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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Röntgentargetanordnung und insbesondere auf eine Röntgentargetanordnung mit gesonderten Naben- und Scheibenelementen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Moderne medizinische Bildgebungsanordnungen haben hinsichtlich ihrer Komplexität und ihrer Fähigkeiten zugenommen. Diese Zunahmen führen häufig zu erhöhten Leistungsanforderungen und entsprechendem Verschleiß solcher Anordnungen. Solches ist bei Röntgenröhrenanordnungen der Fall. Erhöhung der Leistungsanforderungen der bildgebenden Einrichtung kann zu Erhöhungen der erforderlichen Drehzahlen der Röntgentargetanordnung führen, um eine Überhitzung und Beschädigung derselben zu vermeiden. Diese erhöhten Drehzahlen können Nabenspannungen ergeben, die die vorliegenden Auslegungskriterien überschreiten. Die Nabe ist der zentrale Teil einer Targetanordnung, der in Verbindung mit der Antriebswelle steht.
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Zusätzlich zu den zusätzlichen Spannungen, die mit der Erhöhung der Leistungsanforderungen einhergehen, leidet das Target selbst unter erhöhtem Verschleiß und thermischer Schädigung. Diese erhöhten Stressoren sind dafür bekannt, dass sie die Auftreffbereiche des Targetelements schädigen. Zusätzlich kann die thermische Energie durch die Targetanordnung in den Nabenbereich vordringen. Die Erhöhung der thermischen Energie in Verbindung mit den erhöhten Spannungen in Folge erhöhter Drehzahlen kann zu unerwünschtem Verschleiß und Schädigung des Nabenelements führen.
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Bei jedem Design einer Röntgentargetanordnung ist davon auszugehen, dass das Targetelement oder Abschnitte desselben während fortgesetzter Benutzung Beschädigungen erleiden. Dies ist einfach zu erwarten, wenn das Targetelement von einem Elektronenstrahl zur Erzeugung von Röntgenstrahlen getroffen wird. Wenn die Beschädigung jedoch zu groß wird, erfordern vorhandene Designs einen vollständigen Ersatz. Die Zerlegung und Reparatur wird bei vorliegenden Designs nicht in Betracht gezogen und kann angesichts des Aufbaus und mit der Zerlegung und Reparatur einhergehender Kosten impraktikabel sein. Weil solche Abnutzung und Beschädigung nur minimiert werden kann, wäre es nützlich, wenn eine Konstruktion eingeführt wird, bei der abgenutzte oder beschädigte Teile des Targetelements ersetzt werden können. Außerdem würde eine solche Konstruktion dort einen wünschenswerten Kostennutzen erbringen, wo Reparatur nicht kosteneffektiv ist, aber wenigstens ein Teil der Targetanordnung wiederverwendbar ist.
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Es wäre deshalb hoch zu wünschen, über eine Röntgenröhrentargetanordnung zu verfügen, die einen vereinfachten Ersatz abgenutzter oder beschädigter Teile des Targetelements gestattet. Es wäre außerdem von hohem Nutzen, eine Röntgenröhrentargetanordnung zu haben, die hohe Drehzahlen aushält und erhöhten thermischen Anforderungen hinsichtlich moderner Anodenleistung genügt.
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DE 2 203 645 A beschreibt eine Röntgentargetanordnung und ein zugehöriges Verfahren zum Bau derselben. Die Röntgentargetanordnung weist ein Nabenelement, das an einer Antriebswelle befestigt ist, eine Anodenplatte, die an einem Außenrand des Nabenelements lösbar befestigt ist, und ein Targetelement auf, das an einer oberen äußeren Fläche der Außenscheibe montiert ist. Die Anodenplatte ist zweiteilig mit einem ringscheibenförmigen Tragkörper für das Targetelement und einer Außenscheibe ausgebildet, die zwischen dem Nabenelement und dem Tragkörper eingefügt ist. Eine Schraubenmutter klemmt die Anordnung aus dem Nabenelement, der Außenscheibe und dem Tragkörper zusammen und sichert sie an der Antriebswelle. Die Außenscheibe erstreckt sich von dem Außenrand des zentralen Nabenelementes aus radial nach außen über dessen Außenumfang hinaus und weist auf ihrer unteren Seite kreisringförmige Nuten und Vorsprünge auf, die mit kreisringförmigen Vorsprüngen bzw. Nuten an einer oberen Fläche des Nabenelementes formschlüssig zusammenpassen.
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US 3 795 832 A beschreibt eine Röntgentargetanordnung mit einer ein Targetelement tragenden Außenscheibe, die auf einer Antriebswelle montiert ist. Die Außenscheibe sitzt mit einer zentralen Ausnehmung auf einem Kragen, der auf der Antriebswelle ausgebildet ist, und ist zwischen dem Kragen und einer Haltescheibe durch eine Schraubenmutter festgeklemmt. In einer Ausführungsform ist die Außenscheibe zusätzlich über axiale Stifte mit dem Kragen der Antriebswelle verbunden, die eine radiale Bewegung der Außenscheibe relativ zu dem Kragen im Betrieb verhindern.
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US 3 900 751 A beschreibt eine Röntgentargetanordnung mit einem Nabenelement und einer ein Targetelement tragenden Außenscheibe, die mit dem Nabenelement über axial ausgerichtete Anlageflächen lösbar verbunden ist und über einen Außenrand des Nabenelementes hinausragt. An den axial ausgerichteten Anlageflächen der Außenscheibe und des Nabenelementes sind formschlüssig zusammenpassende Merkmale eingeformt, die einer radialen Relativbewegung zwischen Außenscheibe und dem Nabenelement im Betrieb entgegenwirken.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Röntgentargetanordnung geschaffen, die ein zentrales Nabenelement, das an einer Antriebswelle befestigt ist, eine Außenscheibe, die an einem Außenumfang des zentralen Nabenelements lösbar befestigt ist, und ein Targetelement aufweist, das an einer oberen äußeren Scheibenfläche montiert ist. Die Außenscheibe ist in einer Linie mit dem zentralen Nabenelement angeordnet und erstreckt sich von dem Außenumfang des zentralen Nabenelementes aus radial nach außen. Die Außenscheibe weist mehrere Nasenvorsprünge auf, die an einem Innenumfang der Außenscheibe ausgebildet sind, und das zentrale Nabenelement weist mehrere Verriegelungsschlitze auf, die in einem Außenumfang des zentralen Nabenelementes ausgebildet sind. Jeder der Nasenvorsprünge ist wiederherausnehmbar in einen der mehreren Verriegelungsschlitze einführbar, um die Außenscheibe lösbar an dem zentralen Nabenelement zu sichern.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Bau einer Röntgentargetanordnung geschaffen, bei dem ein zentrales Nabenelement hergestellt und mit einer Antriebswelle verbunden wird, eine Außenscheibe, einschließlich mehrerer Nasenvorsprünge hergestellt wird, die an einem Innenumgang der Außenscheibe ausgebildet sind, und ein Targetelement an einer äußeren Scheibenfläche der Außenscheibe montiert wird. Die Außenscheibe wird lösbar an dem Außenumfang des zentralen Nabenelements montiert, indem die Nasenvorsprünge an dem zentralen Nabenelement gesichert werden. Die Außenscheibe ist dann in einer Linie mit dem zentralen Nabenelement angeordnet und erstreckt sich von dem Außenumfang des zentralen Nabenelementes aus radial nach außen.
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Andere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich, wenn sie im Zusammenhang mit der detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den angehängten Ansprüchen gesehen werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Veranschaulichung einer Röntgenröhrenanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 2 ist eine Querschnittsansicht einer in 1 veranschaulichten Röntgenröhrentargetanordnung,
- 3 ist eine Detailveranschaulichung der in 2 veranschaulichten Röntgenröhrentargetanordnung,
- 4 ist eine Detailveranschaulichung einer alternativen Ausführungsform der in 2 veranschaulichten Röntgenröhrentargetanordnung,
- 5 ist eine Detailveranschaulichung einer alternativen Ausführungsform der in 2 veranschaulichten Röntgenröhrentargetanordnung,
- 6 ist eine Detailveranschaulichung einer alternativen Ausführungsform der in 2 veranschaulichten Röntgenröhrentargetanordnung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
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Es wird auf 1 Bezug genommen, die eine Veranschaulichung einer der Erfindung entsprechenden Röntgenröhrenanordnung 10 ist. Die Anordnung 10 enthält ein Röhrengehäuse 12. Von der Erfindung wird eine Vielzahl unterschiedlicher Röhrengehäusen 12 in Betracht gezogen. Das Gehäuse 12 enthält eine Kathodenanordnung 14, in der Elektronen gesammelt und durch einen Wehnelt-Zylinder 16 auf eine Anodenanordnung 18 geschossen werden. Die Anodenanordnung 18 besteht aus einer Anodenantriebsanordnung 20, die eine Anodenantriebswelle 22 dreht, die ihrerseits eine Röntgenröhrentargetanordnung 24 dreht. Wie auf dem Gebiet der Röntgenröhren bekannt ist, treffen die von der Kathodenanordnung 14 erzeugten Elektronen auf der Röntgenröhrentargetanordnung 24 auf, was Gamma- oder Röntgenstrahlen erzeugt.
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Das Auftreffen der Elektronen auf der Röntgenröhrentargetanordnung 24 erzeugt nennenswert Hitze und merklichen Verschleiß. Die vorliegende Erfindung trägt solchen Stressoren Rechnung, indem die Röntgenröhrentargetanordnung 24 in Form eines zentralen Nabenelements 26 und einer äußeren Scheibe 28 ausgebildet wird. An der Außenscheibe 28 ist ein Targetelement 30 montiert. Die Außenscheibe 28 ist mit dem zentralen Nabenelement 26 lösbar verbunden, so dass die Außenscheibe 28, wenn das Targetelement 30 einen nicht mehr hinnehmbaren Grad von Abnutzung oder Schädigung unterlegen ist, ersetzt werden kann, während das Nabenelement 26 behalten wird. Zusätzlich zur Ersetzungsmöglichkeit erbringt die vorliegende Gestaltung Kosteneinsparungen durch Wiederverwendung von nicht beschädigten Teilen der Targetanordnung 24 in neuen Anordnungen. In Targetanordnungen 24 verwendetes Molybdän ist teuer und die vorliegend Erfindung gestattet seine Wiederverwendung, um nützliche Kosteneinsparungen zu erbringen. Zusätzlich kann das Nabenelement 26 optimiert werden, um den Spannungen zu widerstehen, die durch die Anodenantriebsanordnung 20 auf es übertragen werden während die Außenscheibe 28 optimiert werden kann, um die thermische Belastung auszuhalten, die mit dem Elektronenbeschuss einhergeht.
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Bei einer speziellen Ausführungsform weist das Nabenelement 26 an dem Längsschnitt der Nabe eine Weite 32 auf, die erhöht ist, um auf Zentrifugalkräfte zurückgehende, von der Anodenantriebswelle 22 übertragene Spannungen zu reduzieren. Zusätzlich weist die Außenscheibe 28 vorzugsweise eine Weite 34 des Außenscheibenlängsschnitts auf, der an dem Außenrand 35 der Außenscheibe 28 zu messen ist, sowie eine innere Weite 36 des Innenscheibenlängsschnitts, der an dem Innenrand 38 der Außenscheibe 28 zu messen ist. Die Weite 36 des Längsschnitts der Innenscheibe ist vorzugsweise kleiner als die Weite 34 des Längsschnitts der Außenscheibe, um eine Wärmeübertragung von dem Targetelement 30 auf das Nabenelement 26 zu mindern oder verhindern. In dem Übergang zwischen der Weite 36 des Innenscheibenlängs- oder -querschnitts und der Weite 32 des Nabenlängsschnitts kann ein Konus 40 ausgebildet sein, um Spannungen weiter zu reduzieren. Das Targetelement 30 ist vorzugsweise an der oberen äußeren Scheibenfläche 32 der Außenscheibe 28 montiert.
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Es wird in Betracht gezogen, dass die Targetanordnung 24 in vielerlei Konfigurationen so ausgebildet sein kann, dass die äußere Scheibe 28 von dem zentralen Nabenelement 26 abnehmbar ist. Eine solche in 2 veranschaulichte Ausführungsform zieht die Verwendung von Nasenvorsprüngen 44 in Betracht, die an dem Scheibeninnenrand 38 ausgebildet sind und zu Verriegelungsschlitzen 46 passen, die in dem Nabenaußendurchmesser 48 ausgebildet sind. Die Nasenvorsprünge 44 sitzen in den Verriegelungsschlitzen 46 und sichern die Außenscheibe 28 an dem Nabenelement 26. Obwohl Verriegelungsschlitze 46 verwendet werden können, werden auch andere Konfigurationen in Betracht gezogen, wie beispielsweise die Verwendung von Stiftelementen 50 (siehe 5) oder Schraubenelementen 52 (siehe 6). Die Vorliegende Erfindung gestattet eine vereinfachte Herstellung, Zusammenbau und Auseinanderbau der Außenscheibe 28 und des Nabenelements 26, um eine kosteneffiziente, einen Teilersatz, Reparatur und Auswechselung zu gestatten. Obwohl eine Anzahl von Nasen/Schlitz-Kombinationen vorgeschlagen worden ist, wird bei einer anderen Ausführungsform die Verwendung von Tannenbaumfüßen und -Schlitzen gemäß 3 und 4 vorgeschlagen.
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Während es einerseits möglich ist, die Außenscheibe 28 als einzelnes Element auszubilden, werden die von der vorliegenden Erfindung erbrachten Vorzüge der wenig kostenträchtigen Montage, des Ersatzes oder der Reparatur weiter erhöht, wenn die Außenscheibe 28 aus einer Vielzahl von in Umfangsrichtung aufgereihten Scheibenabschnitten 54 ausgebildet ist. Ein Nasenvorsprung 44 kann an dem Teilscheiben-Innenrand 56 jedes Scheibenrandteilabschnitts 54 ausgebildet sein. Indem die Außenscheibe 28 durch eine Vielzahl von Teilscheibenabschnitten ausgebildet ist, muss, wenn ein kleines Segment des Targetelements 30 beschädigt ist, nur der fragliche Scheibenrandteilabschnitt 54 ersetzt oder vor der Wiederverwertung entfernt werden. Dies ergibt bislang unbekannte Möglichkeiten der Wiederverwertung, Wartung und Kosteneffizienz bei Röntgenröhrentargets.
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Obwohl die Scheibenrandteilabschnitte 54 in vielerlei Weise zusammengesetzt werden können, wird bei einer Ausführungsform die Verwendung seitlicher Nasen 58 in Betracht gezogen, die an einer ersten radialen Seite 60 des Scheibenrandteilabschnitts 54 ausgebildet sind. Der seitlichen Nase 58 an einer zweiten radialen Seite 62 gegenüber liegend ist ein seitlicher Schlitz 64 ausgebildet. Auf diese Weise greift, wie in 4 ersichtlich ist, jede seitliche Nase 58 in den seitlichen Schlitz 64 eines benachbarten Scheibenrandteilabschnitts 54, um eine feste Außenscheibe 28 zu bilden. Es wird außerdem bevorzugt, dass jeder Teilscheibenabschnitt 54 seinen eigenen Nasenabschnitt 44 aufweist, um ihn mit dem Nabenrand 48 zu verbinden.
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Es ist eine Röntgentargetanordnung 24 geschaffen, die ein zentrales Nabenelement 26, das an einer Antriebswelle 22 befestigt ist, und eine Außenscheibe 28 aufweist, die eine Vielzahl von Nasenvorsprüngen 44 aufweist, die lösbar in den Randabschnitt eines zentralen Nabenelements 26 greifen. An einer oberen äußeren Scheibenfläche ist ein Targetelement 30 montiert.
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Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, kann der Fachmann viele Variationen und alternative Ausführungsformen erkennen. Entsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch die Definitionen der nachfolgenden Ansprüche beschränkt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Röntgenanordnung
- 12
- Röhrengehäuse
- 14
- Kathodenanordnung
- 16
- Wehneltzylinder
- 18
- Anodenanordnung
- 20
- Antriebsanordnung
- 22
- Antriebswelle
- 24
- Targetanordnung
- 26
- zentrales Nabenelement
- 28
- äußere Scheibe
- 30
- Targetelement
- 34
- Länge des Längsschnitts der äußeren Scheibe
- 35
- Außenrandabschnitt
- 36
- Weite des inneren Scheibenabschnitts
- 38
- Innenrandabschnitt
- 40
- Verjüngung
- 42
- obere äußere Scheibenfläche
- 44
- Nasenfortsätze
- 46
- Verriegelungsschlitze
- 48
- Außenrandabschnitt der Nabe
- 50
- Stiftelemente
- 52
- Schraubenelemente
- 54
- Scheibenabschnitte
- 56
- innerer Teilscheibenrand
- 58
- seitliche Nase
- 60
- erste Radialseite
- 62
- zweite Radialseite
- 64
- Seitenschlitz
