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Die Erfindung betrifft Röntgenröhren mit Drehanode und
insbesondere eine Abschirmanordnung für den Stator des
Antriebsmotors für die Drehanode.
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Röntgenröhren, beispielsweise für die medizinische Diagnostik
sind üblicherweise wie eine Diode gebildet (Fig. 1), d.h. mit
einer Kathode 11 und einer Anode 12 oder einer Antikathode,
wobei diese beiden Elektroden in einer Hülle 14
eingeschlossen sind, die vakuumdicht ist und die elektrische Isolierung
zwischen den beiden Elektroden zu realisieren erlaubt. Die
Kathode 11 erzeugt einen Elektronenstrahl 13, und die Anode
12 empfängt diese Elektronen auf einer kleinen Oberfläche,
welche einen Brennpunkt bildet, von dem aus die
Röntgenstrahlen emittiert werden.
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Wenn die Versorgungshochspannung durch einen Generator 15 an
den Anschlüssen der Kathode 11 und der Anode 12 derart
angelegt wird, daß die Kathode auf einem negativen Potential -HT
liegt, bildet sich ein Strom, ein sogenannter elektronischer
Strom bzw. Elektronenstrom, in dem den Generator 15
durchsetzenden Stromkreis aus, wodurch die Versorgungshochspannung
erzeugt wird; der Elektronenstrom durchsetzt den Raum
zwischen der Kathode und der Anode in der Form eines
Elektronenstrahls 13, der den Brennpunkt bombadiert.
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Ein geringer Anteil der zur Erzeugung des Elektronenstrahls
13 aufgewandten Energie wird in Röntgenstrahlen umgewandelt,
und der Rest dieser Energie wird in Wärme umgewandelt. Auch
aufgrund der aufgebotenen hohen momentanen Leistungen haben
die Konstrukteure seit langem Röntgenröhren mit Drehanode
realisiert, bei denen die Anode in Drehung versetzt wird, um
den Wärmefluß auf einem Kranz, den sogenannten Fokalkranz,
mit einem viel größeren Flächeninhalt als der Brennpunkt zu
verteilen, wobei das Interesse daran umso größer ist, je
höher die Drehzahl ist (üblicherweise zwischen 3.000 und 12.000
Umdrehungen pro Minute).
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Die Drehanode des herkömmlichen Typs hat die allgemeine Form
einer Scheibe mit einer Symmetrieachse 16, um welche sie mit
Hilfe eines Elektromotors 17 in Drehung versetzt wird; der
Elektromotor hat einen Stator 18, der außerhalb der Hülle 14
angeordnet ist, und einen Rotor 19, der in der Hülle 14 der
Röntgenröhre angebracht und entlang der Symmetrieachse 16
angeordnet ist, wobei der Rotor unter Zwischenanordnung einer
Tragwelle 20 mechanisch an der Anode 12 befestigt ist.
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Aufgrund der starken Energieverluste erwärmt sich die
Röntgenröhre, und es ist erforderlich, sie abzukühlen, indem sie
in einer Einfassung bzw. Hülle, Ummantelung genannt,
angeordnet wird, in welcher ein Kühl- und Isolierfluid zirkuliert,
das durch eine geeignete Vorrichtung abgekühlt werden kann.
Diese Ummantelung, die innerhalb von einer Bleischicht aus
einem plattierten Metall realisiert ist, dient außerdem zum
Schutz der Außenumgebung gegenüber der Röntgenstrahlung, die
durch den Brennpunkt der Röntgenröhre in sämtlichen
Richtungen emittiert wird.
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Die Kombination der Ummantelung und der Röhre bildet damit
das, was man als radiogene bzw. strahlende Einheit
bezeichnet.
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In einer radiogenen Einheit handelt es sich bei der
Röntgenröhre, im Gegensatz zu passiven Bestandteilen, wie
beispielsweise Widerständen, Induktionsspulen und Kondensatoren ...,
die sich in Übereinstimmung mit den etablierten Gesetzen
verhalten, um ein Bauteil vom aktiven oder reaktiven Typ, die
stochastische Störungen erzeugen, gegen die Schutz angezeigt
ist.
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Tatsächlich handelt es sich bei den Röntgenröhren, die bei
der medizinischen Radiodiagnostik verwendet werden, um
Vakuumröhren, die mit sehr hohen Spannungen arbeiten, die bis
zu 150 kV reichen. Diese hohen Spannungen rufen sehr hohe
elektrische Felder in dem Vakuum hervor, die durch die
Anwesenheit von Verunreinigungen oder Mikroaggregaten auf der
Oberfläche der Elektroden verstärkt werden, die bei der
Herstellung der Röhre trotz jeder Sorgfalt schwierig zu
beseitigen sind, die auf die Behandlung der Oberfläche verwandt
wird.
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Wenn die Intensität des elektrischen Felds ausreichend hoch
wird, tritt deshalb eine "Röhrenreaktion" oder
"Röhrenprasseln" genannte Instabilität auf, die die gesamte
oder einen Teil der Verunreinigung aufgrund dieser hohen
Intensität des elektrischen Felds verdampft. Wenn der neue
Zustand der Oberfläche nicht ausreichend homogen ist, um die
punktuelle Intensität des elektrischen Felds auf einen
schwächeren Wert abzuschwächen, wiederholt sich das "Prasseln",
bis die Oberfläche ausreichend homogen oder "rein" ist, um
die Hochspannung zu führen.
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Dieses Phänomen tritt gelegentlich während der gesamten
Lebenszeit der Röhre auf, und es handelt sich dabei um
dasjenige Mittel, durch das die Röntgenröhre sich von den
Verunreinigungen reinigt, die sich während der gesamten
Röhrenlebensdauer in stochastischer Weise verschieben können.
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Diese elektrischen Entladungen in der Röhren erregen die
natürlichen Resonanzen der elektrischen Kreise im Innern der
Ummantelung, und die Hochfrequenzschwingungen, die daraus
resultieren, typischerweise in der Größenordnung von einigen
hundert Megahertz, werden in die gesamte elektronische Anlage
in Umlauf gebracht und ausgestrahlt, die in Nachbarschaft zu
der Röntgenröhre angeordnet ist. Diese Schwingungen haben
häufig eine sehr hohe Energie und können dadurch dauerhafte
Beschädigungen an den empfindlichen elektronischen Bauteilen
verursachen, was zu einem schlechten Funktionieren der
elektronischen Anlage führt.
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Die herkömmlichen Mittel, die verwendet werden, um den
"Röhrenprassel"-Effekt auf die elektronische Anlage zu
verringern, wie in der europäischen Patentanmeldung,
veröffentlicht unter der Nr. 0 151 878 beschrieben, demnach die
Ummantelung der Röhre in zwei Kammern unterteilt ist, von denen
die eine die Kathode und die Anode und die andere die
elektronischen Schaltungen enthält, haben zum Ziel, die
Hochfrequenzstörungen davon abzuhalten, in die elektronische Anlage
einzudringen, indem die Anlage in Metallhüllen eingeschlossen
wird, indem Filter an den Eingängen der Anlage angeordnet
werden, und indem die verschiedenen Elemente der Anlage auf
Masse gelegt werden.
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Da die Röntgenröhre und der Hochspannungsgenerator in den
Metallhüllen angeordnet sind, sind außerdem die einzigen
Elemente, die nicht geschützt sind, die Versorgungsleiter für
die Kathode und die Anode sowie diejenigen für den Stator.
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Es ist bekannt, die Versorgungsleitungen für die Kathode und
die Anode zu schützen, indem Koaxialkabel eines speziellen
Typs verwendet werden, die eine äußere Abschirmung aufweisen,
die auf die Masse der Metallhülle der Ummantelung gelegt
sind.
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Es ist außerdem bekannt, die Ausbreitung der
Hochfrequenzschwingungen für die Drähte des Stators zu verringern, indem
Induktanzen auf den Versorgungsdrähten in Reihe und
Kondensatoren parallel zwischen die zuletzt genannten und Masse
geschaltet werden. Um den Stator selbst zu schützen, ist es
ferner bekannt, Metallabschirmungen, die außerhalb von der
Röhre angeordnet sind, zwischen dem Rotor und dem Stator
vorzusehen. Diese Metallabschirmungen sind teuer, ihre
mechanische Befestigung ist problematisch, weil ihre Anbringung eine
Beschädigung der Statordrähte verursachen kann, ihre Formen
müssen verrundet sein, um Feldeinwirkungen zwischen dem
Stator und der Anode zu vermeiden, und ihre Stärke von einigen
zehn Millimetern ist die Ursache für Motorstromverluste, und
sie erzeugt eine thermische Abschirmung, welche die
Wärmeableitung des Stators begrenzt.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin,
Abschirmungen für den Stator zu schaffen, welche die
vorstehend genannten Nachteile nicht aufweisen.
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Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit Drehanode, die
eine Abschirmanordnung für den Stator des Antriebsmotors für
die Röhre aufweist, wobei die Röhre in einer Metallhülle von
einem becherförmigen isolierenden Träger gehalten wird, der
auch als Träger für den Stator des Motors dient, welcher
einen magnetischen Kreis, eine Wicklung und ein
Versorgungskabel für die Wicklung aufweist, wobei ein trichterförmiges
isolierendes Teil zwischen dem Stator und dem Rotor außerhalb
der Röntgenröhre angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Anordnung aus einer leitenden Schicht besteht, die auf
dem trichterförmigen isolierenden Teil abgeschieden ist und
den Stator vom Rotor über seine Außenwand derart isoliert,
daß eine elektrostatische Abschirmung zwischen der Anode und
dem Stator einerseits und zwischen dem Rotor und dem Stator
andererseits gebildet wird, wobei die leitende Schicht eine
kreisförmige Unregelmäßigkeit auf halber Höhe des Stators
aufweist.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsform besteht die
Abschirmanordnung für den Stator des Antriebsmotors für die
Röntgenröhre mit Drehanode aus einer Schicht aus isolierendem
Material, die auf dem magnetischen Kreis der Wicklung und dem
Versorgungskabel angeordnet ist, und aus einer metallischen
Schicht besteht, die auf diesem isolierenden Material
angeordnet und mit Masse verbunden ist, und die eine elektrische
Unregelmäßigkeit auf der Seite des Rotors aufweist.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung erschließen sich aus dem Studium der folgenden
Beschreibung eines speziellen Ausführungsbeispiels und der Beispiele
gemäß dem Stand der Technik, wobei die Beschreibung in bezug
auf die beiliegenden Zeichnungen erfolgt; in diesen zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Röntgenröhre gemäß dem
Stand der Technik,
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Fig. 2 eine Detailansicht einer Röntgenröhre gemäß dem Stand
der Technik mit Drehanode, die in einer Schutz- und Kühlhülle
angeordnet ist, und
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Fig. 3 eine vergrößerte und detaillierte Ansicht des Stators
und des Rotors des Antriebsmotors für die Anode unter
Darstellung der zusätzlichen Schutzmittel gemäß der Erfindung.
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Eine Röntgenröhre 24 (Fig. 2) des einleitend in bezug auf
Fig. 1 erläuterten Typs ist in einer geschlossenen
Metallhülle oder einer Hülle 21 angeordnet, die mit einem
Isolierund Kühlfluid 22 gefüllt ist. Die Röntgenröhre 24 wird in
dieser Hülle durch einen isolierenden Flansch 23 in Position
gehalten, der mit der Hülle 21 vereinigt ist, und die Hülle
14 der Röhre einspannt, und durch einen isolierenden Träger
25, der mit der Hülle 21 vereinigt ist, auf dem ein Ende 26
eines Rotors 27 ruht, der im Innern der Hülle 14 angeordnet
ist.
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Der isolierende Träger 25, der Schalenform aufweist, dient
außerdem zur Abstützung bzw. zum Tragen eines Stators 18, der
im Innern der Schale angeordnet ist, wobei dieser Stator
einen magnetischen Kreis 29 und eine Wicklung 30 aufweist.
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Ein isolierendes Teil 31 bzw. ein Trichter ist zwischen dem
Stator 28 und dem Rotor 27 außerhalb der Hülle 14 angeordnet
und an einem isolierenden Träger oder einer Schale 25
befestigt.
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Die Versorgungsleitungen für die unterschiedlichen Elemente
der Kathode 11 gehen vom Generator 15 unter Zwischenschaltung
von Anschlüssen ab, die in Aufnahmen bzw. Buchsen 32 und 33
eingesteckt sind, welche die Wand der Hülle 21 durchsetzen.
Auch die Versorgungsleitung für die Anode geht vom Generator
15 unter Zwischenschaltung eines Steckers aus, der in eine
Aufnahme bzw. Buchse 34 eingesteckt ist, die den Rahmen der
Hülle 21 durchsetzt.
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Die Hülle 21 ist außerdem in herkömmlicher Weise mit einem
Röntgenstrahlaustrittfenster 35 versehen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung (Fig. 3) ist die
Außenwand des Trichters 31 mit einer leitenden Schicht 36 auf
einer Zone beschichtet, die zwischen den Punkten A und A'
enthalten ist, wobei diese leitende Schicht eine kreisförmige
Unregelmäßigkeit 37 darstellt, die auf halber Höhe des
magnetischen
Kreises 29 realisiert ist. Diese Unregelmäßigkeit
dient dazu, zu verhindern, daß die Ströme in die
Leitungsschicht am Ort des Rotors induziert werden. Der Abstand AA'
ist derart, daß die Schicht 36 eine elektrostatische
Abschirmung zwischen der Anode und dem Stator und zwischen dem Rotor
und dem Stator realisiert.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung sind die Ränder der
Schale 25 verlängert, um den Stator vollständig zu
umschließen, und die Innenwand der Schale ist mit einer
leitenden Schicht 38 auf einer Zone beschichtet, die zwischen den
Punkten B und B' enthalten ist und den Stator umgibt.
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Damit die durch die leitenden Schichten 36 und 38 realisierte
Abschirmung wirksam ist, sind diese Schichten durch Mittel
mit geringer Impedanz auf die Masse der Hülle 21 gelegt, wie
beispielsweise durch Schweißung der Masseleiter auf die
Schichten oder durch biegsame Kontakte aus Bronze-Beryllium,
die mit den Bezugsziffern 39, 40, 41 und 42 versehen sind.
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Die Wicklung 30 wird durch die Leiter in dem Kabel 43
versorgt, welches die Schale 25 durch ein Loch 44 und die Hülle
durch einen abgedichteten Durchlaß 45 durchsetzt.
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Die Schale 45 weist außerdem Löcher 46 für die Umwälzung des
Fluids 22 auf.
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Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist die
elektrostatische Abschirmung durch einen Metallfilm realisiert, der
auf die Wicklung 30, das Kabel 43 sowie auf den magnetischen
Kreis 29 und die aktiven Drähte aufgetragen ist, was ihn in
seinen Nuten einschließt. Die leitenden Teile 29, 30 und 43
werden vorab durch einen Lack oder ein isolierendes Material
derart isoliert, daß Kurzschlüsse zwischen den Leitern der
Wicklung und den Blechen des magnetischen Kreises verhindert
werden.
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In dieser Variante ist außerdem eine elektrische
Unregelmäßigkeit für den Metallfilm auf seiten des Rotors und seinem
Masseanschluß vorgesehen. Schließlich weist dieser Metallfilm
einige Öffnungen auf seiten der Wand der Hülle auf, um
Gasbläschen durchzulassen.
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Das Material der Schicht oder der Metallfilm kann Kupfer oder
Silber sein oder ein beliebiges anderes Material guter
elektrischer Leitfähigkeit, und seine Dicke kann einige µm bis
einige zehn Millimeter betragen.
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Die Erfindung wurde mit einer leitenden Schicht 36 auf der
Außenwand des Trichters 31 und einer leitenden Schicht auf
der Innenwand der Schale 25 erläutert (Fig. 3); die Erfindung
kann jedoch auch mit einer leitenden Schicht auf der
Außenwand der Schale 25 ausgeführt werden.