DE69203703T2 - Röntgenröhrenvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgen(röhren)vorrichtung bzw. -anordnung und insbesondere eine Röntgen(röhren)anordnung mit einer Röntgenröhre, die darin Gleitlager aufweist und ein flüssiges Metall als Schmiermittel verwendet.
• Zahlreiche Röntgen(röhren)anordnungen, wie Röntgenphotographie- bzw. -aufnahmegeräte, Röntgen(strahl)belichtungsgeräte, CT-Abtaster usw., enthalten eine Drehanoden-Röntgenröhre als Röntgenstrahlungsquelle bzw. -strahler. Bei der Röntgenröhre dieses Typs ist, wie allgemein bekannt, ein scheibenförmiges Anodentarget (eine -fangelektrode) an einer rotierenden Struktur befestigt, die über eine dazwischen ausgebildete Lagersektion an einer feststehenden Struktur drehbar gelagert ist. An der Außenseite eines Vakuumkolbens ist eine magnetische Statorwicklung bzw. Stator-Magnetwicklung angeordnet; wenn letztere erregt (an Spannung gelegt) ist, wird die rotierende Struktur mit hoher Drehzahl in Drehung versetzt. Während der Drehung der rotierenden Struktur mit hoher Drehzahl wird ein von einer Kathode emittierter Elektronenstrahl auf das Anodentarget geworfen, wodurch Röntgenstrahlen abgestrahlt werden. Die Lagersektion besteht aus Lagern, wie Kugellager oder Dynamikdruck-Gleitlager, die an bzw. in ihren Lagerflächen Spiral- bzw. Wendelnuten aufweisen. Die Gleitlager benutzen ein aus Gallium oder einer Gallium-Indium-Zinn- (Ga-In-Sn-) Legierung gebildetes flüssiges bzw. Flüssigmetallschmiermittel, das im Betrieb flüssig wird. Röntgenröhren, welche die Gleitlager verwenden, sind z.B. in der veröffentlichten JP-Patentanmeldung 60-21463 und in den veröffentlichten, ungeprüften JP-Patentanmeldungen 60-97536, 60-117531, 60-160552, 62-287555, 2-227947 und 2-227948 offenbart.
• Das in den Gleitlagern dieser Drehanoden-Röntgenröhren verwendete Flüssigmetallschmiermittel besitzt praktisch einen niedrigsten Schmelzpunkt von etwa 10ºC. Insbesondere beträgt der Schmelzpunkt einer niedrigschmelzenden Ga-In-Sn-Legierung 10,7ºC, während derjenige einer niedrigschmelzenden Bi-In-Pb-Sn-Legierung, deren Wismut-(Bi-)Gehalt vergleichsweise groß ist, 57ºC beträgt. In einigen Fällen werden die Röntgen(röhren)anordnungen bei einer unterhalb des Schmelzpunkts des Metallschmiermittels liegenden Temperatur eingesetzt, so daß das Schmiermittel in der Lagersektion der Röntgenröhre vor Aufnahme des Betriebs des Geräts erstarrt oder verfestigt ist. In diesem Zustand kann sich das Anodentarget nicht drehen, so daß seine Oberfläche durch einen übermäßigen Temperaturanstieg aufgrund des Elektronenbeschusses beschädigt wird. Vor Beginn der Drehung des Anodentargets der Röntgenröhre ist es daher nötig, das Schmiermittel durch Erwärmung der Lagersektion auf eine über dem Schmelzpunkt des Schmiermittels liegende Temperatur zu schmelzen und zu verflüssigen. Zu diesem Zweck ist die in der veröffentlichten, ungeprüften JP-Patentanmeldung 60-160552, entsprechend der EP-A-0 149 869, offenbarte Röntgenröhre so angeordnet, daß eine Wärmequelle, wie eine Heizspule, ein Wärmeradiator (-strahler) oder ein Hochfrequenzradiator, innerhalb oder außerhalb der Röntgenröhre vorgesehen ist. Für diesen Zweck kann auch die Wärmeabstrahlung eines Kathodenheizfadens genutzt werden.
• Diese Anordnung erfordert jedoch unvermeidlich die zusätzliche Verwendung einer gesonderten Wärmequelle. Weiterhin nimmt die Temperaturerhöhung der Lagersektion durch Nutzung der Wärmeabstrahlung vom Kathodenheizfaden eine ziemlich lange Zeit in Anspruch.
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Röntgen(röhren)anordnung, bei der ein Metallschmiermittel in einer Lagersektion wirksam (auf)geschmolzen werden kann und damit ohne zusätzliche Verwendung gesonderter Bauteile ein zuverlässiger Rotationsstart gewährleistet wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Anordnung, wie sie im Anspruch 1 definiert ist.
• Bei der erfindungsgemäßen Röntgen(röhren)anordnung wird Wärme, die auf einen induzierten (oder Induktions-)- Stromverlust zurückzuführen ist, in einem Drehelement (rotator) oder einer feststehenden Säule, das bzw. die eine Wendel- oder Spiralnut-Lagersektion aufweist, mittels des an die Stator-Magnetwicklung angelegten elektrischen Wechselstroms auch bei erstarrtem (frozen) Schmiermittel erzeugt, so daß die Temperatur des Schmiermittels in der Lagersektion wirksam ansteigen kann. Infolgedessen kann die Drehung des Drehelements eingeleitet werden, wenn das Schmiermittel sicher auf eine Temperatur oberhalb seines Schmelzpunkts erwärmt und verflüssigt worden ist. Die Röntgen(röhren)anordnung kann mithin auch bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts des Metallschmiermittels einen sicheren und stabilen Betrieb gewährleisten.
• Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden genauen Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer Röntgen(röhren)anordnung gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung,
• Fig. 2A und 2B Folgeregeldiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Anordnung nach Fig. 1,
• Fig. 3 ein Folgeregeldiagramm einer Röntgenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung und
• Fig. 4 ein Folgeregeldiagramm für eine Röntgenanordnung nach dem Stand der Technik mit einer herkömmlichen Röntgenröhre.
• Nachstehend sind Röntgen(röhren)anordnungen gemäß den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben.
• Eine Röntgenanordnung gemäß einer in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt eine Röntgenröhre 10 eines Drehanodentyps, eine (nicht dargestellte) Hochspannungsquelle zum Aktivieren einer Kathode 9 und einer Anode 15, eine Statoreinheit 11, eine Stromquelle 12 zum Ansteuern der Statoreinheit 11 und eine Hauptsteuereinheit 13 zum Steuern der Röntgenanordnung.
• In der Röntgenröhre 10 des Drehanodentyps geht eine Drehwelle 17 vom einen Ende einer zylindrischen Drehstruktur 16 ab; ein scheibenförmiges Drehanodentarget 15 aus Schwermetall ist innerhalb eines Vakuumkolbens 14 mittels einer Befestigungs-Mutter 18 an der Drehwelle 17 befestigt. Koaxial in die Drehstruktur 16 ist eine feststehende Struktur oder Säule 19 eingesetzt, und an der unterseitigen Öffnung der Drehstruktur 16 ist ein ringförmiges Schließglied 20 befestigt. Der untere Endabschnitt der feststehenden Säule 19 weist ein Anodentragteil 21 auf, das luftdicht mit einem zylindrischen Glasversiegelungs- oder -dichtabschnitt 14a des Vakuumkolbens 14 verbunden (bonded) ist.
• Zwischen der Drehstruktur (rotierenden Struktur) 16 und der feststehenden Struktur 19 ist eine Wendel- bzw. Spiralnut-Lagersektion 22 eines Dynamikdrucktyps ausgebildet. Die Wendel- bzw. Spiralnut-Lagersektion 22 eines Dynamikdrucktyps ist in den genannten JP-Patentanmeldungen offenbart. In der Lagersektion sind aus Fischgrätmustern, wie sie in den angegebenen JP-Patentanmeldungen beschrieben sind, geformte Wendel- bzw. Spiralnuten 23 und 24 unter Bildung eines Radiallagers in der Außenumfangsfläche der feststehenden Säule 19 sowie (bzw.) den Stirnflächen der feststehenden Säule 19 und des Schließglieds 20, um ein Schub- oder Axiallager zu bilden, geformt. Die den Lagerflächen der feststehenden Struktur mit einem Lagerspalt zugewandten Gleitlagerflächen der rotierenden Strukturen können einfach glatte Flächen oder erforderlichenfalls aus Wendel- bzw. Spiralnuten geformt sein. Die jeweiligen Lagerflächen der rotierenden Struktur und der feststehenden Säule sind mit einem Lagerspalt von etwa 20 um dazwischen eng nebeneinander angeordnet. Die auf der Drehachse angeordnete feststehende Säule 19 weist eine Schmiermittelkammer 25 auf, die durch eine Axialbohrung im Mittelbereich der Säule 19 geformt ist. Ein Mittelbereich der feststehenden Säule 19 ist zur Bildung eines einen kleineren Durchmesser besitzenden bzw. dünneren Abschnitts 26 etwas hinterdreht (slightly shaved). In regelmäßigen Winkelabständen sind in symmetrischer Anordnung vier radiale Schmiermitteldurchgänge 27 vorgesehen, welche die Kammer 25 und einen Aussparungsraum zwischen dem Abschnitt 26 und der Innenfläche der rotierenden Struktur 16 (miteinander) verbinden. Die Schmiermittelkainmer 25 mündet im Mittelbereich (Zentrum) der Stirnfläche der feststehenden Säule 19 unter Bildung einer oberseitigen Öffnung 25a. Die Öffnung 25a steht dabei mit dem Lagerspalt eines Schubbzw. Axiallagers zwischen der Stirnfläche der feststehenden Säule 19 und der rotierenden Struktur 16 in Verbindung. Im Axiallager ist keine Nut oder Rille im Zentrum der Stirnfläche der Säule 19 ausgebildet, während Wendelnuten 24 als Fischgrätmuster (oder auch Pfeilmuster) im Umfangsbereich um das Zentrum der Säulen-Stirnfläche herum geformt sind.
• In einer (der) rotierenden Struktur 16 sind ein rotierender Zylinder 16b aus Eisen oder einem anderen ferromagnetischen Werkstoff und ein Kupfer-Zylinder 16c auf einen Zylinder 16a mit Bodenflansch (bottomed) aufgepaßt und einheitlich damit verbunden. Diese Zylinder wirken im Zusammenwirken mit dem Stator 11 außerhalb des Clasteils 14a, welches die rotierende Struktur 16 umschließt, als Rotoreinheit eines magnetischen Induktionsmotors. Der Stator 11 umfaßt einen zylindrischen Kern 11a und eine auf diesen gewickelte Magnetspule oder -wicklung 11b. Die Stator-Magnetwicklung 11b, die mit einer Schaltung so verbunden ist, daß sie mit einer Ansteuerspannung von der Stromquelle gespeist wird, generiert ein rotierendes Magnetfeld, das an das Innere der rotierenden Struktur 16 angelegt wird.
• An der Außenfläche des Anodentragteils 21 ist an der Außenseite der Röhre ein Temperatursensor 28 angebracht. Unter Berücksichtigung des Koeffizienten der Wärmeübertragung von der Lagersektion 22 zum Temperatursensor 28 am Anodentragteil kann der Pegel eines Signals vom Sensor 28 als der Temperatur der Lagersektion 22 entsprechend angesehen werden. Das Signal vom Temperatursensor 28 wird somit einem Temperaturmeßkomparator 29 zugespeist. Weiterhin wird ein Ausgangssteuersignal vom Komparator 29 über eine Steuereinheit 30 der Stromquelle 12 zugeführt. Der Komparator 29 vergleicht den Pegel (die Größe) des Temperatursignals vom Temperatursensor 28 mit einem Bezugspegel, der einem Schmelzpunkt eines Schmiermittels entspricht. Wenn der Pegel des Temperatursignals unterhalb des Bezugspegels liegt, liefert die Steuereinheit 30 das Vorwärmsteuer- bzw. -regelsignal zur Stromquelle 12, um diese in eine Vorwärmstufe oder -phase zu setzen. In der Vorwärmphase wird die Stator-Magnetwicklung 11b von der Stromquelle 12 her mit einer Wechselspannung gespeist, die auf eine Frequenz über derjenigen der Netzstromfrequenz (50 oder 60 Hz) eingestellt und dabei ausreichend niedrig ist, um die Drehung des Drehelements nicht einzuleiten. Die Stromquelle 12 enthält einen Wechselrichter-Stromkreis zum Generieren einer Spannung einer Frequenz oberhalb der Netzstromfrequenz. Wenn der Temperatursignalpegel über dem Bezugspegel liegt, liefert die Steuereinheit 30 ein Rotationsstartsignal, um die Stromquelle in eine Vorrotationsphase zu setzen. Danach wird die Stromquelle in eine Dauerrotationsphase gesetzt. In der Vorrotationsphase wird eine Vorrotationstreiberspannung an die Stator-Magnetwicklung 11b in Abhängigkeit vom Rotationsstartsignal angelegt, so daß die Drehung der rotierenden Struktur 16 eingeleitet und diese Struktur mit einer vergleichsweise hohen Frequenz in Drehung versetzt wird. Danach wird die Stromquelle 12 durch die Steuereinheit 30 von der Vorrotationsphase auf die Dauerrotationsphase umgeschaltet, so daß von der Stromquelle 12 eine Rotationstreiberspannung für Dauerrotation der Stator-Magnetwicklung 11b zugespeist und die rotierende Struktur 16 in einem Dauerzustand (eingeschwungenen Zustand) in Drehung versetzt wird. Zur Ermöglichung dieser Operation und einer Signalverarbeitung ist jede Sektion mit einem Mikrorechner ausgestattet, in welchem Folgeregelprogramme geladen bzw. abgespeichert sind.
• Im folgenden ist anhand der Fig. 2A und 2B ein Beispiel der Arbeitsweise der Anordnung gemäß Fig. 1 beschrieben. Als in die Gleitlagersektion der Röntgenröhre eingefülltes Metallschmiermittel sei ein Material mit einem Schmelzpunkt von etwa 10ºC vorausgesetzt. Der im Temperaturkomparator 29 vorgegebene Bezugspegel ist oder wird auf einen Pegel entsprechend einer Temperatur von z.B. 15ºC eingestellt, die ausreichend oberhalb des Schmelzpunkts des Schmiermittels liegt. Wenn angenommen wird, daß die Röntgenanordnung auf einer Umgebungstemperatur von etwa 5ºC gehalten ist, beträgt die Temperatur (T) der Lagersektion ebenfalls etwa 5ºC. Das praktisch auf dieser Temperatur gehaltene Schmiermittel befindet sich dabei natürlicherweise in einem erstarrten Zustand. Diese Temperatur wird durch den Sensor (oder Meßfühler) 28 gemessen; ein vom Sensor 28 generiertes Temperatursignal wird dem Komparator 29 eingespeist. Dieser Zustand ist durch einen Punkt (a) auf der Zeitbasis (t) in Fig. 28 dargestellt. Der Temperaturkomparator 29 bestimmt durch Berechnung und Vergleich, daß die Temperatur der Lagersektion unterhalb des Bezugspegels liegt, und die Steuereinheit 30 liefert das Vorwärmregelsignal zur Stromquelle 12, um diese in die Vorwärmphase zu setzen. Wie durch eine Spannungskurve E gezeigt, wird somit die Stator-Magnetwicklung 11b mit einer Vorwärmspannung (E1) (z.B. 40 V) gespeist, die auf eine Frequenz (z.B. 210 Hz) eingestellt wird oder ist, welche höher ist als die Netzstromfrequenz, aber ausreichend niedrig ist, um die Drehung der rotierenden Struktur, wie oben erwähnt, nicht einzuleiten. In Abhängigkeit davon generiert die Stator-Magnetwicklung 11b ein rotierendes Hochfrequenz- Magnetfeld (von 210 Hz im oben beschriebenen Beispiel) so daß in der rotierenden Struktur und der feststehenden Säule der Röntgenröhre ein induzierter Wirbelstromverlust hervorgerufen wird und die Temperatur der Lagersektion, wie durch eine Temperaturkurve T veranschaulicht, allmählich ansteigt. Bei dieser Ausführungsform sind insbesondere die Wendel- bzw. Spiralnutlager innerhalb der Statorwicklung 11b koaxial angeordnet, so daß ein durch die Wicklung 11b generiertes Wechselstrommagnetfeld die Lagerbauteile wirksam beaufschlagen und durch den induzierten Stromverlust (oder Induktionsstromverlust) wirksam Wärme erzeugt werden kann. Nach Ablauf von z.B. etwa drei Minuten übersteigt die Temperatur der Lagersektion den Bezugspegel von 15ºC. In diesem Zustand ist das in der Lagersektion enthaltene Metallschmiermittel vollständig aufgeschmolzen und flüssig. Diese Temperaturbeziehung wird durch den Temperaturkomparator 29 diskriminiert; von der Steuereinheit 30 wird ein Vorrotationsregelsignal der Stromquelle 12 zugeführt, so daß die Stromzufuhr zur Stator-Magnetwicklung 11b auf eine Vorrotationsspannung (E2) (z.B. 160 V) umgeschaltet wird, um die Drehung der rotierenden Struktur 16 einzuleiten. Die Zeit bzw. der Zeitpunkt für dieses Umschalten ist in Fig. 2B mit einem Punkt (b) bezeichnet. Wenn sodann eine vorbestimmte Rotationsfrequenz erreicht ist, wird die Stromquelle 12 von der Vorrotationsphase auf die Dauerrotationsphase umgeschaltet. Dies bedeutet, daß die Stromquelle zum Zeitpunkt (c) auf eine Dauerrotationsspannung (E3) von z.B. 50 V bei einer Frequenz von z.B. 70 Hz für Dauerrotation (oder Rotation im eingeschwungenen Zustand) geschaltet wird. Wenn die Temperatur der Lagersektion zum Anfangszeitpunkt (a) oberhalb des Bezugspegels liegt, setzt die Steuereinheit 30 die Stromquelle in die Vorrotationsphase, so daß an die Statorwicklung 11b die Vorrotationsspannung (E2) angelegt und die Vorrotation (prerotation) zum Zeitpunkt (a) unmittelbar gestartet wird. Danach wird die Stromquelle 12 von der Vorrotationsphase auf die Dauerrotationsphase umgeschaltet, so daß die Dauerrotationsspannung (E3) von z.B. 50 V bei einer Frequenz von z.B. 70 Hz an die Statorwicklung 11b angelegt wird. Die erfindungsgemäße Röntgenanordnung kann so ausgestaltet sein, daß sie automatisch in diesen Sequenzen gesteuert wird.
• Die zwischen den Zeitpunkten (a) und (b) der Stator- Magnetwicklung 11b zum Schmelzen des Schmiermittels zugespeiste Spannung kann eine Spannung sein, die auf eine hohe Frequenz von (bis zu) z.B. 1 kHz eingestellt ist.
• Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die an die Statorwicklung 11b angelegte Spannung vom Pegel E1 auf den Pegel E2 und auch vom Pegel E2 auf den Pegel E2 (vermutlich: E1) umgeschaltet. Bei der Abwandlung dieser Ausführungsform kann ein elektrischer Strom mit einem ersten Pegel oder Wert zum Induzieren von Wärme in der Lagersektion während einer Aufwärmperiode zwischen den Zeitpunkten (a) und (b) der Statorwicklung 11b zugespeist werden, während andere elektrische Ströme mit zweiten und dritten Pegeln bzw. Größen zum Drehenlassen der rotierenden Struktur 16 während Rotationsperioden zwischen den Zeitpunkten (b) und (c) sowie nach dem Zeitpunkt (c) selektiv den Statorwicklungen 11b zugespeist werden können, anstatt den Spannungspegel zu ändern. Bei der Schaltung gemäß Fig. 1 wird eine Impedanz der Statorwicklung 11b in Abhängigkeit vom Zustand des Metallschmiermittels geändert. Dies bedeutet, daß eine Impedanz der Statorwicklung 11b geändert wird (sich ändert), wenn die rotierende Struktur 16 zu rotieren beginnt. Wenn somit eine konstante Spannung an die Statorwicklung angelegt wird, wird der Strompegel des der Statorwicklung zugespeisten Stroms geändert. Bei den Ausführungsformen der Erfindung kann somit anstelle einer Anderung von Spannung oder Strom elektrische Energie zum Erwärmen der Lagersektion und zum Drehenlassen der rotierenden Struktur geändert bzw. variiert werden.
• Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist der Temperatursensor am Anodentragteil befestigt, das thermisch mit der Lagersektion verbunden ist, so daß die Temperatur der Lagersektion indirekt abgegriffen bzw. gemessen werden kann. Wahlweise kann jedoch in der feststehenden Säule eine kleine bzw. enge Bohrung vorgesehen sein, die sich von der Außenseite der Röhre her bis dicht an die Lagersektion erstreckt, wobei in der engen Bohrung in der Nähe der Lagersektion ein Temperatursensor, z.B. ein Thermoelement, angeordnet sein kann. Mittels dieser Anordnung kann die Temperatur der Lagersektion praktisch direkt gemessen werden, so daß eine Steuerung oder Regelung mit höherer Genauigkeit durchführbar ist. Wahlweise kann außerdem die Temperatur von Isolieröl in einem Gehäuse zur Aufnahme einer Röntgenröhre gemessen werden, so daß die Temperatur des Schmiermittels vor Beginn der Drehung des Anodentargets der Röntgenröhre indirekt gemessen werden kann. In diesem Fall kann eine Folgeregelung in der Weise durchgeführt werden, daß das Schmiermittel in Abhängigkeit von einer Öltemperatur anstelle der Temperatur der Lagersektion vorgewärmt wird. Wahlweise kann darüber hinaus die Raumtemperatur, bei der sich die Röntgenanordnung befindet, gemessen werden, so daß die Temperatur der Lagersektion indirekt gemessen werden kann. Durch Einstellung des Bezugspegels auf einen geeigneten Temperaturwert kann in diesem Fall die rotierende Struktur zügig in Drehung versetzt werden.
• Im folgenden ist unter Bezugnahme auf das Folgeregeldiagramm gemäß Fig. 3 eine Röntgenanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben. Wenn vor dem Einschalten der Hauptstromquelle der Röntgenanordnung die Temperatur einer Wendel- oder Spiralnut-Lagersektion einer Drehanoden-Röntgenröhre unterhalb des Schmelzpunkts des Schmiermittels liegt, ist das Schmiermittel erstarrt. Zunächst wird zu einem Zeitpunkt (a) eine Wechselspannung von 160 V bei 70 Hz von der Stromquelle her an eine Stator-Magnetwicklung llb angelegt; diese Stromzufuhr wird, wie in einer Kurve E gezeigt, für zwei Minuten bis zum Zeitpunkt (b) aufrechterhalten. Zwischenzeitlich steigt die Temperatur der Lagersektion aufgrund magnetischer Induktionsbeheizung an, so daß das Schmiermittel schmilzt, worauf sich ein Anodentarget zu drehen beginnt. Zum Zeitpunkt (b) wird die an die Stator-Magnetwicklung 11b angelegte Rotationsspannung auf 50 V verringert. Dabei bleibt die Frequenz auf 70 Hz. Wie durch eine gestrichelte Linie R in Fig. 3 angedeutet, ist die Rotationsfrequenz R des Targets nach einmaligem Anstieg bei etwa 3000/min stabilisiert. In diesem Zustand werden eine Kathoden-Anodenspannung zum Zeitpunkt (d) an die Röntgenröhre angelegt, eine Durchleuchtungsuntersuchung durchgeführt und der Aufnahmebereich, der Aufnahmezeitpunkt oder die -zeit usw. bestimmt. Wenn die Durchleuchtung zum Zeitpunkt (e) beendet ist oder wird, wird die von der Stromquelle der Stator-Magnetwicklung 11b zugespeiste Spannung aüf 400 V bei 210 Hz und anschließend auf 130 V bei 210 Hz umgeschaltet. Auf diese Weise wird die Rotationsfrequenz des Anodentargets auf etwa 10000/min erhöht. Zu diesem Zeitpunkt (f) wird zur Durchführung der Röntgenaufnahme eine Hochspannung zwischen die Anode 15 und die Kathode 9 der Röntgenröhre angelegt. Im Augenblick der Beendigung dieser Aufnahme wird die an die Stator-Magnetwicklung 11b angelegte Spannung zum Zeitpunkt (g) auf 50 V bei 70 Hz verringert. Dadurch wird die Rotationsfrequenz des Anodentargets bei oder auf etwa 3000/min stabilisiert, worauf eine weitere Durchleuchtungsuntersuchung gestartet wird. Diese Steuerbzw. Regelprozesse werden wiederholt.
• Bei einer herkömmlichen Röntgenanordnung unter Verwendung einer Röntgenröhre mit durch ein festes Metallschmiermittel geschmierten Kugellagern wird vor der Durchleuchtungsuntersuchung (zu einem Zeitpunkt (h)) eine Rotationsansteuer- oder -treiberspannung von 200 V bei 60 Hz an eine Statormagnetwicklung während einer kurzen Zeit von 1 s oder weniger angelegt, um damit die Rotation einzuleiten (vgl. Fig. 4). Zu einem unmittelbar darauf folgenden Zeitpunkt (i) wird die angelegte Spannung auf 50 V bei 60 Hz herabgesetzt, worauf die Aufnahme auf die gleiche Weise, wie oben angegeben, durchgeführt wird. Nach erfolgter Aufnahme wird die Stromzufuhr zur Stator-Magnetwicklung auf eine Gleichspannung umgeschaltet, um eine Bremswirkung zu erzeugen und damit die Drehung eines Anodentargets schnell anzuhalten; hierdurch soll Abrieb der Lager und ein Verspritzen oder Verteilen des Schmiermittels minimiert werden. Während der Periode zwischen Zeitpunkten (h) und (i) vor Einleitung des nächsten Durchleuchtungszyklus muß daher wiederum eine Start- bzw. Anfahrregelung vorgenommen werden. Da diese Operationsprozesse wiederholt werden, wirkt eine unzulässig große Beanspruchung wiederholt auf den Drehmechanismus in der Röntgenröhre ein, so daß die Lagersektion Abrieb bzw. Verschleiß, Schwingung und Geräuschentwicklung unterworfen sein kann.
• Erfindungsgemäß kann dann, wenn das Schmiermittel geschmolzen ist, das Anodentarget stets mit geringer Schwingung und niedrigem Geräuschpegel mit etwa 3000/min in Drehung versetzt oder gehalten werden, wobei die Durchleuchtung auf nötige Weise in vergleichsweise kurzen Zyklen bzw. Takten durchgeführt werden kann. Da außerdem nicht ohne weiteres eine unerwünschte Beanspruchung auf den Drehmechanismus in der Röntgenröhre einwirken kann, kann die Röhre mit großer Zuverlässigkeit über einen langen Zeitraum hinweg benutzt werden.
• Die jeweiligen Ströme der Primär- und Sekundärwicklungen der Stator-Magnetwicklung oder -spule 11b oder die Phasendifferenz zwischen diesen Strömen variieren bzw. variiert in Abhängigkeit vom Zustand (Drehung oder Nichtdrehung) des Drehelements. Die Anordnung kann daher so ausgestaltet sein, daß diese Ströme der Statorwicklung oder -spule in der Steuereinheit 30 für den Vergleich zwischen einem Dauerrotationszustand und einem nicht rotierenden Zustand erfaßt oder überwacht werden, so daß das in der Lagersektion enthaltene Schmiermittel auf Erstarrung geprüft werden kann. In diesem Fall werden eine vorbestimmte Wechselspannung an die Stator-Magnetwicklung 11b angelegt und der Strom jeder Windung oder dessen Phase in der Steuereinheit 30 detektiert. Eine anfänglich angelegte Spannung soll ausreichend hoch sein, um die Drehung augenblicklich einzuleiten, wenn das Schmiermittel geschmolzen ist. Wenn die Spulen- bzw. Wicklungsströme oder die Phasendifferenz dem Schmelzzustand des Schmiemittels, bei dem der augenblickliche Start der Rotations erfolgt, entsprechen bzw. entspricht, wird die Stromzufuhr zur Stator-Magnetwicklung 11b auf die Spannung für Dauerrotation umgeschaltet.
• Mit dieser Ausgestaltung der Anordnung kann der Zustand (geschmolzen oder nicht geschmolzen) des Schmiermittels in der Lagersektion im wesentlichen direkt detektiert oder bestimmt werden, so daß die Rotation in Abhängigkeit vom Schmiermittelzustand zweckmäßig gesteuert werden kann. Die Anordnung kann somit unabhängig von der vergleichsweise einfachen Konstruktion eine hohe Betriebszuverlässigkeit gewährleisten, ohne Temperatursensormittel für die Lagersektion o.dgl. zu benötigen.
• Wahlweise kann die Anordnung so ausgelegt sein, daß die Folgeregelung in jedem Fall einen Prozeß beinhaltet, in welchem eine ausreichend niedrige Spannung, um die Drehnung des Drehelements nicht zu einzuleiten, auch wenn das Schmiermittel bei einer beliebigen Frequenz flüssig ist, an die Stator-Magnetwicklung oder -spule für eine vorbestimmte Zeit (eine beliebig eingestellte Zeit von 10 s bis 10 min) angelegt wird. Bei dieser Ausgestaltung kann die Drehung bzw. Rotation des Anodentargets eingeleitet werden, nachdem das Drehelement oder die feststehende Säule, das bzw. die die Wendelbzw. Spiralnut-Lagersektion darstellt, durch magnetische Induktion sicher erwärmt (worden) ist, um das Metallschmiermittel in der Lagersektion zu schmelzen, und zwar unabhängig von der Arbeits- bzw. Betriebstemperatur der Anordnung. Folglich vermag die Anordnung bei vergleichsweise einfacher Konstruktion einen sicheren und stabilen Betrieb ohne die Verwendung irgendeines Temperatursensors zu gewährleisten.
• Wie oben beschrieben, kann erfindungsgemäß das in der Lagersektion enthaltene Schmiermittel zum Schmelzen desselben wirksam erwärmt werden, um die Einleitung der Drehung zuzulassen; dies erfolgt ohne zusätzliche Verwendung von gesonderten Heizeinheiten innerhalb oder außerhalb der Röntgenröhre. Die Röntgenanordnung kann somit auch bei einer Temperatur unterhalb des Schmelz punkts des Schmiermittels einen stabilen bzw. zuverlässigen Betrieb gewährleisten.

Claims (11)

1. Röntgen (röhren) anordnung, umfassend:

ein Anodentarget (15),

eine fest mit dem Anodentarget verbundene rotierende Struktur (16),

eine feststehende Struktur (19) für drehbare Lagerung der rotierenden Struktur (16),

eine zwischen der rotierenden Struktur (16) und der feststehenden Struktur (19) geformte Gleitlagersektion (22) mit einem Lagerspalt zwischen der rotierenden Struktur (16) und der feststehenden Struktur (19) und an bzw. in einer Lagerfläche mindestens einer der rotierenden und feststehenden Strukturen (16, 19) geformten Wendel- oder Spiralnuten (23, 24)

ein in die Spiral- bzw. Gleitlagersektion (22) eingebrachtes Metallschmiermittel mit einem Schmelz punkt, welches Metallschmiermittel bei einer Temperatur oberhalb des Schmelzpunkts in einem flüssigen Zustand und bei einer Temperatur unterhalb des Schmelzpunkts in einem festen Zustand vorliegt,

einen Kolben (14) zum Aufnehmen des Anodentargets (15) sowie der feststehenden und rotierenden Strukturen (16, 19) und eine außerhalb des Kolbens (14) angeordnete Stator- Magnetspule oder -wicklung (11a) zum Generieren eines Magnetfelds zum Drehen(lassen) der rotierenden Struktur (16),

ferner gekennzeichnet durch

eine Stromquelle (12) zum selektiven Anlegen elektrischer Vorwärm- und Rotationsströme an die Stator-Magnetwicklung (11a) zum Erregen bzw. Speisen derselben und

eine Einrichtung (28, 29, 30), um die Stromquelle (12) in einen von Vorwärm- und Rotationszuständen einzustellen, wobei die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) veranlaßt, den elektrischen Vorwärmstrom der Statorwicklung (11a) in Vorwärmzustand, wenn sich das Metallschmiermittel im festen Zustand befindet, zuzuspeisen, so daß die Lagersektion (22) durch vom Magnetfeld herbeigeführte magnetische Induktion erwärmt wird, wodurch das Schmiermittel in der Lagersektion (auf) geschmolzen wird, und die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) veranlaßt, den elektrischen Rotationsstrom der Statorwicklung (11a) im Rotationszustand, wenn sich das Metallschmiermittel im flüssigen Zustand befindet, zuzuspeisen, so daß die rotierende Sektion (16) durch das Magnetfeld in Drehung versetzt wird.

2. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) ein Mittel (28) zum Messen einer Temperatur der Lagersektion (22) zwecks Generierens eines Meßsignals entsprechend der Temperatur der Lagersektion (22) aufweist, wobei die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (11a) (bzw. 12 - A.d.Ü.) nach Maßgabe des Meßsignals in einen der Vorwärm- und Rotationszustände setzt (set).

3. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) eine Einheit (29) zum Vergleichen des Meßsignals mit einem Bezugspegel entsprechend dem Schmelzpunkt des Flüssig-Metallschmiermittels zwecks Generierens eines Vergleichssignals und eine Einheit (30) zum Steuern bzw. Regeln der Stromquelle (29) (bzw. 12 - A.d.Ü.) nach Maßgabe des Vergleichssignals aufweist, wobei die Steuereinheit (30) die Statorwicklung (11a) die Rotation nur dann starten läßt wenn das Meßsignal höher ist als der Bezugspegel.

4. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) eine Einheit (30) zum Detektieren oder Messen eines durch die Stator-Magnetwicklung (11a) fließenden Stroms aufweist, wobei die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) nach Maßgabe des Meßsignals in einen der Vorwärm- und Rotationszustände setzt.

5. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) veranlaßt, den elektrischen Vorwärmstrom im Vorwämzustand für eine vorbestimmte Zeitspanne anzulegen.

6. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (12) im Vorwärmzustand den elektrischen Vorwärmstrom generiert, der unzureichende Größe und Frequenz zum Drehen(lassen) der rotierenden Struktur (16) aufweist.

7. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des elektrischen Vorwärmstroms höher ist als 50 Hz oder 60 Hz.

8. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationszustand eine Vorrotationsstufe oder -phase, in welcher die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) zum Generieren eines elektrischen Vorrotationsstroms eines ersten Pegels veranlaßt, und eine Einschwingoder Dauerrotationsstufe bzw. -phase umfaßt, in welcher die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) zum Generieren eines elektrischen Dauerrotatiönsstroms eines zweiten Pegels, der kleiner ist als der erste Pegel, veranlaßt.

9. Röntgen(röhren)anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Vorwärmstrom einen ersten Pegel und der elektrische Rotationsstrom einen zweiten Pegel, der niedriger ist als der erste Pegel, aufweisen und der elektrische Vorwärmstrom für eine vorbestimmte Zeitspanne, die für das Schmelzen des Metallschmiermittels ausreicht, an die Statorwicklung angelegt wird.

10. Röntgen(röhren)anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß

die Stator-Magnetwicklung (11a) die rotierende Struktur (16) umschließt, um ein Magnetfeld zum Drehen(lassen) der rotierenden Struktur (16) zu generieren, und

die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) im Vorwärmzustand veranlaßt, während einer vorbestimmten Zeitspanne die Vorwärmspannung mit einem (einer) ausreichend niedrigen Pegel oder Größe, um die rotierende Struktur (19) (bzw. 16 - A.d.U.) nicht zu drehen (drehen zu lassen), aber mit einer ausreichenden Größe zum Generieren eines Magnetfelds für das Induzieren von auf die Lagersektion (22) einwirkender Wärme und zum Schmelzen des Metallschmiermittels zu generieren, und die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) im Rotationszustand veranlaßt, die Rotationsspannung mit einer ausreichenden Größe zum Drehen(lassen) der rotierenden Struktur (19) (bzw. 16 - A.d.Ü.) zu generieren.

11. Röntgen(röhren)anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) eine Einheit (30) zum Überwachen der Drehung oder Rotation der rotierenden Struktur (16) zwecks Generierung eines Überwachungssignals aufweist, wobei die Einstelleinrichtung (28, 29, 30) die Stromquelle (12) so ansteuert oder regelt, daß nach Maßgabe des Überwachungssignals ein Umschalten vom Vorwärmzustand auf den Rotationszustand erfolgt.