WO2013014123A1 - X-ray tube and method for the production thereof - Google Patents

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WO2013014123A1
WO2013014123A1 PCT/EP2012/064396 EP2012064396W WO2013014123A1 WO 2013014123 A1 WO2013014123 A1 WO 2013014123A1 EP 2012064396 W EP2012064396 W EP 2012064396W WO 2013014123 A1 WO2013014123 A1 WO 2013014123A1
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WO
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anode
phase change
ray tube
change material
cavity
Prior art date
Application number
PCT/EP2012/064396
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Inventor
Norbert Huber
Martin Kautz
Jochen SCHÄFER
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00X-ray tubes
    • H01J35/02Details
    • H01J35/04Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures
    • HELECTRICITY
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    • H01J2235/12Cooling
    • H01J2235/1225Cooling characterised by method

Definitions

  • the present invention relates to an X-ray tube for generating X-ray radiation having an anode comprising a phase change material for cooling, and to a method of manufacturing the X-ray tube.
  • a large part of the electrical energy used is converted into heat energy. This accumulates at the anode and must be removed .
  • the operation of an X-ray tube is diskonti ⁇ ously. There is a change between set-up times, which for example for the introduction of the body to be examined and for
  • Adjustment of the apparatus are necessary, and times of taking x-rays.
  • the energy introduced during the generation of X-rays is released only gradually by heat conduction and by heat radiation, for which reason e.g. Rotary anodes in operation get very hot.
  • Set-up times are usually long enough to ensure system cooling.
  • the temperatures Tempe ⁇ must be kept safely below 400 ° C.
  • the intensity, duration and frequency of the possible X-ray sequences that characterize the X-ray system depend on the heat dissipation and the heat buffering of the rotating anode plate.
  • the temperatures in the anode should be kept as low as possible, eg by improving the cooling concepts. As already described, the possibilities are limited.
  • a battery is provided in the system, which provides sufficient energy for driving a coolant pump briefly until the start of the emergency power supply.
  • a battery is provided in the system, which provides sufficient energy for driving a coolant pump briefly until the start of the emergency power supply.
  • Another Mög ⁇ friendliness is the rotating anode plate with a large heat capacity equip. This can be done, for example, by increasing the radius of the turntable or by applying graphite to the turntable for better heat dissipation.
  • This increases the effort and costs.
  • One possible solution to the problem is the use of phase change materials. From the prior art, for example DE10064341C2, the cooling of X-ray tubes via phase change materials is known.
  • phase change material in thermal contact with the material will be seen the anode of the X-ray tube ge ⁇ introduced at one side of the X-ray tube in a container.
  • the phase change material decreases during operation, the ent ⁇ standing heat partially and releases it into the Jost ⁇ times to the environment.
  • Phase change or phase change materials hereinafter also referred to as PCM (phase change material) are latent heat storage.
  • Such a latent heat storage is characterized in that the PCM, for example, paraffin, a suitable salt or metal, at a certain Grenztempe ⁇ temperature which is usually higher for paraffin at, for example, about 50 ° C and salts or metals (greater than 500 ° C), performs a phase transformation.
  • the temperature of the PCM remains virtually constant despite heat, because the input power that speaks ent ⁇ the Schmelzentalphie is required for the phase transition .
  • the the latent heat storage supplied during the phase transition of the PCM heat is so termege ⁇ stores in the latent heat storage and only released at a reversal of the phase transformation.
  • the PCM will not rise above the threshold temperature until the phase conversion of the PCM is completed and power is maintained.
  • heat-conducting ribs are necessary.
  • the one-sided attachment of the phase change material with heat conducting ribs to the anode can lead to imbalances in rotation of the anode, to the destruction of the X-ray tube.
  • the structure of the X-ray tube with phase change material in a container, which consists of a different material than the anode itself, and with heat conducting ribs is complicated.
  • the use of different materials leads to mechanical stresses when thermally expanded. These can lead to the destruction of the structure. Furthermore, space is lost for phase change material by the heat conducting ribs.
  • the object of the present invention is therefore to provide an X-ray tube for generating X-ray radiation and a method for the production thereof, which reduce or completely overcome the abovementioned problems.
  • the X-ray tube according to the invention for generating X-radiation ⁇ comprises an anode with a phase change material to cool the anode.
  • the phase change material is disposed in Ano ⁇ denmaterial or integrated.
  • the arrangement of the phase change material in the anode Mate rial can be dispensed with a container for the phase change material.
  • the heat-conducting ribs and the container for Befestigun the phase change material the structure of the X-ray tube is simplified and saved costs.
  • the arrangement of the phase ⁇ change material not unilaterally on the outside of the Ano ⁇ denmaterials, but reduced or avoided inside During rotation of the anode during operation of the X-ray tube imbalances, which can damage the X-ray tube to destruction.
  • the phase change material can be a highly heat-conductive phase change material. Possible materials are aluminum, or copper, or brass, or silicon or alloys comprising aluminum, and / or copper, and / or brass, and / or silicon.
  • the use of highly heat-conductive phase change material additionally improves the cooling effect during operation.
  • the anode material may include or may be a titanium-zirconium-molybdenum alloy.
  • materials such as aluminum, copper, or brass are better able to conduct heat and have a high enthalpy of fusion. As a result, much amount of heat stored ⁇ and the low density of eg aluminum leads to ver ⁇ -reduced problems with the rotation of the anode.
  • a cavity may be formed, the phase change material is disposed in wel ⁇ cher.
  • an opening of the cavity to the surroundings of the anode can be provided.
  • the cavity in the anode material forms a Be ⁇ ratio for the phase change material, which is not exposed to mechanical stresses in relation to the anode, since no different materials meet. This increases the stability and life of the X-ray tube.
  • Span ⁇ tion between the phase change material and anode material are degraded au ⁇ usually at phase change of the phase change material au ⁇ .
  • Volume changes of the Phasenuncimate ⁇ rials can be compensated through the opening.
  • the cavity can have different forms, for example a cuboid volume, or a rotationally symmetric Volu ⁇ men, in particular a cylindrical volume.
  • a zylin ⁇ derförmige cavity may be easier herzustel ⁇ len may.
  • a rotationally symmetric, in particular a cylinder derförmige cavity can form a common axis with the Rotati ⁇ onsachse the anode, which unbalances during rotation of the anode can be further reduced by different mass distributions or avoided.
  • the anode may be composed of at least two parts, in particular of just two parts which are mutually connected ⁇ ver.
  • the at least or exactly two parts together enclose a cavity in which the phase change material is arranged.
  • the Ka ⁇ tivity is easy to produce in the interior of the anode.
  • the cavity can also be introduced in a one-piece anode, for example as a bore, milling or by spark erosion.
  • the at least two parts can be joined together, for example, by a welded connection, in particular by a friction-welded connection.
  • the cavity can be produced by spark erosion from the anode material, but also by other methods such as milling, or the parts can already be produced in the form of depressions during casting, for example, which then result in the cavity.
  • the phase change material can comprise in particular greater than 5 to 1 on ⁇ for an anode material Volu ⁇ men conference greater than 1 to 10. The more phase change material is present, the more heat can be dissipated or cached during operation of the X-ray tube and the better the cooling works. However, in prior art x-ray tubes, the amount of phase change material is severely limited because it is limited by the size of the container and the heat conducting structure, such as cooling fins, and can lead to imbalances in the molten state.
  • the inventive method for producing the above-described X-ray tube comprises that the Phasen cartimate ⁇ rial in liquid form, in particular by casting in the anode is introduced. This allows a very uniform distribution Ver ⁇ the phase change material in the cavity and complete filling of the cavity. As a result, imbalances can be rented and the cavity can be filled to a maximum with phase change material, which means that a lot of phase change material is available as a thermal buffer.
  • the phase change material can be introduced in liquid form via a bore into the interior of the anode.
  • the bore can be used to compensate for changes in volume of the phase change material in the operation of the X-ray tube and allows ei ⁇ ne simple introduction into the cavity even with an assembled anode of individual parts.
  • the phase change material may only be in contact with a Ano ⁇ denmaterial, in particular with a titanium zirconium molybdenum alloy, to reduce stresses in thermally-induced volume changes.
  • a Ano ⁇ denmaterial in particular with a titanium zirconium molybdenum alloy
  • no other materials are in contact out of phase change material and Ano ⁇ denmaterial, ie no materials of Be ⁇ holds isses or cooling fins, and in that the phase change material in the liquid state to no mechanical stresses leads to the anode material can not Proble ⁇ me as Chipping or bending caused by mechanical stresses at contact points of materials with different thermal expansion coefficients.
  • Fig. 1 shows an X-ray tube according to the prior art in
  • Fig. 3 is a longitudinal section through the anode of a fiction, modern ⁇ X-ray tube with PCM inside.
  • Fig. 1 shows an X-ray tube according to the prior Tech ⁇ technology , the vacuum housing 1 in a schematically indicated manner (bearings L i and L 2 ) is rotatably mounted about a rotation axis D.
  • the vacuum housing 1 is formed with respect to the rotational axis D wesent ⁇ union rotationally symmetrical.
  • an electron emitter 2 with focusing electrode 3 is arranged, which is heated by a heating current in a known manner, not shown, during operation of the x-ray tube and emits an electron beam, designated by E in FIG. 1, of preferably circular cross-section.
  • the electron beam E strikes an anode 4, since an acceleration voltage, the so-called tube voltage, is applied between the anode 4 and the electron emitter 2, which is not shown in detail in a manner known per se ,
  • the electrons of the electron beam E accelerated by the tube voltage strike the anode 4 with such energy that X-radiation emanates from the point of incidence of the electron beam E referred to below as the focal spot BF.
  • FIG. 1 the wall thickness of the vacuum housing 1 which originates from the focal spot BF and is reduced by an annular area serving as a beam exit window 5 is replaced.
  • the anode 4 forms a wall of the vacuum housing 1, that is, its bottom, so to speak.
  • a deflection system 6 which contains in the case of the described istsbei ⁇ game in a known, not shown manner with appropriate currents supplied coils for egg NEN a focusing and, secondly, provide the required From ⁇ steering the electron beam e.
  • the anode 4 has a main body 9, which is formed, for example, from molybdenum, and provided with a focal path 10 in that region in which it is swept by the electron beam E because of the rotation of the x-ray tube is, for example, formed of a tungsten-rhenium alloy.
  • the focal track 10 may be dispensed with using anode materials of e.g. Titanium-zirconium-molybdenum alloys.
  • Fig. 1 In order to be able to dissipate into ⁇ brought loss of heat in the anode 4 during operation of the X-ray tube, the outside of the anode 4 is designated with a whole by 7, is provided in Fig. 1 only schematically indicated latent heat accumulator, the means for biasing associated with a gaseous cooling medium are, in Fig. 1 by a latent heat ⁇ memory with ambient air acting blower 8 are illustrated veraulicht.
  • the latent heat storage 7 serves as a buffer for the heat loss incurred during operation of the x-ray tube, so that a continuous removal of the costs incurred on the anode 4 heat loss is not necessary.
  • the latent heat storage device 7 contains PCM 11, which in the case of the exemplary embodiment described is accommodated in a cup-shaped housing 12 which is open towards the anode 4.
  • a heat conducting body 13 is seen on the outside of the anode 4, which consists in the case of the described embodiment of copper.
  • the heat-conducting body 13 is connected by soldering or welding areally with the anode 4, which he is facilitated when the two surfaces to be joined are planar as in the case of the illustrated embodiment.
  • the heat-conducting body 13 preferably has annular ribs, one of which is designated 14 in FIG. 2, which engage the PCM 11.
  • the latent heat storage 7 in order to improve the removal of heat stored in the latent heat storage 7 by the air flow generated by the blower 8, the latent heat storage 7, as indicated in Fig. 2 ge dashed lines may be provided on its side facing away from the anode 4 end face with a heat sink 15.
  • the latent heat accumulator 7 and optionally the heat sink 15 and the heat conducting body 13 with the ribs 14 are, by the way, as well as the anode 4 and the x-ray tube formed substantially rotationally symmetrical to the rotation axis D.
  • FIG. 3 shows a longitudinal section through the anode 4 of an X-ray tube according to the invention with PCM 11 in the interior, ie in a cavity 18 in the anode 4.
  • the anode 4 is constructed from two parts which are mechanically fixed together by a welded joint 16 are connected liquid-tight. In the two parts of the anode 4 is on the Sei ⁇ te on which they are welded together, congruent ⁇ same and mirror inverted introduced a recess, wel ⁇ che the cavity 18 result.
  • the wells can eg
  • the cavity 18 is fluid-tight with the exception of one or more ⁇ ter holes 17, which are designed to introduce the PCM 11 from the outside of the anode 4 to the cavity 18 through.
  • Under bore 17 is hereinafter generally an opening to understand, which can be generated not only by drilling, but also eg by milling or spark erosion.
  • the PCM 11 can be introduced, for example, by pouring in liquid form until the cavity 18 is completely filled with PCM 11.
  • the introduced PCM 11 can first solidify after insertion.
  • the material then liquefies again and spreads evenly over the circumference, which counteracts a possible imbalance.
  • In Ent ⁇ are unbalance by the Boronne 17 may include additional balancing holes, which are not shown in the figures for simplicity, are introduced into the anode 4 for compensating for or reducing the imbalance.
  • the bore is obliquely upwards in the direction of the electron emitter 2, not shown in FIG. 3, with an inclination in the direction of the axis of rotation D. Due to the inclination of the Bore 17 in the direction of rotation axis D and the formation upwards, against the direction of gravity, the PCM 11 also remains in liquid form upon rotation of the anode in the cavity 18. The bore 17 can remain open and to compensate for volume changes of the PCM 11 in the cavity 18 serve, without the liquid PCM 11 expires.
  • anode 4 from a material such as a titanium-zirconium-molybdenum alloy, can be dispensed with an internal web 10 of another as the anode material ⁇ the.
  • highly heat-conductive PCM in particular aluminum, or copper, or brass, or silicon or their alloys, can be dispensed with an additional cooling or a higher performance can be achieved because it has sufficient heat capacity with sufficiently large cavity 4 to the completely absorbed in the operation of the X-ray tube Wär ⁇ memege and deliver it again during breaks. It can also be dispensed with the use of trenchleitMechn 13 and heat sinks 15 and on containers such as the housing 12, by introduction and direct arrangement of harness lockeritstoryem PCM in the cavity 18 in the interior of the anode. 4
  • the X-ray tube according to the invention can be accommodated in a protective housing in a manner known per se, wherein the protective housing contains no liquid, but instead flows through a gaseous cooling medium, in particular the ambient air, wherein the flow is, for example, by a blower is maintained.
  • the X-ray tube according to the invention may be housed in an oil bath or in a flow-through of oil vessel in a known per se and not Darge ⁇ imputed manner.
  • the x-ray tube may comprise a stationary anode or a rotary anode.
  • the effective thermal conductivity of the fuel ring to the remaining anode plate is significantly increased by free convection of the liquid PCM material.
  • the invention can also be applied to those X-ray tubes in which the electron emitter is rotatably supported relative to the vacuum housing in a manner known per se from US Pat . No. 5,046,186 and is held stationary by suitable measures relative to the vacuum housing.
  • the invention can also be applied to other types of x-ray tubes.
  • the X-ray tube according to the invention should not be limited only to the described in Fig. 3 embodiment, son ⁇ countries may also have features which have been for example described above under the prior art. Any combination of described embodiments is encompassed by the invention.

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Abstract

The invention relates to an x-ray tube for producing x-ray radiation, comprising an anode (4), which comprises a phase-change material, PCM (11), for cooling, and to a method for producing the x-ray tube. The phase-change material (11) is arranged in the anode material and can, for example, be introduced into the anode (4) by pouring the phase-change material in the liquid form.

Description

Beschreibung description
Röntgenröhre und Verfahren zu deren Herstellung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit einer Anode, welche ein Phasenwechselmaterial zur Kühlung umfasst, und auf ein Verfahren zur Herstellung der Röntgenröhre. Bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen mit Röntgenröhren wird ein Großteil der eingesetzten elektrischen Energie in Wärmeenergie umgewandelt. Diese fällt an der Anode an und muss ab¬ geführt werden. Der Betrieb einer Röntgenröhre ist diskonti¬ nuierlich. Es erfolgt ein Wechsel zwischen Rüstzeiten, welche z.B. zur Einbringung des zu untersuchenden Körpers und zurThe present invention relates to an X-ray tube for generating X-ray radiation having an anode comprising a phase change material for cooling, and to a method of manufacturing the X-ray tube. When generating X-rays with X-ray tubes, a large part of the electrical energy used is converted into heat energy. This accumulates at the anode and must be removed . The operation of an X-ray tube is diskonti ¬ ously. There is a change between set-up times, which for example for the introduction of the body to be examined and for
Einstellung der Apparatur notwendig sind, und von Zeiten der Aufnahme von Röntgenbildern. Die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen eingebrachte Energie wird durch Wärmeleitung und durch Wärmestrahlung nur allmählich abgegeben, weswegen z.B. Drehanoden in Betrieb sehr heiß werden. Die Rüstzeiten sind in der Regel ausreichend lang, um ein Abkühlen des Systems sicherzustellen . Adjustment of the apparatus are necessary, and times of taking x-rays. The energy introduced during the generation of X-rays is released only gradually by heat conduction and by heat radiation, for which reason e.g. Rotary anodes in operation get very hot. Set-up times are usually long enough to ensure system cooling.
Hohe Spitzentemperaturen können jedoch zu Problemen führen, bis hin zur Zerstörung der Röntgenröhre. Deshalb sind hohe Spitzenwerte der Temperatur zu vermeiden. Daraus folgen ein erheblicher konstruktiver Aufwand zur Vermeidung unzulässig hoher thermischer Spannungen und thermischer Überhitzung/Zerstörung in der Anode sowie eine starke Einschränkung hin- sichtlich der Werkstoffauswahl . Es muss unter anderem auf teure Werkstoffe wie TZM, einer Legierung aus Titan- Zirkonium-Molybdän, zurückgegriffen werden. High peak temperatures, however, can lead to problems, even to the destruction of the X-ray tube. Therefore, high peak temperatures should be avoided. This results in a significant constructive effort to avoid unacceptably high thermal stresses and thermal overheating / destruction in the anode and a strong limitation in terms of material selection. Among other things, expensive materials like TZM, a titanium-zirconium-molybdenum alloy, have to be used.
Ein weiteres Problem sind eventuelle Stromausfälle. Bei Another problem is possible power outages. at
Stromausfall während oder direkt nach einer Behandlung bzw.Power failure during or immediately after a treatment or
Untersuchung, d.h. nach einer Wärmezufuhr, besteht die Gefahr die Röhre durch zu hohe Temperaturen wegen unzureichender Kühlung zu zerstören. Es besteht bei unzureichender Kühlung ebenfalls die Gefahr der Beschädigung bis hin zur Zerstörung des Flüssigmetalllagers am Anodenfuß. Hier müssen die Tempe¬ raturen sicher unter 400°C gehalten werden. Generell sind Intensität, Dauer und Häufigkeit der möglichen Röntgensequenzen, die das Röntgensystem charakterisieren, abhängig von der Wärmeabfuhr und der Wärmepufferung des Drehanodentellers . Die Temperaturen in der Anode sind so niedrig wie möglich zu halten, z.B. durch Verbesserung der Kühlkonzepte. Wie bereits beschrieben, sind dabei die Möglichkeiten begrenzt. Für einen Stromausfall bzw. einen Ausfall des Kühlsystems wird eine Batterie im System vorgesehen, die kurzzeitig bis zum Anlauf der Notstromversorgung genügend Energie für den Antrieb einer Kühlmittelpumpe bereitstellt. Dadurch kann versucht werden, so lange wie möglich die in Richtung Anodenachse abfließende Wärme auf das Gesamtsystem zu verteilen. Eine weitere Mög¬ lichkeit ist es, den Drehanodenteller mit einer großen Wärme- kapazität auszustatten. Dies kann z.B. durch Vergrößerung des Radius des Drehtellers oder durch Aufbringen von Graphit auf den Drehteller für eine bessere Wärmeableitung erfolgen. Dadurch werden jedoch der Aufwand und die Kosten erhöht. Eine mögliche Lösung des Problems ist die Verwendung von Pha- senwechselmaterialien . Aus dem Stand der Technik, z.B. der DE10064341C2 ist die Kühlung von Röntgenröhren über Phasen- wechselmaterialien bekannt. An einer Seite der Röntgenröhre wird in einem Behältnis ein Phasenwechselmaterial in thermi- sehen Kontakt mit dem Material der Anode der Röntgenröhre ge¬ bracht. Das Phasenwechselmaterial nimmt im Betrieb die ent¬ stehende Wärmemenge teilweise auf und gibt sie in den Rüst¬ zeiten an die Umgebung ab. Phasenumwandlungs- oder Phasenwechselmaterialien, im Folgenden auch als PCM (phase change material) bezeichnet, sind Latentwärmespeicher. Ein solcher Latentwärmespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass das PCM, zum Beispiel Paraffin, ein geeignetes Salz oder Metall, bei einer bestimmten Grenztempe¬ ratur die für Paraffin bei beispielsweise ca. 50°C und bei Salzen oder Metallen gewöhnlich darüber liegt (größer 500°C), eine Phasenumwandlung vollzieht. Während der Phasenumwand- lung, bei der es sich gewöhnlich um die Phasenumwandlung zwischen dem festen und dem flüssigen Zustand handelt, bleibt die Temperatur des PCM trotz Wärmezufuhr praktisch konstant, da die zugeführte Energie, die der Schmelzentalphie ent¬ spricht, für die Phasenumwandlung benötigt wird. Die dem La- tentwärmespeicher während der Phasenumwandlung des PCM zugeführte Wärme wird also in dem Latentwärmespeicher zwischenge¬ speichert und erst bei einer Umkehrung der Phasenumwandlung wieder frei. Bei Energiezufuhr erfolgt eine Erwärmung des PCM über die Grenztemperatur hinaus erst dann, wenn die Phasenum- Wandlung des PCM vollständig abgeschlossen ist und die Energiezufuhr weiter aufrecht erhalten wird. Um eine gute Kühlung mit PCM nach dem Stand der Technik zu gewährleisten, sind Wärmeleitrippen notwendig. Examination, ie after a heat supply, there is the danger to destroy the tube due to high temperatures due to insufficient cooling. There is insufficient cooling also the risk of damage up to the destruction of the liquid metal bearing at the anode foot. Here, the temperatures Tempe ¬ must be kept safely below 400 ° C. In general, the intensity, duration and frequency of the possible X-ray sequences that characterize the X-ray system depend on the heat dissipation and the heat buffering of the rotating anode plate. The temperatures in the anode should be kept as low as possible, eg by improving the cooling concepts. As already described, the possibilities are limited. For a power failure or failure of the cooling system, a battery is provided in the system, which provides sufficient energy for driving a coolant pump briefly until the start of the emergency power supply. As a result, it is possible to try to distribute the heat flowing away in the direction of the anode axis as long as possible to the entire system. Another Mög ¬ friendliness is the rotating anode plate with a large heat capacity equip. This can be done, for example, by increasing the radius of the turntable or by applying graphite to the turntable for better heat dissipation. However, this increases the effort and costs. One possible solution to the problem is the use of phase change materials. From the prior art, for example DE10064341C2, the cooling of X-ray tubes via phase change materials is known. A phase change material in thermal contact with the material will be seen the anode of the X-ray tube ge ¬ introduced at one side of the X-ray tube in a container. The phase change material decreases during operation, the ent ¬ standing heat partially and releases it into the Rüst ¬ times to the environment. Phase change or phase change materials, hereinafter also referred to as PCM (phase change material) are latent heat storage. Such a latent heat storage is characterized in that the PCM, for example, paraffin, a suitable salt or metal, at a certain Grenztempe ¬ temperature which is usually higher for paraffin at, for example, about 50 ° C and salts or metals (greater than 500 ° C), performs a phase transformation. During the phase change, which is usually is the phase transition between the solid and the liquid state, the temperature of the PCM remains virtually constant despite heat, because the input power that speaks ent ¬ the Schmelzentalphie is required for the phase transition , The the latent heat storage supplied during the phase transition of the PCM heat is so zwischenge ¬ stores in the latent heat storage and only released at a reversal of the phase transformation. When power is applied, the PCM will not rise above the threshold temperature until the phase conversion of the PCM is completed and power is maintained. To ensure good cooling with PCM according to the prior art, heat-conducting ribs are necessary.
Nachteilig am Einsatz von Wärmeleitrippen ist jedoch, dass diese zu einem Dichteunterschied führen, welcher bei der Ro¬ tation der Anode Problemen ergeben kann. Das einseitige Anbringen des Phasenwechselmaterials mit Wärmeleitrippen an die Anode kann bei Rotation der Anode zu Unwuchten führen, bis hin zur Zerstörung der Röntgenröhre. Der Aufbau der Röntgenröhre mit Phasenwechselmaterial in einem Behältnis, welches aus einem anderen Material als die Anode selbst besteht, und mit Wärmeleitrippen ist kompliziert. Die Verwendung von unterschiedlichen Materialien führt bei thermischer Ausdehnung zu mechanischen Spannungen. Diese können zur Zerstörung des Aufbaus führen. Ferner geht durch die Wärmeleitrippen Platz für Phasenwechselmaterial verloren. A disadvantage of the use of heat-conducting, however, is that they lead to a difference in density, which may result in problems with the Ro ¬ tation of the anode. The one-sided attachment of the phase change material with heat conducting ribs to the anode can lead to imbalances in rotation of the anode, to the destruction of the X-ray tube. The structure of the X-ray tube with phase change material in a container, which consists of a different material than the anode itself, and with heat conducting ribs is complicated. The use of different materials leads to mechanical stresses when thermally expanded. These can lead to the destruction of the structure. Furthermore, space is lost for phase change material by the heat conducting ribs.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Rönt- genröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche die zuvor genannten Probleme verringern oder vollständig überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Röntgenröhre anzugeben, welche einen einfachen Aufbau aufweist, einfach und kostengünstig herzustellen ist, und im Betrieb zuverläs¬ sig sowie langlebig funktioniert. The object of the present invention is therefore to provide an X-ray tube for generating X-ray radiation and a method for the production thereof, which reduce or completely overcome the abovementioned problems. In particular, it is the object of the present invention to provide an X-ray tube specify, which has a simple structure, is simple and inexpensive to manufacture, and reliable in operation ¬ sig and durable works.
Die angegebene Aufgabe wird bezüglich der Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der Röntgenröhre mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. The stated object is achieved with respect to the X-ray tube for generating X-radiation with the features of claim 1 and with respect to the method for producing the X-ray tube with the features of claim 9.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung und des Verfahrens zur Herstellung der Röntgenröhre gehen aus den jeweils zuge¬ ordneten abhängigen Unteransprüchen hervor. Dabei können die Merkmale des Hauptanspruchs mit Merkmalen der Unteransprüche und Merkmale der Unteransprüche untereinander kombiniert wer den . Advantageous embodiments of the inventive X-ray tube for generating X-radiation and the method for producing the X-ray tube will become apparent from the respectively associated ¬ dependent subclaims. The features of the main claim with features of the subclaims and features of the claims can be combined with each other who the.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgen¬ strahlung umfasst eine Anode mit einem Phasenwechselmaterial zur Kühlung der Anode. Das Phasenwechselmaterial ist im Ano¬ denmaterial angeordnet bzw. integriert. The X-ray tube according to the invention for generating X-radiation ¬ comprises an anode with a phase change material to cool the anode. The phase change material is disposed in Ano ¬ denmaterial or integrated.
Durch die Anordnung des Phasenwechselmaterials im Anodenmate rial kann auf ein Behältnis für das Phasenwechselmaterial verzichtet werden. Die Erhöhte Kontaktfläche zwischen Phasen wechselmaterial und Anodenmaterial im Vergleich zum zuvor be schriebenen Stand der Technik, bei welchem das Phasenwechsel material nur auf einer Seite der Anode befestigt ist, ermög¬ licht einen guten Wärmetransport vom Anodenmaterial zum Pha¬ senwechselmaterial und erlaubt damit auf Wärmeleitrippen zu verzichten. Dadurch ist bei gleicher zusätzlich an der Anode befestigter Masse die Verwendung von mehr Phasenwechselmaterial möglich, was eine verbesserte Kühlung ergibt. Durch Weg fall der Wärmeleitrippen und des Behältnisses zur Befestigun des Phasenwechselmaterials wird der Aufbau der Röntgenröhre vereinfacht sowie Kosten gespart. Die Anordnung des Phasen¬ wechselmaterials nicht einseitig an der Außenseite des Ano¬ denmaterials, sondern im Inneren verringert bzw. vermeidet bei Drehung der Anode im Betrieb der Röntgenröhre Unwuchten, welche die Röntgenröhre beschädigen können bis hin zur Zerstörung . The arrangement of the phase change material in the anode Mate rial can be dispensed with a container for the phase change material. The increased contact surface between phase change material and anode material compared to the previously described prior art, in which the phase change material is attached only on one side of the anode, made ¬ light good heat transfer from the anode material to Pha ¬ senwechselmaterial and thus allows for thermal fins to without. As a result, with the same mass additionally attached to the anode, it is possible to use more phase change material, which results in improved cooling. By way case of the heat-conducting ribs and the container for Befestigun the phase change material, the structure of the X-ray tube is simplified and saved costs. The arrangement of the phase ¬ change material not unilaterally on the outside of the Ano ¬ denmaterials, but reduced or avoided inside During rotation of the anode during operation of the X-ray tube imbalances, which can damage the X-ray tube to destruction.
Das Phasenwechselmaterial kann ein hochwärmeleitfähiges Pha- senwechselmaterial sein. Mögliche Materialien sind Aluminium, oder Kupfer, oder Messing, oder Silizium oder Legierungen, welche Aluminium, und/oder Kupfer, und/oder Messing, und/oder Silizium umfassen. Die Verwendung von hochwärmeleitfähigem Phasenwechselmaterial verbessert die Kühlwirkung im Betrieb zusätzlich. Das Anodenmaterial kann eine Titan-Zirkonium- Molybdän Legierung umfassen oder sein. Im Gegensatz zu üblichen PCM aus dem Stand der Technik, welche Paraffin oder Salze umfassen, können Materialien wie Aluminium, Kupfer oder Messing besser die Wärme leiten und weisen eine hohe Schmelzenthalpie auf. Dadurch kann viel Wärmemenge gespeichert wer¬ den und die geringe Dichte von z.B. Aluminium führt zu ver¬ ringerten Problemen bei der Rotation der Anode. The phase change material can be a highly heat-conductive phase change material. Possible materials are aluminum, or copper, or brass, or silicon or alloys comprising aluminum, and / or copper, and / or brass, and / or silicon. The use of highly heat-conductive phase change material additionally improves the cooling effect during operation. The anode material may include or may be a titanium-zirconium-molybdenum alloy. In contrast to conventional prior art PCMs, which include paraffin or salts, materials such as aluminum, copper, or brass are better able to conduct heat and have a high enthalpy of fusion. As a result, much amount of heat stored ¬ and the low density of eg aluminum leads to ver ¬-reduced problems with the rotation of the anode.
Im Inneren der Anode kann eine Kavität gebildet sein, in wel¬ cher das Phasenwechselmaterial angeordnet ist. Zum Befüllen der Kavität und zum Ausgleich von Materialausdehnungen im Betrieb kann eine Öffnung der Kavität zur Umgebung der Anode vorgesehen sein. Die Kavität im Anodenmaterial bildet ein Be¬ hältnis für das Phasenwechselmaterial, welches im Bezug auf die Anode keinen mechanischen Spannungen ausgesetzt ist, da keine unterschiedlichen Materialien aufeinander treffen. Dies erhöht die Stabilität und Lebensdauer der Röntgenröhre. Span¬ nung zwischen Phasenwechselmaterial und Anodenmaterial werden in der Regel bei Phasenwechsel des Phasenwechselmaterials au¬ tomatisch abgebaut. Volumenänderungen des Phasenwechselmate¬ rials können über die Öffnung ausgeglichen werden. Inside the anode, a cavity may be formed, the phase change material is disposed in wel ¬ cher. For filling the cavity and for compensating material expansions in operation, an opening of the cavity to the surroundings of the anode can be provided. The cavity in the anode material forms a Be ¬ ratio for the phase change material, which is not exposed to mechanical stresses in relation to the anode, since no different materials meet. This increases the stability and life of the X-ray tube. Span ¬ tion between the phase change material and anode material are degraded au¬ usually at phase change of the phase change material au ¬ . Volume changes of the Phasenwechselmate ¬ rials can be compensated through the opening.
Die Kavität kann unterschiedliche Formen aufweisen, z.B. ein quaderförmiges Volumen oder ein rotationssymmetrisches Volu¬ men, insbesondere ein zylinderförmiges Volumen. Eine zylin¬ derförmige Kavität kann unter Umständen einfacher herzustel¬ len sein. Eine rotationssymmetrische, insbesondere ein zylin- derförmige Kavität kann eine gemeinsame Achse mit der Rotati¬ onsachse der Anode ausbilden, wodurch Unwuchten bei Rotation der Anode durch unterschiedliche Masseverteilungen weiter reduziert bzw. vermieden werden. The cavity can have different forms, for example a cuboid volume, or a rotationally symmetric Volu ¬ men, in particular a cylindrical volume. A zylin ¬ derförmige cavity may be easier herzustel ¬ len may. A rotationally symmetric, in particular a cylinder derförmige cavity can form a common axis with the Rotati ¬ onsachse the anode, which unbalances during rotation of the anode can be further reduced by different mass distributions or avoided.
Die Anode kann aus wenigstens zwei Teilen aufgebaut sein, insbesondere aus genau zwei Teilen, welche miteinander ver¬ bunden sind. Die wenigstens oder genau zwei Teile umschließen gemeinsam eine Kavität, in welcher das Phasenwechselmaterial angeordnet ist. Durch den Aufbau aus zwei Teilen ist die Ka¬ vität im Inneren der Anode leicht herzustellen. Alternativ kann die Kavität aber auch in einer einteiligen Anode z.B. als Bohrung, Fräsung oder durch Funkenerosion eingebracht werden . The anode may be composed of at least two parts, in particular of just two parts which are mutually connected ¬ ver. The at least or exactly two parts together enclose a cavity in which the phase change material is arranged. By the construction of two parts, the Ka ¬ tivity is easy to produce in the interior of the anode. Alternatively, however, the cavity can also be introduced in a one-piece anode, for example as a bore, milling or by spark erosion.
Bei einer zwei oder mehrteiligen Anode können die wenigstens zwei Teile z.B. durch eine Schweißverbindung, insbesondere durch eine Reibschweißverbindung zusammengefügt sein. Die Kavität kann durch Funkenerosion aus dem Anodenmaterial herge- stellt sein, aber auch durch andere Verfahren wie Fräsen, oder die Teile können z.B. beim Gießen in ihrer Form schon mit Vertiefungen hergestellt sein, welche dann die Kavität ergeben . Das Phasenwechselmaterial kann zum Anodenmaterial ein Volu¬ menverhältnis größer 1 zu 10, insbesondere größer 1 zu 5 auf¬ weisen. Je mehr Phasenwechselmaterial vorhanden ist, desto mehr Wärme kann im Betrieb der Röntgenröhre abgeführt bzw. zwischengespeichert werden und desto besser funktioniert die Kühlung. Bei Röntgenröhren im Stand der Technik ist die Menge an Phasenwechselmaterial jedoch stark beschränkt, da es durch die Größe des Behältnisses und der Wärmeleitstruktur wie z.B. Kühlrippen begrenzt ist, und im geschmolzenen Zustand zu Unwuchten führen kann. In the case of a two-part or multi-part anode, the at least two parts can be joined together, for example, by a welded connection, in particular by a friction-welded connection. The cavity can be produced by spark erosion from the anode material, but also by other methods such as milling, or the parts can already be produced in the form of depressions during casting, for example, which then result in the cavity. The phase change material can comprise in particular greater than 5 to 1 on ¬ for an anode material Volu ¬ menverhältnis greater than 1 to 10. The more phase change material is present, the more heat can be dissipated or cached during operation of the X-ray tube and the better the cooling works. However, in prior art x-ray tubes, the amount of phase change material is severely limited because it is limited by the size of the container and the heat conducting structure, such as cooling fins, and can lead to imbalances in the molten state.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der zuvor beschriebenen Röntgenröhre umfasst, dass das Phasenwechselmate¬ rial in flüssiger Form insbesondere durch Gießen in die Anode eingebracht wird. Dies ermöglicht eine sehr gleichmäßige Ver¬ teilung des Phasenwechselmaterials in der Kavität und ein vollständiges Ausfüllen der Kavität. Dadurch werden Unwuchten vermieten und die Kavität kann maximal mit Phasenwechselmate- rial befüllt werden, womit viel Phasenwechselmaterial als thermischer Puffer zur Verfügung steht. The inventive method for producing the above-described X-ray tube comprises that the Phasenwechselmate ¬ rial in liquid form, in particular by casting in the anode is introduced. This allows a very uniform distribution Ver ¬ the phase change material in the cavity and complete filling of the cavity. As a result, imbalances can be rented and the cavity can be filled to a maximum with phase change material, which means that a lot of phase change material is available as a thermal buffer.
Das Phasenwechselmaterial kann in flüssiger Form über eine Bohrung ins Innere der Anode eingebracht werden. Die Bohrung kann zum Ausgleich von Volumenänderungen des Phasenwechselmaterials im Betrieb der Röntgenröhre dienen und ermöglicht ei¬ ne einfache Einbringung in die Kavität auch bei schon zusammengesetzter Anode aus einzelnen Teilen. The phase change material can be introduced in liquid form via a bore into the interior of the anode. The bore can be used to compensate for changes in volume of the phase change material in the operation of the X-ray tube and allows ei ¬ ne simple introduction into the cavity even with an assembled anode of individual parts.
Das Phasenwechselmaterial kann ausschließlich mit einem Ano¬ denmaterial in Kontakt stehen, insbesondere mit einer Titan- Zirkonium-Molybdän Legierung, zur Verringerung von Spannungen bei thermisch bedingten Volumenänderungen. Dadurch, dass keine weiteren Materialien außer Phasenwechselmaterial und Ano¬ denmaterial in Kontakt stehen, d.h. keine Materialien des Be¬ hältnisses oder von Kühlrippen, und dadurch dass das Phasenwechselmaterial im flüssigen Zustand zu keinen mechanischen Spannungen mit dem Anodenmaterial führt, können keine Proble¬ me wie Abplatzen oder Verbiegen durch mechanische Spannungen an Kontaktstellen von Materialien mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten entstehen. The phase change material may only be in contact with a Ano ¬ denmaterial, in particular with a titanium zirconium molybdenum alloy, to reduce stresses in thermally-induced volume changes. In that no other materials are in contact out of phase change material and Ano ¬ denmaterial, ie no materials of Be ¬ holds isses or cooling fins, and in that the phase change material in the liquid state to no mechanical stresses leads to the anode material can not Proble ¬ me as Chipping or bending caused by mechanical stresses at contact points of materials with different thermal expansion coefficients.
Die mit dem Verfahren zur Herstellung der Röntgenröhre Verbundenen Vorteile sind analog den Vorteilen, welche zuvor im Bezug auf die Röntgenröhre beschrieben wurden und vice versa. The advantages associated with the method of manufacturing the x-ray tube are analogous to the advantages previously described with respect to the x-ray tube and vice versa.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung mit vorteilhaften Weiterbildungen gemäß den Merkmalen der abhängigen Ansprüche werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es wird in den Figuren dargestellt: Preferred embodiments of the invention with advantageous developments according to the features of the dependent claims are explained in more detail with reference to the figures, but without being limited thereto. It is shown in the figures:
Fig. 1 eine Röntgenröhre nach dem Stand der Technik im Fig. 1 shows an X-ray tube according to the prior art in
Längsschnitt, und  Longitudinal section, and
Fig. 2 in einer vergrößerten Darstellung einen teilweisen Fig. 2 in an enlarged view a partial
Längsschnitt durch die Anode gemäß Fig. 1 und den mit dieser verbundenen Latentwärmespeicher, und Fig. 3 einen Längsschnitt durch die Anode einer erfindungs¬ gemäßen Röntgenröhre mit PCM im Inneren. Longitudinal section through the anode of FIG. 1 and associated with the latent heat accumulator, and Fig. 3 is a longitudinal section through the anode of a fiction, modern ¬ X-ray tube with PCM inside.
Die Fig. 1 zeigt eine Röntgenröhre nach dem Stand der Tech¬ nik, deren Vakuumgehäuse 1 in schematisch angedeuteter Weise (Lager L i und L2) um eine Drehachse D drehbar gelagert ist.Fig. 1 shows an X-ray tube according to the prior Tech ¬ technology , the vacuum housing 1 in a schematically indicated manner (bearings L i and L 2 ) is rotatably mounted about a rotation axis D.
Das Vakuumgehäuse 1 ist bezüglich der Drehachse D im Wesent¬ lichen rotationssymmetrisch ausgebildet. Im Inneren des Vakuumgehäuses 1 ist ein Elektronenemitter 2 mit Fokussierungs- elektrode 3 angeordnet, der im Betrieb der Röntgenröhre in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise durch einen Heizstrom beheizt wird und einen in Fig. 1 mit E bezeichneten Elektronenstrahl vorzugsweise kreisförmigen Querschnitts aussendet . Der Elektronenstrahl E trifft im Betrieb der Röntgenröhre auf eine Anode 4 auf, da zwischen der Anode 4 und dem in nicht näher dargestellter Weise von dieser elektrisch isolierten Elektronenemitter 2 in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise eine Beschleunigungsspannung, die sogenannte Röhren- Spannung, anliegt. Die durch die Röhrenspannung beschleunigten Elektronen des Elektronenstrahls E treffen mit solcher Energie auf die Anode 4 auf, dass von dem im Folgenden als Brennfleck BF bezeichneten Auftreffort des Elektronenstrahls E Röntgenstrahlung ausgeht. The vacuum housing 1 is formed with respect to the rotational axis D wesent ¬ union rotationally symmetrical. In the interior of the vacuum housing 1, an electron emitter 2 with focusing electrode 3 is arranged, which is heated by a heating current in a known manner, not shown, during operation of the x-ray tube and emits an electron beam, designated by E in FIG. 1, of preferably circular cross-section. In the operation of the X-ray tube, the electron beam E strikes an anode 4, since an acceleration voltage, the so-called tube voltage, is applied between the anode 4 and the electron emitter 2, which is not shown in detail in a manner known per se , The electrons of the electron beam E accelerated by the tube voltage strike the anode 4 with such energy that X-radiation emanates from the point of incidence of the electron beam E referred to below as the focal spot BF.
In Fig. 1 ist die von dem Brennfleck BF ausgehende und durch einen als Strahlenaustrittsfenster 5 dienenden ringförmigen Bereich verringerter Wandstärke des Vakuumgehäuses 1 austre- tende Röntgenstrahlung durch einige mit R bezeichnete Pfeile veranschaulicht . In FIG. 1, the wall thickness of the vacuum housing 1 which originates from the focal spot BF and is reduced by an annular area serving as a beam exit window 5 is replaced. X-ray radiation illustrated by some arrows designated R.
Die Anode 4 bildet übrigens eine Wandung des Vakuumgehäuses 1, nämlich sozusagen dessen Boden. Incidentally, the anode 4 forms a wall of the vacuum housing 1, that is, its bottom, so to speak.
Um zu erreichen, dass sich der Brennfleck BF im Betrieb der Röntgenröhre an der gewünschten Stelle auf der Anode 4 aus¬ bildet und trotz der Rotation der Röntgenröhre ortsfest bleibt, ist ein relativ zu dem Vakuumgehäuse 1 stationäres, d.h. nicht mit dem Vakuumgehäuse 1 rotierendes, Ablenksystem 6 vorgesehen, das im Falle des beschriebenen Ausführungsbei¬ spiels in an sich bekannter, nicht näher dargestellter Weise mit geeigneten Strömen versorgte Spulen enthält, die zum ei- nen eine Fokussierung und zum anderen die erforderliche Ab¬ lenkung des Elektronenstrahls E bewirken. In order to achieve that the focal spot BF is formed during operation of the X-ray tube at the desired location on the anode 4 from ¬ and despite the rotation of the X-ray tube remains stationary, is a to the vacuum housing 1 stationary relative, that is, not rotating with the vacuum housing 1, a deflection system 6 is provided, which contains in the case of the described Ausführungsbei ¬ game in a known, not shown manner with appropriate currents supplied coils for egg NEN a focusing and, secondly, provide the required From ¬ steering the electron beam e.
Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, weist die Anode 4 einen Grundkörper 9 auf, der beispielsweise aus Molybdän gebildet ist, und in demjenigen Bereich, in dem er wegen der Rotation der Röntgenröhre von dem Elektronenstrahl E überstrichen wird, mit einer Brennbahn 10 versehen ist, die beispielsweise aus einer Wolfram-Rhenium-Legierung gebildet ist. Alternativ kann auf die Brennbahn 10 verzichtet werden bei Verwendung von Anodenmaterialien aus z.B. Titan-Zirkonium-Molybdän Legierungen . As can be seen from FIG. 2, the anode 4 has a main body 9, which is formed, for example, from molybdenum, and provided with a focal path 10 in that region in which it is swept by the electron beam E because of the rotation of the x-ray tube is, for example, formed of a tungsten-rhenium alloy. Alternatively, the focal track 10 may be dispensed with using anode materials of e.g. Titanium-zirconium-molybdenum alloys.
Um die im Betrieb der Röntgenröhre in die Anode 4 einge¬ brachte Verlustwärme abführen zu können, ist die Außenseite der Anode 4 mit einem insgesamt mit 7 bezeichneten, in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten Latentwärmespeicher versehen, dem Mittel zum Beaufschlagen mit einem gasförmigen Kühlmedium zugeordnet sind, die in Fig. 1 durch einen den Latentwärme¬ speicher mit Umgebungsluft beaufschlagendes Gebläse 8 veran- schaulicht sind. In order to be able to dissipate into ¬ brought loss of heat in the anode 4 during operation of the X-ray tube, the outside of the anode 4 is designated with a whole by 7, is provided in Fig. 1 only schematically indicated latent heat accumulator, the means for biasing associated with a gaseous cooling medium are, in Fig. 1 by a latent heat ¬ memory with ambient air acting blower 8 are illustrated veraulicht.
Der Latentwärmespeicher 7 dient als Zwischenspeicher für die im Betrieb der Röntgenröhre anfallende Verlustwärme, so dass eine kontinuierliche Abfuhr der auf der Anode 4 anfallenden Verlustwärme nicht notwendig ist. Damit besteht die Möglich¬ keit, auf ein flüssiges Kühlmedium zur Abfuhr der auf der Anode 4 anfallenden Verlustwärme zu verzichten und stattdes¬ sen die in dem Latentwärmespeicher 7 zwischengespeicherte Verlustwärme mittels eines gasförmigen Kühlmediums, nämlich der dem Latentwärmespeichers 7 mittels des Gebläses 8 zuge¬ führten Umgebungsluft, abzuführen. The latent heat storage 7 serves as a buffer for the heat loss incurred during operation of the x-ray tube, so that a continuous removal of the costs incurred on the anode 4 heat loss is not necessary. Thus, there is the possi ¬ ability to dispense with a liquid cooling medium to dissipate the heat loss on the anode 4 and stattdes ¬ sen cached in the latent heat storage 7 heat loss by means of a gaseous cooling medium, namely the latent heat storage 7 by means of the blower 8 supplied ¬ led Ambient air to dissipate.
Durch den Verzicht auf ein flüssiges Kühlmedium sind die da¬ mit üblicherweise verbundenen hohen Reibungsverluste vermie¬ den . By omitting a liquid cooling medium are then ¬ vermie with commonly associated high frictional losses ¬.
Wie bereits eingangs erwähnt wurde, enthält der Latentwärme¬ speicher 7 PCM 11, welches im Falle des beschriebenen Ausfüh rungsbeispiels in einem zu der Anode 4 hin offenen, topfför- migen Gehäuse 12 aufgenommen ist. As already mentioned, the latent heat storage device 7 contains PCM 11, which in the case of the exemplary embodiment described is accommodated in a cup-shaped housing 12 which is open towards the anode 4.
Um eine gute thermische Kopplung der Anode 4 mit dem in dem Latentwärmespeicher 7 enthaltenen PCM 11 zu gewährleisten, ist an der Außenseite der Anode 4 ein Wärmeleitkörper 13 vor gesehen, der im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels aus Kupfer besteht. Der Wärmeleitkörper 13 ist durch Löten oder Schweißen flächenhaft mit der Anode 4 verbunden, was er leichtert wird, wenn die beiden zu verbindenden Flächen wie im Falle des dargestellten Ausführungsbeispiels plan sind. In order to ensure a good thermal coupling of the anode 4 with the PCM 11 contained in the latent heat storage 7, a heat conducting body 13 is seen on the outside of the anode 4, which consists in the case of the described embodiment of copper. The heat-conducting body 13 is connected by soldering or welding areally with the anode 4, which he is facilitated when the two surfaces to be joined are planar as in the case of the illustrated embodiment.
Um den Wärmeübergang zwischen Anode 4 und PCM 11 weiter zu verbessern, weist der Wärmeleitkörper 13 vorzugsweise ringförmige Rippen auf, von denen eine in Fig. 2 mit 14 bezeichnet ist, die mit dem PCM 11 in Eingriff stehen. In order to further improve the heat transfer between anode 4 and PCM 11, the heat-conducting body 13 preferably has annular ribs, one of which is designated 14 in FIG. 2, which engage the PCM 11.
Um die Abfuhr von in dem Latentwärmespeicher 7 gespeicherter Wärme durch den durch das Gebläse 8 erzeugten Luftstrom zu verbessern, kann der Latentwärmespeicher 7, wie in Fig. 2 ge strichelt angedeutet, an seiner von der Anode 4 abgewandten Stirnseite mit einem Kühlkörper 15 versehen sein. Der Latentwärmespeicher 7 und gegebenenfalls der Kühlkörper 15 sowie der Wärmeleitkörper 13 mit den Rippen 14 sind übrigens ebenso wie die Anode 4 und die Röntgenröhre insgesamt wesentlich rotationssymmetrisch zur Drehachse D ausgebildet. In order to improve the removal of heat stored in the latent heat storage 7 by the air flow generated by the blower 8, the latent heat storage 7, as indicated in Fig. 2 ge dashed lines may be provided on its side facing away from the anode 4 end face with a heat sink 15. The latent heat accumulator 7 and optionally the heat sink 15 and the heat conducting body 13 with the ribs 14 are, by the way, as well as the anode 4 and the x-ray tube formed substantially rotationally symmetrical to the rotation axis D.
Die Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt durch die Anode 4 einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre mit PCM 11 im Inneren, d.h. in einer Kavität 18 in der Anode 4. Die Anode 4 ist aus zwei Teilen aufgebaut, welche durch eine Schweißverbindung 16 mit- einander mechanisch fest und flüssigkeitsdicht verbunden sind. In den zwei Teilen der Anode 4 ist jeweils auf der Sei¬ te, auf welcher sie miteinander verschweißt sind, deckungs¬ gleich und spiegelverkehrt eine Vertiefung eingebracht, wel¬ che die Kavität 18 ergeben. Die Vertiefungen können z.B. FIG. 3 shows a longitudinal section through the anode 4 of an X-ray tube according to the invention with PCM 11 in the interior, ie in a cavity 18 in the anode 4. The anode 4 is constructed from two parts which are mechanically fixed together by a welded joint 16 are connected liquid-tight. In the two parts of the anode 4 is on the Sei ¬ te on which they are welded together, congruent ¬ same and mirror inverted introduced a recess, wel ¬ che the cavity 18 result. The wells can eg
durch Fräsen oder durch Funkenerosion in die Oberfläche eingebracht sein. be introduced by milling or by spark erosion in the surface.
Die Kavität 18 ist fluiddicht mit Ausnahme einer oder mehre¬ rer Bohrungen 17, welche zum Einbringen des PCM 11 von der Außenseite der Anode 4 zur Kavität 18 durchgehend ausgebildet sind. Unter Bohrung 17 ist im Weiteren allgemein eine Öffnung zu verstehen, welche nicht nur durch Bohren, sondern z.B. auch durch Fräsen oder Funkenerosion erzeugt sein kann. Durch die Bohrungen kann nach dem Zusammenfügen der Teile der Anode 4 das PCM 11 z.B. durch Gießen in flüssiger Form eingebracht werden, bis die Kavität 18 vollständig mit PCM 11 befüllt ist. Das eingebrachte PCM 11 kann nach Einbringen zunächst erstarren. Im Betrieb der Röntgenröhre verflüssigt sich das Material dann wieder und verteilt sich gleichmäßig über den Umfang, was einer möglichen Unwucht entgegenwirkt. Bei Ent¬ stehen von Unwuchten durch die Borungen 17 können zusätzliche Wuchtbohrungen, welche der Einfachheit halber nicht in den Figuren dargestellt sind, zur Kompensation bzw. Verringerung der Unwucht in die Anode 4 eingebracht werden. The cavity 18 is fluid-tight with the exception of one or more ¬ ter holes 17, which are designed to introduce the PCM 11 from the outside of the anode 4 to the cavity 18 through. Under bore 17 is hereinafter generally an opening to understand, which can be generated not only by drilling, but also eg by milling or spark erosion. Through the bores, after the parts of the anode 4 have been assembled, the PCM 11 can be introduced, for example, by pouring in liquid form until the cavity 18 is completely filled with PCM 11. The introduced PCM 11 can first solidify after insertion. During operation of the X-ray tube, the material then liquefies again and spreads evenly over the circumference, which counteracts a possible imbalance. In Ent ¬ are unbalance by the Borungen 17 may include additional balancing holes, which are not shown in the figures for simplicity, are introduced into the anode 4 for compensating for or reducing the imbalance.
Die Bohrung ist schräg nach Oben in Richtung des in Fig. 3 nicht dargestellten Elektronenemitters 2 ausgeführt, mit einer Neigung in Richtung Drehachse D. Durch die Neigung der Bohrung 17 in Richtung Drehachse D und die Ausbildung nach Oben, gegen die Richtung der Schwerkraft, verbleibt das PCM 11 auch in flüssiger Form bei Drehung der Anode in der Kavi- tät 18. Die Bohrung 17 kann offen bleiben und als Ausgleich für Volumenänderungen des PCM 11 in der Kavität 18 dienen, ohne dass das flüssige PCM 11 ausläuft. The bore is obliquely upwards in the direction of the electron emitter 2, not shown in FIG. 3, with an inclination in the direction of the axis of rotation D. Due to the inclination of the Bore 17 in the direction of rotation axis D and the formation upwards, against the direction of gravity, the PCM 11 also remains in liquid form upon rotation of the anode in the cavity 18. The bore 17 can remain open and to compensate for volume changes of the PCM 11 in the cavity 18 serve, without the liquid PCM 11 expires.
Bei Ausführung der Anode 4 aus einem Material, wie z.B. einer Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung, kann auf eine Brennbahn 10 aus einem anderen als dem Anodenmaterial verzichtet wer¬ den. Bei Verwendung von hochwärmeleitfähigem PCM, insbesondere Aluminium, oder Kupfer, oder Messing, oder Silizium oder deren Legierungen, kann auf eine zusätzliche Kühlung verzichtet werden oder eine höhere Leistung erreicht werden, da die- ses genügend Wärmekapazität bei ausreichend großer Kavität 4 besitzt, um die im Betrieb der Röntgenröhre entstehende Wär¬ memenge vollständig aufzunehmen und in Betriebspausen wieder abzugeben. Es kann ebenfalls auf die Verwendung von Wärmeleitkörpern 13 und Kühlkörpern 15 sowie auf Behältnisse wie z.B. dem Gehäuse 12 verzichtet werden, durch Einbringung und direkte Anordnung von hochwärmeleitfähigem PCM in der Kavität 18 im Inneren der Anode 4. In embodiments of the anode 4 from a material such as a titanium-zirconium-molybdenum alloy, can be dispensed with an internal web 10 of another as the anode material ¬ the. When using highly heat-conductive PCM, in particular aluminum, or copper, or brass, or silicon or their alloys, can be dispensed with an additional cooling or a higher performance can be achieved because it has sufficient heat capacity with sufficiently large cavity 4 to the completely absorbed in the operation of the X-ray tube Wär ¬ memege and deliver it again during breaks. It can also be dispensed with the use of Wärmeleitkörpern 13 and heat sinks 15 and on containers such as the housing 12, by introduction and direct arrangement of hochwärmeleitfähigem PCM in the cavity 18 in the interior of the anode. 4
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre kann in an sich bekannter, nicht dargestellter Weise in einem Schutzgehäuse aufgenommen sein, wobei anders als bei herkömmlichen Röntgenröhren das Schutzgehäuse keine Flüssigkeit enthält, sondern von einem gasförmigen Kühlmedium, insbesondere der Umgebungsluft, durchströmt ist, wobei die Strömung beispielsweise durch ein Gebläse aufrecht erhalten wird. Alternativ kann die erfindungsgemäße Röntgenröhre in an sich bekannter, nicht darge¬ stellter Weise in einem Ölbad oder in einem von Öl durchströmten Gefäß untergebracht sein. Die Röntgenröhre kann eine stationäre Anode oder eine Drehanode umfassen. The X-ray tube according to the invention can be accommodated in a protective housing in a manner known per se, wherein the protective housing contains no liquid, but instead flows through a gaseous cooling medium, in particular the ambient air, wherein the flow is, for example, by a blower is maintained. Alternatively, the X-ray tube according to the invention may be housed in an oil bath or in a flow-through of oil vessel in a known per se and not Darge ¬ imputed manner. The x-ray tube may comprise a stationary anode or a rotary anode.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsform der Röntgenröhre können wie folgt zusammengefasst werden: Geringere zeitliche Spitzen-Temperaturen in der Anode 4, damit geringere Materialbelastung. The advantages of the embodiment of the X-ray tube according to the invention can be summarized as follows: Lower temporal peak temperatures in the anode 4, thus lower material load.
Geringerer Konstruktions- und Fertigungsaufwand im Ver¬ gleich zum Stand der Technik z.B. durch den Verzicht auf Wärmeleitkörper 13, kein drittes Material notwendig. Less design and manufacturing effort in comparison ¬ to the prior art, for example, by dispensing with heat-conducting body 13, no third material necessary.
Aufgrund der kleinen Dichte z.B. von Aluminium verringern sich die Fliehkräfte.  Due to the small density e.g. of aluminum reduce the centrifugal forces.
Durch das Entfallen der Wärmeleitrippen 14 verbleibt ein größeres Volumen für das PCM-Material 11.  The elimination of the heat-conducting ribs 14 leaves a larger volume for the PCM material 11.
Gegebenenfalls entfallen aufwändig herzustellende Deh¬ nungsfugen z.B. im Drehteller, da starke Temperaturschwankungen und damit verbundene Materialverwerfungen vermieden werden können. If necessary accounts elaborately produced Deh ¬ voltage joints such as the turntable, since severe temperature fluctuations and related material distortions can be avoided.
Die effektive Wärmeleitfähigkeit von Brennring zum restlichen Anodenteller wird durch freie Konvektion des flüssigen PCM- Materials deutlich erhöht. The effective thermal conductivity of the fuel ring to the remaining anode plate is significantly increased by free convection of the liquid PCM material.
Die Erfindung kann übrigens auch bei solchen Röntgenröhren zur Anwendung kommen, bei denen in aus der US 5 046 186 an sich bekannter Weise der Elektronenemitter relativ zu dem Vakuumgehäuse drehbar gelagert ist und durch geeignete Ma߬ nahmen relativ zu dem Vakuumgehäuse ortsfest gehalten wird. Auch auf andere Typen von Röntgenröhren kann die Erfindung angewendet werden. Incidentally, the invention can also be applied to those X-ray tubes in which the electron emitter is rotatably supported relative to the vacuum housing in a manner known per se from US Pat . No. 5,046,186 and is held stationary by suitable measures relative to the vacuum housing. The invention can also be applied to other types of x-ray tubes.
Die erfindungsgemäße Röntgenröhre soll nicht nur auf das in Fig. 3 beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt sein, son¬ dern kann auch Merkmale aufweisen, welche z.B. zuvor unter dem Stand der Technik beschrieben wurden. Jegliche Kombination von beschriebenen Ausführungsbeispielen ist von der Erfindung umfasst. The X-ray tube according to the invention should not be limited only to the described in Fig. 3 embodiment, son ¬ countries may also have features which have been for example described above under the prior art. Any combination of described embodiments is encompassed by the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Röntgenröhre zur Erzeugung von Röntgenstrahlung (R) mit einer Anode (4), welche ein Phasenwechselmaterial (11) zur Kühlung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwech¬ selmaterial (11) im Anodenmaterial angeordnet ist. 1. X-ray tube for generating X-radiation (R) with an anode (4), which comprises a phase change material (11) for cooling, characterized in that the phase change ¬ selmaterial (11) is arranged in the anode material.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (11) ein hochwärmeleitfähiges Pha- senwechselmaterial (11) ist, insbesondere Aluminium, oder2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the phase change material (11) is a highly heat-conductive phase change material (11), in particular aluminum, or
Kupfer, oder Messing, oder Silizium oder Legierungen, welche Aluminium, und/oder Kupfer, und/oder Messing, und/oder Silizium umfassen. Copper, or brass, or silicon or alloys comprising aluminum, and / or copper, and / or brass, and / or silicon.
3. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass das Anodenmaterial eine Titan- Zirkonium-Molybdän Legierung umfasst oder dass das Anodenmaterial eine Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung ist. 3. X-ray tube according to one of the preceding claims, ¬ characterized in that the anode material comprises a titanium-zirconium-molybdenum alloy or that the anode material is a titanium-zirconium-molybdenum alloy.
4. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Anode (4) eine Ka- vität (18) gebildet ist, in welcher das Phasenwechselmaterial (11) angeordnet ist, insbesondere mit einer Öffnung zur Umge¬ bung der Anode (4) zum Befüllen der Kavität (18) und zum Aus- gleich von Materialausdehnungen. 4. X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that in the interior of the anode (4) a covity (18) is formed, in which the phase change material (11) is arranged, in particular with an opening for Umge ¬ tion of the anode (4) for filling the cavity (18) and for equalizing material expansions.
5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (18) ein quaderförmiges Volumen aufweist oder dass die Kavität (18) ein rotationssymmetrisches Volumen auf- weist, insbesondere ein zylinderförmiges Volumen. 5. X-ray tube according to claim 4, characterized in that the cavity (18) has a cuboidal volume or that the cavity (18) has a rotationally symmetrical volume up, in particular a cylindrical volume.
6. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass die Anode (4) aus wenigstens zwei Teilen aufgebaut ist, insbesondere aus genau zwei Teilen, welche miteinander verbunden sind und gemeinsam eine Kavität (18) umschließen, in welcher das Phasenwechselmaterial (11) angeordnet ist. 6. X-ray tube according to one of the preceding claims, ¬ characterized in that the anode (4) consists of at least two parts, in particular of exactly two parts which are interconnected and together enclose a cavity (18), in which the phase change material (11) is arranged.
7. Röntgenröhre nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei Teile der Anode (4) durch eine Schwei߬ verbindung (16), insbesondere durch eine Reibschweißverbindung zusammengefügt sind und/oder das die Kavität (18) durch Funkenerosion aus dem Anodenmaterial hergestellt ist. 7. X-ray tube according to claim 6, characterized in that the at least two parts of the anode (4) are joined together by a welding ¬ connection (16), in particular by a Reibschweißverbindung and / or the cavity (18) produced by spark erosion of the anode material is.
8. Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da¬ durch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (11) zum Anodenmaterial ein Volumenverhältnis größer 1 zu 10, insbe- sondere größer 1 zu 5 aufweist. 8. X-ray tube according to one of the preceding claims, ¬ characterized in that the phase change material (11) to the anode material has a volume ratio greater than 1 to 10, in particular greater than 1 to 5.
9. Verfahren zur Herstellung einer Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (11) in flüssiger Form insbesondere durch Gießen in die Anode (4) eingebracht wird. 9. A method for producing an X-ray tube according to one of the preceding claims, characterized in that the phase change material (11) is introduced in liquid form, in particular by casting in the anode (4).
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch Einbringung in flüssiger Form das Phasenwechselmaterial (11) gleichmäßig in einer Kavität (18) im Inneren der Anode (4) verteilt angeordnet wird, zur Vermeidung von Unwuchten. 10. The method according to claim 9, characterized in that by introduction in liquid form, the phase change material (11) evenly distributed in a cavity (18) in the interior of the anode (4), to avoid imbalances.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (11) in flüssiger Form über eine Bohrung (17) ins Inneren der Anode (4) eingebracht wird. 11. The method according to claim 9 or 10, characterized in that the phase change material (11) is introduced in liquid form via a bore (17) into the interior of the anode (4).
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (17) zum Ausgleich von Volumenänderungen des Pha- senwechselmaterials (11) im Betrieb der Röntgenröhre dient. 12. The method according to claim 11, characterized in that the bore (17) serves to compensate for volume changes of the phase change material (11) during operation of the X-ray tube.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Phasenwechselmaterial (11) ausschlie߬ lich mit einem Anodenmaterial in Kontakt steht, insbesondere mit einer Titan-Zirkonium-Molybdän Legierung, zur Verringe- rung von Spannungen bei thermisch bedingten Volumenänderungen . 13. The method according to any one of claims 9 to 12, characterized in that the phase change material (11) exclusively ¬ is in contact with an anode material, in particular with a titanium-zirconium-molybdenum alloy, for the reduction of stresses in thermally induced volume changes ,
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