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Die Erfindung betrifft eine Röntgeneinrichtung mit einer zu einem Targetbereich ausgerichteten Kathode, mit einem Röhrengehäuse, mit einer innerhalb des Röhrengehäuses um eine Drehachse drehbar gelagerten Drehanodeneinheit, die einen Drehanodenteller mit dem Targetbereich und eine mit dem Drehanodenteller drehfest verbundene Welle umfasst, und mit einem Magnetlager, welches die Welle berührungslos im Röhrengehäuse lagert. Eine solche Röntgeneinrichtung findet insbesondere in einem Computertomographie-Gerät Anwendung.
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Das Röhrengehäuse ist insbesondere als ein Vakuumkolben ausgebildet und aus einem Glas oder aus einem geeigneten Metall gefertigt. Die zum Targetbereich des Drehanodentellers ausgerichtete Kathode ist üblicherweise in das Röhrengehäuse eingesetzt. Zur Abschirmung nach außen ist standardmäßig ein weiteres Gehäuse vorgesehen, welches insbesondere mittels eines Werkstoffes sehr hoher Dichte, z. B. Blei, strahlungsschutzverkleidet ist.
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Im Betrieb wird der Targetbereich des Drehanodentellers mit einem von der Kathode ausgehenden Elektronenstrahl bestrahlt, so dass von dem Targetbereich der Drehanode als Bremsstrahlung ein Röntgenstrahl emittiert wird. Infolge der Bestrahlung durch den Elektronenstrahl heizt sich der Targetbereich extrem auf. Selbst bei hohen Umdrehungszahlen des Drehanodentellers von mehr als 150 Hz können am Targetbereich Temperaturen von bis zu 2800°C erreicht werden. Um die entstehende Wärme rasch abzuführen, wird der Drehanodenteller aus einem hoch wärmeleitenden Material wie insbesondere aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung gefertigt. Der Targetbereich selbst wird beispielsweise durch Wolfram wärmefest ausgestaltet. Unter diesen Bedingungen erhitzt sich der Drehanodenteller dennoch während des Betriebs auf Temperaturen bis etwa 1400°C.
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Eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
US 6,198,803 B1 bekannt. Zur magnetischen Lagerung sind der Welle magnetische Rotorkomponenten zugeordnet. Außerhalb des Röhrengehäuses sind als Statorkomponenten Axial- und Radialstabilisierungsmagnete angeordnet. Die Statorkomponenten stehen mit den Rotorkomponenten in einer magnetischen Wirkverbindung, so dass die Welle innerhalb des Röhrengehäuses berührungslos gelagert ist. Zum Antrieb des Drehanodentellers ist die Welle als ein Rotor eines elektrischen Motors ausgeführt.
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Im Unterschied zu einem Gleitlager erlaubt ein Magnetlager sehr hohe Drehzahlen. Während bei einem Gleitlager mit wachsender Drehzahl die Reibung zunimmt, ist diese Einschränkung für ein Magnetlager nicht gegeben. Eine höhere Drehzahl des Drehanodentellers ist aber wünschenswert, da hierdurch die Röntgenstrahlenleistung grundsätzlich unter Einhaltung der Temperaturgrenze für den Targetbereich weiter erhöht werden kann. Eine Erhöhung des Durchmessers der Drehanode wird nicht notwendig. Während jedoch für ein Gleitlager die entstehende Wärme über Wärmeleitung abgeführt werden kann, ist dies für ein Magnetlager nicht möglich, da die Welle berührungslos rotiert. Zudem sind Magnetlager wärmeempfindlich. Auch wärmeadaptierte Magnetkomponenten beginnen ihre Funktionalität bei Temperaturen über 200°C zu verlieren, da die Magnetisierung allmählich verschwindet. Insbesondere kann für passive, d. h. permanent magnetisierte Komponenten die Curie-Temperatur überschritten werden.
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Aus diesem Grund sind verschiedentlich Hybridkonzepte vorgeschlagen worden, wobei zur Lagerung der Welle der Drehanodeneinheit Gleit- und Magnetlager kombiniert sind. So ist aus der
US 6,430,261 B1 eine Röntgeneinrichtung mit einer Drehanodeneinheit bekannt, wobei die Welle über ein Flüssigmetall-Gleitlager radial gelagert ist, und wobei zur axialen Lagerung ein Magnetlager vorgesehen ist. Über den Gleitfilm des hoch wärmeleitenden Flüssigmetalls kann die Wärme des Drehanodentellers über die Welle abgeführt werden. Nachteiligerweise erlaubt aber das Hybridkonzept ebenfalls nur eine durch die Reibung des Gleitlagers begrenzte weitere Erhöhung der Drehzahlen.
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Um einer hitzebedingten Schädigung des Magnetlagers entgegenzuwirken, ist es aus der
US 6 327 340 B1 bekannt, den Drehanodenteller beidseits über eine jeweilige Welle in einem Magnetlager zu führen, wobei die Wellen jeweils abschnittsweise in einem Flüssigmetall geführt sind. Über das Flüssigmetall wird jeweils ein thermischer Schluss der Welle mit dem Röhrengehäuse hergestellt, wodurch die Wärmeabfuhr verbessert ist.
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In der
DE 33 43 886 A1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre offenbart, die ein Gleitlager und ein weiteres Lagersystem umfasst. Das weitere Lagersystem ist vorzugsweise als Magnetlager ausgeführt und kann die gesamten axialen und radialen Lagerkräfte nahezu vollständig aufnehmen. Das Gleitlager ist vorzugsweise als Spiralrillenlager mit Flüssigmetallschmierung ausgebildet und nimmt die Lagerkräfte nur zu einem geringen Bruchteil auf. Das Gleitlager hat somit nur eine geringe Reibung, gestattet aber die Zufuhr des Anodenstroms und gewährleistet eine wirksame Kühlung der Drehanode.
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Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Röntgeneinrichtung mit einem Magnetlager anzugeben, bei welcher eine hitzebedingte Schädigung des Magnetlagers zum einen und eine unerwünschte Erhitzung des Drehanodentellers zum anderen möglichst vermieden wird.
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Diese Aufgabe wird für eine Röntgeneinrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Drehanodenteller einen der Welle abgewandten axialen Fortsatz umfasst, der zur Wärmeabfuhr in einen flüssigkeitsgefüllten Aufnahmeraum des Röhrengehäuses taucht.
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Bisherige Lösungen gehen davon aus, die Lagerseite der Drehanodeneinheit zu kühlen oder dort eine Wärmeableitung vorzusehen. Auf diese Weise soll insbesondere auch ein Magnetlager von einer hohen Wärmebelastung verschont bleiben. Die Erfindung trennt sich nun in überraschender Weise von diesem Konzept. Vielmehr geht die Erfindung von der Überlegung aus, dass eine unmittelbare Wärmeableitung vom Drehanodenteller auch zu einer thermischen Entlastung eines an der Welle angeordneten Magnetlagers führt. Da die Wärme am Drehanodenteller abgeführt wird, ist nicht nur der Drehanodenteller selbst sondern auch die Welle und damit insbesondere das Magnetlager weniger belastet.
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Zur unmittelbaren Wärmeabfuhr aus dem Drehanodenteller ist dieser mit einem der Welle abgewandten axialen Fortsatz versehen, der in einen flüssigkeitsgefüllten Aufnahmeraum des Röhrengehäuses taucht.
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Mit anderen Worten wird über den axialen Fortsatz des Drehanodentellers eine thermische Kopplung mit dem Röhrengehäuse hergestellt, so dass entstehende Wärme rasch vom Drehanodenteller auf das kältere Röhrengehäuse übertragen wird. Der thermische Schluss zwischen dem axialen Fortsatz bzw. dem Drehanodenteller und dem Röhrengehäuse geschieht hierbei über die Flüssigkeit des Aufnahmeraums. Der gewählte Flüssigkeitsschluss lässt eine relative Drehbewegung des Drehanodentellers gegenüber dem Röhrengehäuse bei gleichbleibender thermischer Ankopplung zu.
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Da im Inneren des Röhrengehäuses Vakuum herrscht, empfiehlt es sich, als Flüssigkeit für den Aufnahmeraum ein Flüssigmetall zu wählen. Flüssigmetalle haben einen niedrigen Dampfdruck und besitzen darüber hinaus eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. Ein geeignetes Flüssigmetall ist beispielsweise Gallium oder eine entsprechende Gallium-Legierung.
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Die Anbindung des axialen Fortsatzes an das Röhrengehäuse entspricht gewissermaßen einem Art Gleitlager, wie es zur drehbaren Lagerung einer Drehanodeneinheit gegenüber dem Röhrengehäuse bekanntermaßen eingesetzt wird. Da vorliegend jedoch die Drehanodeneinheit über ihre Welle bereits stabil in einem Magnetlager gelagert ist, braucht die Aufnahme des axialen Fortsatzes in dem Aufnahmeraum nicht als ein Gleitlager ausgebildet zu sein. Vielmehr kann das Spaltmaß zwischen dem Aufnahmeraum und dem axialen Fortsatz deutlich größer bemessen sein, als dies bei einer Ausbildung als Gleitlager technisch erforderlich wäre. Während bei einem Flüssigmetallgleitlager Spaltmaße im Bereich von etwa 10 bis 20 μm erforderlich sind, können vorliegend zur Aufnahme des axialen Fortsatzes im Aufnahmeraum Spaltmaße von 100 bis 200 μm realisiert sein. Bei einer solchen Auslegung gelten insbesondere die bei hohen Drehzahlen für ein Flüssigkeits-Gleitlager geltenden unerwünschten Reibverhältnisse nicht. Die erreichbaren Drehzahlen sind somit nicht durch die Aufnahme des Fortsatzes im Flüssigkeitsraum begrenzt.
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Der axiale Fortsatz kann entweder einstückig mit dem Drehanodentellern ausgebildet sein. Ebenso kann der axiale Fortsatz jedoch als ein separates Teil ausgebildet sein, welches mit dem Drehanodenteller beispielsweise mittels einer Verlötung oder einer Verschraubung verbunden ist. Um eine rasche Wärmeabfuhr aus dem Drehanodenteller auf das Röhrengehäuse zu erzielen, ist der axiale Fortsatz vorzugsweise aus einem Molybdän, aus einer Molybdän-Legierung oder aus einem Edelstahl gefertigt. Sowohl Molybdän als auch Edelstahl weisen eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Wird als Flüssigkeit in dem Aufnahmeraum ein Flüssigmetall eingesetzt, so zeigt Molybdän hiergegenüber bereits eine hohe Korrosionsresistenz. Wird Edelstahl verwendet, so muss dieses aufgrund der korrosiven Eigenschaften des Flüssigmetalls oberflächlich, beispielsweise mittels Molybdän, beschichtet werden. Dies kann beispielsweise mittels CVD (Chemical Vapor Deposition) vorgenommen werden.
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Der axiale Fortsatz und der dazugehörige Aufnahmeraum im Röhrengehäuse können konstruktiv in vielen Varianten ausgebildet sein, solange die rotatorische Ankopplung gewährleistet und die notwendige Abdichtung der Flüssigkeit gegenüber dem Röhreninneren sichergestellt ist. Beispielsweise ist es vorstellbar, den axialen Fortsatz als eine Zylinderwand eines Hohlzylinders auszubilden, wobei die Zylinderwand in einem ringförmigen Aufnahmeraum umläuft. Vorteilhafterweise ist der axiale Fortsatz jedoch als ein massiver, zentraler Zapfen ausgebildet, der in einen hohlzylindrischen Aufnahmeraum eintaucht. Durch die massive Ausgestaltung wird der Wärmeleitwert erhöht. Zur Abdichtung des Zapfens gegenüber dem Aufnahmeraum kann eine konstruktiv vergleichsweise einfache ausgestaltete Labyrinthdichtung vorgesehen sein. Gegebenenfalls können weitere Dichtlippen vorgesehen werden, die durch ihre entsprechende Ausrichtung die Flüssigkeit bzw. das Flüssigmetall zurück in den Aufnahmeraum leiten. Gegebenenfalls kann eine Beschichtung am Rand des Aufnahmeraums mit einer nicht benetzbaren Schicht z. B. aus Al2O3 bereits in Alleinstellung ein Austreten der Flüssigkeit, insbesondere des Flüssigmetalls wirkungsvoll verhindern.
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Der Aufnahmeraum selbst kann dem Röhrengehäuse direkt eingeformt sein. Der Aufnahmeraum kann aber in einer Alternative auch als eine Buchse in das Röhrengehäuse eingesetzt sein. Letzteres bietet sich insbesondere an, um hinsichtlich des Materials der Wandung des Aufnahmeraums flexibel auf die verwendete Flüssigkeit, wie insbesondere auf Flüssigmetall zu reagieren. So kann das Material der Buchse beispielsweise aus korrosionsbeständigem Molybdän gefertigt sein. Alternativ ist die Buchse aus Edelstahl hergestellt, wobei die Innenwandung entsprechend korrosionsbeständig beschichtet ist. Sowohl über Molybdän als auch über Edelstahl wird eine sehr gute thermische Ankopplung der Flüssigkeit bzw. des Flüssigmetalls an das Röhrengehäuse erzielt.
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Um die über den axialen Fortsatz vom Drehanodenteller auf das Röhrengehäuse übertragene Wärme rasch abzuführen, empfiehlt es sich, das Röhrengehäuse im Bereich des Aufnahmeraums zu kühlen. Beispielsweise kann dem Röhrengehäuse an entsprechender Stelle ein Kühlkörper aufgelegt sein, der aktiv Wärme entzieht. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Röhrengehäuse im Bereich des Aufnahmeraums eine Kühlleitung auf oder ist an eine Kühlleitung gekoppelt. Über das in den Kühlleitungen befindliche Kühlmittel wird dann die vom Drehanodenteller auf das Röhrengehäuse übertragene Wärme rasch abgeführt. Insbesondere kann das Kühlmittel in einem Kreislauf zirkulieren, wobei entfernt vom Röhrengehäuse die Wärme des abströmenden Kühlmittels in einer Kältemaschine entzogen und das abgekühlte Kühlmittel erneut dem Röhrengehäuse zugeführt wird.
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Durch die vorgenannten Maßnahmen gelingt es, den Drehanodenteller durch unmittelbare Wärmeabfuhr während des Betriebs der Röntgeneinrichtung auf einem gewünschten Temperaturniveau zu halten. Es gelingt dies insbesondere, ohne dass – wie bislang üblich – die Wärme über die Lagerung der Welle abgeführt wird. Da die Wärme unmittelbar am Drehanodenteller auf das Röhrengehäuse übertragen wird, ist ein Magnetlager zur Lagerung der Welle weniger wärmebelastet. Insofern ermöglicht die Erfindung den Einsatz eines Magnetlagers zur berührungslosen Lagerung der Drehanodeneinheit. Hierdurch können höhere Drehzahlen realisiert werden, so dass die Strahlungsleistung des Elektronenstrahls in wünschenswerter Weise erhöht werden kann, ohne dass die Temperaturgrenzen für ein Magnetlager überschritten werden.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehanodenteller über ein Wärmeisolierelement mit der Welle verbunden. Durch diese Maßnahme wird die Welle und damit das daran angebundene Magnetlager zusätzlich thermisch vom Drehanodenteller entkoppelt. Insofern wird Wärme nicht nur unmittelbar am Drehanodenteller auf das Röhrengehäuse übertragen, sondern es wird zusätzlich verhindert, dass Wärme vom Drehanodenteller rasch auf die Welle abgeführt wird. Das Magnetlager ist in dieser Hinsicht in gewisser Weise „doppelt” wärmegesichert.
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Das Wärmeisolierelement besteht beispielsweise aus einem geeigneten Material, welches bei vergleichsweise niedriger Wärmeleitfähigkeit den notwendigen mechanischen Anforderungen entspricht. Unter den Vakuumbedingungen im Inneren des Röhrengehäuses eignet sich für ein Wärmeisolierelement beispielsweise eine entsprechende Keramik. Diese kann beispielsweise durch Löten oder durch Verschrauben mit dem Drehanodenteller verbunden sein. Als Keramiken eignen sich beispielsweise Aluminium-, Silizium- oder Zirkonoxide bzw. Mischoxide hiervon. Diese Keramiken weisen eine vergleichsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit auf.
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In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Wärmeisolierelement ein Wärmeisolierstück aus einer Keramik, welches in axiale Richtung aus einer Anzahl von Schichten unterschiedlichen Materials zusammengesetzt ist. Über den Aufbau als Schichtkörper wird in axialer Richtung die Wärmeleitfähigkeit weiter verschlechtert, da Wärme über mehrere Grenzflächen hinweg übertragen werden muss. Die Wärmeübertragung in axialer Richtung lässt sich für einen Schichtkörper noch weiter verringern, wenn die einzelnen Schichten jeweils über strukturierte Oberflächen aneinander grenzen. Durch eine strukturierte Oberfläche wird gewissermaßen der berührende Querschnitt an den Grenzflächen verringert, so dass der Wärmeleitwert weiter abnimmt. Beispielsweise können Nuten in die Grenzflächen eingebracht sein, so dass die Grenzflächen nur über die erhabenen Stege miteinander in direktem Kontakt stehen.
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Der Wärmeleitwert kann weiter dadurch verringert werden, dass das Wärmeisolierelement mit der Welle über einen reduzierten Radialquerschnitt verbunden ist. Beispielsweise kann der radiale Querschnitt ausgehend vom Drehanodenteller auf den Übergang zur Welle verringert sein. Dafür bietet sich unter Beibehaltung einer genügenden mechanischen Stabilität beispielsweise die Ausgestaltung als ein Hohlrohr an. Bei einem Hohlrohr kann Wärme nur über die Außenwandung abgeleitet werden.
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Der Wärmeübergang vom Drehanodenteller auf die Welle kann schließlich zusätzlich verringert werden, indem die für die Wärme zurückzulegende Wärmestrecke bewusst verlängert wird. In einer vorteilhaften Ausgestaltung geschieht dies dadurch, dass die Wandung des Hohlrohrs in axialer Richtung zur Verlängerung der Wärmestrecke aufgestaucht ist. Mit anderen Worten sind die Wände des Hohlrohrs gegenüber der axialen Richtung aus-, ab- und zurückgebogen.
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Während des Betriebs der Röntgeneinrichtung wird sich der Drehanodenteller noch immer auf Temperaturen oberhalb 1000°C erhitzen. Insofern kann Wärme vom Drehanodenteller auf das Magnetlager noch über vom Drehanodenteller ausgehende Wärmestrahlung übertragen werden. Um das Magnetlager gegenüber Wärmestrahlung abzuschirmen, ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung zwischen dem Drehanodenteller und der Welle zur Abschattung ein Strahlungsschutzschirm angeordnet. Um den Strahlungsschutzschirm von der Welle bzw. der Drehanodeneinheit zu entkoppeln, ist dieser bevorzugt am Röhrengehäuse befestigt. Zur Abschattung kann der Strahlungsschutzschirm zweckmäßigerweise als ein Metallblech ausgefertigt sein.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 schematisch eine Röntgeneinrichtung in einem Axialquerschnitt,
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2 in einer Detailansicht eine Ausführungsvariante des Wärmeisolierelements, und
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3 eine weitere Ausführungsvariante des Wärmeisolierelements.
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1 zeigt einen Ausschnitt einer Röntgeneinrichtung 1 in einem Querschnitt. Die gezeigte Röntgeneinrichtung 1 umfasst eine Röntgenröhre 2 sowie eine Drehanodeneinheit 3. Zur Lagerung der Drehanodeneinheit 3 ist ein Magnetlager 4 vorgesehen. Die Röntgenröhre 2 insgesamt ist in einem Gehäuse 6 der Röntgeneinrichtung 1 untergebracht. Die Drehanodeneinheit 3 ist innerhalb des Röhrengehäuses 8 angeordnet.
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Das Gehäuse 6 ist zur Strahlungsabschirmung als ein mit Blei verkleidetes Aluminiumgehäuse ausgeführt. Das Röhrengehäuse 8 der Röntgenröhre 2 ist vorliegend aus Metall gefertigt. Innerhalb der Röntgenröhre 2 herrscht Hochvakuum. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlung ist eine Kathode 10 vorgesehen, die vorliegend in das Röhrengehäuse 8 eingesetzt ist. Während des Betriebs liegt die Kathode 10 gegenüber der Drehanodeneinheit 3 auf einem Hochspannungspotential. Die Drehanodeneinheit 3 sowie das Röhrengehäuse 8 liegen auf Erdpotential. Zur Isolierung der Hochspannung ist die Kathode 10 mit einem Isolator 11 abgedeckt. In das Röhrengehäuse 8 ist ein Fenster 12 eingesetzt, welches den Austritt der erzeugten Röntgenstrahlen aus der Röntgenröhre 2 ermöglicht.
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Die innerhalb des Röhrengehäuses 8 angeordnete Drehanodeneinheit 3 umfasst einen Drehanodenteller 14 mit einem Targetbereich 16. Der Drehanodenteller 14 ist drehfest an eine Welle 18 gekoppelt. Die Welle 18 ist mittels des Magnetlagers 4 berührungsfrei um eine Drehachse 22 drehbar gelagert.
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Zum Antrieb der Drehanodeneinheit 3 ist ein Abschnitt der Welle 18 als Rotor 28 eines elektrischen Motors 24 ausgebildet. Der elektrische Motor 24 umfasst hierzu eine außerhalb des Röhrengehäuses 8 angeordnete Statorspule 26. Während der Drehung des Drehanodentellers 14 wird der Targetbereich 16 mit einem von der Kathode 10 ausgehenden Elektronenstrahl bestrahlt, so dass als Bremsstrahlung ein Röntgenstrahl emittiert wird. Die Kathode 10 ist hierzu auf den Targetbereich 16 entsprechend ausgerichtet. Der von dem Targetbereich 16 emittierte Röntgenstrahl verlässt das Röhrengehäuse 8 durch das Fenster 12. Der Drehanodenteller 14 ist aus Molybdän gefertigt. Der Targetbereich 16 ist mit Wolfram temperaturgehärtet.
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Das Magnetlager 4 umfasst zur Lagerung der Welle 18 sowohl ein magnetisches Axiallager 34 als auch ein magnetisches Radiallager 36. Beide magnetische Lager können sowohl passiv mittels Permanentmagnete als auch aktiv mittels regelbarer Elektromagnete realisiert sein. Insgesamt wird die Drehanodeneinheit 3 über ihre Welle 18 durch das Magnetlager 4 berührungslos sowohl in axialer Richtung wie in radialer Richtung im Röhrengehäuse 8 gehalten.
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Das Magnetlager 4 weist eine Anzahl von wellenseitigen Rotorkomponenten 38, 39 und eine Anzahl von gehäuseseitigen Statorkomponenten 40, 41 auf. Die Statorkomponenten 40, 41 sind außerhalb des Röhrengehäuses 8 angeordnet. Die der Welle zugeordneten Rotorkomponenten 38, 39 sind aus einem temperaturadaptierten, ferromagnetischen Material ausgebildet. Die Statorkomponenten 40, 41 sind als regelbare aktive Axial- bzw. Radialstabilisierungsmagnete ausgebildet.
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Um eine Wärmeleitung vom Drehanodenteller 14 auf die Welle 18 zu unterdrücken, ist diese vom Drehanodenteller 14 thermisch entkoppelt. Dazu ist die Welle 18 über ein Wärmeisolierelement 49 mit dem Drehanodenteller 14 verbunden. Zusätzlich ist in das Röhrengehäuse 8 ein Strahlungsschutzschirm 52 zur Abschattung der Welle 18 gegenüber einer vom Drehanodenteller 14 während des Betriebs ausgehenden Wärmestrahlung vorgesehen. Das Wärmeisolierelement 49 umfasst ein scheibenförmiges Wärmeisolierstück 50 aus Keramik. Das Wärmeisolierstück 50 ist mit dem Drehanodenteller 14 verbunden, z. B. hartverlötet oder verschraubt. Das Wärmeisolierstück 50 ist über ein Hohlrohr 64, und somit mit einem reduzierten Radialquerschnitt mit der Welle 18 verbunden.
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Durch die geringe Querschnittsfläche des Hohlrohrs 64 wird ein geometrieabhängiger Anteil der Wärmeleitung beeinflusst, so dass die Wärmeübertragung vom Drehanodenteller 14 zu der Welle 18 zusätzlich erschwert ist.
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Die Wände des Hohlrohrs 64 sind in einer Ausgestaltungsvariante in Axialrichtung aufgestaucht, um die zu überbückende Wärmestrecke zu verlängern. Diese Ausgestaltung ist aus der in 2 eingezeichneten Detailvariante A ersichtlich. Zur weiteren Verringerung des Wärmeleitwerts ist in einer anderen oder zusätzlichen Ausgestaltung das Wärmeisolierstück 50 als ein Schichtkörper 65 ausgestaltet, der in axialer Richtung aus einer Anzahl von Keramikschichten zusammengesetzt ist. Dies ist in der Detailansicht B gemäß 3 dargestellt. Durch das Aneinanderfügen mehrerer Schichten, insbesondere aus verschiedenen Keramiken wird der Wärmeübergang zusätzlich erschwert, da jeweils Grenzflächen überbrückt werden müssen. Zu Verringerung der direkten Kontaktfläche sind die Grenzflächen zusätzlich strukturiert.
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Insgesamt wird durch das Wärmeisolierelement 49 eine effektive thermische Entkopplung des Drehanodentellers 14 von der Welle 18 erreicht. Eine Wärmeübertragung vom Drehanodenteller 14 auf die Komponenten des Magnetlagers 4 ist somit blockiert.
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Der Strahlungsschutzschirm 52 ist in der Röntgenröhre 2 zwischen dem Drehanodenteller 14 und der Welle 18 angeordnet. Der Strahlungsschutzschirm 52 ist als ein Metallblech, insbesondere als ein Blech aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung, ausgeführt. Das Blech besitzt eine zentrale Ausnehmung 68, durch welche das Wärmeisolierelement 49 hindurchgeführt ist. Das Magnetlager 4 ist somit gegenüber dem Drehanodenteller 14 abgeschattet. Durch die Ankopplung des Strahlungsschutzschirmes 52 an das Röhrengehäuse 8 wird aufgenommene Wärme auf das Röhrengehäuse 8 abgeleitet.
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Der Drehanodenteller 14 ist über einen massiven, zentralen Zapfen 70 aus Molybdän thermisch unmittelbar an das Röhrengehäuse 8 gekoppelt. Hierzu weist das Röhrengehäuse 8 einen Aufnahmeraum 74 auf, welcher mit einem Flüssigmetall 76 befällt ist. In das Flüssigmetall 76 ragt der Zapfen 70 hinein. Auf diese Weise ist eine drehbare thermische Ankopplung zwischen dem Drehanodenteller 14 und dem Röhrengehäuse 8 gebildet. Der Aufnahmeraum 74 ist in einer oberen Wand 77 des Röhrengehäuses 8 gebildet. Hierzu ist eine Buchse 72 aus Molybdän in das Röhrengehäuse 8 eingesetzt. Alternativ hierzu ist es möglich, den Behälter 72 einstückig mit dem Röhrengehäuse 8 auszubilden. Wie der Darstellung entnommen werden kann, ist die obere Wand 77 mit einer vergleichsweise hohen axialen Wanddicke 78 ausgeführt und zusätzlich mit einer Anzahl von Kühlkanälen 56 durchzogen. Das Flüssigmetall 74 liegt als eine Gallium-Legierung vor.
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Der Zapfen 70 und der Aufnahmeraum 74 bilden kein Gleitlager. Das Spaltmaß des vom Flüssigmetall 76 gefüllten Spaltes zwischen dem Zapfen 70 und der Innenwandung des Aufnahmeraums 74 beträgt in etwa 100 μm.
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Um ein Auslaufen des Flüssigmetalls 76 aus dem Aufnahmeraum 74 zu verhindern, ist eine entsprechende Auslaufsperre 79 vorgesehen, welche insbesondere durch einen mit einer „antibenetzenden” Schicht versehenen Bereich realisiert ist.
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Durch die thermische Ankopplung des Zapfens 70 an die obere Wand 77 des Röhrengehäuses 8 wird die Wärme vom erhitzten Drehanodenteller 14 unmittelbar auf das Röhrengehäuse 8 übertragen. Die obere Wand 77 nimmt hierbei die Wärme vom Drehanodenteller 14 auf, und gibt sie an das in den Kühlleitungen 56 geführte Kühlmittel ab. Das Kühlmittel ist in den Kühlleitungen 56 nach Art eines Kühlmittelkreislaufs geführt.
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Eine Röntgeneinrichtung 1 der dargestellten Art bietet den Vorteil einer berührungslosen Lagerung der Welle 18 durch ein Magnetlager 4, wodurch sich hohe Drehzahlen erreichen lassen. Mit einem Zapfen 70 taucht der Drehanodenteller 14 in eine mit Flüssigmetall 76 gefüllten Aufnahmeraum 74 des Röhrengehäuses 8 ein. Über den Zapfen 70 wird somit während des Betriebs Wärme unmittelbar vom Drehanodenteller 14 auf das Röhrengehäuse 8 abgeleitet. Zusätzlich ist die Welle 18 und somit das Magnetlager 4 über ein Wärmeisolierelement 49 thermisch vom Drehanodenteller 14 abgekoppelt. Somit können hohe Drehzahlen der Drehanodeneinheit 3 erreicht werden, so dass der Leistungseintrag über die Kathode 10 in wünschenswerter Weise weiter erhöht werden kann, ohne dass die Temperaturgrenzen des Drehanodentellers 14 zum einen und des Magnetlagers 4 zum anderen erreicht werden.
