EP3020049A1 - Strahlenverschluss, insbesondere für röntgenstrahlen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung (1) zum Verschließen bzw. Freigeben eines Strahlengangs (3) elektromagnetischer und/oder ionisierender Strahlung aufweisend zumindest einen permanent im Strahlengang (3) angeordneten Teil (5) eines um eine im Wesentlichen quer zum Strahlengang (3) angeordnete Längsachse (7) drehbaren Verschlusskörpers (9), der ein für die Strahlung dichtes Material aufweist, welches in einer Schließ-Drehstellung (B) des Verschlusskörpers (9) den Strahlengang (3) blockiert, und einen in einer Offen-Drehstellung (A) für die Strahlung transparenten Durchgang (11) definiert, und ein Antriebsmittel (13), welches mit dem Verschlusskörper (9) zu dessen Drehung um die Längsachse (7) zwischen den Drehstellungen (A, B) gekoppelt ist, wobei das Antriebsmittel (13) ein elektrischer Magnetantrieb ist und eingerichtet ist, den Verschlusskörper (9) zwischen den Drehstellungen (A, B) zu bewegen, wobei wenigstens eine der Drehstellungen (A, B) einer stabilen Stellung des Magnetantriebs entspricht, die der Magnetantrieb stromlos beibehält.

Description

Strahlenverschluss, insbesondere für Röntgenstrahlen

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Einrichtung zum Verschließen oder

Freigeben eines Strahlenganges für elektromagnetische oder ionisierende Strahlung. Die Erfindung betrifft im Besonderen eine Verschlusseinrichtung mit einem drehbaren

Verschlusskörper mit einer im Wesentlichen quer zum Strahlengang angeordneten

Drehachse. Hintergrund der Erfindung

DE 34 30 348 A zeigt einen Röntgenstrahlenverschluss zur Beendigung der

Röntgenstrahlenbelichtung eines Gegenstandes, für den Fall, dass die Kapazität von

Stromversorgungskabeln zu einer Röntgenröhre auch nach einer programmierten

Belichtungszeit noch Strom oder Leistung an die Röntgenröhre liefern. Dazu ist eine

Belichtungssteuerung mit einem ersten Solenoid verbunden, welches vor oder bei der Erregung der Röntgenröhre einen strahlenundurchlässigen Verschlussschieber aus Blei, Wolfram oder Uran gegen die Zugkraft einer Feder in eine Offenstellung zieht, in der der Verschluss mittels eine Halteklinke eines zweiten entspannten Solenoids gehalten wird. In der Offenstellung lässt ein Strahlungsfenster im Verschluss Röntgenstrahlen durchtreten.

Nachdem eine Steuerung die Röntgenstrahlungserzeugung eingeleitet hat, und sobald ein Sensor einen voreingestellten Bestrahlungsschwellenwert erfasst, erregt die Steuerung das ungespannte Solenoid, das die Halteklinke von dem Verschluss entfernt. Die Masse des Verschlusses und die Kraft der Feder sind so ausgewählt, dass der Verschluss in etwa 1 /5000 Sekunde von der Offenstellung in eine Verschlussstellung bewegt werden kann, um die Röntgenstrahlung schnell zu unterbrechen.

Problematisch bei der bekannten Verschlussvorrichtungen, bei welcher der Verschluss des Strahlengangs mittels eines Schiebers erfolgt, der in einer Richtung quer zum

Strahlengang eingeführt wird, ist, dass die für die geforderte schnelle Betätigung des Verschlusses verantwortliche Feder mit der Zeit ermüdet oder brechen kann. Des Weiteren ist die Anordnung aus Feder, Schieber, Halteklinke komplex und beansprucht aufgrund der Linearbewegung des Schiebers verhältnismäßig viel Einbauraum. Um die Größe des

Schiebers und damit seine Masse klein halten zu können, ist eine nahe Anordnung an der Strahlungsquelle erforderlich, weil dort die zu verschließende Querschnittfläche der

Strahlung klein ist. Schließlich ist bei der federbetätigten Linearbewegung des Schiebers ein Dämpfungsmittel zum Vermeiden von Rückprellen des Schiebers an der Endposition notwendig, wobei letztlich die Dimensionierung von Feder, Schieber und

Dämpfungselement immer eine Kompromisslösung darstellen wird.

US 5 107 530 A zeigt einen Drehverschluss, der zwischen einer ersten Stellung, in der ein Röntgenstrahlengang blockiert ist, und einer zweiten Stellung, in der der

Röntgenstrahlengang geöffnet ist, gemäß des Oberbegriffs des Anspruch 1 . An dem bekannten Drehverschluss ist eine Verschlussstellungsanzeige mit optischen Sensoren vorgesehen, um eine zuverlässige Drehung des Drehverschluss mittels eines Magnetantriebs in eine der ersten oder zweiten Stellung erfassen zu können. Der bekannte Drehverschluss und die Steuerung der Stellung des Verschlusses sind komplex.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine mögliche Aufgabe der Erfindung, eine Verschlusseinrichtung sowie ein Verfahren zum Freigeben bzw. Verschließen des Strahlengangs elektromagnetischer und/oder ionisierender Strahlung vorzuschlagen, die einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird zumindest teilweise mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Der Kerngedanke der Erfindung liegt darin, einen drehbaren Verschlusskörper anstelle eines linear in den Strahlengang zu bewegenden Schiebers mit einem Magnetantrieb als Antriebsmittel für die Drehung des Verschlusskörpers zwischen einer Verschließ-Drehstellung, in der der Strahlengang verschlossen wird, und einer Offen-Drehstellung, in der der

Strahlengang für die Strahlung freigegeben wird, zu verwenden;„freigegeben" bedeutet hier grundsätzlich, dass der Verschlusskörper in der Offen-Drehstellung für die zur

Anwendung kommende Strahlung in dieser Stellung transparent also wenigstens für einen bestimmten Frequenz- bzw. Wellenlängenbereich der Strahlung durchlässig ist, d.h. es kann sich prinzipiell weiterhin Material des Verschlusskörpers im Strahlengang befinden, das dann jedoch für die Strahlung bzw. wenigstens einen Teil davon transparent bzw. durchlässig ist.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung weist eine Einrichtung zum Verschließen bzw. Freigeben eines Strahlengangs elektromagnetischer und/oder ionisierender Strahlung auf: einen permanent im Strahlengang angeordneten und um eine im Wesentlichen quer zum Strahlengang angeordnete Längsachse drehbaren Verschlusskörper mit einem für die Strahlung dichten Material, welches in einer Schließ-Drehstellung den Strahlengang verschließt, und einem in einer Offen-Drehstellung für die Strahlung transparenten

Durchgang; d.h., im Vergleich zu bekannten Schieber- oder Blendenanordnungen, bei denen ein (bzw. mehrere) Verschlusselement(e) translatorisch aus einer (bzw. verschiedenen) Richtung(en) in den Strahlengang bewegt wird (bzw. werden), befindet sich das

Verschlusselement der Erfindung permanent im Strahlengang, wobei es zwei Drehstellungen, nämlich die Schließ-Drehstellung, in der es den Strahlengang verschließt bzw. gegen die Strahlung abdichtet bzw. die Strahlung blockiert, und die Offen-Drehstellung, in der die Strahlung bzw. wenigstens^'ein Teil davon im Wesentlichen ungehindert den

Verschlusskörper passieren kann, aufweist. Weiter weist die Verschlusseinrichtung ein

Antriebsmittel auf, welches mit dem Verschlusskörper zu dessen Drehung um die Längsachse zwischen den beiden Drehstellungen gekoppelt ist. Als Antriebsmittel ist ein elektrischer Magnetantrieb vorgesehen, der eingerichtet ist, den Verschlusskörper zwischen den beiden Drehstellungen zu bewegen. Wenigstens eine der beiden Drehstellungen entspricht einer stabilen Stellung des Magnetantriebs, die der Magnetantrieb stromlos (beibe-)halten kann.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung weist ein Verfahren zum Freigeben und Verschließen eines Strahlengangs für elektromagnetische und/oder ionisierende Strahlung die folgenden Schritte auf: - Drehen eines im Strahlengang permanent angeordneten und um eine im Wesentlichen quer zum Strahlengang angeordnete Längsachse drehbaren Teils eines Verschlusskörpers aus einem für die Strahlung dichten Material in eine Offen-Drehstellung, sodass ein in dem Verschlusskörper ausgebildeter für die Strahlung transparenter Durchgang mit dem Strahlengang zur Deckung gebracht wird. Drehen des im Strahlengang angeordneten Verschlusskörpers in eine Geschlossen- Drehstellung, sodass der Strahlengang durch das für die Strahlung dichte Material des Verschlusskörpers verschlossen wird.

Ausführen der jeweiligen Drehbewegungen des Verschlusskörpers zwischen den

Drehstellungen mittels eines elektrischen Magnetantriebs, und stromloses Halten wenigstens einer der Drehstellungen des Magnetantriebs mittels eines dieser

Drehstellung zugeordneten Permanentmagneten.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem

erfindungsgemäßen Verfahren ist, dass bei Kombination aus drehbetätigtem

Verschlusskörper und elektrischem Magnetantrieb besonders kurze Schaltzeiten zwischen den beiden Verschlusszuständen erzielt werden können.

Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen

Verschlusseinrichtung zum Verschließen bzw. Freigeben eines Strahlengangs

elektromagnetischer und/oder ionisierender Strahlung im Folgenden beschrieben werden, gelten selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem vorstehenden

erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung de einzelnen Erfindungsmerkmale hier wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann

In einer ersten Ausführung der Verschlusseinrichtung kann das Antriebsmittel ein monostabiler elektrischer Magnetantrieb sein, d.h., eine stabile Stellung aufweisen. Die Verschlusseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass eine vorbestimmte End-Drehstellung des Verschlusskörpers der stabilen Stellung des Magnetantriebs entspricht.

Beispielsweise kann der Magnetantrieb mittels eines hierfür eingebauten

Permanentmagneten, die vorbestimmte Endstellung stromlos, d.h. ohne Zufuhr elektrischen Stroms, (beibe-)halten.

Wenn die vorbestimmte Drehstellung die Verschließ-Drehstellung ist, ist die

Ausführung besonders im Hinblick auf Strahlungssicherheit vorteilhaft, da der Strahlengang nur aktiv offen ist, d.h. offen gehalten werden muss. D.h., im Fall einer Störung kann allein durch Unterbrechung der Stromzufuhr zum Magnetantrieb sichergestellt werden, dass die Verschlusseinrichtung die Verschließ-Drehstellung einnimmt und somit den Strahlengang blockiert. Besonders vorteilhaft ist, dass der eigentliche Schließvorgang dann stromlos, d.h., ohne Zufuhr von externer Leistung erfolgt.

In einer zweiten alternativen Ausführung der Verschlusseinrichtung kann das

Antriebsmittel ein bistabiler elektrischer Magnetantrieb sein, d.h., zwei stabile Stellungen aufweisen. Die Verschlusseinrichtung kann so konfiguriert sein, dass jede der beiden

(Funktions-)Drehstellungen des Verschlusskörpers jeweils einer von zwei stabilen Positionen des Magnetantriebs entspricht, die der Magnetantrieb stromlos (beibe-)halten kann.

D.h., der Magnetantrieb kann in der bistabilen Ausführung jeweils eine von zwei vorbestimmten Endstellungen, beispielsweise jeweils mittels eines hierfür eingebauten Permanentmagneten, stromlos (bei-)halten. Zwischen den baulich bedingten stabilen

Endstellungen kann es einen instabilen Gleichgewichtspunkt geben, wobei der Antrieb bei entsprechender Ansteuerung bzw. Auslenkung sich selbsttätig aus dem Gleichgewichtspunkt in die nächstgelegene stabile Endposition bewegen wird.

Besonders vorteilhaft ist hier, dass diese Ausführung der Verschlusseinrichtung keinen nennenswerten Leistungsbedarf hat, da der elektrische Magnetantrieb nur immer kurz zum Drehen des Verschlussmittels mit elektrischer Energie versorgt werden muss. Aufgrund der jeweils nur kurzen Arbeitsphasen für den elektrischen Magnetantrieb kann dieser im Bereich der Überlastung betrieben werden, um eine maximale Beschleunigung zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass die Zeit zwischen den Bewegungs- bzw. Arbeitsphasen für ein Abkühlen des Magnetantriebs ausreichend ist, d.h., der Antrieb wird zwar bei der kurzzeitigen

Überlastung in der Arbeitsphase warm, bleibt jedoch unterhalb der spezifizierten

Temperaturobergrenze. Daher gibt es hinsichtlich des Einbauortes im Wesentlichen keine besonderen Einschränkungen hinsichtlich der sicherzustellenden Wärmeableitung.

Das Antriebsmittel kann ein elektrischer Drehmagnetantrieb, aber auch ein

Linearmagnetantrieb sein; falls ein Linearmagnetantrieb eingesetzt wird, kann die

Linearbewegung beispielsweise über einen Hebelmechanismus in die benötigte

Drehbewegung zur erforderlichen Bewegung, d.h. Drehung, des Verschlusskörpers umgesetzt werden. Die für die Verschlusseinrichtung bevorzugten elektrischen Magnetantriebe können im Wesentlichen auf folgendem grundsätzlichen Konstruktionsprinzip basieren. Eine beispielsweise aus Kupferdraht gewickelte Spule bildet zusammen mit einem offenen

Eisenkern einen elektrischen Magneten, mit dem mechanische Arbeit in Form von Bewegung verrichtet oder einer Haltekraft erzeugt werden kann, wenn elektrischer Strom durch die Spule fließt. Als Linearantrieb ist der Magnetantrieb so ausgeführt, dass ein Anker bei Stromfluss eine geradlinige Hubbewegung ausführt. Je nach Auslegung kann die

Hubbewegung des Ankers bei Stromfluss drücken, ziehen oder ausgehend von einer

Mittellage auch beides. Als Drehantrieb ist der Magnetantrieb so konfiguriert, dass der Anker bei Stromfluss durch die Spule eine rein rotatorische Bewegung, ähnlich wie ein Elektromotor an der Antriebswelle erzeugt. Im Gegensatz zum Elektromotor kann sich der Anker des Drehmagnetantriebs nicht kontinuierlich, sondern nur über einen vorbestimmten Drehwinkel drehen; die Drehbewegung kann im Uhrzeigersinn, gegen den Uhrzeigersinn oder auch in beide Richtungen, dann ausgehend von einer Mittellage, erfolgen. Der Verschlusskörper kann beispielsweise in einer Einrichtung zur Formierung der

Strahlung eingebaut sein. Eine solche Formierungseinrichtung kann ein Kollimator sein. Der Verschlusskörper kann auch als Verschluss direkt am Gehäuse einer Einrichtung zur

Erzeugung der Strahlung angeordnet werden. Eine solche Strahlungserzeugungseinrichtung kann beispielsweise eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlen sein. Der Verschlusskörper kann so geformt sein, dass in der Offen-Drehstellung zum

Strahlengang gerichtete Innenflächen des Durchgangs so ausgebildet sind bzw. so verlaufen, dass sie im Wesentlichen mit inneren den Strahlengang begrenzenden Gehäuseflächen, d.h. Gehäuseinnenflächen, fluchten oder den lichten Querschnitt des Strahlengangs nicht beschränken. Alternativ kann auch mit dem Durchgang der gewünschte lichte Querschnitt des Strahlengangs definiert werden, d.h. die dem Strahlengang zugewandten

Innenoberflächen bzw. für den Fall, dass der Verschlusskörper aus verschiedenen Materialien, einem Teilbereich mit für die Strahlung dichtem Material sowie einem Teilbereich mit für wenigstens einen Teil der Strahlung transparentem Material, besteht, bestimmen die so definierten Grenzflächen den effektiven Querschnitt des Strahlengangs. In bestimmten Ausführungen kann der Verschlusskörper zumindest in dem Bereich bzw. Teil, der sich permanent im Strahlengang befindet, im Wesentlichen bzw. annähernd die Form eines Halbzylinders oder Zylinderabschnitts aufweisen.

In bestimmten Ausführungen kann der Verschlusskörper zumindest in dem Bereich bzw. Teil, der sich im Strahlengang befindet, im Wesentlichen bzw. annähernd die Form eines Vollzylinders aufweisen, wobei der Durchgang als ein quer zur Längsachse verlaufender Schlitz oder Fenster im Verschlusskörper sein kann.

Der Durchgang kann in einem besonders einfachen Fall durch Abwesenheit von jeglichem Material im Verschlusskörper definiert sein, d.h., der Durchgang im

Verschlusskörper kann materialfrei ausgeführt sein.

Alternativ kann der Durchgang im Verschlusskörper durch ein entsprechend geformtes und in den Verschlusskörper integriertes Material definiert bzw. ausgebildet sein, welches für die Strahlung transparent ist. Bei dieser Variante kann der Verschlusskörper so in eine den Strahlengang definierende Einrichtung eingesetzt sein, dass der Verschluss den Strahlengang zusätzlich hermetisch verschließt.

Die vorstehende Ausführung kann vorteilhaft weitergebildet werden, indem der Durchgang im Verschlusskörper durch ein entsprechend geformtes und in den

Verschlusskörper integriertes Filtermaterial definiert bzw. ausgebildet wird, wobei das Filtermaterial so gewählt ist, dass die durchgehenden Röntgenstrahlen gezielt gefiltert werden.

Beispielsweise kann das Filtermaterial so gewählt werden, dass die Röntgenstrahlung definiert aufgehärtet wird.„Aufgehärtet" bedeutet hier, dass Röntgenquanten mit niedriger Energie vom Filtermaterial absorbiert werden und solche mit hoher Energie weitestgehend durchgelassen werden. Mit anderen Worten die weicheren, d.h. langwelligeren und weniger durchdringungsfähigen Röntgenstrahlen werden herausgefiltert; als Filtermaterial kann hier z.B. Aluminium, Kupfer oder ähnliches verwendet werden. Weiter ist es auch möglich, zusätzlich bestimmte harte Röntgenstrahlen, d.h. kurzwellige und damit hochenergetische Anteile des Röntgenspektrums der Röntgenstrahlung herauszufiltern; als Filtermaterial eignet sich hierfür beispielsweise ein Material mit höherer Ordnungszahl, wie z.B. Zirkon,

Molybdän, Rhodium oder ähnliches.

Der Verschlusskörper und/oder das Antriebsmittel kann bzw. können mechanisch so konfiguriert sein, dass nur eine Bewegung in einem vorbestimmten Bereich möglich ist. Beispielsweise können an dem Verschlusskörper und/oder dem Antriebmittel den beiden (Funktions-)Drehstellungen (Offen-/Verschließ-Drehstellung) zugeordnete Endanschläge vorgesehen sein, sodass der Verschlusskörper bzw. das Antriebsmittel mechanisch nur in einem von den Endanschlägen definierten Bereich beweglich ist. Dadurch kann die jeweilige Drehstellung des Verschlusskörpers besonders präzise sichergestellt werden. Zusätzlich können elastische Endanschläge vorgesehen sein, welche die kinetische Energie des

Verschlusskörpers beim Einnehmen einer der (Funktions-)Drehstellungen aufnehmen.

Die Erfindung eignet sich besonders als Verschlusseinrichtung für den Strahlengang bei einer Röntgeninspektionsanlage.

Je nach Ausführung kann die Verschlusseinrichtung als Sicherheitseinrichtung konfiguriert werden, wobei eine Verschließstellung der Verschlusseinrichtung eine monostabile Stellung ist, in die der Verschlusskörper selbsttätig gedreht wird, wenn ein zum Halten des Verschlusskörpers in der instabilen Offenstellung erforderliche Energieversorgung, z.B. Stromversorgung, unterbrochen wird. Diese Variante eignet sich beispielsweise besonders, wenn als Strahlungsquelle keine elektrische Röntgenröhre sondern ein

Permanentstrahler bzw. Dauerstrahler mit z.B. einer Kobalt-60-Strahlenquelle verwendet wird. Die monostabile Verschlusseinrichtung kann besonders einfach ein automatischer Verschluss der Strahlenquelle im Falle eines Stromausfalls sicherstellen.

Es ist auch möglich, die Verschlusseinrichtung bistabil zu konfigurieren, wobei jeweils die Verschließstellung als auch die Offenstellung der Verschlusseinrichtung eine stabile Stellung ist, in der Verschlusskörper selbsttätig gehalten wird. Hier ist jeweils zum Drehen des Verschlusskörpers von einer der beiden Stellungen in die andere eine entsprechende

Energieversorgung, z.B. ein Strompuls, nötig. Kurzbeschreibung der Zeichnungsfiguren

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ebenso können die vorstehend genannten und die hier weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Funktionsähnliche oder identische Bauteile oder Komponenten sind teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die in der

Beschreibung der Ausführungsbeispiele verwendeten Begriffe„links",„rechts",„oben", „unten" beziehen sich auf die Zeichnungen in einer Ausrichtung mit normal lesbarer Figurenbezeichnung bzw. normal lesbaren Bezugszeichen. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung. Figur 1 zeigt eine Schnittansicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel einer

erfindungsgemäßen Verschlusseinrichtung, die in einem Fächerstrahl- Kollimator integriert ist;

Figur 2a zeigt eine Schnittansicht 2-2 der Figur 1 , bei der das Verschlussmittel der

Verschlusseinrichtung den Strahlengang freigibt;

Figur 2b zeigt eine Schnittansicht 2-2 der Figur 1 , bei der das Verschlussmittel der

Verschlusseinrichtung den Strahlengang verschließt;

Figur 3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Verschlusseinrichtung der Figur 1 , in der sich der Verschlusskörper in der Offen-Drehstellung befindet; und

Figur 3b zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Verschlusseinrichtung der Figur 1 , in der sich der Verschlusskörper in der Verschließ-Drehstellung befindet.

Detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren anhand eines

Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben. Die detaillierte Beschreibung dient der

Information des Fachmanns und ist nicht beschränkend aufzufassen. In der nachfolgenden Beschreibung werden zahlreiche spezifische Einzelheiten dargelegt. Es versteht sich jedoch, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ohne diese spezifischen Einzelheiten zur Anwendung kommen können. Dem Fachmann bekannte Schaltungen, Strukturen und Verfahren werden hier nicht im Detail besprochen, um das Verständnis der vorliegenden Beschreibung nicht unnötig zu erschweren.

Begriffe„gekoppelt" und„verbunden/angeschlossen" sowie davon abgeleitete Begriffe werden hier nicht synonym verwendet. Bei spezifischen Ausführungsformen kann vielmehr "verbunden/angeschlossen" andeuten, dass zwei oder mehr Elemente in direktem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander stehen.„Gekoppelt" kann bedeuten, dass zwei oder mehr Elemente zusammenwirken oder sich gegenseitig beeinflussen, wobei sie in direktem, aber auch indirektem physischem oder elektrischem Kontakt miteinander stehen können. Falls nicht anderweitig angegeben, deutet der Gebrauch der Ordinaladjektive „erster", "zweiter",„dritter" usw. zur Bezeichnung eines gemeinsamen Objekts lediglich an, dass auf verschiedene Beispiele von gleichartigen Objekten Bezug genommen wird, und soll nicht implizieren, dass die so bezeichneten Objekte in einer gewissen zeitlichen, räumlichen, Rangordnungs- oder sonstigen Reihenfolge auftreten müssen.

Figur 1 zeigt eine Schnittansicht von oben auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Verschlusseinrichtung 1 , die benachbart zu einem schmaleren Ende in einem Fächerstrahl-Kollimator 1 5 zur Ausbildung eines fächerförmigen

Röntgenstrahlenbündels integriert ist.

Der Fächerstrahl-Kollimator 1 5 der hier dargestellten Ausführung besteht im

Wesentlichen aus zwei trapezförmigen deckungsgleichen Hälften mit jeweils einer kleinen Seite 1 5a und einer großen Seite 1 5b. Die Hälften bilden im zusammengefügten Zustand einen Strahlengang 3 für in einer an der kleinen Seite 1 5a angekoppelten

Röntgenstrahlungsquelle (nicht gezeigt) erzeugte Röntgenstrahlen. Die Röntgenstrahlen werden an der kleinen Seite 1 5a des Kollimators 1 5 in den Strahlengang 3 eingestrahlt und verlassen diesen in einem vom Kollimator definierten Winkelbereich an dessen großer Seite 1 5b.

Es sei angemerkt, dass das Gehäuse des Fächerstrahl-Kollimators 1 5 nicht zwingend aus zwei Hälften aufgebaut sein muss. Beispielsweise kann das Gehäuse auch einteilig bzw. einstückig ausgebildet, d.h. beispielsweise ein einteiliges Gussteil sein, das eine entsprechend geformte und ausgerichtete Ausnehmung, z.B. eine passende Bohrung, für den

Verschlusskörper besitzt.

Benachbart zur kleinen Seite 1 5a ist ein Teil 5 eines Verschlusskörpers 9 permanent im Strahlengang 3 angeordnet. Der Verschlussköper 9 ist um eine im Wesentlichen quer zum Strahlengang 3 verlaufende Längsachse 7 drehbar an seinen Längsenden 9a, 9b mittels an sich bekannter Lagermittel 1 6a, 16b im Kollimator 1 5 drehbar gelagert.

Der Verschlusskörpers 9 selber, also der Teil, der zum Verschließen des Strahlengangs 3 dient, besteht aus einem für Röntgenstrahlung dichten Material, wie zum Beispiel Blei, Wolfram, Uran, oder Tantal; anstelle von Tantal kann auch Niob oder Zirkon bzw. eine Legierung aus 80% bis 90% Tantal, Niob und Zirkon verwendet werden. Alternativ eignen sich auch Gold, Keramik, Sintermaterialien aus Wolfram mit Kupfer, Nickel und/oder Eisen oder ähnliches, um einige weitere Beispiele zu nennen.

Das Material der Gehäuseteile bzw. des Gehäuses des Kollimators 1 5 besteht ebenfalls aus einem für Röntgenstrahlung dichten Material, hierbei kann es sich ebenfalls um die im Zusammenhang mit dem Verschlusskörper 9 genannten Elemente bzw. alternativ um Stahl oder Messing handeln.

Der Verschlusskörper 9 ist derart geformt, dass mittels des Verschlusskörpers 9 in einer Offen-Drehstellung A (Figur 2a, 3a) ein für die Röntgenstrahlung transparenter

Durchgang 1 1 definiert wird. Figur 2a zeigt hierzu eine Schnittansicht 2-2 der Figur 1 , bei der das Verschlussmittel der Verschlusseinrichtung den Strahlengang freigibt. Figur 3a zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Verschlusseinrichtung der Figur 1 , in der sich der Verschlusskörper in der Offen-Drehstellung A befindet.

Etwas genauer besitzt der Teil des Verschlusskörpers 9, der aus dem für

Röntgenstrahlung dichten Material besteht, im Wesentlichen die Form eines Vollzylinders. Der Durchgang 1 1 verläuft mit Bezug auf die der Drehachse entsprechende Längsachse 7 radial bzw. mittig durch den Verschlusskörper 9. Wie zum Teil anhand der Figuren 3a, 3b erkennbar weist der Durchgangs 1 1 in der Hauptrichtung des Strahlengangs 3 einen rechteckigen Querschnitt auf. In der Offen-Drehstellung A sind zum Strahlengang 3 gerichtete Innenflächen 1 7a, 1 7b, 1 7c, 1 7d des Durchgangs 1 1 so ausgerichtet, dass sie mit den Strahlengang 3 begrenzenden inneren Cehäuseflächen 1 9a, 1 9b, 1 9c, 19d des Fächerstrahl-Kollimators 1 5 fluchten (Flächen 1 7c, 1 7d) bzw. den lichten Querschnitt des Strahlengangs 3 definieren (Flächen 1 7a, 1 7b).

Der Verschlusskörper 9 ist weiter so geformt, dass in einer Schlieis-Drehstellung B (Figur 2b, 3b) des Verschlusskörpers 9 der gesamte lichte Querschnitt des Strahlengangs 3 mittels des für Röntgenstrahlung dichten Materials blockiert wird. Figur 2b zeigt hierzu eine Schnittansicht 2-2 der Figur 1 , in welcher der Verschlusskörper 9 den Strahlengang vollständig verschließt. Figur 3b zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der Verschlusseinrichtung der Figur 1 , in der sich der Verschlusskörper in der Verschließ- Drehstellung B befindet.

Ein Antriebsmittel 1 3 ist mit dem Verschlusskörper 9 zu dessen Drehung um die Längsachse 7 zwischen den Drehstellungen A, B über eine Welle 1 0 gekoppelt. Das

Antriebsmittel 1 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein elektrischer bistabiler

Magnetantrieb mit zwei stabilen Endstellungen, die der Magnetantrieb jeweils im stromlosen Zustand, d.h. ohne Zufuhr elektrischer Energie in Form von elektrischem Strom, stabil beibehält. Beispielsweise können hierfür in dem Magnetantrieb wenigstens zwei

Permanentmagneten angeordnet sein, mittels derer der Magnetantrieb jeweils in einer vorbestimmten Stellung stromlos gehalten werden kann, jede der beiden Drehstellungen A, B des Verschlusskörpers 9 ist jeweils einer dieser zwei stabilen Stellungen des Magnetantriebs zugeordnet.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Antriebsmittel 1 3 ein elektrischer bistabiler Drehmagnet. D.h., das Antriebsmittel 1 3 erzeugt unmittelbar die für die Betätigung der Verschlusseinrichtung 1 benötigte Drehbewegung. Bistabile Drehmagnete besitzen schnelle Reaktionszeiten und halten ohne Stromzufuhr die jeweilige vorbestimmte stabile Stellung bzw. Endposition. Da nur für die kurze Zeit der Betätigung der Verschlusseinrichtung elektrische Energie benötigt wird, verbrauchen bistabile Magnetantriebe wenig Energie und erzeugen aufgrund der kurzen Arbeitsphasen nur wenig Verlustwärme. An der Welle 1 0, die den Rotor 1 3a des Antriebsmittels 1 3 mit dem Verschlusskörper 9 koppelt, ist ein Drehanschlagselement 12 in Form eines Hebels befestigt. Am Gehäuse des Antriebsmittels 1 3 sind den beiden Drehstellungen A, B zugeordnete Endanschläge 21 a, 21 b (der Anschlag 21 b ist in der Darstellung verdeckt, aber grundsätzlich ähnlich zu dem 21 a ausgeführt) derart fest angeordnet, dass der Verschlusskörper 9 und das Antriebsmittel 1 3 nur in dem von den beiden Endanschlägen 21 a und 21 b definierten Winkelbereich, der im Wesentlichen einer 90°-Drehung des Verschlusskörpers 9 entspricht, bewegt werden kann. Endanschläge 21 a, 21 b sind mit einem elastischen Material, beispielsweise einem Elastomer, z.B. Material wie Gummi oder einem gummiähnlichen Material, d.h. ein Material welches elastische Eigenschaften ähnlich wie Gummi aufweist, versehen, welches die kinetische

Energie des bewegten Verschlusskörpers 9 beim Einnehmen einer der Drehstellungen A, B aufnimmt.

Im stromlosen Zustand gibt es einen instabilen Gleichgewichtspunkt in der

Mittelposition zwischen den beiden Endanschlägen 21 a und 21 b, die je einem der stabilen Arbeitspunkte des Magnetantriebs pro Drehrichtung, in die sich der Rotor 1 3a selbsttätig dreht, sobald er aus dieser Mittelposition in die jeweilige Richtung ausgelenkt wird, entsprechen. Das hierfür erforderliche Drehmoment wird nur mit hierfür in den

Magnetantrieb eingebauten Permanentmagneten erzeugt. Da die Endanschläge 21 a und 21 b jeweils etwas vor den stabilen Endstellungen des Rotors 1 3a angeordnet sind, bleibt der Rotor 1 3a in diesen Endstellungen, bis er aktiv, d.h. mittels Stromzufuhr über die

Mittelposition in Richtung der anderen Endstellung ausgelenkt wird.

Der elektrische Magnetantrieb kann beispielsweise über einen bipolaren Verstärker, wie einen bipolaren Schrittmotor-Verstärkerbaustein, angesteuert werden. Bevorzugt wird der Magnetantrieb jeweils zwischen den Drehstellungen des Verschlusskörpers 9 über einen Strompuls gesteuert, wobei die Pulslänge des Stromes der Bewegungszeit in die jeweils andere Drehstellung des Verschlusskörpers 9 entspricht.

Anhand des vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiels wurde eine Einrichtung 1 zum Verschließen bzw. Freigeben des Strahlengangs 3 für elektromagnetische und/oder ionisierende Strahlung, nämlich Röntgenstrahlung, erläutert. Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, vielmehr ergibt sich der Bereich der Erfindung aus den folgenden Ansprüchen. Die Verschlusseinrichtung 1 weist zumindest einen permanent im Strahlengang 3 angeordneten Teil 5 des um eine im Wesentlichen quer zum Strahlengang 3 angeordnete Längsachse 7 drehbaren Verschlusskörpers 9, der ein für die Strahlung dichtes Material aufweist, welches in der Schließ-Drehstellung B des

Verschlusskörpers 9 den Strahlengang 3 blockiert, und einen in der Offen-Drehstellung A für die Strahlung transparenten Durchgang 1 Ί definiert bzw. ausbildet, und ein Antriebsmittel 1 3, welches mit dem Verschlusskörper 9 zu dessen Drehung um die Längsachse 7 zwischen den Drehstellungen A, B gekoppelt ist, wobei das Antriebsmittel 1 3 ein elektrischer

Magnetantrieb ist und eingerichtet ist, den Verschlusskörper 9 zwischen den Drehstellungen A, B zu bewegen, wobei wenigstens eine der Drehstellungen A, B einer stabilen Stellung des Magnetantriebs entspricht bzw. zugeordnet ist, die der Magnetantrieb stromlos beibehalten kann.

Claims

Patentansprüche

1 . Einrichtung (1 ) zum Verschließen und Freigeben eines Strahlengangs (3)

elektromagnetischer und/oder ionisierender Strahlung aufweisend zumindest einen permanent im Strahlengang (3) angeordneten Teil (5) eines um eine quer zum Strahlengang (3) angeordnete Längsachse (7) drehbaren Verschlusskörpers (9), der ein für die Strahlung dichtes Material aufweist, welches in einer Schliefs-Drehstellung (B) des Verschlusskörpers (9) den Strahlengang (3) blockiert, und einen in einer Offen-Drehstellung (A) für die Strahlung transparenten Durchgang (1 1 ) definiert, und einen elektrischen Magnetantrieb als

Antriebsmittel (1 3), welches mit dem Verschlusskörper (9) zu dessen Drehung um die Längsachse (7) zwischen den Drehstellungen (A, B) gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Magnetantrieb eingerichtet ist, den Verschlusskörper (9) zwischen den Drehstellungen (A, B) zu bewegen, wobei wenigstens eine der Drehstellungen (A, B) einer stabilen Stellung des Magnetantriebs entspricht, die der Magnetantrieb stromlos beibehält.

2. Verschlusseinrichtung nach Anspruch 1 ,

wobei das Antriebsmittel ein monostabiler Magnetantrieb ist, der im stromlosen Zustand selbsttätig in die eine stabile Endstellung zurückkehrt, wobei jeweils eine der Drehstellungen (A, B) der stabilen Stellung und die andere einer instabilen Stellung des Magnetantriebs zugeordnet ist.

3. Verschlusseinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 ,

wobei das Antriebsmittel (1 3) ein bistabiler Magnetantrieb ist und jede der beiden Drehstellungen (A, B) jeweils einer von zwei stabilen Stellungen des Magnetantriebs entspricht, die der Magnetantrieb stromlos beibehält.

4. Verschlusseinrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , 2, oder 3,

wobei das Antriebsmittel (1 3) ein Drehmagnetantrieb oder ein Linearmagnetantrieb ist.

5. Verschlusseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

wobei der Verschlusskörper (9) in einer Einrichtung (1 5) zur Formierung der Strahlung, wie einem Kollimator (1 5), oder an einer Einrichtung zur Erzeugung der

Strahlung, wie einer Röntgenröhre, angeordnet ist.

6. Verschlusseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

wobei in der Offen-Drehstellung (A) zum Strahlengang (3) gerichtete Innenflächen (1 7a, 1 7b, 1 7c, 1 7d) des Durchgangs (1 1 ) so ausgebildet sind, dass die Innenflächen (1 7a, 1 7b, 1 7c, 1 7d)

- mit den Strahlengang (3) begrenzenden Gehäuseflächen (19a, 19b, 1 9c, 19d) fluchten, oder

- den lichten Querschnitt des Strahlengangs (3) nicht beschränken, oder

- den lichten Querschnitt des Strahlengangs (3) definieren.

7. Verschlusseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

wobei der Verschlusskörper (9) zumindest in dem Bereich, der sich permanent im Strahlengang (3) befindet,

- die Form eines Halbzylinders oder Zylinderabschnitts aufweist, oder

- die Form eines Vollzylinders aufweist, wobei der Durchgang (1 1 ) im Wesentlichen radial durch den Verschlusskörper (9) verläuft, und bevorzugt einen rechteckigen

Querschnitt aufweist.

8. Verschlusseinrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

wobei an dem Verschlusskörper (8) oder dem Antriebmittel (1 3) den beiden

Drehstellungen (A, B) zugeordnete Endanschläge (21 a, 21 b) derart vorgesehen sind, dass der Verschlusskörper (9) bzw. das Antriebsmittel (1 3) nur in einem von den Anschlägen (21 a, 21 b) definierten Bereich, der in etwa einer 90° Drehung des Verschlusskörpers (9) entspricht, beweglich ist.

9. Verfahren zum Freigeben und Verschließen eines Strahlengangs (3) für

elektromagnetische und/oder ionisierte Strahlung aufwiesen die Schritte,

Drehen eines im Strahlengang (3) permanent angeordneten und um eine im

Wesentlichen quer zum Strahlengang (3) angeordnete Längsachse (7) drehbaren Teils eines Verschlusskörpers (9) aus einem für die Strahlung dichten Material in eine Offen- Drehstellung (A), sodass ein in dem Verschlusskörper (9) ausgebildeter für die Strahlung transparenter Durchgang (1 1 ) mit dem Strahlengang (3) zur Deckung gebracht wird; Drehen des im Strahlengang (3) angeordneten Verschlusskörpers (1 1 ) in eine Geschlossen-Drehstellung (B), sodass der Strahlengang (3) durch für die Strahlung dichtes Material des Verschlusskörpers (9) verschlossen wird;

Ausführen der jeweiligen Drehbewegungen des Verschlusskörpers (9) zwischen den Drehstellungen (A, B) mittels eines Antriebsmittels (1 3), und stromloses Halten wenigstens einer der Drehstellungen (A, B) des Antriebsmittels (1 3) mittels eines dieser Drehstellung (A, B) zugeordneten Permanentmagneten.

1 0. Röntgenprüfanlage mit einer Röntgenstrahlenquelle, einer Verschlusseinrichtung (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, und einer Steuereinrichtung, die mit der

Verschlusseinrichtung operativ verbunden und eingerichtet ist, die Verschlusseinrichtung gemäß dem Verfahren nach Anspruch 9 zu steuern.