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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Drehkörper, der
in einem Gehäuse
drehangetrieben angeordnet ist. Drehkörper werden z.B. in der Antriebstechnik
oder der Kühltechnik
eingesetzt. Ein weiteres Beispiel einer solchen Vorrichtung ist
ein Röntgenstrahler
mit einer Drehkolbenröhre
als Drehkörper.
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Drehkolbenröhren bzw.
Röntgenstrahler
mit Drehkolbenröhren
sind u. a. in der
US 6,084, 942 ,
US 6,364, 527 ,
US 6,396,901 und in der
US 5,579,364 beschrieben. Die Drehkolbenröhre ist
dabei in der Regel im Strahlergehäuse bezüglich ihrer Längsachse
rotierbar gelagert und wird im Betrieb durch ein geeignetes Antriebssystem,
z.B. einen Elektromotor, um ihre Längsachse gedreht. Die Anode
der Drehkolbenröhre
ist fest mit dem Vakuumgehäuse
verbunden oder bildet einen Teil des Vakuumgehäuses. Der von der ebenfalls
fest mit dem Vakuumgehäuse
verbundenen Kathode im Betrieb ausgehende Elektronenstrahl wird
durch ein geeignetes, relativ zu der Drehkolbenröhre ortsfestes Ablenksystem
derart abgelenkt, dass auf der Auftrefffläche der Anode ein bezüglich des
Strahlergehäuses
ortsfester Brennfleck entsteht. Somit werden immer neue kalte bzw.
abgekühlte
Stellen der Anode vom Elektronenstrahl getroffen. Die thermische
Belastbarkeit des Brennfleckes ist somit wesentlich höher als
bei einer Röntgenröhre mit
einer gegenüber
dem Elektronenstrahl ruhenden Anode.
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Damit
die Drehkolbenröhre
ausreichend gekühlt
wird, ist das Strahlergehäuse
in der Regel mit einem Fluid als Kühlmittel gefüllt.
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Für eine verbesserte
Kühlung
der Drehkolbenröhre
sind die in der
US 6,084,942 und
der
US 6,396,901 offenbarten
Röntgen strahler
mit feststehenden Leitkörpern
versehen, die das Kühlmittel
an die Drehkolbenröhre
führen.
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Zur
Reduzierung der Reibungsverluste innerhalb des Kühlmittels ist bei dem aus der
US 6,364,527 bekannten Röntgenstrahler
die Drehkolbenröhre
fest in einem Kühlmittelgehäuse aufgenommen,
das zusammen mit der Drehkolbenröhre
rotiert. Insbesondere bei relativ langen Röntgenbelichtungszeiten ist
die Kühlung
aufgrund eines geringeren Wärmeübergangs
schlechter als bei den aus der
US 6,084,942 und
der
US 6,396,901 bekannten
Röntgenstrahlern.
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Bei
dem in der
US 5,579364 vorgeschlagenen
Röntgenstrahler
erfolgt die Kühlung
durch in der Anode liegende Flüssigkeitskreisläufe. Der
der Anode benachbarte Teil der Drehkolbenröhre wird dadurch jedoch relativ
wenig gekühlt
und kann durch gestreute Elektronen thermisch stärker belastet werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art derart auszubilden, dass der Drehkörper besser gekühlt wird.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst
durch eine Vorrichtung, aufweisend ein Gehäuse, einen in dem Gehäuse drehbar
gelagerten drehangetriebenen Drehkörper und wenigstens einen in
dem Gehäuse
drehbar gelagerten und um den Drehkörper herum angeordneten drehangetriebenen
Drehleitkörper,
dessen Drehfrequenz sich von der Drehfrequenz des Drehkörpers unterscheidet.
Der Drehkörper
und der Drehleitkörper
werden insbesondere, wie es nach Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
vorgesehen ist, mit jeweils einem Antrieb angetrieben oder sind
mit einem Getriebe verbunden. Außerdem kann bzw. können nach
einer vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Drehfrequenz
des Drehkörpers
und/oder die Drehfrequenz des Drehleitkörpers einstellbar sein. Der
Drehleitkörper
rotiert vorteilhaft mit einer niedrigeren Drehfrequenz als der Drehkörper.
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Durch
den Drehzahlunterschied zwischen Drehkörper und Drehleitkörper werden
im Fluid, mit dem das Gehäuse
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gefüllt
ist, Turbulenzen erzwungen, die zu einem verbesserten Wärmeübergang
führen
und somit eine verbesserte Kühlung
des Drehkörpers
zur Folge haben. Dadurch wird es ermöglicht, dass der Drehkörper möglichst
vollständig
durch das Fluid als Kühlmittel,
das z.B. ein Öl
ist, gekühlt
wird.
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Nach
einer besonders bevorzugten Varianten der erfindungsgemäßen Vorrichtung
befindet sich zwischen dem Drehkörper
und dem Drehleitkörper ein
Fluid und zwischen dem Drehleitkörper
und dem Gehäuse
ein Medium, das eine geringere Viskosität aufweist wie das Fluid. Das
Medium geringerer Viskosität
ist bevorzugt ein Gas, insbesondere Schwefelhexafluorid, Luft oder
Gemische aus Kohlenwasserstoff, SF6 und Luft. Außerhalb des Drehleitkörpers kann
sich auch ein Vakuum befinden.
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Gemäß Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Drehleitkörper
koaxial bezüglich
des Drehkörpers
gelagert oder der Drehleitkörper
ist zwei- oder mehrgeteilt.
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Handelt
es sich bei der Vorrichtung um einen Röntgenstrahler, d.h. ist der
Drehkörper
eine Drehkolbenröhre,
dann erlaubt die gemeinsame Rotation von Drehleitkörper und
Drehkolbenröhre
im Medium geringerer Viskosität
oder Vakuum eine relativ kurze Belichtungszeit mit relativ hoher
Röntgenstrahlungsleistung,
da die Anode mit einer relativ hohen Drehzahl zum Elektronenstrahl
bewegt werden kann. Außerdem
benötigt
ein solcher Röntgenstrahler
im Vergleich zu den aus der
US
6,084,942 und der
US 6,396,901 bekannten
Röntgenstrahlern
unveränderte
oder abgesenkte Antriebsleistung.
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Nach
einer weiteren Variante handelt es sich bei der Vorrichtung um einen
Röntgenstrahler,
bei dem der Drehkörper
eine Röntgenröhre mit
einer bezüglich
der Röntgenröhre drehbar
gelagerten Kathode und ortsfesten Anode darstellt.
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Ausführungsbeispiele
sind exemplarisch in den schematischen Figuren dargestellt. Es zeigen:
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1 einen Röntgenstrahler
mit einer Drehkolbenröhre
und einem Drehleitkörper,
die mit einem Getriebe verbunden sind, und
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2 einen Röntgenstrahler
mit einer Drehkolbenröhre
und einem Drehleitkörper,
die jeweils von einem Antrieb angetrieben werden.
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Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung
in Form eines Röntgenstrahlers
RS1 mit einer Drehkolbenröhre 1 als
Drehkörper.
Die Drehkolbenröhre 1 umfasst
im Wesentlichen ein rotationssymmetrisch ausgebildetes Vakuumgehäuse 2,
in dessen Innerem eine Kathode 3, die von außen mit
in der 1 nicht dargestellten
Schleifringen kontaktiert werden kann, fest angeordnet ist. Eine
kegelstumpfförmige
Anode 4 bildet im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
einen Teil des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1.
Die Kathode 3 und die Anode 4 drehen sich im Betrieb
der Drehkolbenröhre 1 gemeinsam
mit dem Vakuumgehäuse 2 um deren
Längsachse
L. Die Längsachse
L verläuft
im gezeigten Beispiel durch die Kathode 3 und die Anode 4.
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Damit
die Drehkolbenröhre 1 längs ihrer Längsachse
L rotieren kann, sind an den beiden Enden des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1 jeweils
eine Welle 5 und 6 herausgeführt, deren Längsachsen
auf die Längsachse
L des Vakuumgehäuses 2 der
Drehkolbenröhre 1 fallen.
Die Wellen 5 und 6 sind jeweils mit Kugellagern 7 und 8 drehbar gelagert.
Am freien Ende der Welle 5 ist ferner ein schematisch angedeuteter
Elektromotor 9 angebracht, der die Drehkolbenröhre 1 im
Falle des vorliegen den Ausführungsbeispiels
im Betrieb mit variabler Drehfrequenz um ihre Längsachse L dreht.
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Da
sich die Kathode
3 und die Anode
4 mit dem Vakuumgehäuse
2 im
Betrieb der Drehkolbenröhre
1 mitdreht,
umfasst der Röntgenstrahler
RS1 ein in der
1 nicht
näher dargestelltes,
jedoch u.a. aus der
US 6,084,942 ,
US 6,364,527 ,
US 6,396,901 und der
US 5,579364 bekanntes Ablenksystem,
das einen von der Kathode
3 ausgehenden Elektronenstrahl
10 derart
ablenkt, dass der Elektronenstrahl
10 auf eine ringförmige Auftrefffläche
11 der
Anode
4 in einem bezüglich
des Strahlergehäuses
G des Röntgenstrahlers
ortsfesten Brennfleck
12 auftrifft, von dem ein Röntgenbündel
13,
das strichpunktiert gezeichnet ist, ausgeht.
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Um
die Drehkolbenröhre 1 herum
ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels ein kolbenförmiger Drehleitkörper 14 um
die Drehkolbenröhre 1 herum
angeordnet. Der Drehleitkörper 14 ist
im Falle des vorliegenden Ausführensbeispiels
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung gefertigt.
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Der
Drehleitkörper 14 ist
ferner an seinen beiden Enden jeweils mit Kugellagern 15 und 16 drehbar
gelagert, so dass er bezüglich
seiner Längsachse,
die im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit der Längsachse
L der Drehkolbenröhre 1 zusammenfällt, drehbar
gelagert ist. An dem anodenseitigen Ende des Drehleitkörpers 14 ist
der Drehleitkörper 14 mit
der anodenseitigen Welle 6 der Drehkolbenröhre 1 mit
einem Getriebe 17 verbunden. Mittels des Getriebes 17 wird
der Drehleitkörper 14 zusammen
mit der Drehkolbenröhre 1 drehangetrieben,
jedoch mit einer von der Drehzahl der Drehkolbenröhre 1 verschiedenen
Drehzahl. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels setzt das Getriebe 17 die
Drehzahl der Drehkolbenröhre 1 auf
eine niedrigere, für
den Drehleitkörper 14 bestimmte Drehzahl
herunter.
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Der
Drehleitköper 14 und
die Drehkolbenröhre 1 sind
in dem ortsfesten Strahlergehäuse
G angeordnet, d.h. sie sind, wie in der 1 dargestellt, mittels der Kugellager 5 und 6 bzw.
der Kugellager 15 und 16 bezüglich des Strahlergehäuses G drehbar gelagert.
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Das
Strahlergehäuse
G ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels dreigeteilt
und umfasst ein Hauptgehäuse
H und zwei Teilgehäuse
T1 und T2. Das Teilgehäuse
T1 ist um die Welle 5 und das Gehäuseteil T2 ist um die Welle 6 herum
angeordnet. Die Teilgehäuse
T1 und T2 umfassen jeweils eine Öffnung Ö1 und Ö2, mit denen
das Strahlergehäuse
G an einen in der 1 nicht
dargestellten externen Kühlkreislauf,
der ebenfalls nicht dargestellte Wärmetauscher umfasst, angeschlossen
ist.
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Um
die Drehkolbenröhre 1 im
Betrieb zu kühlen,
ist der Drehleitkörper 14 mit
einem Fluid F als Kühlmittel,
das in der Regel ein speziell für
Kühlung geeignetes Ö1 ist, gefüllt. Außerdem ist
der Drehleitkörper 14 in
den Bereichen, in denen er innerhalb der Teilgehäuse T1 und T2 verläuft, mit
Bohrungen 20 versehen und somit für das Fluid F durchlässig, so dass
das aufgrund der Erwärmung
der Drehkolbenröhre 1 erwärmte Fuid
F durch die Öffnungen Ö1 und Ö2 in den
Teilgehäusen
T1 und T2 mittels dem externen Kühlkreislauf
gekühlt
werden kann.
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Das
Hauptgehäuse
H des Strahlergehäuse G
ist dagegen im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels mit Schwefelhexafluorid,
das eine geringere Viskosität
aufweist als das innerhalb des Drehleitkörpers 14 befindliche
Fluid F, gefüllt.
Damit das Schwefelhexafluorid nicht aus dem Hauptgehäuse H des
Strahlergehäuses
G in die Teilgehäuse
T1 oder T2 entweichen kann bzw. damit nicht das Fluid F in das Hauptgehäuse H dringen
kann, ist das Hauptgehäuse
H gegenüber
dem Drehleitkörper 14 und
den Teilgehäusen
T1 und T2 in diesem Beispiel mit Simmerringen 18 und 19 abgedichtet.
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Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
in Form eines Röntgenstrahlers
RS2 mit einer Drehkolbenröhre
als Drehkörper.
Im Folgenden sind entsprechende Teile der beiden in den 1 und 2 dargestellten Röntgenstrahler RS1 und RS2 mit
denselben Bezugszeichen versehen. Außerdem werden gleiche Teile
beider Röntgenstrahler
nicht nochmals näher erläutert.
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Im
Gegensatz zum in der 1 gezeigten Röntgenstrahler
RS1 wird die Drehkolbenröhre 1 des Röntgenstrahlers
RS2 mit einem schematisch angedeuteten Elektromotor 21,
der an der anodenseitigen Welle 6 der Drehkolbenröhre 1 angeordnet
ist, in Rotation versetzt.
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Des
Weiteren ist der Drehleitkörper 14 des
in der 2 dargestellten
Röntgenstrahlers
RS2 nicht über
ein Getriebe mit der Drehkolbenröhre 1 verbunden,
sondern das kathodenseitige Ende des Drehleitkörpers 14 ist ebenfalls
mit einem Elektromotor 22 verbunden, der den Drehleitkörper 14 mit
einer insbesondere von der Drehzahl des Elektromotors 21 für die Drehkolbenröhre 1 verschiedenen
Drehzahl antreibt. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
können
die Drehzahlen der Elektromotoren 21 und 22 variabel
und auch unabhängig
voneinander eingestellt werden, so dass der Drehleitkörper 14 und die
Drehkolbenröhre 1 mit
variablen Drehfrequenzen betrieben werden können. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels
wird der Drehleitkörper 14 insbesondere
mit einer kleineren Drehfrequenz betrieben als die Drehkolbenröhre 1.
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In
den beschrieben Ausführungsbeispielen ist
der Drehleitkörper 14 einteilig.
Zwei- und mehrteilige Drehleitkörper
sind jedoch auch denkbar.
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Es
ist auch nicht nötig,
dass der Drehleitkörper 14 koaxial
zur Drehkolbenröhre 1 gelagert
ist.
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Die
in den Figuren gezeigte Drehkolbenröhre kann auch derart ausgebildet
sein, dass ihre Kathode bezüglich
des Vakuumgehäuses
drehbar gelagert, ihre Anode dagegen ortsfest ist, wie dies z.B.
aus der
US 5,046,186 bekannt
ist.
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Bei
der Drehkolbenröhre 1 handelt
es sich um ein Beispiel aus der Medizintechnik. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
kann aber auch in anderen technischen Gebieten, insbesondere der
Antriebstechnik oder der Kühltechnik
verwendet werden, wobei es sich dann bei dem Drehköper nicht
um eine Drehkolbenröhre
handelt.