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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit einer Anode, welche ein Phasenwechselmaterial zur Kühlung umfasst, und auf ein Verfahren zur Herstellung der Röntgenröhre.
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Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen mit Röntgenröhren wird ein Großteil der eingesetzten elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese fällt an der Anode an und muss abgeführt werden. Der Betrieb einer Röntgenröhre ist diskontinuierlich. Es erfolgt ein Wechsel zwischen Rüstzeiten, welche z.B. zur Einbringung des zu untersuchenden Körpers und zur Einstellung der Apparatur notwendig sind, und von Zeiten der Aufnahme von Röntgenbildern. Die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen eingebrachte Energie wird durch Wärmeleitung und durch Wärmestrahlung nur allmählich abgegeben, weswegen z.B. Drehanoden in Betrieb sehr heiß werden. Die Rüstzeiten sind in der Regel ausreichend lang, um ein Abkühlen des Systems sicherzustellen.
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Hohe Spitzentemperaturen können jedoch zu Problemen führen, bis hin zur Zerstörung der Röntgenröhre. Deshalb sind hohe Spitzenwerte der Temperatur zu vermeiden. Daraus folgen ein erheblicher konstruktiver Aufwand zur Vermeidung unzulässig hoher thermischer Spannungen und thermischer Überhitzung/Zerstörung in der Anode sowie eine starke Einschränkung hinsichtlich der Werkstoffauswahl. Es muss unter anderem auf teure Werkstoffe wie TZM, einer Legierung aus Titan-Zirkonium-Molybdän, zurückgegriffen werden.
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Ein weiteres Problem sind eventuelle Stromausfälle. Bei Stromausfall während oder direkt nach einer Behandlung bzw. Untersuchung, d.h. nach einer Wärmezufuhr, besteht die Gefahr die Röhre durch zu hohe Temperaturen wegen unzureichender Kühlung zu zerstören. Es besteht bei unzureichender Kühlung ebenfalls die Gefahr der Beschädigung bis hin zur Zerstörung des Flüssigmetalllagers am Anodenfuß. Hier müssen die Temperaturen sicher unter 400°C gehalten werden.
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Generell sind Intensität, Dauer und Häufigkeit der möglichen Röntgensequenzen, die das Röntgensystem charakterisieren, abhängig von der Wärmeabfuhr und der Wärmepufferung des Drehanodentellers.
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Die Temperaturen in der Anode sind so niedrig wie möglich zu halten, z.B. durch Verbesserung der Kühlkonzepte. Wie bereits beschrieben, sind dabei die Möglichkeiten begrenzt. Für einen Stromausfall bzw. einen Ausfall des Kühlsystems wird eine Batterie im System vorgesehen, die kurzzeitig bis zum Anlauf der Notstromversorgung genügend Energie für den Antrieb einer Kühlmittelpumpe bereitstellt. Dadurch kann versucht werden, so lange wie möglich die in Richtung Anodenachse abfließende Wärme auf das Gesamtsystem zu verteilen. Eine weitere Möglichkeit ist es, den Drehanodenteller mit einer großen Wärmekapazität auszustatten. Dies kann z.B. durch Vergrößerung des Radius des Drehtellers oder durch Aufbringen von Graphit auf den Drehteller für eine bessere Wärmeableitung erfolgen. Dadurch werden jedoch der Aufwand und die Kosten erhöht.
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Eine mögliche Lösung des Problems ist die Verwendung von Phasenwechselmaterialien. Aus dem Stand der Technik, z.B. der
DE10064341C2 ist die Kühlung von Röntgenröhren über Phasenwechselmaterialien bekannt. An einer Seite der Röntgenröhre wird in einem Behältnis ein Phasenwechselmaterial in thermischen Kontakt mit dem Material der Anode der Röntgenröhre gebracht. Das Phasenwechselmaterial nimmt im Betrieb die entstehende Wärmemenge teilweise auf und gibt sie in den Rüstzeiten an die Umgebung ab.
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Phasenumwandlungs- oder Phasenwechselmaterialien, im Folgenden auch als PCM (phase change material) bezeichnet, sind Latentwärmespeicher. Ein solcher Latentwärmespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass das PCM, zum Beispiel Paraffin, ein geeignetes Salz oder Metall, bei einer bestimmten Grenztemperatur die für Paraffin bei beispielsweise ca. 50°C und bei Salzen oder Metallen gewöhnlich darüber liegt (größer 500°C), eine Phasenumwandlung vollzieht. Während der Phasenumwandlung, bei der es sich gewöhnlich um die Phasenumwandlung zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand handelt, bleibt die Temperatur des PCM trotz Wärmezufuhr praktisch konstant, da die zugeführte Energie, die der Schmelzentalphie entspricht, für die Phasenumwandlung benötigt wird. Die dem Latentwärmespeicher während der Phasenumwandlung des PCM zugeführte Wärme wird also in dem Latentwärmespeicher zwischengespeichert und erst bei einer Umkehrung der Phasenumwandlung wieder frei. Bei Energiezufuhr erfolgt eine Erwärmung des PCM über die Grenztemperatur hinaus erst dann, wenn die Phasenumwandlung des PCM vollständig abgeschlossen ist und die Energiezufuhr weiter aufrecht erhalten wird. Um eine gute Kühlung mit PCM nach dem Stand der Technik zu gewährleisten, sind Wärmeleitrippen notwendig.
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Nachteilig am Einsatz von Wärmeleitrippen ist jedoch, dass diese zu einem Dichteunterschied führen, welcher bei der Rotation der Anode Problemen ergeben kann. Das einseitige Anbringen des Phasenwechselmaterials mit Wärmeleitrippen an die Anode kann bei Rotation der Anode zu Unwuchten führen, bis hin zur Zerstörung der Röntgenröhre. Der Aufbau der Röntgenröhre mit Phasenwechselmaterial in einem Behältnis, welches aus einem anderen Material als die Anode selbst besteht, und mit Wärmeleitrippen ist kompliziert. Die Verwendung von unterschiedlichen Materialien führt bei thermischer Ausdehnung zu mechanischen Spannungen. Diese können zur Zerstörung des Aufbaus führen. Ferner geht durch die Wärmeleitrippen Platz für Phasenwechselmaterial verloren.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche die zuvor genannten Probleme verringern oder vollständig überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Röntgenröhre anzugeben, welche einen einfachen Aufbau aufweist, einfach und kostengünstig herzustellen ist, und im Betrieb zuverlässig sowie langlebig funktioniert.
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Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Röntgenröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und des Verfahrens zur Herstellung der Röntgenröhre gehen aus den jeweils zugeordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert werden.
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Die erfindungsgemäße Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung umfasst eine Anode mit einem Phasenwechselmaterial zur Kühlung der Anode. Das Phasenwechselmaterial ist im Anodenmaterial angeordnet bzw. integriert.
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Durch die Anordnung des Phasenwechselmaterials im Anodenmaterial kann auf ein Behältnis für das Phasenwechselmaterial verzichtet werden. Die Erhöhte Kontaktfläche zwischen Phasenwechselmaterial und Anodenmaterial im Vergleich zum zuvor beschriebenen Stand der Technik, bei welchem das Phasenwechselmaterial nur auf einer Seite der Anode befestigt ist, ermöglicht einen guten Wärmetransport vom Anodenmaterial zum Phasenwechselmaterial und erlaubt damit auf Wärmeleitrippen zu verzichten. Dadurch ist bei gleicher zusätzlich an der Anode befestigter Masse die Verwendung von mehr Phasenwechselmaterial möglich, was eine verbesserte Kühlung ergibt. Durch Wegfall der Wärmeleitrippen und des Behältnisses zur Befestigung des Phasenwechselmaterials wird der Aufbau der Röntgenröhre vereinfacht sowie Kosten gespart. Die Anordnung des Phasenwechselmaterials nicht einseitig an der Außenseite des Anodenmaterials, sondern im Inneren verringert bzw. vermeidet bei Drehung der Anode im Betrieb der Röntgenröhre Unwuchten, welche die Röntgenröhre beschädigen können bis hin zur Zerstörung.
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Das Phasenwechselmaterial kann ein hochwärmeleitfähiges Phasenwechselmaterial sein. Mögliche Materialien sind Aluminium, oder Kupfer, oder Messing, oder Silizium oder Legierungen, welche Aluminium, und/oder Kupfer, und/oder Messing, und/oder Silizium umfassen. Die Verwendung von hochwärmeleitfähigem Phasenwechselmaterial verbessert die Kühlwirkung im Betrieb zusätzlich. Das Anodenmaterial kann eine Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung umfassen oder sein. Im Gegensatz zu üblichen PCM aus dem Stand der Technik, welche Paraffin oder Salze umfassen, können Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Messing besser die Wärme leiten und weisen eine hohe Schmelzenthalpie auf. Dadurch kann viel Wärmemenge gespeichert werden und die geringe Dichte von z.B. Aluminium führt zu verringerten Problemen bei der Rotation der Anode.
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Im Inneren der Anode kann eine Kavität gebildet sein, in welcher das Phasenwechselmaterial angeordnet ist. Zum Befüllen der Kavität und zum Ausgleich von Materialausdehnungen im Betrieb kann eine Öffnung der Kavität zur Umgebung der Anode vorgesehen sein. Die Kavität im Anodenmaterial bildet ein Behältnis für das Phasenwechselmaterial, welches im Bezug auf die Anode keinen mechanischen Spannungen ausgesetzt ist, da keine unterschiedlichen Materialien aufeinander treffen. Dies erhöht die Stabilität und Lebensdauer der Röntgenröhre. Spannung zwischen Phasenwechselmaterial und Anodenmaterial werden in der Regel bei Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials automatisch abgebaut. Volumenänderungen des Phasenwechselmaterials können über die Öffnung ausgeglichen werden.
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Die Kavität kann unterschiedliche Formen aufweisen, z.B. ein quaderförmiges Volumen oder ein rotationssymmetrisches Volumen, insbesondere ein zylinderförmiges Volumen. Eine zylinderförmige Kavität kann unter Umständen einfacher herzustellen sein. Eine rotationssymmetrische, insbesondere ein zylinderförmige Kavität kann eine gemeinsame Achse mit der Rotationsachse der Anode ausbilden, wodurch Unwuchten bei Rotation der Anode durch unterschiedliche Masseverteilungen weiter reduziert bzw. vermieden werden.
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Die Anode kann aus wenigstens zwei Teilen aufgebaut sein, insbesondere aus genau zwei Teilen, welche miteinander verbunden sind. Die wenigstens oder genau zwei Teile umschließen gemeinsam eine Kavität, in welcher das Phasenwechselmaterial angeordnet ist. Durch den Aufbau aus zwei Teilen ist die Kavität im Inneren der Anode leicht herzustellen. Alternativ kann die Kavität aber auch in einer einteiligen Anode z.B. als Bohrung, Fräsung oder durch Funkenerosion eingebracht werden.
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Bei einer zwei oder mehrteiligen Anode können die wenigstens zwei Teile z.B. durch eine Schweißverbindung, insbesondere durch eine Reibschweißverbindung zusammengefügt sein. Die Kavität kann durch Funkenerosion aus dem Anodenmaterial hergestellt sein, aber auch durch andere Verfahren wie Fräsen, oder die Teile können z.B. beim Gießen in ihrer Form schon mit Vertiefungen hergestellt sein, welche dann die Kavität ergeben.
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Das Phasenwechselmaterial kann zum Anodenmaterial ein Volumenverhältnis größer 1 zu 10, insbesondere größer 1 zu 5 aufweisen. Je mehr Phasenwechselmaterial vorhanden ist, desto mehr Wärme kann im Betrieb der Röntgenröhre abgeführt bzw. zwischengespeichert werden und desto besser funktioniert die Kühlung. Bei Röntgenröhren im Stand der Technik ist die Menge an Phasenwechselmaterial jedoch stark beschränkt, da es durch die Größe des Behältnisses und der Wärmeleitstruktur wie z.B. Kühlrippen begrenzt ist, und im geschmolzenen Zustand zu Unwuchten führen kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Röntgenröhre umfasst, dass das Phasenwechselmaterial in flüssiger Form insbesondere durch Gießen in die Anode eingebracht wird. Dies ermöglicht eine sehr gleichmäßige Verteilung des Phasenwechselmaterials in der Kavität und ein vollständiges Ausfüllen der Kavität. Dadurch werden Unwuchten vermieten und die Kavität kann maximal mit Phasenwechselmaterial befüllt werden, womit viel Phasenwechselmaterial als thermischer Puffer zur Verfügung steht.
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Das Phasenwechselmaterial kann in flüssiger Form über eine Bohrung ins Innere der Anode eingebracht werden. Die Bohrung kann zum Ausgleich von Volumenänderungen des Phasenwechselmaterials im Betrieb der Röntgenröhre dienen und ermöglicht eine einfache Einbringung in die Kavität auch bei schon zusammengesetzter Anode aus einzelnen Teilen.
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Das Phasenwechselmaterial kann ausschließlich mit einem Anodenmaterial in Kontakt stehen, insbesondere mit einer Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung, zur Verringerung von Spannungen bei thermisch bedingten Volumenänderungen. Dadurch, dass keine weiteren Materialien außer Phasenwechselmaterial und Anodenmaterial in Kontakt stehen, d.h. keine Materialien des Behältnisses oder von Kühlrippen, und dadurch dass das Phasenwechselmaterial im flüssigen Zustand zu keinen mechanischen Spannungen mit dem Anodenmaterial führt, können keine Probleme wie Abplatzen oder Verbiegen durch mechanische Spannungen an Kontaktstellen von Materialien mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen.
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Die mit dem Verfahren zur Herstellung der Röntgenröhre verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf die Röntgenröhre beschrieben wurden und vice versa.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
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Es wird in den Figuren dargestellt:
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1 eine Röntgenröhre nach dem Stand der Technik im Längsschnitt, und
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2 in einer vergrößerten Darstellung einen teilweisen Längsschnitt durch die Anode gemäß 1 und den mit dieser verbundenen Latentwärmespeicher, und
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3 einen Längsschnitt durch die Anode einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre mit PCM im Inneren.
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Die 1 zeigt eine Röntgenröhre nach dem Stand der Technik, deren Vakuumgehäuse 1 in schematisch angedeuteter Weise (Lager L1 und L2) um eine Drehachse D drehbar gelagert ist. Das Vakuumgehäuse 1 ist bezüglich der Drehachse D im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Im Inneren des Vakuumgehäuses 1 ist ein Elektronenemitter 2 mit Fokussierungselektrode 3 angeordnet, der im Betrieb der Röntgenröhre in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise durch einen Heizstrom beheizt wird und einen in 1 mit E bezeichneten Elektronenstrahl vorzugsweise kreisförmigen Querschnitts aussendet.
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Der Elektronenstrahl E trifft im Betrieb der Röntgenröhre auf eine Anode 4 auf, da zwischen der Anode 4 und dem in nicht näher dargestellter Weise von dieser elektrisch isolierten Elektronenemitter 2 in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise eine Beschleunigungsspannung, die sogenannte Röhrenspannung, anliegt. Die durch die Röhrenspannung beschleunigten Elektronen des Elektronenstrahls E treffen mit solcher Energie auf die Anode 4 auf, dass von dem im Folgenden als Brennfleck BF bezeichneten Auftreffort des Elektronenstrahls E Röntgenstrahlung ausgeht.
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In 1 ist die von dem Brennfleck BF ausgehende und durch einen als Strahlenaustrittsfenster 5 dienenden ringförmigen Bereich verringerter Wandstärke des Vakuumgehäuses 1 austretende Röntgenstrahlung durch einige mit R bezeichnete Pfeile veranschaulicht.
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Die Anode 4 bildet übrigens eine Wandung des Vakuumgehäuses 1, nämlich sozusagen dessen Boden.
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Um zu erreichen, dass sich der Brennfleck BF im Betrieb der Röntgenröhre an der gewünschten Stelle auf der Anode 4 ausbildet und trotz der Rotation der Röntgenröhre ortsfest bleibt, ist ein relativ zu dem Vakuumgehäuse 1 stationäres, d.h. nicht mit dem Vakuumgehäuse 1 rotierendes, Ablenksystem 6 vorgesehen, das im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise mit geeigneten Strömen versorgte Spulen enthält, die zum einen eine Fokussierung und zum anderen die erforderliche Ablenkung des Elektronenstrahls E bewirken.
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Wie aus der 2 ersichtlich ist, weist die Anode 4 einen Grundkörper 9 auf, der beispielsweise aus Molybdän gebildet ist, und in demjenigen Bereich, in dem er wegen der Rotation der Röntgenröhre von dem Elektronenstrahl E überstrichen wird, mit einer Brennbahn 10 versehen ist, die beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung gebildet ist. Alternativ kann auf die Brennbahn 10 verzichtet werden bei Verwendung von Anodenmaterialien aus z.B. Titan-Zirkonium-Molybdän Legierungen.
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Um die im Betrieb der Röntgenröhre in die Anode 4 eingebrachte Verlustwärme abführen zu können, ist die Außenseite der Anode 4 mit einem insgesamt mit 7 bezeichneten, in 1 nur schematisch angedeuteten Latentwärmespeicher versehen, dem Mittel zum Beaufschlagen mit einem gasförmigen Kühlmedium zugeordnet sind, die in 1 durch einen den Latentwärmespeicher mit Umgebungsluft beaufschlagendes Gebläse 8 veranschaulicht sind.
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Der Latentwärmespeicher 7 dient als Zwischenspeicher für die im Betrieb der Röntgenröhre anfallende Verlustwärme, so dass eine kontinuierliche Abfuhr der auf der Anode 4 anfallenden Verlustwärme nicht notwendig ist. Damit besteht die Möglichkeit, auf ein flüssiges Kühlmedium zur Abfuhr der auf der Anode 4 anfallenden Verlustwärme zu verzichten und stattdessen die in dem Latentwärmespeicher 7 zwischengespeicherte Verlustwärme mittels eines gasförmigen Kühlmediums, nämlich der dem Latentwärmespeichers 7 mittels des Gebläses 8 zugeführten Umgebungsluft, abzuführen.
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Durch den Verzicht auf ein flüssiges Kühlmedium sind die damit üblicherweise verbundenen hohen Reibungsverluste vermieden.
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Wie bereits eingangs erwähnt wurde, enthält der Latentwärmespeicher 7 PCM 11, welches im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels in einem zu der Anode 4 hin offenen, topfförmigen Gehäuse 12 aufgenommen ist.
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Um eine gute thermische Kopplung der Anode 4 mit dem in dem Latentwärmespeicher 7 enthaltenen PCM 11 zu gewährleisten, ist an der Außenseite der Anode 4 ein Wärmeleitkörper 13 vorgesehen, der im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels aus Kupfer besteht. Der Wärmeleitkörper 13 ist durch Löten oder Schweißen flächenhaft mit der Anode 4 verbunden, was erleichtert wird, wenn die beiden zu verbindenden Flächen wie im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels plan sind.
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Um den Wärmeübergang zwischen Anode 4 und PCM 11 weiter zu verbessern, weist der Wärmeleitkörper 13 vorzugsweise ringförmige Rippen auf, von denen eine in 2 mit 14 bezeichnet ist, die mit dem PCM 11 in Eingriff stehen.
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Um die Abfuhr von in dem Latentwärmespeicher 7 gespeicherter Wärme durch den durch das Gebläse 8 erzeugten Luftstrom zu verbessern, kann der Latentwärmespeicher 7, wie in 2 gestrichelt angedeutet, an seiner von der Anode 4 abgewandten Stirnseite mit einem Kühlkörper 15 versehen sein.
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Der Latentwärmespeicher 7 und gegebenenfalls der Kühlkörper 15 sowie der Wärmeleitkörper 13 mit den Rippen 14 sind übrigens ebenso wie die Anode 4 und die Röntgenröhre insgesamt wesentlich rotationssymmetrisch zur Drehachse D ausgebildet.
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Die 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Anode 4 einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre mit PCM 11 im Inneren, d.h. in einer Kavität 18 in der Anode 4. Die Anode 4 ist aus zwei Teilen aufgebaut, welche durch eine Schweißverbindung 16 miteinander mechanisch fest und flüssigkeitsdicht verbunden sind. In den zwei Teilen der Anode 4 ist jeweils auf der Seite, auf welcher sie miteinander verschweißt sind, deckungsgleich und spiegelverkehrt eine Vertiefung eingebracht, welche die Kavität 18 ergeben. Die Vertiefungen können z.B. durch Fräsen oder durch Funkenerosion in die Oberfläche eingebracht sein.
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Die Kavität 18 ist fluiddicht mit Ausnahme einer oder mehrerer Bohrungen 17, welche zum Einbringen des PCM 11 von der Außenseite der Anode 4 zur Kavität 18 durchgehend ausgebildet sind. Unter Bohrung 17 ist im Weiteren allgemein eine Öffnung zu verstehen, welche nicht nur durch Bohren, sondern z.B. auch durch Fräsen oder Funkenerosion erzeugt sein kann. Durch die Bohrungen kann nach dem Zusammenfügen der Teile der Anode 4 das PCM 11 z.B. durch Gießen in flüssiger Form eingebracht werden, bis die Kavität 18 vollständig mit PCM 11 befüllt ist. Das eingebrachte PCM 11 kann nach Einbringen zunächst erstarren. Im Betrieb der Röntgenröhre verflüssigt sich das Material dann wieder und verteilt sich gleichmäßig über den Umfang, was einer möglichen Unwucht entgegenwirkt. Bei Entstehen von Unwuchten durch die Borungen 17 können zusätzliche Wuchtbohrungen, welche der Einfachheit halber nicht in den Figuren dargestellt sind, zur Kompensation bzw. Verringerung der Unwucht in die Anode 4 eingebracht werden.
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Die Bohrung ist schräg nach Oben in Richtung des in 3 nicht dargestellten Elektronenemitters 2 ausgeführt, mit einer Neigung in Richtung Drehachse D. Durch die Neigung der Bohrung 17 in Richtung Drehachse D und die Ausbildung nach Oben, gegen die Richtung der Schwerkraft, verbleibt das PCM 11 auch in flüssiger Form bei Drehung der Anode in der Kavität 18. Die Bohrung 17 kann offen bleiben und als Ausgleich für Volumenänderungen des PCM 11 in der Kavität 18 dienen, ohne dass das flüssige PCM 11 ausläuft.
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Bei Ausführung der Anode 4 aus einem Material, wie z.B. einer Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung, kann auf eine Brennbahn 10 aus einem anderen als dem Anodenmaterial verzichtet werden. Bei Verwendung von hochwärmeleitfähigem PCM, insbesondere Aluminium, oder Kupfer, oder Messing, oder Silizium oder deren Legierungen, kann auf eine zusätzliche Kühlung verzichtet werden oder eine höhere Leistung erreicht werden, da dieses genügend Wärmekapazität bei ausreichend großer Kavität 4 besitzt, um die im Betrieb der Röntgenröhre entstehende Wärmemenge vollständig aufzunehmen und in Betriebspausen wieder abzugeben. Es kann ebenfalls auf die Verwendung von Wärmeleitkörpern 13 und Kühlkörpern 15 sowie auf Behältnisse wie z.B. dem Gehäuse 12 verzichtet werden, durch Einbringung und direkte Anordnung von hochwärmeleitfähigem PCM in der Kavität 18 im Inneren der Anode 4.
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Die erfindungsgemäße Röntgenröhre kann in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise in einem Schutzgehäuse aufgenommen sein, wobei anders als bei herkömmlichen Röntgenröhren das Schutzgehäuse keine Flüssigkeit enthält, sondern von einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere der Umgebungsluft, durchströmt ist, wobei die Strömung beispielsweise durch ein Gebläse aufrecht erhalten wird. Alternativ kann die erfindungsgemäße Röntgenröhre in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise in einem Ölbad oder in einem von Öl durchströmten Gefäß untergebracht sein. Die Röntgenröhre kann eine stationäre Anode oder eine Drehanode umfassen.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Röntgenröhre können wie folgt zusammengefasst werden:
- – Geringere zeitliche Spitzen-Temperaturen in der Anode 4, damit geringere Materialbelastung.
- – Geringerer Konstruktions- und Fertigungsaufwand im Vergleich zum Stand der Technik z.B. durch den Verzicht auf Wärmeleitkörper 13, kein drittes Material notwendig.
- – Aufgrund der kleinen Dichte z.B. von Aluminium verringern sich die Fliehkräfte.
- – Durch das Entfallen der Wärmeleitrippen 14 verbleibt ein größeres Volumen für das PCM-Material 11.
- – Gegebenenfalls entfallen aufwändig herzustellende Dehnungsfugen z.B. im Drehteller, da starke Temperaturschwankungen und damit verbundene Materialverwerfungen vermieden werden können.
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Die effektive Wärmeleitfähigkeit von Brennring zum restlichen Anodenteller wird durch freie Konvektion des flüssigen PCM-Materials deutlich erhöht.
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Die Erfindung kann übrigens auch bei solchen Röntgenröhren zur Anwendung kommen, bei denen in aus der
US 5 046 186 an sich bekannter Weise der Elektronenemitter relativ zu dem Vakuumgehäuse drehbar gelagert ist und durch geeignete Maßnahmen relativ zu dem Vakuumgehäuse ortsfest gehalten wird. Auch auf andere Typen von Röntgenröhren kann die Erfindung angewendet werden.
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Die erfindungsgemäße Röntgenröhre soll nicht nur auf das in 3 beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sein, sondern kann auch Merkmale aufweisen, welche z.B. zuvor unter dem Stand der Technik beschrieben wurden. Jegliche Kombination von beschriebenen Ausführungsbeispielen ist von der Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10064341 C2 [0007]
- US 5046186 [0051]
