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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Drehanoden für Röntgenröhren, bei dem ein scheiben- oder diskusförmiger, eine Brennfleckbahn aufweisender Grundkörper aus hochschmelzendem Metall oder Legierungen dieses Metalls ausserhalb der Brennfleckbahn, insbesondere auf der der Brennfleckbahn gegenüberliegenden Seite, mit einem scheibenförmigen Graphitteil verlötet wird.
Drehanoden dieser Art, bei denen ein oder auch mehrere Graphitteile auf die Unterseite eines Grundkörpers aus hochschmelzendem Metall gelötet werden sind hinreichend bekannt. Die aufgelöteten Graphitteile bewirken eine wesentlich verbesserte Wärmeabfuhr, so dass derartige Drehanoden insbesondere in Hochleistungs-Röntgenröhren verwendet werden. Für die Lötverbindung zwischen Metall-Grundkörper und Graphitteil werden Metalle oder Legierungen mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Titan, Zirkonium, Platin oder Palladium-Nickellegierungen verwendet um auch bei den hohen im Betrieb auftretenden Temperaturen eine ausreichend gute Lötverbindung zu gewährleisten. Die Lötungen finden im Hochvakuum statt. Die erforderlichen Löttemperaturen liegen bei etwa 1900oye.
Drehanoden bei denen ein einziger Graphitteil mit dem metallischen Grundkörper verlötet wird, haben den Nachteil, dass es infolge der äusserst geringen Verformbarkeit des Graphits zu einer ungenügenden Verlötung und damit Haftung des Graphitteiles auf dem metallischen Grundkörper kommen kann. Während der Lötung bewirken die hohen Löttemperaturen infolge der unterschiedlichen Wärmeausdehnung einen Verzug des Metall-Grundkörpers gegenüber dem starren Graphitteil. Dieser Effekt tritt verstärkt bei Drehanoden auf, bei denen die Brennfleckbahn des Metall-Grundkörpers aus einem andern Metall oder einer andern Legierung besteht als der restliche Metall-Grundkörper. Dadurch können lötmittelfreie Hohlräume entstehen, was eine schlechte Wärmeleitung vom Grundkörper auf den Graphitteil bedeutet.
Ausserdem treten beim Abkühlen der Verbundanode Spannungen zwischen Grundkörper und Graphitteil auf, die ein Abplatzen des Graphitteiles zur Folge haben können.
Dadurch, dass man nicht einen einzigen, sondern mehrere voneinander getrennte Graphitteile mit dem metallischen Grundkörper verlötet, werden zwar die erwähnten Nachteile vermieden. Der Nachteil bei diesen Verbundanoden liegt jedoch darin, dass ein genaues Positionieren der einzelnen Graphitteile beim Löten sehr schwierig ist. Darüber hinaus kann vor allem bei kleineren Drehanoden, bei denen die Spalte zwischen den einzelnen Graphitteilen sehr schmal sind, Lötmaterial unkontrolliert eindringen, so dass es häufig zu grösseren Unwuchten innerhalb der Drehanode kommt, die in einem aufwendigen Arbeitsgang wieder ausgeglichen werden müssen.
Desgleichen ist es bekannt, Drehanoden aus einem mit radialen Schlitzen versehenen metallischen Grundkörper (GB-PS Nr. 1, 300, 477) oder solche aus einem metallischen Grundkörper, der mit die Brennbahn unterquerenden Bohrungen versehen ist (DE-OS 2833751), mit Graphitteilen zu verlöten. Durch die Schlitzung bzw. Durchbohrung des Grundkörpers soll ein Abbau der im Betrieb auftretenden thermischen Spannungen erreicht werden, so dass es zu keinem Verzug der Anodenteller kommen kann. Das Problem ungenügender Haftung und Wärmeleitung wäre dadurch gelöst.
Nachteilig bei der GB-PS Nr. 1, 300, 477 ist, dass das Lötmaterial in die Schlitze des metallischen Grundkörpers eindringen kann und von dort nicht mehr hinreichend entfernt werden kann.
Ausserdem trifft während des Betriebes der Röntgenröhre der Elektronenstrahl in den Schlitzen direkt auf die Lötschicht auf, die dieser thermischen Belastung oftmals nicht standhält.
Der Nachteil bei der DE-OS 2833751 liegt darin, dass die Herstellung der langen, dünnen, die Brennfleckbahn unterquerenden Bohrungen sehr schwierig und mit grossem Kostenaufwand verbunden ist und das Problem des Anoden-Verzuges dennoch nicht befriedigend gelöst ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, ein Verfahren zur Herstellung von Metall- - Graphit-Verbundanoden zu entwickeln, bei denen die genannten Nachteile wie schlechte Haftung der Graphitteile durch lötmittelfreie Hohlräume und mechanische Spannungen zwischen Metallteil und Graphit sowie schlechte Positionierbarkeit der Graphitteile beim Löten und das Auftreten grösserer Unwuchten nicht mehr auftreten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den Graphitteil vor dem Verlöten Nuten mit einer Tiefe von 50 bis 95% der Dicke des scheibenförmigen Graphitteiles eingebracht werden.
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Die Nuten werden nach üblichen spanabhebenden Verfahren in den Graphitteil eingebracht und haben den Zweck, den starren Graphitteil in sich flexibler zu machen. In der Praxis haben sich Nutentiefen zwischen 50 und 95% der Scheibendicke des Graphitteiles für den Zweck bewährt.
Die Nuten können sowohl von der zu verlötenden Oberfläche als auch von der entgegengesetzten Seite ausgehend eingebracht werden. Desgleichen kann es sinnvoll sein, sie von beiden Seiten ausgehend so einzubringen, dass ein deckungsgleiches Muster von Nuten entsteht.
Die Tiefe der Nuten wird in der Regel so gewählt, dass nur ein dünner, gerade noch ausreichend mechanisch stabiler Steg bestehen bleibt. Dadurch wird einerseits erreicht, dass die entstehenden Abschnitte des Graphitteiles miteinander verbunden bleiben, wodurch das Problem der genauen Positionierung einzelner Abschnitte beim Löten entfällt. Anderseits wird es den einzelnen Abschnitten infolge der sehr dünnen und daher relativ elastischen Trennstege ermöglicht, sich während des Lötvorganges entsprechend der auftretenden Verformung des Metall-Grundkörpers auszurichten. Die Ausrichtung der Graphitabschnitte erfolgt in vielen Fällen allein schon durch deren Eigengewicht. Fallweise ist es vorteilhaft, die Graphitabschnitte zusätzlich zu beschweren.
Die schmalen Stege dienen als Soll-Bruchstellen, die in ungünstigen Fällen infolge der während des Lötvorganges auftretenden grossen Spannungen feine Haarrisse bekommen können.
Die verbleibenden Trennstege können nach erfolgter Lötung durch entsprechende Bearbeitungsverfahren gänzlich abgetragen werden. Dadurch wird die Gefahr einer Verschmutzung der Röntgenröhre im Betrieb durch eventuell absplitternde Graphitteilchen vermieden.
Nach einer vorteilhaften Variante des Verfahrens entsprechend der Erfindung werden die Nuten konzentrisch zur Anodenachse verlaufend eingebracht. Mit Hilfe dieser Massnahme wird eine besonders gute Ausrichtung der einzelnen Graphitabschnitte gegenüber dem sich verziehenden Metall-Grundkörper erreicht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Variante des Verfahrens entsprechend der Erfindung werden die Nuten in Radialrichtung zur Anodenachse verlaufend eingebracht. Das Einbringen der Nuten lässt sich in diesem Fall sehr wirtschaftlich vornehmen. Die Anpassung der einzelnen Abschnitte des Graphitteiles an den sich verziehenden Metall-Grundkörper ist immer noch ausreichend gut.
Vor allem bei Drehanoden kleiner Abmessungen muss die Nutenbreite klein gewählt werden, um eine ausreichend grosse Abstrahlfläche für die während des Betriebes erzeugte Wärme zu gewährleisten. Im Falle entsprechend schmaler Nuten auf der zu verlötenden Seite des Graphitteiles besteht aber die eingangs beschriebene Gefahr, dass während des Lötvorganges infolge von Kapillarkräften in nicht kontrollierbarem Ausmass Lötmaterial in die Nuten eindringt und bei im Betrieb mit hoher Drehzahl rotierenden Drehanoden eine nicht tolerierbare Unwucht erzeugt. Entsprechend werden nach einer andern bevorzugten Variante des erfindungsgemässen Verfahrens die Nuten lediglich in die nicht zu verlötende Unterseite des Graphitteiles eingebracht.
Es kann auch dann kein Lötmaterial in die Nuten eindringen, wenn in den nach dem Einbringen der Nuten verbleibenden Stegen zwischen einzelnen Graphitbereichen während des Lötvorganges Haarrisse entstehen.
In einer letzten vorteilhaften Variante des Verfahrens entsprechend der Erfindung wird in die Ober- und Unterseite des scheibenförmigen Graphitteiles ein deckungsgleiches Muster von Nuten eingebracht, wobei die Nuten im Bereich der lötmittelfreien Unterseite in der Regel die grössere Tiefe besitzen. Die von der zu verlötenden Oberfläche ausgehenden Nuten werden mit so geringer Tiefe ausgeführt, dass sie beim Löten vollständig mit Lötmaterial ausgefüllt werden und damit eine zusätzliche Verfestigung und Stabilisierung der Lötverbindung zwischen Metall-Grundkörper und Graphitteil bewirken.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf die Unterseite einer Verbunddrehanode, die nach dem Verfahren entsprechend der Erfindung hergestellt wurde. Fig. 2 zeigt einen Viertel-Schnitt in Richtung der Drehachse durch die Verbunddrehanode nach Fig. 1 entlang der Linie II-II.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Verbunddrehanode, bestehend aus einem tellerförmigen Grund- körper --1--, beispielsweise aus einer Molybdänlegierung. Der Bereich der Brennfleckbahn --2--
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ist aus einer Wolfram-Legierung, z. B. Wolfram-Rhenium gefertigt. Auf der Unterseite des tellerförmigen Grundkörpers ist der Graphitteil --3-- aufgelötet. Der Graphitteil weist vier radial verlaufende Nuten --4-- auf, wodurch er in vier gleiche Abschnitte unterteilt wird, die durch Stege --5-- miteinander verbunden sind. Die Nuten werden vor dem Verlöten des Grundkörpers-l- mit dem Graphitteil --3-- in letzterem eingefräst.
Durch die verbleibenden Stege --5-- ist es auf einfache Weise möglich, die einzelnen Graphitabschnitte während des Lötvorganges exakt zueinander und zum metallischen Grundkörper zu positionieren. Gleichzeitig wird ein Eindringen von Lötmaterial in die Spalten zwischen-den einzelnen Abschnitten verhindert.
Bei Drehanoden, die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellt werden, entstehen keine lötmittelfreien Hohlräume und auch das Auftreten mechanischer Spannungen zwischen Metall-Grundkörper und Graphitteil in der Abkühlungsphase der Verbundanode wird vermieden. Die Haftung des Graphitteiles auf dem Metall-Grundkörper ist gegenüber den bekannten gelöteten Verbundanoden bei gleichzeitig exakter Positionierung wesentlich verbessert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Drehanoden für Röntgenröhren, bei dem ein scheiben- oder diskusförmiger, eine Brennfleckbahn aufweisender Grundkörper aus hochschmelzendem Metall oder Legierungen dieses Metalls ausserhalb der Brennfleckbahn, insbesondere auf der der Brennfleckbahn gegenüberliegenden Seite, mit einem scheibenförmigen Graphitteil verlötet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in den Graphitteil vor dem Verlöten Nuten einer Tiefe von 50 bis 95% der Dicke des scheibenförmigen Graphitteiles eingebracht werden.