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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem in einem fluidgefüllten Gehäuse drehangetriebenen
Drehkörper.
Die Erfindung bezieht sich im Speziellen auf einen Röntgenstrahler mit
in einer Vakuumröhre
in Bezug auf diese ortsfest angebrachter Kathode und Anode, wobei
die Vakuumröhre
als Drehkörper
drehbar in einem Kühlmittelgehäuse gelagert
ist, und wobei ein stationäres
Ablenksystem zur lateralen Ablenkung eines von der Kathode auf die
Anode gerichteten Elektronenstrahls vorgesehen sind. Ein solcher
Röntgenstrahler
wird üblicherweise
auch als Drehkolbenstrahler bezeichnet.
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Röntgenstrahlung
wird herkömmlicherweise durch
Beschuss einer Anode mit einem von einer Kathode ausgehenden Elektronenstrahl
erzeugt. Die Kathode und die Anode sind hierbei in einer Vakuumröhre angeordnet. Üblicherweise
ist ein Röntgenstrahler
heutzutage mit einer Anode ausgestattet, welche unter dem auftreffenden
Elektronenstrahl rotiert, um einen bezüglich der Anode stationären Brennfleck
zu vermeiden. Der Brennfleck, d.h. der Punkt, an dem der Elektronenstrahl
auf der Anodenoberfläche
auftrifft, verschiebt sich aus Sicht eines mit der Anode rotierenden
Koordinatensystems entlang einer kreisförmigen Bahn über die
Anodenoberfläche.
Hierdurch wird die beim Auftreffen des Elektronenstrahls erzeugte
Verlustwärme
vergleichsweise gleichmäßig auf
die Anodenoberfläche
verteilt, wodurch einer möglichen
Materialüberhitzung
im Brennfleck entgegengewirkt ist.
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Bei
einem so genannten Drehkolbenstrahler sind die Kathode und die Anode
drehfest mit der Vakuumröhre
verbunden und werden zusammen mit dieser rotiert. Die Relativbewegung
des Brennflecks gegenüber
der Anodenoberfläche
wird hierbei dadurch erzeugt, dass der Elektronenstrahl entlang
einer orts festen lateralen Richtung aus der Drehachse der Vakuumröhre ausgelenkt
wird und somit mit Abstand zur Drehachse auf der rotierenden Anode
auftrifft.
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Ein
Röntgenstrahler
der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der
DE 87 13 042 U1 bekannt.
Die Vakuumröhre
des bekannten Röntgenstrahlers
ist von einem mit Isolieröl
gefüllten
Schutzgehäuse
umgeben und darin um ihre Mittelachse drehbar gelagert. Das Isolieröl, das zugleich
als Kühlmittel
dient, strömt
durch das Schutzgehäuse
und sorgt somit für
eine Abfuhr der im Betrieb des Röntgenstrahlers
auftretenden Verlustwärme.
Als nachteilig erweisen sich bei dem bekannten Röntgenstrahler die Reibungsverluste
des bei der Drehung der Vakuumröhre
in Rotation versetzten Kühlmittels.
Zur Kompensierung dieser Reibungsverluste ist eine nicht unerhebliche
Antriebsleistung erforderlich, die zumeist nutzlos in Wärme und
eine Beschleunigung des Kühlmittels
umgewandelt wird.
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Zur
Reduzierung der Reibungsverluste innerhalb des Kühlmittels sind bei weiteren,
aus der
DE 198 51
853 C1 sowie
DE
196 12 698 C1 bekannten Röntgenstrahlern die Vakuumröhre in einem
Kühlmittelgehäuse aufgenommen,
das zusammen mit der Vakuumröhre
rotiert wird. Dadurch dass hierbei die Vakuumröhre, das Kühlmittelgehäuse sowie das zwischengelagerte
Kühlmittel
mit der gleichen oder einer ähnlichen
Winkelgeschwindigkeit rotieren, ist die Verlustreibung innerhalb
des Kühlmittels
auf ein geringes Maß reduziert.
Ein mit der Vakuumröhre
mitrotierender Kühlmittelbehälter ist
jedoch in nachteiliger Weise nur vergleichsweise aufwändig zu
realisieren, insbesondere zumal dieser mit abgedichteten Lagern versehen
sein muss. Weiterhin besteht hier der Nachteil, dass durch das rotierende
Kühlmittelgehäuse zusätzliche
Fliehkräfte
auftreten, die einer schnellen Rotation der Vakuumröhre entgegenstehen
können.
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In
der
US 6 213 639 B1 ist
ein Röntgenstrahler
mit in einer Vakuumröhre
in Bezug auf diese ortsfest angebrachte Kathode und Anode beschrieben, bei
dem die Vakuumröhre
in einem Kühlmittelgehäuse drehangetrieben
und ein stationäres
Ablenksystem zur lateralen Ablenkung eines von der Kathode auf die
Anode gerichteten Elektronenstrahls vorgesehen ist. Zwischen der
Vakuumröhre
und dem Kühlmittelgehäuse ist
ein am Kühlmittelgehäuse befestigter
Kühlmittelleitkörper vorgesehen.
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Die
beschriebene Problematik ist nicht auf Röntgenstrahler beschränkt. Vielmehr
tritt ein unerwünschter
Reibungsverlust der beschriebenen Art bei jedem, in einem Fluidbad
angetriebenen Drehkörper
auf. Solche Drehkörper
werden z.B. in der Turbinentechnik, der Antriebstechnik oder der
Kühltechnik eingesetzt.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung mit
einem in einem fluidgefüllten
Gehäuse
drehbar gelagerten Drehkörper
anzugeben, bei der eine besonders verlustarme Ausnutzung der Drehleistung
gegeben ist. Insbesondere liegt der Erfindung hierbei die Aufgabe
zugrunde, einen verbesserten Drehkolbenstrahler anzugeben, d.h.
einen Röntgenstrahler
mit in einer Vakuumröhre in
Bezug auf diese ortsfest angebrachter Kathode und Anode, wobei die
Vakuumröhre
drehbar in einem Kühlmittelgehäuse gelagert
ist, und wobei ein stationäres
Ablenkungssystem zur lateralen Ablenkung eines von der Kathode auf
die Anode gerichteten Elektronenstrahls vorgesehen ist.
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Bezüglich der
Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs
1. Bezüglich
des Röntgenstrahlers
wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch
die Merkmale des Anspruchs 8. Danach ist zwischen dem Drehkörper, der
im Falle des Röntgenstrahlers
durch die Vakuumröhre
gebildet ist und dem Gehäuse,
das im Falle des Röntgenstrahlers
durch das Kühlmittelgehäuse gebildet
ist, ein koaxial bezüglich
des Drehkörpers
drehbar gelagerter Drehleitkörper
vorgesehen. Der Drehleitkörper
ist hierbei derart ausgebildet, dass er im Betrieb der Vorrichtung,
insbesondere des Röntgenstrahlers,
mit einer intermediären
Drehfrequenz rotiert, d.h. einer Drehfrequenz, die zwischen der
Drehfrequenz des Drehkörpers
und der Drehfrequenz des Gehäuses
liegt. Die Erfindung bezieht sich hierbei explizit auch auf eine
Vorrichtung mit einem feststehenden Gehäuse. Ein feststehendes Gehäuse kann
formal als ein sich mit der Drehfrequenz Null drehendes Gehäuse betrachtet
werden.
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Unter
einem Drehleitkörper
wird ein drehbar gelagerter und vollständig von einem Fluid umgebener
Körper
verstanden, der das Strömungsverhalten des
Fluids beeinflusst.
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Die
Erfindung geht von der Überlegung
aus, dass der in einem Fluid anfallende Reibungsverlust maßgeblich
von der Relativgeschwindigkeit der Wände abhängt, die das Fluid eingrenzen.
Bei einem in einem Gehäuse
drehangetriebenen Drehkörper
ist diese Relativgeschwindigkeit proportional zu der relativen Drehfrequenz
des Drehkörpers
gegenüber dem
Gehäuse.
Die in dem Fluid anfallende Verlustreibung ist dabei um so größer, je
größer die
relative Drehfrequenz des Drehkörpers
bezüglich
des Gehäuses
ist. Wie theoretisch und empirisch nachgewiesen werden kann, ist
der Zusammenhang zwischen der zur Drehung des Drehkörpers mit
einer vorgegebenen Drehfrequenz f erforderliche Drehleistung P und
der Drehfrequenz f nichtlinear und folgt der kubischen Abhängigkeit
P~f3. Letzterer Zusammenhang gilt unter
der Voraussetzung, dass bei der Drehung des Drehkörpers eine
turbulente Strömung im
Fluid angeregt wird. Dies ist insbesondere erfüllt für einen typischen Röntgenstrahler
mit einer Vakuumröhre
einer Länge
von ca. 200 mm und eines mittleren Durchmessers von ca. 120 mm,
die mit einer durchschnittlichen Drehfrequenz von 150 Hz in einem
aus Isolieröl
bestehenden Fluid rotiert. Erkanntermaßen sinkt infolge der kubischen
Abhängigkeit die
Drehleistung bei einer Erniedrigung der relativen Drehfrequenz überproportional.
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Hier
setzt die Erfindung an. Durch den zwischen dem Drehkörper und
dem Gehäuse
mit intermediärer
Drehfrequenz rotierenden Drehleitkörper wird die im Gehäuse befindliche
Flüssigkeit
in einen zwischen dem Drehkörper
und dem Drehleitkörper und
einen zwischen dem Drehleitkörper
und dem Gehäuse
angeordneten Bereich getrennt. Die Verlustleistung, die in jedem
der beiden Flüssigkeitsbereiche
auftritt, wird nunmehr bestimmt von der Relativfrequenz des Drehkörpers bezüglich des
Drehleitkörpers
bzw. der Relativfrequenz des Drehleitkörpers bezüglich des Gehäuses. Infolge
der überproportionalen
Abhän gigkeit
der Drehleistung von der Relativfrequenz ist die Summe der in beiden
Flüssigkeitsbereichen
anfallenden Verlustleistungen kleiner als die Verlustleistung, die
ohne den Drehleitkörper
bei gleicher Drehfrequenz des Drehkörpers gegenüber dem Gehäuse anfallen würde. Die
Netto-Drehleistung ist somit bei Einsatz des Drehleitkörpers deutlich
reduziert. Der Einsatz des Drehleitkörpers stellt eine konstruktiv
einfache Möglichkeit
zur Reduzierung der Drehleistung dar. Insbesondere sind dabei keine
gedichteten Lager erforderlich.
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In
einer konstruktiv besonders einfachen Ausführung ist der Drehleitkörper kräftefrei,
d.h. abgesehen von einer unvermeidlichen Lagerreibung frei drehbar
gelagert. Die Rotation des Drehleitkörpers mit intermediärer Drehfrequenz
stellt sich hier bei rotierendem Drehkörper automatisch unter Einfluss
der Flüssigkeitsreibung
ein. Alternativ ist ein Zwangsantrieb für den Drehleitkörper vorgesehen, der
diesen mit einer frei wählbaren
intermediären Drehfrequenz
antreibt. Der Drehkörper
und der Drehleitkörper
könnten
hierzu beispielsweise über
ein gemeinsames Getriebe entsprechend angetrieben sein.
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Zweckmäßigerweise
weist der Drehleitkörper
einen rohrartigen, den Umfang des Drehkörpers mit Abstand umgebenden
Mantel auf. Als rohrartig wird hierbei ein Körper bezeichnet, der rotationssymmetrisch
und hohl, insbesondere dünnwandig,
ist. Der Mantel kann hierbei wahlweise einen in Axialrichtung konstanten
oder variierenden Durchmesser aufweisen. Hierdurch sind die in radialer
Richtung diesseits und jenseits des Drehleitkörpers angeordneten Flüssigkeitsbereiche
voneinander vollständig
getrennt, wodurch ein verlustfördernder
Flüssigkeitsaustausch
zwischen diesen Bereichen verhindert ist.
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Zur
konstruktiven Vereinfachung ist der Drehleitkörper vorteilhafterweise in
Axialrichtung beidseitig des Drehkörpers auf dessen Achse gelagert.
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In
einer insbesondere strömungstechnisch günstigen
Ausführung
ist der radiale Abstand des Drehleitkörpers vom Drehkörper einerseits
und/oder der radiale Abstand des Gehäuses vom Drehleitkörper andererseits
klein gegen den Radius des Drehkörpers
bzw. des Drehleitkörpers.
In beiden Fällen
ist die Dicke der jeweiligen Fluidschicht klein gegen den Radius
des Drehkörpers
bzw. Drehleitkörpers.
Der jeweilige radiale Abstand kann hierbei wiederum in axialer Richtung
wahlweise konstant oder variabel sein.
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Für eine besonders
reduzierte Drehleistung sind zweckmäßigerweise mehrere Drehleitkörper vorgesehen,
die koaxial und mit Abstand zueinander drehbar im Gehäuse gelagert
sind. Diese Drehleitkörper
sind entweder frei und unabhängig
voneinander drehbar gelagert oder mit unterschiedlicher Drehfrequenz
zwangsangetrieben, so dass jeder Drehleitkörper im Betrieb mit einer Drehfrequenz
rotiert, die bezüglich
der Drehfrequenz des nächstinneren
Drehleitkörpers
oder, wenn ein solcher nicht vorhanden ist, des Drehkörpers einerseits
und der Drehfrequenz des nächstäußeren Drehleitkörpers, oder
wenn ein solcher nicht vorhanden ist, des Gehäuses andererseits intermediär ist. Mit
anderen Worten verhalten sich die Drehfrequenzen des Drehkörpers, der
aufeinanderfolgenden Drehleitkörper
und des Gehäuses zueinander
im mathematischen Sinne streng monoton. Bei feststehendem Gehäuse nimmt
die Drehfrequenz der Drehleitkörper
also nach innen hin zu. Je mehr Drehleitkörper die Vorrichtung aufweist,
desto geringer ist bei gleicher Drehfrequenz des Drehkörpers die
Relativfrequenz der angrenzenden Körper untereinander. Infolge
der nichtlinearen Beziehung der Verlustleistung in der Flüssigkeit
bezüglich
der relativen Drehfrequenz ergibt sich hieraus eine Verringerung
der Verlustleistung.
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Die
Vorrichtung ist insbesondere ein Röntgenstrahler. Hierbei enthält der Drehleitkörper bevorzugt
zumindest in einem Teilbereich ein Strahlenschutzmaterial, d.h.
ein Röntgenstrahlung
stark schwächendes
Material, insbesondere Blei. Hierdurch wird eine besonders kompakte
Realisierung des Röntgensstrahlers
erreicht, die gleichwohl einen guten Schutz gegen unerwünschte Streustrahlung gewährleistet.
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Die
mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
dass bei einem Drehkolbenstrahler die Drehleistung deutlich reduziert
ist, und gleichzeitig bei der Rotation der Vakuumröhre eine
turbulente Kühlmittelströmung erzeugt
wird, die durch Umströmung
der Anode eine effiziente Kühlung
bewirkt.
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Nachfolgend
werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 in einem schematischen
Längsschnitt eine
Vorrichtung mit einem in einem fluidgefüllten Gehäuse drehangetriebenen Drehkörper und
einem koaxial bezüglich
des Drehkörpers
drehbar gelagerten Drehleitkörper,
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2 in einer Darstellung gemäß 1 eine alternative Ausführung der
Vorrichtung mit zwei koaxial ineinander angeordneten Drehleitkörpern und
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3 in einem schematischen
Längsschnitt eine
Ausbildung der Vorrichtung als Röntgenstrahler mit
einer in einem Kühlmittelgehäuse drehangetriebenen
Vakuumröhre
als Drehkörper.
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Einander
entsprechende Teile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die
in 1 in einer schematischen
Darstellung gezeigte Vorrichtung 1 umfasst ein feststehendes,
mit einem Fluid F gefülltes
Gehäuse 2,
in dem ein um eine Achse 3 drehbarer Drehkörper 4 gelagert ist.
Der Drehkörper 4 ist
hierbei mittels eines Antriebs 5 insbesondere eines Elektromotors,
drehangetrieben. Die Achse 3 ist in axialer Richtung beidseitig
des Drehkörpers 4 an
Lagern 6, z.B. Wälzlagern,
innerhalb des Gehäuses 2 aufgehängt. Jedes
Lager 6 ist hierbei von einem gehäusefesten Lagerschild 7 getragen.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst weiterhin einen Drehleitkörper 8 mit
einem dünnwandigen,
rohrförmigen
Mantel 9, der konzentrisch bezüglich des Drehkörpers 4 angeordnet
ist und diesen mit radialem Abstand umgibt. Dieser radiale Abstand
ist klein gegenüber
dem Radius des Drehkörpers 4.
In anderen Worten haben der Drehkörper 4 und der Drehleitkörper 8 einen
nur gering verschiedenen Radius. Der Drehleitkörper 8 ist an beiden
Axialenden mit je einer Stirnwand 10 versehen. Jede Stirnwand 10 trägt mittig
ein Lager 11, insbesondere ein Wälzlager, mit welchem der Drehleitkörper 8 frei
drehbar auf der Achse 3 gelagert ist. Die Stirnwände 10 können bedarfsweise
vollflächig
ausgebildet sein oder nicht näher
dargestellte Öffnungen
enthalten, die einen Fluidaustausch zwischen dem Innenraum und dem
Außenraum
des Drehleitkörpers 8 ermöglichen.
Die Stirnwände 10 können weiterhin
auch aus speichenähnlichen
Stirnwandstreben gebildet sein.
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Bei
dem Fluid F handelt es sich beispielsweise um ein flüssiges Kühlmittel,
eine Dichtflüssigkeit oder
eine beliebige andere Flüssigkeit.
Unabhängig von
der speziellen Natur des Fluids F wird bei drehangetriebenem Drehkörper 4 das
Fluid F durch Reibung an der Oberfläche des Drehkörpers 4 in
Rotation versetzt. Nach einer gewissen Anlaufzeit nach Inbetriebnahme
der Vorrichtung 1 entspricht die Umlaufgeschwindigkeit
des Fluids F in unmittelbarer Nähe
zum Drehkörper 4 in
etwa der Umlaufgeschwindigkeit des Drehkörpers 4 an dessen
Umfang, während
das Fluid F in unmittelbarer Nähe
zum feststehenden Gehäuse 2 quasi
ruht. Durch interne Reibung entzieht das Fluid F der Vorrichtung 1 kontinuierlich
Energie, die in Form einer Verlustleistung eine Erhöhung der
vom Antrieb 5 aufzubringenden Drehleistung P bewirkt. Als
Drehleistung P ist diejenige Leistung bezeichnet, die zum Antrieb
des Drehkörpers 4 mit
einer vorgegebenen Drehfrequenz f aufzubringen ist.
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Bei
genügend
hoher Drehfrequenz des Drehkörpers 4 bildet
sich zwischen dem Drehkörper 4 und
dem Gehäuse 2 innerhalb
des Fluids F ein turbulentes Strömungsprofil
mit stark fluktuierenden Strömungsgeschwindigkeiten
aus. Bei einer herkömmlichen
Vorrichtung der eingangs erwähnten
Art besteht zwischen der Drehleistung P' und der absoluten Drehfrequenz f des
Drehkörpers
gegenüber dem
feststehenden Gehäuse
hierbei der Zusammenhang P' ~
f3. Als herkömmlich wird dabei eine Vorrichtung
bezeichnet, die der Vorrichtung 1 im Wesentlichen gleicht,
jedoch deren Drehleitkörper 8 nicht
aufweist.
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Bei
der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 ist demgegenüber das
Fluid F in einen zwischen dem Drehkörper 4 und dem Drehleitkörper 8 angeordneten
ersten Bereich F1 und einen zwischen dem Drehleitkörper 8 und
dem Gehäuse 2 angeordneten
zweiten Bereich F2 getrennt. Bei rotierendem Drehkörper 4 wird
der Drehleitkörper 8 infolge
der Flüssigkeitsreibung
in eine mit dem Drehkörper 4 gleichsinnige
Rotation versetzt. Nach einer gewissen Anlaufphase rotiert der Drehleitkörper 8 mit
einer Drehfrequenz f1 gegenüber
dem feststehenden Gehäuse 2,
die geringer als die (als positiv angenommene) Drehfrequenz f des
Drehkörpers 4 ist.
Allgemein gilt f ≥ f1 ≥ f0 = 0, wobei
f0 die im vorliegenden Fall verschwindende Drehfrequenz des feststehenden
Gehäuses 2 bezeichnet.
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Die
Drehleistung P, die zum Antrieb des Drehkörpers 4 der Vorrichtung 1 mit
der vorgegebenen Drehfrequenz f erforderlich ist, ist reduziert
gegenüber
der Drehleistung P',
die zum Betrieb einer herkömmlichen
Vorrichtung unter entsprechenden Bedingungen erforderlich wäre. Im Betrieb
der Vorrichtung 1 wird nämlich in jedem Bereich F1,
F2 des Fluids F eine Teilleistung P1 bzw. P2 der Drehleistung P
verbraucht, die von der jeweiligen Relativfrequenz der die Bereiche
F1 und F2 begrenzenden Körper
abhängt.
Im Einzelnen wird im achsennahen Bereich F1 des Fluids F die Teilleistung
P1 ~ Δf13 verbraucht, die von der Relativfrequenz Δf1 = f – f1 des Drehkörpers 4 bezüglich des
Drehleitkörpers 8 abhängt, während im
achsenfernen Bereich F2 des Fluids F die Teilleistung P2 ~ Δf23 verbraucht wird, die von der Relativfrequenz Δf2 = f1 – f0 = f1
des Drehleiterkörpers 8 bezüglich des
feststehenden Gehäuses 2 abhängt. Unter
Vernachlässigung
der Lagerreibung gilt P ≈ P1
+ P2. Unter der Voraussetzung, dass der Drehkörper 4 und der Drehleitkörper 8 einen
nur gering verschiedenen Radius aufweisen, gilt darüber hinaus
P ~ Δf13 + Δf23 < f3. In Worten ausgedrückt ist durch Einsatz des Drehleitkörpers 8 die
Drehleistung P gegenüber
dem herkömmlichen
Fall deutlich reduziert.
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Bevorzugt
ist die Vorrichtung 1 derart ausgelegt, dass der Drehleitkörper 8 halb
so schnell rotiert wie der Drehkörper 4,
entsprechend f1 = 0,5 × f,
so dass die Relativfrequenzen Δf1
und Δf2
zwischen dem Drehkörper 4 und
dem Drehleitkörper 8 einerseits
bzw. dem Drehleitkörper 8 und
dem Gehäuse 2 andererseits
gleich sind: Δf1
= Δf2 =
0,5 × f.
In diesem Fall beträgt
die Drehleistung P ~ 2 × (0,5
f)3 = 0,25 × f3 ~
0,25 × P', also nur etwa ein
Viertel der Drehleistung P',
die ohne den Drehleitkörper 8 hätte aufgebracht
werden müssen.
Aufgrund der im oben aufgeführten
Zahlenbeispiel nicht berücksichtigten Lagerreibung
sowie der Tatsache, dass der Drehkörper 4 und der Drehleitkörper 8 einen
geringfügigen unterschiedlichen
Durchmesser aufweisen, wird in der Realität die beschriebene Reduzierung
der Drehleistung nur näherungsweise
erreicht.
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Eine
alternative Ausführung
der Vorrichtung 1 gemäß 2 unterscheidet sich von
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel
dadurch, dass hier zwei koaxial ineinander angeordnete Drehleitkörper 8 und 8' vorgesehen
sind. Beide Drehleitkörper 8 und 8' sind in der
vorbeschriebenen Weise frei drehbar auf der Achse 3 gelagert
und allseitig von Fluid F umgeben. Im Betrieb der Vorrichtung 1 rotiert
infolge der Fluidreibung der innere Drehleitkörper 8 mit einer Drehfrequenz,
die betragsmäßig zwischen
der Drehfrequenz des Drehkörpers 4 und
des äußeren Drehleitkörpers 8' liegt. Der äußere Drehleitkörper 8' rotiert mit
einer Drehfrequenz, die betragsmäßig zwischen
der Drehfrequenz des inneren Drehleitkörpers 8 und der (im
vorliegenden Fall verschwindenden) Drehfrequenz des feststehenden
Gehäuses 2 liegt. Aufgrund
der vergleichsweise kleinen relativen Drehfrequenzen zwischen den
angrenzenden Körpern 4, 8 und 8' bzw. des Gehäuses 2 ist
die Gesamtdrehleistung im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel weiter reduziert.
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Bei
der in 1 unabhängig von
einem speziellen Verwendungszweck dargestellten Vorrichtung 1 handelt
es sich insbesondere um einen Röntgenstrahler 12,
wie er in 3 abgebildet
ist. Das fluidgefüllte
Gehäuse 2 des
Röntgenstrahlers 12 ist
nachfolgend als Kühlmittelgehäuse 13 bezeichnet.
Das Kühlmittelgehäuse 13 enthält eine
um eine Achse 3 von einem Antrieb 5 drehangetriebene
Vakuumröhre 14 als
Drehkörper 4.
Der zwischen dem Kühlmittelgehäuse 13 und
der Vakuumröhre 14 gebildete
Raum ist mit einem Fluid F, z.B. in Form eines Isolieröls, ausgefüllt, welches
zur Kühlung
der Vakuumröhre 14 und
zu elektrischen Isolationszwecken dient. Die Vakuumröhre 14 ist
mit geringem radialem Abstand von einem dünnwandigen Drehleitkörper 8 umgeben,
der koaxial mit der Vakuumröhre 14 mittels
Lagern 11 in axialer Richtung beidseitig der Vakuumröhre 14 auf der
Achse 3 frei drehbar gelagert ist.
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Der
Röntgenstrahler 12 gemäß 3 ist ein so genannter Drehkolbenstrahler,
bei dem die Vakuumröhre 14 eine
darin fest installierte Kathode 15 sowie eine darin fest
installierte Anode 16 enthält. Im Betrieb des Röntgenstrahlers 12 wird
die Vakuumröhre 14 zusammen
mit der Kathode 15 und der Anode 16 in eine schnelle
Rotation um die Achse 3 versetzt. Gleichzeitig wird zwischen
die Kathode 15 und die Anode 16 eine elektrische
Hochspannung angelegt und die Kathode 15 mittels eines
Heizstroms beheizt. Die Spannungsversorgung der Kathode 15 geschieht über einen
Heizstromüberträger 17.
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Die
Beheizung der Kathode 15 führt zu einem Austritt von Elektronen
aus der Kathode 15, die durch Wirkung der Hochspannung
unter Bildung eines Elektronenstrahls S in Richtung der Anode 16 beschleunigt
werden. Um einen bezüglich
der Anode 16 stationären
Brennfleck zu vermeiden, ist ein drehfest mit dem Kühlmittelgehäuse 13 verbundenes
magnetisches Ablenksystem 18 vorgesehen, das in axialer
Richtung etwa mittig zwischen der Kathode 15 und der Anode 16 angeordnet
ist. Unter Wirkung des vom Ablenksystem 18 erzeugten Magnetfelds
wird der Elektronenstrahl S entlang einer ortsfesten Richtung lateral
aus der Achse 3 abgelenkt und trifft mit radialem Abstand
zur Achse 3 auf die rotierende Anode 16 auf. Durch
die Rotation der Anode 16 gegenüber dem räumlich stationären Elektronenstrahl
S bewegt sich der Brennfleck 19, d.h. der Punkt, an dem
der Elektronenstrahl S auf der Anode 16 auftrifft, entlang
einer kreisförmigen
Bahn über
die Anodenoberfläche 16.
Beim Auftreffen des beschleunigten Elektronenstrahls S auf der Anodenoberfläche wird
in bekannter Weise Röntgenstrahlung
R erzeugt, die bevorzugt in radialer Richtung emittiert wird und
das Kühlmittelgehäuse 13 durch
nicht näher
dargestellte Strahlungsfenster nahezu ungeschwächt verlässt. Um die Emission von ungewünschter
Streustrahlung zu unterdrücken,
ist das Kühlmittelgehäuse 13 wiederum
in einem Strahlenschutzgehäuse 20 aufgenommen,
das mit einem Röntgenstrahlung
stark schwächenden
Material, insbesondere Blei, versehen ist. Des weiteren ist auch
der Drehleitkörper 8 des
Röntgenstrahlers 12 zumindest
in Bereichen, in denen eine Strahlungsemission unerwünscht ist,
mit strahlungsschwächendem
Material beschichtet.
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Bei
Bedarf kann auch der Röntgenstrahler 12 in
Analogie zu 2 mit mehreren
Drehleitkörpern ausgestattet
sein.