DE19624919A1 - Rotary anode X=ray tube - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer in einem Vakuumkolben aufgenommenen Drehanode, die mittels zweier in einer Hülsenanordnung aufgenommener Lager relativ zu dem Va kuumkolben drehbar gelagert ist.The invention relates to an X-ray tube with one in one Vacuum flask accommodated rotating anode, which by means of two in a sleeve arrangement of housed bearings relative to the Va vacuum piston is rotatably mounted.
Da es sich bei den im Falle derartiger Röntgenröhren vorgese henen Lagern in der Regel um Walzlager, insbesondere Kugella ger, handelt, treten insbesondere bei Betriebsbeginn derarti ger Röntgenröhren sowie im Teillastbetrieb Vibrationen auf, die in Form von Laufgerauschen und bei Integration der Rönt genröhre in eine Röntgenanlage als Anlagenvibrationen zum Teil störend wirken.Since it is the case in the case of such X-ray tubes bearings usually around roller bearings, especially Kugella ger, acts, occur in particular at the start of operations x-ray tubes as well as vibrations during part-load operation, which in the form of running noise and when integrating the X-ray tube in an X-ray system as system vibrations for Part disturbing.
Bisherige Lösungen zielten auf die Verminderung der Vibratio nen im Kugellager selbst, z. B. durch Verwendung geeigneter Schmierstoffe und/oder besonders präzise gefertigte Lager. Weiter ist es zur Vermeidung von Vibrationen beispielsweise aus der DE 42 28 964 A1 (GR 92 P 3484 DE) bekannt, die Lager anzustellen, indem sie zusätzlich zu den durch die Lagerung der Drehanode ohnehin auftretenden Lagerkräften mit einer zu sätzlichen Kraft zur Ausschaltung des Lagerspiels belastet werden. Außerdem ist es aus der US 4,635,283 bekannt, eine Hülsenanordnung mit einer inneren und einer äußeren Hülse zu verwenden, wobei in der inneren Hülse die Walzlager aufgenom men sind und die innere Hülse über Federelemente in der äuße ren Hülse abgestützt ist.Previous solutions aimed to reduce vibratio NEN in the ball bearing itself, for. B. by using suitable Lubricants and / or particularly precisely manufactured bearings. It is further to avoid vibrations for example known from DE 42 28 964 A1 (GR 92 P 3484 DE), the bearings hire by in addition to those through storage the rotating anode bearing forces occurring anyway with a additional force to eliminate the bearing play will. It is also known from US 4,635,283, a Sleeve assembly with an inner and an outer sleeve use, the roller bearings in the inner sleeve men are and the inner sleeve via spring elements in the outer ren sleeve is supported.
Sieht man einmal von Maßnahmen bezüglich der Schmiermittel wahl ab, die ohnehin nur zu einem begrenzten Erfolg führen können, so sind alle bekannten Maßnahmen konstruktiv aufwen dig und entsprechend kostenintensiv. Außerdem lassen sich diese Maßnahmen nicht ohne weiteres in bereits vorhandene Röhrenkonstruktionen integrieren, so daß eine Neukonstruktion zumindest der Lagerung der Drehanode erforderlich ist.If you look at measures regarding lubricants deselect that lead to limited success anyway can, all known measures are constructively expensive dig and accordingly expensive. In addition, these measures are not readily available in existing ones Integrate tube constructions so that a new construction at least the storage of the rotating anode is required.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf konstruk tiv einfache und kostengünstige Weise eine Minderung von Vi brationen erreicht ist.The invention has for its object an X-ray tube of the type mentioned in such a way that on construct tiv simple and inexpensive way to reduce Vi brations is reached.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt genröhre mit einer in einem Vakuumkolben aufgenommenen Dre hanode, die mittels zweier in einer Hülsenanordnung aufgenom mener Lager relativ zu dem Vakuumkolben drehbar gelagert ist, wobei die Hülsenanordnung einen elastisch nachgiebigen Be reich aufweist, der zwischen dem der Drehanode benachbarten und dem von der Drehanode entfernten Lager angeordnet ist. Unter einem elastisch nachgiebigen Bereich soll hier ein Be reich verstanden werden, infolge von dessen Nachgiebigkeit eine radiale Verlagerung der Drehanode auftritt, die wenig stens gleich dem Radialspiel des das größere Radialspiel auf weisenden Lagers ist. Vorzugsweise ist die radiale Verlage rung der Drehanode deutlich größer, z. B. um eine Größenord nung, als dieses Radialspiel.According to the invention, this object is achieved by an X-ray Gentube with a Dre in a vacuum flask Hanode, which is recorded by means of two in a sleeve arrangement mener bearing is rotatably mounted relative to the vacuum piston, wherein the sleeve assembly has an elastically resilient loading has rich, that between that adjacent to the rotating anode and the bearing remote from the rotating anode. Under an elastically resilient area, a Be be richly understood due to its compliance a radial displacement of the rotating anode occurs that little at least equal to the radial play of the larger radial play facing camp. The radial publishers are preferred tion of the rotating anode significantly larger, z. B. by an order of magnitude than this radial game.
Da die Hülsenanordnung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ei nen elastisch nachgiebigen Bereich aufweist, wird der Entste hung von Vibrationen in ähnlicher Weise wie im Falle der Ver wendung einer inneren und einer äußeren Hülse mit dazwischen liegenden Federelementen entgegengewirkt, ohne das ein hoher konstruktiver Aufwand getrieben werden muß. Außerdem ist es leicht möglich, bei bereits vorhandenen Konstruktionen die Hülsenanordnung mit einem elastisch nachgiebigen Bereich zu versehen.Since the sleeve arrangement of the X-ray tube according to the invention has an elastically yielding area, the first vibration in a similar way as in the case of ver using an inner and an outer sleeve with in between counteracted spring elements without a high constructive effort must be driven. Besides, it is easily possible with existing designs Sleeve arrangement with an elastically resilient area Mistake.
Der elastisch nachgiebige Bereich kann gemäß einer Variante der Erfindung dadurch gebildet sein, daß die Hülse in zwei Abschnitte unterteilt ist und die Hülsenanordnung wenigstens ein elastisch nachgiebiges Element aufweist, mittels dessen die Abschnitte miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist die Hülsenanordnung mehrere elastisch nachgiebige Elemente auf, die als Blattfedern ausgebildet sind.The resilient area can be according to one variant of the invention be formed in that the sleeve in two Sections is divided and the sleeve arrangement at least has an elastically resilient element, by means of which the sections are connected. Preferably points the sleeve assembly has several resilient elements on, which are designed as leaf springs.
Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hülse für wenigstens eines der Lager einen Lagersitz aufweist und daß der elastisch nachgiebige Bereich sich in den Bereich des Lagersitzes erstreckt. In diesem Falle ist die Hülse im Bereich des Lagersitzes zur Bildung des ela stisch nachgiebigen Bereiches vorzugsweise in wenigstens im wesentlichen axial verlaufende Finger unterteilt.According to another variant of the invention, that the sleeve has a bearing seat for at least one of the bearings has and that the resilient area in extends the area of the bearing seat. In this case it is the sleeve in the area of the bearing seat to form the ela flexible area preferably in at least divided essentially axially extending fingers.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zei gen:Exemplary embodiments of the invention are described below of the accompanying schematic drawings. It shows gene:
Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene, erfindungsgemäße Rönt genröhre, Fig. Genröhre 1 is a partially broken, Rönt invention,
Fig. 2 ein Detail der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 im Längs schnitt in vergrößerter Darstellung, Fig. 2 shows a detail of the X-ray tube shown in FIG. 1 in longitudinal section in an enlarged scale;
Fig. 3 eine Ansicht eines Details der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 is a view of a detail of the X-ray tube shown in FIG. 1 in the direction of arrow III in an enlarged scale;
Fig. 4 und 5 im Längsschnitt bzw. Querschnitt gemäß Linie V-V ein Detail einer anderen erfindungsgemäßen Röntgenröhre, und FIGS. 4 and 5 in longitudinal section and cross section according to line VV of a detail of another X-ray tube according to the invention, and
Fig. 6 und 7 im Längsschnitt bzw. Querschnitt gemäß Linie VII-VII ein Detail einer weiteren erfindungsge mäßen Röntgenröhre. FIGS. 6 and 7 in longitudinal section and cross section according to line VII-VII of a detail of a further erfindungsge MAESSEN X-ray tube.
In der Fig. 1 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die eine Drehanode 1 aufweist, die in einem Vakuumkolben 2 unterge bracht ist. Der Vakuumkolben 2 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathode 3, die in einem Kathodenbe cher 4 eine in Fig. 1 nicht sichtbare Glühwendel enthält.In Fig. 1, an X-ray tube is shown, which has a rotating anode 1 , which is housed in a vacuum piston 2 Unterge. The vacuum piston 2 also contains, in a manner known per se, a cathode 3 , which contains a filament (not visible in FIG. 1) in a cathode cup 4 .
Die Drehanode 1 weist einen Anodenteller 5 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 6 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanode 1 zu gewährleisten, sind zwei Walzlager 7, 8 vorgesehen, deren innere Laufringe auf die La gerungswelle 6 aufgesetzt sind. Die Außenringe der Walzlager 7, 8 sind in der Bohrung der Hülse 9 einer Hülsenanordnung aufgenommen. Die Hülse 9 ist mittels eines ringförmigen, man schettenartigen Bauteils 10 mit dem Vakuumkolben 2 vakuum dicht verbunden und an ihrem von der Drehanode 1 entfernten Ende durch einen axial unverschieblich befestigten Boden 11 vakuumdicht verschlossen.The rotating anode 1 has an anode plate 5 which is fixedly attached to one end of a bearing shaft 6 . In order to ensure the rotatable mounting of the rotating anode 1 , two roller bearings 7 , 8 are provided, the inner races of which are placed on the shaft 6 . The outer rings of the roller bearings 7 , 8 are received in the bore of the sleeve 9 of a sleeve arrangement. The sleeve 9 is connected in a vacuum-tight manner to the vacuum piston 2 by means of an annular, chain-like component 10 and is closed in a vacuum-tight manner at its end remote from the rotating anode 1 by an axially immovably fixed base 11 .
Das von dem Anodenteller 5 entfernte Walzlager 7 ist als Festlager ausgeführt, das heißt, daß sowohl in dem äußeren als auch in dem inneren Laufring eine rillenförmige Laufbahn für die kugelförmigen Wälzkörper vorgesehen ist. Außerdem sind sowohl der innere Laufring auf der Lagerungswelle 6 als auch der äußere Laufring in der Bohrung der Hülse 9 axial un verschieblich festgelegt. Infolge seiner Ausbildung als Fest lager kann das Walzlager 7 Kräfte sowohl in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse der Lagerungswelle 6 als auch radiale Kräfte, das heißt quer zur Längsachse der Lage rungswelle 6 wirkende Kräfte, aufnehmen.The roller bearing 7 removed from the anode plate 5 is designed as a fixed bearing, that is to say that a groove-shaped raceway for the spherical rolling elements is provided in both the outer and the inner race. In addition, both the inner race on the bearing shaft 6 and the outer race in the bore of the sleeve 9 are fixed axially un displaceably. As a result of its formation as a fixed bearing, the rolling bearing can 7 forces both in the axial direction, i.e. in the direction of the longitudinal axis of the support shaft 6 and radial forces, that is transverse to the longitudinal axis of the shaft 6 located approximately forces acting record.
Das andere Walzlager 8 ist als Loslager ausgeführt, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht wird, daß nur sein äußerer Laufring eine rillenförmige Laufbahn für die kugelförmigen Wälzkörper aufweist, während der innere Laufring eine zylindrische Laufbahn aufweist. Infolge einer Ausbildung als Loslager kann das Walzlager 8 nur radiale Kräfte aufnehmen.The other roller bearing 8 is designed as a floating bearing, which is achieved in the present embodiment in that only its outer race has a groove-shaped raceway for the spherical rolling elements, while the inner race has a cylindrical raceway. As a result of training as a floating bearing, the roller bearing 8 can only absorb radial forces.
Um die Drehanode 1 in Rotation versetzen zu können, ist ein Elektromotor vorgesehen, der als Rotor 12 ein aus einem elek trisch leitenden Werkstoff gebildetes topfförmiges Bauteil aufweist, daß das dem Anodenteller 5 zugewandte Ende der Hül se 9 übergreift. Der schematisch angedeutete Stator 13 ist im Bereich des Rotors 12 auf die Außenwand des Vakuumkolbens 2 aufgesetzt und bildet mit dem Rotor 12 einen elektrischen Kurzschlußläufermotor, der bei Versorgung mit einem entspre chenden Strom die Drehanode 1 rotieren läßt.In order to be able to set the rotating anode 1 in rotation, an electric motor is provided which, as the rotor 12, has a cup-shaped component formed from an electrically conductive material, that the anode plate 5 facing the end of the sleeve 9 overlaps. The schematically indicated stator 13 is placed in the area of the rotor 12 on the outer wall of the vacuum piston 2 and forms with the rotor 12 an electric squirrel-cage motor which can rotate the rotating anode 1 when supplied with a corresponding current.
Wird in üblicher, nicht dargestellter Weise die Heizspannung für die Glühwendel der Kathode 3 und die Röntgenröhrenspan nung, die zwischen Kathode 3 und Drehanode 1 liegt, an die Röntgenröhre angelegt, geht von der Kathode 3 ein Elektronen strahl aus, der im sogenannten Brennfleck auf den Anodentel ler 5 auftrifft und dort Röntgenstrahlen auslöst, die durch den Vakuumkolben 2 aus der Röntgenröhre austreten. Infolge der Rotation der Drehanode 1 bildet sich eine sogenannte Brennfleckbahn aus, da ständig eine andere Stelle des Anoden tellers 5 mit dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird.If the heating voltage for the filament of the cathode 3 and the X-ray tube voltage, which lies between the cathode 3 and the rotating anode 1, is applied to the X-ray tube in a conventional manner (not shown ), an electron beam emanates from the cathode 3 , which is in the so-called focal spot on the Anodentel ler 5 strikes and triggers X-rays there, which emerge through the vacuum piston 2 from the X-ray tube. As a result of the rotation of the rotating anode 1 , a so-called focal spot path is formed, since another point of the anode plate 5 is constantly subjected to the electron beam.
Da lediglich ca. 1% der der Röntgenröhre zugeführten elek trischen Energie in Röntgenstrahlung umgesetzt wird und die restliche Energie in Form von Verlustwärme anfällt, heizt sich der Anodenteller 5 im Betrieb sehr stark auf, was zur Folge hat, daß auch die Lagerungswelle 6 und die Walzlager 7, 8, insbesondere das näher beim Anodenteller 5 befindliche Wälzlager 8 erwärmt werden. Um unter diesen Bedingungen einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, muß das Lagerspiel der Wälzlager 7, 8 im kalten Zustand so gewählt werden, daß auch bei härtestem Betrieb der Röntgenröhre ein Klemmen der Walzlager 7, 8 infolge von zu kleinem Lagerspiel ausgeschlos sen ist. Ein derart großes Lagerspiel führt jedoch in kaltem Zustand der Röntgenröhre bzw. bei Teillastbetrieb zu recht starken Vibrationen, die sich wie bereits erwähnt als Laufge räusch bzw. Anlagenvibrationen äußern.Since only about 1% of the electrical energy supplied to the X-ray tube is converted into X-ray radiation and the remaining energy is generated in the form of heat loss, the anode plate 5 heats up very strongly during operation, which has the consequence that the bearing shaft 6 and the Rolling bearings 7 , 8 , in particular the rolling bearing 8 closer to the anode plate 5, are heated. In order to under these conditions, proper operation to ensure the bearing play of the bearings 7, 8 are chosen in the cold state so must, that even in the toughest operation of the X-ray tube, a clamping of the rolling bearing 7 is sen 8 are Schlos as a result of too small a clearance. Such a large bearing clearance, however, leads to very strong vibrations in the cold state of the X-ray tube or in part-load operation, which, as already mentioned, is expressed as running noise or system vibrations.
Um diesen Vibrationen entgegenzuwirken, weist im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels die Hülsenanordnung einen elastisch nachgiebigen Bereich auf, der dadurch gebildet ist, daß die Hülse 9 in zwei Abschnitte 9a und 9b unterteilt ist, die mittels dreier Blattfedern 14a bis 14c miteinander ver bunden sind.In order to counteract these vibrations, in the case of the exemplary embodiment described, the sleeve arrangement has an elastically flexible region which is formed in that the sleeve 9 is divided into two sections 9 a and 9 b, which are ver ver by means of three leaf springs 14 a to 14 c are bound.
Die Blattfedern 14a bis 14c sind in entsprechenden Nuten der beiden Abschnitte 9a und 9b der Hülse 9 aufgenommen und mit den Abschnitten 9a und 9b in der in Fig. 3 am Beispiel der Blattfeder 14a veranschaulichten Weise durch Punktschweißun gen 15a, 15b mit den Abschnitten 9a und 9b der Hülse 9 ver bunden. Die Verbindung der Blattfedern 14a bis 14c mit den Abschnitten 9a und 9b der Hülse 9 kann aber auch auf andere Weise erfolgen.The leaf springs 14 a to 14 c are received in corresponding grooves of the two sections 9 a and 9 b of the sleeve 9 and with the sections 9 a and 9 b in the manner illustrated in FIG. 3 using the example of the leaf spring 14 a by spot welding conditions 15 a, 15 b with the sections 9 a and 9 b of the sleeve 9 connected ver. The connection of the leaf springs 14 a to 14 c with the sections 9 a and 9 b of the sleeve 9 can also be done in other ways.
Der elastisch nachgiebige Bereich der Hülsenanordnung muß nicht notwendigerweise dadurch realisiert sein, daß die Hülse 9 in zwei Abschnitte 9a und 9b unterteilt ist. Vielmehr be steht auch die Möglichkeit, in der in den Fig. 4 und 5 bei spielhaft veranschaulichten Weise die Hülse 9 zur Bildung ei nes elastisch nachgiebigen Bereichs mit einer Querschnitts verringerung 16 zu versehen, in deren Bereich die Hülse 9 zu sätzlich in der in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten Weise mit Schlitzen 17 versehen sein kann.The resilient area of the sleeve arrangement does not necessarily have to be realized in that the sleeve 9 is divided into two sections 9 a and 9 b. Rather, there is also the possibility of providing the sleeve 9 in FIGS . 4 and 5 in a playfully illustrated manner to form an elastically flexible region with a cross-sectional reduction 16 , in the area of which the sleeve 9 is additionally added in the shape shown in FIGS FIGS. 4 and 5 illustrated manner can be provided with slots 17.
Der zwischen den beiden Wälzlagern 7 und 8 angeordnete ela stisch nachgiebige Bereich kann sich abweichend von dem in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel in der in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten Weise auch in denje nigen, im folgenden als Lagersitz bezeichneten Bereich der Hülse 9 erstrecken, in dem der Außenring eines der Walzlager 7 bzw. 8 aufgenommen ist. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 6 und 7 ist der elastisch nachgiebige Bereich dadurch realisiert, daß die Hülse 9 in wenigstens im wesent lichen axial verlaufende Finger 18 unterteilt ist die sich bis in den Bereich des Lagersitzes des Wälzlagers 8, genauer gesagt bis zu dem dem Walzlager 8 benachbarten Ende der Hülse 9, erstrecken. The arranged between the two roller bearings 7 and 8 elastic elastic area may differ from the embodiment illustrated in FIGS . 4 and 5 in the manner illustrated in FIGS . 6 and 7 also in those, hereinafter referred to as the bearing seat area Extend sleeve 9 in which the outer ring of one of the roller bearings 7 and 8 is received. In the case of the embodiment according to FIGS. 6 and 7, the resilient area is realized in that the sleeve 9 is divided into at least substantially axially extending fingers 18 which extend into the area of the bearing seat of the roller bearing 8 , more precisely up to the end of the sleeve 9 adjacent to the roller bearing 8 .
Die Ausbildung der die beiden Abschnitte 9a und 9b der Hülse 9 miteinander verbindenden elastisch nachgiebigen Elemente als Blattfedern, die Ausbildung der Querschnittsverringerung 16 und der Schlitze 17 sowie die Ausbildung des im Bereich eines Lagersitzes befindlichen elastisch nachgiebigen Berei ches in Form von Fingern ist nur beispielhaft zu verstehen. Ebenso ist die Zahl der im Falle des beschriebenen Ausfüh rungsbeispiele vorgesehenen elastisch nachgiebigen Elemente bzw. Blattfedern 14a bis 14c, Schlitze 17 und Finger 18 nur beispielhaft zu verstehen.The formation of the two sections 9 a and 9 b of the sleeve 9 interconnecting resilient elements as leaf springs, the formation of the cross-sectional reduction 16 and the slots 17 and the formation of the resilient area in the area of a bearing seat in the form of fingers is only exemplary to understand. Likewise, the number of in the case of exporting approximately described examples provided resilient elements or leaf springs 14 a to 14 c to understand slots 17 and fingers 18 only exemplary.
Im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 bis 3 so wie 6 und 7 befindet sich der elastisch nachgiebige Bereich dicht bei dem der Drehanode 1 benachbarten Lager 8, so daß hier im Betrieb der Röntgenröhre vergleichsweise hohe Tempe raturen auftreten. Sollten diese Temperaturen so hoch liegen, daß das Material der Blattfedern 14a bis 14c bzw. der Hülse 9 seine elastisch nachgiebigen Eigenschaften verliert, so be steht die Möglichkeit, so wie dies bei dem Ausführungsbei spiels gemäß den Fig. 4 und 5 der Fall ist, den elastisch nachgiebigen Bereich näher bei dem Walzlager 7 bzw. im Be reich des Lagersitzes des Wälzlagers 7 anzuordnen, wo gerin gere Temperaturen auftreten.In the case of the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3 such as 6 and 7, the elastically flexible region is located close to the bearing 8 adjacent to the rotating anode 1 , so that comparatively high temperatures occur during operation of the X-ray tube. If these temperatures are so high that the material of the leaf springs 14 a to 14 c or the sleeve 9 loses its resilient properties, then there is the possibility, as is the case with the exemplary embodiment according to FIGS . 4 and 5 is to arrange the resilient area closer to the roller bearing 7 or in the loading area of the bearing seat of the roller bearing 7 , where low temperatures occur.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |