DE60124241T2 - Hochspannungs- niederinduktivitätsschaltkreisschutzwiderstand - Google Patents

Hochspannungs- niederinduktivitätsschaltkreisschutzwiderstand Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hochspannungs-Niederinduktivitätswiderstände und insbesondere auf einen Widerstand, der dazu verwendet wird, durch elektrische Entladung in elektrischen Hochspannungsausrüstungen verursachten, transienten Stromfluss zu regulieren. Die vorliegende Erfindung findet besondere Anwendung im Zusammenhang mit Hochspannungs-Vakuumröhren, insbesondere Röntgenröhren, und wird unter Bezugnahme hierauf beschrieben.
  • Der herkömmliche Einsatz von Röntgenstrahlung für Diagnosezwecke umfasst die Radiographie, bei der ein feststehendes Schattenbild des Patienten auf einem Röntgenfilm erzeugt wird, die Fluoroskopie, bei der ein sichtbares Echtzeit-Licht-Schattenbild durch Röntgenstrahlen mit geringer Intensität erzeugt wird, die auf einen Leuchtschirm treffen, nachdem sie den Patienten durchquert haben, und die Computertomographie (CT), bei der komplette Patientenbilder digital aus Röntgenstrahlen konstruiert werden, die durch eine um den Körper eines Patienten rotierende Hochleistungsröntgenröhre erzeugt werden.
  • Eine Röntgenröhre umfasst typischerweise einen evakuierten Kolben aus Metall, Glas, keramischen Materialien oder Kombinationen hiervon, der sich in einem Röntgenröhrengehäuse befindet. Das Röntgenröhrengehäuse bietet elektrische Verbindungen zum Kolben und ist mit einer Flüssigkeit, wie beispielsweise Öl, gefüllt, um die Kühlung der innerhalb des Kolbens angeordneten Bauteile zu unterstützen. Der Kolben und das Röntgenröhrengehäuse enthalten jeweils ein röntgenstrahlendurchlässiges Fenster, die zueinander so ausgerichtet sind, dass die innerhalb des Kolbens erzeugten Röntgenstrahlen auf einen zu untersuchenden Patienten oder ein zu untersuchendes Objekt gelenkt werden können. Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen befinden sich in dem Kolben eine Kathodenbaugruppe und eine Anodenbaugruppe.
  • Die Kathodenbaugruppe umfasst ein Kathodenfilament, durch das ein Heizstrom fließt. Dieser Strom heizt das Filament ausreichend auf, so dass eine Elektronenwolke emittiert wird, d.h. es erfolgt eine thermische Emission. Ein hohes Potential in der Größenordnung von 100–200 kV wird zwischen der Kathodenbaugruppe und der Anodenbaugruppe angelegt. Dieses Potential bewirkt, dass sich die Elektronen von der Kathodenbaugruppe durch den evakuierten Bereich im Innern des evakuierten Kolbens zur Anodenbaugruppe bewegen. Ein Kathodenbecher, der das Kathodenfilament aufnimmt, fokussiert die Elektronen auf einen kleinen Bereich oder Brennfleck auf einem Target der Anodenbaugruppe.
  • Der Elektronenstrahl trifft mit ausreichender Energie auf das Target auf, so dass Röntgenstrahlen erzeugt werden. Ein Teil der erzeugten Röntgenstrahlen durchquert die röntgenstrahlendurchlässigen Fenster des Kolbens und des Röntgenröhrengehäuses und fällt auf einen Strahlbegrenzer oder Kollimator, der an dem Röntgenröhrengehäuse befestigt ist. Der Strahlbegrenzer reguliert die Größe und Form des Röntgenstrahlenbündels, das auf einen zu untersuchenden Patienten oder ein zu untersuchendes Objekt gelenkt wird, wodurch Bilder konstruiert werden können.
  • Zur Verteilung der während der Erzeugung von Röntgenstrahlen verursachten thermischen Belastung wurde bei vielen Anwendungen eine rotierende Anodenbaugruppenkonfiguration gewählt. Bei dieser Konfiguration dreht sich die Anodenbaugruppe um eine Achse, so dass der auf einen Brennfleck des Targets fokussierte Elektronstrahl auf einen kontinuierlich rotierenden kreisförmigen Pfad um einen peripheren Rand des Targets auftrifft. Jedes Teilstück auf dem kreisförmigen Pfad wird während der Erzeugung von Röntgenstrahlen auf eine sehr hohe Temperatur erhitzt und beim Rotieren gekühlt, bevor es zu der Position zurückkehrt, an der erneut der Elektronenstrahl darauf auftrifft.
  • Die Anodenbaugruppe ist typischerweise an einen Rotor montiert, der von einem Induktionsmotor gedreht wird. Die Anodenbaugruppe und der Rotor sind Teil einer rotierenden Baugruppe, die in einer Lagerbaugruppe gelagert ist.
  • Während des Betriebes stellt die Röntgenröhre für die zwischen der Anodenbaugruppe und der Kathode angelegte Spannung eine hohe Impedanz von mehreren Hunderttausend Ohm dar. Infolgedessen fließt ein relativ kleiner Strom durch das Vakuum zwischen der Anodenbaugruppe und der Kathodenbaugruppe. Unter normalen Betriebsbedingungen ist die Energiequelle in der Lage, den Stromfluss zwischen der Anode und der Kathode zu regulieren. Trotz der Regulierung durch die Energiequelle und die elektrische Isolierung der Anode und der Kathode neigt das System, wenn zwei Bauteile mit einer derartig großen Potentialdifferenz nahe beieinander angeordnet werden, zur Bildung von Lichtbogen. Ein Lichtbogen ist ein unerwünschter elektrischer Stromstoß zwischen zwei Bauteilen mit einem unterschiedlichen elektrischen Potential.
  • In einer Röntgenröhre kann sich ein Lichtbogen durch restliche Gasmoleküle bilden, die sich innerhalb des evakuierten Kolbens der Röntgenröhre befinden. Wenn eine Röntgenröhre altert, nimmt die Neigung zur Bogenbildung oft zu aufgrund von Faktoren wie der Verschlechterung des Vakuums innerhalb der Röhre, die einen erhöhten Gasdruck bewirkt. Der erhöhte Gasdruck innerhalb des evakuierten Kolbens ist auf die Existenz zusätzlicher unerwünschter Gasmoleküle zurückzuführen. Gasmoleküle können beispielsweise durch den Kolben wandern, von den Materialien innerhalb des Kolbens ausgehen oder infolge von Schäden an den Bauteilen aufgrund von Bogenbildung freigesetzt werden. Infolgedessen wird die mittlere freie Weglänge zwischen den Gasmolekülen reduziert, so dass das Auftreten einer Kettenreaktion wahrscheinlicher ist, wenn die Gasmoleküle in dem Vakuumkolben durch die hohen, während des normalen Röhrenbetriebs erzeugten elektrischen Felder ionisiert werden. Diese Kettenreaktion wird als Lawine bezeichnet und ist eine Form der Lichtbogenbildung.
  • Die Bogenbildung tritt typischerweise in einem Bereich der Röntgenröhre auf, der die höchste elektrische Feldstärke aufweist. Als solches tritt die Bogenbildung in einer Röntgenröhre im Allgemeinen in dem allgemeinen Bereich auf, in dem die Kathode die Anode mit Elektronen für die Erzeugung von Röntgenstrahlenemissionen versorgt. Zusätzlich fördern die strukturellen Unvollkommenheiten der Elektroden die Position, an der die Bogenbildung auftritt. Dies liegt daran, dass starke durch Verschmutzung, scharfe Ecken oder raue Kanten auf den Oberflächen der Elektroden verursachte starke elektrische Feldgradienten existieren. Im Besonderen sind die Felder stärker, wo Unvollkommenheiten der Oberfläche auf dem Anodenteller bestehen.
  • Eine Folge der Bogenbildung ist die Strahlung und Konduktanz von starkem elektrischem Rauschen auf die elektronischen Hochspannungsbauteile. Dieses Rauschen kann den Ausfall von Halbleiterbauelementen in der Schaltungsanordnung des Systems bewirken.
  • Eine weitere Auswirkung der Lichtbogenbildung ist das Zerstäuben von Metall von der Kathode, das während der Bogenbildung erzeugt wird und sich oft auf der Innenseite des Glaskolbens in der Nähe der Kathode absetzt. Die Existenz von Metallablagerungen auf dem Glaskolben kann die Leistung der Röntgenröhre aus mehreren Gründen negativ beeinflussen. Erstens wachsen die Ablagerungen von zerstäubtem Metall an, wenn von Zeit zu Zeit Bogenbildung auftritt. Wenn die Ablagerungen von zerstäubtem Metall auf dem Glaskolben zu dick werden, kann sich eine elektrische Ladung aufbauen, die ausreicht, um den Glaskolben zu beschädigen und die Röntgenröhre somit außer Funktion zu setzen. Zweitens bewirken die Ablagerungen von zerstäubtem Metall auf dem Glaskolben oft die Bogenbildung zwischen den Ablagerungen und der Kathode. Die während der Bogenbildung erzeugten elektrischen Stromstöße können den Glaskolben beschädigen und somit wiederum die Röntgenröhre außer Funktion setzen.
  • Wenn in der Röntgenröhre Bogenbildung auftritt, kann zwischen der Kathode und der Anode ein Strom in der Größenordnung von Hunderten von Ampere fließen. Wenn in einer Röntgenröhre die Bogenbildung beginnt, kann ein Lawineneffekt einsetzen, wodurch Metall und die Metallatome zerstäuben und die Verunreinigungen im Vakuum ionisieren. Diese Ereignisse tragen noch zu einer häufigeren Bogenbildung bei. Zusätzlich verunreinigt die Bogenbildung in einer in einem Computertomographie- (CT) Bildgebungssystem eingesetzten Röntgenröhre das an den Detektoren aufgenommene Röntgensignal und beeinträchtigt die korrekte Bildrekonstruktion. Dadurch kann sich ein nicht verwendbarer Datensatz ergeben, was eine weitere CT-Abtastung des Patienten erforderlich macht.
  • Wie oben erwähnt kann die Lichtbogenbildung die nutzbare Lebensdauer der Röntgenröhre verkürzen. Angesichts der erheblichen Kosten für eine Röntgenröhre und der damit verbundenen Servicekosten für den Austausch ist es wünschenswert, die Lebensdauer der Röntgenröhre zu verlängern.
  • Ein bekanntes Verfahren zum Verlängern der Lebensdauer und zum Reduzieren der Bogenbildung besteht darin, innerhalb des Glaskolbens Gettermaterial vorzusehen, das die Aufrechterhaltung des evakuierten Zustands unterstützt. Das Gettermaterial bindet Gase an seiner Oberfläche und absorbiert derartige Gase, um den Vakuumzustand in der Röntgenröhre aufrecht zu erhalten. Der Prozess des Entfernens von restlichen Gasen aus einem evakuierten Bereich durch Binden und Absorbieren ist als Pumpen bekannt. Durch den Einsatz von Gettermaterial zur Aufrechterhaltung eines Vakuumzustands wird die Bogenbildung reduziert, da eine Verminderung der Anzahl von Gasmolekülen erzielt wird, durch die starke Stromstöße fließen können. Unglücklicherweise nimmt beim Altern der Röntgenröhre auch die Wirksamkeit des Gettermaterials beim Pumpen ab. Infolgedessen wird die Bogenbildung häufiger, wenn der Getter verbraucht ist und die Röhre altert.
  • Informationen zu anderen Versuchen, das Problem von transienten Stromstößen während der Bogenbildung zu lösen, sind in den US-amerikanischen Patentschriften Nr. 5.229.743, 5.107.187, 5.132.999 und 5.008.912 dargelegt. Jede dieser Referenzen weist jedoch einen oder mehrere der folgenden Nachteile auf: (i) das Transientensteuergerät ist zu groß als dass es nahe genug am Anodenanschluss der Röntgenröhre platziert werden könnte, (ii) mechanischer Ausfall der Vorrichtung beim Begrenzen des schädigenden Stromflusses, (iii) schwierige und kostspielige Herstellung, (iv) inkonsistente elektrische Kenndaten wie Induktivität, Spannungsabfall usw., (v) geringe Zuverlässigkeit und (vi) geringere Stromstoßbelastbarkeit.
  • Mit Bezug auf die 1, 2 und 3 ist ein Niederinduktivitäts-Widerstandsbauteil 80 nach dem Stand der Technik dargestellt, das als Widerstand 76 in einem Röntgensystem 20 eingesetzt wird. Der Widerstand 80 ist kreisförmig und hat einen etwas größeren Durchmesser als der Außendurchmesser eines Buchsenelements (nicht dargestellt) zum Aufnehmen und elektrischen Verbinden eines Anodenendes 81 einer Röntgenröhre 24 mit einer Energieversorgung 22. Der Widerstand 80 umfasst einen leitenden zylindrischen Hochspannungsanschluss 82 mit einer mit Gewinde versehenen Innenseite zum Aufnehmen eines Montagebolzens (nicht dargestellt). Der Montagebolzen sichert einen Anschluss (nicht dargestellt), der mit einem Hochspannungsleiter 74 verbunden ist, um den Widerstand 80 elektrisch mit der Energieversorgung 22 zu verbinden. Eine elektrisch leitende ringförmige Nabe 86 befindet sich in der Mitte des Widerstandes 80. Sowohl der Hochspannungsanschluss 82 als auch die ringförmige Nabe 86 dienen als elektrische Anschlusspunkte, um den Widerstand 80 elektrisch zwischen den Leiter 74 und ein Anodenende 81 der Röntgenröhre 24 zu schalten. Die ringförmige Nabe 86 enthält eine Bohrung 88, die die Durchführung eines Gewindebolzens (nicht dargestellt) ermöglicht, der schraubbar in einer Bohrung (nicht dargestellt) in dem Anodenende 81 der Röntgenröhre 24 aufgenommen ist und den Widerstand sichert und die elektrische Verbindung des Widerstands 80 in der Schaltung vervollständigt. Ein Körper 90 des Widerstands 80 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Harz und ist mit einem Härter gehärtet und vakuumgeformt. Eine Sperrschicht 98 aus nicht leitendem Körpermaterial befindet sich zwischen dem Anschluss 82 und der Nabe 86.
  • Der Anschluss 82 ist elektrisch mit einem Ring 100 aus leitendem Material verbunden, dessen Durchmesser etwas geringer als derjenige des Widerstandes 80 ist. Der leitende Ring 100 ist an einem Punkt unterbrochen, und die Enden sind in geeigneter Weise mit dem leitenden Anschluss 82 verbunden, so dass eine geeignete elektrische Verbindung zum Einsatz unter den in der Röntgenröhre auftretenden erwarteten Betriebs- und Bogenbildungsbedingungen geschaffen wird. Der elektrische Widerstand des Widerstandsbauteils 80 wird durch zwei spiralförmig gewickelte Spulen aus Widerstandsdraht 94 und 96 geschaffen. Die Drähte 94, 96 sind elektrisch an einem Ende mit der Nabe 88 an dem Punkt 102 und an dem anderen Ende mit dem leitenden Ring 100 an dem Punkt 104 verbunden. Die beiden Spiralen aus Widerstandsdraht 94, 96 sind gegenläufig gewickelt und im Widerstand 80 in parallelen Ebenen ausgelegt. Wird Strom zugeführt, fließt er in jeder gewickelten Drahtspirale in den entsprechenden Richtungen der Pfeile 106 und 108. Jede Spirale besteht aus ungefähr 60 Drahtwindungen. Die Widerstandsdrahtspulen 94, 96 sind elektrisch parallel zwischen den Ring 100 und die Nabe 86 geschaltet. Mit Bezug auf 3 sind die Drahtspulen 94, 96 durch eine Schicht 110 aus elektrisch nicht leitendem Harz voneinander getrennt und elektrisch voneinander elektrisch isoliert.
  • Bei Mehrebenen-Widerstandsbauteilen nach dem Stand der Technik können die Abstände zwischen den beiden spiralförmig gewickelten Widerstandselementen variieren. Daraus kann sich ergeben, dass die Abstände zwischen den in jedem der spiralförmig gewickelten Widerstandsdrähte 94, 96 erzeugten Magnetfeldern sowie die Gleichförmigkeit der resultierenden Magnetfelder über die ebenen Flächen des Widerstandsbauteils hinweg variieren. Zusätzlich erzeugt die Wechselwirkung zwischen den Magnetfeldern der spiralförmig gewickelten Drahtspulen bei höherem Strom und fehlerhaften Bedingungen Kräfte auf die Spulen und andere Komponenten des Widerstandsbauteils, die zu mechanischem bzw. elektrischem Ausfall des Widerstandsbauteils führen. Unregelmäßigkeiten bei den Magnetfeldern aufgrund von variierendem Spulenabstand können lokale Inhomogenitäten verursachen und zum Ausfall führen. Ein derartiger Ausfall in einem in Betrieb befindlichen Röntgensystem erfordert eine kostenintensive Reparatur, bevor das System zu festgelegten Betriebsparametern zurückgeführt wird.
  • Aus den oben genannten Gründen besteht ein Bedarf an einem Gerät zur Reduzierung der Bogenbildung und damit verbundenen Stromstößen in Röntgenröhren, das leichter herzustellen ist und konsistentere elektrische Eigenschaften und eine verbesserte Lebensdauer aufweist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Niederinduktivitätswiderstand, der die oben beschriebenen Voraussetzungen erfüllt. Eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen Widerstandskörper mit einem äußeren Umfang und einem Mittelpunkt. Ein erster Anschluss befindet sich vom Mittelpunkt des Widerstands entfernt nahe dem äußeren Umfang. Ein schlangenförmiges Widerstandselement besitzt ein erstes Ende und ein erstes Widerstandssegment, das an dem ersten Ende beginnt. Das erste Widerstandsegment verläuft in einer ersten Richtung im Allgemeinen um den äußeren Umfang des Körpers, beispielsweise im Uhrzeigersinn. Das Widerstandselement umfasst einen im Allgemeinen U-förmigen Wendepunkt mit einer Eingangs- und einer Ausgangsseite. Das erste Widerstandssegment geht in die Eingangsseite über. Das Widerstandselement umfasst ein zweites Widerstandssegment, das an der Ausgangsseite des Wendepunktes in einer zweiten Richtung austritt, die im Allgemeinen derjenigen des ersten Widerstandssegments entgegengesetzt ist, beispielsweise gegen den Uhrzeigersinn. Das zweite Widerstandssegment befindet sich neben dem ersten Widerstandssegment, aber getrennt von diesem. Das von dem ersten und dem zweiten Widerstandssegment gebildete Muster ist ein konzentrisches, schlangenförmiges Muster, das in einer einzigen Ebene liegt. Das Widerstandselement umfasst ein zweites Ende, das sich ungefähr am Mittelpunkt des Widerstandsbauteils befindet. Ein leitender Ring umgibt das schlangenförmige Widerstandselement. Der Ring ist elektrisch jeweils mit dem ersten Anschluss und dem ersten Ende des schlangenförmigen Widerstandselements verbunden. Ein zweiter Anschluss befindet sich in der Mitte des Widerstands und ist elektrisch mit dem zweiten Ende des schlangenförmigen Widerstandselements verbunden.
  • Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der vorliegenden Erfindung fließt der elektrische Strom in den benachbarten ersten und zweiten Widerstandssegmenten in im Allgemeinen entgegengesetzter Richtung. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das zweite Widerstandssegment kürzer als das erste.
  • Gemäß einem weiteren eingeschränkten Aspekt der Erfindung umfasst das Widerstandselement eine Vielzahl von zusätzlichen nebeneinander liegenden, konzentrischen, getrennten Widerstandssegmenten und verbindenden Wendepunkten. Die Vielzahl von Widerstandssegmenten und Wendepunkten liegt in einer einzigen Ebene und ist so zwischen das zweite Widerstandssegment und den zweiten Anschluss geschaltet, dass sich ein fortlaufendes, schlangenförmiges Widerstandselement vom ersten Anschluss zum zweiten Anschluss in der Mitte des Widerstands erstreckt.
  • Ein Merkmal eines Widerstands gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass bei einem Paar von Widerstandssegmenten das näher der Mitte des Widerstands liegende Widerstandssegment kürzer ist als das weiter von der Mitte des Widerstands entfernte Widerstandssegment.
  • Gemäß einem noch eingeschränkteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind das erste und das zweite Widerstandselement im Allgemeinen kreisförmig.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Abstand zwischen benachbarten konzentrischen Widerstandsabschnitten am Umfang des Widerstandskörpers größer als der Abstand zwischen benachbarten konzentrischen Widerstandsabschnitten nahe der Mitte des Widerstands.
  • Gemäß noch einem weiteren Aspekt der Erfindung liegen die Wendepunkte, die die benachbarten konzentrischen Widerstandsabschnitte verbinden, neben einer radialen Linie, die vom Mittelpunkt des Widerstands ausgeht.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der schlangenförmige Widerstand, der in einer Ebene liegt, elektrisch mit dem Koronaring und dem zweiten Anschluss verbunden. Die Vielzahl von konzentrischen, nebeneinander liegenden, getrennten Widerstandssegmenten ist durch Wendepunkte verbunden. Der Wert der elektrischen Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wendepunkten nahe der Mitte des Widerstands ist geringer als der Wert der elektrischen Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wendepunkten nahe dem Umfang des Widerstands. Gemäß einem eingeschränkteren Aspekt der Erfindung ist die Änderung des Wertes der elektrischen Potentialdifferenz zwischen benachbarten Wendepunkten nicht linear, wenn nacheinander die Spannungsdifferenz zwischen den Wendepunkten vom Umfang des Widerstands mit der Spannungsdifferenz zwischen den Wendepunkten nahe der Mitte des Widerstands verglichen wird.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung nutzt ein Gerät für eine Röntgenröhre den Widerstand der vorliegenden Erfindung. Die Röntgenröhre umfasst eine Kathodenbaugruppe, eine Anodenbaugruppe, eine Lagerbaugruppe, die die Anodenbaugruppe drehbar aufnimmt, und einen Kolben, der die Anodenbaugruppe, die Lagerbaugruppe und die Kathodenbaugruppe in einem Vakuum einschließt. Ein Niederinduktivitätswiderstand mit einem Körper ist enthalten. Ein erster Anschluss befindet sich von der Mitte des Widerstands entfernt. Ein Koronaring innerhalb der Körpers ist elektrisch mit dem ersten Anschluss verbunden. Ein zweiter Anschluss befindet sich in der Mitte des Widerstands und ist elektrisch mit der Lagerbaugruppe verbunden. Der Niederinduktivitätswiderstand umfasst ein schlangenförmiges Widerstandselement mit einem ersten und einem zweiten Ende. Das erste Ende ist elektrisch mit dem Koronaring verbunden. Das Widerstandselement erstreckt sich über eine Vielzahl von nebeneinander liegenden, konzentrischen Widerstandsabschnitten, die in einer einzigen Ebene liegen. Die nebeneinander liegenden Widerstandsabschnitte kehren an Wendepunkten, die die nebeneinander liegenden, konzentrischen Widerstandsabschnitte verbinden, ihre Richtung um. Jeder benachbarte, konzentrische Widerstandsabschnitt führt elektrischen Strom in einer entgegengesetzten Richtung zu dem elektrischen Strom in dem nächsten benachbarten, konzentrischen Widerstandsabschnitt. Das zweite Ende ist elektrisch mit dem zweiten Anschluss verbunden.
  • Die vorliegende Erfindung schafft die oben genannten und weitere, nachfolgend beschriebene und besonders in den Ansprüchen dargelegte Merkmale. Die folgende Beschreibung und die begleitenden Zeichnungen erläutern bestimmte veranschaulichende Ausführungsbeispiele der Erfindung. Es ist anzumerken, dass verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung in Form von verschiedenen Bauteilen und Anordnungen von Bauteilen realisiert werden können. Diese beschriebenen Ausführungsbeispiele verdeutlichen jedoch nur ein paar der verschiedenen Möglichkeiten, wie die Prinzipien der Erfindung genutzt werden können. Die Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und sind nicht als die Erfindung einschränkend aufzufassen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die oben genannten und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind dem Fachkundigen, den die vorliegende Erfindung betrifft, nach Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Röntgensystems nach dem Stand der Technik mit einem Widerstand nach dem Stand der Technik zum Reduzieren der Lichtbogenbildung;
  • 2 eine schematische Teilschnittdarstellung in Draufsicht eines Widerstands nach dem Stand der Technik, wie er in dem System aus 1 eingesetzt wird;
  • 3 eine Schnittansicht des Widerstands aus 2 entlang einer Linie 3-3;
  • 4 eine Schnittdraufsicht eines Widerstands mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung;
  • 5 eine ebene Seitenansicht des Widerstands aus 4 mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine Seitenschnittansicht des Widerstands aus 4 mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung;
  • 7 eine vergrößerte Schnittdraufsicht eines in einem Bereich A dargestellten Teils des Widerstands aus 4;
  • 8 eine Teilschnittdraufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Widerstands mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung; und
  • 9 eine schematische Teilschnittdarstellung eines Teils eines Röntgenröhrensystems mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Mit Bezug auf 1 ist eine schematische Darstellung eines Röntgenstrahlen erzeugenden Systems 20 dargestellt. Es ist zu beachten, dass das Röntgensystem 20 ein System sein kann, das für jede der herkömmlichen Verwendungen von Röntgenstrahlung zur Diagnose oder in der Industrie geeignet ist, einschließlich aber nicht beschränkt auf (i) Radiographie, bei der ein feststehendes Schattenbild eines Patienten auf einem Röntgenfilm erzeugt wird, (ii) Fluoroskopie, bei der ein sichtbares Echtzeit-Licht-Schattenbild durch Röntgenstrahlen mit geringer Intensität erzeugt wird, die auf einen Leuchtschirm treffen, nachdem sie den Patienten durchquert haben, (iii) Computertomographie (CT), bei der komplette Patientenbilder digital aus Röntgenstrahlen konstruiert werden, die durch eine um den Körper eines Patienten rotierende Hochleistungsröntgenröhre erzeugt werden, (iv) industrielle Prüfung und (v) Sicherheitssysteme.
  • Das System 20 umfasst eine Hochspannungsversorgung 22, eine Röntgenröhre 24, die in einem Gehäuse 26 montiert ist, und einen Wärmetauscher 28. Die Röntgenröhre 24 ist in dem Röntgenröhrengehäuse 26 in herkömmlicher Weise sicher an Röhrenhaltern (nicht dargestellt) montiert. Das Gehäuse 26 ist mit einer Kühlflüssigkeit 30, beispielsweise Diala-Öl, gefüllt, es ist jedoch zu beachten, dass eine andere geeignete Kühlflüssigkeit bzw. ein anderes geeignetes Kühlmedium, beispielsweise Luft, alternativ eingesetzt werden kann. Das Öl 30 wird durch eine Versorgungsleitung 31 in eine Kammer 32 gepumpt, die durch das Röntgenröhrengehäuse 26 definiert wird, das die Röntgenröhre 24 umgibt. Das gepumpte Öl 30 absorbiert Wärme von der Röntgenröhre 24 und verlässt das Gehäuse 26 durch eine Leitung 34, die mit dem Wärmetauscher 28 verbunden ist, der sich außerhalb des Röntgenröhrengehäuses 26 befindet. Der Wärmetauscher 28 umfasst die Kühlflüssigkeitspumpe.
  • Die Röntgenröhre 24 umfasst einen Kolben 34, der eine evakuierte Kammer oder ein Vakuum 36 definiert. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel besteht der Kolben 34 aus Glas, es kann jedoch auch jedes andere geeignete Material einschließlich anderer Keramiken oder Metalle eingesetzt werden. In dem Kolben 34 sind eine Anodenbaugruppe 38 und eine Kathodenbaugruppe 40 angeordnet. Die Anodenbaugruppe 38 umfasst ein kreisförmiges Targetsubstrat 42 mit einer Brennspur 44 entlang einem äußeren Rand des Targets 42. Die Brennspur 44 besteht aus einer Wolframlegierung oder einem anderen geeigneten Material, das beim Beschuss mit Elektronen Röntgenstrahlen erzeugen kann. Die Anodenbaugruppe 38 umfasst ferner eine hintere Platte 46 aus Graphit zur Unterstützung der Kühlung des Targets 42.
  • Die Kathodebaugruppe 40 ist stationär und umfasst einen Kathodenfokussierbecher 48, der mit einem Abstand zur Brennspur 44 angeordnet ist, um Elektronen auf einen Brennpunkt 50 auf der Brennspur 44 zu fokussieren. Einem an den Kathodenfokussierbecher angebauten Kathodenfilament 52 (als Phantom dargestellt) wird Energie zugeführt, und es sendet Elektronen 54 aus, die auf den Brennpunkt 50 beschleunigt werden, um Röntgenstrahlen 56 zu erzeugen.
  • Die Anodenbaugruppe 38 ist mit der Mutter 60 gesichert an eine Rotorwelle 58 angebaut und dreht sich während des Betriebes um eine Drehachse 62. Die Rotorwelle 58 ist mit einem Rotorkörper 64 verbunden, der durch einen elektrischen Stator (nicht dargestellt) um die Achse 62 gedreht wird. Der Rotorkörper 64 umfasst eine Lagerbaugruppe 66, in der er gelagert ist. Die Lagerbaugruppe 66 umfasst ein Lagergehäuse 68, Kugellager 70a, 70b und eine Lagerwelle 72. Die Lagerwelle 72 ist mit dem Rotorkörper 64 gekoppelt und lagert drehbar die Anodenbaugruppe 38.
  • Die Energieversorgung 22 liefert durch einen Hochspannungsleiter 74 und einen Widerstand 76, der sich innerhalb des mit Kühlflüssigkeit gefüllten Gehäuses 26 befindet, eine Hochspannung von 70 bis 100 kV zur Anodenbaugruppe 38. Die Kathodenbaugruppe 40 ist elektrisch über die Leiter 78, 79 mit der Energieversorgung 22 verbunden.
  • Während des Betriebes eines Röntgensystems 20 hat die Röntgenröhre 24 bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen eine Impedanz von mehreren Hunderttausend Ohm über die Anodenbaugruppe 38 und die Kathodenbaugruppe 40. Während der Lichtbogenbildung sinkt die Impedanz der Röntgenröhre jedoch erheblich, und ein Energiestoß wandert durch die internen Bauteile der Röntgenröhre. Dieser Stoß mit hoher Energie kann die Röntgenröhre beschädigen und ihre Nutzungsdauer verkürzen. Es ist bekannt, dass die schädlichen Auswirkungen des Energiestoßes dadurch verringert werden können, dass der Widerstand 76 in Reihe mit der Hochspannungsverbindung zur Anodenbaugruppe 38 geschaltet wird. Es hat sich herausgestellt, dass ein geeigneter Widerstandswert für diesen Zweck ungefähr dem kombinierten Widerstand der Energieversorgung 22 und der Hochspannungskabel 74, 78, in diesem Beispiel 84 Ohm, entspricht.
  • Bei der vorliegenden Erfindung schafft ein neuer und andersartiger Aufbau des Widerstands eine Anordnung, die die Induktivität genauer steuert, die Herstellung vereinfacht und die Zuverlässigkeit des Widerstands erhöht. Im Besonderen ersetzt ein geätztes elektrisches Einebenen-Widerstandsbauteil die Vielzahl von spiralförmig gewickelten Drähten, die in nebeneinander liegenden parallelen Ebenen liegen. Das Einebenenbauteil ermöglicht bei den gleichen äußeren Abmessungen den Einsatz einer dickeren Epoxidharzschicht für eine größere Durchschlagfestigkeit. Zusätzlich ermöglicht das neue Bauteil eine genauere Platzierung des elektrischen Widerstandelements innerhalb des Körpers des Widerstandsbauteils und eine bessere Herstellbarkeit. Das Einebenen-Einpfad-Widerstandsbauteil ergibt konstantere induktive Werte als die Mehrebenenbauteile nach dem Stand der Technik.
  • Mit Bezug nun auf die 4, 5 und 6 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Widerstands dargestellt, der die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Ein Widerstand 120 umfasst einen Körper 122, einen Koronaring 124, einen Hochspannungsanschluss 126, einen Nabenanschluss 128 und ein schlangenförmiges Widerstandselement 130.
  • Das schlangenförmige Widerstandselement 130 hat ein erstes Ende 136, das elektrisch mit dem Koronaring 124 verbunden ist. Das Widerstandselement 130 besteht aus einem geeigneten Material, beispielsweise einer Titanlegierung. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Legierung eine 8-1-1-Titanlegierung, die in 0,015'' flachen Blechen von Supra Alloy's, 351 Carter Circle, Camarillo California 93012, geliefert wurde. Vorzugsweise wird das Muster des schlangenförmigen Widerstandselements 130 durch einen Fotoätzprozess zum Entfernen von Material hergestellt, um die weiter unten genauer beschriebenen Widerstandssegmente, Wendepunkte und Zwischenräume durch chemische Vorgänge zu bilden.
  • Mit Bezug auf 7 setzt sich das erste Ende 136 des Widerstandselements 130 zur Mitte des Widerstands 120 hin fort über eine Vielzahl von im Allgemeinen kreisförmigen Widerstandssegmenten 138a138(a + n), die im Uhrzeigersinn um den Widerstand verlaufen, und eine Vielzahl von dazu gehörenden kreisförmigen Widerstandssegmenten 140a140(a + n), die gegen den Uhrzeigersinn verlaufen. Jedes benachbarte Widerstandssegment 138, 140 ist konzentrisch wechselweise im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn mit Zwischenraum angeordnet. Vom Umfang des Widerstandselements 130 zur Mitte hin fortschreitend ist jedes nächste benachbarte Segment auf einem kleineren Radius vom Mittelpunkt des Widerstands aus angeordnet und hat eine kürzere Widerstandssegmentlänge.
  • Ein zusammengehöriges Paar von Enden der im Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmente 138 und der gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmente 140 ist an einer ersten Vielzahl von Wendepunkten 142a142(a + n) miteinander verbunden, die die Richtung des Widerstandselements umkehren. Das andere zusammengehörige Paar von Enden der entsprechenden Widerstandssegmente ist an einer zweiten Vielzahl von Wendepunkten 144a144(a + n) miteinander verbunden, die die zugehörigen benachbarten, im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmente verbinden und wiederum die Richtung des Widerstandselements umkehren. Die Wendepunkte 142 und 144 liegen normalerweise neben einer radialen Linie „R", die in 4 dargestellt ist. Es ist zu beachten, dass die Benennungen „a" und „a + n", die die Anzahl zugehöriger Widerstandssegmente und Wendepunkte bezeichnen, zur Vereinfachung der Beschreibung dienen, und nicht eine einschränkende zahlenmäßige Beziehung oder ein Verhältnis zwischen jeglicher speziellen Gruppe von Wendepunkten oder Widerstandssegmenten angeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel betragen die Zwischenräume zwischen benachbarten Widerstandssegmenten ungefähr 0,015'', der Durchmesser bzw. die Dicke bzw. die Breite des Titandrahtes bzw. Widerstands beträgt ungefähr 0,012'' und der Spalt zwischen den Reihen mit Wendepunkten beträgt ungefähr 0,060''.
  • 7 zeigt einen vergrößerten Teilbereich „A" aus 4 zur genaueren Beschreibung des Verhältnisses und der Verbindungen der Vielzahl von Widerstandssegmenten 138, 140 und Wendepunkten 142, 144. Es ist zu beachten, dass die Benennungen „im Uhrzeigersinn" und „gegen den Uhrzeigersinn" verwendet werden, um zwischen benachbarten, konzentrisch angeordneten Widerstandssegmenten mit entgegengesetzt fließendem elektrischem Strom zu unterscheiden, wenn sich der Widerstand in einem unter Strom gesetzten Schaltkreis befindet. Alle im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmente liegen in ein und derselben Ebene. Das Segment 138a verläuft im Uhrzeigersinn um den kreisförmigen Umfangsteil des Widerstands 130 an dem am weitesten entfernten Durchmesser innerhalb des Koronarings 124. Dieses Segment 138a weist die größte Umfangslänge auf. Dort, wo sich das Segment 138a dem Ende seines kreisförmigen Pfades nähert, ist es am Wendepunkt 142a mit dem gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Segment 140a verbunden. Das Segment 138a geht in einen Eingangsabschnitt 143 des Wendepunktes 142a über. Nach dem Wenden am Wendepunkt 142a beginnt das Segment 140a seinen Pfad gegen den Uhrzeigersinn an einem Ausgangsabschnitt 145 des Wendepunktes 142a. Das Segment 140a ist von dem benachbarten Segment 138a durch einen Zwischenraum 146 von in diesem Beispiel ungefähr 0,015'' getrennt. Befindet sich das Widerstandselement 130 in dem Körper 122, ist der Zwischenraum 146 mit dem elektrisch nicht leitenden Material gefüllt, das den Körper des Widerstands bildet. Die Größe des Zwischenraums 146 wird so gewählt, dass eine geeignete Isolierung der Widerstandssegmente unter vorher bekannten elektrischen Bedingungen geschaffen wird. Die Wendepunkte 142 sind von den Wendepunkten 144 durch einen Spalt 150 getrennt, der entlang der radialen Linie „R" verläuft. In diesem Beispiel beträgt der Spalt 150 ungefähr 0,060''. Zusätzlich hat jeder Wendepunkt eine Spitze 152 und die entsprechenden Spitzen der Wendepunkte 142 sind versetzt, so dass sie sich gegenüber dem entsprechenden Spalt zwischen den Spitzen der Wendepunkte 144 befinden. Infolgedessen sind die entsprechenden Spitzen 152 der Wendepunkte 144 versetzt und liegen gegenüber den Zwischenräumen zwischen den Wendepunkten 142.
  • Das gegen den Uhrzeigersinn verlaufende Widerstandssegment 140a befindet sich konzentrisch bei einem Radius, der kleiner als derjenige des im Uhrzeigersinn verlaufenden Segments 138a ist. Dort, wo sich das Widerstandssegment 140a dem Ende seines kreisförmigen Pfades nähert, ist es am Wendepunkt 144a mit dem nächsten nach innen hin benachbarten, im Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegment 138b verbunden. Die Umfangslänge und infolgedessen der Widerstand des gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Segments 140a ist geringer als diejenige des im Uhrzeigersinn verlaufenden Segments 138a. Somit ist der Spannungsabfall an diesem Segment 140a geringer als in dem Segment 138a. Das Muster der wechselweise im Uhrzeigersinn verlaufenden Segmente 138 und gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Segmente 140 in kürzeren, am Umfang konzentrisch angeordneten Segmenten setzt sich fort, bis das Widerstandselement 130 ein zweites Ende 148 erreicht, das elektrisch mit der Nabe 128 verbunden ist. Die Gesamtzahl abwechselnder Widerstandssegmente wird so gewählt, wie es erforderlich ist, um die gewünschten elektrischen Eigenschaften für eine gewünschte Anwendung zu erzielen.
  • Während des normalen Betriebs und unter Bedingungen der Lichtbogenbildung steht der durch jedes benachbarte Widerstandssegment fließende Strom in Wechselwirkung und reduziert die durch den Stromfluss in den nächsten benachbarten Widerstandssegmenten erzeugten Magnetfelder. Aus dieser Reduzierung von Magnetfeldern durch den entgegengesetzten Stromfluss in den benachbarten Widerstandssegmenten resultiert ein Widerstand mit niedrigerer Induktivität.
  • Zusätzlich nimmt der Spannungsabfall in jedem zunehmend vom Umfang her kleineren Widerstandssegment 138, 140 ab. Somit ist der Wert der Differenz des elektrischen Potentials zwischen den entsprechenden Wendepunkten 142(a + n) und 144(a + n) geringer als der Wert der Differenz des elektrischen Potentials zwischen den Wendepunkten 142a und 144a. Bei abnehmender Spannungsdifferenz können sich die Maße des Zwischenraums 150 und der Zwischenräume 146 für die innersten Segmente des Widerstands von denjenigen der äußersten Segmente unterscheiden und gleichzeitig eine angemessene elektrische Isolierung zwischen den benachbarten Widerstandssegmenten und elektrischen Bauteilen aufrecht erhalten. Mit anderen Worten: Da die Spannungsdifferenz zwischen benachbarten Bauteilen abnimmt, können die Bauteile näher zueinander angeordnet werden. Dadurch kann die physische Größe des Widerstands reduziert werden, da für einen Teil des Widerstands kleinere Zwischenräume und Spalte vorgesehen werden können. Zusätzlich können die benachbarten konzentrischen Widerstandssegmente so konfiguriert werden, dass sich die Spannungsdifferenz zwischen den Wendepunkten entlang der Linie „R" nicht linear verändert, wenn fortschreitend vom äußeren Umfang des Widerstands zur Mitte des Widerstands hin gemessen wird, und eine nicht lineare Veränderung entlang der Länge der radialen Linie „R" von der Mitte zum äußeren Umfang des Widerstands auftritt.
  • Das schlangenförmige Widerstandselement 130 ist in einem dünnen Film aus klarem, elektrisch nicht leitendem, durch UV-Strahlen gehärtetem Material gekapselt. Das Material trennt und isoliert die Widerstandselementsegmente elektrisch und stabilisiert den Widerstand physisch für die Handhabung und Platzierung während der Arbeitsgänge des Zusammenbaus und der Formgebung. Ein geeignetes Kapselmaterial für das Element ist verfügbar als Dymax 628-ULV UV Light Curing Coating von Dymax Corporation, 51 Greenwoods Rd., Torrington, CT 06790.
  • Bei einem Beispiel eines Widerstands, der für den Einsatz in einer Röntgenröhre geeignet ist, weist der Widerstand 120 die folgende Spezifikation auf: 84 J, 84 Ω ± 5%, 15 W, 150 W Dauerleistung, Stromstöße von 1500 A für mindestens 0,5 μs, Induktivität unter 7,7 μH, 70 kV und 1 kJ Durchlassvermögen. Bei diesem Beispiel hat der Widerstand einen Außendurchmesser von 3 1/8'', eine Dicke von 0,29'' von der ersten Oberfläche 123 zur zweiten Oberfläche 125, die Bohrung 134 in der Nabe 128 beträgt 0,39'', und der Durchmesser des für den Koronaring 100 verwendeten Drahts beträgt 0,09''.
  • Der Körper 122 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden, zweiteiligen, bei Raum Temperatur gehärteten Material, das die leitenden Elemente des Widerstands 120 nach Bedarf kapselt, physisch trennt und elektrisch isoliert von externen Bauteilen und anderen Widerstandsbauteilen. Ein geeignetes Kapselmaterial für den Körper ist verfügbar als Bonstone 5040 Encapsulant von Bonstone Material Corporation, 708 Swan Drive, Mukwonago, Wisconsin 53149. Das für den Körper ausgewählte Material bietet auch Schutz vor durch den Betrieb der Röntgenröhre und die Kühlflüssigkeit innerhalb des Gehäuses erzeugte Wärme. Der Körper 122 wird gegossen und so geformt, dass er in geeigneter Weise die elektrisch leitenden Elemente des Widerstands isoliert und gleichzeitig die erforderlichen leitenden Oberflächen des Hochspannungsanschlusses 126 und der Nabe 128 für externe elektrische Verbindungen frei lässt. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Körper 122 scheibenförmig und hat eine erste Oberfläche 123 und eine zweite Oberfläche 125, die einen Abstand voneinander haben und in im Allgemeinen parallelen Ebenen liegen. Der Körper umfasst eine Lichtbogensperrschicht 121, die aus nicht leitendem Epoxidharz gegossen ist und von der ersten Oberfläche 123 weg verläuft. Die Lichtbogensperrschicht 121 befindet sich zwischen dem Hochspannungsanschluss 126 und dem Nabenanschluss 128.
  • Bei diesem Beispiel besteht der Koronaring 124 aus einem elektrisch leitenden Material mit einem Durchmesser von 0,090'', beispielsweise blankem elektrischem Kupferdraht. Der Koronaring 124 ist kreisförmig, und sein Hauptdurchmesser ist etwas kleiner als der Durchmesser des scheibenförmigen Körpers 122 und grenzt das schlangenförmige Widerstandselement 130 ab. Der Ring 124 befindet sich in dem Körper 122 des Widerstands 120 und ist mit einem geeigneten Abstand vom äußeren Umfang des nicht leitenden Körpers 122 angeordnet, damit eine ausreichende elektrische Isolierung des Rings von außerhalb des Widerstands befindlichen Objekten geschaffen wird. Der Koronaring 124 ist an einem Punkt unterbrochen, damit zwei Ringenden 127a, 127b zum elektrisch leitenden Anschluss des Rings 124 an die Flächen des Hochspannungsanschlusses 126 entstehen. Jedes Ende des Rings 124 ist beispielsweise an den Anschluss 126 gelötet.
  • Der Hochspannungsanschluss 126 ist im Allgemeinen zylindrisch und besteht aus einem elektrisch leitenden Material. Die Hauptachse des Anschlusses 126 verläuft durch den Körper 122 des Widerstands 120 von der ersten Oberfläche 123 zur zweiten Oberfläche 125 und lässt die beiden Enden des Anschlusses 126 freiliegen, um eine korrekte elektrische Verbindung von einem der freiliegenden Enden mit einem externen elektrischen System herstellen zu können. Der Anschluss umfasst eine Bohrung 132 zum Aufnehmen eines Bolzens (nicht dargestellt), der zum Verbinden des Widerstands 120 mit dem externen elektrischen System dient.
  • Der Nabenanschluss 128 befindet sich in der Mitte des scheibenförmigen Widerstands 120, und seine Hauptachse verläuft durch den Widerstandskörper 122 von der ersten Oberfläche 123 zur zweiten Oberfläche 125. Die Nabe 128 besteht aus leitendem Material und hat eine in der Mitte angeordnete Bohrung 134, durch die ein Verbindungsbolzen (nicht dargestellt) gesteckt werden kann, der den Widerstand 120 elektrisch mit der Röntgenröhre verbindet. Beide Enden der Nabe 128 haben freiliegende Oberflächen, die eine korrekte elektrische Verbindung erleichtern. Die Nabe 128 umfasst einen versenkten Teilbereich 140 zur Aufnahme des Kopfes des Verbindungsbolzens, damit das Profil des befestigten Widerstands reduziert wird, wenn er an das Anodenende 81 der Röntgenröhre 24 montiert wird (siehe 1).
  • In 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Widerstands 160 dargestellt, das die Merkmale der vorliegenden Erfindung aufweist. Der Widerstand 160 hat eine rechteckige Form mit einem Nabenanschluss 161 ungefähr in der Mitte. Ein Hochspannungsanschluss 162 befindet sich nahe dem äußeren Umfang des Widerstands 160 und ist elektrisch mit einem Koronaelement 164 verbunden, das sich nahe dem äußeren Umfang der Widerstands 160 befindet. Ein Körper 163 des Widerstands 160 besteht aus einem elektrisch nicht leitenden Epoxidharz wie oben beschrieben und umfasst eine Sperrschicht 165 zwischen dem Anschluss 162 und der Nabe 161. Ein schlangenförmiges Widerstandselement 166 ist mit im Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmenten 170170(a + n), gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmenten 172a172(a + n), einer ersten Vielzahl von Wendepunkten 174a174(a + n) und einer zweiten Vielzahl von Wendepunkten 176176(a + n) konfiguriert. Die erste Vielzahl von Wendepunkten 174 und die zweite Vielzahl von Wendepunkten 176 sind durch einen Spalt 178 getrennt und zu den gegenüber liegenden Wendepunkten versetzt angeordnet, wie es oben beschrieben wurde. Der primäre Unterschied bei diesem in 8 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht darin, dass das schlangenförmige Widerstandselement 166 eine rechteckige Form hat und die linearen Segmente entlang der entsprechenden Seiten des Rechtecks, die die abwechselnd im Uhrzeigersinn (170) und gegen den Uhrzeigersinn (172) verlaufenden Widerstandssegmente bilden, konzentrisch auf der entsprechenden x- und y-Achse mit fortlaufend abnehmenden Abständen angeordnet sind, anstatt konzentrische kreisförmige Segmente zu sein. Mit anderen Worten: Ausgehend vom äußersten Umfang des Widerstands ist jedes zunehmend kürzere Widerstandssegment, gemessen von Wendepunkt zu Wendepunkt, konzentrisch angeordnet und in dem nächsten nach außen hin benachbarten Widerstandssegment „aufgenommen". Alle Widerstandssegmente liegen in derselben Ebene. Die Größe des entsprechenden Zwischenraums 178 zwischen jedem benachbarten Segment und der Spalt zwischen den Wendepunkten werden so gewählt, dass sie, wenn sie mit dem nicht leitenden Körpermaterial gefüllt sind, eine ausreichende Isolierung bieten. Da die Spannungsdifferenz zwischen den benachbarten Widerstandssegmenten aufgrund des reduzierten Spannungsabfalls abnimmt, variieren der Spalt und die Zwischenräume. Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels des Widerstands und das Prinzip der Reduzierung von Magnetfeldern durch benachbarte Widerstandssegmente mit entgegengesetzt fließendem Strom entsprechen dem oben beschriebenen Widerstand.
  • Nun unter Bezugnahme auf 9 ist der in den 47 dargestellte Widerstand 120 an eine Drehanoden-Röntgenröhre 200 mit einem Kolben 201, einer Kathodenbaugruppe 202 und einer Anodenbaugruppe 204 montiert. Die Röntgenröhre 200 befindet sich in einem Gehäuse 206, das eine Kammer 208 festlegt, die wie oben beschrieben mit einem Kühlmittel gefüllt ist. Die Röntgenröhre 200 in 9 umfasst ferner eine herkömmliche Energieversorgung und Kühlbauteile, beispielsweise Wärmetauscher und Pumpen (nicht dargestellt).
  • Die Anodenbaugruppe 204 ist in dem Kolben 201 durch eine Lagerbaugruppe 210 drehbar gelagert. Die Lagerbaugruppe 210 umfasst eine stationäre Lagerwelle 212 aus einem elektrisch und thermisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer. Ein Ende 214 der Lagerwelle 212 führt heraus und ist mit dem Kolben 201 verbunden. Der Widerstand 120 ist an dem Ende 214 der Lagerwelle 212 durch einen Bolzen 216 befestigt und elektrisch mit ihm verbunden, wobei der Bolzen durch die Bohrung 134 der Nabe 128 in eine Gewindebohrung 218 gesteckt ist. Ein Hochspannungs-Anodenleiter 220 ist mit einem Gewindebolzen 222 an dem Hochspannungsanschluss 126 befestigt.
  • Die hohe Spannung von der Energieversorgung (nicht dargestellt) liefert das Anodenpotential durch den Anodenleiter 220 zum Hochspannungsanschluss 126. Die Spannung wird dann durch das schlangenförmige Widerstandselement 130 (in 9 nicht dargestellt, siehe 4, 6, 7 und 8) der Nabe 128 zugeführt und weiter in die Lagerwelle 212 geleitet. Von der Lagerwelle 212 wird das Anodenpotential der Anodenbaugruppe 204 in herkömmlicher Weise zugeführt.
  • Obwohl ein spezielles Merkmal der Erfindung eventuell in Bezug auf nur eines der dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, können derartige Merkmale mit einem oder mehreren weiteren Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden, wie es für jegliche gegebene spezielle Anwendung gewünscht werden und vorteilhaft sein kann.
  • Aus der obigen Beschreibung der Erfindung kann der Fachkundige Verbesserungen, Veränderungen und Abwandlungen ersehen. Es ist beabsichtigt, dass derartige Verbesserungen, Veränderungen und Abwandlungen im Rahmen der technischen Fertigkeiten von den anhängenden Ansprüchen abgedeckt werden.

Claims (10)

  1. Hochspannungs-Niederinduktivitätswiderstand, der Folgendes umfasst: einen Widerstandskörper mit einem äußeren Umfang (122) und einem Mittelpunkt (134), einen ersten Anschluss (126), der vom Mittelpunkt des Widerstands entfernt angeordnet ist, ein schlangenförmiges Widerstandselement (130), das Folgendes umfasst: ein erstes Ende (136), ein erstes Widerstandssegment (138), das an dem ersten Ende (136) beginnt und in einer ersten Richtung im Allgemeinen um den Umfang des Körpers verläuft, einen Wendepunkt 142 mit einem Eingangsbereich und einem Ausgangsbereich, wobei das erste Widerstandssegment in den Eingangsbereich übergeht, ein zweites Widerstandssegment (140), das aus dem Wendepunkt (142) von dem Ausgangsbereich in einer zweiten Richtung, die im Allgemeinen der Richtung des ersten Widerstandssegments (138) entgegengesetzt ist, austritt, wobei das zweite Widerstandssegment (140) neben aber getrennt vom ersten Widerstandssegment angeordnet ist, wobei das Muster des ersten und des zweiten Widerstandssegments so ausgelegt ist, dass ein konzentrisches, schlangenförmiges Muster in einer einzigen Ebene entsteht, und ein zweites Ende (148), das ungefähr in der Mitte des Widerstandsbauteils angeordnet ist, einen leitenden Ring (124), der um das schlangenförmige Widerstandselement herum verläuft, wobei der Ring elektrisch jeweils mit dem ersten Anschluss (126) und dem ersten Ende (136) des schlangenförmigen Widerstandselements verbunden ist, und einen zweiten Anschluss (134), der sich in der Mitte des Widerstands befindet und elektrisch mit dem zweiten Ende (148) des schlangenförmigen Widerstandselements verbunden ist.
  2. Widerstand nach Anspruch 1, wobei der elektrische Strom in benachbarten Widerstandssegmenten im Allgemeinen in entgegengesetzter Richtung fließt.
  3. Widerstand nach Anspruch 1, wobei das zweite Widerstandssegment kürzer als das erste ist.
  4. Widerstand nach Anspruch 1, der eine Vielzahl von zusätzlichen benachbarten, konzentrischen getrennten Widerstandssegmenten und verbindenden Wendepunkten umfasst, wobei die Vielzahl von Segmenten und Wendepunkten in einer einzigen Ebene liegen und so zwischen das zweite Widerstandssegment und den zweiten Anschluss geschaltet sind, dass ein kontinuierliches, schlangenförmiges Widerstandselement von dem ersten Anschluss zum zweiten Anschluss in der Mitte des Widerstands verläuft.
  5. Widerstand nach Anspruch 4, wobei für ein Paar von Widerstandssegmenten die Länge des näher zur Mitte des Widerstands angeordneten Widerstandssegments kürzer ist als die Länge des weiter von der Mitte des Widerstands entfernt angeordneten Widerstandssegments.
  6. Widerstand nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Widerstandselement im Allgemeinen kreisförmig sind.
  7. Widerstand nach Anspruch 1, wobei das Widerstandselement aus einer Titanlegierung besteht.
  8. Widerstand nach Anspruch 7, wobei die Titanlegierung 8-1-1 ist.
  9. Widerstand nach Anspruch 1, wobei das schlangenförmige Muster des Widerstandselements einschließlich der Widerstandssegmente und Wendepunkte aus einer Materialplatte geätzt wird.
  10. Widerstand nach Anspruch 1, wobei der Körper des Widerstands aus Epoxidharz ist, das das schlangenförmige Widerstandselement einkapselt, wobei der erste und der zweite Anschluss freiliegende Flächen für die elektrischen Verbindungen aufweisen.
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