DE19642217A1 - Röntgenröhre mit verbesserter Kühlung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemeinen auf Röntgenröh­ ren und insbesondere auf die verbesserte Kühlung der Tar­ gets darin.

Eine Röntgenröhre enthält Kathoden- und Anodenanordnungen, die in geeigneter Weise in einem evaku­ ierten Glasrahmen oder Gehäuse montiert sind. Die Anodenan­ ordnung umfaßt ein Target in der Form einer Scheibe, welche mit hoher Drehzahl nahe bei einer Kathode gedreht wird, welche ein Elektronenstrahlbündel gegen eine Fokusbahn in Umfangsnähe des Targets emittiert. Ein kleiner Teil der Elektronen wird an der Fokusbahn in ein Röntgenstrahlbündel umgewandelt, welches für eine herkömmliche Anwendung durch ein Fenster in dem Gehäuse hindurchtritt.

In einer Röntgenröhre wird weniger als 1% der elek­ trischen Energie in Röntgenstrahlen umgewandelt, wobei der Rest der Energie Verlustwärme in dem Target erzeugt. Demzu­ folge ist die Abfuhr der Wärme von dem Target eine der wichtigsten Funktionen der Röntgenröhre und ihres Gehäuses. Die Röntgenröhre ist üblicherweise in ein Kühlfluid, wie z. B. Öl, eingetaucht, welches gezielt über die Außenseite der Röhre geführt wird, um die Wärme während des Betrieb abzuführen. Die auf dem Target in der Röhre erzeugte Wärme muß jedoch ebenfalls in geeigneter Weise davon abgeführt werden.

Die Röntgenröhre wird üblicherweise in Zyklen betrie­ ben, die eine Periode aufweisen, in welcher Röntgenstrahlen erzeugt werden, der wiederum eine Kühlperiode folgt, um die Temperatur der verschiedenen Komponenten der Röhre für den Erhalt einer akzeptablen Lebensdauer zu begrenzen. In den ersten wenigen Minuten der Kühlperiode wird die Kühlung des Targets von der Strahlung bestimmt, wobei die Strahlungs­ wärmeübertragung zu der vierten Potenz der Temperatur proportional ist. Nach der anfänglichen Strahlungs- Kühlperiode wird die Wärmeübertragung durch Wärmeleitung aus dem Target und dem Rest der Anodenanordnung zu dem Röh­ rengehäuse bestimmt.

Da das Target während des Betriebes rotiert, ist es in geeigneten Kugel- oder Achslagern innerhalb des Gehäuses gelagert, welche selbst entsprechende Betriebstemperatur­ grenzen zur Sicherstellung ihrer Nutzlebensdauer aufweisen. Das Target ist üblicherweise auf einen von den Lagern gelagerten Rotor geschraubt, wobei die Schrauben ebenfalls entsprechende Temperaturgrenzwerte für ihre effektive Betriebslebensdauer aufweisen. Demzufolge heizt die Wärme­ leitung von dem Target notwendigerweise die Targetschrauben und die Stützlager auf, wobei deren Aufheizung geeignet beschränkt wird, um eine angemessene Betriebslebensdauer zu erzielen.

Die Temperaturgrenzen der Targetschrauben und Lager bestimmen daher die Röntgenstrahlungs-Erzeugungsperiode und die Kühlperiode in dem Betriebszyklus der Röntgenröhre. Es ist wünschenswert, die Röntgenstrahlungs-Erzeugungsperiode zu maximieren und die Kühlperiode zu minimieren, so daß die Röntgenröhre über längere Perioden betrieben werden kann. In einer typischen Anwendung, bei der die Röntgenröhre in einem Computertomographie (CT)-Scanner eingesetzt wird, er­ höhen verkürzte Kühlperioden dementsprechend die Anzahl von CT-Scans innerhalb einer vorgegebenen Zeit, was den Betriebswirkungsgrad des CT-Scanners erhöht.

Obwohl es im allgemeinen erwünscht ist, die Wärmeleit­ fähigkeit von dem Target zu den Stützlagern zu erhöhen, muß eine solche Leitfähigkeit auch in dem Bereich der Target­ montageschrauben begrenzt werden, um deren Überhitzung zu vermeiden. Ein typisches Target ist lösbar auf einem Ende einer Targetwelle montiert, wodurch an dieser Stelle eine Verbindung erzeugt wird, wobei die Targetwelle selbst wiederum an dem Lagerrotor montiert ist und dort eine weitere Verbindung erzeugt. Beide Verbindungen sind ein­ fache Kontaktverbindungen, welche inhärent einen Widerstand gegen die Wärmeleitung an dieser Stelle erzeugen, welcher typischerweise dazu genutzt wird, die Temperatur der Befestigungsschrauben an den beiden Verbindungsstellen zu begrenzen, um deren Nutzlebensdauer sicherzustellen. Demzufolge wird die Wärmeleitung durch die Verbindungen hindurch reduziert, was die Wärmeleitung in die Lager und wiederum aus dem Röhrengehäuse begrenzt. Dieses bestimmt die jeweilige Dauer der Röntgenstrahlungserzeugungs- und Kühlperioden des Betriebszyklusses der Röntgenröhre.

Erfindungsgemäß enthält eine Röntgenröhre ein Gehäuse, das ein Anodentarget mit einer in dem Gehäuse durch ein La­ ger gelagerten Targetwelle enthält. Das Target wird ge­ dreht, und eine Kathode emittiert ein Elektronenstrahlbün­ del gegen das Target, um Röntgenstrahlen zu erzeugen, wel­ che aus der Röhre durch ein darin befindliches Fenster aus­ treten. Die Targetwelle ist in einem Stück mit dem Target ausgeführt und erstreckt sich axial davon weg, um Wärme von dem Target weg und zu der Welle hin ohne Wärmewiderstand einer Verbindungsstelle zu leiten. Das Lager weist eine Ro­ tornabe auf, mit welcher die Targetwelle lösbar verbunden ist und die dafür ausgelegt ist, die Wärmeleitung zu einem Stator des Lagers zu verbessern, um bevorzugt deren Tempe­ ratur zu begrenzen.

Die Erfindung wird in Übereinstimmung mit bevorzugten und exemplarischen Ausführungsformen, zusammen mit weiteren Aufgaben und Vorteilen davon, eingehender in der nachste­ hend detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den bei­ gefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:

Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise in Schnittansicht, einer exemplarischen Röntgenröhre mit einem verbesserten Target und Targetwelle, die mit einem Lager darin verbunden sind;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines vergrößerten Abschnittes des Targets, der Targetwelle und des La­ gers entlang einer axialen Mittellinie der in Fig. 1 dargestellten Röhre gemäß einem ersten Ausführungs­ beispiel der Erfindung; und

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, welche das Target, die Targetwelle und das Lager gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.

In Fig. 1 ist schematisch eine Röntgenröhre 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Röhre 10 enthält einen herkömmlichen ringförmigen Glas­ rahmen oder ein Gehäuse 12, welches geeignet evakuiert wird, um ein Vakuum darin aufrecht zu erhalten. Das Gehäuse 12 weist ein proximales Ende 12a und ein gegenüberliegendes distales Ende 12b auf, wobei ein Fenster 12c axial dazwi­ schen angeordnet ist. Die Röhre 10 ist im allgemeinen um eine Längs- oder axiale Mittellinienachse achsensymmetrisch und enthält Anoden- und Kathodenanordnungen darin, um eine Elektronenstrahlbündel 14a zu emittieren, wovon ein Teil in ein Röntgenstrahlbündel oder Röntgenstrahlen 14b umgewan­ delt wird, welche durch das Fenster 12c emittiert werden.

Insbesondere enthält die Anodenanordnung ein verbes­ sertes ringförmiges Anodentarget 16 in der Form einer Scheibe mit einer Targetwelle 18, die in einem Stück damit ausgebildet ist und sich axial davon weg erstreckt, um von einem Achslager 20, welches die Rotation des Targets 16 um die Mittellinienachse der Röhre 10 erlaubt, drehbar gegen­ über dem Gehäuse gelagert zu werden.

Gemäß weiteren Bezug auf Fig. 2 enthält das Lager 20 einen rohrförmigen Lagerstator 22, der sich koaxial in dem Gehäuse 12 erstreckt und ein proximales Ende 22a aufweist, das in geeigneter Weise fest mit dem Gehäuse 12 über ein herkömmliches, ringförmiges Stützelement 24 verbunden ist. Der Lagerstator 22 weist ein gegenüberliegendes distales Ende 22b auf, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Den Lager­ stator 22 umgibt konzentrisch ein rohrförmiger Lagerrotor 26, welcher radial dazwischen einen geeigneten Achslager­ ringspalt 28 definiert, welcher ein geeignetes Flüssig­ schmiermittel, wie z. B. flüssiges Gallium, aufnimmt. Das Flüssigschmiermittel trägt den Lagerrotor 26 drehbar auf dem Stator 22 wie ein herkömmliches Achslager und kann jede gewünschte geeignete Form annehmen, um während der Rotation des Targets 16 erzeugte radiale Belastungen aufzunehmen.

Der Achslagerringspalt 28 arbeitet in herkömmlicher Weise, um die radialen Lagerbelastungen zwischen dem Lager­ rotor 26 und Stator 22 aufzunehmen. Schubbelastungen auf den Lagerrotor 26 können durch ein an irgendeiner geeigne­ ten Stelle angeordnetes beliebiges herkömmliches Schublager aufgenommen werden. In der in Fig. 2 dargestellten Ausfüh­ rungsform kann der Lagerstator 22 einen ringförmigen radia­ len Steg 22c enthalten, der in geeigneter Weise von dem di­ stalen Ende 22b des Stators beabstandet ist, um ein Schublager 28t mit dem Rotor 26 zu definieren. Das Schubla­ ger 28t ist in einer Strömungsverbindung mit dem Achslager­ ringspalt 28 angeordnet und teilt sich mit diesem das Flüs­ sigschmiermittel.

Es sind herkömmliche Mittel zum Drehen des Lagerrotors 26 und wiederum des daran befestigten Targets 16 für eine gleichmäßige Verteilung des Elektronenstrahlbündel 14a um eine Fokusbahn in Umfangsnähe des Targets 16 vorgesehen, um die Wärmeeinträge bzw. -eingaben in herkömmlicher Weise zu verteilen. Das Target 16 selbst kann jede beliebige her­ kömmliche Form annehmen und kann eine herkömmliche Rücksei­ tenplatte aufweisen, wie sie gestrichelt in Fig. 2 darge­ stellt ist. In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten exem­ plarischen Ausführungsform trägt das hintere oder proximale Ende des Lagerrotors 26 eine herkömmliche Rotorwicklung 30a, die mit einer geeignet an dem Gehäuse 12 befestigten, konzentrischen, herkömmlichen Statorwicklung 30b zusam­ menarbeitet, welche zusammen einen elektrischen Motor bil­ den, der in geeigneter Weise von einem herkömmlichen Ener­ gieversorgungsteil 32 mit Energie versorgt wird.

Die in Fig. 1 dargestellte Kathodenanordnung ist her­ kömmlicher Bauart und enthält eine geeignete Kathode 34, welche dazu dient, das Elektronenstrahlbündel 14a so zu emittieren, daß es auf der Fokusbahn des Targets 16 auf­ trifft, um wiederum die Röntgenstrahlen 14b durch das Fen­ ster 12c während des Betriebes zu emittieren. Das Elektro­ nenstrahlbündel 14a kann jede geeignete Leistung aufweisen und ist in dem Ausführungsbeispiel geeignet ausgelegt, da­ mit es einen Wärmeeintrag in das Target 16 von etwa 4,0 kW im Dauerbetrieb erzeugt. Dieser relativ hohe Wärmeeintrag in das Target 16 muß geeignet gehandhabt werden, um ver­ schiedene Betriebstemperaturen der Röhre 10 zur Sicherstel­ lung einer Nutzlebensdauer der Röhre 10 unter spezifischen Grenzwerten zu halten. Die Röhre 10 wird in herkömmlicher Weise in abwechselnden Perioden einer Röntgenstrahlungser­ zeugung und Kühlung betrieben, um sicherzustellen, daß Tem­ peraturen der Röhren 10 innerhalb akzeptabler Grenzwerte gehalten werden. Die erzeugten Röntgenstrahlen können für jeden herkömmlichen Zweck verwendet werden, wobei jedoch die Röntgenröhre 10 insbesondere für eine Computertomogra­ phie(CT)-Scanner ausgelegt ist.

Die Kühlung des Targets 16 wird in den ersten wenigen Minuten der Kühlperiode von der Strahlungswärmeübertragung bestimmt, welche zu der vierten Potenz der Temperatur proportional ist. Nach der anfänglichen kurzen Kühlperiode des Targets 16 durch Strahlung, bestimmt die Leitungs­ wärmeübertragung das Kühlverhalten des Targets 16. Erfindungsgemäß wird eine verbesserte Wärmehandhabung bzw. -management mittels Wärmeleitung bewirkt, um die für die Kühlung des Targets 16 benötigte Zeit zu reduzieren, und dadurch die Anzahl von CT-Scans in einer vorgegebenen Zeit zu erhöhen. Es wird eine verbesserte Handhabung der Wärme­ leitung erzielt, während gleichzeitig die maximale Lager­ temperatur und Schraubentemperatur unter entsprechendem Auslegungsgrenzen gehalten werden.

Insbesondere, und gemäß Fig. 2, ist das Target 16 be­ vorzugt lösbar mit dem Lager 20 verbunden, um eine Montage und Demontage zu ermöglichen. Dies erfordert daher ein ge­ eignetes Befestigungsverfahren, wie z. B. mehrere auf dem Umfang im Abstand angeordnete Schrauben 36. Die Wärmelei­ tung aus dem Target 16 heizt notwendigerweise die Schrauben 36 auf, da die Wärme zu Bereichen niedrigerer Temperaturen der Röhre 10 wie zum Beispiel zu dem Lagerstator 22 und Ro­ tor 26 und zu dem in dem Achslagerringspalt 28 befindlichen Lagerschmiermittel wandert. Es ist erwünscht, die Wärmelei­ tung von dem Target 16 weg und in das Lager 20 hinein zu maximieren, und dabei gleichzeitig die Schrauben 36 nicht übermäßig aufzuheizen, um deren Temperatur für den Erhalt einer sinnvollen Nutzlebensdauer innerhalb einer geeigneten Auslegungsbegrenzung zu halten.

Gemäß einem Merkmal der Erfindung ist, wie in Fig. 2 dargestellt ist, die Targetwelle 18 in einem Stück mit dem Target 16 in einer kombinierten einteiligen Komponente aus­ geführt, um jede Verbindungsstelle dazwischen zu beseiti­ gen, welche einen Widerstand oder eine Behinderung für die Wärmeleitung durch diese erzeugen würde. Die Targetwelle 18 erstreckt sich axial von der Rückseite des Targets 16 weg zu dem proximalen Ende 12a des Gehäuses hin, um die Wärme von dem Target 16 und durch die einteilig damit ausgebil­ dete Welle 18 ohne Wärmewiderstand oder Behinderung auf­ grund irgendwelcher Verbindungsstellen oder ähnlicher Dis­ kontinuitäten zwischen diesen wegzuleiten. Die Targetwelle 18 kann mit dem Target 16 in einem gemeinsamen Gieß- oder Schmiedevorgang einteilig ausgebildet werden oder kann in geeigneter Weise daran angeschweißt oder hartgelötet wer­ den. Die Targetwelle 18 ist lösbar mit einem Lagerrotor 26 über die Bolzen 36 an einer Targetstoßverbindung 38 verbun­ den, welche einen erwünschten Wärmeleitungswiderstand an dieser Stelle erzeugt, um die Wärmeleitung in die Schrauben 36 zu begrenzen und deren Temperaturanstieg während des Be­ triebes zu begrenzen. Die Wärmeleitung erfolgt jedoch von der Targetwelle 18 in den Lagerrotor 26, um die Wärme wäh­ rend des Betriebes aus dem Target 16 abzuleiten.

Erfindungsgemäß enthält der Rotor 26 eine ringförmige verdickte Nabe 40, die an dem distalen Ende 22b des Lager­ stators angeordnet ist, wobei die Nabe 40 einen größeren Außendurchmesser aufweist, als man ihn typischerweise in herkömmlichen Röntgenröhren mit kugelgelagerten Targets findet, um eine größere anfänglich axiale Wärmeleitung durch die Nabe 40 und dann radial nach innen in das Schmiermittel innerhalb des Achslagerringspaltes 28 zu er­ möglichen. Durch selektives Konfigurieren der verschiedenen Abmessungen der Targetwelle 18 und der Rotornabe 40, an welcher sie befestigt ist, kann die Wärme aus dem Target 16 bevorzugt zu dem Schmiermittel in dem Achslagerringkanal 28 in einer gleichmäßigeren Verteilung geleitet werden, um die Wärme aus dem Target 16 ohne unerwünschte Konzentration der Wärme an irgendeiner bestimmten Stelle, die eine tempera­ turbegrenzte Stelle ergibt, effektiver abzuführen. Bei­ spielsweise sind die Targetbefestigungsschrauben in her­ kömmlichen Konstruktionen eine bekannte Stelle, welche den Betrieb der Röntgenröhre einschränken, da deren maximale Temperatur für den Erhalt einer sinnvollen Nutzlebensdauer innerhalb einer spezifizierten Grenze gehalten werden muß. Da das sich drehende Target an einem geeigneten Lager befe­ stigt werden muß, ist die Befestigung des Target 16 an dem distalen Endbereich des Lagers, welches die Wärme von dem Target 16 aufnimmt, eine weitere beschränkende Stelle.

Gemäß Fig. 2 erstreckt sich die Targetwelle 18 axial von dem Target 16 weg, um einen resultierenden längeren Temperaturgradienten damit zu erzeugen, und ist bevorzugt radial über dem Achslagerringspalt 28 angeordnet, so daß die Wärmeleitung aus der Targetwelle 18 zuerst axial in die Rotornabe 40 eintritt, gefolgt von einem radial nach innen gerichteten Eintritt in das Schmiermittel in dem Achs­ lagerringspalt 28. Die Targetwelle 18 ist bevorzugt hohl in der Form eines Rohres, um die direkte Wärmeeinleitung in das distale Ende 22b des Lagerrotors 22 zu begrenzen. Es ist nicht erwünscht, Wärme aus dem Target 16 in irgendeine kleine Stelle des Achslagerringspaltes 28 zu leiten, und insbesondere in dessen distales Ende, da dessen Temperatur schneller auf den spezifizierten maximalen Grenzwert an­ steigt. Durch Verteilung der Wärmeleitung aus dem Target 16 durch die Targetwelle 18 hindurch in die Lagerrotornabe 40 hinein, wird die Wärme gleichmäßiger verteilt, so daß die Aufheizzeit und Temperatur an verschiedenen Stellen, wie z. B. an dem distalen Ende 22b des Lagerstators 22, welches dem Target 16 am nächstliegenden angeordnet ist, verkürzt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Rotornabe 40 enthält ein flaches Vorderende 40a, welches dem Target 16 gegenüber­ liegt, ein gegenüberliegendes Rückende 40b, welche geeignet fest mit der Rotorwicklung 30a durch geeignete Schrauben 42 verbunden ist, und einen im wesentlichen festen Mittelab­ schnitt 40c, der sich axial von dem Vorderende 40a zu dem Rückende 40b erstreckt. Gemäß einem ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung ist die Targetwelle 18 mit einer ge­ eigneten Stelle zwischen dem Nabenvorderende 40a und dem Nabenmittelabschnitt 40c verbunden, um zuerst Wärme aus dem Target 16 axial in den Mittelabschnitt 40c einzuleiten, be­ vor die Wärme radial nach innen zu dem Achslagerringspalt hin geleitet wird. Auf diese Weise kann die Wärmeleitung zu dem Achslager 20 an dem distalen Ende 22b des Lagerstators 22 reduziert werden, um dementsprechend dessen Aufheizzeit und die während des Betriebes erreichte maximale Temperatur zu verringern.

In dem in Fig. 2 dargestellten bevorzugten Ausfüh­ rungsbeispiel ist das Nabenvorderende 40a flach bzw. eben und axial von einem radial inneren Abschnitt der Target­ welle. 18 beabstandet, um eine direkte Wärmeübertragung zwi­ schen diesen zu verhindern. Der Nabenmittelabschnitt 40c weist einen Umfang auf, mit welchem die Targetwelle 18 durch die Schrauben 36 verbunden ist. Gemäß Fig. 2 weist der Außenumfang des Mittelabschnittes 40c eine radiale Stufe auf, die einen Flansch definiert, gegen welche das flache ringförmige Ende der Targetwelle 18 anstößt, um da­ mit die Targetverbindung 38 zu bilden. Die Targetverbindung 38 ist im allgemeinen in der Nähe der axialen Mitte der Ro­ tornabe 40 zwischen deren Vorder- und Rückende 40a bzw. 40b angeordnet, um einen mittleren Befestigungspunkt für die Targetwelle 18 zu bilden.

Demzufolge ist die Targetwelle 18 in der allgemeinen Form eines Ellbogens im axialen Schnitt ausgebildet, der eine Gegenbohrung definiert, in welcher das distale Ende 40a der Nabe koaxial angeordnet ist. Die Targetwelle 18 um­ faßt bevorzugt einen rohrförmigen Vorder- oder ersten Ab­ schnitt 18a, der sich axial von dem Mittelpunkt des Targets 16 weg erstreckt; einen mittleren oder zweiten Abschnitt 18b in der Form einer Scheibe, die sich von dem distalen Ende des ersten Abschnittes 18a radial nach außen erstreckt und axial sowohl von dem Nabenvorderende 40a als auch dem distalen Ende 22b des Lagerstators beabstandet ist; und einen rohrförmigen hinteren oder dritten Abschnitt 18c, der sich von dem zweiten Abschnitt 18b an dessen Umfang axial nach hinten erstreckt. Der dritte Abschnitt 18c verläuft koaxial und parallel zu dem ersten Abschnitt 18a, wobei der dritte Abschnitt 18c etwas von dem Nabenmittelabschnitt 40c radial nach außen beabstandet ist, um eine radiale Wärme­ leitung zwischen diesen zu verhindern. Auf diese Weise wird eine Wärmeleitung aus der Targetwelle 18 an dem distalen Ende 22b, an dem Nabenvorderende 40a und über eine ge­ eignete axiale Strecke entlang dem Nabenmittelabschnitt 40c hinweg verhindert. Die Wärmeleitung aus dem Target 16 wird somit durch die serpentinenförmige Welle 18 geleitet und tritt in den Nabenmittelabschnitt 40c an der Targetverbin­ dung 38 entlang deren Außenumfang ein. Der Stufenflansch um den Umfang des Nabenmittelabschnittes 40c, welcher zum Teil die Targetverbindung 38 bildet, erstreckt sich radial und ist von der Form her zu dem Ende des dritten Abschnittes 18c der Targetwelle komplementär, wobei die Schrauben 36 den dritten Abschnitt 18c der Targetwelle sicher daran be­ festigen.

Dieser gestreckte Aufbau der Targetwelle 18 vergrößert den verfügbaren Pfad für die Erzeugung eines Temperaturgra­ dienten von dem Target 16 zu der Lagerrotornabe 40 an der Targetverbindung 38. Die Wärmeleitung von dem Target 16 verläuft effektiv an den entsprechenden Enden 22b und 40a des Lagerstators 22 und der Lagerrotornabe 40 vorbei in den Mittelabschnitt 40c der Rotornabe um deren Umfang. Die sich entlang der Lagerrotornabe 40 ergebende Temperaturvertei­ lung ist deshalb entlang deren axialen Verlauf gleichmäßi­ ger. Gleichzeitig ist die maximale Temperatur des Achslagerringspaltes 20 dementsprechend verringert. Insbe­ sondere kann die Temperatur des Lagers an dem distalen Ende 22b des Lagerrotors erheblich reduziert werden, da die di­ rekte Wärmeeinleitung von der Targetwelle 18 verhindert wird. Ferner kann die maximale Temperatur der Schraube 36 ebenfalls aufgrund dieser Konstruktion deutlich verringert werden, da die Targetverbindung 38 von dem Target 16 weiter entfernt ist.

Um die Wärme aus dem Achslager 20 effektiver abzufüh­ ren, ist eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte geeignete Einrichtung 44 vorgesehen, um ein geeignetes Fluidkühlmit­ tel 44a, wie z. B. Öl, in einem geschlossenen Kreislauf durch den Lagerstator 22 zirkulieren zu lassen, um die durch die Lagerrotornabe 40 zu dem in dem Achslager­ ringspalt 28 enthaltenen Schmiermittel und dadurch wiederum dem Lagerstator 22 zugeführte Wärme abzuführen. Die Kühl­ mittel-Zirkulationseinrichtung 44 umfaßt einen außerhalb der Röntgenröhre 10 angeordneten geeigneten Wärmetauscher 44b, welcher in herkömmlicher Weise Wärme aus dem Kühlmit­ tel 44a entzieht, während das Kühlmittel 44a in geeigneter Weise durch den Lagerstator 22 zirkuliert. Der Lagerstator 22 ist bevorzugt ein Hohlrohr, welches beliebige geeignete Leitungen oder Kanäle darin enthält, um das Kühlmittel 44a zu dem distalen Ende 22b hinführen und für die Abfuhr der Wärme davon zurückführen können.

In Fig. 3 ist ein Abschnitt der Röntgenröhre 10 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der dargestellt, wobei der Lagerstator und Rotor in geeigneter Weise leicht modi­ fiziert und daher mit 22B und 26B bezeichnet sind, so daß eine kürzere und einfachere Targetwelle 18B direkt mit dem Nabenvorderende 40a verbunden werden kann. In dieser Aus­ führungsform ist der radiale Steg 22c des Lagerrotors 22B an dessen distalen Ende 22b angeordnet. Der Lagerrotor 26B enthält ferner einen ringförmigen Rand bzw. eine Lippe 26a, welcher im Axialschnitt im allgemeinen L-förmig geformt ist, und einteilig mit dem Nabenvorderende 40a für den Ein­ schluß des Statorsteges 22c verbunden ist, um das Schubla­ ger 28t an dieser Stelle zu bilden, welches in Strömungs­ verbindung mit dem Schmiermittel in dem Ringspalt 28 steht. Der Rand bzw. die Lippe 26a ist in geeigneter Weise eintei­ lig mit der Rotornabe 40B beispielsweise durch Hartlöten oder Schweißen verbunden, um den Wärmewiderstand einer Ver­ bindung an dieser Stelle zu reduzieren oder zu eliminieren. Der Rotorrand 26a ist bevorzugt mit dem Nabenvorderende 40a radial zwischen dem Achslagerringspalt 28 oder dem Außenum­ fang des Lagerstators 22 und dem Umfang des Nabenmittelab­ schnittes 49c verbunden.

Die Targetwelle 18B ist ein einfaches zylindrisches oder rohrförmiges Element, das einteilig mit dem Mittel­ punkt des Targets 16 in einer einteiligen Komponente ver­ bunden ist, wobei das distale oder hintere Ende der Welle 18B mit dem sich radial nach innen erstreckenden Abschnitt des Rotorrandes 26a beispielsweise in einer geeigneten Ver­ bindungsnut verbunden ist, um die Targetverbindung 38 an dieser Stelle zu bilden. Die Targetwelle 18B kann mittels jeder geeigneten Einrichtung lösbar mit der Rotornabe 40B verschraubt werden. In der in Fig. 3 dargestellten exempla­ rischen Ausführungsform erstrecken sich mehrere Schrauben 36 axial durch die Nabe des Targets 16 und durch den Ring der Targetwelle 18B, um eine Verschraubung mit Montagelö­ chern in der Vorderseite der Randes 26a herzustellen, um das Target 16 und die Targetwelle 18B gegen den Rand 26a zu drücken.

Auf diese Weise wird Wärme während des Betriebes von dem Target 16 radial nach innen und axial durch die Target­ welle 18B in die Rotornabe 40B in erster Linie axial durch den Rand 26a geleitet. Da der Rand 26a axial im Abstand von dem Lagerstator 22B angeordnet ist, wird eine direkte Wär­ meleitung zu dem distalen Ende 22b des Stators reduziert. Die Wärme wird daher zum Teil so vorbeigeführt, daß sie durch die Basis des Randes 26a axial in die Rotornabe 40B bei einer erhöhten radialen Position durch das Nabenvorde­ rende 40a hindurch fließt. Auf diese Weise wird die an dem distalen Ende 22b des Lagerstators vorbeigeführte Wärme be­ vorzugt in das Schmiermittel in dem Achslagerringspalt 28 gleichmäßiger entlang der axialen Ausdehnung der Rotornabe 40B verteilt. Der Temperaturanstieg an dem distalen Ende 22b des Lagerstators wird damit reduziert, wodurch die Wär­ meleitung effektiver durch den Achslagerringspalt 28 hin­ durch und wiederum in den Lagerrotor 22B hinein erfolgt. Die Kühlmittel-Zirkulationseinrichtung 44 wird in dieser Ausführungsform auch eingesetzt, um das Kühlmittel 44a in­ nerhalb des hohlen Lagerstators 22B zirkulieren zu lassen, um die Wärme abzuführen, die diesem von der Rotornabe 40B zugeführt wird.

In dieser in Fig. 3 dargestellten Vorderseiten- Befestigungskonstruktion wird die maximale Lagertemperatur reduziert, und das Lager erfährt eine gleichmäßigere Tempe­ raturverteilung über seiner axialen Länge. Dieses verbes­ sert den Lagerbetrieb und dessen sich daraus ergebende Le­ bensdauer. Die in Fig. 2 dargestellte Mitten-Befestigungs­ konstruktion zeigt das beste Leistungsverhalten, während die in Fig. 3 dargestellte Vorderseiten-Befestigungskon­ struktion, falls gewünscht, in dem Falle angewendet werden kann, daß Hüllkurvendimensionsbegrenzungen angetroffen wer­ den. Die in Fig. 2 dargestellte Mitten-Befestigungskon­ struktion maximiert bevorzugt die radiale Ausdehnung der Lagerrotornabe 40 innerhalb vorgegebener Grenzen, wie sol­ cher, die durch auf dem Target 16 vorhandene Rückseiten­ platten vorgegeben werden.

Demzufolge wird durch die Integration der Targetwelle an dem einen Ende in das Target 16 die Wärmeleitung an der Verbindungsstelle oder der Widerstand durch diese im Ver­ gleich zu herkömmlichen Konstruktionen mit Verbindungsstel­ len effektiv eliminiert. Ferner kann durch eine geeignete Ausführung der Targetwelle als auch der Lagerrotornabe ge­ mäß vorstehender Offenbarung die Wärme aus dem Target 16 bevorzugt dem Lagerrotor zugeführt werden, um die Wärme gleichförmiger zu verteilen und dementsprechend die Tempe­ ratur an temperaturbeschränkten heißen Bereichen davon zu reduzieren. Es wird eine verbesserte Wärmeleitungshandha­ bung erreicht, obwohl die einzige Targetverbindung 38 noch erhalten bleibt, um einen geeigneten Verbindungsstellen- Wärmewiderstand für die Begrenzung der Wärmeleitung in die Befestigungselemente zu bilden, welche eine Anbringung und Abnahme des Targets 16 an bzw. von dem Lagerrotor ermögli­ chen.

Claims (12)

1. Röntgenröhre enthaltend:
ein ringförmiges Gehäuse (12) mit einem proximalen Ende (12a), einem distalen Ende (12b) und einem dazwi­ schen angeordneten Fenster (12c),
ein ringförmiges Anodentarget (16) mit einer Tar­ getwelle (18), die einteilig damit ausgeführt ist und sich axial davon weg erstreckt und die Wärme von dem Target weg und durch die Targetwelle hindurch ohne den Wärmewiderstand einer Verbindungsstelle leitet,
ein Lager (20), das das Target drehbar in dem Ge­ häuse lagert und lösbar mit der Targetwelle verbunden ist,
eine Einrichtung zum Drehen der Targetwelle und
eine Einrichtung, die ein Elektronenstrahlbündel in dem Gehäuse nahe dem distalen Ende derart emittiert, daß dieses auf das Target auftrifft und Röntgenstrahlen erzeugt, die durch das Fenster hindurch aus der Röhre austreten.

2. Röhre nach Anspruch 1, wobei das Lager aufweist:
einen Lagerstator (22), der sich in das Gehäuse er­ streckt und ein fest damit verbundenes proximales Ende und ein gegenüberliegendes distales Ende aufweist, und
einen Lagerrotor (26), der den Lagerstator umgibt und dazwischen einen Achslagerringspalt (28) bildet, der ein flüssiges Schmiermittel für die drehbare Lage­ rung des Rotors auf der Stator aufnimmt, wobei der Ro­ tor eine an dem distalen Ende des Stators angeordnete ringförmige Nabe aufweist,
wobei die Targetwelle lösbar mit der Lagerrotornabe bei einer Targetstoßverbindung verbunden ist und Wärme von dem Target zur Lagerrotornabe leitet.

3. Röhre nach Anspruch 2, wobei die Targetverbindung ra­ dial über dem Achslagerringspalt (28) angeordnet ist, so daß die Wärme aus der Targetwelle zuerst axial in die Nabe und anschließend wiederum radial nach innen in das Schmiermittel eintritt.

4. Röhre nach Anspruch 3, wobei die Targetwelle hohl ist und die Wärmeleitung in das distale Ende des Lagersta­ tors verhindert.

5. Röhre nach Anspruch 4, wobei die Rotornabe aufweist:
ein dem Target gegenüberliegendes Vorderende,
ein gegenüberliegendes Rückende, das fest mit der Rotationseinrichtung verbunden ist, und
einen sich axial dazwischen erstreckenden Mittelab­ schnitt;
wobei die Targetwelle mit einem der Nabenvorderen­ den und dem Mittelabschnitt verbunden ist, um die Wärme zuerst axial in den Mittelabschnitt einzuleiten, bevor die Wärme radial nach innen zu dem Achslagerringspalt geleitet wird.

6. Röhre nach Anspruch 5, wobei:
das Nabenvorderende mit axialem Abstand zu der Tar­ getwelle angeordnet ist, und
der Nabenmittelabschnitt einen Umfang aufweist und die Targetwelle daran axial zwischen dem Vorderende und Rückende der Nabe befestigt ist.

7. Röhre nach Anspruch 6, wobei die Targetwelle aufweist:
einen rohrförmigen ersten Abschnitt, der sich von dem Target weg erstreckt,
einen zweiten Abschnitt, der sich von einem Ende des ersten Abschnittes radial nach außen erstreckt und axial von dem Nabenvorderende beabstandet ist, und
einen rohrförmigen dritten Abschnitt, der sich von einem Kreisumfang des zweiten Abschnittes parallel zu dem ersten Abschnitt erstreckt, wobei der dritte Ab­ schnitt zum Teil von dem Nabenmittelabschnitt radial nach außen beabstandet ist.

8. Röhre nach Anspruch 7, wobei der Nabenmittelabschnitt einen Flansch enthält und der dritte Abschnitt der Tar­ getwelle fest damit verbunden ist, um die Targetverbin­ dung an dieser Stelle herzustellen.

9. Röhre nach Anspruch 8, wobei ferner eine Einrichtung für das Zirkulieren eines Kühlmittels in dem Lagersta­ tor vorgesehen ist, das die durch die Lagerrotornabe zum Schmiermittel und von dort zum Lagerstator gelei­ tete Wärme abzuführen.

10. Röhre nach Anspruch 5, wobei die Targetwelle mit dem Nabenvorderende verbunden ist.

11. Röhre nach Anspruch 10, wobei:
der Lagerstator einen ringförmigen radialen Steg an seinem distalen Ende aufweist,
der Lagerrotor ferner einen ringförmigen Rand auf­ weist, der einteilig mit dem Nabenvorderende verbunden ist, und den Statorsteg einschließt, um dort ein Schublager zu bilden, das in Strömungsverbindung mit dem Achslagerringspalt steht,
wobei die Targetwelle mit dem Rotorrand verbunden ist, um Wärme von dem Target in die Lagerrotornabe an dem Nabenvorderende zu leiten.

12. Röhre nach Anspruch 11, wobei der Rotorrand mit dem Nabenvorderende radial zwischen dem Achslagerringspalt und einem Umfang des Nabenmittelabschnittes verbunden ist.