DE102004059134B4

DE102004059134B4 - Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät und Röntgenstrahler

Info

Publication number: DE102004059134B4
Application number: DE102004059134A
Authority: DE
Inventors: Günter Heidrich; Wolfgang Kutschera; Matthias Seufert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2004-12-08
Publication date: 2011-12-15
Anticipated expiration: 2024-12-09
Also published as: DE102004059134A1; US7221736B2; US20060171505A1

Abstract

Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät, insbesondere mit einer Drehkolben-Röntgenröhre (9), mit einem in sich abgeschlossenen, unter einem Mindestdruck stehenden und mit diesem Mindestdruck gegen ein elastisches Druckelement mit im Wesentlichen linearer Kraft-Weg-Kennlinie andrückendes und unter Temperaturanstieg seinen Druck erhöhendes Kühl- und/oder Isoliermittelvolumen, wobei die Kraft-Weg-Kennlinie des elastischen Druckelements eine konstante Steigung zwischen 8% und 45% aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät gemäß Patentanspruch 1 bzw. einen Röntgenstrahler mit einer zugeordneten Expansionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 13.
In einem medizinischen Röntgengerät ist es zur Reduzierung der durch die Erzeugung von Röntgenstrahlung anfallenden Wärme notwendig, eine Kühlung für eine in einem Röntgenstrahler angeordnete Röntgenröhre vorzusehen. Es ist bekannt, die Röntgenröhre zur Kühlung in einem Kühlmittel, welches wie zum Beispiel Isolieröl auch Isoliereigenschaften aufweisen kann, zu lagern. Das Kühl- und/oder Isoliermittel muss einen Druck aufweisen, der einerseits hoch genug ist, um ein Ausgasen zu verhindern, da ansonsten Kühlleistung und/oder Spannungsfestigkeit vermindert werden, und andererseits niedrig genug ist, um eine Beschädigung der Röntgenröhre durch Überdruck zu vermeiden.
Zu diesem Zweck sind, insbesondere für Röntgengeräte mit in Kühl- und/oder Isoliermittel rotierenden Drehkolben-Röntgenröhren, bei denen durch die Rotationsbewegung Unterdruck entstehen kann, Expansionsvorrichtungen bekannt, die einen definierten Mindestdruck für das Kühl- und/oder Isoliermittel gewährleisten und eine durch einen Temperaturanstieg hervorgerufene Expansion des Kühl- und/oder Isoliermittels innerhalb eines definierten Bereiches zulassen. Derartige bekannte Expansionsvorrichtungen sind aus einem Behälter aufgebaut, in dem sich einerseits das Kühl- und/oder Isoliermittel befindet und andererseits zur Gewährleistung des Mindestdruckes ein abgeschlossener Luftraum wie zum Beispiel ein Luftsack oder ein Metallfaltenbalg angeordnet ist. Eine Expansion des Kühl- und/oder Isoliermittels komprimiert den abgeschlossenen Luftraum, wodurch es zu einer übermäßigen, exponentiellen Erhöhung des Druckes kommt. Steigt der Druck zu hoch, wird das Röntgengerät durch einen Druckschalter ausgelöst abgeschaltet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, auf einfache Weise eine Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät schaffen, die einerseits einen definierten Mindestdruck des Kühl- und/oder Isoliermittels gewährleistet und andererseits eine zu hohe Druckbelastung des Räntgengerätes bei einem Temperaturanstieg verhindert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät gemäß Patentanspruch 1 bzw. einen Röntgenstrahler mit einer zugeordneten Expansionsvorrichtung gemäß Patentanspruch 13; vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät mit einem Kühl- und/oder Isoliermittel bewirkt durch das elastische Druckelement mit im Wesentlichen linearer Kraft-Weg-Kennlinie mit konstanter Steigung zwischen 8% und 45% unter Gewährleistung eines Mindestdrucks auf einfache Weise einen linearen Druckanstieg in Abhängigkeit von einer steigenden Temperatur des Kühl- und/oder Isoliermittels, so dass bei einer oberen Temperatur ein zu hoher Enddruck wie bei einem exponentiellen Druckanstieg verhindert wird und so die Komponenten des Röntgengeräts, insbesondere die in Kühl- und/oder Isoliermittel gelagerte Röntgenröhre, weniger druckbelastet werden und somit insgesamt auf einen niedrigeren Druck ausgelegt und damit aufwandsärmer gefertigt werden können.
In für eine einfache Realisierung der Expansionsvorrichtung vorteilhafter Weise ist eine Anordnung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens in einem Ausdehnungsbehälter vorgesehen, dessen Ausdehnung bei einer Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens aufgrund des Temperaturanstiegs gegen das elastische Druckelement andrückt.
Nach einer für eine aufwandsarme Fertigung vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verschluss des Ausdehnungsbehälters durch einen aufgrund der Volumenerhöhung verschiebbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Kolbens vorgesehen. In vorteilhafter Weise weist die Expansionsvorrichtung einen entlang der Innenwandung des Ausdehnungsbehälters verschiebbaren Kolben auf, auf dessen einer, in Verschieberichtung axialer Seite das Kühl- und/oder Isoliermittel von dem Ausdehnungsbehälter eingeschlossen ist und auf dessen axial anderer Seite der Ausdehnungsbehälter einen nach außen geöffneten und somit gegendruckfreien Luftraum aufweist.
Eine weitere, einfach und besonders kompakt herstellbare Expansionsvorrichtung weist einen Verschluss des Ausdehnungsbehälters durch einen aufgrund der Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens komprimierbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Faltenbalg, insbesondere einen Metallfaltenbalg, auf. In vorteilhafter Weise ist eine Expansionsvorrichtung mit einem innerhalb des Ausdehnungsbehälters komprimierbaren Faltenbalg, auf dessen Außenseite das Kühl- und/oder Isoliermittel von dem Ausdehnungsbehälter eingeschlossen ist und auf dessen Innenseite der Faltenbalg einen nach außen geöffneten Luftraum umschließt, vorgesehen.
Eine weitere Expansionsvorrichtung weist in vorteilhafter Weise einen Verschluss des Ausdehnungsbehälters durch einen aufgrund der Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens expandierbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Faltenbalg, insbesondere eines Metallfaltenbalg, auf. Zweckmäßigerweise ist eine Expansionsvorrichtung mit einem innerhalb des Ausdehnungsbehälters expandierbaren Faltenbalg, auf dessen Innenseite das Kühl- und/oder Isoliermittel eingeschlossen ist und auf dessen Außenseite der Ausdehnungsbehälter einen nach außen geöffneten Luftraum umschließt, vorgesehen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Expansionsvorrichtung ein elastisches Druckelement in Form eines Federelements mit im Wesentlichen linearer Federkennlinie vorgesehen. In für einen besonders langsamen Anstieg des Druckes vorteilhafter Weise ist bei einer Expansionsvorrichtung eine Federkennlinie des Federelements mit einer Steigung zwischen 8% und 15% vorgesehen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist bei einer Expansionsvorrichtung ein Federelement in Form einer Gasdruckfeder mit einer im Wesentlichen linearen Federkennlinie vorgesehen.
Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung bezieht sich auf einen Röntgenstrahler mit einer in einem Kühl- und/oder Isoliermittel gelagerten Röntgenröhre; die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Ausführungsbeispiele erfolgt; es zeigen:
1 eine bekannte Expansionsverrichtung für ein Röntgengerät mit einem Ausdehnungsbehälter für ein abgeschlossenes Kühl- und Isoliermittelvolumen, das bei Temperaturanstieg auf einen abgeschlossenen Luftkompressionsraum andrückt;
2 eine erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät mit einem Ausdehnungsbehälter für ein abgeschlossenes Kühl- und Isoliermittelvolumen, das bei Temperaturanstieg über einen verschiebbaren Kolben auf eine Gasdruckfeder mit linearer Federkennlinie andrückt;
3 eine erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät mit einem Ausdehnungsbehälter für ein abgeschlossenes Kühl- und Isoliermittelvolumen, das bei Temperaturanstieg über einen Faltenbalg auf eine Gasdruckfeder mit linearer Federkennlinie andrückt;
4 eine erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät mit einem Ausdehnungsbehälter für ein abgeschlossenes Kühl- und Isoliermittelvolumen, das sich in einem Faltenbalg befindet und bei Temperaturanstieg auf eine Gasdruckfeder mit linearer Federkennlinie andrückt;
5 ein Temperatur-Druck-Diagramm mit einer bekannten exponentiellen und einer mit einer erfindungsgemäßen Expansionsvorrichtung erzielbaren linearen Kennlinie.
1 zeigt einen bekannten Ausdehnungsbehälter 1, welcher an seinem rechten Ende über eine Ölzuführung 3 mit einem Röntgenstrahler 2 in Verbindung steht, an seinem linken Ende einen geschlossenen Luftraum 5 aufweist und einen entlang seiner Innenwand 14 verschiebbaren Kolben 12 aufweist. Zwischen dem Kolben und dem rechten Ende des Ausdehnungsbehälters ist ein Kühl- und/oder Isoliermittelvolumen in Form von Öl 7 derart eingeschlossen, dass dagegen bei normaler, nicht erhöhter Temperatur der geschlossene Luftraum 5 mit einem Mindestdruck andrückt. In dem mit Öl 7 gefüllten Röntgenstrahler 2 ist eine zu kühlende Drehkolben-Röntgenröhre 9 drehbar gelagert. Bei einem Temperaturanstieg vergrößert sich das Ölvolumen im rechten Ende des Ausdehnungsbehälters 1 und drückt dadurch verstärkt auf den Kolben 12, so dass dieser verschoben wird und der Gegendruck im geschlossenen Luftraum 5 und damit auch der Druck im Öl 7 sich exponentiell erhöht.
Ein Sicherheitsdruckschalter 8 bewirkt, dass bei zu hohem, das heißt die Drehkolben-Röntgenröhre 9 des Röntgenstrahlers 2 gefährdendem Druck das Röntgengerät abgeschaltet wird. Das kann zu unerwünschten Unterbrechungen von Messungen beim Be-trieb des Röntgengerätes führen.
2 zeigt eine erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung, die sich vom Stand der Technik dadurch unterscheidet, dass ein Ausdehnungsbehälter 10 anstelle eines geschlossenen Luftraums einen nach außen geöffneten Luftraum 15 aufweist, so dass bei einem Temperaturanstieg die Bildung eines übermäßigen Druckes verhindert wird. Der Kolben 12 wird entsprechend der im Wesentlichen linearen Kraft-Weg-Kennlinie eines Druckelements, insbesondere einer Gasdruckfeder 11, entlang der Innenwandung 14 des Ausdehnungsbehälters 10 verschoben. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist bei dem Ausdehnungsbehälter 10 eine Anordnung des elastischen Druckelements, insbesondere der Gasdruckfeder 11, in dem nach außen geöffneten Luftraum 15 vorgesehen. Die lineare Federkennlinie, das heißt das lineare Verhältnis zwischen Druck und Weg, der Gasdruckfeder 11 besitzt bevorzugt eine Steigung zwischen 8% und 45%, besonders bevorzugt zwischen 8% und 15%. Durch die lineare Federkennlinie der erfindungsgemäß vorgesehenen Gasdruckfeder und dadurch, dass bei dem geöffneten Luftraum 15 eine Luftabgabe an die Umgebung durch Öffnungen 13 möglich ist und nicht – wie beim Stand der Technik – die Luft ebenfalls zusammengepresst wird, steigt der Druck des Öls 7 lediglich linear an. Eine Gefährdung der Bauteile des Röntgenstrahlers 2 durch einen exponentiellen Druckanstieg schon bei relativ geringem Temperaturanstieg kann somit ausgeschlossen werden.
3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung, bei der der Ausdehnungsbehälter 10 anstelle eines Kolbens einen Metallfaltenbalg 4 und darin die Gasdruckfeder 11 mit linearer Federkennlinie aufweist. Kommt es durch einen Temperaturanstieg zu einer Ausdehnung des Öls 7, so wird die im Metallfaltenbalg 4 befindliche Gasdruckfeder 11 entsprechend ihrer Federkonstante zusammengedrückt. Ebenso wird der Metallfaltenbalg 14 zusammengedrückt und gibt Luft durch die Öffnungen 13 an die Umgebung ab; der Druck in dem Ausdehnungsbehälter 10 steigt ebenfalls linear an.
4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung, bei der im Gegensatz zu 3 das Öl 7 innerhalb des Metallfaltenbalgs 4 angeordnet ist. Der geöffnete Luftraum 15 befindet sich außerhalb des Metallfaltenbalgs 4 in dem Ausdehnungsbehälter. Kommt es durch einen Temperaturanstieg zu einer Ausdehnung des Öls 7, so expandiert der Metallfaltenbalg 4 und drückt die Gasdruckfeder 11 entsprechend ihrer Federkonstante zusammen; auch hier steigt der Druck in dem Öl 7 linear an.
5 zeigt ein Temperatur-Druck-Diagramm, das den exponentiellen Druckanstieg 17 im Öl einer nach dem Stand der Technik üblichen Expansionsvorrichtung mit geschlossenem Luftraum 5 dem linearen Druckanstieg 16 einer erfindungsgemäßen Expansionsvorrichtung mit einem geöffneten Luftraum 15 und einer Gasdruckfeder 11 mit einer Federkennliniensteigung von etwa 15% gegenüberstellt. Ein Druck, der die Röntgenröhre gefährden könnte, wird durch die erfindungsgemäße Expansionsvorrichtung – wenn überhaupt – erst bei deutlich höherer Temperatur als bei einem System nach dem Stand der Technik erreicht.
Die Erfindung lässt sich in folgender Weise kurz zusammenfassen: Bei einer Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät, insbesondere mit einer Drehkolben-Röntgenröhre, mit einem in sich abgeschlossenen, unter einem Mindestdruck stehenden und mit diesem Mindestdruck gegen ein elastisches Druckelement andrückenden Kühl- und/oder Isoliermittelvolumen ist zur Vermeidung einer zu hohen Druckbelastung bei einem Temperaturanstieg ein elastisches Druckelement mit linearer Kraft-Weg-Kennlinie, insbesondere in Form einer Gasdruckfeder 11 mit linearer Federkennlinie, vorgesehen.

Claims

Expansionsvorrichtung für ein Röntgengerät, insbesondere mit einer Drehkolben-Röntgenröhre (9), mit einem in sich abgeschlossenen, unter einem Mindestdruck stehenden und mit diesem Mindestdruck gegen ein elastisches Druckelement mit im Wesentlichen linearer Kraft-Weg-Kennlinie andrückendes und unter Temperaturanstieg seinen Druck erhöhendes Kühl- und/oder Isoliermittelvolumen, wobei die Kraft-Weg-Kennlinie des elastischen Druckelements eine konstante Steigung zwischen 8% und 45% aufweist.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einem elastischen Druckelement in Farm einer Gasdruckfeder (11) mit einer Federkennlinie mit im Wesentlichen konstanter Steigung zwischen 8% und 45%.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Anordnung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens in einem Ausdehnungsbehälter (10), dessen Ausdehnung bei einer Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens aufgrund des Temperaturanstiegs gegen das elastische Druckelement andrückt.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 3 mit einem Verschluss des Ausdehnungsbehälters (10) durch einen aufgrund der Vergrößerung des Kühl- und/oder Isaliermittelvolumens verschiebbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Kolbens (12).
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 4 mit einem entlang der Innenwandung (14) des Ausdehnungsbehälters (10) verschiebbaren Kolben (12), auf dessen einer, in Verschieberichtung axialer Seite das Kühl- und/oder Isoliermittel von dem Ausdehnungsbehälter (10) eingeschlossen ist und auf dessen axial anderer Seite der Ausdehnungsbehälter (10) einen nach außen geöffneten Luftraum (15) aufweist.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 3 mit einem Verschluss des Ausdehnungsbehälters (10) durch einen aufgrund der Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens komprimierbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Faltenbalg, insbesondere einen Metallfaltenbalg (4).
Expansionsverrichtung nach Anspruch 6 mit einem innerhalb des Ausdehnungsbehälters (10) komprimierbaren Faltenbalg, auf dessen Außenseite das Kühl- und/oder Isoliermittel von dem Ausdehnungsbehälter (10) eingeschlossen ist und auf dessen Innenseite der Faltenbalg einen nach außen geöffneten Luftraum (15) umschließt.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 3 mit einem Verschluss des Ausdehnungsbehälters (10) durch einen aufgrund der Vergrößerung des Kühl- und/oder Isoliermittelvolumens expandierbaren und dadurch gegen das elastische Druckelement andrückenden Faltenbalg, insbesondere einen Metallfaltenbalg (4).
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 8 mit einem innerhalb des Ausdehnungsbehälters (10) expandierbaren Faltenbalg, auf dessen Innenseite das Kühl- und/oder Isoliermittel eingeschlossen ist und auf dessen Außenseite der Ausdehnungsbehälter (10) einen nach außen geöffneten Luftraum (15) umschließt.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 5, 7 oder 9 mit einer Anordnung des elastischen Druckelements in dem nach außen geöffneten Luftraum (15).
Expansionsvorrichtung nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche mit einem elastischen Druckelement in Form eines Federelements mit im Wesentlichen linearer Federkennlinie.
Expansionsvorrichtung nach Anspruch 2 mit einer Federkennlinie der Gasdruckfeder (11) mit einer konstanten Steigung zwischen 8% und 15%.
Räntgenstrahler (2) mit einer zugeordneten Expansionsvorrichtung mit einem in sich abgeschlossenen, unter einem Mindestdruck stehenden und mit diesem Mindestdruck gegen ein elastisches Druckelement mit im Wesentlichen linearer Kraft-Weg-Kennlinie andrückendes und unter Temperaturanstieg seinen Druck erhöhendes Kühl- und/oder Isoliermittelvolumen, in welchem die Drehkolben-Röntgenröhre (9) des Röntgenstrahlers (2) gelagert ist, wobei das elastische Druckelement eine Kraft-Weg-Kennlinie mit einer konstanten Steigung zwischen 8% und 45% aufweist.
Röntgenstrahler (2) nach Anspruch 13 mit einer Expansionsvorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 12.