WO1988003355A1 - Heat convertor for an x ray generator - Google Patents

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WO1988003355A1
WO1988003355A1 PCT/DE1987/000467 DE8700467W WO8803355A1 WO 1988003355 A1 WO1988003355 A1 WO 1988003355A1 DE 8700467 W DE8700467 W DE 8700467W WO 8803355 A1 WO8803355 A1 WO 8803355A1
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heating
shells
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ferrite core
ray generator
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Günter Menge
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Thomson-Cgr Gmbh & Co
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/26—Measuring, controlling or protecting
    • H05G1/30—Controlling
    • H05G1/34—Anode current, heater current or heater voltage of X-ray tube
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/02—Casings
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/02—Constructional details

Definitions

  • the heating transducer generates a heating voltage in the range of approx. 3.5 V - 25 V and causes the electrons to be freed by electrical heating of the heating coil of the cathode of the X-ray tube.
  • the tube heating can be regulated in order to change the X-ray current in the X-ray tube; transformers are usually used here which are made up of cut tape cores. Due to their mechanical structure, these transformers have relatively large geometric dimensions. Another disadvantage is that they cannot be strung together in the event that several tubes or a multi-focus tubes are to be connected.
  • the cutting tape cores compared to the ferrite cores used is that the cutting tape core has a square or rectangular cross section and thus there is no close connection to the winding.
  • cores normally layered from individual sheets are also used Heat converters their application. The same disadvantages are to be mentioned here as with the cutting tape cores.
  • these heating transducers are usually only operated at a frequency of 50 Hz.
  • the high frequency inverter technology enables the construction of small heating converters due to the high frequencies, which can reach up to 100 kHz, and suitable insulation materials.
  • a heating converter for the operation of X-ray tubes has become known with the utility model GM 78 21 220. This heating converter is also fed by an inverter.
  • the constructive design of the Isolierstoffk ⁇ rper should avoid the occurrence of leakage currents and flashovers between the secondary winding and the core. This is achieved in that the secondary winding is arranged in an insulating body which is enclosed on all sides by a cap. Because the X-ray tubes are operated with different outputs, the heating transducers also vary in their output and therefore also in the level of the potential to earth, in contrast to an operating voltage transformer. The consequence of this is that special requirements must be placed on the insulating material.
  • Polypropylene a highly insulating plastic, fulfills all the requirements that are necessary To build up the heat converter in the smallest possible space. Further advantages and features of the inventive subject matter are explained in more detail with the aid of the exemplary embodiments shown more or less schematically in the drawings and described below.
  • the primary winding (2) is located on a polypropylene coil body (1), which is rounded at the ends.
  • the primary winding is covered by an insulating layer (3).
  • the screen winding (4) which is crimped over the rounded ends of the bobbin (1), forms the safe end.
  • the shield winding (4) is not short-circuited in itself, but has a finite opening (8) opposite the connection (5). Notches (7) are located on each side of the shield winding (4), which ensure reliable derivation of the connections (5) and do not cause any protruding edges at the opening (8).
  • the electrical connection (6) of the shield winding (4) is attached to one end.
  • the coil former (9) of the secondary winding (10) is also made of polypropylene and securely embeds the secondary winding (10) against rollovers on all sides with the minimum wall thickness.
  • the cover ring (11) is pushed over the coil former (9).
  • This cover ring (11) made of polypropylene is designed in such a way that the outer surface is conical from the center to the sides.
  • the insulation half-shells (13) are on the inner surface. (14) oppositely conical.
  • the assembly takes place in the following steps: The primary winding and the secondary winding are prefabricated.
  • the secondary winding (10) provided with the cover ring (11) is pressed into the lower insulation half-shell (13) with the aid of a tool.
  • connection (12) are exactly on the bushing (15).
  • the axially led out connections (5, 6) of the primary winding are now inserted centrally into the secondary winding.
  • the connection is formed by the second insulation half-shell (13), which is also pressed onto the protruding second half of the secondary winding using a tool.
  • the fact that the outer inner surfaces (14) run conically in the opposite direction to the cover ring (11) results in a quasi-homogeneous connection between the cover ring and the insulation half-shells after assembly.
  • the connections (5) of the primary winding and the shield winding (4) are screwed onto the outer surfaces.
  • the conclusion is the assembly of the ferrite core (19), which consists of two halves.
  • the ferrite core (19) is completely enclosed by the two insulation half-shells (13).
  • the insulation half-shells (13) have a hole in their central center through which one leg of the U-shaped ferrite core half passes. This leg is enclosed by the coil former (1) of the primary winding, which in turn is mechanically supported against the stop (17) and is thus fixed against slipping.
  • the second leg of the U-shaped ferrite core half (19) lies in the indentation (21). Through this indentation
  • this constructive measure ensures that the heat converter is significantly smaller in its mechanical dimensions than known heat converters in the version with a cutting band core.
  • the heating converter delivers just as great a power as heating converters with cutting tape cores.
  • the use of a ferrite core with a circular cross section also provides a close magnetic coupling to the primary and secondary windings.
  • the two ferrite core halves are glued together on their abutting surfaces with suitable adhesive. This is necessary so that even the smallest displacements of the two ferrite core halves cannot cause an inadmissible change in induction in the event of a strong impact load.
  • FIG. 1 seen primary and shield winding with connections from above

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Description

Heizwandler für einen Hontgen enerator
BESCHREIBUNG
Für den Betrieb einer Röntgenanlage werden zwei ver¬ schiedene Transformatorentypen benötigt, ein Hochspan- nungstransformator zum Beschleunigen der Elektronen und ein Heizwandler oder Heiztransformator. Der Heizwandler erzeugt eine Heizspannung in dem Bereich von ca. 3,5 V - 25 V und bewirkt eine Freimachung der Elektronen durch elektrische Erhitzung der Heizwendel der Kathode der Röntgenröhre. Zur Veränderung des Rδntgenstromes in der Röntgenröhre ist die Röhrenheizung regelbar, üblicher¬ weise werden hier Transformatoren verwendet, die aus Schnittbandkernen aufgebaut sind. Diese Transformatoren haben durch ihren mechanischen Aufbau relativ große geo- metrische Abmessungen. Ein weiterer Nachteil ist, daß sie nicht aneinandergereiht werden können, für den Fall, daß mehrere Röhren oder eine Mehrfocusrohre angeschlossen werden sollen.
In der Siemens Zeitschrift 43 (1969, Heft 1, S. 24 - 29) ist die Verwendung von zwei Heizwandlern beim Betrieb von Doppelfocus-Röhren erwähnt worden.
Ein weiterer Nachteil der Schnittbandkerne gegenüber den verwendeten Ferritkernen besteht darin, daß der Schnitt¬ bandkern einen quadratischen oder rechteckigen Quer- schnitt hat und somit keine enge Verbindung mit der Wick¬ lung vorhanden ist. Neben den Schnittbandkernen finden auch normal aus einzelnen Blechen geschichtete Kerne bei Heizwandlern ihre Anwendung. Hier sind die gleichen Nach¬ teile zu nennen, wie bei den Schnittbandkernen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß diese Heizwandler in der Regel nur mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben werden.
Heutige moderne Rontgengeneratoren werden nicht mehr mit einer Frequenz von 50 Hz betrieben. Die Hochfrequenz¬ wechselrichtertechnik ermöglicht aufgrund der hohen Frequenzen, die bis zu 100 kHz reichen können, und ge- eigneter Isoliermaterialien, den Bau von kleinen Heiz¬ wandlern.
Ein Heizwandler für den Betrieb von Röntgenröhren ist mit dem Gebrauchsmuster GM 78 21 220 bekannt geworden. Dieser Heizwandler wird auch durch einen Wechselrichter gespeist. Durch die konstruktive Ausgestaltung der Isolierstoffkδrper soll das Auftreten von Kriechstrδmen und Überschlägen zwischen der Sekundärwicklung und dem Kern vermieden werden. Dieses wird dadurch erreicht, daß die Sekundärwicklung in einem Isolierkörper angeordnet ist, welcher von einer Kappe allseitig umschlossen wird. Weil die Röntgenröhren mit unterschiedlicher Leistung be¬ trieben werden, variieren die Heizwandler auch in ihrer abgegebenen Leistung und damit auch in der Höhe des Po¬ tentials gegen Erde, im Gegensatz zu einem Betriebs- spannungstransformator. Dieses hat zur Folge, daß an das Isoliermaterial besondere Anforderungen gestellt werden müssen. Polypropylen, ein hochisolierender Kunststoff, erfüllt alle Voraussetzungen, die notwendig sind, einen Heizwandler auf kleinstmöglichem Raum aufzubauen. Weitere Vorteile und Merkmale des erfinderischen Gegen¬ standes werden anhand der in den Zeichnungen mehr oder minder schematisch dargestellten und nachfolgend be- schriebenen Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Die Primärwicklung (2) befindet sich auf einem Polypro- pylenspulenkδrper (1) , welcher an den Enden abgerundet ist. Abgedeckt wird die Primärwicklung durch eine Isolierlage (3) . Den sicheren Abschluß bildet die Schir - Wicklung (4) , die über die abgerundeten Enden des Spulen¬ körpers (1) herumgebördelt wird. Die Schirmwicklung (4) ist nicht in sich kurzgeschlossen, sondern hat eine endliche Öffnung (8) gegenüber dem Anschluß (5) . An jeder Seite der- Schirmwicklung (4) finden sich Ausklinkungen (7) , die eine sichere Ableitung der Anschlüsse (5) gewähr¬ leisten und an der Öffnung (8) keine vorstehenden Kanten entstehen lassen. Der elektrische Anschluß (6) der Schirmwicklung (4) wird an einer Stirnseite angebracht. Auch der Spulenkörper (9) der Sekundärwicklung (10) be- steht aus Polypropylen und bettet die Sekundärwicklung (10) sicher gegen Überschläge nach allen Seiten mit der Mindestwandstärke ein. über den Spulenkörper (9) wird der Abdeckring (11) , nach Aufbringung der Sekundärwicklung (10) , geschoben. Dieser Abdeckring (11) aus Polypropylen ist in der äußeren Formgestaltung so ausgebildet, daß die Außenfläche von der Mitte zu den Seiten konisch verläuft. Die Isolationshalbschalen (13) sind an der Innenfläche . (14) entgegengesetzt konisch ausgebildet. Die Montage läuft in folgenden Schritten ab: Die Primärwicklung und die Sekundärwicklung werden vorge¬ fertigt. Die mit dem Abdeckring (11) versehene Sekundär¬ wicklung (10) wird mit Hilfe eines Werkzeuges in die untere Isolationshalbschale (13) gepreßt. Hierbei ist darauf zu achten, daß die Anschlüsse (12) genau an der Durchführung (15) liegen. Die Primärwicklung wird mit ihren axial herausgeführten Anschlüssen (5, 6) nun zen¬ trisch in die Sekundärwicklung eingelegt. Den Anschluß bildet die zweite Isolationshalbschale (13) , die auch mittels eines Werkzeuges auf die herausragende zweite Hälfte der Sekundärwicklung aufgepreßt wird. Dadurch, daß die äußeren Innenflächen (14) zum Abdeckring (11) ent¬ gegengesetzt konisch verlaufen, entsteht nach der Montage eine quasi homogene Verbindung zwischen Abdeckring und Isolationshalbschalen.
Diese Verbindungsart ist nur dann durchführbar, wenn alle verwendeten Einzelteile in engen Toleranzen gefertigt werden. Durch diese Montageart entstehen quasi unendlich lange Kriechwege, welche eine optimale Isolation dar¬ stellen. Beim abschließenden Wärmeprozeß tempert das Ma¬ terial außerdem noch. Die zwar aus Einzelteilen entstan¬ dene Einheit gewährleistet aber nach allen Seiten eine gleichmäßige Wandstärke. Damit die beiden Isolationshalbschalen (13) aber nicht durch mechanische äußere Einflüsse unbeabsichtigt ge¬ trennt werden, werden sie mit geeigneten hochisolierenden Mitteln (16) verbunden. Wie aus der Fig. 4 ersichtlich ist, stehen nach der Montage keine Teile in axialer Rich¬ tung hervor. Diese konstruktive Gestaltung hat den Vor¬ teil, daß mehrere Heizwandler direkt untereinander ver¬ bunden (18) werden können. Ein solches Paket von Heiz- wandlern läßt sich ohne weiteres in einen Rδntgengenera- tor montieren.
Die Anschlüsse (5) der Primärwicklung und der Schirmwick¬ lung (4) werden an den Mantelflächen angeschraubt. Den Abschluß bildet die Montage des Ferritkernes (19) , der aus zwei Hälften besteht. Der Ferritkern (19) ist voll¬ kommen von den beiden Isolationshalbschalen (13) einge¬ schlossen. Die Isolationshalbschalen (13) verfügen in ihrer zentrischen Mitte über eine Bohrung, durch welche ein Schenkel der U-fδrmigen Ferritkernhälfte hindurch- geht. Umschlossen wird dieser Schenkel vom Spulenkörper (1) der Primärwicklung, die sich wiederum mechanisch gegen den Anschlag (17) abstützt und somit gegen Verrut¬ schen festgesetzt ist. Der zweite Schenkel der U-fδrmigen Ferritkernhälfte (19) liegt in der Einbuchtung (21) . Durch diese Einbuchtung
(21) wird sichergestellt, daß der Ferritkern (19) gegen äußere mechanische Beanspruchungen abgesichert ist.
Gleichzeitig wird durch diese konstruktive Maßnahme sichergestellt, daß der Heizwandler in seinen mecha- nischen Ausmaßen wesentlich kleiner ist, als bekannte Heizwandler in der Ausführung mit einem Schnittbandkern. Trotz der enormen kleinen mechanischen Abmessungen liefert der Heizwandler eine ebenso große Leistung wie Heizwandler mit Schnittbandkernen. Durch die Verwendung eines Ferritkernes mit einem kreis- runden Querschnitt ist auch eine enge magnetische Kopp¬ lung zu den Primär- und Sekundärwicklungen gegeben. Die beiden Ferritkernhälften werden an ihren Stoßflächen mit geeignetem Kleber miteinander verklebt. Dieses ist notwendig, damit bei starker Stoßbelastung auch kleinste Verschiebungen der beiden Ferritkernhälften keine unzu¬ lässige Induktionsveränderung verursachen können. Aufgrund der konstruktiven Maßnahme, daß nur ein Schenkel bewickelt ist, sind die Isolationsvorkehrungen der Sekundärwicklung (12) , welche auf Hochspannungspotential liegt, gut zu lösen. In Figur 4 wird dieses anschaulich dargestellt. Der Ferritkern (19) und die Anschlüsse der Primärwicklung (5) sowie der auf Erdpotential liegenden Schirmwicklung (6) befinden sich gegenüber dem Anschluß der Sekundärwicklung (12) , die auf Hochspannungspotential liegt.
Eine zusätzliche Isoliermaßnahme ist nicht zu treffen, da der konstruktive Aufbau alle erforderlichen Mindestab¬ stände gewährleistet. Große Isoliermaßnahmen treten da¬ gegen bei herkömmlichen Schnittbandkernen auf. Die Erfindung zeigt somit einen Heizwandler, der in seinem mechanischen Abmessungen extrem klein ist und trotzdem mit 125 kV betrieben werden kann. BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Der Gegenstand der Anmeldung wird durch folgende Zeichnungen deutlich erkennbar:
Figur 1 Schnittzeichnung der Primärwicklung mit Schirmwicklung
Figur 2 Primär- und Schirmwicklung mit Anschlüssen von oben gesehen
Figur 3 Sekundärwicklung mit Isolationshalbschalen
Figur 4 Zusammenbauzeichnung des Heizwandlers
BEZUGSZEICHENVERZEICHNIS
1) Spulenkorper der Primärwicklung
2) Primärwicklung
3) Isolierung
4) Schirmwicklung
5) Anschlüsse der Primärwicklung
6) Anschluß der Schirmwicklung
7) Ausklinkung
8) Öffnung der Schirmwicklung
9) Spulenkorper der Sekundärwicklung
10) Sekundärwicklung
11) Abdeckung
12) Anschlüsse der Sekundärwicklung
13) Isolationshalbschale
14) Konische Innenfläche
15) Durchführung für Sekundäranschlüsse
16) Verbindungsmittel
17) Anschlag für Primärwicklung
18) StapelVerbindung
19) Ferritkern
20) Klebefläche
21) Einbuchtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1) Heizwandler als Durchflußwandler, mit einem Wechselrichter betrieben, für einen Rδntgengenerator zur Speisung der Rδntgenröhrenheizung, dessen Magnetkern aus zwei U-förmigen Ferritkernhälften besteht, von denen min¬ destens ein Schenkel kreisrunden Querschnitt aufweist, und welche unlöslich miteinander verklebt sind, und dessen Spulenkorper und schalenartige Abdeckungen aus Polypropylen bestehen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß beide Hälften des Ferritkerns (19) kreisrunden Quer¬ schnitt aufweisen, wobei ein Schenkel des Ferritkernes (19) einseitig in einer Einbuchtung (21) der als zwei gleiche Isolationshalbschalen (13) ausgebildeten Abdek- kungen angeordnet ist, damit keine mechanische Belastung durch Befestigungen des Heizwandlers auftritt, der andere Schenkel zentrisch eingebettet ist in die Isolationshalb- schalen (13) , die Anschlüsse der Primärwicklung und einer Schirmwicklung sich auf der Seite befinden, wo der Ferritkern in der Einbuchtung liegt und die sekundären Hochspannungsanschlüsse auf der gegenüberliegenden Seite sich befinden und daß ein Abdeckring (11) der Sekundär- Hochspannungs-Wicklung (10) in axialer Richtung außen nach beiden Seiten konisch ausgeführt ist, damit er eine quasi homogene Verbindung nach der Montage mit den Isola¬ tionshalbschalen (13) , welche innen in axialer Richtung entgegengesetzt konisch ausgebildet sind, eingehen kann.
2) Heizwandler für einen Rδntgengenerator nach An¬ spruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Isolationshalbschalen (13) an der Seite der sekun- dären Hochspannungs-Anschlüsse mit Mitteln aus hochiso¬ lierendem Material (16) verbunden sind.
3) Heizwandler für einen Rδntgengenerator nach An¬ spruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärwicklung (2) von der nicht kurzgeschlossenen Schirmwicklung (4) umschlossen ist, an den Anschlußaus¬ tritten Ausklinkungen (7) aufweist und auf Erdpotential liegt.
4) Heizwandler für einen Röntgengenerator nach den Ansprüchen 1 oder 3 , d a d u r c h . g e k e n n z e i c h n e t, daß die Primärwicklung ohne zusätzliche Befestigungen in den Isolationshalbschalen (13) , welche an den Stirnflächen Anschläge (17) haben, eingebettet ist.
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