DE29622655U1

DE29622655U1 - X-ray tube

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Publication number: DE29622655U1
Application number: DE29622655U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-01-30
Filing date: 1996-01-30
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2006-01-31

Description

GR 96 G 3056GR 96 G 3056

Beschreibung
RöntgenröhreDescription
X-ray tube

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Anode, einer Kathode und einem Vakuumgehäuse, wobei der Anode ein Antrieb zugeordnet ist, mittels dessen die Anode in eine oszillierende Bewegung relativ zu der Kathode versetzbar ist.The invention relates to an X-ray tube with an anode, a cathode and a vacuum housing, wherein the anode is assigned a drive by means of which the anode can be set in an oscillating movement relative to the cathode.

Derartige Röntgenröhren sind meist als Drehanoden-Röntgenröhren ausgeführt. Bei derartigen Röntgenröhren ist die Anode mittels einer geeigneten Lagerung relativ zu dem Vakuumgehäuse drehbar gelagert, so daß sie mittels eines geeigneten Antriebs in schnelle Rotation versetzt werden kann. Der Brennfleck, d.h. die Stelle, an der der von der Kathode ausgehende Elektronenstrahl auf die Anode auftrifft, liegt also nicht ständig im selben Bereich der Anode.. Vielmehr vergeht eine Umdrehungsdauer der Drehanode, bevor ein bestimmter Bereich der Anode erneut vom Elektronenstrahl getroffen wird.Such X-ray tubes are usually designed as rotating anode X-ray tubes. In such X-ray tubes, the anode is mounted so that it can rotate relative to the vacuum housing using a suitable bearing, so that it can be set into rapid rotation using a suitable drive. The focal spot, i.e. the point at which the electron beam emanating from the cathode hits the anode, is therefore not always in the same area of the anode. Rather, one rotation period of the rotating anode passes before a certain area of the anode is hit again by the electron beam.

0 Da also immer &ldquor;kalte" Bereiche der Anode von dem Elektronenstrahl getroffen werden, weisen Drehanoderi-Rö.ntgenröhren eine hohe Kurzzeitbelastbarkeit (20 bis 40 kW über einen Zeitraum von einigen Sekunden bis zu etwa einer Minute) auf. Bei derartigen Kurzzeitbelastungen kann die bei der Röntgenstrahlenerzeugung anfallende Verlustwärme normcilerweise nicht rasch genug von der Drehanode abgeführt werden, so daß die Drehanode als Wärmespeicher fungiert. Nach einer gewissen Betriebsdauer ist daher eine Betriebspause erforderlich, um zu verhindern, daß die Drehanode thermisch überlastet wird.0 Since the electron beam always hits "cold" areas of the anode, rotating anode X-ray tubes have a high short-term load capacity (20 to 40 kW over a period of a few seconds to about a minute). With such short-term loads, the waste heat generated during the generation of X-rays cannot normally be dissipated quickly enough by the rotating anode, so that the rotating anode functions as a heat storage device. After a certain period of operation, an operating break is therefore necessary to prevent the rotating anode from being thermally overloaded.

Es ist zwar bereits in der EP 0 328 951 Al vorgeschlagen worden, eine Flüssigkeitskühlung für die Drehanode vorzusehen, um die Langzeitbelastbarkeit von Drehanoden-Röntgenröhren zu verbessern, jedoch haben entsprechende Lösungen wegen des hohen technischen Aufwandes bisher keinen Eingang in die Praxis gefunden.Although it has already been proposed in EP 0 328 951 A1 to provide liquid cooling for the rotating anode in order to improve the long-term load capacity of rotating anode X-ray tubes, corresponding solutions have not yet been put into practice due to the high technical effort involved.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine hohe Kurzzeitbelastbarkeit der Röntgenröhre gewährleistet ist und gleichzeitig im Interesse einer hohen Langzeitbelastbarkeit auf einfache Weise eine effektive Wärmeabfuhr von der Anode gegeben ist.The invention is based on the object of designing an X-ray tube of the type mentioned at the outset in such a way that a high short-term load capacity of the X-ray tube is ensured and at the same time, in the interest of a high long-term load capacity, an effective heat dissipation from the anode is provided in a simple manner.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Röntgenröhre mit einer Anode, einer Kathode und einem Vakuumgehäuse, wobei die Anode über einen verformbaren Wandabschnitt mit dem Vakuumgehäuse verbunden ist und der Anode ein Antrieb zugeordnet ist, mittels dessen die Anode in eine oszillierende Bewegung relativ zu dem Vakuumgehäuse und der Kathode versetzbar ist. Infolge der oszillierenden Bewegung der Anode relativ zu der Kathode können also die erhitzten Bereiche der Anode bis zum nächsten Eintreten in den Brennfleckbereich abkühlen, so daß eine gegenüber Röntgenröhren mit feststehender Anode erhöhte Kurzzeitbelastbarkeit erreicht wird. Die Voraussetzungen für eine gegenüber herkömmlichen Drehanoden-0 Röntgenröhren verbesserte Langzeitbelastbarkeit ist dadurch gegeben, daß die Anode sozusagen einen Teil des Vakuumgehäuses darstellt, das über den verformbaren Wandabschnitt mit dem übrigen Vakuumgehäuse verbunden ist. Es besteht also, so wie dies auch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Er-5 findung vorgesehen ist, die Möglichkeit, die Anode an ihrer Außenseite mit einem Kühlmedium zu beaufschlagen.According to the invention, this object is achieved by an X-ray tube with an anode, a cathode and a vacuum housing, the anode being connected to the vacuum housing via a deformable wall section and the anode being assigned a drive by means of which the anode can be set in an oscillating movement relative to the vacuum housing and the cathode. As a result of the oscillating movement of the anode relative to the cathode, the heated areas of the anode can cool down until the next time they enter the focal spot area, so that an increased short-term load capacity is achieved compared to X-ray tubes with a fixed anode. The prerequisites for an improved long-term load capacity compared to conventional rotating anode X-ray tubes are given by the fact that the anode represents part of the vacuum housing, so to speak, which is connected to the rest of the vacuum housing via the deformable wall section. It is therefore possible, as is also provided according to a preferred embodiment of the invention, to apply a cooling medium to the outside of the anode.

Gemäß einer wegen ihrer technischen Einfachheit bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Röntgenröhre als verformbaren Wandabschnitt einen Faltenbalg auf.According to an embodiment of the invention which is preferred due to its technical simplicity, the X-ray tube has a bellows as a deformable wall section.

Die oszillierende Bewegung kann auf technisch besonders einfache Weise realisiert werden, wenn der Antrieb die Anode im Sinne einer geradlinigen Bewegung antreibt. 35The oscillating movement can be realized in a particularly simple technical way if the drive drives the anode in a straight-line movement. 35

Es wird davon ausgegangen, daß mit erfindungsgemäßen Röntgenröhren Dauerleistungen in der Größenordnung von 10 kW undIt is assumed that with X-ray tubes according to the invention continuous powers in the order of 10 kW and

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mehr realisierbar sind. Da bei modernen röntgendiagnostischen Methoden, wie z.B. der Computertomographie, durch Optimierung der Gerätegeometrie und Verbesserung des Detektorwirkungsgrades Röntgenröhrenleistungen von mindestens 8 kW erforderlieh sind, besteht also die Möglichkeit, eine erfindungsgeinäße Röntgenröhre im röntgendiagnostischen Einsatz im Dauerbetrieb zu betreiben.are no longer feasible. Since modern X-ray diagnostic methods, such as computer tomography, require X-ray tube outputs of at least 8 kW by optimizing the device geometry and improving the detector efficiency, it is therefore possible to operate an X-ray tube according to the invention in continuous operation for X-ray diagnostic use.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:Embodiments of the invention are illustrated in the accompanying drawings.

Fig. 1 in schematischer Darstellung einen LängsschnittFig. 1 shows a schematic representation of a longitudinal section

durch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre gemäß der Linie I-I in Fig. 2, und
15through an X-ray tube according to the invention according to the line II in Fig. 2, and
15

Fig. 2 ebenfalls in schematischer Darstellung einen Längsschnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1.Fig. 2 also shows a schematic representation of a longitudinal section along the line II-II in Fig. 1.

Die Fig. 1 zeigt einen Röntgenstrahier, der ein mit einem flüssigen Kühlmittel, z.B. Isolieröl, gefülltes, aus zwei Schalen la und Ib zusammengesetztes Schutzgehäuse 1 und eine darin angeordnete erfindungsgemäße Röntgenröhre aufweist. Letztere weist einen Anodenkörper 3, eine feststehende Glühkathode 4 und einen noch näher zu beschreibenden, insgesamt mit 5 bezeichneten Antrieb für den Anodenkörper 3 auf. Die Röntgenröhre 2 weist ein Vakuumgehäuse 6 auf, das in an sich bekannter Weise als aus mehreren Teilen zusammengefügtes Metall/Keramik-Gehäuse ausgeführt ist, in dessen Innerem die Glühkathode 4 angeordnet ist.Fig. 1 shows an X-ray emitter which has a protective housing 1 filled with a liquid coolant, e.g. insulating oil, composed of two shells 1a and 1b and an X-ray tube according to the invention arranged therein. The latter has an anode body 3, a fixed hot cathode 4 and a drive for the anode body 3, which will be described in more detail later and is designated overall by 5. The X-ray tube 2 has a vacuum housing 6 which is designed in a manner known per se as a metal/ceramic housing assembled from several parts, in the interior of which the hot cathode 4 is arranged.

Der eine beispielsweise kreisförmige Umfangskontur aufweisende Anodenkörper 3 ist über einen verformbaren Wandabschnitt, bei dem es sich in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel um einen vorzugsweise metallischen Faltenbalg 7 handelt, mit dem Vakuumgehäuse 6 derart verbunden, daß der Anodenkörper 3 einen Teil der Wandung des Vakuumgehäuses 6 darstellt.The anode body 3, which has a circular peripheral contour, for example, is connected to the vacuum housing 6 via a deformable wall section, which in the embodiment shown in Fig. 1 is a preferably metallic bellows 7, in such a way that the anode body 3 represents part of the wall of the vacuum housing 6.

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Das Vakuumgehäuse 6 ist in seinem in den Figuren oberen Bereich mit einem Gehäuseansatz 6a versehen, in dem sich die Glühkathode 4 befindet, die in dem Fokussierungsschlitz eines schematisch angedeuteten Kathodenbechers 8 aufgenommen ist. Die Anschlüsse für die Röhrenspannung und die Heizspannung sind nicht dargestellt und in an sich bekannter Weise ausgeführt. In seinem unteren Bereich weist das Vakuumgehäuse 6 ein ringförmiges Gehäuseteil 6b auf, das einen in das Innere des Vakuumgehäuses gerichteten rohrförmigen Ansatz aufweist, an dem das eine Ende des Faltenbalges 7 angebracht ist.The vacuum housing 6 is provided in its upper area in the figures with a housing extension 6a in which the hot cathode 4 is located, which is accommodated in the focusing slot of a schematically indicated cathode cup 8. The connections for the tube voltage and the heating voltage are not shown and are designed in a manner known per se. In its lower area, the vacuum housing 6 has an annular housing part 6b which has a tubular extension directed into the interior of the vacuum housing, to which one end of the bellows 7 is attached.

Der im Betrieb der Röntgenröhre von der Glühkathode 4 ausgehende Elektronenstrahl E, der in den Figuren strichpunktiert angedeutet ist, trifft auf die Auftreffstelle 8 des Anodentellers 3 auf. Von der als Brennfleck BF bezeichneten Auftreffstelle geht ein Röntgenstrahlenbündel aus, von dem in den Figuren nur der Zentralstrahl Z strichpunktiert angedeutet ist. Das Nutzröntgenstrahlenbündel tritt durch in dem Vakuumgehäuse 6 und dem Schutzgehäuse 1 vorgesehene Strahlenaustrittsfenster 10 bzw. 11.The electron beam E emanating from the hot cathode 4 during operation of the X-ray tube, which is indicated in the figures by a dot-dash line, strikes the impact point 8 of the anode plate 3. An X-ray beam emanates from the impact point referred to as the focal spot BF, of which only the central beam Z is indicated in the figures by a dot-dash line. The useful X-ray beam passes through beam exit windows 10 and 11 provided in the vacuum housing 6 and the protective housing 1.

Der Antrieb 5 ist derart aufgebaut, daß der Anodenkörper 3 in eine geradlinige oszillierende Bewegung in Richtung des Doppelpfeiles &khgr; versetzt werden kann, die im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispieles quer zum Zentralstrahles verläuft. Infolge dieser oszillierenden Bewegung relativ zu dem Vakuumgehäuse 6 und der Glühkathode 4 wird der Anodenkörper 3 sozusagen unter dem Brennfleck hin- und herbewegt, so daß der Brennfleck BF zwar ortsfest bleibt, sich der Brennfleck aber nicht stets im gleichen Bereich der Auftrefffläche 9 befindet. Vielmehr bildet sich infolge der geradlinigen oszillierenden Bewegung eine strichförmige Brennfleckbahn aus. Betrachtet man einen bestimmten Bereich der Brennfleckbahn, 5 dessen Abmessungen denen des Brennfleckes BF entsprechen, so vergeht zwischen zwei aufeinanderfolgenden Beaufschlagungen dieses Bereiches mit dem Brennfleck eine halbe PeriodendauerThe drive 5 is constructed in such a way that the anode body 3 can be set in a straight-line oscillating movement in the direction of the double arrow x, which in the case of the described embodiment runs perpendicular to the central beam. As a result of this oscillating movement relative to the vacuum housing 6 and the hot cathode 4, the anode body 3 is moved back and forth under the focal spot, so to speak, so that the focal spot BF remains stationary, but the focal spot is not always in the same area of the impact surface 9. Rather, a line-shaped focal spot path is formed as a result of the straight-line oscillating movement. If one looks at a specific area of the focal spot path 5, the dimensions of which correspond to those of the focal spot BF, half a period passes between two successive exposures of this area to the focal spot.

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der oszillierenden Bewegung. Der betrachtete Bereich kann sich also bis zur jeweils nächsten Beaufschlagung mit dem Brennfleck abkühlen, so daß in zu Drehanoden-Röntgenröhren analoger Weise eine gegenüber Röntgenröhren mit feststehender erhöhte Kurzzeitbelastbarkeit erreicht wird.the oscillating movement. The area under consideration can therefore cool down until the next exposure to the focal spot, so that, in a manner analogous to rotating anode X-ray tubes, an increased short-term load capacity is achieved compared to X-ray tubes with a fixed focal spot.

Der Antrieb 5 umfaßt einen U-förmigen Tragkörper 12, der an den freien Enden seiner Schenkel mit Führungsbahnen versehen ist. Diese wirken mit einem an der Außenseite des Anodenkörpers 3 beispielsweise durch Löten fest angebrachten Führungsteil 13 zur Bildung einer Schwalbenschwanzführung zusammen, in der der Anodenkörper 3 bei der Ausführung der oszillierenden Bewegung in x-Richtung geführt ist.The drive 5 comprises a U-shaped support body 12, which is provided with guideways at the free ends of its legs. These interact with a guide part 13, which is firmly attached to the outside of the anode body 3, for example by soldering, to form a dovetail guide, in which the anode body 3 is guided when carrying out the oscillating movement in the x direction.

Der Tragkörper 12 ist an einem Halteteil 14 fest angebracht, das in die Öffnung des Gehäuseteiles 6b fest eingesetzt ist.The support body 12 is firmly attached to a holding part 14 which is firmly inserted into the opening of the housing part 6b.

Zwischen den Schenkeln des Tragkörpers 12 ist ein Elektromotor 15 angebracht, der in nicht dargestellter Weise über Versorgungsleitungen mit einer Stromversorgung verbunden ist. Der Elektromotor 15 ist mit einer Kurbelscheibe 16 versehen. An dieser ist eine Pleuelstange 17 mit ihrem einen Ende angelenkt. Mit ihrem anderen Ende ist die Pleuelstange 17 an dem Führungsteil 13 und damit dem Anodenkörper 3 angelenkt. Es wird also deutlich, daß die Drehbewegung des Elektromotors in die gewünschte Hin- und Herbewegung des Anodenkörpers 3 in x-Richtung umgesetzt wird.An electric motor 15 is mounted between the legs of the support body 12 and is connected to a power supply via supply lines in a manner not shown. The electric motor 15 is provided with a crank disk 16. A connecting rod 17 is hinged to this at one end. The connecting rod 17 is hinged at its other end to the guide part 13 and thus to the anode body 3. It is therefore clear that the rotary movement of the electric motor is converted into the desired back and forth movement of the anode body 3 in the x direction.

Der von dem Anodenkörper 3, dem Faltenbalcj- 7 und dem Halte-0 teil 14 begrenzte Raum steht über in dem Halteteil 14 vorgesehene Öffnungen 14 mit dem Innenraum des Schutzgehäuses 1 in Verbindung und ist somit ebenfalls mit der Kühlflüssigkeit gefüllt. Eine weitere Öffnung 19 erstreckt sich durch das Halteteil 14 und die Basis des Tragkörpers 12. An diese Öffnung ist eine Zuleitung 20 angeschlossen, durch die mittels einer Fördereinrichtung 21 Kühlmittel in den von dem Anodenkörper 3, dem Faltenbalg 7 und dem Halteteil 14 begrenztenThe space delimited by the anode body 3, the bellows 7 and the holding part 14 is connected to the interior of the protective housing 1 via openings 14 provided in the holding part 14 and is thus also filled with the cooling liquid. A further opening 19 extends through the holding part 14 and the base of the support body 12. A supply line 20 is connected to this opening, through which cooling liquid is fed by means of a conveying device 21 into the space delimited by the anode body 3, the bellows 7 and the holding part 14.

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Raum gepumpt wird, das die Fördereinrichtung 21 über einen Saugstutzen 22 dem Innenraum des Schutzgehäuses 1 entnimmt.space which the conveying device 21 takes from the interior of the protective housing 1 via a suction nozzle 22.

Es wird also deutlich, daß eine gute Kühlung der Außenseite des Anodenkörpers 3 gewährleistet ist, so daß sich auch eine gegenüber herkömmlichen Röntgenröhren erhöhte Langzeitbelastbarkeit ergibt.It is therefore clear that good cooling of the outside of the anode body 3 is ensured, so that an increased long-term load capacity is also achieved compared to conventional X-ray tubes.

Soweit dies erforderlich ist, kann in die Fördereinrichtung, bei der es sich beispielsweise um eine elektromotorisch angetriebene Pumpe handeln kann, auch eine Kühleinrichtung integriert sein.If necessary, a cooling device can also be integrated into the conveying device, which can be, for example, an electric motor-driven pump.

Der vorstehend beschriebene Aufbau des Antriebs des Anodenkörpers ist nur beispielhaft zu verstehen. So können beispielsweise zur Umsetzung einer Dreh- in eine Linearbewegung andere Getriebe als das beschriebene verwendet werden. Auch muß nicht notwendigerweise ein Motor als Antrieb verwendet werden, der eine Drehbewegung erzeugt. Vielmehr kann auch ein Linearmotor oder ein Schwingankermotor verwendet werden. Weiter muß als Antriebsmotor nicht notwendigerweise ein Elektromotor vorgesehen sein. Statt dessen kann ein Fluid-Motor, d.h. ein pneumatischer oder hydraulischer Motor vorgesehen sein. Es besteht dann die Möglichkeit, den Kühlmittelstrom in vorteilhafter Weise als Quelle für die Antriebsenergie auszunutzen. The structure of the anode body drive described above is only to be understood as an example. For example, to convert a rotary movement into a linear movement, other gears than those described can be used. It is not necessarily necessary to use a motor as the drive that generates a rotary movement. Rather, a linear motor or an oscillating armature motor can also be used. Furthermore, an electric motor does not necessarily have to be provided as the drive motor. Instead, a fluid motor, i.e. a pneumatic or hydraulic motor, can be provided. It is then possible to use the coolant flow advantageously as a source of drive energy.

Bei dem Kühlmittel muß es sich übrigens nicht notwendigerweise um das in dem Schutzgehäuse 1 befindliche Medium han-0 dein. Es besteht vielmehr auch die Möglichkeit, einen Kühlmittelstrom mit einem anderen Medium vorzusehen.The coolant does not necessarily have to be the medium in the protective housing 1. It is also possible to provide a coolant flow with another medium.

Auch muß der Anodenkörper nicht notwendigerweise eine lineare Bewegung ausführen; vielmehr besteht auch die Möglichkeit, den Anodenkörper mittels eines geeigneten Antriebs eine oszillierende Schwenkbewegung um einen von dem Brennfleck verschiedenen Punkt oder um eine nicht durch den Brennfleck ver-The anode body does not necessarily have to perform a linear movement; rather, it is also possible to use a suitable drive to make the anode body perform an oscillating pivoting movement around a point other than the focal spot or around a point not covered by the focal spot.

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laufende Achse ausführen zu lassen. Besonders geeignet wäre im Interesse einer geringen Verlagerung des Brennfleckes eine auf der Linie I-I in Fig. 2 liegender Punkt bzw. eine diese Linie schneidende Achse.
5running axis. In order to achieve a small displacement of the focal spot, a point lying on line II in Fig. 2 or an axis intersecting this line would be particularly suitable.
5

Sofern hinsichtlich der Spannungsfestigkeit die erforderlichen Maßnahmen getroffen sind, kann anstelle eines flüssigen Kühlmittels übrigens auch ein gasförmiges Kühlmittel vorgesehen sein.
10If the necessary measures are taken with regard to dielectric strength, a gaseous coolant can also be used instead of a liquid coolant.
10

Claims

GR 96 G 3056 · I Protection claims

1. X-ray tube with an anode (3), a cathode (4) and a vacuum housing (6), wherein the anode (3) is connected to the vacuum housing (6) in a rotationally fixed manner via a deformable wall section and the anode (3) is assigned a drive (5) by means of which the anode (3) can be set in an oscillating movement relative to the vacuum housing (6).

2. X-ray tube according to claim 1, whose anode (3) is exposed to a cooling medium on its outside.

3. X-ray tube according to claim 1 or 2, which has a bellows (7) as a deformable wall section.

4. X-ray tube according to one of claims 1 to 3, whose drive (5) drives the anode (3) in the sense of a rectilinear movement (x).