DE10309267A1

DE10309267A1 - Schmierlager mit Gallium-Nebenanschluss

Info

Publication number: DE10309267A1
Application number: DE10309267A
Authority: DE
Inventors: Paul Michael Ratzmann; Suryaprakash Ganti; Mark Ernest Vermilyea; James Edward Simpson
Original assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Current assignee: GE Medical Systems Global Technology Co LLC
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2003-03-03
Publication date: 2003-09-18
Also published as: JP2003288854A; US20030165217A1; US6636583B2

Abstract

Es ist eine Röntgenröhre 10 vorgesehen, die eine an einer drehbaren Welle montierte Anode hat, wobei die drehbare Welle innerhalb einer Mittelbohrung eines Schaltelements angeordnet ist, eine Lageranordnung zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement angeordnet ist und zumindest ein Flüssigmetall-Nebenschluss vorhanden ist, die sowohl mit der drehbaren Welle als auch mit dem Schaftelement in thermischer Verbindung ist und sich benachbart zu der Anode zwischen der Anode und der Lageranordnung befindet und an der Anode erzeugte Wärme von der Lageranordnung wegführt, in dem sie ermöglicht, dass Wärme von der drehbaren Welle in das Schaftelement strömt, bevor die Wärme die Lageranordnung erreicht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Röntgenvorrichtung und insbesondere auf eine Röntgenvorrichtung, die ein Schmierlager mit einem Gallium- Nebenanschluss hat.
Die Röntgenröhre ist in der medizinischen Bilddiagnostik, der medizinischen Therapie und verschiedenen medizinischen Untersuchungen und Materialanalyseverfahren unerlässlich geworden. Typische Röntgenröhren sind mit dem Zweck, die an dem Brennfleck erzeugte Wärme zu verteilen, mit einem Drehanodenaufbau aufgebaut. Die Anode wird durch einen Induktionsmotor gedreht, der aus einem zylindrischen Rotor, der in eine das scheibenförmige Anodenziel stützende Auslegerwelle eingebaut ist und aus einer Eisenstatorstruktur mit Kupferwindungen besteht, die den den Rotor enthaltenden gestreckten Röntgenröhrenhals umgeben. Der Rotor der Drehanodenanordnung, der durch den den Rotor der Anodenanordnung umgebenden Stator angetrieben wird, hat ein anodisches Potential, während der Stator geerdet ist. Die Röntgenröhrenkathode stellt einen gebündelten Elektronenstrahl zur Verfügung, der über den Vakuumspalt zwischen Anode und Kathode beschleunigt wird und nach dem Aufprall auf der Anode Röntgenstrahlen erzeugt.
Die Ableitung der bei der Erzeugung der Röntgenstrahlen erzeugten Wärme war eine treibende Kraft bei der Entwicklung von Röntgenröhrengestaltungen. Übermäßige Wärme kann einen negativen Einfluss auf die Leistung der Röntgenröhre haben. Außerdem kann die in der Röntgenröhre ausgegebene Wärme eine zerstörerische Wirkung auf die Lager und Schmiermittel haben, die zum leichteren Drehen der Anode verwendet werden. Schmiermittel können sich auflösen, wenn sie übermäßiger Wärme ausgesetzt sind und es ist auch bekannt, dass dies eine sogenannte Ausgasungswirkung hervorruft. Wenn Schmiermittel ausgasen, lösen sie sich von ihrer flüssigen Zustandsform auf und erzeugen Dampf, der die Dichtungen der Lagerbuchse durchdringen kann und der in den Vakuumabschnitt der Röntgenröhre eindringen kann. Wenn der Vakuumabschnitt der Röntgenröhre auf diese Weise einmal beeinträchtigt wurde, kann die Leistung der Röntgenröhre ernsthaft beeinflusst werden.
Ein Ansatz, die Ableitung der ungewünschten Wärme zu erhöhen, war daraufhin ausgerichtet, die Rotationsgeschwindigkeit der Anode zu erhöhen. Während durch Erhöhen der Rotationsgeschwindigkeit der Anode die Wärmeableitung verbessert werden kann, kann dies auch die Wirkung mit sich bringen, dass die herkömmlichen Lagergestaltungen strapaziert werden. Wenn die Drehzahl ansteigt, kann Drehmoment durch die Lager übertragen werden wodurch sich ein Lagerringdrehen, Rattern und übermäßige Lärmerzeugung ergeben kann. Daher wurden beachtliche Bemühungen für die Gestaltung von Lagern und Schmiermitteln getätigt, damit sie die erhöhte Geschwindigkeit bewältigen können. Oft ergeben diese Gestaltungsergebnisse komplexe Lagersysteme oder neue Schmiermittel, die die mit dem Röntgenröhrenentwurf und dessen Herstellung einhergehende Zeit und Kosten negativ beeinflussen können.
Ein zweiter Ansatz die Wärmeableitung an der Röntgenröhre zu erhöhen, war es, die Drehung der Anode mit sekundären Wärmeübertragungsverfahren zu kombinieren. Eine solche sekundäre Wärmeübertragungsanordnung verwendet flüssiges Metall, wie zum Beispiel Gallium, um eine thermische Verbindung zwischen der Drehwelle und externen Kühlelementen zu schaffen. Wahlweise kann flüssiges Metall an sich in der Form eines Gleitlagers verwendet werden, so dass die Wärme durch das Lager an sich von der Welle weg übertragen wird. Obwohl diese Gestaltungen oft Erfolg in Bezug auf die Steuerung der Anodentemperatur haben, versagen sie oft darin, die Lager selbst vor dieser thermischen Energie zu schützen. Somit können die Lager ungewünschten Temperaturen ausgesetzt sein und unter den vorgenannten schädlichen Wirkungen leiden. Wenn außerdem Flüssigmetall als das Lager oder als Schmiermittel an sich verwendet wird, kann das Flüssigmetall zerstörerischen Spannungen ausgesetzt sein und kann wie bei herkömmlichen Lagern ähnliche Versagenszustände, wie zum Beispiel Ausgasen, erleiden.
Es wäre daher äußerst wünschenswert, ein Röntgenröhrendrehlager zu haben, das seinen Nutzen aus der Einfachheit und der Wirksamkeit herkömmlicher Lagergestaltungen zieht, während es den durch Flüssigmetallwärmeübertragungsanordnungen geschaffenen thermischen Schutz hervorbringt. Außerdem wäre es wünschenswert, eine Röntgenröhrendrehlagergestaltung zu haben, die den Vakuumabschnitt der Röntgenröhre vor Auswirkungen, wie zum Beispiel vor Ausgasen, schützt.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Röntgenröhre mit einem verringerten thermischen Strom von der Anode durch die Lager hindurch zu schaffen. Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Röntgenröhre zu schaffen, bei der es unwahrscheinlicher ist, dass Ausgasungen in den Vakuumabschnitt der Röhre eintreten.

Es ist eine Röntgenröhre in Übereinstimmung mit den Aufgaben der vorliegenden Erfindung geschaffen. Die Röntgenröhre hat eine an einer drehbaren Welle montierte Anode. Die Welle ist innerhalb einer Mittelbohrung eines Schafts angeordnet. Die Lageranordnung ist zwischen dem Schaft und der drehbaren Welle angeordnet. Zumindest eine Schmiermitteleinspritzöffnung versorgt die Lageranordnung mit Schmiermittel. Ein Flüssigmetall-Nebenschluss ist zwischen der Anode und der Lageranordnung angeordnet und ist mit der drehbaren Welle und dem Schaft in thermischer Verbindung. An der Anodenseite erzeugte Wärme kann dadurch durch die Flüssigmetallwärmeübertragungskomponente hindurch und in den Schaft geleitet werden, bevor sie die Lageranordnung beeinträchtigt.

Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung und den anhängenden Ansprüchen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich.
Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels einer Röntgenröhrenvorrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine Röntgenröhrenvorrichtung 10 mit einer Drehanodenanordnung 12 dargestellt. Die Drehanodenanordnung 12 hat eine Anode 1, die mit einer drehbaren Welle 16 in Verbindung ist. Die drehbare Welle 16 befindet sich innerhalb einer Mittelbohrung 18 eines Schaftelements 20. Eine Lageranordnung 22 befindet sich zwischen der drehbaren Welle 16 und dem Schaftelement 20, um die Drehung der drehbaren Welle 16 innerhalb der Mittelbohrung 18 zu erleichtern.
Auch wenn durch die vorliegende Erfindung eine Mannigfaltigkeit von Lageranordnungen 22 abgedeckt ist, hat ein Ausführungsbeispiel eine vordere Innenlaufbahn 24, eine vordere Außenlaufbahn 26, eine hintere Innenlaufbahn 28 und eine hintere Außenlaufbahn 30. Eine Vielzahl von Kugeln 32 ist zwischen den entsprechenden inneren und äußeren Naben angeordnet, um eine Drehbewegung der Innenlaufbahnen 24, 28 in Bezug auf die Außenlaufbahnen 26, 30 zu ermöglichen. Ein Lagerabstandshalter 34 und eine vorgespannte Feder 36 können verwendet werden, um beim Beibehalten einer genauen Ausrichtung der Lageranordnung 22 zu helfen. Außerdem können Lagerhalteschrauben 38 verwendet werden, um die Lageranordnung 22 innerhalb des Schaftelements 20 nach dem Einbau zu sichern.
Um einen sicheren Betrieb der Lageranordnung 22 sicherzustellen, ist es wichtig, dass ein geringer Drehwiderstand der Lageranordnung 22 beibehalten bleibt. Um dies zu erreichen, hat die vorliegende Erfindung ferner ein Schmierfettzuführsystem 40. Das Schmierfettzuführsystem 40 hilft dabei sicher zu stellen, dass die Lageranordnung 22während dem Betrieb konstant mit geeignetem Schmiermittel versorgt wird. Auch wenn verschiedene Schmierfettzuführsysteme 40 in Erwägung gezogen werden können, hat in einem Ausführungsbeispiel das Schmierfettzuführsystem 40 zumindest eine Schmierfettzuführleitung 42, die die Vielzahl von Kugeln 32 durch zumindest eine Schmiermitteleinspritzöffnung 46 mit Schmierfett 44 versorgt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Röntgenröhre 10 mit einer vorderen Schmierfettzuführleitung 41, einer hinteren Schmierfettzuführleitung 43, einer vorderen Schmierfetteinspritzöffnung 45 und einer hinteren Schmierfetteinspritzöffnung 47 dargestellt. Dabei ist anzumerken, dass eine Vielfalt von Rezepturen für Schmiermittel 44 aus dem Stand der Technik bekannt sind. Auf diese Weise wird die Lageranordnung 22 ausreichend geschmiert und daher werden Lärmerzeugung, Laufbahndrehung und Rattergeräusche verringert. Die Verwendung von Schmierfett 44 als ein Schmiermittel schafft eine kostengünstige und wirksame Möglichkeit die Lageranordnung 22 zu schmieren.
Obwohl die Verwendung von Schmierfett 44 einen kostengünstigen Ansatz zum Schmieren der Lageranordnung 22 bietet, muss dafür Sorge getragen werden, zu verhindern, dass sich die an der Anode 14 erzeugte Wärme das Schmierfett 44 auflöst. Wenn außerdem das Schmierfett 44 anfängt sich aufzulösen, ist es auch wichtig zu verhindern, dass die Ausgasung des Schmierfetts in den Vakuumbereich 48 der Röntgenröhre 10 eindringt. Die vorliegenden Erfindung begrenzt sowohl die Schmierfettauflösung als auch das Ausgasungsdurchdringen durch Verwendung einem Flüssigmetall-Nebenschluss 50, wie zum Beispiel Gallium Ga, die zwischen dem Lagerabschnitt 22 und der Anode 14 angeordnet ist. Der Flüssigmetall-Nebenschluss 50 bietet einen Weg für die an der Anode 14 erzeugte Wärme, um diese von der Welle 16 durch den Flüssigkeitsmetall-Nebenschluss 50 und in das Schaftelement 20 zu führen, bevor sie die Lageranordnung 22 erreicht. Während sicher noch einige Wärme weiterhin durch die Welle 16 geführt wird und die Lageranordnung 22 erreichen wird, ermöglicht die in das Schaftelement 20 umgeleitete Wärme, die davon abgehalten wurde, die Lageranordnung 22 zu erreichen, dass einfache und kostengünstige Schmiermittel, wie zum Beispiel Schmierfett 44, verwendet werden. Sollte außerdem tatsächlich einer Ausgasung des Schmierfetts 44 auftreten, wirkt der Flüssigmetall- Nebenschluss 50 ferner als eine Dichtungssperre, um so zu verhindern, dass diese Ausgasung den Vakuumbereich 48 erreicht. Auf diese Weise wirkt der Flüssigmetall-Nebenschluss 50 sowohl als ein Wärmeübertragungselement zum Begrenzen der die Lageranordnung 22 erreichenden Wärme als auch als eine Dichtungssperre zum Schützen des Vakuumbereichs 48.
Obwohl die Flüssigkeit auf unterschiedliche Arten ausgebildet sein kann, zieht ein Ausführungsbeispiel die Verwendung eines drehbaren Flüssigmetall-Nebenschluss 52 und eines feststehenden Flüssigmetallnebenschluss 54 in Betracht. Die Verwendung eines dualen Flüssigmetallnebenschluss 50 bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Die Menge des der Welle 16 ausgesetzten Flüssigmetalls 56 kann minimiert werden, während der ausgesetzte Flächenbereich maximiert bleibt. Dies ermöglicht eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit, dass ein solches Flüssigmetall 56 von dem drehbaren Nebenanschluss 52 entweicht und die Lageranordnung 22 oder den Vakuumbereich 48 gefährdet. Außerdem ermöglicht die Verwendung dem feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss 54 eine stabile Wärmeübertragung zwischen der Welle 16 und dem Schaftelement 20. Wenn die beiden Nebenschlüsse 52, 54 in Kombination verwendet werden, schaffen sie einen einzigartigen Nebenschlussweg, der die Wärme von der Lageranordnung 22 ableitet, während sie eine zuverlässige Dichtung des Vakuumbereichs 48 bieten und ein Entweichen von Flüssigmetall in die benachbarten Bereich minimieren.
Auch wenn der beschriebene Flüssigmetall-Nebenschluss 50 in unterschiedlichen Weisen ausgebildet sein kann, ist in einem Ausführungsbeispiel ein Nebenschlussring 58 zwischen der Welle 16 und dem Schaftelement 20 angeordnet. In dem Nebenschlussring 58 ausgebildete Taschen 60, das Schaftelement 20 und möglicherweise die Welle 16 können verwendet werden, um Bereiche zum Aufnehmen des Flüssigmetalls 56 zu bilden. Eine Nebenschlussringhalteschraube 62 kann verwendet werden, um den Nebenschlussring 58 in Lage zu sichern. Eine feststehende Einfüllröhre 64 und eine drehbare Einfüllröhre 66 können vorgesehen sein, um die geeigneten Pegel von Flüssigmetall 56 innerhalb des feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss 54 und des drehbaren Flüssigmetall-Nebenschluss 52 beizubehalten. Obwohl bestimmte Elemente in Verbindung mit dem feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss 54 und dem drehbaren Flüssigmetall- Nebenschluss 52 beschrieben wurde, sollte es so verstanden werden, dass eine Vielfalt von Verfahren zum Ausbilden dieser Weichen für den Fachmann offensichtlich sind.
Während ein bestimmtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, werden für den Fachmann verschiedene Abänderungen und alternative Ausführungsbeispiele ersichtlich sein. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht nur in Hinblick auf die beiliegenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims

1. Röntgenröhrenvorrichtung mit:
einer drehbaren Welle;
einer Anode, die an der drehbaren Welle befestigt ist;
einem Schaftelement mit einer Mittelbohrung, wobei sich zumindest ein Abschnitt der drehbaren Welle innerhalb der Mittelbohrung befindet;
einer Lageranordnung, die sich zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement befindet;
einem Schmierfettzuführsystem, das mit der Lageranordnung in Verbindung ist und Schmiermittel zu der Lageranordnung zuführt; und
zumindest einem Flüssigmetallnebenschluss, der sowohl mit der Drehwelle als auch mit dem Schaftelement in thermischer Verbindung ist, wobei sich der Flüssigmetallnebenschluss benachbart zu der Anode befindet und zwischen der Anode und der Lageranordnung untergebracht ist;
wobei der Flüssigmetallnebenschluss an der Anode erzeugte Wärme von der Lageranordnung weg führt, indem sie der Wärme ermöglicht, von der Drehwelle in das Schaftelement zu strömen, bevor die Wärme die Lageranordnung erreicht.

2. Röntgenröhrenvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Lageranordnung folgendes aufweist:
eine vordere Innenlaufbahn;
eine vordere Außenlaufbahn;
eine hintere Innenlaufbahn;
eine hintere Außenlaufbahn; und
eine Vielzahl von Kugeln, die zwischen der vorderen Innenlaufbahn und der vorderen Außenlaufbahn bzw. der hinteren Innenlaufbahn und der hinteren Außenlaufbahn angeordnet sind.

3. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei das Schmierfettzuführsystem folgendes aufweist:
zumindest eine Schmierfettzuführleitung;
zumindest eine Schmierfettzuführöffnung, die mit der zumindest einen Schmierfettzuführleitung in Verbindung ist und die Lageranordnung mit Schmiermittel versorgt.

4. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei der zumindest eine Flüssigmetall-Nebenschluss Gallium aufweist.

5. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei der zumindest ein Flüssigmetall-Nebenschluss folgendes aufweist:
einen drehbaren Flüssigmetall-Nebenschluss; und
einen feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss.

6. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei das Schmierfettzuführsystem folgendes aufweist:
zumindest eine Schmierfettzuführleitung; und
zumindest eine Schmierfetteinspritzöffnung.

7. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei das Schmiermittelzuführsystem folgendes aufweist: eine vordere Schmierfettzuführleitung; eine hintere Schmierfettzuführleitung; eine vordere Schmierfetteinspritzöffnung; und eine hintere Schmierfetteinspritzöffnung.

8. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, die ferner folgendes aufweist:
einen Nebenschlussring, mit zumindest einer Tasche, um den zumindest einen Flüssigmetall-Nebenschluss aufzunehmen.

9. Röntgenröhre gemäß Anspruch 1, wobei der zumindest eine Flüssigmetall-Nebenschluss eine Dichtung zwischen der Drehwelle und dem Schaftelement bildet, um zu verhindern, dass eine Ausgasung von der Lageranordnung entweicht.

10. Röntgenröhrenvorrichtung mit:
einer drehbaren Welle;
einer Anode, die an der drehbaren Welle befestigt ist;
einem Schaftelement mit einer Mittelbohrung, wobei zumindest ein Abschnitt der drehbaren Welle innerhalb der Mittelbohrung angeordnet ist;
einer Lageranordnung, die zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement angeordnet ist;
einem Schmierfettzuführsystem, das mit der Lageranordnung in Verbindung ist und Schmiermittel zu der Lageranordnung zuführt;
einem drehbaren Flüssigmetall-Nebenschluss; und
einem feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss;
wobei der drehbare Flüssigmetall-Nebenschluss und der feststehende Flüssigmetall-Nebenschluss eine thermische Verbindung zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement schaffen, benachbart zu der Anode angeordnet sind und sich zwischen der Anode und der Lageranordnung befinden und die an der Anode erzeugte Wärme von der Lageranordnung wegführen, in dem sie der Wärme ermöglichen, von der drehbaren Welle in das Schaftelement zu strömen, bevor die Wärme die Lageranordnung erreicht.

11. Röntgenröhrenvorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei die Lageranordnung folgendes aufweist:
eine vordere Innenlaufbahn;
eine vordere Außenlaufbahn;
eine hintere Innenlaufbahn;
eine hintere Außenlaufbahn: und
eine Vielzahl von Kugeln, die zwischen der vorderen Innenlaufbahn und der vorderen Außenlaufbahn bzw. der hinteren Innenlaufbahn und der vorderen Außenlaufbahn angeordnet sind.

12. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, wobei das Schmierfettzuführsystem folgendes aufweist:
zumindest eine Schmierfettzuführleitung;
zumindest eine Schmierfettzuführöffnung, die mit der zumindest einen Schmierfettzuführleitung in Verbindung ist und die Lageranordnung mit Schmiermittel versieht.

13. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, wobei der drehbare Flüssigmetall-Nebenschluss und der feststehende Flüssigmetall- Nebenschluss Gallium beinhalten.

14. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, wobei das Schmierfettzuführsystem folgendes aufweist:
zumindest eine Schmierfettzuführleitung; und
zumindest eine Schmierfetteinspritzöffnung.

15. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, wobei das Schmierfettzuführsystem folgendes aufweist:
eine vordere Schmierfettzuführleitung;
eine hintere Schmierfettzuführleitung;
eine vordere Schmierfetteinspritzöffnung; und
eine hintere Schmierfetteinspritzöffnung.

16. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, die ferner folgendes aufweist:
einen Weichenring, der zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement angeordnet ist und ausgebildet ist, um Taschen zu bilden, die den drehbaren Flüssigmetall-Nebenschluss und den feststehenden Flüssigmetall-Nebenschluss aufnehmen.

17. Röntgenröhre gemäß Anspruch 10, wobei der drehbare Flüssigmetall-Nebenschluss und der feststehende Flüssigmetall- Nebenschluss eine Dichtung zwischen der drehbaren Welle und dem Schaftelement bilden, um zu verhindern, dass eine Ausgasung von der Lageranordnung entweicht.