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Die Erfindung betrifft eine Verbunddrehanode für Röntgenröhren, bestehend aus einem Grundkörper aus hochschmelzenden Metallen und/oder deren Legierungen, der über eine ebene Lötfläche mit einem Graphitteil verbunden ist.
Drehanoden, bei denen ein oder auch mehrere Graphitteile auf hochschmelzenden Metallen aufgelötet werden, sind hinreichend bekannt.
Da Graphit im Vergleich zu hochschmelzenden Metallen, wie Wolfram oder Molybdän, eine wesentlich höhere Wärmekapazität aufweist und die Wärme auch wesentlich besser an die Umge- bung abstrahlt, wird im Vergleich zu Drehanoden, die nur aus hochschmelzenden Metallen beste- hen, die auf der Brennbahn der Drehanode entstehende Wärme wesentlich schneller abgeführt und an die Umgebung abgestrahlt. Dadurch wird eine Zerstörung der Drehanode durch thermische Über- lastung verhindert. Darüber hinaus wird durch die Verwendung von Graphitteilen die Masse der
Drehanode bei gleicher Wärmespeicherkapazität wesentlich verringert, so dass eine besonders ra- sche Beschleunigung und Abbremsung der Drehanode im Betrieb erzielt werden kann.
Entscheidend bei all diesen Verbunddrehanoden ist eine einwandfreie Verlötung der Graphit- teile mit dem Grundkörper, die allen im Betrieb auftretenden Beanspruchungen der Drehanoden genügen muss.
Die Betriebstemperatur der Drehanoden kann bis zu 1500 C betragen. Aus diesem Grund müs- sen für die Lötverbindung Metalle oder Legierungen mit sehr hohem Schmelzpunkt verwendet wer- den, die bis zu diesen Temperaturen eine ausreichend gute Lötverbindung gewährleisten. Titan,
Zirkonium, Platin oder Palladium-Nickel-Legierungen haben sich beispielsweise als geeignete Löt- mittel bewährt. Die Lötung wird im Hochvakuum bei Temperaturen um 1800 C durchgeführt.
Neben den hohen Betriebstemperaturen müssen die Verbundanoden aber auch hohen thermi- schen Wechselbeanspruchungen, und hohen mechanischen Beanspruchungen genügen. Die hohen ther- mischen Wechselbeanspruchungen, bedingt durch häufig wechselnde Stillstands- und Betriebszeiten der Drehanode bewirken immer wieder ein Verziehen und Entspannen und damit eine gewisse Be- wegung des Grundkörpers aus hochschmelzendem Metall. Dieser Effekt tritt infolge einer Bimetall- wirkung verstärkt bei Drehanoden auf, bei denen die Brennbahn des metallischen Grundkörpers aus einem andern Metall oder einer andern Legierung besteht als der restliche Grundkörper.
Da
Graphit nur eine äusserst geringe Verformbarkeit aufweist, können sich die plan auf einer ebenen
Oberfläche des metallischen Grundkörpers aufgelöteten Graphitteile, insbesondere bei Verwendung eines einzigen oder weniger, grosser Graphitteile, nicht oder nur ungenügend den Bewegungen des Grundkörpers anpassen, so dass die Lötverbindung grosse mechanische Spannungen aufnehmen muss. Aus diesem Grund muss die Lötverbindung auch eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit aufweisen. Diese wird vielfach nicht erreicht, da die verlötete Oberfläche nicht genügend gross ist, oder da auf Grund fehlender Entgasungsmöglichkeiten während des Lötvorganges lötmittelfreie . Hohlräume und Erstarrungslunker auftreten.
Doch selbst bei einer an sich fehlerfreien Lötverbin- dung kann es auf Grund einer unzureichenden Anpassung der Graphitteile an die Bewegung des metallischen Grundkörpers zu einem Abplatzen von Graphitteilen durch auftretende Risse sowohl an der Lötstelle auch auch im Graphit selbst kommen.
Die DE-OS 1951383 beschreibt eine Drehanode der eingangs erwähnten Art, bei der die mit dem Grundkörper befestigten Graphitteile beispielsweise als Stöpsel oder als konzentrisch zur Dreh- anodenachse angeordnete Ringkörper ausgebildet sind, die in an der Unterseite im Grundkörper eingebrachten Bohrungen bzw. kreisringförmigen Nuten eingelötet sind. Bei dieser Art von Verbund- drehanoden ist zwar eine gute Anpassung der Graphitteile an die Verzugsbewegungen des metal- lischen Grundkörpers gegeben, die Befestigung der Graphitteile am metallischen Grundkörper ist jedoch nicht optimal gelöst. Die gesamte Lötoberfläche des metallischen Grundkörpers jeder Dreh- anode muss mit einer Vielzahl von Bohrungen bzw. Nuten versehen werden, wodurch auch eine
Verstärkung des Bimetalleffektes und damit eine grössere Bewegung des Grundkörpers in Kauf ge- nommen werden muss.
Da die Bearbeitung hochschmelzender Metalle an sich schon relativ aufwendig ist und die Bohrungen und Nuten zudem noch gleichmässig und mit möglichst geringem Abstand zueinander über die Lötoberfläche des Grundkörpers positioniert werden müssen, ist diese mechani- sche Bearbeitung sehr aufwendig und mit hohen Kosten verbunden. Das Lötmittel muss in die ein- zelnen Bohrungen bzw. Nuten jeweils einzeln eingebracht werden. Ausserdem ist die mechanische
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Festigkeit der Lötverbindung oftmals nicht ausreichend, da die Entgasung der Lötstelle nur sehr schlecht vonstatten geht und die Umschliessung der Graphitteile mit Lot nicht ausreichend ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, Verbunddrehanoden für Röntgenröhren zu entwickeln, bei denen die genannten Nachteile, wie schlechte Haftung der Graphitteile durch lötmittelfreie Hohlräume und Erstarrungslunker, zum Ablösen der Graphitteile führende, mechanische Spannungen zwischen metallischem Grundkörper und Graphit, sowie eine aufwendige Fertigung der Lötverbindung, insbesondere durch das unwirtschaftliche Einbringen von Bohrungen oder Nuten in den Grundkörper, vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Graphitteil, wie an sich bekannt, aus einer Vielzahl einzelner Elemente aufgebaut ist, wobei die Elemente im Bereich ihres mit der ebenen Lötfläche des Grundkörpers in Berührung stehenden Lötendes grössere Querschnittsabmessungen als im übrigen Bereich aufweisen und wobei der Bereich des Lötendes durch eine Stufe gegen den übrigen Bereich abgesetzt ist.
Durch diese spezielle Ausgestaltung der Graphitteile wird es ermöglicht, diese direkt über eine einzige Lötfolie an einer im wesentlichen ebenen Oberfläche des metallischen Grundkörpers aneinanderstehend in gleichmässiger Verteilung anzuordnen und zu verlöten. Ein fertigungstechnisch aufwendiges Einbringen von Bohrungen oder anderweitigerer Ausnehmungen in den metallischen Grundkörper zur exakten Positionierung der einzelnen Graphitelemente und zur Schaffung einer vergrösserten Lötfläche kann entfallen. Durch den verdickten Bereich ergibt sich trotz der für eine gute Lötung wichtigen Berührung der Lötenden ein ausreichender Abstand der Mantelflächen der übrigen Bereiche, was das Aufsteigen des Lotes durch Kapillarwirkung in die querschnittsverjüngten Bereiche verhindert.
Durch die Unterteilung des Graphites in eine Vielzahl von Einzelelementen und dadurch, dass die Lötung nur in einem begrenzten Endbereich erfolgt, wird eine gute axiale gegenseitige Beweglichkeit der Graphitteile zur Anpassung an die Bewegungen des metallischen Grundkörpers gewährleistet. Gleichzeitig wird aber durch den stufenförmigen Absatz am Übergang zwischen Lötende und übrigem Bereich, was infolge Kapillarwirkung ein Aufsteigen des Lotes beim Lötvorgang nur längs der Berührungsflächen des verdickten Bereiches zur Folge hat, bis zu diesem Absatz eine vollständige Umklammerung der einzelnen Graphitteile bewirkt.
Die Lötstelle weist dadurch trotz eines sehr kleinen Lötbereiches eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit auf.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Verbunddrehanode sind die einzelnen Graphitelemente Zylinder oder sechseckige Prismen. Das verdickte Lötende kann sowohl bei zylindrischen als auch bei prismatischen Elementen Zylinderform oder die Form eines sechseckigen Prismas aufweisen.
Bei Ausbildung des verdickten Lötendes als Zylinder berühren sich die einzelnen Graphitelemente nur an vier Stellen, in denen das Lot durch Kapillarwirkung aufsteigt und die Elemente an den abgestuften Übergängen gut mit dem metallischen Grundkörper verbindet. Zwischen den einzelnen Graphitelementen verbleiben relativ grosse, freie Restflächen des metallischen Grundkörpers, die eine gute Entgasung beim Lötvorgang ermöglichen.
Bei Ausführung der Lötenden als sechseckige Prismen ergibt sich durch die allseitige Berührung der Lötenden der einzelnen Graphitelemente miteinander und durch das damit verbundene, allseitige Aufsteigen von Lot eine vollständige Umklammerung der Abstufungen und damit eine besonders gute mechanische Befestigung der Graphitelemente mit dem Grundkörper.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung einer Verbunddrehanode weisen die einzelnen Graphitelemente Kreisringform auf und sind konzentrisch zur Drehanodenachse angeordnet. Auf diese Weise ergibt sich schon durch eine verhältnismässig geringe Anzahl von Graphitelementen eine in vielen Fällen ausreichende Anpassungsmöglichkeit der einzelnen Elemente an die Bewegungen des metallischen Grundkörpers.
In einer dritten bevorzugten Ausführung der Verbunddrehanode sind die einzelnen Elemente in axialer Richtung von einer Bohrung durchsetzt. Diese Bohrung ermöglicht eine zusätzliche Entgasungsmöglichkeit beim Verlöten der einzelnen Graphitelemente. Ausserdem wird durch in die Bohrung aufsteigendes Lot eine zusätzliche Verankerung der Elemente mit dem Grundkörper erzielt.
Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf die Unterseite einer erfindungsgemässen Verbunddrehanode mit teilweise dargestellten Graphit-
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teilen. Fig. 2 zeigt einen Schnitt in Richtung der Drehachse durch die Verbunddrehanode nach Fig. 1 entlang der Linie II-II. Fig. 3 zeigt die Draufsicht auf die Unterseite einer erfindungsgemässen Verbunddrehanode in einer zweiten Ausführungsform. Fig. 4 zeigt einen Schnitt in Richtung der Drehachse durch die Verbunddrehanode nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Verbunddrehanode, bestehend aus einem scheibenförmigen Grund- körper z. B. aus einer Molybdän-Legierung. Der Bereich der Brennfleckbahn --7-- ist aus einer Wolfram-Legierung, z. B. Wolfram-Rhenium gefertigt. Auf der Unterseite des scheibenförmigen Grundkörpers ist eine Vielzahl von Graphitteilen --2-- aufgelötet. Die Graphitteile weisen Zylinderform auf und sind an ihrem Lötende mit einem Bereich --3-- in Form eines sechseckigen Prismas versehen, der gegenüber dem übrigen Abschnitt --6-- einen grösseren Querschnitt aufweist und stufenförmig abgesetzt ist.
Um die bei der Lötung entstehenden Gase noch besser abführen zu können, kann es sich als vorteilhaft erweisen, einzelne oder alle Graphitelemente in axialer Richtung mit einer Bohrung --5-- zu versehen. Neben einer Verbesserung der Entgasung kann auch ein Lot in die Bohrung eindringen, was eine zusätzliche mechanische Verankerung der Graphitelemente mit dem Grundkörper ergibt. Die Grösse der Stufe --4-- ist so gewählt, dass ein Aufsteigen von Lot auf Grund der Kapillarwirkung über das Lötende --3-- hinaus sicher vermieden wird. An den Berührungsstellen der verdickten Lötenden steigt das Lot beim Lötvorgang durch Kapillarwirkung auf und bedeckt die Stufen --4--, so dass eine allseitige Umklammerung der Graphitelemente und damit eine ausgezeichnete mechanische Befestigung mit dem metallischen Grundkörper erreicht wird.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Verbunddrehanode. Die aufgelöteten Graphitteile --2-- weisen in dieser Ausführungsform Kreisringform auf und sind konzentrisch zur Drehanodenachse angeordnet. Der Bereich --3-- am Lötende der Graphit-
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Die Erfindung ist nicht auf die ausgeführten Beispiele beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, die Graphitelemente nicht nur auf der Unterseite der Drehanode, sondern auch auf der Oberseite ausserhalb der Brennbahn anzuordnen, um eine möglichst grosse abstrahlende Oberfläche zu erzielen. Auch der Kopfteil der einzelnen Graphitelemente kann zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung vielerlei Formen aufweisen. Ebenso können abgestufte Längen der einzelnen Graphitteile vorteilhaft sein.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verbunddrehanode für Röntgenröhren, bestehend aus einem Grundkörper aus hochschmelzenden Metallen und/oder deren Legierungen, der über eine ebene Lötfläche mit einem Graphitteil verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Graphitteil, wie an sich bekannt, aus einer Vielzahl einzelner Elemente (2) aufgebaut ist, wobei die Elemente (2) im Bereich ihres mit der ebenen Lötfläche des Grundkörpers (1) in Berührung stehenden Lötendes (3) grössere Querschnittsabmessungen als im übrigen Bereich (6) aufweisen und wobei der Bereich des Lötendes (3) durch eine Stufe (4) gegen den übrigen Bereich (6) abgesetzt ist.