DE2601529C2 - Magnetische Lagerung der Drehwelle der Drehanode für eine Röntgenröhre - Google Patents
Magnetische Lagerung der Drehwelle der Drehanode für eine RöntgenröhreInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Lagerung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.
Eine solche Lagerung ist aus der DE-OS 22 62 757 bekannt. Bei einer der darin beschriebenen Ausführungsformen
befindet sich der Stator auf Erdpotential, Während die Drehanodenscheibe und der Rotor
Hochspannungspotential führen. Zwischen dem Stator und dem Rotor muß daher ein erheblicher Spalt
vorhanden sein, um die Hochspannungsfestigkeit der Röntgenröhre zu gewährleisten. Dieser Spalt schwächt
«ber das Magnetfeld zwischen Rotor und Stator, so daß die magnetische Lagerung weniger »steif« wird bzw. für
eine ausreichende magnetische Lagerung stärkere Slätormagnete erforderlich sind. Um diesen Schwierigkeiten
zu entgehen, ist bei einem anderen ÄusführUrigs-Beispiel der genannten Veröffentlichung vorgesehen,
daß der Stator Anodenpotential führt, so daß zwischen Stator und Rotor nur ein relativ kleiner Luftspalt
erforderlich ist. Die Tatsache, daß der außerhalb der Röntgenröhre befindliche Stator das Anoden-Hochspartriungspolenlial
führt, vergrößert den Aufwand jedoch auf andere Weise, weil in dem für die Röntgenröhre vorgesehenen Röntgenstrahier zusätzliche
Maßnahmen für die Hochspannungsfestigkeit getroffen werden müssen und weil der Stator zur
Potentialtrennung über einen zusätzlichen Hochspannungstransformator gespeist werden muß.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Drehanodenröntgenröhre mit magnetischer Lagerung
der Drehwelle der auf Hochspannungspotential befindto liehen Anode zu schaffen, die zwischen Rotor und Stator
nur einen sehr kleinen Luftspalt aufzuweisen braucht und bei der gleichwohl der Stator nicht auf Anodenpotential
liegen muß, sondern auf einem anderen Potential, vorzugsweise Erdpotential, liegen kann. Diese Aufgabe
wird durch die im Hauptanspruch gegebenen Maßnahmen gelöst.
Aus der DD-PS 10 516 ist bereits eine Röntgenröhre
bekannt bei der die Drehanode über einen Isolator mit dem Rotor verbunden ist. Der Isolator soll dabei den
thermischen Widerstand zwischen der Drehanode und dem Rotor vergrößern, damit sich der Rotor bzw. die
mit ihm verbundenen Lager im Betrieb nicht zu sehr erhitzen. Zwischen dem Rotor und der Drehanode ist
ein Leiter mit geringem Querschnitt vorgesehen, der sicherstellt, daß beide im Betriebszustand dasselbe
Potential führen.
Eine Röntgenröhre, bei der die Anodenscheibe über einen elektrischen Isolator mit dem Rotor verbunden ist
und bei der Mittel vorgesehen sind, die bewirken, daß sich auf dem Rotor wenigstens annähernd das gleiche
Potential einstellt wie auf dem Stator, ist bereits Gegenstand des älteren Patents 24 55 974.
Bei der Erfindung sorgt der Isolator für die notwendige Hochspannungsfestigkeit, für die sonst der
relativ große Luftspalt zwischen Rotor und Stator erforderlich wäre. Da Rotor, Staior und die Gehäusewand
(Vakuumhülse) zwischen Rotor und Stator, soweit nicht mit Polflächen des Statorpakets integriert, auf
annähernd dem gleichen Potential ringen, kann der ■to Luftspalt zwischen Rotor und Stator sehr klein sein, so
daß auch schon mit relativ kleinen Elektromagneten eine ausreichend stabile Lagerung möglich ist.
An dieser Stelle sei noch bemerkt, daß zwar das
Eisenpaket des Stators ein exakt definiertes Potential führt, nicht aber die Statorwicklung, weil ihr zeitlich
veränderliche Spannungen zugeführt werden. Wenn im nachfolgenden gleichwohl angegeben ist. daß der Stator
ein bestimmtes Potertial, z. B. Erdpotential, führt, dann ist damit gemeint, daß das Gleichpotential des Stators
dem Erdpotential entspricht bzw. daß die Abweichung des Gleichpotentials vom Erdpotential klein im
Vei gleich zu der Anodenhochspannung ist.
In den Ansprüchen 2 bis 4 sind verschiedene Ausführungsformen der Mittel zur Einstellung des
Rotorpotentials beschrieben.
Die Weiterbildung im Anspruch 2 beschreibt die Potentialzuführung an den Rotor über einen weiteren
Schleifkontakt. Dieser ist geerdvjt, wenn der .Stator
Erdpotential führt, was im allgemeinen der Foil ist.
Dabei sind die Schleifkontakte für die Drehanode und den Rotor auf Verschiedene Seilen der scheibenförmigen
Drehanode angeordnet, wodurch es möglich wird,
den Schleifkontakt für die Drehanode im Zentrum der prehwelle der Drehanode anzuordnen und den
6S Schleifkontakt für den Rotor im Zentrum der (imimate^
Hellen) Drehachse des Rotors, Dadurch werden die von
den Schleifkontakten bewirkten Reibungsverluste minl·
mal.
26 Ol
Durch die im Anspruch 3 beschriebene Weiterbildung wird eine Abweichung des Rotorpotentials (in positiver
Richtung) vom Statorpotential durch die Elektronenquelle verhindert. Sobald nämlich das Rotorpotential
wesentlich positiver wird als das Statorpotential, emittiert der Heizfaden einen Strom, der diese
Potentialdifferenz verringert Dazu genügt schon ein Emissionsstrom im Microamperebereich.
Die im Anspruch 4 beschriebene Weiterbildung gewährleistet eine besonders stabile Lagerung der
Röntgenröhre.
Die im Anspruch 5 beschriebene Weiterbildung der Drehanodenröntgenröhre nach Anspruch 4 erübrigt
sich, wenn die Rotorpotentiale gemäß Anspruch 3 eingestellt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher
erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine Drehanodenröntgenröhre mit beidseitiger magnetischer Lagerung und 2ü
F i g. 2 einen Teil einer Drehanodenröntgenröhre mit
auf der gleichen Seite angeordneter radialer und axialer (einseitiger) magnetischer Lagerung,
Die in F i g. 1 dargestellte Röntgenröhre enthält einen Metallkolben 1 aus einem — zumindest im Bereich der is
Rotoren bzw. der Statoren — nicht magnetischen Metall bzw. einer nicht magnetischen Metallegierung
mit hohem elektrischen Widerstand, damit Wirbelstromverluste klein gehalten werden. Die Anodenscheibe
2 ist mit einer durch sie hindurchgehenden Hohldrehwelle 4 verbunden, an deren beiden Enden
Isolatoren 5a bzw. 5b vorgesehen sind. Auf dem äußeren Umfaig der Isolatoren 5a bzw. 5b sind ferromagnetische
(lamellierte) Rotoren 6a bzw. Sb aufgebracht. Diese
Rotoren haben ebenso wie die Isolatoren die Form J5 eines Hohlkegelstumpfes. Der Metallkolben 1 ist dieser
Form im Bereich der Rotoren angepaßt und trägt dort den Stator, der aus jeweils wenigstens drei auf dem
Umfang gleichmäßig gegeneinander versetzten Elektromagneten la bzw. 7b besteht.
Die Elektromagnete la bzw. 7b üben auf den ferromagnetischen Rotor 6a bzw. 6b eine Anziehungskraft
aus. die diesen im Gleichgewichtszustand in einer definierten Position, und zwar - wegen der Konusform
— sowohl in axialer als auch in radialer Richtung hält. Es sind innerhalb oder außerhalb des Metallkolbens nicht
näher dargestellte induktive oder kapazitive Sensoren vorgesehen, die eine Abweichung aus der definierten
Lage registrieren und eine sehr schnelle elektronische Regelung beaufschlagen, die in Abhängigkeit von dieser
Abweichung die Erregung der Elektromagnete derart steuert, daß die Abweichung minimal wird und der
Rotor wieder in die definierte Ausgangsstellung zurückkehrt. Weichen die Rotoren 6a bzw. 6b in axialer
Richtung aus ihrer definierten Position ab. dann werden. die Elektromagnete 7a einerseits und die Elektromagnete
7b andererseits gegensinnig gesteuert, um diese
Abweichung auszugleichen. — Magnetische Lagerungen mit derartigen Regelungen und Steuerungen sind an
lieh bekannt und im Handel erhältlich, so daß eine so
genauere Beschreibung entfallen kann.
Die Statörwicklungen, durch die der Rotor in Drehung versetzt wird, sind in der Zeichnung nicht
dargestellt. Sie können über den Umfang verteilt zwischen den Elektromagneten 7a bzw. 7b angeordnet bä
»ein, Wobei nur eine relativ geringe Antriebsleistung
aufgebracht werden muLS, weil einerseits der Abstand zum Rotof relativ klein ist und weil andererseits die
Rotoren bzw. die Drshanodenscheibe aufgrund der verschleißfreien magnetischen Lagerung ständig h
Drehung gehalten werden können, so daß eine starke Beschleunigung der Drehanode unmittelbar vor einer
Aufnahme entfallen kann. — Wenn dem die Rotoren in ihrer Lage stabilisierenden Feld der Elektromagneten
ein Drehfeld überlagert wird, können die erwähnten Statorwicklungen sogar ganz entfallen.
Der Isolator 5a ist an seiner von der Anodenscheibe 2 abgewandten Seite mit einer zentralen Bohrung
versehen, durch d>e ein Hochspannung führender Federkontakt 8 eine Metallkugel 9 gegen die Stirnfläche
10 der Drehwelle 4 drückt, und zwar genau im Rotationszentrum, so daß die dadurch bewirkten
Reibungsverluste minimal sind.
Der andere Isolator weist an seiner von der Anodenscheibe 2 abgewandten Stirnfläche eine Metallisierung
11 auf, die mit dem Rotor leitend verbunden ist. Eine Kugel 12, die in der Rotationsachse des Isolators
angeordnet jst und zweckmäßige:, eise durch eine
Feder (in der Zeichnung nicht dargestellt) gegen die
Metallisierung <1 gedrückt wird, stellt eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Metallisierung J1 und
dem Metallkolben 1 her. Das Rotorpotential entspricht daher d-.m Potential des Röhrenkolbens, dem wiederum
das Statorpotential entspricht, so daß zwischen den Elektromagneten des Stators, dem Röhrenkolben in
diesem Bereich sowie dem Rotor nur ein sehr kleiner Spalt zu sein braucht.
Das Potential des anderen Rotors wird durch einen Leiter 13, der durch den Isolator 5b und die Drehwelle 4
geführt ist und den Rotor 6a mit der Metallisierung 11
verbindet, eingestellt. — Dabei muß durch geeignete Anordnung und Bemessung dafür Sorge getragen
werden, daß zwischen dem Rotorpotential führenden Leiter 13 und der Anodenpotential führenden Querwelle
4 keine Überschläge auftreten. Die elektrische Verbindung zwischen der Metallisierung il unu dem
Rotor 6a kann auch durch einen Leiter bewirkt werden, der die Rotoren 6a und 6b direkt miteinander verbindet
unci der durch ein genügend groß bemessenes i och in der Anodenscheibe geführt ist. Zweckmäßigerweise
sollten dabei mehrere (wenigstens zwei), symmstrisch zur Drehwelle 4 angeordnete, also auf dem Umfang
gleichmäßig versetzte Bohrungen in der Anodenscheibe vorhanden sein, durch die jeweils ein Leiter geführt ist.
damit Unwuchten vermieden werden.
Die Einstellung des Rotorpotentials kann auch, wie im
Anspruch 3 beschrieben, erfolgen. Wenn dabei auch im Bereich des Rotors 6a eine Elektronenquelle vorgesehen
ist, kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den beiden Rotoren entfallen.
Bei dt-r in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist
der Metallkolben der Röntgenröhre mit 21 und die Anodenscheibe mil 22 bezeichnet, die %on einer
Drehwelle 24 getragen wird, an der ein Isolator 25 befestigt ist. Der Isolator ist mit einem Hohlzylinder 23
verbunden, auf dessen Außenfläche zwei ihn jeweils umschließende Rotoren 26a und 26b vorgesehen sind,
die in Verbindung mit außerhalb des Röhrenkolbens angebrachten Statoren, die jeweils eine Mehrzahl von
auf dem Umfang gleichmäßig verteilten Elektromagneten 27a bzw. 27b enthalten, für eine definierte radiale
Lagerung sorgen. Die axiale Lagerung erfolgt mittels eines weiteren zwischen den Rotoren 26a und 26b
angeordneten Rotors 26c, der von den — in axialer Richtung gesehen — beiderseits des Rotors außerhalb
des Röhrenkolbens angeordneten Elektromagneten 27c
26 Ol 529
bzw. 27t/ in der Schwebe gehalten wird. Auch hier sind
wieder in der Zeichnung nicht näher dargestellte Sensoren vorgesehen, die Abweichungen von der
definierten Lage (in axialer und radialer Richtung) registrieren und eine Beaufschlagung der Elektromagneten
im Sinne einer Nachregelung der genauen Position bewirken.
Das Potential der Rotoren 26a bis 26c wird durch einen geerdeten, mittels Federkraft gegen einen
Metallbelag auf der von der Anodenscheibe abgewandten Seite des Isolators 25 gedrückten Kontaktstift
hergestellt. Der Metallbclag 29, den der kontaktstift 28
genau im Rotationszentrum kontaktiert, ist über eine Metallisiefuhgsschicht auf der Isölätöroberfläche mit
dem Metallzylinder 23 verbunden, so daß damit auch die Rotoren 26a... 26cgeerdet sind.
Die Zuführung des Anoden-Hochspannungspolentials erfolgt über einen weiteren Kontaktstift 30, der
mittels Federkraft gegen das aus der Ahoderischeibe
herausfagende Ende der Drehwelle gedrückt wird. Die Drehwelle ist mit einer Rundung versehen, um die
Reibung möglichst klein zu halten.
Der Rotor sollte bei den in Fig.) und 2 beschriebenen Ausführüngsformcn der Erfindung
zweckmäßigerweise lamelliert sein, damit Wirbelstrom^ Verluste klein gehalten werden* — Grundsätzlich ist
jedes andere Prinzip der magnetischen Lagerung
verwendbar und geeignet.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Magnetische Lagerung der Drehwelle (4) der Drehanode (2,22) für eine Röntgenröhre, wobei der
Drehanode über einen die Drehwelle kontaktierenden Schleifkontakt (9, 10 bzw. 30) Hochspannungspotential
zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß
a) die Anodenscheibe (2, 22) über einen elektrischen
Isolator (5a, 56 bzw. 25) mit dem Rotor (6a, 6b bzw. 26a... 26) verbunden ist
und
b) Mittel (11, 12 bzw. 28, 29) vorgesehen sind, die bewirken, daß sich auf dem Rotor (6a, 6b bzw.
26a ... 26c) wenigstens annähernd das gleiche Potential einstellt wie auf dem vorzugsweise auf
Erdpotential befindlichen Stator der magnetischen Lagerung.
2. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rotorpotential
über einen weiteren Schieifkontaict (28 bzw. 12)
zugeführt wird, der — in bezug auf den die Anoden-Hochspannung führenden Kontakt — jenseits
der Anodenscheibe (2 bzw. 22) angeordnet ist.
3. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Rotors
eine Elektronenquelle, vorzugsweise in Form eines Heizfadens, vorgesehen ist. die das Potential des
Stators führt.
4. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
beiderseits der Drehanode (2) üb°r einen Isolator (5a bzw. 5b) mit der Drehwelte (4) verbundene Rotoren
(6abzw. 6b) vorgesehen sind(F i g. ~).
5. Magnetische Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Anoden-Hochspannungspotential
über einen Schleifkontakt (9,10) durch den einen Isolator (5a) der Drehwelle (4)
zugeführt wird und daß die Mittel (11, 12) zur Einstellung des Rotorpotentials im Bereich des mit
dem anderen Isolator (5b) verbundenen Rotors (6b) vorgesehen sind, der mit dem anderen Rotor (6a,/
leitend verbunden ist.
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