DE19843649C2 - Low-cost-Röntgenstrahler - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen sogenannten Low-cost- Röntgenstrahler mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb eines mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses um eine Achse rotiert.

Bei Low-cost-Röntgenstrahlern wird aus Kostengründen auf eine Ölpumpe sowie auf einen externen Kühler verzichtet. Dies be­ deutet, daß bei solchen Röntgenstrahlern die hohen Pulslei­ stungen in der Anode gespeichert werden müssen und die gespei­ cherte Wärme dann in die Kühlflüssigkeit abgegeben wird, von der sie ausschließlich über Konvektion an die Umgebung abge­ geben werden kann. Dies wiederum bedeutet, daß derartige Low- cost-Strahler nur für eine mittlere Leistung von einigen 100 Watt ausgelegt werden können. Neben dieser Leistungsbegren­ zung liegt ein weiterer Nachteil darin, daß durch die lokal in Anodennähe entstehende Wärme sich das gesamte Kühlmittel­ volumen - im allgemeinen Isolieröl - des Strahlers nicht gleichmäßig erwärmt und damit auch die Oberfläche des Strah­ lers nicht gleichmäßig warm ist, was zu einer für das Volumen nicht optimalen Dauerleistung des Strahlers führt. Schließ­ lich besteht bei derartigen Low-cost-Strahler auch noch die Gefahr, daß Teile des Gehäuses im Bereich der Anode die zu­ lässigen Temperaturobergrenzen überschreiten.

Will man die Leistung von Strahlern ohne externe Kühler stei­ gern, kann man eine Zwangsluftkühlung einführen. Auch in die­ sem Fall bleibt jedoch das eigentliche Problem der ungleich­ mäßigen Wärmeabfuhr von der Röhre unberührt, ganz davon abge­ sehen, daß durch eine solche Zwangsluftkühlung neben einer nur begrenzt möglichen Leistungssteigerung auch wieder die an sich angestrebte Kostenreduzierung durch Vermeidung des ex­ ternen Kühlers unterlaufen wird.

Aus der prioritätsälteren, jedoch nicht vorveröffentlichten DE 197 41 750 A1 ist ein Röntgenstrahler mit einer Drehkol­ benröhre bekannt, deren Vakuumhülle innerhalb des mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses um eine Achse rotiert, wobei zwischen der Vakuumhülle und dem Strahlerge­ häuse ein von beiden beabstandeter Kühlmittelleitkörper vor­ gesehen ist, der einen Kühlmittelfluß in einem quer zu der Achse verlaufenden Spalt entlang der Vakuumhülle und einen Kühlmittelrücklauf in einem Spalt am Strahlergehäuse bewirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Low- cost-Röntgenstrahler der eingangs genannten Art so auszuge­ stalten, daß trotz der Einsparung eines externen Kühlers und einer Kühlmittelpumpe eine Erhöhung der Leistung durch eine gleichmäßigere Wärmeverteilung möglich und damit eine Überla­ stung einzelner Bereiche des Strahlers vermieden wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zwischen der Vakuumhülle und dem Strahlergehäuse ein von bei­ den beabstandeter Kühlmittelleitkörper angeordnet ist, der einen Kühlmittelfluß in einem Innenspalt in Richtung der Ach­ se längs der Vakuumhülle und einen Kühlmittelrücklauf in ei­ nem Außenspalt am Strahlergehäuse bewirkt.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird zunächst erreicht, daß das Kühlmittel entlang der Vakuumhülle strömt und insbe­ sondere die Anode damit so abkühlt, daß die bei bisherigen Low-cost-Strahlern unvermeidlichen Temperaturspitzen im Be­ reich der Anode vermieden werden. Nach der Wärmeaufnahme von der Vakuumhülle strömt das Öl im Außenspalt an der Innenwand des Strahlergehäuses und wird dadurch abgekühlt. Durch das Anströmen praktisch der gesamten Innenwand des Strahlergehäu­ ses ergibt sich eine erheblich bessere Wärmeabfuhr als dies bei den bisherigen Low-cost-Strahlern der Fall ist, bei denen das Kühlmittel sehr ungleichmäßig stark erhitzt ist und man­ gels eines Zwangsumlaufs auch nicht die gesamte Kühlfläche des Strahlergehäuses ausnutzt.

Mit besonderem Vorteil kann die erfindungsgemäße Kühlmittel­ strömung im Innen- und Außenspalt dadurch erreicht werden, daß der Außenspalt durch im Kühlmittelleitkörper ausgebildete Verbindungsleitungen mit Zu- und Abläufen des Innenspalts verbunden ist, die an Stellen des Innenspalts angeordnet sind, an denen durch die Rotation des Drehkolbens ein Unter- bzw. ein Überdruck im Kühlmittel erzeugt wird. Die Erfindung nützt dabei die Tatsache aus, daß sich durch die Drehung des Kolbens, also der rotierenden Vakuumhülle, eine sehr un­ gleichmäßige Druckverteilung im Inneren des Strahlergehäuses ausbildet, wobei diese ungleichmäßige Druckverteilung auch noch durch die Formgebung des Kühlmittelleitkörpers gezielt unterstützt werden kann. Diese grundsätzlich immer gegebene ungleichmäßige Druckverteilung, die bisher völlig übergangen wurde, ist in der Praxis so ausgeprägt bzw. läßt sich durch entsprechende Formgebung des Kühlmittelleitkörpers und eine dementsprechende Bemessung der mehr oder weniger breiten Spalte zum Kühlmittelleitkörper so ausbilden, daß die ent­ sprechenden Differenzdrucke zwischen Bereichen mit geringem Druck und Bereichen mit hohem Druck so groß werden, daß sie für hohe Durchflußleistungen des Kühlmittels ausgenutzt wer­ den können, so daß dieses dann nach Umströmen der Vakuumhülle des Strahlers und damit der Wärmeaufnahme auch noch durch den Außenspalt zwischen dem Kühlmittelleitkörper und dem äußeren Strahlergehäuse gefördert werden kann, von dem die Wärme an die Umgebung abgestrahlt werden soll.

In der Praxis ist die Ausgestaltung bevorzugt so getroffen, daß die Zu- und Abläufe achsnah in die stirnwandseitigen Ab­ schnitte des Außenspaltes einmünden, damit möglichst die ge­ samte Wand des Strahlergehäuses vom rücklaufenden Kühlmittel angeströmt wird und damit auch die gesamte Wandung zur Wärme­ abstrahlung beitragen kann.

Der Kühlmittelleitkörper kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt ein im wesentlichen zylindrisches, vor­ zugsweise in einer Längsmittelebene geteiltes, Metall- oder Kunststoffspritzgießteil sein, wobei speziell bei der Ausbil­ dung als Kunststoffspritzgießteil es sich als vorteilhaft er­ wiesen hat, in den Kühlmittelleitkörper Bleiabschirmschalen miteinzubetten.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung, die einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Low-cost-Röntgenstrahler zeigt.

Mit 1 ist die Vakuumhülle eines Drehkolbenstrahlers bezeich­ net, in dem in üblicher Weise eine mit Fokusierungs- und Ab­ lenkeinrichtungen versehene Kathode 2 und dieser gegenüber­ liegend eine massive Anode 3 angeordnet sind. Die Vakuumhülle mit der Kathode und der Anode rotiert innerhalb eines metal­ lischen Strahlergehäuses 4 in Lagern 5 und 6. Bei 7 ist der äußere Antriebsmotor schematisch angedeutet.

Erfindungsgemäß ist die Ausbildung so getroffen, daß der In­ nenraum zwischen der Vakuumhülle 1 und dem Strahlergehäuse 4 nicht einfach mit einem Kühlmittel, insbesondere Isolieröl, gefüllt ist, sondern daß in diesem Raum ein spezieller Kühl­ mittelleitkörper 8 angeordnet ist, der lediglich einen Innen­ spalt 9 längs der Vakuumhülle und einen Außenspalt 10 an der Innenseite des Strahlergehäuses frei läßt. Der Außenspalt 10 ist durch achsnahe, vorzugsweise als Bohrungen im Kühlmittel­ leitkörper ausgebildete Verbindungsleitungen 11, die in einen zur Drehwelle konzentrischen Zuführkanal 12 einmünden, mit dem Innenspalt 9 im Bereich der Anode verbunden. Durch Ver­ bindungsleitungen 13 im Kühlmittelleitkörper wird das entlang der Außenfläche 14 der Anode 3 und anschließend entlang der Vakuumhülle 1 strömende Kühlmittel auf der den Zuläufen 11 abgelegenen Stirnseite wieder in den Außenspalt zwischen Kühlmittelleitkörper 8 und Strahlergehäuse 4 geleitet. Dabei kann - wie es in der Zeichnung dargestellt ist - vorgesehen sein, daß die Verbindungsleitungen 13 in das Kathodenrohr 15 einmünden und von dort das Kühlmittel in der Rotationsachse nach außen weitergeleitet wird. Stattdessen kann natürlich auch eine Ausbildung vorgesehen sein, bei der das Kühlmittel an der Außenseite des Kathodenrohrs 15 entlang fließt. Durch zweckentsprechende, in der schematischen Zeichnung nicht im einzelnen dargestellte Formgebung, insbesondere der Innenwand des Kühlmittelleitkörpers, der bevorzugt als Kunst­ stoffspritzgießteil ausgebildet ist, das aus zwei in der Längsmittelebene geteilten Halbschalen zusammengesetzt ist, läßt sich eine ungleichmäßige Druckverteilung im Kühlmittel erzielen, die ohne gesonderte Pumpen einen Zwangsumlauf der­ gestalt gewährleistet, daß das Kühlmittel von den Zulauf- Verbindungsleitungen 11 und 12 entlang der Anode 3 und der Vakuumhülle 1 zu den Ablauf-Verbindungsleitungen 13, und dann innerhalb des Außenspaltes 10 wieder zurück zu den Zulauf- Verbindungsleitungen 11 gefördert wird. Bei 16 und 17 sind schematische Bleiabschirmschalen angedeutet, die in die Kunststoffspritzgießteile des Kühlmittelleitkörpers 8 einge­ bettet sein können.

Claims (5)

1. Low-cost-Röntgenstrahler mit einer Drehkolbenröhre, deren Vakuumhülle innerhalb eines mit einem flüssigen Kühlmittel gefüllten Strahlergehäuses um eine Achse rotiert, wobei zwi­ schen der Vakuumhülle (1) und dem Strahlergehäuse (4) ein von beiden beabstandeter Kühlmittelleitkörper (8) angeordnet ist, der einen Kühlmittelfluß in einem Innenspalt (9) in Richtung der Achse längs der Vakuumhülle (1) und einen Kühlmittelrück­ lauf in einem Außenspalt (10) am Strahlergehäuse (4) bewirkt.

2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, bei dem der Außenspalt, (10) durch im Kühlmittelleitkörper (8) ausgebildete Verbin­ dungsleitungen (11, 12, 13) mit Zu- und Abläufen des Innen­ spaltes (9) verbunden ist, die an Stellen des Innenspaltes (9) angeordnet sind, an denen durch die Rotation der Vakuum­ hülle (1) ein Unter- bzw. ein Überdruck im Kühlmittel erzeugt wird.

3. Röntgenstrahler nach Anspruch 2, bei dem die Zu- und Ab­ läufe achsnah in die stirnwandseitigen Abschnitte des Außen­ spaltes (10) einmünden.

4. Röntgenstrahler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Kühlmittelleitkörper (8) ein im wesentlichen zylindri­ sches, vorzugsweise in einer Längsmittelebene geteiltes Me­ tall- oder Kunststoffspritzgußteil ist.

5. Röntgenstrahler nach Anspruch 4, bei dem in den Kühlmit­ telleitkörper Bleiabschirmschalen (16, 17) eingebettet sind.