DE102011082685A1 - Anode device, useful for X-ray tube, comprises anode body comprising focal spot range, receiving device that is attached at anode body in area adjacent to focal spot range, and latent heat storage element arranged in receiving device - Google Patents

Anode device, useful for X-ray tube, comprises anode body comprising focal spot range, receiving device that is attached at anode body in area adjacent to focal spot range, and latent heat storage element arranged in receiving device Download PDF

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Abstract

The anode device comprises an anode body (2), which comprises a focal spot range (3) and is adapted to produce an X-ray radiation at an impinging of an electron ray on the focal spot range, a receiving device (4), which is attached at the anode body in an area adjacent to the focal spot range, and a latent heat storage element (4a), which is arranged in the receiving device. The anode body is a rotating anode plate for a rotating anode X-ray tube. The focal spot range is a focal path circulating in an outer region of the rotating anode plate on a first surface of the rotating anode plate. The anode device comprises an anode body (2), which comprises a focal spot range (3) and is adapted to produce an X-ray radiation at an impinging of an electron ray on the focal spot range, a receiving device (4), which is attached at the anode body in an area adjacent to the focal spot range, and a latent heat storage element (4a), which is arranged in the receiving device. The anode body is a rotating anode plate for a rotating anode X-ray tube. The focal spot range is a focal path circulating in an outer region of the rotating anode plate on a first surface of the rotating anode plate. The receiving device comprises: an annular structure, which is arranged on a second surface of the rotating anode plate in an outer region of the rotating anode plate opposite to the first surface; an outward dense housing; and a foam material with pores taken up in the housing. The latent heat storage element comprises a phase change material that is injected into the pores of the foam material, hollow spheres taken up in the housing, where the spheres are filled with the phase change material, and composite particles, which comprise a core from the phase change material and a casing from an inert material opposite to the phase change material. The phase change material comprises a metallic alloy such as a eutectic alloy, a salt hydrate, a carbonate mixture, an ionic liquid or paraffin. The phase change material is coupled with the rotating anode plate to receive heat that is generated by an irradiation of the rotating anode plate with the electron ray. An independent claim is included for a method of producing an anode device.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anodenvorrichtung mit Wärmespeicher für Röntgenröhren, ein Verfahren zum Herstellen einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre, und eine Röntgenröhre mit wärmespeichernder Anodenvorrichtung. The present invention relates to an anode device with heat storage for X-ray tubes, a method of manufacturing an anode device for an X-ray tube, and an X-ray tube with heat-storing anode device.

Stand der Technik State of the art

Röntgenröhren befinden sich üblicherweise in evakuierten Gehäusen, in denen eine Kathode und eine Anode untergebracht sind. Die Kathode emittiert dabei einen Elektronenstrahl, welcher auf die Anode an einer definierten Stelle, dem so genannten Brennfleck, auftrifft. Dadurch wird Röntgenstrahlung vom Material der Anode abgegeben. X-ray tubes are usually in evacuated housings in which a cathode and an anode are housed. The cathode emits an electron beam, which impinges on the anode at a defined location, the so-called focal spot. As a result, X-ray radiation is emitted from the material of the anode.

Nur ein geringer Teil der im Brennfleck der Anode eingebrachten Energie wird tatsächlich in Röntgenstrahlung umgesetzt, der erheblich größere Anteil von etwa 99 % wird in Wärmeenergie verwandelt. Diese Wärmeenergie heizt die Anode sehr schnell auf. Im Brennfleck können dadurch hohe Temperaturen entstehen, die das Anodenmaterial beschädigen, beispielsweise durch Schmelzen und sukzessives Verformen des Anodenmaterials oder durch zyklische thermische Verspannungen, was daraufhin zu erhöhten Ausfallraten der Röntgenröhre führen kann. Only a small part of the energy introduced in the focal spot of the anode is actually converted into X-radiation, the considerably larger proportion of about 99% being converted into heat energy. This heat energy heats up the anode very quickly. As a result, high temperatures can occur in the focal spot which damage the anode material, for example by melting and successive deformation of the anode material or by cyclic thermal stresses, which can then lead to increased failure rates of the X-ray tube.

Das Problem wird dadurch verstärkt, dass die in der Anode entstehende Wärme nur schwer wieder abgeführt werden kann. Das üblicherweise durch Kühlfluid gekühlte evakuierte Gehäuse ist nur über die elektrischen Kontakte und die Anbringung wärmeleitend mit der Anode in Kontakt. Die Abgabe von Wärmestrahlung ist hingegen zu langsam, um die entstehende Wärme schnell genug wieder abzugeben. Gerade bei medizintechnischen Röntgenröhren kann es in Abhängigkeit von der Anwendung zu längeren Bestrahlzeiten kommen, so dass der Wärmeeintrag in das Anodenmaterial beträchtlich sein kann. Typische Bestrahlzeiten liegen im Bereich der Computertomographie bei einigen Sekunden, im Bereich der Fluoroskopie oder Angiographie bei einigen Minuten. The problem is aggravated by the fact that the heat generated in the anode can be removed with difficulty. The evacuated housing, which is usually cooled by cooling fluid, is in heat-conducting contact with the anode only via the electrical contacts and the attachment. The release of heat radiation, however, is too slow to release the resulting heat quickly enough. Particularly with medical-technical X-ray tubes, depending on the application, longer irradiation times can occur, so that the heat input into the anode material can be considerable. Typical irradiation times are in the range of computed tomography at a few seconds, in the area of fluoroscopy or angiography at a few minutes.

Die Druckschrift DE 199 45 416 A1 offenbart eine Kühleinrichtung für ein Gehäuse einer Röntgenröhre, welches ein Phasenumwandlungsmaterial aufweist. The publication DE 199 45 416 A1 discloses a cooling device for a housing of an X-ray tube, which comprises a phase change material.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht also darin, eine Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre bereitzustellen, mit der eine Überhitzung der Anode vermieden und somit die Betriebsdauer der Röntgenröhre erhöht werden kann, ohne die Röntgenröhre zu beschädigen. An object of the present invention is therefore to provide an anode device for an X-ray tube, with the overheating of the anode avoided and thus the operating time of the X-ray tube can be increased without damaging the X-ray tube.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht daher in einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre, mit einem Anodenkörper, welcher einen Brennfleckbereich aufweist, und welcher dazu ausgelegt ist, bei einem Auftreffen eines Elektronenstrahls auf den Brennfleckbereich Röntgenstrahlung zu erzeugen, einer Aufnahmeeinrichtung, welche an dem Anodenkörper in einem dem Brennfleckbereich benachbarten Bereich angebracht ist, und mindestens einem Latentwärmespeicherelement, welches in der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. One aspect of the present invention is therefore an anode device for an X-ray tube, comprising an anode body having a focal spot region and adapted to generate X-radiation when an electron beam strikes the focal spot region, a capture device located on the anode body in one The region adjacent to the focal spot region is attached, and at least one latent heat storage element, which is arranged in the receiving device.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung eine Röntgenröhre, mit einer erfindungsgemäßen Anodenvorrichtung. In another aspect, the invention provides an x-ray tube having an anode device according to the invention.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verwenden eines mit einem Drehanodenteller gekoppelten Phasenwechselmaterials zur Aufnahme von Wärme, welche beim Bestrahlen des Drehanodentellers mit einem Elektronenstrahl entsteht. According to a further aspect, the invention relates to using a phase change material coupled to a rotary anode plate for absorbing heat which is produced when the rotary anode plate is irradiated with an electron beam.

Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre, mit den Schritten des Anbringens einer Aufnahmevorrichtung an einem Drehanodenteller, und des Anordnens mindestens eines Latentwärmespeicherelements in der Aufnahmevorrichtung. According to a further aspect, the invention provides a method for producing an anode device for an x-ray tube, comprising the steps of attaching a receiving device to a rotary anode plate, and arranging at least one latent heat storage element in the receiving device.

Ein wesentlicher Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die bei einem Bestrahlen einer Anode einer Röntgenröhre auftretende Wärmeenergie in einen Latentwärmespeicher nahe dem Brennfleckbereich abzuführen. Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Erhitzung der Anode über eine Phasenumwandlungstemperatur des Latentwärmespeichers hinaus vermieden oder zumindest hinausgezögert und die sichere Betriebsdauer der Röntgenröhre verlängert werden. An essential basic idea of the invention consists in dissipating the heat energy occurring when an anode of an X-ray tube is irradiated into a latent heat store near the focal spot area. As a result, heating of the anode beyond a phase transition temperature of the latent heat accumulator can advantageously be avoided or at least delayed, and the safe operating time of the x-ray tube can be extended.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Speicherdichte von Latentwärmespeichern sehr hoch ist und das Gesamtgewicht des Anodenkörpers gering gehalten werden kann. Insbesondere für Drehanoden ist dies vorteilhaft, da das Trägheitsmoment des Drehanodentellers minimiert werden kann. An advantage of the invention is that the storage density of latent heat storage is very high and the total weight of the anode body can be kept low. This is advantageous in particular for rotary anodes since the moment of inertia of the rotary anode plate can be minimized.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Latentwärmespeicher an die jeweilige Anwendung angepasst werden kann, um andere Teile der Anodenvorrichtung wie beispielsweise Gleitlager einer Drehanode gegenüber Überhitzung geschützt werden können. Another advantage of the invention is that the latent heat storage can be adapted to the particular application to other parts of the anode device such as plain bearings of a rotary anode can be protected against overheating.

Die Anodenvorrichtung kann in einer vorteilhaften Ausführungsform ein Drehanodenteller sein und der Brennfleckbereich eine in einem Außenbereich des Drehanodentellers auf einer ersten Oberfläche des Drehanodentellers umlaufende Brennbahn. Dabei kann die Aufnahmevorrichtung eine ringförmige Struktur aufweisen, welche auf einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Drehanodentellers in einem Außenbereich des Drehanodentellers angeordnet ist. Mit dieser Anordnung kann ein gute thermische Anbindung an den Brennfleckbereich erzielt und zugleich eine symmetrische Massenverteilung des Latentwärmespeichers erreicht werden. In an advantageous embodiment, the anode device may be a rotary anode plate and the focal spot region may be one in one Exterior of the rotary anode plate on a first surface of the rotary anode plate rotating focal path. In this case, the receiving device may have an annular structure which is arranged on a second surface of the rotary anode plate opposite the first surface in an outer region of the rotary anode plate. With this arrangement, a good thermal connection to the focal spot area can be achieved and at the same time a symmetrical mass distribution of the latent heat accumulator can be achieved.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Aufnahmeeinrichtung ein nach außen dichtes Gehäuse und ein in dem Gehäuse aufgenommenes Schaummaterial mit einer Vielzahl von Poren umfassen. Dabei kann das mindestens eine Latentwärmespeicherelement ein Phasenwechselmaterial umfassen, welches in die Poren des Schaummaterials injiziert ist. Auf diese Weise kann bei einem Aufschmelzen des Phasenwechselmaterials eine Gewichts- und damit Schwerpunktverlagerung des Phasenwechselmaterials vermieden werden, so dass das Auftreten einer Unwucht des Drehanodentellers im Betrieb verhindert werden kann. According to an advantageous embodiment, the receiving device may comprise an outwardly sealed housing and a foam material accommodated in the housing with a plurality of pores. In this case, the at least one latent heat storage element may comprise a phase change material which is injected into the pores of the foam material. In this way, when the phase change material melts, a weight shift and therefore a center of gravity displacement of the phase change material can be avoided, so that the occurrence of an imbalance of the rotary anode plate during operation can be prevented.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Aufnahmeeinrichtung ein nach außen dichtes Gehäuse umfassen und das mindestens eine Latentwärmespeicherelement eine Vielzahl von in dem Gehäuse aufgenommenen Hohlkugeln aufweisen, welche mit einem Phasenwechselmaterial gefüllt sind. Dies bietet den Vorteil, dass das Phasenwechselmaterial sicher in den Hohlkugeln eingeschlossen bleibt und nicht aus der Aufnahmeeinrichtung austreten kann. Zudem kann eine Schwerpunktsverlagerung bei einem Aufschmelzen des Phasenwechselmaterials effektiv vermieden werden. According to an advantageous embodiment, the receiving device may comprise a housing which is sealed to the outside, and the at least one latent heat storage element may have a multiplicity of hollow spheres accommodated in the housing, which are filled with a phase change material. This offers the advantage that the phase change material remains securely trapped in the hollow balls and can not escape from the receiving device. In addition, a center of gravity shift can be effectively avoided when melting the phase change material.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das mindestens eine Latentwärmespeicherelement eine Vielzahl von Kompositpartikeln umfassen, welche einen Kern aus einem Phasenwechselmaterial und eine Hülle aus einem gegenüber dem Phasenwechselmaterial inerten Material aufweisen. According to a further advantageous embodiment, the at least one latent heat storage element may comprise a multiplicity of composite particles which have a core of a phase change material and a sheath of a material which is inert to the phase change material.

Vorteilhaferweise kann das Phasenwechselmaterial eine metallische Legierung, vorzugsweise eine eutektische Legierung, ein Salzhydrat, eine Carbonatmischung, eine ionische Flüssigkeit oder Paraffin umfassen. Auf diese Weise kann ein Schmelzpunkt an die jeweilige Anwendung angepasst oder ein möglichst unverändertes Schmelzverhalten nach langer Gesamtbestrahlzeit garantiert werden. Advantageously, the phase change material may comprise a metallic alloy, preferably a eutectic alloy, a salt hydrate, a carbonate mixture, an ionic liquid or paraffin. In this way, a melting point can be adapted to the particular application or guaranteed as unchanged as possible melting behavior after a long Gesamtbestrahlzeit.

Weitere Modifikationen und Variationen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche. Further modifications and variations will be apparent from the features of the dependent claims.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the figures

Verschiedene Ausführungsformen und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden nun in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genauer beschrieben, in denen Various embodiments and embodiments of the present invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: FIG

1 eine schematische Darstellung einer Röntgenröhre gemäß einem Aspekt der Erfindung; 1 a schematic representation of an X-ray tube according to an aspect of the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung; 2 a schematic representation of an anode device for an X-ray tube according to a further aspect of the invention;

3 eine schematische Darstellung einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung; 3 a schematic representation of an anode device for an X-ray tube according to a further aspect of the invention;

4 ein Diagramm der Temperaturabhängigkeit der Wärmekapazität verschiedener Stoffe; 4 a diagram of the temperature dependence of the heat capacity of different substances;

5 ein Diagramm eines zeitlichen Temperaturverlaufs während des Betriebs einer Röntgenröhre; und 5 a diagram of a temporal temperature profile during operation of an X-ray tube; and

6 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen einer Anodenvorrichtung gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung zeigt. 6 a schematic representation of a method for producing an anode device according to another aspect of the invention shows.

Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. The described embodiments and developments can, if appropriate, combine with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations, not explicitly mentioned, of features of the invention described above or below with regard to the exemplary embodiments.

Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten. The accompanying drawings are intended to provide further understanding of the embodiments of the invention. They illustrate embodiments and, together with the description, serve to explain principles and concepts of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily shown to scale to each other. The same reference numerals designate the same or similar components.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Röntgenröhre 10. In der beispielhaften Ausführungsform in 1 ist die Röntgenröhre 10 als Drehanoden-Röntgenröhre gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Arten von Röntgenröhren, wie beispielsweise Stehanoden-Röntgenröhren, von der Erfindung umfasst sind. 1 shows a schematic representation of an X-ray tube 10 , In the exemplary embodiment in FIG 1 is the x-ray tube 10 shown as rotary anode X-ray tube. It should be understood, however, that other types of x-ray tubes, such as stannous x-ray tubes, are also encompassed by the invention.

Die Röntgenröhre 10 weist ein Gehäuse 6 auf, welches evakuiert werden kann. Eine Kathode 7 weist ein Filament 8 auf, welches einen Elektronenstrahl 8a auf eine Anodenvorrichtung 1 emittiert. Die Anodenvorrichtung 1 ist als Drehanode gezeigt, wobei die Anodenvorrichtung 1 jedoch auch als Steh- oder Festanode ausgebildet sein kann. Die Anodenvorrichtung 1 weist einen Anodenkörper 2, ein Anodenlager 5 sowie eine oder mehrere Aufnahmeeinrichtungen 4 auf. Der Anodenkörper 2 und das Anodenlage 5 können zum Beispiel einen Drehanodenteller 2 ausbilden, welcher um die Achse des Drehlagers 5 rotiert. The x-ray tube 10 has a housing 6 on which can be evacuated. A cathode 7 has a filament 8th on which an electron beam 8a on an anode device 1 emitted. The anode device 1 is shown as a rotary anode, wherein the anode device 1 However, it can also be designed as a standing or fixed anode. The anode device 1 has an anode body 2 , an anode storage 5 and one or more recording devices 4 on. The anode body 2 and the anode layer 5 For example, you can have a rotary anode plate 2 form, which about the axis of the pivot bearing 5 rotates.

Im Betrieb der Röntgenröhre 10 ist der Anodenkörper 2 derart angeordnet, dass der Elektronenstrahl 8a auf einen Brennfleck 2a auftrifft, von dem aus Röntgenstrahlung 9 von dem Anodenkörper 2 emittiert wird. Der Anodenkörper 2 kann beispielsweise mit Zirkon und Titan legiertes Molybdän, Kupfer, Kohlenstoff, Keramik oder Rhodium aufweisen. Im Falle einer Drehanode kann der Anodenkörper 2 einen Brennfleckbereich 3 aufweisen, welcher ringförmig in einem Außenbereich des Anodenkörpers 2 auf einer ersten Seite um dessen Umfang herum verläuft. Der Brennfleckbereich 3 kann beispielsweise eine Wolfram- oder Wolfram/Rhenium-Beschichtung aufweisen. Durch die Drehung der Drehanode um die Achse des Drehlagers 5 wandert der Brennfleck 2a gleichmäßig über den Brennfleckbereich 3, so dass eine gleichmäßige Erwärmung des Anodenkörpers 2 erfolgt. In operation of the X-ray tube 10 is the anode body 2 arranged such that the electron beam 8a on a focal spot 2a incident, from which X-radiation 9 from the anode body 2 is emitted. The anode body 2 For example, with zirconium and titanium alloyed molybdenum, copper, carbon, ceramic or rhodium. In the case of a rotary anode, the anode body 2 a focal spot area 3 which is annular in an outer region of the anode body 2 on a first page around its circumference. The focal spot area 3 may for example have a tungsten or tungsten / rhenium coating. By the rotation of the rotary anode about the axis of the pivot bearing 5 the focal spot wanders 2a evenly over the focal spot area 3 , so that a uniform heating of the anode body 2 he follows.

An einer Unterseite des Anodenkörpers 2 bzw. des Drehanodentellers 2 kann eine Aufnahmeeinrichtung 4 angebracht sein. Die Aufnahmeeinrichtung 4 kann beispielsweise durch Löten oder Schweißen mit dem Drehanodenteller 2 verbunden sein. Dabei ist es wichtig, dass eine thermisch gut leitfähige Verbindung zwischen der Aufnahmeeinrichtung 4 und dem Anodenkörper 2 geschaffen wird. At an underside of the anode body 2 or the rotary anode plate 2 can be a recording device 4 to be appropriate. The recording device 4 For example, by soldering or welding with the rotary anode plate 2 be connected. It is important that a thermally good conductive connection between the receiving device 4 and the anode body 2 is created.

Die Aufnahmeeinrichtung 4 wird im Folgenden mit Bezug auf die beispielhaften Ausgestaltungen in den 2 und 3 genauer erläutert. 2 zeigt eine schematische Darstellung dreier Ansichten einer Anodenvorrichtung 1, beispielsweise der Anodenvorrichtung 1 aus 1. Die Ansicht (a) ist dabei eine Aufsicht, die Ansicht (b) eine Ansicht der Unterseite und die Ansicht (c) eine Schnittansicht der Anodenvorrichtung 1. The recording device 4 will be described below with reference to the exemplary embodiments in the 2 and 3 explained in more detail. 2 shows a schematic representation of three views of an anode device 1 , For example, the anode device 1 out 1 , The view (a) is a plan view, the view (b) is a view of the bottom and the view (c) is a sectional view of the anode device 1 ,

Ansicht (a) zeigt eine erste Oberfläche des Anodenkörpers 2, an dessen äußerem Umfang der Brennfleckbereich 3 angeordnet ist. Mit einer gestrichelten Linie angedeutet ist das unter dem Anodenkörper 2 liegende Drehlager 5. Ansicht (b) zeigt eine Ansicht der Unterseite des Anodenkörpers 2. In einer ringförmigen Struktur um das Drehlager 5 herum ist dabei eine Aufnahmeeinrichtung 4 angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung 4 kann dabei in einem Außenbereich der Unterseite des Anodenkörpers 2 angeordnet sein, so dass die Aufnahmeeinrichtung 4 möglichst nah an dem auf der gegenüberliegenden Oberfläche angeordneten Brennfleckbereich 3 liegt. Dadurch kann erreicht werden, dass Wärme, die durch Bestrahlen des Brennfleckbereichs 3 mit einem Elektronenstrahl entsteht, schnell und auf kurzem Wege zu der Aufnahmeeinrichtung 4 geleitet werden kann. View (a) shows a first surface of the anode body 2 , on the outer periphery of the focal spot area 3 is arranged. Indicated by a dashed line is that under the anode body 2 lying pivot bearing 5 , View (b) shows a view of the bottom of the anode body 2 , In an annular structure around the pivot bearing 5 around is a recording device 4 arranged. The recording device 4 can in an outdoor area of the bottom of the anode body 2 be arranged so that the receiving device 4 as close as possible to the focal spot area arranged on the opposite surface 3 lies. This can be achieved that heat by irradiating the focal spot area 3 created with an electron beam, fast and short ways to the receiving device 4 can be directed.

In der Aufnahmeeinrichtung 4 ist, wie in 2 schematisch angedeutet mindestens ein Latentwärmespeicherelement 4a aufgenommen. Das Latentwärmespeicherelement 4a kann beispielsweise die Aufnahmeeinrichtung 4 voll ausfüllen. Dazu kann die Aufnahmeeinrichtung 4 beispielsweise ein fluiddichtes Gehäuse aufweisen, in welchem das Latentwärmespeicherelement 4a aufgenommen ist. Bei der Ausgestaltung des Anodenkörpers 2 als Drehanodenteller 2 kann es vorteilhaft sein, die Aufnahmeeinrichtung 4 sowie das Latentwärmespeicherelement 4a rotationssymmetrisch um die Achse des Drehlagers 5 anzuordnen, so dass der Schwerpunkt der gesamten Anodenvorrichtung 1 in der Drehachse liegt, um keine Unwucht beim Betrieb der Drehanode zu erzeugen. In the recording device 4 is how in 2 schematically indicated at least one latent heat storage element 4a added. The latent heat storage element 4a For example, the receiving device 4 fully fill. For this purpose, the recording device 4 For example, have a fluid-tight housing, in which the latent heat storage element 4a is included. In the embodiment of the anode body 2 as a rotary anode plate 2 it may be advantageous to the receiving device 4 as well as the latent heat storage element 4a rotationally symmetrical about the axis of the pivot bearing 5 arrange so that the center of gravity of the entire anode device 1 in the axis of rotation, in order to produce no imbalance in the operation of the rotary anode.

Hierzu kann es vorteilhaft sein, das Latentwärmespeicherelement 4a gemäß der Ausführungsform in 3 in der Aufnahmeeinrichtung 4 anzuordnen. Die Anodenvorrichtung 1 in 3 unterscheidet sich von der Anodenvorrichtung 1 in 2 im Wesentlichen nur dadurch, dass eine Vielzahl von Latentwärmespeicherelementen 4a möglichst gleichmäßig in der Aufnahmeeinrichtung 4 verteilt sind. Dadurch kann ein Aufbau erreicht werden, bei dem die Latentwärmespeicherelemente während eines Betriebs der Anodenvorrichtung 1 in einer Röntgenröhre auch nach einem Phasenübergang innerhalb der Aufnahmevorrichtung lokalisiert bleiben, so dass sich der Schwerpunkt der gesamten Anordnung im Bezug auf die Achse des Drehlagers 5 nicht oder nur unwesentlich ändert. Damit kann das Auftreten einer Unwucht während des Betriebs des Drehanode effektiv vermieden werden. For this purpose, it may be advantageous to use the latent heat storage element 4a according to the embodiment in 3 in the receiving device 4 to arrange. The anode device 1 in 3 differs from the anode device 1 in 2 essentially only in that a plurality of latent heat storage elements 4a as evenly as possible in the receiving device 4 are distributed. Thereby, a structure can be achieved in which the latent heat storage elements during operation of the anode device 1 remain localized within an X-ray tube even after a phase transition within the receiving device, so that the center of gravity of the entire arrangement with respect to the axis of the pivot bearing 5 not or only insignificantly changes. Thus, the occurrence of imbalance during the operation of the rotary anode can be effectively avoided.

Die Latentwärmespeicherelemente 4a können dabei ein Phasenwechselmaterial aufweisen. Das Phasenwechselmaterial kann beispielsweise eine metallische Legierung, vorzugsweise eine eutektische Legierung, ein Salzhydrat, eine Carbonatmischung, eine ionische Flüssigkeit oder Paraffin umfassen. Das Phasenwechselmaterial kann sich dadurch auszeichnen, dass es bei einer bestimmten Phasenübergangstemperatur TP eine Phasenumwandlung vollzieht und dabei latente Wärme aufnimmt bzw. abgibt. Dieses Verhalten schlägt sich in einem Sprung im Temperaturverlauf der Wärmekapazität c nieder, wie beispielhaft in dem Diagramm 40 in 4 gezeigt ist. The latent heat storage elements 4a can have a phase change material. The phase change material may comprise, for example, a metallic alloy, preferably a eutectic alloy, a salt hydrate, a carbonate mixture, an ionic liquid or paraffin. The phase change material can be characterized in that it undergoes a phase transformation at a certain phase transition temperature T P and thereby absorbs or releases latent heat. This behavior is reflected in a jump in the temperature curve of the heat capacity c, as exemplified in the diagram 40 in 4 is shown.

Das Diagramm 40 in 4 zeigt das Verhalten der Wärmekapazität c in Abhängigkeit der Temperatur. Die Kurve 41 zeigt dabei den Verlauf der Wärmekapazität c für einen sensiblen Wärmespeicher, die Kurve 42 denjenigen für einen Latentwärmespeicher. Wie sich erkennen lässt, weist die Kurve 42 bei der Phasenübergangstemperatur TP einen Sprung ∆c auf, was ein Anzeichen für einen Phasenübergang erster Ordnung ist. Die Kurve 41 hingegen verläuft stetig mit der Temperatur T. The diagram 40 in 4 shows the behavior of the heat capacity c as a function of the temperature. The curve 41 shows the course of the heat capacity c for a sensitive heat storage, the curve 42 those for a latent heat storage. As can be seen, the curve points 42 at the phase transition temperature T P a jump .DELTA.c, which is an indication of a first-order phase transition. The curve 41 however, it runs steadily with the temperature T.

Bei der Verwendung eines Latentwärmespeichers für eine Anodenvorrichtung kann der Latentwärmespeicher daher Wärme, die bei einem Bestrahlen der Anodenvorrichtung durch einen Elektronenstrahl, beispielsweise in einer Röntgenröhre, aufnehmen, ohne dass sich die Temperatur des Latentwärmespeichers ändert. Der sich dadurch ergebende Temperaturverlauf während eines Betriebszyklus einer Röntgenröhre ist beispielhaft in Diagramm 50 in 5 gezeigt. When using a latent heat storage device for an anode device, therefore, the latent heat accumulator can absorb heat that is generated when the anode device is irradiated by an electron beam, for example in an x-ray tube, without the temperature of the latent heat accumulator changing. The resulting temperature profile during an operating cycle of an X-ray tube is exemplified in diagram 50 in 5 shown.

Das Diagramm 50 zeigt den Temperaturverlauf der Temperatur T einer Anode in einer Röntgenröhre mit der Betriebsdauer t. Dabei zeigt die Kurve 51 den Temperaturverlauf einer Anode ohne Latentwärmespeicher, die Kurve 52 einen möglichen Temperaturverlauf einer Anode mit Latentwärmespeicherelementen. Während die Kurve 51 während der Bestrahlung der Anode stetig bis zu einem Maximalwert stetig ansteigt und danach stetig wieder abfällt, zeigt die Kurve 52 bei der Phasenübergangstemperatur TP einen Knick. In einer Bestrahlungsphase tritt dabei eine Zeitspanne Δt1 auf, während derer sich die Temperatur T der Anode nicht ändert. Dies liegt daran, dass die Wärme als latente Wärme in dem Latentwärmespeicher gebunden wird. Danach steigt die Temperatur nur noch bis zu einem Maximalwert TM an, der deutlich unterhalb des Maximalwertes der Temperatur der Kurve 51 liegt. Nach einem Abschalten der Röntgenröhre nimmt die Temperatur T bis zur Phasenübergangstemperatur TP wieder ab, bei der der Latentwärmespeicher die gespeicherte Wärme reversibel abgibt. Dadurch erfolgt während einer zweiten Zeitspanne Δt2 keine Änderung der Temperatur T. Insgesamt kann dadurch auf Kosten eines verlängerten Abkühlvorgangs die Maximaltemperatur der Anode während eines Betriebszyklus verringert werden. Umgekehrt bedeutet dies, dass die Röntgenröhre einen verlängerten Betriebszyklus durchlaufen kann, ohne dass die Anode überhitzt und dadurch beschädigt werden kann. The diagram 50 shows the temperature profile of the temperature T of an anode in an X-ray tube with the operating time t. The curve shows 51 the temperature profile of an anode without latent heat storage, the curve 52 a possible temperature profile of an anode with latent heat storage elements. While the curve 51 during the irradiation of the anode increases steadily steadily up to a maximum value and then steadily drops again, the curve shows 52 at the phase transition temperature T P a kink. In this case, a time interval Δt 1 occurs during an irradiation phase during which the temperature T of the anode does not change. This is because the heat is bound as latent heat in the latent heat storage. Thereafter, the temperature rises only up to a maximum value T M , which is well below the maximum value of the temperature of the curve 51 lies. After switching off the X-ray tube, the temperature T decreases again up to the phase transition temperature T P , at which the latent heat storage reversibly releases the stored heat. As a result, there is no change in temperature T during a second time period Δt 2. Overall, this can reduce the maximum temperature of the anode during one operating cycle at the expense of an extended cooling process. Conversely, this means that the X-ray tube can go through a prolonged operating cycle without the anode overheating and being damaged.

Als Latentwärmespeicherelemente 4a eignen sich beispielsweise Phasenwechselmaterialien, welche in ein Schaummaterial injiziert werden können. Beispielsweise kann die Aufnahmeeinrichtung 4 ein Schaummaterial wie Al2O3 oder Si3N4 umfassen, welches relativ feine und offene Poren aufweist. Da Schaummaterial kann an den Außenwänden von einem Gehäuse fluiddicht verschlossen werden. In die Poren des Schaummaterials kann dann ein Phasenwechselmaterial eingespritzt werden. Das Schaummaterial kann dabei ein gegenüber dem Phasenwechselmaterial inertes Material umfassen. As latent heat storage elements 4a For example, phase change materials that can be injected into a foam material are suitable. For example, the receiving device 4 a foam material such as Al 2 O 3 or Si 3 N 4 , which has relatively fine and open pores. Since foam material can be closed fluid-tight on the outer walls of a housing. In the pores of the foam material then a phase change material can be injected. The foam material may comprise a material which is inert with respect to the phase change material.

Alternativ kann es möglich sein, Hohlkugeln aus einem gegenüber einem Phasenwechselmaterial inerten Material zu fertigen und diese Hohlkugeln mit dem Phasenwechselmaterial zu befüllen. Beispielsweise kann hierzu ein kalt verfestigendes Material wie zum Beispiel ein hydraulisches Bindemittel wie Feuerfestzement verwendet werden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Hohlkugeln nach dem Befüllen mit Phasenwechselmaterial mittels eines Sol-Gel-Prozesses oder einer Verglasung abgedichtet werden. Alternatively, it may be possible to produce hollow spheres from a material which is inert to a phase change material and to fill these hollow spheres with the phase change material. For example, for this purpose, a cold solidifying material such as a hydraulic binder such as refractory cement may be used. It may further be provided that the hollow spheres are sealed after filling with phase change material by means of a sol-gel process or a glazing.

Eine weitere Alternative bietet die Möglichkeit, Kompositpartikel in einem thermischen Spritzprozess zu erzeugen. Die Kompositpartikel bilden dabei eine sogenannte Core-Shell-Struktur, also eine Kern-Hüllen-Struktur aus, bei der ein Kern aus Phasenwechselmaterial von einem gegenüber dem Phasenwechselmaterial inerten Material umhüllt ist. Die Kompositpartikel werden dabei durch ein gleichzeitiges Spritzen der beiden Materialien in Pulverform beispielsweise als Nanopartikel erzeugt. Another alternative offers the possibility of producing composite particles in a thermal spraying process. The composite particles form a so-called core-shell structure, ie a core-shell structure in which a core of phase change material is enveloped by a material that is inert to the phase change material. The composite particles are thereby produced by simultaneous injection of the two materials in powder form, for example as nanoparticles.

Alle Alternativen bieten den Vorteil, dass Phasenwechselmaterial durch eine gleichmäßige Verteilung in einem quasihomogenen Latentwärmespeicher verarbeitet werden können. Dies bietet besondere Vorteile bei der Vermeidung von Unwuchten in Drehanodenvorrichtungen, da die quasi-homogenen Latentwärmespeicher auch bei einem Aufschmelzen des Phasenwechselmaterials keiner Verlagerung des Schwerpunkts unterliegen. All alternatives have the advantage that phase change material can be processed by a uniform distribution in a quasi-homogeneous latent heat storage. This offers particular advantages in the prevention of imbalances in rotary anode devices, since the quasi-homogeneous latent heat storage are not subject to any shift of the center of gravity even with a melting of the phase change material.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum Herstellen einer Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre, beispielsweise der Anodenvorrichtung 1 in den 1 bis 3. In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Anbringen einer Aufnahmevorrichtung 4 an einem Drehanodenteller 2. In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Anordnen mindestens eines Latentwärmespeicherelements 4a in der Aufnahmevorrichtung 4. 6 shows a schematic representation of a method 20 for producing an anode device for an X-ray tube, for example the anode device 1 in the 1 to 3 , In a first step 21 An attachment of a receiving device is carried out 4 on a rotary anode plate 2 , In a second step 22 a placement of at least one latent heat storage element takes place 4a in the cradle 4 ,

Die Erfindung betrifft eine Anodenvorrichtung für eine Röntgenröhre, mit einem Anodenkörper, welcher einen Brennfleckbereich aufweist, und welcher dazu ausgelegt ist, bei einem Auftreffen eines Elektronenstrahls auf den Brennfleckbereich Röntgenstrahlung zu erzeugen, einer Aufnahmeeinrichtung, welche an dem Anodenkörper in einem dem Brennfleckbereich benachbarten Bereich angebracht ist, und mindestens einem Latentwärmespeicherelement, welches in der Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist. The invention relates to an anode device for an X-ray tube, comprising an anode body having a focal spot region and adapted to generate X-radiation when an electron beam strikes the focal spot region, a recording device attached to the anode body in an area adjacent to the focal spot region is, and at least one latent heat storage element, which is arranged in the receiving device.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 19945416 A1 [0005] DE 19945416 A1 [0005]

Claims (14)

Anodenvorrichtung (1) für eine Röntgenröhre (10), mit: einem Anodenkörper (2), welcher einen Brennfleckbereich (3) aufweist, und welcher dazu ausgelegt ist, bei einem Auftreffen eines Elektronenstrahls (8a) auf den Brennfleckbereich (3) Röntgenstrahlung (9) zu erzeugen; einer Aufnahmeeinrichtung (4), welche an dem Anodenkörper (2) in einem dem Brennfleckbereich (3) benachbarten Bereich angebracht ist; und mindestens einem Latentwärmespeicherelement (4a), welches in der Aufnahmeeinrichtung (4) angeordnet ist. Anode device ( 1 ) for an X-ray tube ( 10 ), comprising: an anode body ( 2 ), which has a focal spot area ( 3 ), and which is adapted, upon impact of an electron beam ( 8a ) on the focal spot area ( 3 ) X-radiation ( 9 ) to create; a recording device ( 4 ), which on the anode body ( 2 ) in a focal spot area ( 3 ) adjacent area is attached; and at least one latent heat storage element ( 4a ), which in the receiving device ( 4 ) is arranged. Anodenvorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei der Anodenkörper (2) ein Drehanodenteller für eine Drehanoden-Röntgenröhre ist. Anode device ( 1 ) according to claim 1, wherein the anode body ( 2 ) is a Drehanodenteller for a rotating anode X-ray tube. Anodenvorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei der Brennfleckbereich (3) eine in einem Außenbereich des Drehanodentellers (2) auf einer ersten Oberfläche des Drehanodentellers (2) umlaufende Brennbahn ist, und wobei die Aufnahmevorrichtung (4) eine ringförmige Struktur aufweist, welche auf einer zweiten, der ersten Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche des Drehanodentellers (2) in einem Außenbereich des Drehanodentellers (2) angeordnet ist. Anode device ( 1 ) according to claim 2, wherein the focal spot area ( 3 ) one in an outer region of the rotary anode plate ( 2 ) on a first surface of the rotating anode plate ( 2 ), and wherein the receiving device ( 4 ) has an annular structure which on a second, opposite the first surface surface of the rotating anode plate ( 2 ) in an outer area of the rotary anode plate ( 2 ) is arranged. Anodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufnahmeeinrichtung (4) ein nach außen dichtes Gehäuse und ein in dem Gehäuse aufgenommenes Schaummaterial mit einer Vielzahl von Poren umfasst. Anode device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the receiving device ( 4 ) comprises an outwardly sealed housing and a foam material received in the housing and having a plurality of pores. Anodenvorrichtung (1) nach Anspruch 4, wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (4a) ein Phasenwechselmaterial umfasst, welches in die Poren des Schaummaterials injiziert ist. Anode device ( 1 ) according to claim 4, wherein the at least one latent heat storage element ( 4a ) comprises a phase change material injected into the pores of the foam material. Anodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Aufnahmeeinrichtung (4) ein nach außen dichtes Gehäuse umfasst, und wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (4a) eine Vielzahl von in dem Gehäuse aufgenommenen Hohlkugeln aufweist, welche mit einem Phasenwechselmaterial gefüllt sind. Anode device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the receiving device ( 4 ) comprises an outwardly sealed housing, and wherein the at least one latent heat storage element ( 4a ) has a plurality of hollow spheres accommodated in the housing, which are filled with a phase change material. Anodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das mindestens eine Latentwärmespeicherelement (4a) eine Vielzahl von Kompositpartikeln umfasst, welche einen Kern aus einem Phasenwechselmaterial und eine Hülle aus einem gegenüber dem Phasenwechselmaterial inerten Material aufweisen. Anode device ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the at least one latent heat storage element ( 4a ) comprises a plurality of composite particles comprising a core of a phase change material and a shell of a material that is inert to the phase change material. Anodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das Phasenwechselmaterial eine metallische Legierung, insbesondere eine eutektische Legierung, ein Salzhydrat, eine Carbonatmischung, eine ionische Flüssigkeit oder Paraffin umfasst. Anode device ( 1 ) according to one of claims 5 to 7, wherein the phase change material comprises a metallic alloy, in particular a eutectic alloy, a salt hydrate, a carbonate mixture, an ionic liquid or paraffin. Röntgenröhre (10), mit: einer Anodenvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8. X-ray tube ( 10 ), comprising: an anode device ( 1 ) according to one of claims 1 to 8. Verwenden eines mit einem Drehanodenteller (2) gekoppelten Phasenwechselmaterials (4a) zur Aufnahme von Wärme, welche beim Bestrahlen des Drehanodentellers (2) mit einem Elektronenstrahl (8a) entsteht. Using one with a rotating anode plate ( 2 ) coupled phase change material ( 4a ) for absorbing heat which, when irradiating the rotary anode plate ( 2 ) with an electron beam ( 8a ) arises. Verfahren (20) zum Herstellen einer Anodenvorrichtung (1) für eine Röntgenröhre (10), mit den Schritten: Anbringen (21) einer Aufnahmevorrichtung (1) an einem Drehanodenteller (2); Anordnen (22) mindestens eines Latentwärmespeicherelements (4a) in der Aufnahmevorrichtung (4). Procedure ( 20 ) for producing an anode device ( 1 ) for an X-ray tube ( 10 ), with the steps: attaching ( 21 ) a receiving device ( 1 ) on a rotating anode plate ( 2 ); Arrange ( 22 ) at least one latent heat storage element ( 4a ) in the receiving device ( 4 ). Verfahren (20) nach Anspruch 11, wobei das Anordnen der Aufnahmevorrichtung (4) ein Schweißen oder Löten der Aufnahmevorrichtung (4) an den Drehanodenteller (2) umfasst. Procedure ( 20 ) according to claim 11, wherein the arranging of the receiving device ( 4 ) a welding or soldering of the receiving device ( 4 ) to the rotary anode plate ( 2 ). Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei die Aufnahmevorrichtung (4) ein nach außen dichtes Gehäuse und ein in dem Gehäuse aufgenommenes Schaummaterial mit einer Vielzahl von Poren umfasst, und wobei das Anordnen des Latentwärmespeicherelements (4a) ein Injizieren eines Phasenwechselmaterials in das Schaummaterial umfasst. Procedure ( 20 ) according to one of claims 11 and 12, wherein the receiving device ( 4 ) comprises an outwardly sealed housing and a foam material accommodated in the housing with a plurality of pores, and wherein arranging the latent heat storage element ( 4a ) comprises injecting a phase change material into the foam material. Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 11 und 12, wobei Anordnen des Latentwärmespeicherelements (4a) ein Einschließen von mit einem Phasenwechselmaterial gefüllten Hohlkugeln in einem Kompositmaterial umfasst. Procedure ( 20 ) according to one of claims 11 and 12, wherein arranging the latent heat storage element ( 4a ) comprises encasing hollow phase spheres filled with a phase change material in a composite material.
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