DE2409526C2 - Rotating anode disk for an X-ray tube - Google Patents
Rotating anode disk for an X-ray tubeInfo
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Description
dadurcngekenn zeichnet.dadurcngekenn.
— daß die beiden ringförmigen Flächen gegenseitig und symmetrisch zueinander geneigt sind, so daß die zentrale Ebene (S) die Symmetrieebene der Drehanodenscheibe bildet und- That the two annular surfaces are mutually and symmetrically inclined to one another, so that the central plane (S) forms the plane of symmetry of the rotating anode disk and
— jede der zwei Flächen C?2) als Targetoberfläche dienen kann.- each of the two surfaces C? 2) as a target surface can serve.
ίοίο
Die Erfindung betrifft eine Orehanodcnschcibe für eine Röntgenröhre, die aus einer dünnen im wesentlichen flachen kreisförmigen Schere aus Molybdän. Graphit, Wolfram. Wolframlegierungen oder Molybdänlegierungen besteht,The invention relates to an Orehanodcnschcibe for an x-ray tube made from thin, substantially flat circular scissors made of molybdenum. Graphite, Tungsten. Consists of tungsten alloys or molybdenum alloys,
die eine axiale öffnung aufweist, durch welche die Drehanodenscheibe auf das Ende eines Schaftes montiert werden kann, und gegenüberliegend zwei gegenüber einer zur Rotationsachse senkrechten, zentralen Ebene 5 geneigte, ringförmige Flächen aufweist, bei denen zumindest eine der Flächen als Targctobcrflache wirk·.which has an axial opening through which the rotating anode disk can be mounted on the end of a shaft, and opposite two opposite one to the axis of rotation perpendicular, central plane 5 has inclined, annular surfaces, in which at least one of the surfaces acts as a target surface.
Die Drehanodenscheibe kann entweder aus einem einzelnen Metall, aus Bimetall oder einem Verbundstoff aus Metall und Nichtmetall bestehen, wobei die Anodenscheibe oder mindestens ein Teil davon vorteilhaft aus verschiedenen Materialien zusammcngeseizt ist, um den Nutzen der verschiedenen Eigenschaften solcher Materialien zu haben. Bei der Verwendung der bekannten Drehanodenscheiben aus Bimetall sind Schwierigkeiten aufgetreten, wegen des Verziehens, das durch den Unterschied der thermischen Ausdehnung /wischen den Metallen verursacht wurde. Durch das Verziehen wurde der Röntgenstrahl verzerrt.The rotating anode disk can be made from either a single metal, bimetal, or a composite made of metal and non-metal, with the anode disk or at least a part thereof is advantageously made of different materials together in order to to take advantage of the various properties of such materials. When using the known Bimetal rotating anode disks have encountered difficulties because of the warpage created by the Difference in thermal expansion / wiping the metals was caused. The warping was the X-ray is distorted.
Es sind bisher zwei Arten von Drehanodenscheiben für Röntgenröhren erhältlich gewesen.Two types of rotating anode disks for X-ray tubes have heretofore been available.
In der üblicheren Art hat die Anode die Form einer kreisförmigen Platte oder Scheibe einer flachen, konkav-konvexen Gestalt. Ein Beispiel einer solchen Drehanodenscheibe ist in der DE-OS 21 06 277 beschrieben. Die Anodenscheibe ist bei einer fertigen Röntgenröhre auf einem rotierbaren Schaft montiert, der innerhalb des Glaskolbens der Röhre getragen ist, wobei die konvexe Oberfläche der Scheibe einer Kathode gegenüberliegt, die im Abstand dazu gehalten ist. Die pheripherc (iren-/.e der konvexen Oberfläche der Scheibe, die der Kathode gegenüberliegt, bildet die Targcloberil;iche und diese wird mit den Elektronen beschossen, die von der Kathode abgegeben werden, wenn die Unhie in lid riebIn the more common type, the anode is in the form of a circular plate or disk of a flat, concavo-convex Shape. An example of such a rotating anode disk is described in DE-OS 21 06 277. In a finished X-ray tube, the anode disk is mounted on a rotatable shaft that extends inside the Glass bulb carried by the tube, the convex Surface of the disc facing a cathode, which is held at a distance from it. The pheripherc (iren - /. E the convex surface of the disc opposite the cathode forms the Targcloberil; iche and these is bombarded with the electrons given off by the cathode when the monster rubbed in lid
ist. Diese Targeioberfläehe ist mit Bezug auf den Weg der Elektronen, die auf ihr auftreffen, geneigt, so daß die Röntgenstrahlen, die durch das Beschießen erzeugt wird, seitwärts gerichtet (radial von der Scheibe) wird, um das zu untersuchende Subjekt za erfassen. Die Konvexizilät der Scheibe schafft so wirksam mit einer Minimalmengo an Material in der Scheibe die obengenannte Targetneigung. Dieses Merkmal der minimale. ■ Matcrialmenge ist erwünscht sowohl vom ökonomischen Standpunkt, da die besseren Targelmetalle sehr teuer sind, als auch aus funküoncllcn Gründen.is. This target surface is related to the path the electrons that strike it are tilted, so that the X-rays generated by the bombardment is directed sideways (radially from the disc) in order to capture the subject to be examined za. The convexicility the disc thus effectively creates the above with a minimal amount of material in the disc Target slope. This feature of the minimal. ■ Amount of material is desirable from both an economic standpoint, as the better targel metals are very expensive are, as well as for functional reasons.
Die andere Art von Drehanodenscheibe, die bisher verwendet worden ist. weist eine im allgemeinen zylindrische Gestalt auf mit einem konischen oder kegelstumpfförmigcn geschlossenen Endstück, das als Targciobcrflächc dient.The other type of rotating anode disk that has been used heretofore. has a generally cylindrical Shape on with a conical or frustoconical closed end piece that serves as a target surface.
Bei beiden bekannten Arten von Drchanndenschcibcn ist es nur möglich, eine Oberfläche als Targetoberflächc zu verwenden, und wenn diese Oberfläche durch Erosion. Aufrauhung, Verzerrung usw. erschöpft oder unbrauchbar geworden ist. dann muß die Röhre auseinandergebaut und die Drehanode ersetzt oder durch Bearbeitung wieder in einen brauchbaren Zustand zurückgeführt werden.With both known types of rotor discs it is only possible to use one surface as the target surface to use and when this surface due to erosion. Roughening, distortion, etc. exhausted or has become unusable. then the tube must be disassembled and the rotating anode replaced or machined can be returned to a usable state.
Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Gebrauch-.dauer der Drehanode der eingangs genannten Art /.u verlängern.The present invention was based on the object the period of use of the rotating anode named type /.u extend.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden ringförmigen Flächen gegenseitig und symmetrisch zueinander geneigt sind, so daß die zentrale Ebene .Vdic Symmelriccbcne der Drchanodcnschcibc bildet und jede der zwei Flüchen als Targetoberflächc dienen kann.This object is achieved according to the invention in that the two annular surfaces are mutually and are symmetrically inclined to each other, so that the central plane .Vdic Symmelriccbcne der Drchanodcnschcibc forms and each of the two curses as a target surface can serve.
Wenn bei der crfindungsgcmiiUcn Drchanodensehcibe eine Targeioberfläehe durch den Elektronenbeschuß korrodiert oder unbrauchbar geworden ist. dann kann die Scheibe von dem roiierbarcn Schaft entfernt, umgedreht und erneut auf ilen Schaft a-fjicstcckt werden, um die andere Targetoberfläche in die Gcbrauchsstellung zu bringen. Die Betriebsdauer der Anode wird so wirksam verdoppelt bevor sie ersetzt oder aufgearbeitet werden muß. Enthalt eine Köntgenröhrc zwei Kathoden, dann kann die doppelte Lebensdauer erreicht werden durch Verwenden der /weilen Kathode mit der /.weilen Targetoberfläche ohne daß man die Scheibe herausnehmen und wieder einbauen muß. Verzcrrungsproblcmc. wie sie bei den Bimctallanodcn der bekannten Art auftraten, sind durch die symmetrische Gestaltung der crfindiingsgemäßen Orchanodenscheibe ebcnfalls weitgehend vermieden. Es ist auch möglich, die Anodcnschcibc so anzuordnen, daß man beide Targetoberflächen dieser Scheibe gleich/eilig verwendet, um zwei Röntgenstrahlen /u erzeugen oder einen verstärkten Röntgenstrahl, wo ein solcher erforderlich ist.If at the crfindungsgcmiiUcn Drchanodensehcibe a target surface has been corroded or rendered unusable by electron bombardment. then can removed the disc from the rotatable shaft, turned upside down and re-attached to the shaft to bring the other target surface into the position of use. The service life of the anode is thus effective doubled before it needs to be replaced or refurbished. If a X-ray tube contains two cathodes, then double the service life can be achieved by using the cathode (s) with the /.weiden target surface without having to remove the disk and reinstall it. Distortion problem c. as they occurred with the bimetal anodine of the known kind, are due to the symmetrical design the orchanode disk according to the invention also largely avoided. It is also possible to arrange the anodizing block in such a way that both target surfaces can be seen this disc is used equally / hastily to generate two x-rays / u or an amplified one X-ray where required.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher erläutert. Im einzelnen zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing. In detail shows
Fig. 1 einen AufriU teilweise im Schnitt, einer typischen Röntgenröhre, die eine Drehanodenscheibe der vorliegenden Erfindung enthalt.Figure 1 is an elevation, partly in section, of a typical one X-ray tube incorporating a rotating anode disk of the present invention.
F i g. 2 eine Draufsicht auf die in F i g. 1 gezeigte Drehanodenscheibe in vergrößertem Maßstab.F i g. FIG. 2 is a plan view of the FIG. 1 shown rotating anode disk on an enlarged scale.
F'i g. 3 eine Seitenansicht der in F ι g. 2 gezeigten Anodenscheibe undF'i g. 3 is a side view of the in FIG. 2 shown Anode disk and
Γ i μ. 4 einen Querschnitt der Anodenscheibe der Γ ι )i. 2 land's der Linie 4 4Γ i μ. 4 shows a cross section of the anode disk of Γ ι ) i. 2 land's of line 4 4
Die Röntgenröhre 10 in I ι μ. 1 bestellt im wesciilli chen aus einem (iliis oilct anderen Kolben 12. du ι cmc Kathodcncinlu'it 14 cnihall. die <lun Ii einen jieen/ixlciiThe X-ray tube 10 in I ι μ. 1 ordered in the wesciilli chen from a (iliis oilct other flask 12. du ι cmc Kathodincinlu'it 14 cnihall. the <lun Ii a jieen / ixlcii
Faden 16 erhitzt ist. um die Elektronenemission zu bewirken. Innerhalb des Kolbens 12 ist auch eine Anoden-Einheit 18 angeordnet, die einen Rotor und eine Trageeinrichtung für einen Schaft 20 und eine kreisförmige Drehanoden£cheibe 22 umfaßt, die auf das Endstück des Schaftes montiert ist. Der pcriDhere Rand der Anodenscheibe ist der Kathode 14 gegenüber angeordnet. Die Anodeneinheit 18 iChließi eine nicht dargestellte, geeignete induktive oder magnetische Einrichtung ein, welche die Rotation des Schaftes 20 nach Einwirkung eines geeigneten rotierenden elektromagnetischen Feldes bewirkt, das äußerlich den Halsteil der Röhre umgibt. Die Röhre wird über die Anschlüsse 24 mit einem Strom relativ geringer Spannung für den Faden verseilen, von denen einer auch als Kathodenansühluß dienen kann. Die Drehanodenscheibe ist mit dem Anschluß 26 verbunden, um dort eine hohe Spannung anzulegen. Während des Betriebs der Röhre wird die Anodenscheibe 22 durch die Einheit 18 mit einer hohen Rotationsgeschwindigkeit betrieben und eine hohe gleichgerichtete Spannung wird über die vorgenannten Anschlüsse 24, 26 zwischen der Kathode 14 und der Anode 22 angelegt, um die durch die Kathode emittierten Elektronen anzuziehen und auf die Targetobcrfläche der rotierenden Anodenccheibe 22 aufschlagen zu lassen. Das Auftreffen der Elektronen auf die Targetoberfläche der Scheibe bringt Röntgenstrahlen hervor, die seitlich durch die Seitenwand des Kolbens 12 der Röhre 10 projiziert und auf dem zu untersuchenden Subjekt konzentriert werden. Thread 16 is heated. to cause electron emission. Inside the bulb 12 is also an anode unit 18 arranged, the a rotor and a support device for a shaft 20 and a circular Rotating anode disk 22 includes which on the end of the Shaft is mounted. The peripheral edge of the anode disk is arranged opposite the cathode 14. The anode unit 18 includes a suitable one, not shown inductive or magnetic device, which the rotation of the shaft 20 after the action of a causes suitable rotating electromagnetic field that externally surrounds the neck portion of the tube. the The tube is stranded via the connections 24 with a current of relatively low voltage for the thread which one can also serve as a cathode connection. The rotating anode disk is connected to connection 26, to apply a high voltage there. During operation of the tube, the anode disk 22 operated by the unit 18 at a high rotational speed and a high rectified Voltage is applied via the aforementioned connections 24, 26 between the cathode 14 and the anode 22, to attract the electrons emitted by the cathode and onto the target surface of the rotating To let the anode disk 22 open. The impact of the electrons on the target surface of the disk brings out x-rays that are projected laterally through the side wall of the piston 12 of the tube 10 and be focused on the subject to be examined.
Die meiste Energie der beschleunigten Elektronen, die auf der rotierenden Anodenscheibc 22 aufschlagen, wird in Wärme umgewandelt mit dem Ergebnis, daß die Anodenscheibe rasch eine sehr hohe Temperatur erreicht. Wird die Temperatur zu hoch, dann verbrennt die Scheibe und die erzeugte Röntgenstrahlung wird eher zerstreut als in eine bestimmte Richtung geleitet. Die Verwendung von hochschmclzcnden Metallen, ihren Legierungen und anderen Materialien mil hohen Schmelzpunkten ist daher für die Herstellung der Anodenscheibe 22 erforderlich, damit diese eine vci nünftige oder praktische Lebensdauer hai. So kann z. B. Molybdän verwendet werden, ebenso wie die anderen Metalle Wolfram und Rhenium, die noch höhere Schmelzpunkte haben und daher aus diesem Grunde erwünscht sind. Die letztgenannten Metalle haben jedoch nicht so gute Wärmsableitungseigcnsehaften und weisen darüber hinaus den zusätzlichen Nachteil auf. daß sie wesentlich teurer sind, insbesondere das Rhenium. Aus diesem Grunde werden häufig bimc'allischc Drchanodcnschciben verwendet, bei denen die Targetoberflächc der Anodenscheibe aus einem der sehr hoch schmelzenden Metalle oder Lcgicfungen hergestellt wird, die hohen Temperaturen widerstehen können, während der Resi und im allgemeinen der llauptteil der Drchanodcnschcibe aus einem billigeren, aber immer noch relativ hoch schmelzenden Material gebildet wird, wie Molybdän oder Graphit, welche die besseren thermischen Eigenschaften aufweisen.Most of the energy of the accelerated electrons hitting the rotating anode disk 22 is converted into heat with the result that the anode disk quickly reaches a very high temperature. If the temperature is too high, then the pane burns and the X-rays generated become earlier absent-minded than directed in a certain direction. The use of refractory metals, their Alloys and other materials with high melting points are therefore used in the manufacture of the anode disk 22 required for this to be a vci sensible or practical lifespan shark. So z. B. Molybdenum can be used, as well as the other metals Tungsten and Rhenium, which have even higher melting points and are therefore desirable for this reason. However, the latter metals have not been so good Heat dissipation properties and show about them addition to the added disadvantage. that they are much more expensive, especially rhenium. For this The reasons are often bimicallic diagrams used, in which the target surface of the anode disk from one of the very high melting point Metals or fixtures are manufactured that are high Can withstand temperatures during the Resi and in general most of the Drchanodcnchcibe formed from a cheaper but still relatively high melting point material such as molybdenum or graphite, which have the better thermal properties.
In den F i g. 2, 3 und 4 ist die Anodenscheibe 22 eine relativ dünne, im wesentlichen flache kreisförmige Scheibe mit einer axialen öffnung 30 durch welche die Scheibe auf das Ende des Schaftes 20 montiert werden kann. Die Scheibe 22 weist eine gleichförmig'.· Konfiguration an den gcgcnübei liv^cnden Flächen auf. wodurch die zentrale Ebene senkrecht zu der öffnung 30 eine Symmeirieebcnc bildet, wie durch die mit .Vbezeichnete unterbrochene Linie in F · >;. 4 angegeben ist. Die peripheren Rander der Scheibe 22 sind abgeschrägt und bilden ringförmige, im wesentlichen planare Flächen 32, die in gleicher Weise zu der Symmetrieebene geneigt sind. Diese Flächen bilden die Targetoberflächen der Anode und Teile dieser Flächen sind während der Rotation der Scheibe nacheinander dem Elektronenbeschuß von der Kathode ausgesetzt. Wie bereits erwähnt, führt dieser Beschüß zu Röntgenstrahlabgaben von der Targetoberflächc die dann radial seitwärts nach außen ausIn the F i g. 2, 3 and 4, the anode disk 22 is one relatively thin, essentially flat circular disk with an axial opening 30 through which the Washer can be mounted on the end of the shaft 20. The disc 22 has a uniform configuration on the exposed surfaces. through which the central plane perpendicular to the opening 30 forms a symmetry bcnc, as indicated by the .V broken line in F ·> ;. 4 is indicated. The peripheral Edges of the disc 22 are beveled and form annular, substantially planar surfaces 32, which are inclined in the same way to the plane of symmetry. These areas form the target surfaces of the The anode and parts of these surfaces are successively electron bombarded during the rotation of the disk exposed by the cathode. As previously mentioned, this bombardment results in x-ray emissions from the target surface which then radially sideways outwards
ίο der Röntgenröhre gerichtet sind. Um dies in der richtigen Weise zu bewirken, sind die Targetoberflächen 32 mit einem Grundwinkel ausgeführt, der zwischen etwa 0,5 und 20° variiert, gemessen zwischen der Projektion eines Elementes oder der Mantellinie der Drehung derίο the X-ray tube are directed. To do this in the right To effect way, the target surfaces 32 are designed with a basic angle that is between about 0.5 and 20 ° varies, measured between the projection of an element or the surface line of the rotation of the
H Fläche und der vorgenannten Symmetrieebene S.H area and the aforementioned plane of symmetry S.
In dem hier beschriebenen spezifischen Beispiel sind die Targetoberflächen 32 auf jeder Seite der Scheibe 22 aus dünnen Schichten hochschmelzenden Metalls gebildet, wie Wolfram oder Wolfram-Rher'vm-Legierung,In the specific example described here are the target surfaces 32 on each side of the disc 22 are formed from thin layers of refractory metal, such as tungsten or tungsten-Rher'vm alloy,
2(i während der zentrale Hsupttci! der Scncibe aus einem hochschmelzenden Material, wie Molybdän, Molybdänlegierung oder Graphit, gebildet ist. Es ist selbstverständlich möglich, eine nur aus Wolfram, Rhenium oder nur aus hortischmclzender Metallegierung bestehende Scheibe zu verwenden, und die Herstellung der Scheibe durch Schmieden eines dieser Metalle oder Legierungen führt zu einer besonders erwünschten Anodenstruktur. 2 (i during the central mainstci! The scncibe from a refractory material, such as molybdenum, molybdenum alloy or graphite, is formed. It goes without saying possible, one consisting only of tungsten, rhenium or only of hortic-melting metal alloy Using disc, and manufacturing the disc by forging one of these metals or alloys leads to a particularly desirable anode structure.
Die Drehanodenscheiben weisen im allgemeinen einen Durchmesser von etwa 7,5—15 cm und eine Dicke von etwa 3— 18 mm auf. Diese Abmessungen sind in einem hohen Maße durch praktische Betrachtungen vorgeschrieben, einschließlich des Ausgleichs der Wärmekapazität mit den Hitzeabführungseigenschaften, derThe rotating anode disks are generally about 7.5-15 cm in diameter and thick from about 3 to 18 mm. These dimensions are to a large extent determined by practical considerations prescribed, including balancing the heat capacity with the heat dissipation properties, the
}■> Kompaktheit und der Handlichkeit der Röntgenröhre. Es können jedoch auch andere Abmessungen verwendet werden. } ■> Compactness and the handiness of the X-ray tube. However, other dimensions can also be used.
Es ist klar. daß bei Verwendung einer Drehanodenscheibc der hier beschriebenen Bauart bei Erschöpfung einer Vargetobcrflache 32 die Anodeneinheil 18 aus der Röhre herausgenommen werden kann, um die Scheibe 22 vom Schaft 20 abzunehmen, herumzudrehen und so die gegenüberliegende Targetoberfläche 32 der Kathode 14 gegenüber anzuordnen, wenn die Teile wieder inIt's clear. that when using a rotating anode disc of the type described here when a Vargetobcrflache 32 is exhausted, the anode unit 18 from the Tube can be removed to remove the disc 22 from the shaft 20, turn it around, and so on to position the opposite target surface 32 opposite the cathode 14 when the parts are back in
4- der Röhre zusammengebaut sind. Außerdem ist es mit der Drehanodenscheibe der erfindungsgemäßen Konfiguration möglich, eine zweite Kathode in der Röntgenröhre vorzusehen, die benachbart der gegenüberliegenden Targeloberfläche angeordnet ist. wodurch beide4- the tube are assembled. Besides, it is with the rotary anode disk of the configuration according to the invention possible, a second cathode in the X-ray tube to be provided, which is arranged adjacent to the opposite target surface. whereby both
V) Targetoberflächen entweder gleichzeitig zur Erzeugung eines verstärkten Röntgenstrahles oder einzeln zur» E..:eugcn je eines getrennten Strahls verwendet werden können. V) Target surfaces can either be used simultaneously to generate an amplified X-ray beam or individually for a separate beam.
Es sind auch andere symmetrische KonfigurationenThere are other symmetrical configurations as well
=>·> der Anodcnschcibc möglich anstelle der gegenseitig geneigten planarcn Flächen 32. Zum Beispiel können solche Flächen abgenufi, gebogen konisch sein oder die Neigung kann umgekehrt sein, so daß sie in der radial sich nath außen erstreckenden Richtung wechselseitig =>·> The Anodcnschcibc possible the mutually inclined surfaces instead planarcn 32. For example, abgenufi such surfaces be bent conically or the inclination may be reversed so that they are mutually in the radially outwardly extending direction Nath
Wi voneinander weg geneigt sind, je nach der Ausführung der Röntgenröhre, in der solche Drehanodenscheiben angewendet werden.Wi are inclined away from each other, depending on the design the X-ray tube in which such rotating anode disks are used.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition |