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HINTERGRUND
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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Gemäß einem
noch eingeschränkteren
Aspekt der vorliegenden Erfindung sind das erste und das zweite
Widerstandselement im Allgemeinen kreisförmig.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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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:
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1 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Röntgensystems nach dem Stand
der Technik mit einem Widerstand nach dem Stand der Technik zum
Reduzieren der Lichtbogenbildung;
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2 eine
schematische Teilschnittdarstellung in Draufsicht eines Widerstands
nach dem Stand der Technik, wie er in dem System aus 1 eingesetzt
wird;
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3 eine
Schnittansicht des Widerstands aus 2 entlang
einer Linie 3-3;
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4 eine
Schnittdraufsicht eines Widerstands mit Merkmalen der vorliegenden
Erfindung;
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5 eine
ebene Seitenansicht des Widerstands aus 4 mit Merkmalen
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
Seitenschnittansicht des Widerstands aus 4 mit Merkmalen
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
vergrößerte Schnittdraufsicht
eines in einem Bereich A dargestellten Teils des Widerstands aus 4;
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8 eine
Teilschnittdraufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Widerstands
mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung; und
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9 eine
schematische Teilschnittdarstellung eines Teils eines Röntgenröhrensystems
mit Merkmalen der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 138a–138(a
+ n), die im Uhrzeigersinn um den Widerstand verlaufen, und
eine Vielzahl von dazu gehörenden
kreisförmigen
Widerstandssegmenten 140a–140(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.
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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 142a–142(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 144a–144(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''.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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''.
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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.
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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.
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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.
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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).
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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 170–170(a
+ n), gegen den Uhrzeigersinn verlaufenden Widerstandssegmenten 172a –172(a
+ n), einer ersten Vielzahl von Wendepunkten 174a–174(a
+ n) und einer zweiten Vielzahl von Wendepunkten 176–176(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.
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Nun
unter Bezugnahme auf 9 ist der in den 4–7 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).
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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.
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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.
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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.
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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.