EP3499544A1 - X-ray tube - Google Patents

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EP3499544A1
EP3499544A1 EP17206611.0A EP17206611A EP3499544A1 EP 3499544 A1 EP3499544 A1 EP 3499544A1 EP 17206611 A EP17206611 A EP 17206611A EP 3499544 A1 EP3499544 A1 EP 3499544A1
Authority
EP
European Patent Office
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anode
ray tube
vacuum housing
anode ring
ring
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP17206611.0A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens FÜRST
Steffen Polster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Healthcare GmbH
Original Assignee
Siemens Healthcare GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Healthcare GmbH filed Critical Siemens Healthcare GmbH
Priority to EP17206611.0A priority Critical patent/EP3499544A1/en
Publication of EP3499544A1 publication Critical patent/EP3499544A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/08—Targets (anodes) and X-ray converters
    • H01J2235/086—Target geometry
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    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1204—Cooling of the anode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J2235/12—Cooling
    • H01J2235/1225—Cooling characterised by method
    • H01J2235/1291—Thermal conductivity

Definitions

  • the invention relates to an X-ray tube.
  • Such an X-ray tube comprises a vacuum housing in which a cathode and an anode are arranged with a rotatably mounted anode body.
  • the anode body is plate-shaped (anode plate) and rotationally mounted on a rotor shaft (anode shaft).
  • the rotor shaft is rotatably mounted in a liquid metal plain bearing or in a rolling bearing. This ensures a reliable rotation of the anode plate.
  • the cathode is on voltage and generates electrons (e.g., glow emission) that are accelerated toward the anode and that produce x-rays in the material of a focal region of the anode body.
  • the X-rays exit the vacuum housing via a beam exit window.
  • the rotor shaft is not relevant to the production of the X-ray radiation. However, both contribute significantly to the mass of the X-ray tube and thus to the mass of the X-ray source in which the X-ray tube is arranged.
  • the described design generally has the disadvantage that the complete rotor shaft must be installed in the vacuum housing of the X-ray tube. This leads to a correspondingly large space and a corresponding volume of the vacuum housing, resulting in a correspondingly large weight.
  • the heat generated during radiation generation in the focal zone region or in the anode body is dissipated via the bearing of the rotor shaft, which leads to a high thermal load of all components in the vacuum housing of the x-ray tube.
  • the rotor shafts are usually mounted only on one side relative to the plane of rotation of the anode.
  • the bearings close to the axis of rotation, when the X-ray source is tilted against the plane of rotation, high forces occur at the bearing points.
  • Object of the present invention is to provide an X-ray tube of the type mentioned, which has a significantly lower weight.
  • X-ray tube according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the invention X-ray tubes are the subject of sures claims.
  • the x-ray tube according to claim 1 comprises a vacuum housing, in which a cathode and an anode are arranged with a rotatably mounted anode body.
  • the anode body is designed as an anode ring, which has at least one focal region.
  • the cathode is on voltage and emits electrons (so-called annealing emission).
  • the emitted electrons are accelerated in the direction of the anode ring and generate X-rays when they strike the material of the focal region.
  • the X-rays exit the vacuum housing via a beam exit window.
  • the inventive design of the anode body as the anode ring reduces the rotating mass of the anode.
  • the anode body designed as an anode ring has a correspondingly lower mass than an anode plate made of the same material.
  • the solution according to the invention is particularly good for suitable for an application in which the X-ray tube and thus the X-ray source tilting and / or rotations is exposed, as is the case for example in computed tomography devices.
  • the focal point area is arranged navachsenfern.
  • a range can be selected for the storage position, which is thermally well decoupled from the waste heat of the beam generation in the focal zone.
  • an embodiment may be selected for the X-ray tube, in which the anode ring is mounted at a position near the axis of rotation (claim 3).
  • the focal point region is arranged fachsennah.
  • the storage of the anode ring is in a region which is at least partially thermally decoupled from the heat generated in the anode ring in a beam generation waste heat (claim 4).
  • the anode ring is preferably mounted on a rotational axis remote position (claim 2).
  • a preferred embodiment of the X-ray tube is characterized in that a coolant reservoir is arranged between an inner side of the vacuum housing and an outer side of the anode ring (claim 5).
  • the coolant reservoir is filled with a liquid metal (claim 6).
  • a suitable liquid metal is a eutectic alloy of gallium (Ga), indium (In) and tin (Sn).
  • GaInSn alloy is known, for example, under the brand name Galinstan® and consists of 68.5% by weight of gallium and 21.5% by weight of indium and 10% by weight of tin.
  • the electric drive of the anode ring is preferably designed as a brushless drive.
  • a predeterminable number of permanent magnets is arranged on a lower side of the anode ring.
  • An outer side of the vacuum housing (claim 7) or an inner side of the vacuum housing (claim 8) has a predetermined number of current-carrying windings.
  • the x-ray tube is characterized in that the vacuum housing in the region of the coolant reservoir has at least one isolation ring (claim 9).
  • FIG. 1 shows an embodiment of an X-ray tube in a side view.
  • X-ray tube comprises a stationary vacuum housing 1 in which a cathode 2 and an anode 3 are arranged with a about an axis of rotation A rotatably mounted anode body 4.
  • the anode body 4 is designed as an anode ring which has at least one focal region 5.
  • the vacuum housing 1 of the X-ray tube is arranged in a radiator housing, not shown, in which a cooling medium circulates.
  • the cathode 2 is at voltage and emits electrons (not shown).
  • the emitted electrons are accelerated in the direction of the anode ring 4 and generate upon impact with the material of the focal region 5 X-rays (not shown).
  • the X-rays exit via a beam exit window 6 from the vacuum housing 1.
  • the anode ring 4 is mounted via a bearing 7 at a position remote from the axis of rotation. Characterized in that the inner diameter of the anode ring 4 is removed from the axis of rotation A of the anode ring 4, one obtains for the storage of the anode ring 4 in the bearings 7 a region which is thermally well decoupled from the waste heat beam generation in the focal region 6.
  • a coolant reservoir 8 is disposed between an inside of the vacuum housing 1 and an outer side of the anode ring 4.
  • a reliable cooling of the anode ring 4 that is hot by the jet generation is obtained via the lower outer side of the anode ring 4, including the focal zone region 5, since the anode ring 4 radiates the thermal energy in the direction of the vacuum housing 1 via its lower outer side.
  • the coolant reservoir 8 is filled with a liquid metal.
  • FIG. 1 offers a variety of advantages.
  • the anode body is designed according to the invention as an anode ring 4, the rotating mass is significantly reduced. Furthermore, it is possible to constructively design or dimension the bearings 7 in such a way that an occurring unbalance and a tilting of the anode 3 can be absorbed better than in the known arrangements. Thus, e.g. Coriolis forces are collected at a position that introduces significantly lower loads in the storage due to the leverage laws.
  • the vacuum housing 1 no longer has to be designed for receiving an anode plate and an anode shaft (rotor shaft). Due to the associated reduction of the rotating mass (no anode plate, no anode wave), the forces on the bearing 7 are reduced accordingly. Furthermore, the required vacuum volume and thus the size of the vacuum housing 1 are significantly reduced. At the same time the assembly is simplified accordingly.
  • the electric drive of the anode ring 4 is preferably designed as a brushless drive, the predetermined number of permanent magnets 9 and a predetermined number of current-carrying windings 10 comprises.
  • the permanent magnets 9 are arranged on a lower side of the anode ring 4, whereas the current-carrying windings 10 are arranged on the adjacent outer side of the vacuum housing 1.
  • the vacuum housing 1 in the region of the coolant reservoir 8 to a predetermined number of insulation rings 11.
  • insulation rings 11 obtained via the liquid metal in the coolant reservoir 8 Antitle ist the anode. 3
  • the good heat dissipation due to the large area can be further improved, for example by constructive enlargement of the outer surface of the vacuum housing 1 by attaching ribs.
  • This can usually be dispensed with a structurally complex intermediate water cooling. This reduces the complexity of the arrangement accordingly, resulting in increased reliability.
  • a storage on the end faces of the anode ring 4 is also possible in the X-ray tube according to the invention.
  • the bearing 7 may also be designed as a rolling bearing, sliding bearing or hydrodynamic bearing.
  • the bearing 7 is designed as a magnetic bearing without mechanical contact (magnetic levitation bearing) and the AnAuthtechnik realized only by liquid metal for cooling and electrical contact, then any occurring imbalance of the anode 3 is not transmitted directly to the vacuum housing 1.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (1), in dem eine Kathode (2) und eine Anode (3) mit einem drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Anodenkörper als Anodenring (4) ausgebildet, der wenigstens einen Brennbahnbereich (6) aufweist. Eine derartige Röntgenröhre besitzt ein deutlich geringeres Gewicht.The invention relates to an X-ray tube with a vacuum housing (1) in which a cathode (2) and an anode (3) with a rotatably mounted anode body are arranged. According to the invention, the anode body is designed as an anode ring (4) which has at least one focal path area (6). Such an X-ray tube has a significantly lower weight.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre.The invention relates to an X-ray tube.

Eine derartige Röntgenröhre umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode mit einem drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind. Der Anodenkörper ist tellerförmig ausgebildet (Anodenteller) und verdrehfest auf einer Rotorwelle (Anodenwelle) angeordnet. Die Rotorwelle ist drehbar in einem Flüssigmetall-Gleitlager oder in einem Wälzlager gelagert. Damit ist eine zuverlässige Rotation des Anodentellers gewährleistet. Während des Betriebs liegt die Kathode auf Spannung und erzeugt Elektronen (z.B. Glühemission), die in Richtung Anode beschleunigt werden und die im Material eines Brennbahnbereichs des Anodenkörpers Röntgenstrahlen erzeugen. Die Röntgenstrahlen treten über ein Strahlenaustrittsfenster aus dem Vakuumgehäuse aus.Such an X-ray tube comprises a vacuum housing in which a cathode and an anode are arranged with a rotatably mounted anode body. The anode body is plate-shaped (anode plate) and rotationally mounted on a rotor shaft (anode shaft). The rotor shaft is rotatably mounted in a liquid metal plain bearing or in a rolling bearing. This ensures a reliable rotation of the anode plate. During operation, the cathode is on voltage and generates electrons (e.g., glow emission) that are accelerated toward the anode and that produce x-rays in the material of a focal region of the anode body. The X-rays exit the vacuum housing via a beam exit window.

Bei einer derartigen Röntgenröhre ist auch in einer Computertomografie-Anlage eine zuverlässige Rotation des Anodentellers gewährleistet, da die Momente bei einer Rotation der Röntgenröhre im Raum zuverlässig aufgefangen werden.In such an X-ray tube reliable rotation of the anode plate is ensured even in a computed tomography system, since the moments are reliably collected in a rotation of the X-ray tube in the room.

Die Rotorwelle ist ebenso wie der Anodenteller nicht funktionsrelevant für die Erzeugung der Röntgenstrahlung. Beide tragen jedoch signifikant zur Masse der Röntgenröhre und damit zur Masse des Röntgenstrahlers bei, in dem die Röntgenröhre angeordnet ist.Like the anode plate, the rotor shaft is not relevant to the production of the X-ray radiation. However, both contribute significantly to the mass of the X-ray tube and thus to the mass of the X-ray source in which the X-ray tube is arranged.

Die beschriebene Bauform hat generell den Nachteil, dass die komplette Rotorwelle im Vakuumgehäuse der Röntgenröhre verbaut werden muss. Dies führt zu einem entsprechend großen Bauraum und zu einem entsprechenden Volumen des Vakuumgehäuses, woraus ein entsprechend großes Gewicht resultiert.The described design generally has the disadvantage that the complete rotor shaft must be installed in the vacuum housing of the X-ray tube. This leads to a correspondingly large space and a corresponding volume of the vacuum housing, resulting in a correspondingly large weight.

Weiterhin wird im bekannten Fall die bei der Strahlungserzeugung im Brennbahnbereich bzw. im Anodenkörper entstehende Wärme über die Lagerung der Rotorwelle abgeführt, was zu einer hohen thermischen Belastung aller Komponenten im Vakuumgehäuse der Röntgenröhre führt.Furthermore, in the known case, the heat generated during radiation generation in the focal zone region or in the anode body is dissipated via the bearing of the rotor shaft, which leads to a high thermal load of all components in the vacuum housing of the x-ray tube.

Aufgrund der relativ großen rotierenden Masse und einer komplexen Montage, insbesondere bei Flüssigmetall-Gleitlagern, sind die bekannten Lösungen für größere Röntgenanlagen nur mit einem erhöhten konstruktiven Auswand lösbar. Darüber hinaus treten in einer Computertomografie-Anlage während des Betriebs Coriolis-Kräfte auf, die beim Verkippen der rotierenden Anode gegen die Rotationsebene zu hohen Lasten in den Lagerpositionen an der Rotorwelle führen. Weiterhin führt bereits eine leichte Unwucht in der Anode zu Vibrationen, die einerseits zu einem erhöhten Verschleiß führt und die andererseits in das gesamte Röntgensystem übertragen werden. Damit sind nicht nur bei Computertomografie-Anlagen, sondern auch bei anderen komplexen Röntgensystemen Gegenmaßnahmen erforderlich.Due to the relatively large rotating mass and a complex assembly, especially in liquid metal plain bearings, the known solutions for larger X-ray systems are only solvable with an increased design effort. In addition, in a computed tomography system during operation Coriolis forces occur, which lead to high loads in the bearing positions on the rotor shaft when tilting the rotating anode against the plane of rotation. Furthermore, even a slight imbalance in the anode leads to vibrations, which on the one hand leads to increased wear and on the other hand are transmitted to the entire X-ray system. This requires countermeasures not only in computed tomography systems but also in other complex X-ray systems.

In den bekannten Fällen sind die Rotorwellen zumeist lediglich auf einer Seite relativ zur Rotationsebene der Anode gelagert. Durch diese Anordnung der Lagerung nahe an der Drehachse treten bei Verkippung des Röntgenstrahlers gegen die Rotationsebene hohe Kräfte an den Lagerstellen auf.In the known cases, the rotor shafts are usually mounted only on one side relative to the plane of rotation of the anode. As a result of this arrangement of the bearings close to the axis of rotation, when the X-ray source is tilted against the plane of rotation, high forces occur at the bearing points.

Zusätzlich wird die Abwärme der Anode über die Lagerstelle abgeführt. Speziell bei eng tolerierten Flüssigmetall-Gleitlagern kann dies möglicherweise zu Problemen aufgrund thermischer Ausdehnung führen.In addition, the waste heat of the anode is dissipated via the bearing. Especially with tightly tolerated liquid metal plain bearings, this can potentially lead to problems due to thermal expansion.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein deutlich geringeres Gewicht aufweist.Object of the present invention is to provide an X-ray tube of the type mentioned, which has a significantly lower weight.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre sind jeweils Gegenstand von weitern Ansprüchen.The object is achieved by an X-ray tube according to claim 1. Advantageous embodiments of the invention X-ray tubes are the subject of weiters claims.

Die Röntgenröhre nach Anspruch 1 umfasst ein Vakuumgehäuse, in dem eine Kathode und eine Anode mit einem drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist der Anodenkörper als Anodenring ausgebildet, der wenigstens einen Brennbahnbereich aufweist.The x-ray tube according to claim 1 comprises a vacuum housing, in which a cathode and an anode are arranged with a rotatably mounted anode body. According to the invention, the anode body is designed as an anode ring, which has at least one focal region.

Während des Betriebs liegt die Kathode auf Spannung und emittiert Elektronen (sogenannte Glühemission). Die emittierten Elektronen werden in Richtung Anodenring beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen im Material des Brennbahnbereichs Röntgenstrahlen. Die Röntgenstrahlen treten über ein Strahlenaustrittsfenster aus dem Vakuumgehäuse aus.During operation, the cathode is on voltage and emits electrons (so-called annealing emission). The emitted electrons are accelerated in the direction of the anode ring and generate X-rays when they strike the material of the focal region. The X-rays exit the vacuum housing via a beam exit window.

Die erfindungsgemäße Ausführung des Anodenkörpers als Anodenring reduziert die rotierende Masse der Anode. Der als Anodenring ausgebildete Anodenkörper weist gegenüber einem Anodenteller aus gleichem Material eine entsprechend geringere Masse auf. Darüber hinaus entfällt die Rotorwelle auf der der Anodenteller verdrehfest angeordnet ist, was zu einer weiteren Reduzierung der rotierenden Masse führt. Damit werden während des Betriebs die bei der Bewegung der Röntgenröhre im Raum auftretenden Kräfte vorteilhaft aufgenommen.The inventive design of the anode body as the anode ring reduces the rotating mass of the anode. The anode body designed as an anode ring has a correspondingly lower mass than an anode plate made of the same material. In addition, eliminates the rotor shaft on which the anode plate is arranged rotationally, which leads to a further reduction of the rotating mass. Thus, during operation, the forces occurring in the movement of the X-ray tube in space are advantageously absorbed.

Dadurch, dass die Röntgenröhre gemäß Anspruch 1 und damit ein mit einer derartigen Röntgenröhre ausgestatteter Röntgenstrahler im Vergleich zu einer herkömmlichen Röntgenröhre bzw. im Vergleich zu einem herkömmlichen Röntgenstrahler eine deutlich geringere Masse bzw. ein deutlich geringeres Gewicht aufweist, ist die erfindungsgemäße Lösung besonders gut für einen Einsatz geeignet, bei dem die Röntgenröhre und damit der Röntgenstrahler Verkippungen und/oder Rotationen ausgesetzt ist, wie dies z.B. in Computertomografie-Geräten der Fall ist.The fact that the X-ray tube according to claim 1 and thus equipped with such an X-ray tube X-ray tube compared to a conventional X-ray tube or compared to a conventional X-ray source has a significantly lower mass or a significantly lower weight, the solution according to the invention is particularly good for suitable for an application in which the X-ray tube and thus the X-ray source tilting and / or rotations is exposed, as is the case for example in computed tomography devices.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung der Röntgenröhre, bei der der Anodenring an einer drehachsenfernen Position gelagert ist (Anspruch 2). Damit ist auch der Brennbahnbereich drehachsenfern angeordnet. Dadurch, dass der Innendurchmesser des Anodenrings von der Drehachse des erfindungsgemäßen Anodenrings entfernt liegt, kann für die Lagerposition ein Bereich gewählt werden, der thermisch gut von der Abwärme der Strahlerzeugung im Brennbahnbereich zu entkoppeln ist.Particularly advantageous is an embodiment of the x-ray tube, in which the anode ring is mounted at a position remote from the axis of rotation (claim 2). Thus, the focal point area is arranged drehachsenfern. Characterized in that the inner diameter of the anode ring is removed from the axis of rotation of the anode ring according to the invention, a range can be selected for the storage position, which is thermally well decoupled from the waste heat of the beam generation in the focal zone.

Für bestimmte Anwendungsfälle kann für die Röntgenröhre auch eine Ausführungsform gewählt werden, bei der der Anodenring an einer drehachsennahen Position gelagert ist (Anspruch 3). Damit ist auch der Brennbahnbereich drehachsennah angeordnet.For certain applications, an embodiment may be selected for the X-ray tube, in which the anode ring is mounted at a position near the axis of rotation (claim 3). Thus, the focal point region is arranged drehachsennah.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Röntgenröhre liegt die Lagerung des Anodenrings in einem Bereich, der zumindest teilweise thermisch von der im Anodenring bei einer Strahlerzeugung entstehenden Abwärme entkoppelt ist (Anspruch 4). Hierbei ist der der Anodenring vorzugsweise an einer drehachsenfernen Position gelagert (Anspruch 2).In a further advantageous embodiment of the X-ray tube, the storage of the anode ring is in a region which is at least partially thermally decoupled from the heat generated in the anode ring in a beam generation waste heat (claim 4). Here, the anode ring is preferably mounted on a rotational axis remote position (claim 2).

Eine bevorzugte Ausführungsform der Röntgenröhre ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses und einer Außenseite des Anodenrings ein Kühlmittelreservoir angeordnet ist (Anspruch 5). Durch diese Maßnahme erhält man eine Entwärmung des Anodenrings und damit eine Entwärmung des Brennbahnbereichs in Richtung Vakuumgehäuse, das beispielsweise von einem im Strahlergehäuse zirkulierenden Kühlmedium umströmt wird.A preferred embodiment of the X-ray tube is characterized in that a coolant reservoir is arranged between an inner side of the vacuum housing and an outer side of the anode ring (claim 5). By this measure, one obtains a cooling of the anode ring and thus a cooling of the focal area in the direction of the vacuum housing, which is flowed around for example by a circulating in the radiator housing cooling medium.

In vorteilhafter Weise ist das Kühlmittelreservoir mit einem Flüssigmetall gefüllt (Anspruch 6). Ein hierfür geeignetes Flüssigmetall ist eine eutektische Legierung aus Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn). Eine derartige GaInSn-Legierung ist z.B. unter dem Markenamen Galinstan® bekannt und besteht aus 68,5 Gew.-% Gallium sowie 21,5 Gew.-% Indium und 10 Gew.-% Zinn.Advantageously, the coolant reservoir is filled with a liquid metal (claim 6). A suitable liquid metal is a eutectic alloy of gallium (Ga), indium (In) and tin (Sn). Such a GaInSn alloy is known, for example, under the brand name Galinstan® and consists of 68.5% by weight of gallium and 21.5% by weight of indium and 10% by weight of tin.

Der elektrische Antrieb des Anodenrings ist vorzugsweise als bürstenloser Antrieb ausgeführt. Hierzu ist auf einer Unterseite des Anodenrings eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten angeordnet. Eine Außenseite des Vakuumgehäuses (Anspruch 7) oder eine Innenseite des Vakuumgehäuses (Anspruch 8) weist eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen auf.The electric drive of the anode ring is preferably designed as a brushless drive. For this purpose, a predeterminable number of permanent magnets is arranged on a lower side of the anode ring. An outer side of the vacuum housing (claim 7) or an inner side of the vacuum housing (claim 8) has a predetermined number of current-carrying windings.

Gemäß einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist die Röntgenröhre dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuumgehäuse im Bereich des Kühlmittelreservoirs wenigstens einen Isolationsring aufweist (Anspruch 9).According to a further advantageous embodiment, the x-ray tube is characterized in that the vacuum housing in the region of the coolant reservoir has at least one isolation ring (claim 9).

Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. FIG 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Röntgenröhre in einer Seitenansicht.Hereinafter, a schematically illustrated embodiment of the invention will be explained with reference to the drawing, but without being limited thereto. FIG. 1 shows an embodiment of an X-ray tube in a side view.

Die in FIG 1 dargestellte Röntgenröhre umfasst ein stehendes Vakuumgehäuse 1 in dem eine Kathode 2 und eine Anode 3 mit einem um eine Drehachse A drehbar gelagerten Anodenkörper 4 angeordnet sind. Der Anodenkörper 4 ist erfindungsgemäß als Anodenring ausgebildet, der wenigstens einen Brennbahnbereich 5 aufweist.In the FIG. 1 illustrated X-ray tube comprises a stationary vacuum housing 1 in which a cathode 2 and an anode 3 are arranged with a about an axis of rotation A rotatably mounted anode body 4. According to the invention, the anode body 4 is designed as an anode ring which has at least one focal region 5.

Das Vakuumgehäuse 1 der Röntgenröhre ist in einem nicht dargestellten Strahlergehäuse angeordnet, in dem ein Kühlmedium zirkuliert.The vacuum housing 1 of the X-ray tube is arranged in a radiator housing, not shown, in which a cooling medium circulates.

Während des Betriebs liegt die Kathode 2 auf Spannung und emittiert Elektronen (nicht dargestellt). Die emittierten Elektronen werden in Richtung Anodenring 4 beschleunigt und erzeugen beim Auftreffen im Material des Brennbahnbereichs 5 Röntgenstrahlen (nicht dargestellt). Die Röntgenstrahlen treten über ein Strahlenaustrittsfenster 6 aus dem Vakuumgehäuse 1 aus.During operation, the cathode 2 is at voltage and emits electrons (not shown). The emitted electrons are accelerated in the direction of the anode ring 4 and generate upon impact with the material of the focal region 5 X-rays (not shown). The X-rays exit via a beam exit window 6 from the vacuum housing 1.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Anodenring 4 über ein Lager 7 an einer drehachsenfernen Position gelagert. Dadurch, dass der Innendurchmesser des Anodenrings 4 von der Drehachse A des Anodenrings 4 entfernt liegt, erhält man für die Lagerung des Anodenrings 4 in den Lagern 7 einen Bereich, der thermisch gut von der Abwärme der Strahlerzeugung im Brennbahnbereich 6 entkoppelt ist.In the illustrated embodiment, the anode ring 4 is mounted via a bearing 7 at a position remote from the axis of rotation. Characterized in that the inner diameter of the anode ring 4 is removed from the axis of rotation A of the anode ring 4, one obtains for the storage of the anode ring 4 in the bearings 7 a region which is thermally well decoupled from the waste heat beam generation in the focal region 6.

Bei der in FIG 1 dargestellten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ist zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses 1 und einer Außenseite des Anodenrings 4 ein Kühlmittelreservoir 8 angeordnet. Durch diese Maßnahme erhält man über die untere Außenseite des Anodenrings 4, einschließlich des Brennbahnbereichs 5, eine zuverlässige Entwärmung des durch die Strahlerzeugung heißen Anodenrings 4, da der Anodenring 4 über seine untere Außenseite die thermische Energie in Richtung des Vakuumgehäuses 1 abstrahlt. Da das Vakuumgehäuse 1 von einem im Strahlergehäuse zirkulierendem Kühlmedium umströmt wird, findet eine effektive Entwärmung des Brennbahnbereichs 5 statt. In vorteilhafter Weise ist das Kühlmittelreservoir 8 mit einem Flüssigmetall gefüllt.At the in FIG. 1 illustrated embodiment of the X-ray tube according to the invention, a coolant reservoir 8 is disposed between an inside of the vacuum housing 1 and an outer side of the anode ring 4. By means of this measure, a reliable cooling of the anode ring 4 that is hot by the jet generation is obtained via the lower outer side of the anode ring 4, including the focal zone region 5, since the anode ring 4 radiates the thermal energy in the direction of the vacuum housing 1 via its lower outer side. Since the vacuum housing 1 is surrounded by a circulating in the radiator housing cooling medium, there is an effective heat dissipation of the focal zone 5 instead. Advantageously, the coolant reservoir 8 is filled with a liquid metal.

Die in FIG 1 dargestellte Ausgestaltung bietet eine Vielzahl von Vorteilen.In the FIG. 1 embodiment shown offers a variety of advantages.

Dadurch, dass der Anodenkörper erfindungsgemäß als Anodenring 4 ausgebildet ist, wird die rotierende Masse deutlich reduziert. Weiterhin ist es möglich, die Lager 7 konstruktiv so auszuführen bzw. zu dimensionieren, dass eine auftretende Unwucht sowie eine Verkippung der Anode 3 besser als bei den bekannten Anordnungen aufgenommen werden können. So können z.B. Coriolis-Kräfte an einer Position aufgefangen werden, die aufgrund der Hebelgesetze deutlich geringere Lasten in die Lagerung einbringt.The fact that the anode body is designed according to the invention as an anode ring 4, the rotating mass is significantly reduced. Furthermore, it is possible to constructively design or dimension the bearings 7 in such a way that an occurring unbalance and a tilting of the anode 3 can be absorbed better than in the known arrangements. Thus, e.g. Coriolis forces are collected at a position that introduces significantly lower loads in the storage due to the leverage laws.

Darüber hinaus sind bei der gezeigten Röntgenröhre Lagerung, Ankontaktierung und Entwärmung funktional voneinander getrennt.Moreover, in the illustrated X-ray tube storage, Ankontaktierung and cooling are functionally separated from each other.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung, den Anodenkörper als Anodenring 4 auszuführen, muss das Vakuumgehäuse 1 nicht mehr für die Aufnahme eines Anodentellers und einer Anodenwelle (Rotorwelle) ausgelegt sein. Durch die damit verbundene Reduzierung der rotierenden Masse (kein Anodenteller, keine Anodenwelle) werden die Kräfte auf das Lager 7 entsprechend verringert. Weiterhin werden das benötigte Vakuumvolumen und damit die Größe des Vakuumgehäuses 1 signifikant verringert. Gleichzeitig wird die Montage entsprechend vereinfacht.Due to the inventive solution to perform the anode body as the anode ring 4, the vacuum housing 1 no longer has to be designed for receiving an anode plate and an anode shaft (rotor shaft). Due to the associated reduction of the rotating mass (no anode plate, no anode wave), the forces on the bearing 7 are reduced accordingly. Furthermore, the required vacuum volume and thus the size of the vacuum housing 1 are significantly reduced. At the same time the assembly is simplified accordingly.

Schließlich ist durch weitere Maßnahmen eine direkte Entwärmung des Brennbahnbereichs 5 in Richtung Vakuumgehäuse 1 (Direktkühlung) realisierbar.Finally, by further measures a direct heat dissipation of the focal region 5 in the direction of vacuum housing 1 (direct cooling) can be realized.

Der elektrische Antrieb des Anodenrings 4 ist vorzugsweise als bürstenloser Antrieb ausgeführt, der vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten 9 sowie eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossene Wicklungen 10 umfasst. Die Permanentmagneten 9 sind auf einer Unterseite des Anodenrings 4 angeordnet, wohingegen die stromdurchflossenen Wicklungen 10 auf der benachbarten Außenseite des Vakuumgehäuses 1 angeordnet sind.The electric drive of the anode ring 4 is preferably designed as a brushless drive, the predetermined number of permanent magnets 9 and a predetermined number of current-carrying windings 10 comprises. The permanent magnets 9 are arranged on a lower side of the anode ring 4, whereas the current-carrying windings 10 are arranged on the adjacent outer side of the vacuum housing 1.

Weiterhin weist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Vakuumgehäuse 1 im Bereich des Kühlmittelreservoirs 8 eine vorgebbare Anzahl von Isolationsringen 11 auf. Durch die optional vorgesehenen Isolationsringe 11. erhält man über das Flüssigmetall in dem Kühlmittelreservoir 8 eine Ankontaktierung der Anode 3.Furthermore, in the illustrated embodiment, the vacuum housing 1 in the region of the coolant reservoir 8 to a predetermined number of insulation rings 11. By optionally provided insulation rings 11 obtained via the liquid metal in the coolant reservoir 8 Ankontaktierung the anode. 3

Die Anzahl der Wärmeübergänge wird reduziert, da kein Wärmeübergang zwischen dem Brennbahnbereich 5 und einer bei bekannten Lösungen vorhandenen Anodenscheibe stattfinden kann.The number of heat transfers is reduced, since no heat transfer between the focal zone 5 and an existing in known solutions anode disc can take place.

Weiterhin ist der Wärmeleitungswiderstand deutlich verringert, da keine Wärmeleitung zwischen einer Anodenscheibe und einer Anodenwelle stattfindet, wie dies bei den Lösungen gemäß dem Stand der Technik der Fall ist.Furthermore, the heat conduction resistance is significantly reduced, since no heat conduction between an anode disk and an anode shaft takes place, as is the case in the solutions according to the prior art.

Weiterhin kann bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre die aufgrund der großen Fläche vorhandene gute Wärmeabfuhr nochmals verbessert werden, beispielsweise durch eine konstruktive Vergrößerung der Außenfläche des Vakuumgehäuses 1 durch ein Anbringen von Rippen. Damit kann in der Regel auf eine konstruktiv aufwendige Zwischenstufe einer Wasserkühlung verzichtet werden. Dies reduziert die Komplexität der Anordnung entsprechend, wodurch sich eine erhöhte Zuverlässigkeit ergibt.Furthermore, in the X-ray tube according to the invention, the good heat dissipation due to the large area can be further improved, for example by constructive enlargement of the outer surface of the vacuum housing 1 by attaching ribs. This can usually be dispensed with a structurally complex intermediate water cooling. This reduces the complexity of the arrangement accordingly, resulting in increased reliability.

Anstelle der dargestellten Lagerung mittels der als Wälzkörper ausgeführten Lager 7 am Innendurchmesser des Anodenrings 4 sind auch alternative, in der Zeichnung nicht dargestellte Lagerungen möglich.Instead of the bearing shown by means of rolling bearings designed as bearing 7 on the inner diameter of the anode ring 4, alternative, not shown in the drawing bearings are possible.

Zu diesen Alternativen zählt beispielsweise eine Lagerung am Außendurchmesser des Anodenrings 4 bzw. außerhalb des Außendurchmessers des Brennbahnbereichs 5. Auch eine Nutzung des Flüssigmetalls im Kühlmittelreservoir 8 zur Lagerung des Anodenrings 4 ist im Rahmen der Erfindung realisierbar.These alternatives include, for example, a bearing on the outer diameter of the anode ring 4 or outside the outer diameter of the focal region 5. Also, a use of the liquid metal in the coolant reservoir 8 for supporting the anode ring 4 can be realized within the scope of the invention.

Als weitere Alternative ist bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre auch ein eine Lagerung an den Stirnseiten des Anodenrings 4 möglich.As a further alternative, a storage on the end faces of the anode ring 4 is also possible in the X-ray tube according to the invention.

Im Rahmen der Erfindung kann das Lager 7 auch als Wälzlager, Gleitlager oder hydrodynamisches Lager ausgeführt sein.In the context of the invention, the bearing 7 may also be designed as a rolling bearing, sliding bearing or hydrodynamic bearing.

Wird das Lager 7 als Magnetlager ohne mechanischen Kontakt (Magnetschwebelager) ausgeführt und die Ankontaktierung lediglich durch Flüssigmetall für Kühlung und elektrischen Kontakt realisiert, dann wird eine eventuell auftretende Unwucht der Anode 3 nicht direkt auf das Vakuumgehäuse 1 übertragen.If the bearing 7 is designed as a magnetic bearing without mechanical contact (magnetic levitation bearing) and the Ankontaktierung realized only by liquid metal for cooling and electrical contact, then any occurring imbalance of the anode 3 is not transmitted directly to the vacuum housing 1.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Ausgehend von der erfindungsgemäßen Lösung, bei einer Röntgenröhre den Anodenkörper als Anodenring 4 mit wenigstens einem Brennbahnbereich 6 auszubilden, können vom Fachmann auch andere Varianten abgeleitet werden, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.Although the invention has been illustrated and described in detail by preferred embodiments, the invention is not limited to the embodiment shown in the drawing. Starting from the invention Solution, in an X-ray tube to form the anode body as the anode ring 4 with at least one focal region 6, other variants can be derived by those skilled in the art, without departing from the spirit.

Claims (9)

Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse (1), in dem eine Kathode (2) und eine Anode (3) mit einem drehbar gelagerten Anodenkörper angeordnet sind, wobei der Anodenkörper als Anodenring (4) ausgebildet ist und wenigstens einen Brennbahnbereich (6) aufweist.X-ray tube with a vacuum housing (1), in which a cathode (2) and an anode (3) are arranged with a rotatably mounted anode body, wherein the anode body is formed as an anode ring (4) and at least one focal region (6). Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei der Anodenring (4) an einer drehachsenfernen Position gelagert ist.X-ray tube according to claim 1, wherein the anode ring (4) is mounted at a position remote from the axis of rotation. Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei der Anodenring (4) an einer drehachsennahen Position gelagert ist.An X-ray tube according to claim 1, wherein the anode ring (4) is mounted at a rotational axis near position. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lagerung des Anodenrings (4) in einem Bereich liegt, der zumindest teilweise thermisch von der im Anodenring (4) bei einer Strahlerzeugung entstehenden Abwärme entkoppelt ist.X-ray tube according to claim 1 or 2, wherein the bearing of the anode ring (4) is located in a region which is at least partially thermally decoupled from the heat generated in the anode ring (4) in a beam generation waste heat. Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei zwischen einer Innenseite des Vakuumgehäuses (1) und einer Außenseite des Anodenrings (4) ein Kühlmittelreservoir (8) angeordnet ist.X-ray tube according to claim 1, wherein between a inside of the vacuum housing (1) and an outer side of the anode ring (4), a coolant reservoir (8) is arranged. Röntgenröhre nach Anspruch 5, wobei das Kühlmittelreservoir (8) mit einem Flüssigmetall gefüllt ist.An X-ray tube according to claim 5, wherein the coolant reservoir (8) is filled with a liquid metal. Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei auf einer Unterseite des Anodenrings (4) eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten (9) und auf einer Außenseite des Vakuumgehäuses (1) eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen (10) aufweist.X-ray tube according to claim 1, wherein on a lower side of the anode ring (4) a predeterminable number of permanent magnets (9) and on an outer side of the vacuum housing (1) has a predetermined number of current-carrying windings (10). Röntgenröhre nach Anspruch 1, wobei auf einer Unterseite des Anodenrings (4) eine vorgebbare Anzahl von Permanentmagneten (9) und auf einer Innenseite des Vakuumgehäuses (1) eine vorgebbare Anzahl von stromdurchflossenen Wicklungen aufweist.X-ray tube according to claim 1, wherein on a lower side of the anode ring (4) a predeterminable number of permanent magnets (9) and on an inner side of the vacuum housing (1) has a predetermined number of current-carrying windings. Röntgenröhre nach Anspruch 5, wobei das Vakuumgehäuse (1) im Bereich des Kühlmittelreservoirs (8) wenigstens einen Isolationsring (11) aufweist.X-ray tube according to claim 5, wherein the vacuum housing (1) in the region of the coolant reservoir (8) has at least one insulating ring (11).
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