittelstrom in dem Zwischenraum zwischen dem Rohr und den Innenflächen des Anodenkörpers, die den zylinderformigen Hohlraum begrenzen, ausschließlich in Längsrichtung des Rohres verläuft, und erzwingt, daß das Kühlmittel um

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das Rohr herumströmt. Dadurch werden an den Innenflächen Turbulenzen des Kühlmittelstroms hervorgerufen, woraus sich eine verbesserte Kühlung ergibt.

Die Kahlmittel-Leitvorrichtung konnte beispielsweise ein Stecj sain, der das Rohr schraubenlinienförmig umschließt, und dessen äußere Abmessungen der Öffnung in dem Anodenkorper angepaßt sind. Eine solche Vorrichtung ist aber in der Herstellung aufwendig. Demgegenüber sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dad die Kühlmittel-Lfitvoirrichtung mehrere zur Langsachse des Rohres senkrechte Scheiben umfaßt, daß jede Scheibe mit einer Öffnung für den Durchtritt des Kühlmittels versehen ist, und daß die Öffnungen benachbarter Scheiben jeweils um 180° versetzt sind. Der Kühlmittelstrom kann dabei nur durch eine Öffnung in einer Scheibe in den Bereich zwischen dieser Scheibe und der nachfolgenden Scheibe gelangen. Da die Öffnungen in auf-

■:' einander folgenden Scheiben jeweils um 180° (bezogen auf

f: die Längsachse des Rohres) gegeneinander versetzt sind,

p 20 muß der Kühlmittelstrom von öffnung zu Öffnung in einem Bogen von 180° um das Rohr herum fließen.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, daß >\ die Anode eine Drehanode ist, die mittels eines Lagere

2S gelagert ist» das einen rotierenden Lagerteil und einen feststehenden Lagerteil aufweist, wobei sich zwischen den Lagerteilen ein flüssiges Kühlmittel befindet, und daß der feststehende Lagerteil einen nach außen offenen zylinderförmigen Hohlraum aufweist, in dem der Kühler angeordnet ist. Die beschriebenen Drehanoden-Röntgenröhren, insbesondere solche mit einem Spiralrillenlager, zeigen im Betrieb eine Temperaturverteilung, die eine wirksame Kühlung der k zylindrischen Mantelflächen des Hohlraums in dem Anoden-

Ü körper erfordern.

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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung naher erläutert« Es zeigen

Fig. 1 eine Röntgenröhre, bei der die Erfindung anwendbar

ist,

Fig. 2 die Anordnung der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung in einem Teil dieser Röntgenröhre und

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Kühler.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehanoden-Röntgenröhre besitzt einen Metallkolben 1, an dem über einen ersten Isolator 2 die Kathode und über einen zweiten Isolator 4 die Drehanode befestigt ist. Die Drehanode besitzt eine Anodenscheibe 5, auf deren der Kathode 3 gegenüberliegender Fläche beim Einschalten einer Hochs-annung Röntgenstrahlung erzeugt wird, die durch ein Strahlenaustrittsfenster 6 im Kolben 1, das vorzugsweise aus Beryllium besteht, austritt. Die Anodenscheibe 1 ist über eine Lageranordnung mit einem Trägerkörper 7 verbunden, der an den zweiten TanUfnr a Ko foe ¥ ia *· &iacgr; a-t-. nie T.Aae r «nnrdnuna umfaßt einen

mit dem Träger 7 verbundenen feststehenden Lagerteil 8 und einen rotierenden Lagerteil 9, der an seinem unteren Ende einen Rotor 10 zum Antrieb der am oberen Ende befestigten Anodenscheibe 5 aufweist. Die Lagerteile 8, 9 können aus einer Molybdän-Legierung (TZM) bestehen.

An seinem oberen Ende ist das Lagerteil 8 mit zwei in axialer Richtung gegeneinander versetzten fischgrätartigen Rillenmustern 11a, 11b versehen. Die Rillen sind z.B. 10 pm tief, und die Flächen der Rillen stehen zu den dazwischen liegenden Flächen beispielsweise im Verhältnis 1:1. Der Zwischenraum zwischen den Rillenmustern 11a, 11b und dem Lagerteil 9 ist mit einem flüssigen Schmiermittel

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gefüllt, vorzugsweise einer Galliumlegierung. Die mit den Rillenmustern 11a, 11b versehenen Flachen des feststehenden Lagerteils 8 und die ihnen gegenüberliegenden Flächen des rotierenden Lagerteile 9 bilden somit zwei Spiralrillenlager zur Aufnahme der radialen Lagerkräfte.

Im Anschluß an das untere Spiralrillenlager hat der Lagerteil einen mehrere Millimeter dicken Abschnitt 12, dessen Durchmesser wesentlich gröSsr ist sls der Durchmesser des restlichen Lagerteils 8. Darunter folgt wiederum ein
Abschnitt, dessen Durchmesser zumindest annähernd dem
Durchmesser des Lagerteils 8 im oberen Bereich entspricht und der mit dem Trägerkörper 7 verbunden ist. Die Innenkontur des Lagerteils 9 ist der Außenkontur des Lagerteils 8 angepaßt. Infolgedessen kann der rotierende Lagerteil 9 nicht einteilig ausgebildet sein, wie in der Zeichnung
schematisch dargestellt, sondern muß aus mindestens zwei
Teilen bestehen, die im Bereich des Abschnitts 12 auf
geeignete Weise miteinander verbunden sind.

Die zur Rotationsachse 16 des Lagerteils 9 senkrecht
verlaufenden Stirnflächen des Abschnitts 12 sind ebenfalls mit einem fischgrätartigen Muster (in der Zeichnung nicht dargestellt) versehen und bilden zusammen mit den dazu

parallelen Flächen des Lagerteils 9 zwei weitere Spiralrillenlager, die axial nach oben und unten gerichtete
Kräfte auf die Drehanode aufnehmen können.

Durch Röntgenaufnahmen, gegebenenfalls in Verbindung mit
Durchleuchtungen, erwärmt sich die Anodenscheibe stark.
Diese Wärme wird teils von der Anode abgestahlt und teils über den rotierenden Lagerteil 8 geführt. Dieser Wärmestrom führt auch zu einer Erwärmung des feststehenden
Lagerteils 8, wobei sich die höchsten Temperaturen in dem Abschnitt 12 einstellen.

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Fig. 2 zeigt den feststehenden Lagerteil 8 und die darin befindliche Kühlvorrichtung, Wie aus der Zeichnung ersichtlich, besitzt das Lagerteil 8 einen Hohlraum mit kreiszylinderförmiger Mantelfläche und ebener, zur Achse 16 senkrechter Stirnfläche. Der Innendurchmesser des Hohlraums beträgt z.B. 20mm.

In dem Hohlraum ist ein Kühler 14 angeordnet, der ein Metallrohr 141 üinfäSt, das auf seiner Außenfläche fiiit einer Anzahl von Scheiben 142 versehen ist, die sich in zur Drehachse 16 senkrechten Ebenen befinden und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser der öffnung 13 entspricht bzw. allenfalls wenige zehntel Millimeter kleiner ist als dieser. Der Kühler 14 besitzt an seinem der Stirnfläche des feststehenden Lagerteils 8 zugewandten Ende eine öffnung 143 in dem Rohr 141. Außerdem besitzt jede Scheibe 142 eine in radialer Richtung verlaufende, beispielsweise 3mm breite schlitzförmige öffnung 144. Die Öffnungen befinden sich in der Darstellung nach Fig. 2 alternierend auf der rechten bzw. auf der linken Seite, so daß die öffnungen 144 in zwei aufeinanderfolgenden Scheibe &eegr; uir. 180° (bszcgsn siif die Achse 16) versetzt sind.

Das von der Stirnfläche des Lagerteils 8 abgewandte Ende des Kühlers 14 mündet in einen Abschnitt 145 mit vergrößertem Durchmesser. In diesen Abschnitt ist eine Kühlmittelzuleitung 17 eingeführt, die ebenfalls aus Metall besteht und deren Außendurchmesser dem Innendurchmesser des Abschnitts 145 angepaßt ist.

Im Betriebszustand fließt der Kühlmittelstrom, der durch den Pfeil 18 angedeutet ist, durch die Zuleitung 17 in das Rohr 141 und tritt im Bereich der Stirnfläche des Lagerteils 8 durch die Öffnung 143 aus dem Rohr aus. Das aus-

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tretende Kühlmittel teilt sich in zwei Ströme auf, die das Rohr gegensinnig in einem Halbbogen umfließen, bis sie zu der auf der gegenüberliegenden Seite des Rohres befindlichen Öffnung 144 in der ersten Scheibe 142 gelangen, wo sie sich vereinigen und durch die öffnung hindurchtreten. Nach dem Durchtritt ergeben sich wiederum zwei Kühlmittelströme, die halbbogenförmig um das Rohr herumfließen bis zu der öffnung in der nächsten Scheibe usw. bis schlußend- «pttu.1

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-.!mittel aus der Öffnung in der letzten (untersten Scheibe) austritt und auf nicht näher dargestellte Weise dem Kühlmittelkreislauf wieder zugeführt wird.

Wären die Scheiben 142 mit ihren Öffnungen 144 nicht vorhanden, di/in würde das Kühlmittel in Richtung der Achse und im wesentlichen laminar an den zu kühlenden Innenwänden des Lagerteils 8 vorbeiströmen. Die Kühlwirkung wäre gering. Die Scheiben erzeugen Turbulenzen im Kühlmittelstrom, und zwar umso stärker, je dichter die Scheiben stehen. An diesen Stellen, d.h. im Bereich des Abschnitts 12, ergibt sich die stärkste Kühlwirkung. ~ Aus dem vorstehenden ergibt sich; de.S der Köhler selbst nicht unmittelbar dazu dient, die Wärme abzuführen, sondern daß er in dem Kühlmittelstrom eine Strömung erzwingt, die eine gute Wärmeabfuhr gewährleistet.

Die Kühlmittelzuleitung 17 kann im Innern eifes nicht näher dargestellten Hochspannungssteckers angeordnet sein, der in eine öffnung des Keramikisolators 4 eingeführt wird. Eine Druckfeder 19, die die Zuleitung 17 umschließt, und sich gegen den erwähnten Stecker abstützt, drückt dabei den Kühler 14 gegen die Stirnfläche des Lagerteils 8. Infolgedessen ergibt sich zwischen dem erwähnten Hochspannungsstecker und der Anodenscheibe 5 - über die

Zuleitung 17, den Kühler 14, den Lagerteil 8, das

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Schmiermittel und den rotierenden Lagerteil 9 - eine elektrisch leitende Verbindung, die dazu dienen kann, die Anodenscheibe 5 an eine positive Hochspannung an zuschließ en.

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Claims

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SCHOTZANSPRÜCHE:

1» Röntgenröhre mit einem Änodenkorper, der einen :>ylinderrörmigen, nach außen offenen Hohlraum aufweist, der an einen Kühlmittel st rom arischlieäbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Verteilen des Kühlmittelstress in dem Hohlraum (13) ein Kühler (14) angeordnet ist_f der ein Rohr (141) umfaßt, auf dessen Außenflächen eine Kühlmittel-Leitvorrichtung (142.144) angebracht ist, die so gestaltet ist, daß das Kühlmittel in dem Zwischenraum zwischen dem Anodenkörper (8) und dem Rohr (141) das Rohr mehrmals umströmt.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittel-Leitvorrichtung mehrere zur Längsachse des Rohres senkrechte Scheiben (142) umfaßt, daß jede Scheibe mit einer öffnung (144) für den Durchtritt des Kühlmittels versehen ist, und daß die öffnungen benachbarter Scheiben jeweils um 180° versetzt sind.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (142) unterschiedliche Abstände voneinander haben und der erste Abstand zwischen benachbarten Scheiben an den Stellen (bei 12) am kleinsten ist, die am stärksten zu kühlen sind.
4. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode eine Drehanode ist, die mittels eines Lagers gelagert ist/ das einen rotierenden Lagerteil (9) und einen feststehenden Lagerteil (8)

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aufweist, wobei sich zwischen den Lagerteilen ein flüssiges Kühlmittel befindet, und daß der feststehende Lagerteil (8) einen nach außen offenen zylinderformigen Hohl™ 5 raum (13) aufweist, in dem der Kühler angeordnet ist.
5. Röntgenröhre nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, daß die Hochspannung der £rt-ode über das Rohr (141) zugeführt wird. &Idigr;0