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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Drehkörper, der
in einem Gehäuse
drehangetrieben angeordnet ist. Drehkörper werden z.B. in der Antriebstechnik
oder der Kühltechnik
eingesetzt. Ein weiteres Beispiel ist ein Röntgenstrahler mit einer Drehkolbenröhre als
Drehkörper.
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Drehkolbenröhren bzw.
Röntgenstrahler
mit Drehkolbenröhren
sind u.a. in der
US
6,364,527 B1 ,
US
6,396,901 B1 ,
US
5,579364 A und
US 6,084,9421
A beschrieben. Die Drehkolbenröhre ist dabei in der Regel
im Strahlergehäuse
bezüglich
ihrer Längsachse
rotierbar gelagert und wird im Betrieb durch ein geeignetes Antriebssystem,
z.B. einen Elektromotor, um ihre Längsachse gedreht. Die Anode
der Drehkolbenröhre
ist fest mit dem Vakuumgehäuse
verbunden oder bildet einen Teil des Vakuumgehäuses. Der von der ebenfalls
fest mit dem Vakuumgehäuse
verbundenen Kathode im Betrieb ausgehende Elektronenstrahl wird
durch ein geeignetes, relativ zu der Drehkolbenröhre ortsfestes Ablenksystem
derart abgelenkt, dass auf der Auftrefffläche der Anode ein bezüglich des
Strahlergehäuses
ortsfester Brennfleck entsteht. Somit werden immer neue kalte bzw.
abgekühlte
Stellen der Anode vom Elektronenstrahl getroffen, wodurch die thermische
Belastbarkeit der Anode im Vergleich zu einer ruhenden Anode steigt.
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Damit
die Drehkolbenröhre
ausreichend gekühlt
wird, ist das Strahlergehäuse
in der Regel mit einem Fluid als Kühlmittel gefüllt.
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Für eine verbesserte
Kühlung
der Drehkolbenröhre
sind die in der
US 6,084,942
A und der
US 6,396,901
B1 offenbarten Röntgenstrahler
mit feststehenden Leitkörpern
versehen, die das Kühlmittel an
die Drehkolbenröhre
führen.
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Zur
Reduzierung der Reibungsverluste nerhalb des Kühlmittels ist bei dem aus der
US 6,364,527 B1 bekannten
Röntgenstrahler
die Drehkolbenröhre
fest in einem Kühlmittelgehäuse aufgenommen,
das zusammen mit der Drehkolbenröhre rotiert.
Insbesondere bei relativ langen Röntgenbelichtungszeiten ist
die Kühlung
aufgrund eines geringere Wärmeübergangs
schlechter als bei den aus der
US 6,084,942 A und der
US 6,396,901 B1 bekannten
Röntgenstrahlern.
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Bei
dem in der
US 5,579364
A vorgeschlagenen Röntgenstrahler
erfolgt die Kühlung
durch in der Anode liegende Flüssigkeitskreisläufe. Der
der Anode benachbarte Teil der Drehkolbenröhre wird dadurch jedoch relativ
wenig gekühlt
und kann durch gestreute Elektronen thermisch stärker belastet werden.
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Durch
die
DE 196 12 698
C1 ist weiterhin ein Röntgenstrahler
bekannt, der ein Strahlenschutzgehäuse sowie eine in diesem Gehäuse drehbar
gelagerte drehangetriebene Röntgenröhre aufweist.
Weiterhin ist in dem Strahlenschutzgehäuse ein Kühlmediumbehälter, der mit einem Fluid gekühlt ist,
drehbar gelagert.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart auszubilden, dass der Drehkörper besser gekühlt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch eine Vorrichtung, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse drehbar
gelagerten drehangetriebenen Drehkörper, wenigstens einen in dem
Gehäuse und
um den Drehkörper
herum angeordneten starr mit dem Drehkörper verbundenen Drehleitkörper, der mit
einem Fluid gefüllt
ist, und ein drehbar gelagertes drehangetriebenes Bauteil, das innerhalb
des Drehleitkörpers
angeordnet ist. Der Drehkörper
und das Bauteil werden insbesondere gemäß Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit jeweils einem Antrieb angetrieben oder sind mit einem Getriebe verbunden.
Dadurch ist es insbesondere möglich, dass
der Drehkörper
und das Bauteil mit voneinander verschiedenen und/oder frei einstellbaren
Drehfrequenzen drehangetrieben werden.
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Das
Bauteil ist nach bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung scheibenförmig oder
becherförmig
ausgebildet und befindet sich bevorzugt unterhalb der Anode, wenn es
sich bei der Vorrichtung um einen Röntgenstrahler handelt. Dadurch
ergeben sich insbesondere an den Stellen des Drehkörpers Turbulenzen
im Fluid, mit dem das Gehäuse
bevorzugt als Kühlmittel
gefüllt
ist, an denen eine verstärkte
Kühlung
notwendig ist; d.h. es ergeben sich im Falle des Röntgenstrahlers
insbesondere Turbulenzen im Fluid nahe der Anode.
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Gemäß Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Drehleitkörper
koaxial bezüglich
des Drehkörpers
gelagert oder der Drehleitkörper
ist zwei- oder mehrteilig.
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Nach
einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung
befindet sich zwischen dem Drehleitkörper und dem Gehäuse ein Medium,
das eine geringere Viskosität
aufweist als das Fluid. Das Medium geringerer Viskosität ist bevorzugt
ein Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid, Luft oder Gemische aus
Kohlenwasserstoff, SF6 und Luft. Außerhalb des Drehleitkörpers kann
sich auch ein Vakuum befinden.
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Nach
einer weiteren Variante handelt es sich bei der Vorrichtung um einen
Röntgenstrahler,
bei dem der Drehkörper
eine Röntgenröhre mit
einer bezüglich
der Röntgenröhre drehbar
gelagerten Kathode und ortsfesten Anode darstellt.
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Ausführungsbeispiele
sind exemplarisch in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
Röntgenstrahler
mit einer Drehkolbenröhre,
einem starr mit der Drehkolbenröhre verbundenen
Drehleitkörper
und einem mit der Drehkolbenröhre
mit einem Getriebe verbundenen Bauteil und
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2 einen
Röntgenstrahler
mit einer mit einem Antrieb drehangetriebenen Drehkolbenröhre, einem
starr mit der Drehkolbenröhre
verbundenen Drehleitkörper
und einem mit einem weiteren Antrieb drehangetriebenen Bauteil.
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Die 1 zeigt
eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in Form eines Röntgenstrahlers
RS1 mit einer Drehkolbenröhre 1 als
Drehkörper.
Die Drehkolbenröhre 1 umfasst
im Wesentlichen ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Vakuumgehäuse 2,
in deren Innerem eine Kathode 3, die von außen mit
in der 1 nicht dargestellten Schleifringen kontaktiert
werden kann, fest angeordnet ist. Eine kegelstumpfförmige Anode 4 bildet
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
einen Teil des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1.
Die Kathode 3 und die Anode 4 drehen sich im Betrieb
der Drehkolbenröhre 1 gemeinsam
mit dem Vakuumgehäuse 2 um deren
Längsachse
L. Die Längsachse
L verläuft
im gezeigten Beispiel durch die Kathode 3 und die Anode 4.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
ist um die Drehkolbenröhre 1 herum
ein kolbenförmiger
Drehleitkörper 14 angeordnet.
Der Drehleitkörper 14 ist
mit Fixierungen 15 starr mit dem Vakuumgehäuse 2 der
Drehkolbenröhre 1 verbunden und
dreht sich im Betrieb der Drehkobenröhre 1 mit dieser um
seine Längsachse,
die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der Längsachse
L der Drehkolbenröhre 1 zusammenfällt.
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Damit
die Drehkolbenröhre 1 mit
dem Drehleitkörper 14 längs ihrer
Längsachse
L rotieren kann, ist am anodenseitigen Ende des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1 eine
Welle 21 herausgeführt, die
am Strahlergehäuse
G mit einem Kugellager 6 drehbar gelagert ist. Der Drehleitkörper 14,
der mit dem Vakuumgehäuse 1 der
Drehkolbenröhre
starr verbunden ist, ist an seinem kathodenseitigen Ende mit einem
Kugellager 7 und an seinem anodenseitigen Ende mit einem
Kugellager 7' am
Strahlergehäuse
G drehbar gelagert.
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Am
kathodenseitigen Ende des Vakuumgehäuses 2 der Drehkolbenröhre 1 ist
eine Welle 8 herausgeführt,
deren Längsachse
auf die Längsachse
L des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1 fällt. Am
freien Ende der Welle 8 ist ein schematisch angedeuteter
Elektromotor 9 angebracht, der die Drehkolbenröhre 1 mit
dem Drehleitkörper 14 im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
im Betrieb mit variabler Drehfrequenz um ihre Längsachse L rotiert.
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Da
sich die Kathode
3 und die Anode
4 mit dem Vakuumgehäuse
2 im
Betrieb der Drehkolbenröhre
1 mitdreht,
umfasst der Röntgenstrahler
RS1 ein in de
1 nicht näher dargestelltes, jedoch u.a. aus
der
US 6,364,527 B1 ,
US 6,396,901 B1 ,
US 5,579364 A und
der 6,084,942 A bekanntes Ablenksystem, das einen von der Kathode
3 ausgehenden Elektronenstrahl
10 derart
ablenkt, dass der Elektronenstrahl
10 auf eine ringförmige Auftrefffläche
11 der
Anode
4 in einem bezüglich
des Strahlergehäuses
G des Röntgenstrahlers
RS1 ortsfesten Brennfleck
12 auftrifft, von dem ein Röntgenbündel
13,
dessen Randstrahlen strichpunktiert gezeichnet sind, ausgeht.
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Das
Strahlergehäuse
G ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dreigeteilt
und umfasst ein Hauptgehäuse
H und zwei Teilgehäuse
T1 und T2. Das Teilgehäuse
T1 ist um die Welle 8 und das Gehäuseteil T2 ist um die Welle 21 herum
angeordnet. Die Teilgehäuse
T1 und T2 umfassen jeweils eine Öffnung Ö1 und Ö2, mit denen
das Strahlergehäuse
G an einen in der 1 nicht dargestellten externen
Kühlkreislauf,
der ebenfalls nicht dargestellte Wärmetauscher umfasst, angeschlossen
ist.
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Um
die Drehkolbenröhre 1 im
Betrieb zu kühlen,
ist der Drehleitkörper 14 mit
einem Fluid F als Kühlmittel,
das in der Regel ein speziell für
Kühlung geeignetes Öl ist, gefüllt. Außerdem ist
der Drehleitkörper 14 in
den Bereichen, in denen er innerhalb der Teilgehäuse T1 und T2 verläuft, mit
Bohrungen 20 versehen und somit für das Fluid F durchlässig, so dass
das aufgrund der Erwärmung
der Drehkolbenröhre 1 erwärmte Fluid
F durch die Öffnungen Ö1 und Ö2 in den
Teilgehäusen
T1 und T2 mittels des externen Kühlkreislaufs
gekühlt
werden kann. Damit das Fluid F frei innerhalb des Drehleitkörpers 14 fließen kann,
sind die Fixierungen 15 ebenfalls für das Fluid F durchgängig.
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Das
Hauptgehäuse
H des Strahlergehäuse G
ist dagegen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit Schwefelhexafluorid,
das eine geringere Viskosität
aufweist als das innerhalb des Drehleitkörpers 14 befindliche
Fluid F, gefüllt.
Damit das Schwefelhexafluorid nicht aus dem Hauptgehäuse H des
Strahlergehäuses
G in die Teilgehäuse
T1 oder T2 entweichen kann bzw. damit nicht das Fluid F in das Hauptgehäuse H dringen
kann, ist das Hauptgehäuse
H gegenüber
dem Drehleitkörper 14 und
den Teilgehäusen
T1 und T2 in diesem Beispiel mit Simmerringen 16 abgedichtet.
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Innerhalb
des Drehleitkörpers 14 und
unterhalb der Anode 4 der Drehkolbenröhre 1 ist im Falle des
vorliegenden Ausführungsbeispiels
außerdem eine
drehbare Scheibe 17, die mit einem Getriebe 18 mit
der Welle 5 der Drehkolbenröhre 1 verbunden ist, angeordnet.
Mittels des Getriebes 18 wird die Scheibe 17 zusammen
mit der Drehkolbenröhre 1 drehangetrieben,
im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
jedoch mit einer von der Drehzahl der Drehkolbenröhre 1 verschiedenen
Drehzahl. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels setzt das Getriebe 18 die
Drehzahl der Drehkolbenröhre 1 auf
eine niedrigere, für
die Scheibe 17 bestimmte Drehzahl herunter. Die Aufgabe
der drehangetriebene Scheibe 17 ist es, das Fluid F nahe
der Anode 4 der Drehkolbenröhre 1 für eine verbesserte
Kühlung
der Anode 4 aufzuwirbeln.
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Die 2 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Form eines Röntgenstrahlers
RS2 mit einer Drehkolbenröhre 1 als
Drehkörper.
Im Folgenden sind sich entsprechende Teile der beiden in den 1 und 2 dargestellten
Röntgenstrahler
RS1 und RS2 mit denselben Bezugszeichen versehen. Außerdem werden gleiche
Teile beider Röntgenstrahler
nicht nochmals näher
erläutert.
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Im
Gegensatz zum in der 1 gezeigten Röntgenstrahler
RS1 ist aus dem Vakuumgehäuse 2 der
Drehkolbenröhre 1 keine
Welle 5 herausgeführt. Außerdem ist
die Scheibe 17 nicht mit einem Getriebe mit der Drehkolbenröhre 1 gekoppelt,
sondern mit einer Welle 21 verbunden, an deren einem Ende
ein weiterer schematisch dargestellter Elektromotor 22 angeordnet
ist. Der Elektromotor 22 kann die Scheibe 17 in
Rotation versetzten.
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Im
Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
können
die Drehzahlen der Elektromotoren 9 und 22 variabel
und auch unabhängig
voneinander eingestellt werden, so dass die Drehkolbenröhre 1 und
die Scheibe 17 mit variablen Drehfrequenzen betrieben werden
können.
Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird die Scheibe 17 insbesondere mit einer kleineren Drehfrequenz
betrieben als die Drehkolbenröhre 1.
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In
den beschrieben Ausführungsbeispielen ist
der Drehleitkörper 14 einteilig.
Zwei- und mehrteilige Drehleitkörper
sind jedoch auch denkbar. Es ist auch nicht nötig, dass der Drehleitkörper 14 koaxial zur
Drehkolbenröhre 1 gelagert
ist.
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Zwischen
dem Strahlergehäuse
G und dem Drehleitkörper 14 kann
sich auch ein anderes Medium als Schwefelhexafluorid, wie z.B. Luft
oder Gemische aus Kohlenwasserstoff, SF6 und Luft befinden. Außerhalb
des Drehleitkörpers
kann sich auch ein Vakuum befinden. Wenn der Drehleitkörper 14 für das Fluid
F durchlässig
ist, dass kann sich auch zwischen dem Strahlergehäuse G und
dem Drehleitkörper 14 das
Fluid F befinden.
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Es
kann auch ein anderes drehangetriebenes Bauteil zum Aufwirbeln des
Fluids F als die Scheibe 17 verwendet werden, wie insbesondere
ein scheibenförmig
ausgebildetes Bauteil.
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Die
in den Figuren gezeigte Drehkolbenröhre kann auch derart ausgebildet
sein, dass ihre Kathode bezüglich
des Vakuumge häuses
drehbar gelagert, ihre Anode dagegen ortsfest ist, wie dies z.B.
aus der
US 5 046 186 bekannt
ist.
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Bei
der Drehkolbenröhre 1 handelt
es sich um ein Beispiel aus der Medizintechnik. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aber auch in anderen technischen Gebieten, insbesondere der
Antriebstechnik oder der Kühltechnik
verwendet werden, wobei es sich dann bei dem Drehköper nicht
um eine Drehkolbenröhre
handelt.