EP0225463A1

EP0225463A1 - X-ray emitter

Info

Publication number: EP0225463A1
Application number: EP86114903A
Authority: EP
Inventors: Klaus Dr. Haberrecker; Rainer Roth
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1985-11-07
Filing date: 1986-10-27
Publication date: 1987-06-16
Also published as: DE8531503U1; US4841557A; JPS6281400U; EP0225463B1; DE3663765D1

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.

The invention relates to an x-ray emitter with an x-ray tube (2) which is mounted in a protective housing (1) filled with liquid, electrically insulating agent and which is associated with a circulation pump (20) which improves the cooling of the tube (2) and acts as a squirrel-cage motor The pumping means of the pump (20) form a unit with the rotor (21) of the motor, which are optionally arranged together with the stator (25) in the protective housing (1).

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.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.

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.In X-ray emitters, high temperatures usually arise from the anode during operation. As is known, these arise when the electrons are decelerated on the anode. To remove this heat, the X-ray tube is installed in a container, the so-called tube bulb, which at the same time prevents the emission of X-rays in undesired directions. The space that remains free in the tube hood is filled with electrically insulating liquid, in particular oil. The heat coming from the tube to the liquid is dissipated by simple heat conduction (static cooling). However, this type of cooling can be improved further by placing coolants, such as a tube through which cooling water flows, in the container (static forced cooling). However, 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).

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.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.

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.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. For this purpose, it has proven to be expedient to combine the pump structurally with the hood, because then in particular there is no impediment to the movement of the radiator, as must be carried out in CT, for example. No additional feeds etc. are possible. The electrical wiring of the hood is required for generating the X-rays anyway.

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.It has proven to be expedient to combine 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.

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.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. As with 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.

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.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. In the case of rotating anode 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.

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.

Further details and advantages of the invention are further explained below using the exemplary embodiments shown in the figures.

1 shows an X-ray emitter, partially broken away, in which a pump is provided in the hood, the pumping means of which is a propeller,
2 shows a plan view of the pump with the removal of one bearing of the rotor,
in Figure 3, the use of a pump attached to the tube hood, in which the stator is outside the tube hood, and
in Figure 4, the design of the pump as a centrifugal pump.

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.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. 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.

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.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.

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.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.

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.In the tubular hood 1, 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. As a result, 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.

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.To cool the insulating agent filled in the hood 1, cooling water can be passed through a tube 36 as indicated by arrows 37 and 38.

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.In FIG. 3, the pump is moved to the end of the hood 1 which is closed with the cap 31 in FIG. Otherwise there is agreement with the embodiment according to FIG. 1. The coolant is only sucked off at the upper end of the hood through line 30 and pressed into the hood at the lower end by means of the pump 20, so that a coolant circuit is also brought about here.

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.In the embodiment according to FIG. 4, 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.

Claims

1. X-ray tube with an X-ray tube which is mounted in a protective housing, the interior between the X-ray tube and protective housing being filled with electrically insulating liquid, in particular oil, characterized in that a circulation pump for the liquid is integrated in the housing.

2. X-ray source according to claim 1, characterized in that the circulation pump is installed in the housing.

3. X-ray source according to claim 1, characterized in that the circulation pump is attached to the housing.

4. X-ray emitter according to claim 1, characterized in that the pump has an electric squirrel-cage motor in which the rotor has the shape of a pipe socket which encloses a propeller emulating the shape of a propeller as a means of conveying the liquid.

5. X-ray emitter according to claim 4, characterized in that the rotor consists of two layers, the inner of which is made of iron and the outer of copper, the former having a thickness of 1 mm to 3 mm, in particular 1 mm, and the second has a thickness of 1 mm to 33, in particular 1.5 mm.

6. X-ray emitter according to claim 5, characterized in that the rotor consists of an iron tube over which a copper tube is drawn.

7. X-ray emitter according to claim 1, characterized in that the wings of a centrifugal pump are placed on one end of the rotor.

8. X-ray emitter according to claim 1, characterized in that the housing has the shape of a tube, on the outside of which a line is laid which connects the two closed ends of the housing to one another, with one of the ends of the circulation line being assigned to the pump.

9. X-ray emitter according to claim 1, characterized in that a tube guided on the inner wall is present in the housing and has connections to a cooling water line.