EP0225463A1 - Röntgenstrahler - Google Patents

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EP0225463A1
EP0225463A1 EP86114903A EP86114903A EP0225463A1 EP 0225463 A1 EP0225463 A1 EP 0225463A1 EP 86114903 A EP86114903 A EP 86114903A EP 86114903 A EP86114903 A EP 86114903A EP 0225463 A1 EP0225463 A1 EP 0225463A1
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EP
European Patent Office
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tube
ray
pump
housing
rotor
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EP86114903A
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Klaus Dr. Haberrecker
Rainer Roth
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/04—Mounting the X-ray tube within a closed housing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105—Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures
    • H01J35/106—Active cooling, e.g. fluid flow, heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details
    • H05G1/025—Means for cooling the X-ray tube or the generator

Definitions

  • the invention relates to an X-ray emitter according to the preamble of claim 1.
  • Such arrangements are known, for example, from G.J. van der Plaats M.D. "Medical X-Ray Technique” Principles and Applications in Philips Technical Library 1961, pages 31 to 34.
  • the liquid present in the tubular hood can also be circulated by pumping it out of the hood and pumping it back again via a cooling block (cooling forced by circulation).
  • Static cooling has only a slight effect, particularly when the tube is under high load, whereas forced cooling requires a complicated structure, which is particularly annoying if the arrangement is to be kept in motion during the recording, as in computed tomography (CT).
  • CT computed tomography
  • the invention is therefore based on the object of specifying a highly effective and at the same time space-saving cooling device which can be combined with the radiator in a compact manner in an X-ray source of the type mentioned at the outset. This object is achieved by the measures specified in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and developments of the invention are specified in the subclaims.
  • the invention is based on the fact that it is advantageous and favorable for the cooling of the tube if the coolant, that is to say an oil filled into the hood, is kept in motion by means of a circulating pump.
  • the coolant that is to say an oil filled into the hood
  • the electrical wiring of the hood is required for generating the X-rays anyway.
  • the pump and its drive motor by using a squirrel-cage rotor motor, the rotor of which also acts as a conveying means for the pump, ie the pump is at the same time part of the drive motor.
  • This is achieved in a simple manner by designing the rotor of the motor in the form of a tube which carries the pumping means, for example enclosing a propeller designed in the form of a propeller, or by fitting the blades of the rotor of a centrifugal pump onto one end of the rotor are.
  • the rotor itself can be made in the manner known from X-ray tubes from a two-layer material, one of which is copper and the other is iron. A favorable construction is obtained by pulling a copper pipe over an iron pipe.
  • the diameter of the rotor is expediently adapted to the required flow.
  • the rotor can be guided on an axis in ball bearings, which in turn are attached to a stainless steel tube surrounding the rotor via cantilevers.
  • the stator can be attached to the outside of this tube. This can be designed in particular in the way that is used for driving the anode of X-ray tubes.
  • the rotor can be accommodated in the tube hood so that it is enclosed by the insulating coolant.
  • the pump can also be attached to the hood so that the rotor is then outside the hood.
  • Mains alternating current of 50 or 60 Hz can be used to drive the pump, as is also used to drive the anode of X-ray tubes.
  • Mains alternating current of 50 or 60 Hz can be used to drive the pump, as is also used to drive the anode of X-ray tubes.
  • no additional power supply needs to be provided for the pump, since a drive for the rotating anode must be present anyway.
  • a tubular hood 1 is shown partially broken open, which contains a rotating anode X-ray tube 2.
  • This tube 2 has a cathode arrangement 3 at its rear end and an anode arrangement 4 opposite it.
  • the arrangement 3 comprises, in a manner known per se, a hot cathode 5, which consists of two separately switchable parts.
  • an anode plate 7 In front of the arrangement 4 there is an anode plate 7 opposite the cathode 5. Electron beams 6, which emanate from the cathode 5, thus reach the focal spot path of the anode plate 6, which is connected via an axis to a rotor 8 used for driving in a known manner.
  • the tube 2 is assigned a stator 9 from the outside at the point where the rotor 8 is located.
  • the tube hood 1 has a radiation exit tube 10 on the side facing the radiation exit of the tube 2.
  • the entire hood 1 is supported via a support arm 11 in a known manner, for example locally on an X-ray device.
  • the operating voltages are supplied via connections 14 to 16 and 17 to 19. These come from an electrical operating device known per se which can be fed from the mains.
  • a housing 20 of a circulation pump is attached at the upper end. It contains a rotor 21 which is mounted in bearings 22 on an axis 23. In the interior of the rotor 21 there is also a prop ler 24 to promote the oil filled in the hood 1.
  • the rotor 21 is set in motion by means of a stator 25 which is located on the outside of the housing 20. For this purpose, the stator receives the drive current via lines 26, 27, which is supplied to the stator 9 of the tube 2 via lines 17 and 18.
  • the propeller 24 is set in motion, and oil is pressed out of the hood 1 into a line 30, which opens within the end 31 of the hood 1 opposite the pump 20, so that during operation of the pump a recirculation of the one filled in the hood 1 Coolant is done.
  • the rotor 21 consists of a 1.5 mm thick and 52 mm clear tube 32 made of copper, on the inside of which is a 1 mm thick tube 33 made of iron. Supports 35 are provided to hold the bearing 23 on the housing 20.
  • cooling water can be passed through a tube 36 as indicated by arrows 37 and 38.
  • the pump is brought into the form of a centrifugal pump, in which the stator 25 corresponds to that according to 4, 1 and 3 and is attached to the outside of the pump housing 20.
  • the rotor 21 is free of pumping means and is guided on its axis 23 in bearings 22.
  • the blades 40 of a centrifugal pump are placed on top of the rotor 21 as pumping means, so that, as indicated by an arrow 41, the coolant is pressed into the discharge line, which, as indicated at 30 and 4, is expanded in a funnel shape, so that a circuit of the coolant is also achieved here.

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Abstract

Die Erfindung berifft einen Röntgenstrahler mit einer Röntgenröhre (2), die in einem mit flüssigem, elektrisch isolierendem Mittel gefüllten Schutzgehäuse (1) montiert ist und der zur Verbesserung der Kühlung der Röhre (2) eine Umwälzpumpe (20) zugeordnet ist, die als Kurzschlußläufermotor ausgebildet ist, wobei die Fördermittel der Pumpe (20) mit dem Rotor (21) des Motors eine Einheit bilden, die gegebenenfalls zusammen mit dem Stator (25) im Schutzgehäuse (1) angeordnet sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Röntgenstrahler nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Anordnungen sind etwa bekannt aus G.J. van der Plaats M.D. "Medical X-Ray Technique" Principles and Applications in Philips Techni­cal Library 1961, Seiten 31 bis 34.
  • Bei Röntgenstrahlern treten im Betrieb gewöhnlich von der Anode ausgehend hohe Temperaturen auf. Diese entstehen bekanntlich bei der Abbremsung der Elektronen auf der Anode. Zum Abstransport dieser Wärme baut man die Rönt­genröhre in einen Behälter, den sogenannten Röhrenkol­ben, ein, der zugleich die Abgabe von Röntgenstrahlen in unerwünschte Richtungen verhindert. Der dabei in der Röhrenhaube freibleibende Raum wird mit elektrisch iso­lierender Flüssigkeit, insbesondere Öl, gefüllt. Die von der Röhre auf die Flüssigkeit gelangende Wärme wird durch einfache Wärmeleitung abgeführt (statische Küh­lung). Diese Art von Kühlung kann aber noch verbessert werden, indem Kühlmittel, wie etwa eine von Kühlwasser durchflossene Röhre, in den Behälter gebracht sind (sta­tische Zwangskühlung). Es kann aber auch eine Umwälzung der in der Röhrenhaube vorhandenen Flüssigkeit vorgenom­men werden, indem sie aus der Haube heraus- und über ei­nen Kühlblock wieder zurückgepumpt wird (durch Zirkula­tion erzwungene Kühlung). Die statische Kühlung weist insbesondere bei hoher Belastung der Röhre nur geringe Wirkung auf, während eine Zwangskühlung komplizierten Aufbau erfordert, der insbesondere dann störend ins Ge­wicht fällt, wenn die Anordnung wie bei der Computertomo­graphie(CT) während der Aufnahme in Bewegung gehalten wer­den soll.
  • Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, bei einer Röntgenstrahlenquelle der eingangs genannten Art eine hochwirksame und gleichzeitig raumsparende sowie mit dem Strahler kompakt vereinigbare Kühlvorrichtung anzugeben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maß­nahmen gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung an­gegeben.
  • Die Erfindung geht davon aus, daß es vorteilhaft und für die Kühlung der Röhre günstig ist, wenn man das Kühlmit­tel, also etwa ein in die Haube eingefülltes Öl, mittels einer Umwälzpumpe in Bewegung hält. Dazu hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Pumpe baulich mit der Haube zu vereinigen, weil dann insbesondere eine Behinderung der Bewegung des Strahlers, wie sie etwa bei CT durchgeführt werden muß, unterbleibt. Es sind keine zusätzlichen Zu­führungen etc. möglich. Die elektrische Beschaltung der Haube ist für die Erzeugung der Röntgenstrahlen ohnehin erforderlich.
  • Als zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, die Pumpe und ihren Antriebsmotor zu vereinigen, indem ein Kurzschluß­läufermotor verwendet wird, dessen Rotor zugleich als För­dermittel der Pumpe wirksam wird, d.h. die Pumpe ist gleichzeitig Teil des Antriebsmotors. Dies wird auf ein­fache Weise erreicht, indem der Rotor des Motors in der Form eines Rohres ausgebildet wird, das die Pumpmittel trägt, etwa einen in der Form einer Schiffsschraube aus­gebildeten Propeller umschließt oder indem auf das eine Ende des Rotors die Flügel des Rotors einer Kreiselpumpe aufgesetzt sind. Der Rotor selbst kann in der von Rönt­genröhren her bekannten Weise aus einem Zweischichtenma­terial hergestellt sein, von welchem das eine Kupfer und das andere Eisen ist. Eine günstige Konstruktion wird er­halten, indem über ein Eisenrohr ein Kupferrohr gezogen wird. Der Durchmesser des Rotors wird dabei zweckmäßiger­weise dem geforderten Durchfluß angepaßt.
  • Der Rotor kann an einer Achse in Kugellagern geführt werden, die ihrerseits über Ausleger an einem den Rotor umschließenden Rohr aus Edelstahl befestigt sind. An der Außenseite dieses Rohres kann der Stator angebracht wer­den. Dieser kann insbesondere in der Art ausgebildet sein wie derjenige, der für den Antrieb der Anode von Röntgen­röhren verwendet wird. Der Rotor kann wie bei Röntgen­röhren in der Röhrenhaube untergebracht sein, so daß er vom isolierenden Kühlmittel umschlossen ist. Die Pumpe kann aber auch an die Haube angesetzt sein, so daß der Rotor dann außerhalb der Haube liegt.
  • Zum Antrieb der Pumpe kann Netzwechselstrom von 50 oder 60 Hz verwendet werden, wie er für den Antrieb der Anode von Röntgenröhren auch benutzt wird. So braucht bei Dreh­anoden-Röntgenröhren für die Pumpe keine zusätzliche Strom­versorgung vorgesehen zu werden, da ein Antrieb für die Drehanode ohnehin vorhanden sein muß.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Aus­führungsbeispiele weiter erläutert.
    • In der Figur 1 ist teilweise aufgebrochen ein Röntgen­strahler gezeichnet, bei welchem in der Haube eine Pumpe vorgesehen ist, deren Pumpmittel ein Propeller ist,
    • in der Figur 2 eine Draufsicht auf die Pumpe unter Weg­nahme des einen Lagers des Rotors,
    • in der Figur 3 die Verwendung einer an die Röhrenhaube angesetzten Pumpe, bei welcher der Stator außerhalb der Röhrenhaube liegt, und
    • in der Figur 4 die Ausbildung der Pumpe als Kreiselpumpe.
  • In der Figur 1 ist teilweise aufgebrochen eine Röhren­haube 1 gezeichnet, die eine Drehanoden-Röntgenröhre 2 enthält. Diese Röhre 2 hat am einen hinteren Ende ihres Kolbens eine Kathodenanordnung 3 und ihr gegenüber eine Anodenanordnung 4. Dabei umfaßt die Anordnung 3 in an sich bekannter Weise eine Glühkathode 5, die aus zwei getrennt schaltbaren Teilen besteht. Vor der Anordnung 4 liegt ein Anodenteller 7 gegenüber der Kathode 5. Elek­tronenstrahlen 6, die von der Kathode 5 ausgehen, errei­chen so die Brennfleckbahn des Anodentellers 6, der über eine Achse mit einem in bekannter Weise zum Antrieb ver­wendeten Rotor 8 verbunden ist.
  • Der Röhre 2 ist von außen an der Stelle, an der sich der Rotor 8 befindet, ein Stator 9 zugeordnet. Die Röhren­haube 1 weist an der dem Strahlenaustritt der Röhre 2 zugewandten Seite einen Strahlenaustrittstubus 10 auf. Die gesamte Haube 1 wird über einen Tragarm 11 in bekann­ter Weise etwa an einem Röntgengerät örtlich einstellbar gehaltert.
  • Die Zuführung der Betriebsspannungen erfolgt über An­schlüsse 14 bis 16 und 17 bis 19. Diese kommen von ei­nem an sich bekannten elektrischen Betriebsgerät, das vom Netz gespeist werden kann.
  • In der Röhrenhaube 1 ist am oberen Ende ein Gehäuse 20 einer Umwälzpumpe angebracht. Sie enthält einen Rotor 21, der in Lagern 22 an einer Achse 23 gelagert ist. Im Inne­ren des Rotors 21 befindet sich außerdem noch ein Propel­ ler 24 zur Förderung des in der Haube 1 eingefüllten Öles. Der Rotor 21 wird mittels eines Stators 25, der außen am Gehäuse 20 liegt, in Bewegung gesetzt. Dazu er­hält der Stator über Leitungen 26, 27 den Antriebsstrom, der über die Leitungen 17 und 18 dem Stator 9 der Röhre 2 zugeführt wird. Dadurch wird der Propeller 24 in Bewegung gesetzt, und aus der Haube 1 wird Öl in eine Leitung 30 gedrückt, die innerhalb des der Pumpe 20 gegenüberliegen­den Abschlusses 31 der Haube 1 mündet, so daß beim Betrieb der Pumpe eine Umwälzung des in der Haube 1 eingefüllten Kühlmittels erfolgt. Der Rotor 21 besteht dabei aus ei­nem 1,5 mm starken und 52 mm lichte Weite aufweisenden Rohr 32 aus Kupfer, an dessen Innenseite ein 1 mm star­kes Rohr 33 aus Eisen liegt. Zur Halterung des Lagers 23 am Gehäuse 20 sind Abstützungen 35 vorgesehen.
  • Zur Kühlung des in der Haube 1 eingefüllten Isoliermit­tels kann durch ein Rohr 36 entsprechend der Andeutung durch Pfeile 37 und 38 Kühlwasser geleitet werden.
  • In der Figur 3 ist die Pumpe an das in der Figur 1 mit der Kappe 31 verschlossene Ende der Haube 1 verlegt. An­sonsten besteht Übereinstimmung mit der Ausführung nach Figur 1. Durch die Leitung 30 wird das Kühlmittel ledig­lich am oberen Ende der Haube abgesaugt und mittels der Pumpe 20 am unteren Ende in die Haube gepreßt, so daß auch hier ein Kreislauf des Kühlmittels hervorgerufen wird.
  • Bei der Ausführung nach Figur 4 ist die Pumpe in die Form einer Kreiselpumpe gebracht, bei welcher der Stator 25 mit demjenigen nach 4, 1 und 3 übereinstimmt und an der Außenseite des Pumpengehäuses 20 angebracht ist. Der Ro­tor 21 ist frei von Pumpmitteln und an seiner Achse 23 in Lagern 22 geführt. Als Pumpmittel sind oben auf den Rotor 21 die Flügel 40 einer Kreiselpumpe aufgesetzt, so daß, wie durch einen Pfeil 41 angedeutet, das Kühl­mittel in die Ableitung, die oben, wie mit 30 und 4 an­gedeutet, trichterförmig ausgeweitet ist, gedrückt wird, so daß auch hier ein Kreislauf des Kühlmittels erreicht wird.

Claims (9)

1. Röntgenstrahler mit einer Röntgenröhre, die in einem Schutzgehäuse montiert ist, wobei der Innenraum zwischen Röntgenröhre und Schutzgehäuse mit elektrisch isolieren­der Flüssigkeit, insbesondere Öl, gefüllt ist, da­durch gekennzeichnet, daß in das Gehäuse eine Umwälzpumpe für die Flüssigkeit integriert ist.
2. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe in das Gehäuse eingebaut ist.
3. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umwälzpumpe an das Gehäuse angesetzt ist.
4. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe einen elek­trischen Kurzschlußläufermotor aufweist, in welchem der Rotor die Form eines Rohrstutzens hat, der einen die Form einer Schiffsschraube nachbildenden Propeller als Förder­mittel der Flüssigkeit umschließt.
5. Röntgenstrahler nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei Schichten besteht, von denen die innere aus Eisen und die äußere aus Kupfer besteht, wobei die erstere eine Dicke von 1 mm bis 3 mm, insbesondere 1 mm, und die zweite eine Dicke von 1 mm bis 33, insbesondere 1,5 mm, aufweist.
6. Röntgenstrahler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem Eisenrohr besteht, über das ein Kupferrohr gezogen ist.
7. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf das eine Ende des Rotors die Flügel einer Kreiselpumpe aufgesetzt sind.
8. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse die Form eines Rohres hat, an dessen Außenseite eine Leitung ver­legt ist, die die beiden verschlossenen Enden des Gehäu­ses miteinander verbindet, wobei einem der Enden der Um­laufleitung die Pumpe zugeordnet ist.
9. Röntgenstrahler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse ein an der Innenwand geführtes Rohr vorhanden ist, das Anschlüsse an eine Kühlwasserleitung aufweist.
EP86114903A 1985-11-07 1986-10-27 Röntgenstrahler Expired EP0225463B1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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DE8531503U DE8531503U1 (de) 1985-11-07 1985-11-07 Röntgenstrahler

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EP0225463A1 true EP0225463A1 (de) 1987-06-16
EP0225463B1 EP0225463B1 (de) 1989-05-31

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EP86114903A Expired EP0225463B1 (de) 1985-11-07 1986-10-27 Röntgenstrahler

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