DE19837580A1 - Rotor- und Stator-Einrichtung für eine Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Röntgen­ röhren und insbesondere auf eine Rotor- und Stator-Einrichtung für eine Röntgenröhre.

Röntgengeräte, die im medizinischen Bereich verwendet werden, weisen üblicherweise eine Drehanoden-Röntgenröhre auf. Solche Röntgenröhren sind Vakuumröhren, die jeweils einen Rotor, der eine drehbare Welle hat, und auch einen Stator aufweisen, der die drehbare Wellein Umfangsrichtung umgibt oder von dieser in Umfangsrichtung umgeben ist. Ein Paar Lager, wie Wälzlager (z. B. Kugellager) ist radial zwischen der Welle und dem Sta­ tor angeordnet. Ein Röntgentarget, das typischerweise an der drehbaren Welle befestigt ist, wird durch die auftreffenden, von der Kathode emittierten Elektronen auf hohe Temperaturen aufgeheizt. Die Lager sind schlechte Wärmeleiter, was einen Temperaturunterschied zwischen der Welleseite und der Stator­ seite der Lager aufbaut, was einen Lagerversatz und Verschleiß bewirkt, der die Betriebsdauer der Röntgenröhre verkürzt. Während der Drehung neigen die Lager zur elektrischen Lichtbo­ genbildung, was einen Nachteil in solchen Konstruktionen dar­ stellt, die einen stabilen elektrischen Pfad zwischen der Welle und dem Stator erfordern. Bekannte Konstruktionen schließen solche ein, die Lager für Drehhalterung verwenden, und die auch flüssiges Metall (wie Gallium) in dem kreisför­ mig-zylindrischen Spalt zwischen der Welle und dem Stator verwenden, um Wärme und Elektrizität zu leiten. Ein solches flüssiges Metall gleicht die Temperatur auf beiden Seiten des Lagers aus, was die Lebensdauer des Lagers erhöht, aber solche Konstruktionen neigen zum Auslaufen des flüssigen Metalls aus dem Spalt, wobei ein solches ausgetretenes Metall eine Hoch­ spannungsinstabilität verursacht, die die Betriebsdauer einer Röntgenröhre verkürzt.

Was für Röntgenröhren, die flüssiges Metall für Wärme- und/oder elektrische Leitungszwecke verwenden, notwendig ist, ist eine verbesserte Röntgenröhrenkonstruktion, die ein Aus­ laufen des flüssigen Metalls aus dem Spalt zwischen der Welle und dem Stator verhindert.

Die Röntgenröhreneinrichtung gemäß der Erfindung enthält einen Rotor, einen Stator, ein Lagerpaar, zwei sich in Umfangs­ richtung erstreckende Vorsprünge und eine Substanz, die Metall einschließt und die bei der Betriebstemperatur der Einrichtung flüssig ist. Der Rotor weist eine drehbare Welle mit einer sich im allgemeinen in Längsrichtung erstreckenden Achse auf. Der Stator ist im allgemeinen koaxial zur Achse ausgerichtet und ist radial mit einem Zwischenraum von der Welle ange­ ordnet. Die Lager sind radial zwischen der Welle und dem Sta­ tor angeordnet und sind longitudinal durch einen ersten longi­ tudinalen Abstand voneinander getrennt. Die Umfangsvorsprünge gehen jeweils radial von der Welle oder dem Stator aus und sind radial in einem ersten radialen Abstand von dem anderen, dem Stator oder der Welle, angeordnet, und longitudinal sind die Umfangsvorsprünge voneinander mit einem zweiten longitudina­ len Abstand angeordnet. Die Substanz ist in Längsrichtung zwischen den Umfangsvorsprüngen positioniert und erstreckt sich radial mit einem zweiten radialen Abstand zwischen der Welle und dem Stator und ist in leitendem thermischen Kontakt mit diesen. Vorzugsweise ist der zweite radiale Abstand für jeden der Umfangsvorsprünge größer als im allgemeinen fünfzig Mal der erste radiale Abstand, und der erste radiale Abstand ist im allgemeinen zwischen zwanzig Mikrometer und im allge­ meinen sechzig Mikrometer für jeden der Umfangsvorsprünge. Wünschenswerterweise besitzt jeder der Umfangsvorsprünge einen Abschnitt, der jeweils dem anderen von der Welle und dem Rotor gegenüberliegt, der mit einem Anti-Netzmittel beschichtet ist, und der auch Dichtnuten umfassen kann.

Verschiedene Nutzen und Vorteile lassen sich aus der Erfindung erhalten. Die Umfangsvorsprünge stellen eine gute Abdichtung für die flüssige Substanz dar. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß das Ausfließen im wesentlichen beseitigt wer­ den kann, wenn der zweite radiale Abstand sich auf mehr als im allgemeinen fünfzig mal den ersten radialen Abstand beläuft, und wenn sich der erste radiale Abstand auf zwischen im allge­ meinen zwanzig Mikrometer und im allgemeinen sechzig Mikrome­ ter beläuft. Es wird angenommen, daß der größere zweite ra­ diale Abstand für eine abgestuftere Energieübertragung in der flüssigen Substanz von einem die Welle benachbarten Bereich, der im allgemeinen die Rotationsgeschwindigkeit der Welle besitzt, in einen dem Stator benachbarten Bereich, der keine Rotationsgeschwindigkeit besitzt, sorgt. Folglich wird ange­ nommen, daß weniger Energie angrenzend an die Enden der Um­ fangsvorsprünge in der flüssigen Substanz vorhanden ist, was ein Ausfließen in Längsrichtung über die Umfangsvorsprünge bewirkt, verglichen: mit bekannten Konstruktionen, die solche Umfangsvorsprünge nicht aufweisen. Das Versehen der sich ge­ genüberliegenden Abschnitte jedes Umfangsvorsprungs mit einer Anti-Netzmittel-Beschichtung und mit Dichtnuten sorgt für eine sogar noch konservativere Ausführung ohne Leckage. Es ist anzumerken, daß die flüssiges Metall enthaltende Substanz als ein thermischer Kurzschluß wirkt, um die Temperaturen auf den Wellen- und Statorseiten der Lager auszugleichen, was die Betriebsdauer der Röntgenröhreneinrichtung vergrößert. Es ist auch anzumerken, daß die flüssiges Metall enthaltende Sub­ stanz als elektrischer Kurzschluß funktioniert, um einen kon­ stanten stabilen elektrischen Pfad bereitzustellen, der die Hochspannungs-Leistung der Röhre verbessert.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Merkmalen und Vorteilen anhand der Beschreibung und Zeichnung von Ausführungs­ beispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein schematischer Querschnitt einer ersten be­ vorzugten Ausführungsform der Röntgenröhren- Einrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ist eine Ansicht entlang der Linien 2-2 der Fig. 1, die die Dichtnuten auf den Umfangsvorsprüngen zeigt; und

Fig. 3 ist eine Ansicht einer alternativen Ausführungsform der in Fig. 1 gezeigten Umfangsvorsprünge und des angrenzenden Gebietes.

In den Zeichnungen, in denen überall gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente darstellen, zeigen die Fig. 1 und 2 sche­ matisch eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Röntgen­ röhren-Einrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Die Röntgen­ röhren-Einrichtung 10 hat eine Betriebstemperatur. Die Rönt­ genröhren-Einrichtung 10 weist einen Röntgenröhren-Rotor 12, der eine drehbare Welle 14 mit einer sich im allgemeinen in Längsrichtung erstreckenden Achse 16 besitzt, und weiterhin einen Röntgenröhren-Stator 18 auf, der im allgemeinen koaxial mit der Achse 16 ausgerichtet und radial mit Abstand von der Welle 14 angeordnet ist. Vorzugsweise umgibt der Stator 18 die Welle 14 in Umfangsrichtung. Andere Ausführungen umfassen, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, solche, in denen die Welle den Stator in Umfangsrichtung umgibt, und solche, in denen der Rotor einen Abschnitt des Stators in Umfangsrichtung umgibt, wobei ein anderer Abschnitt des Stators den Rotor in Umfangsrichtung umgibt, wie von Fachleuten gut verstanden wird. Ein an einem Ende der Welle 14 befestigtes Röntgenröh­ ren-Target ist in Fig. 1 gezeigt.

Die Röntgenröhren-Einrichtung 10 weist auch zwei Lager 20 und 22 auf, die radial zwischen der Welle 14 und dem Stator 18 angeordnet sind, wobei die Lager 20 und 22 in Längsrichtung voneinander durch einen ersten longitudinalen Abstand getrennt angeordnet sind. Bevorzugt sind die Lager 20 und 22 Wälzlager. Ein Beispiel für ein Wälzlager ist ein Kugellager. Die Art und Zusammensetzung der Lager 20 und 22 bleiben dem Fachmann über­ lassen. Beispielsweise, und ohne Beschränkung der Allgemein­ heit, könnten einige Anwendungen Metallager verlangen, wäh­ rend andere Anwendungen keramische Lager verlangen könnten.

Die Röntgenröhren-Einrichtung 10 weist zusätzlich zwei Um­ fangsvorsprünge 24 und 26 auf, von denen jeder radial von einem, der Welle 14 oder dem Stator 18, ausgeht, und radial mit einem ersten Abstand von dem anderen, dem Stator 18 oder der Welle 14 angeordnet ist, wobei die Umfangsvorsprünge in Längsrichtung voneinander mit einem zweiten longitudinalen Abstand voneinander getrennt sind. Bevorzugt erstreckt sich jeder der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 radial von demsel­ ben Bauteil, der Welle 14 oder dem Stator 18. Es wird bevor­ zugt, daß jeder der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 sich radial von der Welle 14 erstreckt. Andere Ausführungen umfas­ sen solche, bei denen sich beide Umfangsvorsprünge radial von dem Stator erstrecken, und solche, bei denen sich der eine Umfangsvorsprung radial von der Welle und der andere Umfangs­ vorsprung radial von dem Stator erstreckt. In einer beispiel­ haften Ausbildung bilden die Welle 14 und die Umfangsvorsprün­ ge 24 und 26 zusammen eine monolithische Komponente, wie es in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist. In einer bevorzugten Ausbil­ dung sind die Umfangsvorsprünge in Längsrichtung zwischen den Lagern 20 und 24 angeordnet. Es ist anzumerken, daß Fig. 1 die Umfangsvorsprünge 24 und 26 in ungefähr dem gleichen ra­ dialen Abstand von der Achse 16 und den Lagern 20 und 22 zeigt. Einige Welle-Stator-Ausführungen (wie z. B., ohne Be­ schränkung der Allgemeinheit, die vorher angesprochene, bei der der Rotor einen radial inneren Abschnitt des Stators in Umfangsrichtung umgibt und ein anderer radial äußerer Ab­ schnitt des Stators den Rotor in Umfangsrichtung umgibt) könn­ ten jedoch die Umfangsvorsprünge in einem verschiedenen radia­ len Abstand von der Achse als die Lager angeordnet sein (wie z. B. im vorhergehenden Beispiel, wo die Umfangsvorsprünge radial zwischen der Welle und dem radial äußeren Abschnitt des Stators angeordnet sind, und wobei die Lager radial zwischen der Welle und dem radial inneren Abschnitt des Stators ange­ ordnet sind).

Die Röntgenröhren-Einrichtung 10 enthält darüberhinaus eine Substanz 28 (die auch als Pfropfen (plug) bezeichnet werden könnte), die Metall umfaßt und die bei der Betriebstemperatur der Einrichtung 10 flüssig ist, wobei die Substanz 28 in Längsrichtung zwischen den Umfangsvorsprüngen 24 und 26 ange­ ordnet ist und wobei die Substanz 28 sich radial mit einem zweiten radialen Abstand zwischen, und in thermischem Kontakt mit, der Welle 14 und dem Stator 18 erstreckt. Bevorzugt ist die Substanz 28 bei Raumtemperatur flüssig. In einem Ausfüh­ rungsbeispiel besteht die Substanz 28 im wesentlichen (und bevorzugt besteht sie) aus Metall. Der Ausdruck "Metall" schließt, ohne Beschränkung der Allgemeinheit, Mischungen und/oder Legierungen ein. In einem Ausführungsbeispiel weist die Substanz 28 Gallium auf.

Es ist bevorzugt, daß der zweite radiale Abstand (in Figur der Abstand, mit dem sich die Substanz 28 radial zwischen, und in thermischem Kontakt mit, der Welle 14 und dem Stator 18 erstreckt) größer als im allgemeinen fünfzig Mal der erste radiale Abstand (in Fig. 1 der Abstand, mit dem ein Umfangs­ vorsprung 24 oder 26 radial im Abstand von dem Stator 18 ange­ ordnet ist) für jeden der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 ist. Es ist auch bevorzugt, daß der erste radiale Abstand zwischen im allgemeinen zwanzig Mikrometer und im allgemeinen sechzig Mikrometer für jeden der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 beträgt. In einer bevorzugten Ausführung ist der erste longitudinale Abstand (der Abstand, mit dem die Lager 20 und 22 angeordnet sind) größer als im allgemeinen das Doppelte des zweiten longitudinalen Abstands (der Abstand, mit dem die Umfangsvorsprünge 24 und 26 angeordnet sind). Für unebene oder abgeschrägte Oberflächen ist vorausgesetzt, daß Abstände zwischen Objekten zwischen Punkten größter Annäherung gemessen werden.

Bevorzugt weist jeder der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 einen Abschnitt auf, der dem Stator 18 gegenüberliegt und der mit einem Anti-Netzmittel 30 beschichtet ist. Anti-Netzmittel sind dem Fachmann für Röntgenröhren mit Flüssigmetallagern bekannt, und ein bevorzugtes Anti-Netzmittel 30 ist Titandi­ oxid. Des weiteren weist jeder der zwei Umfangsvorsprünge 24 und 26 bevorzugt einen Abschnitt auf, der dem Stator 18 gegen­ überliegt und der Dichtnuten 32 umfaßt. Die Drehrichtung der Welle 14 um die Achse 16, wie in Fig. 2 zu sehen, läßt den oberen Abschnitt der Welle 14 sich aus der Papierebene heraus­ drehen, und den unteren Abschnitt der Welle 14 sich in die Papierebene hineindrehen. Dichtnuten sind dem Fachmann für Röntgenröhren mit Flüssigmetallagern ebenfalls bekannt. Es ist anzumerken, daß der Dichtnutenabschnitt der Umfangsvor­ sprünge derselbe Abschnitt (wie in den Fig. 1 und 2 ge­ zeigt) oder ein von dem Abschnitt verschiedener sein kann (wie z. B. ein in Längsrichtung benachbarter Abschnitt, der einen anderen ersten radialen Abstand aufweist) wie der Abschnitt der Umfangsvorsprünge, der das Anti-Netzmittel aufweist.

In einer alternativen Ausführungsform, die in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Welle 34 eine von den Umfangsvorsprüngen 36 und 38 abgesonderte Komponente, und die Umfangsvorsprünge 36 und 38 bilden zusammen mit einem dazwischentretenden Grundkörper ein monolithisches Bauteil. Es ist anzumerken, daß in Fig. 3 die Substanz 42 sich radial mit einem zweiten radialen Abstand zwischen, und in leitendem thermischen Kontakt mit, der Welle 34 und dem Stator 44 erstreckt. Andere konstruktive Ausführun­ gen der Umfangsvorsprünge bleiben dem Fachmann überlassen.

Claims (20)

1. Röntgenröhren-Einrichtung (10) mit einer Betrieb­ stemperatur und enthaltend:

• a) einen Röntgenröhrenrotor (12) mit einer drehbaren Welle (14) mit einer im allgemeinen sich in Längs­ richtung erstreckenden Achse (16);
• b) einen Röntgenröhrenstator (18), der im allgemeinen koaxial mit der Achse ausgerichtet und radial mit Abstand von der Welle angeordnet ist;
• c) ein Lagerpaar (20, 22), das radial zwischen der Wel­ le und dem Stator angeordnet ist, wobei die Lager in Längsrichtung mit einem ersten longitudinalen Ab­ stand voneinander angeordnet sind;
• d) zwei Umfangsvorsprünge (24,26), die jeder radial von einem, der Welle oder dem Stator, ausgehen und mit einem ersten radialen Abstand von dem anderen, dem Stator oder der Welle, angeordnet sind, wobei die Umfangsvorsprünge in Längsrichtung mit einem zwei­ ten longitudinalen Abstand voneinander angeordnet sind; und
• e) eine Substanz (28), die Metall einschließt und die bei der Betriebstemperatur flüssig ist, wobei die Substanz in Längsrichtung zwischen den Umfangsvor­ sprüngen angeordnet ist, und wobei die Substanz sich mit einem zweiten radialen Abstand zwischen, und in leitendem thermischen Kontakt mit, der Welle und dem Stator erstreckt.

2. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Umfangsvorsprünge in Längsrichtung zwischen den Lagern angeordnet sind.

3. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 2, wobei jeder der zwei Umfangsvorsprünge sich radial von demsel­ ben Teil, der Welle oder dem Rotor, erstreckt.

4. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder der zwei Umfangsvorsprünge sich radial von der Wel­ le erstreckt.

5. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 4, wobei die Welle und die Umfangsvorsprünge zusammen eine monolithi­ sche Komponente bilden.

6. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 5, wobei der Stator die Welle in Umfangsrichtung umgibt.

7. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite radiale Abstand für jeden der zwei Umfangsvor­ sprünge im allgemeinen fünfzig Mal größer als der erste radiale Abstand ist.

8. Röntgenröhren-Einrichtung, wobei der erste radiale Abstand für jeden der zwei Umfangsvorsprünge im allgemei­ nen zwischen zwanzig Mikrometer und im allgemeinen sech­ zig Mikrometer beträgt.

9. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 8, wobei der erste longitudinale Abstand größer als im allgemeinen das Doppelte des zweiten longitudinalen Abstands ist.

10. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder der zwei Umfangsvorsprünge einen Abschnitt auf­ weist, der dem Stator gegenüberliegt und der mit einem Anti-Netzmittel beschichtet ist.

11. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 10, wobei der Abschnitt Dichtungsnuten aufweist.

12. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 11, wobei die Substanz bei Raumtemperatur flüssig ist.

13. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 12, wobei die Lager Keramiklager sind.

14. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 13, wobei der zweite radiale Abstand für jeden der zwei Umfangsvor­ sprünge größer als im allgemeinen fünfzig Mal der erste radiale Abstand ist.

15. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 14, wobei der erste radiale Abstand für jeden der zwei Umfangsvor­ sprünge zwischen im allgemeinen zwanzig Mikrometer und im allgemeinen sechzig Mikrometer beträgt.

16. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 15, wobei der erste longitudinale Abstand größer als im allgemeinen das Doppelte des zweiten longitudinalen Abstandes ist.

17. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der zwei Umfangsvorsprünge einen Abschnitt auf­ weist, der dem anderen der Welle und des Stators gegen­ überliegt und der mit einem Anti-Netzmittel beschichtet ist.

18. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der zwei Umfangsvorsprünge einen Abschnitt hat, der Dichtungsnuten aufweist.

19. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Substanz bei Raumtemperatur flüssig ist.

20. Röntgenröhren-Einrichtung nach Anspruch 19, wobei die Lager Keramiklager sind.