NL1020360C2 - Meervoudige lager met spiraalgroef voor een röntgenbuis. - Google Patents

Description

Mpprvoudige laaer met süiraalgroef voor een róntgenbuis., Technisch gebied

De onderhavige uitvinding heeft in zijn algemeenheid betrekking op een radiologische inrichting, en 5 meer in het bijzonder, op een radiologische inrichting met een meervoudige lager met spiraalgroef voor een röntgen-buis.

Stand der techniek 10

De róntgenbuis is essentieel geworden in medische diagnostische afbeeldingstechnologie, medische therapie en verschillende medische test- en materiaalanalys-industrieën. Typische röntgenbuizen zijn gebouwd met een 15 roterende anodestructuur voor het spreiden van de hitte welke gegenereerd wordt bij het brandpunt. De anode wordt geroteerd middels een inductiemotor omvattende een cilindrische rotor gebouwd in een eenzijdig ingeklemde as die de schijfvormige anode ondersteunt en een ijzeren sta-20 torstructuur met koperwikkelingen die de verlengde nek van de róntgenbuis die de rotor omvat omgeven. De rotor van de roterende anodesamenstel die wordt aangedreven door middel van een stator die de rotor van het anodesamenstel omringt is op anodepotentiaal terwijl de stator electrisch aan 25 aarde gelegd is. De röntgenbuiskathode verschaft een 2 gebundelde electronenbundel die versneld wordt over de vacuumspleet tussen anode en kathode en röntgenstraling produceerd door inslag op de anode.

In een röntgenbuissamenstel met een roteerbare 5 anode, bestond de trefplaat in het verleden meestal uit een schijf gemaakt van een hittebestand metaal zoals wolfraam, en werden de röntgenstralen gegenereerd door de electronenbundel te laten botsen op dit target, terwijl de trefplaat geroteerd werd met hoge snelheid. Rotatie van de 10 trefplaat werd verkregen door aandrijving van de rotor aangebracht op een ondersteunende as welke zich vanuit het doel uitstrekt. Zo een opbouw is typisch voor roterende röntgenbuizen en is relatief onveranderd gebleven in concept van werking sinds zijn introductie.

15 Inwendige rotatielagers voor gebruik in een röntgenbuisinrichting met roterende anode zijn welbekend in de stand van de techniek. Een typisch soort röntgenbuis dragende lager omvat kogellagers aangebracht tussen een binnenste en buitenste loopring om gelagerde ondersteuning 20 van het samenstel te bieden. Hoewel zulke lagerontwerpen gewoon zijn, zijn ze niet zonder nadelen.

Het is mogelijk bij huidige lagerontwerpen om torsie over te dragen via de kogellagers op de buitenste loopring. Deze overdracht van torsie kan resulteren in 25 rotatie van de buitenste loopring die op zijn beurt kan bijdragen aan klapperen van het lagersamenstel. Dit is hoogst ongewenst. Bovendien kunnen de huidige ontwerpen met een stationaire, of bijna stationaire, buitenste loopring resulteren in hoge snelheden van de kogellagers 3 0 gedurende de werking. De combinatie van wrijven door de loopringrotatie, klapperen, en hoge kogelsnelheden kunnen resulteren in hoge akoestische geluidsopwekking gedurende de werking. Dit is natuurlijk hoogst ongewenst.

Aanzienlijke inspanning en tijd is gaan zitten 35 in de verbetering van systemen om de kogellagers in dergelijke ontwerpen te smeren in een poging om de negatieve karakteristieken te reduceren. De ontwikkelingen in sme- 3 ring, gaan ten koste van een toename in kosten van het lagersamenstel. Bovendien laten zulke smeringssystemen meestal ruimte voor verbetering in de reductie van kogel-snelheid, torsie-overdracht en klapperen. Reductie in deze 5 karakteristieken zijn in hoge mate wenselijk aangezien zij leiden tot een gereduceerde slijtage op de kogellagers en £gi} toename in levensduur van de kogellagers, een afname van akoestische geluidsopwekking en de mogelijkheid om de anodeloopsnelheid van de buis te vergroten.

]_q Daarom is er behoefte aan een röntgenbuislage- ringssamenstel die de kogelsnelheid reduceert, de torsie-overdracht reduceert, het klapperen reduceert, de akoestische geluidsopwekking reduceert, en die een verhoging in de anodebedrijvingssnelheid van de buis toestaat.

15 Eén benadering die gebruikt is om prestaties van roterende anoderöntgenbuizen te verbeteren is om kogella-gertype lagersamenstellen te vervangen door een lager met een spiraalgroef. Lagers met een spiraalgroef worden over het algemeen gebruikt in röntgenbuizen als een middel om 20 de röntgenbuis zeer stil te laten werken. De spiraalgroef is een hydrodynamische lagering die meestal gallium gebruiken als een fluïde tussenlaag. Echter, dergelijke lagers zijn over het algemeen begrensd in snelheid, aangezien hogere werkingssnelheden kunnen leiden tot een excer-25 sieve turbulentie van de vloeistof, hogere warmte-opwek-king en hogere torsie die de werking van lagers met een spiraalvormig groef beïnvloeden.

Een andere benadering om de werking van lagersamenstellen te verbeteren wordt besproken in eveneens 30 hangende US-octrooiaanvrage nr. 09/751.976, getiteld "Multi Row X-Ray Tube Bearing Asembly", ingediend 29 december 2000, waarin het gebruik van meervoudige lagers voor een röntgenbuis in vergelijking tot een enkelvoudige wordt voorgesteld. De introductie van een tussengelegen 35 vrij roterende binnenste loopring laat toe dat elke lager-rij onafhankelijk van elkaar kan draaien. Dit reduceert kogelsnelheid, buitenste loopringrotatie, wrijving en 4 klapperen. Het lagersamenstel staat mogelijk ook een toename van anodesnelheidbedrijving toe.

Het is dus in hoge mate wenselijk om een samenstel te ontwerpen dat alle voordelen van een meervoudig 5 lagersamenstel voor een röntgenbuis met die van een lager met spiraalgroef.

Samenvatting van de uitvinding 10 De onderhavige uitvinding omvat tenminste één tussengelegen loopring met twee spiraalgroeven in een röntgenbuissamenstel.

De introductie van een tussengelegen loopring met een binnenste en buitenste spiraalgroef reduceert de 15 relatieve snelheden en verhoogt de gehele snelheidsmoge-lijkheden in het lagersamenstel. Dit staat hogere target (as) snelheden toe en daarmee overeenkomende hogere brandpunt svermogens terwijl het de opwekking van hitte reduceert en de torsie-eisen. Al deze factoren worden verbe-20 terd aangezien torsie en vermogen niet lineair schalen met de snelheid.

Andere doelen en voordelen van de onderhavige uitvinding worden duidelijk na de volgende gedetailleerde beschrijving en aanhangende conclusies en in referentie 25 naar de bijgevoegde figuren.

Korte beschrijving van de figuren

Figuur 1 is een dwarsdoorsnede-aanzicht van een 30 meervoudig lager samenstel voor gebruik in een röntgen-buisinrichting volgens één voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding, figuur 2 is een dwarsdoorsnede-aanzicht van een meervoudig lager samenstel voor gebruik in een röntgen-35 buissamenstel volgens een andere voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding.

5

Gedetailleerde beschrijving van de voorkeursuitvoering

Met referentie naar figuur 1, daarin wordt een röntgenbuisinrichting 10 weergegeven met een roterende 5 anodesamenstel 12. Het roterende anodesamenstel 12 heeft een wolfraam-rhenium oppervlak 18 voor het opwekken van röntgenstralen, een target met een molybdeenalliagesub-straat 20 voor structurele ondersteuning en een grafiet -schijf 16 welke werkt als koellichaam. De grafietschijf 16 10 is verbonden met het molybdeenlegeringsdrager 20 omvattende een brons legering (niet getoond). Verder verbindt een steel 24 de trefplaat 14 met de buitenste behuizing 28 van een meervoudig lager samenstel 26.

Het meervoudig lager samenstel 26, volgens een 15 voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding, is getoond waarbij de buitenste behuizing 28 verbonden is met de rotor (niet getoond) terwijl een inwendige as 30 stationair blijft. De tussengelegen loopring 32 heeft een spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak 34 en een spi-20 raalgewijs gegroefd buitenoppervlak en is verbonden met een eindstuk 3 8 die de tussengelegen loopring 32 aan het eind 40 van de inwendige as 30 houdt. Een laag gallium (niet getoond) is aangebracht tussen het eindstuk 38 en de inwendige as 30. De buitenste behuizing 28 is verbonden 25 met de steel 24 van een roterende anode samenstel 12 bij voorkeur onder gebruikmaking van bouten 50 als koppelings-middelen. Een laag gallium 42 is aangebracht tussen het spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak 34 en de inwendige as 30 en een tweede laag gallium 44 is aangebracht 30 tussen het spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak 36 en de buitenste behuizing 28. De buitenste behuizing 28 kan ook een opvang reservoir 46 hebben dat dient om gallium op te vangen dat kan lekken tijdens rotatie van de buitenste behuizing 28. In een alternatieve uitvoeringsvorm die niet 35 getoond is, kan het opvangreservoir aan de tussengelegen loopring 32 gelegen zijn. Op soortgelijke wijze kan een andere uitvoeringsvorm een opvangreservoir 46 hebben 6 gelocaliseerd aan zowel de buitenste behuizing 28 als tussengelegen loopring 32.

De tussengelegen loopring 32 fungeert om de geproduceerde torsie doorgegeven aan de inwendige as 30 te 5 beperken, wanneer de buitenste behuizing 28 roteert bij een gegeven anode snelheid. Dit maakt vervolgens hogere doelplaat snelheden mogelijk en corresponderend hoger brandpuntsvermogen terwijl het de warmteproduktie in het gallium en torsie vereisten reduceert.

10 In andere voorkeursuitvoeringen van de onderha vige uitvinding zoals getoond in figuur 2, is bedacht dat een additionele tussengelegen loopring 75 eind tegen eind gelegen kan worden tegen tussengelegen loopring 32. Deze tussengelegen loopring 75 heeft bij voorkeur ook een 15 spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak 77 en een spi- raalgewijs gegroefd buitenoppervlak 79, samen met additionele lagen smerend gallium. Deze additionele tussengelegen loopring 75 kan additionele torsiepreventie op de inwendige as 30 geven en kan produktie vereenvoudigen. Verder, is 20 bedacht dat additionele loopringen toegevoegd kunnen worden die gevat zijn binnen de buitenste behuizing 28, samen met additionele lagen smerend gallium, om additionele torsiereductie te verschaffen op de inwendige as 30.

Aanvullend is specifiek bedacht dat een meervou-25 dig lager samenstel gevormd kan worden met een inwendige roterende as gekoppeld aan de rotor en een stationaire buitenste behuizing, in tegenstelling tot een stationaire inwendige as 30 en een roterende buitenste behuizing 28 zoals bedacht in figuren 1 en 2. De tussengelegen loop-30 ring, of loopringen, hebben een buitenste spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak, spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak, is verbonden tussen de stationaire buitenste behuizing en roterende inwendige as. Zoals boven, zouden lager gallium toegevoegd kunnen worden als smering. Deze 35 uitvoeringsvorm zou de werking van torsie en hittegenera-tie in het gallium beperken en zouden een algehele snel-heidstoename van de trefplaat toestaan op in hoofdzaak 7 dezelfde wijze zoals bedacht in figuren 1 en 2.

De introductie van een tussengelegen loopring met een spiraalgewijs gegroefd binnen inwendig en buitenoppervlak reduceert de relatieve snelheden en verhoogt de 5 totale snelheidsbeperking in het lager samenstel. Dit staat hogere doelplaat (as) snelheden toe en daarmee overeenkomend hogere brandpuntvermogens terwijl het de opwekking van warmte en torsievereisten reduceert. Al deze factoren worden verbeterd omdat torsie en vermogen niet 10 lineair schalen met snelheid. Verder, omdat er minder stromingsweerstand is met de introductie van de tussengelegen loopringen in vergelijking met traditionele kogella-gerssamenstellen, kan een kleinere motor gebruikt worden om het anode samenstel te doen roteren. Dit verhoogt de 15 kost effectiviteit van de röntgen doelplaat samenstel.

Terwijl één specifieke uitvoeringsvorm van de uitvinding getoond en beschreven is, dringen talrijke variaties en alternatieve uitvoeringsvormen zich op aan de vakman. Hierdoor is de bedoeling dat de uitvinding slechts 20 door de bijgevoegde conclusies beperkt wordt.

Claims (20)

1. Een meervoudig lager samenstel (26) voor een röntgenbuisinrichting met roterende anode (10) omvattende: een buitenste behuizing (28); een inwendige lageras (3 0) ; 5 een tussengelegen loopring (32) met een spi raalsgewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) en een spiraalsgewijs gegroefd buitenoppervlak (36) verbonden tussen de buitenste behuizing (28) en de inwendige lageras (30); een eerste galliumlaag (42) aangebracht tussen 10 het spiraalgewijs gegroefde inwendig oppervlak (34) en de inwendige lageras (36), en een tweede galliumlaag (44) aangebracht tussen het spiraalgewijs gegroefde buitenoppervlak (36) en de buitenste behuizing (28).

2. Lager samenstel (26) van conclusie 1, verder omvattende tenminste één additionele tussengelegen loopring (32) verbonden naast de tussengelegen loopring binnen de buitenste behuizing (28) en naast de inwendige lageras (30) .

3. Het lager samenstel (26) van conclusie 1, verder omvattende: tenminste één additioneel tussengelegen loopring gekoppeld om de tussengelegen loopring (32) en in de buitenste behuizing (28), waarbij elk van de tenminste één 25 additionele tussengelegen loopringen een tweede spiraalgewi js gegroefd inwendig oppervlak en een tweede spiraalgewi js gegroefd buiten oppervlak heeft, waarbij de tweede laag gallium aangebracht is tussen de tussengelegen loopring en de aanliggende van de tenminste één tussengelegen 30 loopring; een derde laag gallium aangebracht tussen een buitenste van de tenminste één tussengelegen loopring en de buitenste behuizing (28); en een vierde laag gallium aangebracht tussen elk van de tenminste één tussengelegen loopring.

4. Het lager samenstel (26) van conclusie 1, waarin de buitenste behuizing (28) verbonden is met een rotor, en waarin de buitenste behuizing verbonden is met een steel (24) van een roterende anodesamenstel (12) , waarbij de buitenste behuizing (28) in staat is om te 10 roteren onder invloed van de rotatie van de rotor terwijl de inwendige lagersas (30) relatief stationair blijft.

5. Het lagersamenstel van conclusie 1, waarbij de inwendige lageras (30) verbonden is met een rotor en waarbij de buitenste behuizing (28) verbonden is met een 15 steel (24) van een roterende anodesamenstel (12), waarbij de binnenste lageras (30) in staat is om te roteren tengevolge van de rotatie van de rotor terwijl de buitenste behuizing (28) relatief stationair blijft.

6. Een werkwij ze voor het doen toenemen van de 20 assnelheid en het anodevermogen van een röntgenbuisinrich- ting (10) onder beperking van het genereren van hitte en overdracht van torsie op niet roterende componenten, waarbij de werkwijze de stap omvat: het koppelen van een tussengelegen loopring (32) 25 tussen een inwendige lageras (30) en een buitenste behuizing (28) van een röntgenbuisinrichting (10) waarbij de tussengelegen loopring een spiraalsgewijs gegroefd inwendig oppervlak (24) heeft een een spiraalsgewijs gegroefd buitenoppervlak (36); 3Q het verbinden van een eerste galliumlaag (42) tussen het spiraalsgewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) en de inwendige lageras (30) ; en het verbinden van een tweede galliumlaag (44) tussen het spiraalsgewijs gegroefd buitenoppervlak (36) en 35 de buitenste behuizing (28) .

7. De werkwijze van conclusie 6, verder omvattende de stap van het verbinden van tenminste één additio- nele tussengelegen loopring verbonden naast de tussengele-gen loopring binnen de buitenste behuizing (28) en naast de inwendige lageras (30), waarbij de eerste galliumlaag (42) ook aangebracht is tussen tenminste één additionele 5 tussengelegen loopring en de inwendige lageras (30) en waarbij de tweede galliumlaag ook aangebracht is tussen de tenminste één additionele tussengelegen loopring en de buitenste behuizing (28).

8. De werkwijze van conclusie 6, verder omvat -10 tende de stappen: verbinden van tenminste één additionele tussengelegen loopring verbonden rond de tussengelegen loopring (32) en de buitenste behuizing (28), waarbij elk van de tenminste één additionele 15 tussengelegen loopringen een tweede spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak heeft en een tweede spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak en waarbij de tweede laag gallium (44) aangebracht is tussen de tussengelegen loopring (32) en één van de naastgelegen tenminste één additionele 20 tussengelegen loopring; verbinden van een derde laag gallium tussen een buitenste van de tenminste één tussengelegen loopringen en de buitenste behuizing (28) ; en verbinden van een vierde laag gallium tussen elk 25 van de tenminste één additionele loopring.

9. De werkwijze van conclusie 6, waarbij de stap van het verbinden van een tussengelegen loopring tussen een inwendige lageras (30) en een buitenste behuizing (28) van een röntgenbuisinrichting (10), waarbij de tussengele- 30 gen loopring (32) een spiraalsgewijs gegroefd inwendig oppervlak (24) en een spiraalsgewijs gegroefd buitenoppervlak (36) heeft de stap omvat van het verbinden van een tussengelegen loopring (32) tussen een roterende inwendige lageras (30) en een stationaire buitenste behuizing (28) 35 van een röntgenbuisinrichting (10), waarbij de tussengelegen loopring een spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) heeft en een spiraalsgewijs gegroefd buitenoppervlak (36) .

10. De werkwijze van conclusie 9, verder omvattend de stap van het verbinden van tenminste één additionele tussengelegen loopring (32) naast de tussengelegen 5 loopring binnen de stationair buitenste behuizing (28) en naast de roterende inwendige lageras (30), waarbij de eerste galliumlaag ook aangebracht is tussen het spiraal-gewijs gegroefd inwendig oppervlak (32) en de roterende inwebinnenste lageras (30) en de tweede galliumlaag (34) 10 ook aangebracht is tussen het spiraalgewijs gegroefde buitenoppervlak (36) en de stationaire buitenste behuizing (28) .

11. De werkwijze van conclusie 9, verder omvattende de stappen: 15 verbinden van tenminste één additionele tussen gelegen loopring rond de tussengelegen loopring (32) en binnen de stationaire buitenste behuizing (28) waarbij elk van de tenminste één additionele tussengelegen loopringen een tweede spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak heeft 20 en tweede spiraalgewijs gegroefde buitenste oppervlak heeft en waarbij de tweede laag gallium (44) aangebracht is tussen de tussengelegen loopring (32) en een aanliggende van de tenminste één tussengelegen loopring, verbinden van een derde laag gallium tussen een 25 buitenste van de tenminste één tussengelegen loopring en de stationaire buitenste behuizing (28), en verbinden van een vierde laag gallium tussen elk van de tenminste additionele tussengelegen loopringen.

12. De werkwijze van conclusie 6, waarbij de 30 stap van het verbinden van een tussengelegen loopring (32) tussen een inwendige lageras (30) en een buitenste behuizing (28) van een röntgenbuisinrichting (10), waarbij de tussengelegen loopring (32) een spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) en een spiraalgewijs gegroefd 35 buitenoppervlak (36) heeft, de stap omvat van het koppelen van een tussengelegen loopring (32) tussen een stationaire inwendige lageras (30) en een roterende buitenste behui- zing (28) van een róntgenbuisinrichting (10), waarbij de tussengelegen loopring (32) een spiraalgewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) heeft en een spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak (36).

13. De werkwijze van conclusie 12, verder omvat tende de stap van het verbinden van tenminste één additionele tussengelegen loopring gekoppeld naast de tussengelegen loopring (32) binnen de roterende buitenste behuizing (28) en naast de stationaire inwendige lageras (30), waar-10 bij de eerste galliumlaag (42) ook aangebracht is tussen de tenminste één additionele tussengelegen loopring en de stationaire inwendige lageras (30) en de tweede galliumlaag (44) ook aangebracht is tussen de tenminste één additionele tussengelegen loopring en de roterende buiten-15 ste behuizing (28).

14. De werkwijze volgens conclusie 12 verder omvattende de stappen: verbinden van tenminste één additionele tussengelegen loopring verbonden rond de tussengelegen loopring 20 (32) en de roterende buitenste behuizing (28), waarbij elk van de tenminste één additionele tussengelegen loopringen een tweede spiraalgewijze gegroefde inwendig oppervlak en een tweede spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak heeft en waarbij de tweede laag gallium (44) aangebracht is tussen 25 de tussengelegen loopring (32) en de aanliggende van de tenminste één additionele tussengelegen loopring; verbinden van een derde laag gallium tussen een buitenste van de tenminste een tussengelegen loopring en de roterende buitenste behuizing (28) ; en 30 het verbinden van een vierde laag gallium tussen elk van de tenminste een additionele tussengelegen loopring .

15. Een röntgenbuisinrichting met roterende anode (10) omvattende: 35 een roterende anodesamenstel (12) met een steel (24) , een meervoudig lager samenstel (26) met spiraal- groef verbonden met de steel (24) ; en een motor voor het roteren van het roterende anodesamenstel (12).

16. De röntgenbuisinrichting (10) van conclusie 5 15, waarbij het meervoudige lager samenstel (24) met spiraalgewijse groef omvat: een buitenste behuizing (28); een inwendige lageras (30) ; een tussengelegen loopring (32) met een spiraal-10 gewijs gegroefd inwendig oppervlak (34) en een spiraal-gewijs gegroefd buiten oppervlak (36) verbonden tussen de buitenste behuizing (28) en de inwendige lageras (30); een eerste galliumlaag (42) aangebracht tussen het spiraalgewijs gegroefd inwendige oppervlak (34) en de 15 inwendige lageras (30); en een tweede galliumlaag (44) aangebracht tussen het spiraalgewijs gegroefde buiten oppervlak (36) en de buitenste behuizing (28).

17. De röntgenbuisinrichting (10) van conclusie 20 16, waarin het meervoudig lager samenstel met spiraalge wi jse groef verder omvat tenminste één additionele tussengelegen loopring verbonden naast de tussengelegen loopring binnen de buitenste behuizing en naast de binnenste lageras .

18. De röntgenbuisinrichting (10) van conclusie 16, waarbij het meervoudige lager samenstel (26) met spiraalgewijse groef verder omvat: tenminste één additioneel tussengelegen loopring verbonden rond de tussengelegen loopring (32) en binnen de 30 buitenste behuizing (28), waarbij elk van de tenminste een additionele tussengelegen loopringen een tweede spiraal-gewijs gegroefd inwendig oppervlak heeft en een tweede spiraalgewijs gegroefd buitenoppervlak, waarbij de tweede laag gallium (44) aangebracht is tussen de tussengelegen 35 loopring (32) en de aanliggende van de tenminste een additionele loopring; een derde laag gallium aangebracht tussen een buitenste van de tenminste een additionele tussengelegen loopring en de buitenste behuizing (28); en een vierde laag galliumarcenide aangebracht tussen elk van de tenminste een additionele tussengelegen 5 loopring.

19. De röntgenbuisinrichting (10) van conclusie 16, waarbij de buitenste behuizing (28) verbonden is met een rotor van de motor en met de steel (24), de buitenste behuizing (28) in staat is te roteren tengevolge van de 10 rotatie van de rotor terwijl de inwendige lageras (30) relatief stationair blijft.

20. De röntgenbuisinrichting (10) van conclusie 16, waarbij de inwendige lageras (13) verbonden is met een rotor van de motor en met de steel (24) , waarbij de inwen- 15 dige lageras (30) in staat is om te roteren tengevolge van de rotatie van de rotor, terwijl de buitenste behuizing (28) relatief stationair blijft.