DE3021048A1

DE3021048A1 - Antrieb fuer drehanoden von roentgenroehren

Info

Publication number: DE3021048A1
Application number: DE19803021048
Authority: DE
Inventors: Friedel Dipl.-Phys. 8521 Kleinseebach Rudolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-06-03
Filing date: 1980-06-03
Publication date: 1981-12-10
Also published as: US4426720A

Description

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SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 80 P 5077 DE

Antrieb für Drehanoden von Röntgenröhren

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für Drehanoden von Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs

Drehanoden werden bekanntlich mit einer konstanten Rotationsfrequenz der Anode betrieben. Dies sind bei zur Zeit üblichen Einrichtungen 50 Hz, 150 Hz bzw. 300 Hz. Dies ist bei den üblichen Aufnahmen sinnvoll, weil die Belichtungszeiten dabei kurz sind und man die volle Röhrenleistung nutzen will. Die Anode wird nach beendeter Aufnahme wieder abgebremst, um zur Schonung der Kugellager die Laufzeit möglichst kurz zu halten.

In Weiterverfolgung der Aufgabe, die Kugellager von Drehanoden-Röntgenröhren zu schonen, könnte man davon ausgehen, möglichst geringe Umlaufgeschwindigkeiten anzuwenden. Dies würde aber eine Verminderung der Belastbarkeit bewirken, weil diese bekanntlich mit erhöhter Umlauffrequenz steigt. Deshalb ist es nicht möglich, insbesondere bei den heute üblichen Aufnahmeverfahren, die hohe Leistung beanspruchen, die Drehzahlen zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Röntgenröhren-Drehanodenantrieb gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung vorzusehen, welche eine Schonung der Lager unter hoher Belastbarkeit der Anode gestattet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Kn 5 Kof /22.05.1980

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Bei allen Arten von Serionbetrieb, wie z.B. bei der Computertomographie und bei Röntgunkinoaufnahmen, wird . eine große Anzahl gleichartiger Einzelbelastungen in schneller Folge.nacheinander geschaltet, z.B. in einer Zeit von etwa 5 bis 10 s; u.U. folgt auch noch eine größere Anzahl solcher Serien in kurzen Zeitabständen hintereinander. Die Anode und insbesondere ihre Kugellager werden dabei sowohl thermisch als auch mechanisch hinsichtlich der Gesamtlaufzeit stark beansprucht.

Zur Schonung der Lager stark beanspruchter Röntgenröhren kann die Rotationsfrequenz gemäß der Erfindung zu Beginn der Belastung deutlich niedriger gehalten werden als die Enddrehzahl, die bei der eingestellten Leistung der einzelnen Belastung am Ende der Serie erreicht werden muß. Dies kann etwa so erfolgen, daß die Drehzahl in Abhängigkeit vom thermischen Auslastungsgrad der Röhre gesteigert wird. Als Maß für die notwendige Umlauffrequenz kann die Temperatur des Anodentellers herangezogen werden. Diese kann laufend mittels eines Indikators, etwa, eines optoelektronischen Wandlers, wie einer Fotozelle od.dgl., gemessen werden. Aufgrund der zugeführten Energie kann sie andererseits auch rechnerisch ermittelt werden, indem man die thermischen Kennwerte des Anodentellers heranzieht. Als thermische Kenndaten sind dabei z.B. die Wärmekapazität und die thermische Abstrahlfähigkeit der Anode zu verstehen. Aus Tellertemperatur und Leistung kann die erforderliche Frequenz f laufend aus der Beziehung ₂

T = Tellertemperatur, N = Leistung, T = höchste zulässige Brennflecktemperatur 35

errechnet und eine Antriebsspannung entsprechender Frequenz über ein Anlaßgerät dem Motor der Drehanode zuge-

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- # - VPA 80 P 5077 DE führt werden.

Aus der DE-OS 21 58 O69 ist eine Schaltungsanordnung zur Speisung des Antriebsmotors der Drehanode einer Röntgenröhre bekannt, bei welcher ein Umrichter vorhanden ist, der die Frequenz der Speisespannung gegenüber der Netzfrequenz während des Motorlaufs im Sinne der Erzielung einer kleinstmöglichen Anlaufzeit erhöht. Die Steuermittel für den Umrichter enthalten dabei einen Signalgeber, der ein der Motordrehzahl entsprechendes Signal bildet und einen am Ausgang des Signalgebers angeordneten, dem Umrichter zugeordneten Steller zur Erhöhung der Frequenz der Speisespannung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, um kleinstmögliche Anlaufzeit zu erhalten, d.h., um in möglichst kurzer Zeit die für die Aufnahme für erforderlich gehaltene konstante Umlaufzeit zu erhalten.

Nach vorliegender Erfindung können an sich ähnliche Steuermittel verwendet werden. Die Steuerung selbst

erfolgt aber in der Weise, daß zuerst nur auf die für die eingestellte Belastung erforderliche Drehzahl angetrieben wird und daß erst mit zunehmender Belastung eine Erhöhung der Drehzahl erfolgt. 25

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsform erläutert.

In der Zeichnung ist ein an sich in üblicher Weise aufgebautes Röntgengerät mit Drehanoden-Röntgenröhre schematisch dargestellt. Es weist ein Anlaßgerät 1 mit einem Umrichter 1' auf, der an den drei Phasen R, S und T eines Drehstromnetzes liegt. Mit seiner Ausgangsspannung steuert das Anlaßgerät 1 mit dem Umrichter 1· einen Einphasenwechselstromsynchronmotor 2. Dieser Motor 2 dient zum Antrieb der Drehanode 3 einer Röntgen-

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röhre 4. Er weist in den ζ. Ζ. allgemein benutzten bekannten Ausbildungsformen einen außen an der Röhre 4 liegenden Stator auf, dem innerhalb der Röhre 4 ein mit der Achse der Anode 3 verbundener Rotor zugeordnet ist. Der besseren Übersichtlichkeit halber ist der Motor 2 vorliegend getrennt von der schematisch gezeichneten Röhre 4 dargestellt.

Dem Umrichter 1^! ist ein Steller 5 zugeordnet, durch den die Frequenz der Speisespannung des Motors 2, d.h. die Frequenz der Spannung zwischen den Leitungen 6 und 7, veränderbar ist. Der Steller 5 ist am Ausgang eines Signalgebers 8 angeschlossen, welcher mit einem Rechner 9 verbunden ist. Dieser erhält Signale von einem Röntgenapparat 10 der Aufnahmeanordnung und von einer die Anode thermisch überwachenden Sonde 11, die ein Wärme in elektrische Werte umsetzendes optoelektronisches Element enthält. Dies ist durch eine gestrichelte Verbindungslinie zwischen dem eigentlichen Anodenteil der Drehanode 3 und der Sonde 11 angedeutet. Im Rechner 9 kann nach obengenannter Formel aus den Signalen laufend die erforderliche Frequenz aus Temperatur und Leistung festgestellt werden. Mit dem errechneten Steuersignal wird dann die Frequenz der Speisespannung des Motors 2 geregelt.

Für Filmaufnahmen,etwa bei einer Kinoserie von 2400 Aufnahmen, die in 40 s mit einer Leistung von je 5OkW und einer Belichtungszeit von je 4 ms gemacht wird,hat sich für eine Anode mit einer Wärmekapazität von 450 kWs eine Beschleunigung von 23 Hz auf 150 Hz als zweckmäßig erwiesen, wenn man von einer unbelasteten Anode 3 ausgeht. Die Serie wird also bei einer Drehzahl von ca. 25 Hz begonnen, weil bei ihr die Leistung von 50 kW/4 ms auf fast kaltem Anodenteller bereits zulässig ist. Am Ende der Serie ist eine Drehzahl von ca. 150 Hz erforderlich, um die auftreffende Energie ausreichend zu ver-

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teilen und ein Anschmelzen des Anodentellers zu vermeiden. Die dabei mögliche Belastung reicht aus, um die obengenannte Serie von 2.400 Aufnahmen machen zu können.
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Eine obere Grenze der Belastbarkeit ist durch die bei der zur Verfügung stehenden Antriebsfrequenz und der mechanischen Stabilität der Röhre 4 erreichbare Drehzahl und die dabei mögliche Röhrenleistung gegeben. Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel reicht die mit dem im Anlaßgerät 1 enthaltenen Umrichter 1' maximal erreichbare Frequenz von 150 Hz für die erforderliche Drehfrequenz von angenähert 150 Hz aus.

1 Figur

5 Patentansprüche

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Claims

VPA 80 P 5077 DE Patentansprüche

ΓλΙ Antrieb für Drehanoden von Röntgenröhren mit einer Schaltungsanordnung zur Speisung des aus einem Asynchronmotor bestehenden Antriebsmotors der Drehanode, mit mindestens einem Umrichter, der die Frequenz der Speisespannung gegenüber der Netzfrequenz verändert, und Steuermittel, die einen Signalgeber enthalten, der ein der Motordrehzahl entsprechendes Signal bildet und einen am Ausgang des Signalgebers angeordneten, dem Umrichter 'zugeordneten Steller zur Erhöhung der Frequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsfrequenz mit steigender Belastung erhöht wird.
2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Signalgeber ein den Anodenteller abtastender Temperaturfühler dient.
3. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Temperaturfühler ein opto-elektronisches Element ist.
4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch g e kennzeichnet, daß die Temperatur des Anodentellers aus der zugeführten elektrischen Energie und den thermischen Kennwerten des Anodentellers laufend errechnet wird, indem der Anode zugeführte und von ihr abgestrahlte bzw. abgeleitete Energieflüsse elektronisch nachgebildet werden.
5. Antrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Signalgeber ein Rechner ist, der aus Tellertemperatur und Leistung die nötige Frequenz laufend errechnet und dem AnQaßgerät entsprechend vorgeschaltet ist.

ORIGINAL INSPECTED