DE19624919A1 - Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer in einem Vakuumkolben aufgenommenen Drehanode, die mittels zweier in einer Hülsenanordnung aufgenommener Lager relativ zu dem Va­ kuumkolben drehbar gelagert ist.

Da es sich bei den im Falle derartiger Röntgenröhren vorgese­ henen Lagern in der Regel um Walzlager, insbesondere Kugella­ ger, handelt, treten insbesondere bei Betriebsbeginn derarti­ ger Röntgenröhren sowie im Teillastbetrieb Vibrationen auf, die in Form von Laufgerauschen und bei Integration der Rönt­ genröhre in eine Röntgenanlage als Anlagenvibrationen zum Teil störend wirken.

Bisherige Lösungen zielten auf die Verminderung der Vibratio­ nen im Kugellager selbst, z. B. durch Verwendung geeigneter Schmierstoffe und/oder besonders präzise gefertigte Lager. Weiter ist es zur Vermeidung von Vibrationen beispielsweise aus der DE 42 28 964 A1 (GR 92 P 3484 DE) bekannt, die Lager anzustellen, indem sie zusätzlich zu den durch die Lagerung der Drehanode ohnehin auftretenden Lagerkräften mit einer zu­ sätzlichen Kraft zur Ausschaltung des Lagerspiels belastet werden. Außerdem ist es aus der US 4,635,283 bekannt, eine Hülsenanordnung mit einer inneren und einer äußeren Hülse zu verwenden, wobei in der inneren Hülse die Walzlager aufgenom­ men sind und die innere Hülse über Federelemente in der äuße­ ren Hülse abgestützt ist.

Sieht man einmal von Maßnahmen bezüglich der Schmiermittel­ wahl ab, die ohnehin nur zu einem begrenzten Erfolg führen können, so sind alle bekannten Maßnahmen konstruktiv aufwen­ dig und entsprechend kostenintensiv. Außerdem lassen sich diese Maßnahmen nicht ohne weiteres in bereits vorhandene Röhrenkonstruktionen integrieren, so daß eine Neukonstruktion zumindest der Lagerung der Drehanode erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf konstruk­ tiv einfache und kostengünstige Weise eine Minderung von Vi­ brationen erreicht ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre mit einer in einem Vakuumkolben aufgenommenen Dre­ hanode, die mittels zweier in einer Hülsenanordnung aufgenom­ mener Lager relativ zu dem Vakuumkolben drehbar gelagert ist, wobei die Hülsenanordnung einen elastisch nachgiebigen Be­ reich aufweist, der zwischen dem der Drehanode benachbarten und dem von der Drehanode entfernten Lager angeordnet ist. Unter einem elastisch nachgiebigen Bereich soll hier ein Be­ reich verstanden werden, infolge von dessen Nachgiebigkeit eine radiale Verlagerung der Drehanode auftritt, die wenig­ stens gleich dem Radialspiel des das größere Radialspiel auf­ weisenden Lagers ist. Vorzugsweise ist die radiale Verlage­ rung der Drehanode deutlich größer, z. B. um eine Größenord­ nung, als dieses Radialspiel.

Da die Hülsenanordnung der erfindungsgemäßen Röntgenröhre ei­ nen elastisch nachgiebigen Bereich aufweist, wird der Entste­ hung von Vibrationen in ähnlicher Weise wie im Falle der Ver­ wendung einer inneren und einer äußeren Hülse mit dazwischen liegenden Federelementen entgegengewirkt, ohne das ein hoher konstruktiver Aufwand getrieben werden muß. Außerdem ist es leicht möglich, bei bereits vorhandenen Konstruktionen die Hülsenanordnung mit einem elastisch nachgiebigen Bereich zu versehen.

Der elastisch nachgiebige Bereich kann gemäß einer Variante der Erfindung dadurch gebildet sein, daß die Hülse in zwei Abschnitte unterteilt ist und die Hülsenanordnung wenigstens ein elastisch nachgiebiges Element aufweist, mittels dessen die Abschnitte miteinander verbunden sind. Vorzugsweise weist die Hülsenanordnung mehrere elastisch nachgiebige Elemente auf, die als Blattfedern ausgebildet sind.

Gemäß einer anderen Variante der Erfindung ist vorgesehen, daß die Hülse für wenigstens eines der Lager einen Lagersitz aufweist und daß der elastisch nachgiebige Bereich sich in den Bereich des Lagersitzes erstreckt. In diesem Falle ist die Hülse im Bereich des Lagersitzes zur Bildung des ela­ stisch nachgiebigen Bereiches vorzugsweise in wenigstens im wesentlichen axial verlaufende Finger unterteilt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zei­ gen:

Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene, erfindungsgemäße Rönt­ genröhre,

Fig. 2 ein Detail der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 im Längs­ schnitt in vergrößerter Darstellung,

Fig. 3 eine Ansicht eines Details der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeiles III in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 und 5 im Längsschnitt bzw. Querschnitt gemäß Linie V-V ein Detail einer anderen erfindungsgemäßen Röntgenröhre, und

Fig. 6 und 7 im Längsschnitt bzw. Querschnitt gemäß Linie VII-VII ein Detail einer weiteren erfindungsge­ mäßen Röntgenröhre.

In der Fig. 1 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die eine Drehanode 1 aufweist, die in einem Vakuumkolben 2 unterge­ bracht ist. Der Vakuumkolben 2 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathode 3, die in einem Kathodenbe­ cher 4 eine in Fig. 1 nicht sichtbare Glühwendel enthält.

Die Drehanode 1 weist einen Anodenteller 5 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 6 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanode 1 zu gewährleisten, sind zwei Walzlager 7, 8 vorgesehen, deren innere Laufringe auf die La­ gerungswelle 6 aufgesetzt sind. Die Außenringe der Walzlager 7, 8 sind in der Bohrung der Hülse 9 einer Hülsenanordnung aufgenommen. Die Hülse 9 ist mittels eines ringförmigen, man­ schettenartigen Bauteils 10 mit dem Vakuumkolben 2 vakuum­ dicht verbunden und an ihrem von der Drehanode 1 entfernten Ende durch einen axial unverschieblich befestigten Boden 11 vakuumdicht verschlossen.

Das von dem Anodenteller 5 entfernte Walzlager 7 ist als Festlager ausgeführt, das heißt, daß sowohl in dem äußeren als auch in dem inneren Laufring eine rillenförmige Laufbahn für die kugelförmigen Wälzkörper vorgesehen ist. Außerdem sind sowohl der innere Laufring auf der Lagerungswelle 6 als auch der äußere Laufring in der Bohrung der Hülse 9 axial un­ verschieblich festgelegt. Infolge seiner Ausbildung als Fest­ lager kann das Walzlager 7 Kräfte sowohl in axialer Richtung, das heißt in Richtung der Längsachse der Lagerungswelle 6 als auch radiale Kräfte, das heißt quer zur Längsachse der Lage­ rungswelle 6 wirkende Kräfte, aufnehmen.

Das andere Walzlager 8 ist als Loslager ausgeführt, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel dadurch erreicht wird, daß nur sein äußerer Laufring eine rillenförmige Laufbahn für die kugelförmigen Wälzkörper aufweist, während der innere Laufring eine zylindrische Laufbahn aufweist. Infolge einer Ausbildung als Loslager kann das Walzlager 8 nur radiale Kräfte aufnehmen.

Um die Drehanode 1 in Rotation versetzen zu können, ist ein Elektromotor vorgesehen, der als Rotor 12 ein aus einem elek­ trisch leitenden Werkstoff gebildetes topfförmiges Bauteil aufweist, daß das dem Anodenteller 5 zugewandte Ende der Hül­ se 9 übergreift. Der schematisch angedeutete Stator 13 ist im Bereich des Rotors 12 auf die Außenwand des Vakuumkolbens 2 aufgesetzt und bildet mit dem Rotor 12 einen elektrischen Kurzschlußläufermotor, der bei Versorgung mit einem entspre­ chenden Strom die Drehanode 1 rotieren läßt.

Wird in üblicher, nicht dargestellter Weise die Heizspannung für die Glühwendel der Kathode 3 und die Röntgenröhrenspan­ nung, die zwischen Kathode 3 und Drehanode 1 liegt, an die Röntgenröhre angelegt, geht von der Kathode 3 ein Elektronen­ strahl aus, der im sogenannten Brennfleck auf den Anodentel­ ler 5 auftrifft und dort Röntgenstrahlen auslöst, die durch den Vakuumkolben 2 aus der Röntgenröhre austreten. Infolge der Rotation der Drehanode 1 bildet sich eine sogenannte Brennfleckbahn aus, da ständig eine andere Stelle des Anoden­ tellers 5 mit dem Elektronenstrahl beaufschlagt wird.

Da lediglich ca. 1% der der Röntgenröhre zugeführten elek­ trischen Energie in Röntgenstrahlung umgesetzt wird und die restliche Energie in Form von Verlustwärme anfällt, heizt sich der Anodenteller 5 im Betrieb sehr stark auf, was zur Folge hat, daß auch die Lagerungswelle 6 und die Walzlager 7, 8, insbesondere das näher beim Anodenteller 5 befindliche Wälzlager 8 erwärmt werden. Um unter diesen Bedingungen einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten, muß das Lagerspiel der Wälzlager 7, 8 im kalten Zustand so gewählt werden, daß auch bei härtestem Betrieb der Röntgenröhre ein Klemmen der Walzlager 7, 8 infolge von zu kleinem Lagerspiel ausgeschlos­ sen ist. Ein derart großes Lagerspiel führt jedoch in kaltem Zustand der Röntgenröhre bzw. bei Teillastbetrieb zu recht starken Vibrationen, die sich wie bereits erwähnt als Laufge­ räusch bzw. Anlagenvibrationen äußern.

Um diesen Vibrationen entgegenzuwirken, weist im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels die Hülsenanordnung einen elastisch nachgiebigen Bereich auf, der dadurch gebildet ist, daß die Hülse 9 in zwei Abschnitte 9a und 9b unterteilt ist, die mittels dreier Blattfedern 14a bis 14c miteinander ver­ bunden sind.

Die Blattfedern 14a bis 14c sind in entsprechenden Nuten der beiden Abschnitte 9a und 9b der Hülse 9 aufgenommen und mit den Abschnitten 9a und 9b in der in Fig. 3 am Beispiel der Blattfeder 14a veranschaulichten Weise durch Punktschweißun­ gen 15a, 15b mit den Abschnitten 9a und 9b der Hülse 9 ver­ bunden. Die Verbindung der Blattfedern 14a bis 14c mit den Abschnitten 9a und 9b der Hülse 9 kann aber auch auf andere Weise erfolgen.

Der elastisch nachgiebige Bereich der Hülsenanordnung muß nicht notwendigerweise dadurch realisiert sein, daß die Hülse 9 in zwei Abschnitte 9a und 9b unterteilt ist. Vielmehr be­ steht auch die Möglichkeit, in der in den Fig. 4 und 5 bei­ spielhaft veranschaulichten Weise die Hülse 9 zur Bildung ei­ nes elastisch nachgiebigen Bereichs mit einer Querschnitts­ verringerung 16 zu versehen, in deren Bereich die Hülse 9 zu­ sätzlich in der in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten Weise mit Schlitzen 17 versehen sein kann.

Der zwischen den beiden Wälzlagern 7 und 8 angeordnete ela­ stisch nachgiebige Bereich kann sich abweichend von dem in den Fig. 4 und 5 veranschaulichten Ausführungsbeispiel in der in den Fig. 6 und 7 veranschaulichten Weise auch in denje­ nigen, im folgenden als Lagersitz bezeichneten Bereich der Hülse 9 erstrecken, in dem der Außenring eines der Walzlager 7 bzw. 8 aufgenommen ist. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß den Fig. 6 und 7 ist der elastisch nachgiebige Bereich dadurch realisiert, daß die Hülse 9 in wenigstens im wesent­ lichen axial verlaufende Finger 18 unterteilt ist die sich bis in den Bereich des Lagersitzes des Wälzlagers 8, genauer gesagt bis zu dem dem Walzlager 8 benachbarten Ende der Hülse 9, erstrecken.

Die Ausbildung der die beiden Abschnitte 9a und 9b der Hülse 9 miteinander verbindenden elastisch nachgiebigen Elemente als Blattfedern, die Ausbildung der Querschnittsverringerung 16 und der Schlitze 17 sowie die Ausbildung des im Bereich eines Lagersitzes befindlichen elastisch nachgiebigen Berei­ ches in Form von Fingern ist nur beispielhaft zu verstehen. Ebenso ist die Zahl der im Falle des beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiele vorgesehenen elastisch nachgiebigen Elemente bzw. Blattfedern 14a bis 14c, Schlitze 17 und Finger 18 nur beispielhaft zu verstehen.

Im Falle der Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1 bis 3 so­ wie 6 und 7 befindet sich der elastisch nachgiebige Bereich dicht bei dem der Drehanode 1 benachbarten Lager 8, so daß hier im Betrieb der Röntgenröhre vergleichsweise hohe Tempe­ raturen auftreten. Sollten diese Temperaturen so hoch liegen, daß das Material der Blattfedern 14a bis 14c bzw. der Hülse 9 seine elastisch nachgiebigen Eigenschaften verliert, so be­ steht die Möglichkeit, so wie dies bei dem Ausführungsbei­ spiels gemäß den Fig. 4 und 5 der Fall ist, den elastisch nachgiebigen Bereich näher bei dem Walzlager 7 bzw. im Be­ reich des Lagersitzes des Wälzlagers 7 anzuordnen, wo gerin­ gere Temperaturen auftreten.

Claims (6)

1. Röntgenröhre mit einer in einem Vakuumkolben (2) aufgenom­ menen Drehanode (1) die mittels zweier in einer Hülse (9) ei­ ner Hülsenanordnung aufgenommener Lager (7, 8) relativ zu dem Vakuumkolben (2) drehbar gelagert ist, wobei die Hülsenanord­ nung einen elastisch nachgiebigen Bereich aufweist, der zwi­ schen dem der Drehanode (1) benachbarten und dem von der Dre­ hanode (1) entfernten Lager (8 bzw. 7) angeordnet ist.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, deren elastisch nachgiebiger Bereich dadurch gebildet ist, daß die Hülse (9) in zwei Ab­ schnitte (9a, 9b) unterteilt ist, und deren Hülsenanordnung wenigstens ein elastisch nachgiebiges Element aufweist, mit­ tels dessen die Abschnitte (9a, 9b) miteinander verbunden sind.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, deren Hülsenanordnung mehre­ re elastisch nachgiebige Elemente aufweist, die als Blattfe­ dern (14a bis 14c) ausgebildet sind.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 1, deren Hülse (9) für wenig­ stens eines der Lager (8) einen Lagersitz aufweist und deren elastisch nachgiebiger Bereich sich in den Bereich des Lager­ sitzes erstreckt.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, deren Hülse (9) im Bereich des Lagersitzes zur Bildung des elastisch nachgiebigen Berei­ ches in wenigstens im wesentlichen axial verlaufende Finger (18) unterteilt ist.

6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, deren Lager Walzlager, vorzugsweise Kugellager, sind.