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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbauen einer rotierenden Röntgen- röhrenstruktur, die eine Kathode zum Emittieren, einen Rotor und eine Lageranordnung zum Erleichtern der Rotation einer Anode aufweist, wobei wenigstens eine Verbindung in der Röntgen- röhrenstruktur und eine Festsitzmontage zum Eliminieren von Verschiebungen an der wenigstens einen Verbindung vorgesehen werden.
Die Röntgenröhre ist bei der medizinischen diagnostischen Bildgebung, der medizinischen Therapie und verschiedenen medizinischen Prüf- und Materialanalysetechniken wesentlich gewor- den. Typische Röntgenröhren sind mit einer rotierenden Anodenstruktur versehen, um die am Brennpunkt erzeugte Wärme zu verteilen. Die Anode wird durch einen Induktionsmotor gedreht, der aus einem zylindrischen Rotor, der in eine auskragende Achse gebaut ist, die das scheiben- förmige Anodentarget trägt, und einer Eisenstatorstruktur mit Kupferwicklungen besteht, die den langgestreckten Hals der Röntgenröhre umgibt, der den Rotor enthält. Der Rotor der rotierenden Anodenanordnung, die durch den Stator angetrieben wird, der den Rotor der Anodenanordnung umgibt, ist auf einem anodischen Potential, während der Stator elektrisch auf Erdpotential liegt.
Die Kathode der Röntgenröhre liefert ein fokussiertes Elektronenbündel, das über dem Ano- den/Kathoden-Vakuumspalt beschleunigt wird und beim Aufprall auf die Anode Röntgenstrahlen erzeugt.
In einer Röntgenröhre mit einer drehbaren Anode besteht das Target bzw. die Antikathode aus einer Scheibe, die aus einem hochwarmfesten Metall, wie beispielsweise Wolfram, hergestellt ist, und die Röntgenstrahlen werden dadurch erzeugt, dass man das Röntgenbündel mit diesem Target kollidieren lässt, während das Target mit einer hohen Drehzahl gedreht wird. Die Rotation des Targets wird dadurch herbeigeführt, dass der Rotor angetrieben wird, der auf einer von dem Target ausgehenden Stützwelle vorgesehen ist. Eine derartige Anordnung ist typisch für rotierende Rönt- genröhren und ist seit ihrer Einführung in ihrem betrieblichen Konzept relativ unverändert geblie- ben. Die Betriebsbedingungen für Röntgenröhren haben sich jedoch in den letzten zwei Dekaden wesentlich verändert.
Bekannte Röntgenröhren verwenden grosse (200 mm Durchmesser, 4,5 kg) auskragend gehal- terte Targets, die mit Drehzahlen bis zu 10. 000 U/min umlaufen. Während des Betriebs der Röhre treten extrem grosse Temperaturänderungen auf, die von Raumtemperatur bis zu Temperaturen von 1600 C reichen, die durch die Abbremsung von schnellen Elektronen in der Wolfram-Rhenium- Schicht der Targetspur erzeugt werden.
Die Vermeidung von Unwuchten bzw. die Beibehaltung der Wucht bei hohen Drehzahlen und hohen Temperaturen ist extrem kritisch. Eine typische Unwucht-Spezifikation für grosse Röhren zur Zeit des Transportes beträgt 5 g-cm in entweder den Target- oder Rotorebenen. Etwa 5 % der gefertigten Röhren mit extrem grossen Targets (165 mm Durchmesser, 2,7 kg) sind unbrauchbar aufgrund hoher Unwucht. Eine Verschiebung von 19 um des Targetschwerpunktes erzeugt diese Grösse der Unwucht. Wenn die Anoden grösser und schwerer werden, wird die Grösse der Verschie- bung, die die Unwucht-Spezifikation überschreitet, kleiner. Für die gegenwärtige Targetgrösse (Durchmessser von etwa 200 mm und einer Masse von etwa 4,5 kg) überschreitet eine Verschie- bung von 11 um die Unwucht-Spezifikatioin.
Diese kleinen Verschiebungen können leicht auftreten aufgrund der grossen Temperaturänderungen, kombiniert mit der Verwendung von Materialien, die unterschiedliche thermische Expansions-Koeffizienten aufweisen. Weiterhin sind geschraubte, hartgelötete und geschweisste Verbindungen eine Hauptquelle von Unwucht.
Aus dem Stand der Technik (z. B. DE 26 13 060 B und US 3,710,162 A) sind Verfahren der ein- leitend angegebenen Art bekannt, die sich mit dem Problem der Hitzebeanspruchung bzw. Wär- medissipation, nicht aber mit Unwuchtproblemen beschäftigen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der einleitend angegebenen Art dahingehend zu verbessern, dass eine exzellente Beibehaltung der Wucht für eine rotierende Anode einer Röntgen- röhre sichergestellt wird. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass der Reihe nach zuerst eine Festsitzmontage zwischen dem Rotor und dem Anodentarget zum Ausbilden einer ersten Verbindung unter Aufrechterhaltung der Wucht und erst danach eine Festsitzmontage zwischen der Lageranordnung und dem Rotor zum Ausbilden einer zweiten Verbindung unter Aufrechterhal- tung der Wucht vorgenommen wird.
Vorzugsweise wird ein Anodentarget bereitgestellt, das bei einem Bombardement mit Elektro- nen Röntgenstrahlen abstrahlt. Nach einem weiteren Erfindungsmerkmal wird wenigstens eine
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Verbindung mit Wärme beaufschlagt, um die Positionierung von Komponenten der Röntgenröhre zu erleichtern.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren wird eine Anodenstruktur geschaffen, die eine exzel- lente Beibehaltung der Wucht bei hohen Drehzahlen und hohen Temperaturen aufweist. Es ist ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass Festsitze zwischen den Hauptteilen der Anodenstruktur benutzt werden, um zu verhindern, dass sich Teile während der Lebensdauer der Röhre verschieben.
Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der folgenden Beschrei- bung und Zeichnung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Figur 1 ist eine Querschnittsdarstellung von einer typischen bekannten Röntgenröhrenanode;
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht von einer Anode, die die Festsitzkonstruktion gemäss der Erfindung enthält ; Figur 3 ist eine auseinadergezogene perspektivische Ansicht von der Anodenstruktur gemäss Figur 2 und stellt die Festsitzkonstruktion gemäss der Erfindung dar.
Die Erfindung bezieht sich auf rotierende Röntgenröhren, die eine rotierende Anodenanord- nung und eine Kathodenanordnung verwenden. Der Zweck dieser Erfindung besteht darin, die Beibehaltung der Wucht während der Lebensdauer der Röntgenröhre zu verbessern.
In Figur 1 ist eine typische bekannte Anodenanordnung einer Röntgenröhre dargestellt. Die Röntgenröhre ist üblicherweise durch einen zugeordneten Schaft 14 mit einer rotierenden Anoden- anordnung 12 zusammengebaut, um die an einem Brennpunkt erzeugte Wärme zu verteilen. Die Anodenanordnung 12 weist ein Target bzw. eine Antikathode 16 und einen Rotor 18 auf, der ebenfalls auf Anodenpotential liegt. Eine übliche Röntgenröhre enthält ferner eine Kathodenanord- nung (nicht gezeigt) zum Liefern eines fokussierten Elektronenbündels, das über einem grossen Anoden/Kathoden-Vakuumspalt beschleunigt wird und beim Aufprall auf die Anode Röntgenstrah- len erzeugt.
Wie weiterhin in Figur 1 dargestellt ist, wird die Anodenanordnung 12 durch einen Induktions- motor gedreht, der den zylindrischen Rotor 18 aufweist, der um eine auskragende Achse 20 ge- baut ist. Die Kragachse 20 trägt das scheibenförmige Anodentarget 16, das über einen Zapfen und eine Nabe 22 mit dem Rotor 18 und der Lageranordnung 20 verbunden ist, die die Rotation erleich- ternde Lager aufweist. Der Rotor 18 der rotierenden Anodenanordnung 12, angetrieben durch einen Stator des Induktionsmotors, ist auf Anodenpotential, während der Stator elektrisch auf Erdpotential liegt.
In einer typischen Einrichtung sind das Target 16, die Rotoranordnung 18 und die Lageranord- nung 20 durch geschraubte, hartgelötete und/oder geschweisste Verbindungen zusammengebaut.
Die vorliegende Erfindung schafft eine signifikante Verbesserung in der Passung zwischen den Hauptteilen der Anodenanordnung 12.
Indem weiterhin auf Figur 1 und auch auf die Figuren 2 und 3 bezug genommen wird, schlägt die Erfindung die Verwendung einer Festsitzmontage in der Anodenanordnung der Röntgenröhre vor, um eine Verschiebung von Komponenten an den Verbindungen zu eliminieren. Das Konzept der Festsitzmontage ist besonders anpassbar zur Verwendung mit der Anodenanordnung 12. Die Anodenanordnung 12 ist, wie am besten in Figur 2 dargestellt ist, von drei Hauptteilen gebildet, zu denen das Target 16, die Lageranordnung 20 und die Rotoranordnung 18 gehören. Weiterhin weist die Anodenanordnung 12 zwei Hauptverbindungen auf, zu denen eine Lager/Rotor-Verbindung an der Stelle 24 und eine Target/Rotor-Verbindung an der Stelle 26 gehören.
Die Verwendung einer Festsitzmontage an diesen Hauptverbindungen gemäss der Erfindung stellt eine Beibehaltung der Wucht während der Lebensdauer der Röhre sicher, indem irgendwelche Verschiebungen in diesen Hauptverbindungen eliminiert werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden folglich das Target 16, die Lageranordnung 20 und die Rotoranordnung 18 auf Festsitztole- ranzen gearbeitet, um vollständig konzentrische Verbindungen zu erreichen. Die Festsitzteile können dann zusammengebaut werden, wobei irgend welche geeigneten Mittel, wie beispielsweise Hochfrequenz (HF) -Erwärmung, verwendet werden.
Lediglich als Beispiel, und nicht als Einschränkung des Schutzumfanges der Erfindung, wird eine Festsitzmontage von einer Anodenstruktur beschrieben. Gemäss Figur 3 wird zunächst ein thermischer Schutzabschnitt 28 der Rotoranordnung 18 einem Montageschritt ausgesetzt, wie beispielsweise einer HF-Erwärmung. Dies gestattet, dass ein Verbindungsende 30 von der La- geranordnung 20 in einer Aufnahmeöffnung 32 der Rotoranordnung 18 aufgenommen werden
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kann. Wenn die Lageranordnung20 angeordnet ist, wird die Beaufschlagung mit Wärme beendet, und die Verbindung an der Stelle 24 kann abkühlen. Als nächstes wird ein Targetflansch 34 des Targets 16 einem Montageschritt ausgesetzt, wiederum durch HF-Erwärmung. Ein Ende 36 des thermischen Schutzes 28 für die Rotoranordnung 18 kann dann von dem Targetflansch 34 aufge- nommen werden.
Sobald die Rotoranordnung 18 relativ zum Target 16 richtig positioniert ist, kann die Verbindung an der Stelle 26 abkühlen. Dies hat eine Anodenanordnung 12 mit einer sicherge- stellten Beibehaltung der Wucht während der Lebensdauer der Röhre zur Folge, indem selbst die kleinsten Verschiebungen in den Hauptverbindungen eiminiert werden. Selbstverständlich kann jedoch jede Kombination von Verbindungen und/oder Teilen der Röhre einen Festsitz aufweisen, um die gewünschte Konzentrizität zu erreichen.
Die Erfindung ist zwar in Verbindung mit einer Festsitzmontage von einer Anodenstruktur be- schrieben worden, aber für den Fachmann wird deutlich, dass das Konzept der Erfindung, eine Festsitzmontage in der Röntgenröhrenumgebung, auf alle Aspekte einer Röntenröhrenmontage anwendbar ist. Weiterhin wird für den Fachmann deutlich, dass verschiedene Modifikationen und Variationen der Erfindung innerhalb ihres Schutzumfanges möglich ist, die sich auf eine Festsitz- montage in der Röntgenröhrenumgebung bezieht, um zu verhindern, dass sich Röhrenkomponen- ten während der Lebensdauer der Röhre verschieben.
Beispielsweise könnte die Erwärmung der Komponenten der Verbindungen und das mechanische Montageverfahren auf jedem von einer Vielfalt von geeigneten Wegen ausgeführt werden, einschliesslich einer Änderung der tatsächlichen Reihenfolge der Montage, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Die Erfindung wurde zwar im Detail unter besonderer Bezugnahme auf gewisse bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben, es wird aber deutlich, dass Modifikationen und Variationen innerhalb des Schutzumfanges der Erfindung, wie er durch die Ansprüche definiert ist, vorgenom- men werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Zusammenbauen einer rotierenden Röntgenröhrenstruktur, die eine Katho- de zum Emittieren, einen Rotor und eine Lageranordnung zum Erleichtern der Rotation a- ner Anode aufweist, wobei wenigstens eine Verbindung in der Röntgenröhrenstruktur und eine Festsitzmontage zum Eliminieren von Verschiebungen an der wenigstens einen Ver- bindung vorgesehen werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Reihe nach zuerst eine
Festsitzmontage zwischen dem Rotor und dem Anodentarget zum Ausbilden einer ersten
Verbindung unter Aufrechterhaltung der Wucht und erst danach eine Festsitzmontage zw- schen der Lageranordnung und dem Rotor zum Ausbilden einer zweiten Verbindung unter
Aufrechterhaltung der Wucht vorgenommen wird.