CH652861A5 - Roentgenroehren-drehanode. - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Drehanoden sind z.B. bekannt aus der DE-OS 28 33 751.

Bei Drehanoden von Röntgenröhren tritt bekanntlich bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen eine starke Erhitzung auf. Sie entsteht im Verhältnis zur Möglichkeit des Abwan-derns von Wärme sehr schnell. Daher wird eine örtliche Erhitzung und damit Wärmeausdehnung erhalten, was Anlass zu Verspannungen im Material gibt, die zum Zerspringen von Anodentellern führen können.

Nach obengenannter DE-OS 28 33 751 soll durch Bohrungen, welche die Brennfleckbahn(en) unterqueren, eine Entspannung erreicht werden. Dabei wird aber von einer Drehanode ausgegangen, die einen ganz aus Metall bestehenden Teller hat, der von der äusseren Peripherie bis zur Achse reicht. Dabei müssten gerade Bohrungen sehr lang sein, um von der Peripherie bis zur Achse durchzugehen. Die Entspannung durch Einbringen von Bohrungen ist daher recht umständlich. Kürzere Bohrungen, etwa solche mit schrägem Austritt des Bohrers aus dem Material, weisen das Risiko auf, dass der Bohrer bricht bzw. als Abhilfe eine zusätzliche Bohrung am Auslauf der radial verlaufenden Entspannungsbohrung angebracht werden muss, damit die Bohrerspitze einen «Auslauf» hat. Insbesondere bei extrem hohen Drehzahlen ergibt sich zusätzlich der Nachteil, dass diese zusätzlichen «Auslaufbohrungen» weitere Kerben mit den Folgen von Kerbspannungsfaktoren darstellen, die das Risiko des Bruches erhöhen. Ausserdem ergibt sich durch die direkte metallische Verbindung zwischen Brennfleckbahn und Achse eine unerwünscht gute Wärmeleitung über die Achse zu den Lagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Vermeidung vorgenannter Nachteile und Schwierigkeiten eine Verbesserung der thermischen Eigenschaften zu erreichen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Durch die Verwendung eines wenigstens 6 mm dicken und der Breite der Brennfleckbahn(en) etwa entsprechenden • Ringes, der eine wärmedämmende Nabe aufweist, wird Erkenntnissen Rechnung getragen, die ergeben haben, dass beim Vorgang der Verteilung der Wärme aus dem Brennfleck in das Anodenmaterial hinein die lateral ausfliessenden Wärmemengen vernachlässigbar sind im Vergleich zu dem in Z-Richtung (senkrecht zur Anodenoberfläche) eindringenen Wärmestrom. Wie Rechnungen zeigten, wird während der Belastung zunächst nur der Brennfleck und im Laufe längerer Belastungen insbesondere nur die Partien der Brennfleckbahn, die unterhalb der Brennfleckbahn liegen, durch die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen auftretende Wärmeenergie erhitzt. Teile ausserhalb der Brennfleckbahn (Aussenrand und Zentrum) werden erst langsam durch Wärmeleitung heiss.

Gerade wegen des längeren Weges der Wärme in Richtung zum Drehzentrum, also entlang des Anodenradius, erreicht die Übergangsstelle Anodenteller/Achse erst viel später die gleiche Temperatur wie die Brennfleckbahn. Wird nun der Körper der Anode in der Brennfleckbahn dicker gemacht und zudem die radiale Erstreckung zu einem Ring verkürzt, der nur so breit ist wie die Brennfleckbahn bzw. -bahnen es erforderlich machen, dann treten wegen der gleichmässigeren Erwärmung weniger hohe thermomechani-sche Spannungen auf.

Nach der Erfindung wird also von dem grossen Vorteil der ringartigen Ausführung der Anode Gebrauch gemacht, bei der unterhalb der Brennfleckbahn viel Material vorhanden ist. Bei ihr können in einfacher Weise Bohrungen eingebracht werden, die an der zylindrischen, der Achse zugewandten Innenfläche enden. Diese sollten im wesentlichen Durchmesser um 2 mm haben, weil dies im Verhältnis zur Materialdicke am Rand der Anode einerseits geringe Kerbspannungsfaktoren ergibt und andererseits ihre noch nicht zu sehr schwächt. Eine Endbohrung wie bei bis zur Achse ganz aus Metall bestehenden Tellern, bei denen die Bohrung nicht bis zum Zentrum reichen soll, um zusätzliche Kerben zu vermeiden, ist bei der Ringanordnung nicht nötig. Ferner kann von der Oberfläche her der Metallkörper geschlitzt werden, so dass eine einfache, kostengünstige Herstellung möglich ist. Ausserdem lässt die Ringanordnung wegen des freien Auslaufes der Trennscheibe nach dem grossen Raum im Zentrum zu, dass die Anzahl der einzubringenden Schlitze erhöht wird. Statt der bei einem Durchmesser der Anode von 100 mm für Platten geeigneten sechs Schlitze können leicht zwölf vorgesehen werden.

Die Bohrungen sollen in radialer Richtung vorzugsweise parallel zur Anodendeckfläche durchgeführt werden. Dies hat zur Folge, dass der Basiswirkstoff, etwa Molybdän, dem 5% Wolfram zugesetzt sind (MoW5), so wenig wie möglich geschwächt wird.

Bei Anoden für extrem hohe Drehzahlen (höher als 300 Hz) kann es zweckmässig sein, die durch Schlitze entstandenen Ringsektoren durch eine Bandage, die um den Umfang des Ringes gelegt ist, zu sichern. Eine solche Bandage kann etwa aus Wolframdrähten von 0,2 bis 0,3 mm Durchmesser erzeugt werden, die als ein- oder mehrlagige Wickel angebracht werden. Sie können dann einen wesentlichen Teil der auf den Ring wirkenden Zentrifugalkräfte aufnehmen. Die Verwendung von Drähten aus Wolfram wird vorgeschlagen, weil bekanntermassen mit abnehmendem Durchmesser des Drahtes die Zerreissfestigkeit bei Wolfram zunimmt. Die Bandagierung kann am Rand des Ringes durch Verlötungen

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an den einzelnen Sektoren des Anodenringes erfolgen. Geeignete Lote sind z.B. Vanadium (V) und Zirkonium (Zr) bzw. eine Legierung aus beiden, bei der das V 30% ausmacht. Auch Platin (Pt) oder Rhodium (Rh) sind als Lot geeignet.

Die Halterung des Ringes an der Achse erfolgt zweckmässigerweise, wie etwa aus der DE-PS 10 99 095 bekannt, über wärmedämmende Mittel, etwa eine Nabe aus Graphit (C), Molybdän (Mo) oder Titan (Ti). Eine zweckmässige Ausgestaltung kann auch darin bestehen, dass ein Verbindungsstück aus Graphit verwendet wird, in welches eine Nabe aus Metall, etwa aus Niob (Nb), eingesetzt ist, über die dann die eigentliche Verbindung an der Metallachse, die etwa aus Moybdän bestehen kann, hergestellt wird. Insbesondere nach dieser letztgenannten Kombination wird eine sichere Verbindung mit der Achse erreicht, weil die metallischen Partner durch Schweissen oder Löten zuverlässig verbunden werden können.

Als günstig hat es sich auch erwiesen, die Bohrungen zwar weitgehend parallel zur Oberfläche auszuführen, sie aber statt in radialer Richtung in einem seitlichen Winkel zum Radius zu führen. Dies ergibt den Vorteil, dass beim Durchqueren des schräg unter einem Winkel zum Radius verlaufenden Schlitzes durch den Brennfleck keine sprunghafte Fokusverschiebung für die Zeitdauer des Durchquerens des Brennflek-kes eintritt. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn zwischen der Richtung der Bohrung und dem Radius in Abhängigkeit von der Fokusbreite eine Winkel von 5° bis 25°, insbesondere 15°, eingehalten wird, weil dann die Gewähr gegeben ist, dass nie die volle Schlitzbreite sich mit der Fokusbreite deckt, was eine unerwünschte kurzzeitige axiale Fokusverschiebung um die Tiefe des Schlitzes einschliesslich Bohrung zur Folge hätte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

Figur 1 ist ein Übersichtsschaubild gezeichnet über eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anode nach der Erfindung ausgestaltet ist,

Figur 2 eine vergrösserte Darstellung der in Figur 1 verwendeten Anode, die teilweise aufgebrochen ist,

Figur 3 ein Ausschnitt aus einer Draufsicht auf die in den vorhergehenden Figuren gezeichnete Anode,

Figur 4 ein Ausschnitt aus der Anode nach Figur 3, bei welcher eine halternde Bandage aus Wolframdrähten angedeutet ist, und

Figur 5 die Draufsicht auf eine Anode, bei welcher die Bohrungen in einem Winkel zum Radius eingebracht sind.

In der Figur 1 ist mit 1 eine Drehanoden-Röntgenröhre bezeichnet, die in ihrem Vakuumkolben 2 eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten trägt. Die Kathode besteht

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dabei aus einer an der einen Stirnseite angesteckten Hülse 5, die in einer Abdeckung 6 eine nicht dargestellte Glühkathode trägt. Die Anodenanordnung 4 weist in an sich bekannter Weise eine Rotor 7 auf, der die eigentliche Drehanode 8 trägt. Diese weist Brennfleckbahnen 9 und 10 auf, die um eine Achse 11 rotieren, an welcher die Anode 8 über ein Zwischenteil 12 aus z.B. Nb befestigt ist. Die Brennfleckbahnen 9 und

10 liegen auf einem Ring 13 aus Molybdän, dem 5% Wolfram zulegiert sind. Der Ring 13 weist ausserdem Bohrungen 14 von 1,5 mm Durchmesser auf, die nach den Brennfleckbahnen 9 und 10, wie durch 0,5 mm breite Schlitze 15 angedeutet, aufgebrochen sind. Zwischen der Aschse 11 und dem Ring 13 liegt ein Tragteil 16 aus Graphit, welches ausserdem noch die gegenüber den Brennfleckbahnen 9 und 10 liegende Unterseite des metallischen Teiles 13 abdeckt. Zur Achse 11 hin ■ weist die Verbindung zwischen dem Ring 13 und der Achse

11 ausserdem noch ein Teil 12 aus z.B. Niob (Nb) auf.

An der Peripherie des Ringes 13 ist eine Wicklung 17 aus einem Wolframdraht angebracht, der 0,3 mm dick ist. Die Wicklung 17 besteht aus zehn Windungen. Sie ist an den einzelnen, durch Schlitze 15 voneinander getrennten Teilen des Ringes durch Lötungen 18 fixiert. Die Lötungen bestehen aus Zirkon (Zr) oder Vanadium (V).

Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird an eine Röhre gemäss Figur 1 in an sich bekannter Weise zwischen der Kathode und der Anode eine ausreichende Spannung angelegt. Gleichzeitig wird ausserdem noch die in der Abdek-kung 6 enthaltene Glühkathode, die aus zwei Teilen besteht, von denen der eine der Brennfleckbahn 9 und der andere der Brennfleckbahn 10 zugeordnet ist, durch Anlegung einer Heizspannung zwischen den Leitungen 19 und 20 bzw. 19 und 21 zum Glühen gebracht. An der zwischen den Anschlüssen 20 und 21 liegenden Leitung 19 wird ausserdem noch die Kathodenspannung angelegt. Dadurch wird erreicht, dass auf eine oder beide der Brennfleckbahnen 9 und 10 Elektronen auftreffen, die dann Röntgenstrahlen erzeugen, die in üblicher Weise verwendet werden können.

In der Figur 5 ist eine Ausführung gezeichnet, die Schlitze 15' aufweist, welche ebenso wie die Bohrungen 14' in einer Richtung angebracht sind, welche zum gestrichelt dargestellten Radius 23 einen Winkel 24 aufweisen, der 15° beträgt. Ansonsten stimmt ihre Ausführung mit derjenigen nach den Figuren 1 bis 4 überein. Der mit einer Ausführung nach Figur 5 erreichbare Vorteil ist, wie oben bereits erwähnt, derjenige, dass beim Durchqueren des Schlitzes durch den in radialer Richtung sich erstreckenden Auftreffpunkt 9' des Elektronenstrahls (Brennfleck über beide Bahnen) wenigstens Teile der Brennfleckbahnen 9 und 10 immer in Aktion sind, auch wenn in Abweichung von der dargestellten Belastung beider Bahnen 9 und 10 nur eine davon mit Elektronen beaufschlagt wird.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

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1. Röntgenröhren-Drehanode, deren Körper radiale Ausnehmungen aufweist, welche die Brennfleckbahn(en) unter-querende Bohrungen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen nach der Brennfleckbahn hin aufgebrochen sind und der Körper ein wenigstens 6 mm dicker, der Breite der Brennfleckbahn etwa entsprechender Ring ist, der zu seiner Drehachse hin eine wärmedämmende Nabe aufweist.

2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen in radialer Richtung mit der Senkrechten auf der Achse einen Winkel einschliessen.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Drehanode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel 5° bis 25°, insbesondere 15°, beträgt.

4. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe wenigstens ein Teil aus Graphit, Molybdän oder Titan aufweist.

5. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umfang des Ringes von einer Halterung umfasst ist.

6. Drehanode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Halterung eine oder mehrere Lagen von Drähten aus Wolfram um den Aussenumfang des Ringes gewickelt sind.

7. Drehanode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drähte aus Wolfram zwischen den aufgebrochenen Bohrungen, durch Lotpunkte am Umfang des Ringes fixiert sind.

8. Drehanode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Lot aus Vanadium, Zirkon, Platin oder Rhodium besteht.