DE10360018A1

DE10360018A1 - Anode for x-ray apparatus, has defined micro-slots in heat-resistant surface forming defined structure e.g. grid

Info

Publication number: DE10360018A1
Application number: DE10360018A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr. Lenz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2004-07-29

Abstract

The anode has a surface (2) which is highly resistant to heat. Defined micro-slots are arranged in at least parts of the surface. The micro-slots form a defined structure. They may be strip-shaped with a defined grid dimension. An Independent claim is included for a method of manufacturing an anode for an x-ray apparatus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenanode mit einer thermisch hochbelastbaren Oberfläche sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Röntgenanode.The invention relates to an X-ray anode with a thermally highly resilient surface and a method for Production of such an X-ray anode.

Röntgenanoden in klassischen Röntgenröhren weisen eine Oberfläche auf, die aufgrund ihres vorgesehenen Einsatzzwecks einer – insbesondere wechselnden – starken thermischen Belastung ausgesetzt ist. Zur Erzeugung der Röntgenstrahlung wird die Oberfläche einer solchen Röntgenanode mit einem Strahl hochenergetischer Elektronen beschossen. Beim Abbremsen der Elektronen in der Oberfläche der Röntgenanode entsteht dann die gewünschte Röntgenstrahlung. An dem Punkt auf der Oberfläche der Röntgenanode, auf welchem der Elektronenstrahl auftrifft, dem sogenannten Brennfleck, treten Temperaturen von bis zu 2500°C auf. Um die Lebensdauer der Röntgenröhren zu erhöhen, wird daher vielfach mit sogenannten Drehanodenröhren gearbeitet, bei denen eine tellerartige Röntgenanode um ihre Symmetrieachse rotiert. Der Elektronenstrahl trifft diese Drehanode im radial äußeren Bereich, das heißt nahe des Umfangs des Anodentellers. Durch die Rotation des Anodentellers bewegt sich die Oberfläche permanent unter dem innerhalb der Röntgenröhre feststehenden Brennfleck hinweg, so dass sich der Brennfleck auf einer Brennbahn auf dem Anodenteller entlang bewegt und die Oberfläche des Anodentellers nicht immer an der gleichen Stelle trifft. Eine Drehanode ist in 1 im Schnitt dargestellt.X-ray anodes in classic X-ray tubes have a surface which, due to their intended use, is exposed to a - particularly changing - severe thermal stress. To generate the X-rays, the surface of such an X-ray anode is bombarded with a beam of high-energy electrons. When the electrons in the surface of the X-ray anode are decelerated, the desired X-ray radiation is generated. At the point on the surface of the X-ray anode where the electron beam hits, the so-called focal spot, temperatures of up to 2500 ° C occur. In order to increase the lifespan of the X-ray tubes, so-called rotating anode tubes are often used, in which a plate-like X-ray anode rotates around its axis of symmetry. The electron beam strikes this rotating anode in the radially outer region, that is to say close to the circumference of the anode plate. Due to the rotation of the anode plate, the surface permanently moves away under the focal spot fixed within the x-ray tube, so that the focal spot moves along a focal path on the anode plate and the surface of the anode plate does not always hit the same place. A rotating anode is in 1 shown in section.

2 zeigt in einem vergrößerten Ausschnitt den genaueren Aufbau einer herkömmlichen Drehanode sowie die Temperaturverhältnisse entlang der Brennbahnoberfläche. Die Drehanode besteht aus einem Teller 4, beispielsweise aus Mo oder TZM, auf dem sich am äußeren Umfang eine Brennbahnschicht 3 aus Wolfram mit einem Anteil an Rhenium (WRe) befindet. Bei größeren Drehanoden ist mit dem Teller 4 oft eine Scheibe 5 aus Grafit verbunden, um die Wärmespeicherkapazität zu erhöhen. Auf der Oberfläche 2 dieser Brennbahnschicht 3 bewegt sich der Brennfleck B. Die Rotationsrichtung des Anodentellers ist mit der Pfeilrichtung R gekennzeichnet. Während des Betriebs herrscht in der Brennbahnschicht 3 eine Durchschnittstemperatur von ca. 1000°C. Auf der Brennbahnoberfläche 2, das heißt in den ersten μm der Brennbahnschicht 3, beträgt die Temperatur ca. 1.500°C. Der Temperaturverlauf an einem bestimmten Oberflächenpunkt bei einem Durchlauf unter dem Brennfleck B ist durch die eingezeichnete Temperaturkurve dargestellt. Unmittelbar beim Überstreichen des elektronischen Brennflecks B nimmt die Temperatur an dieser Stelle ca. 2500°C an. Danach kühlt die Temperatur relativ schnell wieder auf 2000°C ab und klingt dann allmählich auf 1500°C ab, bis schließlich der Brennfleck B erneut über die betreffende Stelle der Brennbahnoberfläche 2 streicht. 2 shows an enlarged section of the more precise structure of a conventional rotating anode and the temperature conditions along the surface of the focal path. The rotating anode consists of a plate 4 , for example made of Mo or TZM, on which there is a focal track layer on the outer circumference 3 made of tungsten with a share of rhenium (WRe). With larger rotating anodes is with the plate 4 often a disc 5 made of graphite to increase the heat storage capacity. On the surface 2 this focal path layer 3 the focal point B moves. The direction of rotation of the anode plate is marked with the arrow direction R. The focal path layer prevails during operation 3 an average temperature of approx. 1000 ° C. On the surface of the focal path 2 , i.e. in the first μm of the focal path layer 3 , the temperature is approx. 1,500 ° C. The temperature profile at a certain surface point during a pass under the focal point B is shown by the temperature curve shown. Immediately when the electronic focal spot B is swept over, the temperature at this point increases to approx. 2500 ° C. Thereafter, the temperature cools down again relatively quickly to 2000 ° C. and then gradually subsides to 1500 ° C., until finally the focal point B again over the relevant point on the surface of the focal path 2 sweeps.

Die relativ kräftigen Thermoschocks, wenn der Elektronenstrahl mit seiner hohen Energiedichte über die Brennbahnoberfläche 2 streicht, führen zu einer Thermoermüdung, die in einer starke Aufrauung der Brennbahnoberfläche 2 resultiert. 4 zeigt in schematischer Darstellung einen stark vergrößerten Schnitt durch eine solche Oberfläche. Es bilden sich zwischen einzelnen Rissen 11 backenzahnähnliche Aufwerfungen 12 aus, so dass eine wellige Aufrauung der Oberfläche entsteht. 3 zeigt eine mikroskopische Aufnahme eines Teils der Oberfläche einer Brennbahn eines üblichen Drehanodentellers am Ende ihrer „Lebenszeit", das heißt bei einer Außerbetriebnahme. Die Bildfläche entspricht ca. 2,64 mm². Dieses mikroskopische Bild zeigt sehr deutlich in der Oberfläche gebildete Aufschmelztröpfchen, welche als Stalagmiten aus der Brennbahn herausstehen, sowie zwischen den Aufschmelztröpfchen entstehende Thermoschockrisse. Einzelne dieser Anrisse sind durch weiße Pfeile gekennzeichnet. Bei einer genaueren Auswertung der in 3 gezeigten mikroskopischen Aufnahme wurden insgesamt 194 Anrissbildungen auf 2,64 mm² gezählt. Solche Anrisse können bis ca. 0,7 mm tief nach unten in die Oberfläche hinein wachsen. Durch das Risswachstum wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass Partikel in den Hochspannungsraum abgegeben werden, wodurch in der Folge die Wahrscheinlichkeit von Hochspannungsstörungen zunehmen kann.The relatively powerful thermal shocks when the electron beam with its high energy density over the surface of the focal path 2 strokes, lead to thermal fatigue, which results in a severe roughening of the focal track surface 2 results. 4 shows a schematic representation of a greatly enlarged section through such a surface. They form between individual cracks 11 Molar-like poses 12 so that a wavy roughening of the surface occurs. 3 shows a micrograph of part of the surface of a focal track of a conventional rotating anode plate at the end of its "lifetime", that is to say when it is taken out of operation. The image area corresponds to approximately 2.64 mm ^2. This microscopic image clearly shows melting droplets formed in the surface, which protrude as stalagmites from the focal path, as well as thermal shock cracks that develop between the melting droplets, some of which are marked by white arrows 3 microscopic image shown, a total of 194 fissures were counted to 2.64 mm ² . Such cracks can grow down to about 0.7 mm deep into the surface. Crack growth increases the likelihood of particles being released into the high-voltage space, which can increase the likelihood of high-voltage disturbances.

Des Weiteren führt die zunehmende Oberflächenrauigkeit der Brennbahnoberfläche 2 zu einer Reduzierung der Strahlenausbeute. Zur Erläuterung wird auf die 2 und 5 verwiesen. Üblicherweise ist die Brennbahnoberfläche 2 unter einem kleinen Winkel α von ca. 7° zur Oberfläche des Anodentellers 1 nach außen hin geneigt. Beim Auftreffen des Elektronenstrahls auf die Brennbahnoberfläche 2 wird gleichmäßig in alle Richtungen Röntgenstrahlung 14 abgestrahlt, wodurch die in 1 gezeigte Röntgenstrahlen-Halbkugel 8 über der Brennbahnoberfläche 2 entsteht. Von der insgesamt abgestrahlten Röntgenstrahlung wird jedoch nur ein kleiner Teil tatsächlich als Nutz-Röntgenstrahlung 10 verwendet und zum Untersuchungsobjekt geführt, wogegen der größte Teil in andere Richtungen abstrahlt und von einem Gehäuse oder mittels einer Blende 9 ausgeblendet wird. Wie 1 deutlich zeigt, wird dabei nur der sehr flach über der Brennbahnoberfläche 2 nach außen hin abgestrahlte Teil der Röntgenstrahlung 14 verwendet. Diese geometrische Anordnung hat den Vorteil, dass der Brennfleck einerseits noch relativ groß gehalten werden kann (in der Regel ca. 10 mm × 1 mm), um die Belastung für die Brennbahnoberfläche möglichst gering zu halten. Andererseits wird durch die Nutzung des nur flach über der Telleroberfläche nach außen abgestrahlten Anteils der Röntgenstrahlung die effektive Größe des Röntgenquellpunktes, bei dem es sich ja um eine Projektion des tatsächlich auf der Brennbahnoberfläche 2 befindlichen Brennflecks B auf die Ebene der Blende 9 handelt, auf geringere Abmessungen von z. B. 1 mm x 1 mm reduziert. Durch den auf diese Weise optisch verkleinerten „wirksamen Röntgenquellpunkt" ist eine bessere Auflösung bei den Röntgenaufnahmen zu erreichen. 5 zeigt deutlich, wie die Oberflächenaufrauung zu einer Strahlungsabschwächung in die Richtung des genutzten Anteils 10 der Röntgenstrahlung 14 führt. Während einige Strahlen 14 ungehindert knapp über die aufgeraute Oberfläche 2 hinweg durch die Blende 9 zum Untersuchungsobjekt gelangen, werden dagegen insbesondere sehr oberflächennahe Röntgenstrahlungen 13 durch die Rauigkeiten auf der Oberfläche 2 abgeschirmt. Mittels Dauerversuchen wurde festgestellt, dass bei einer durchaus üblichen Belastung eines handelsüblichen Anodentellers mit 60 kW Elektronenschüssen zum Ende der Lebenszeit hin die Oberflächenrauigkeitswerte 45 μm (RZ) betragen können und diese eine Schwächung der Nutz-Röntgenstrahlung um 14 % und mehr bewirken können. Da der Anteil der genutzten Röntgenstrahlung im Verhältnis zur insgesamt erzeugten Röntgenstrahlung ohnehin relativ gering ist, wäre es – insbesondere bei der Anwendung in Computertomographen – von großem Vorteil, einen zusätzlichen Dosisverlust durch einen Brennbahnverschleiß in der Größenordnung von über 10 % und mehr zu vermeiden.Furthermore, the increasing surface roughness of the focal track surface leads 2 to reduce the radiation yield. For explanation, refer to the 2 and 5 directed. The focal path surface is usually 2 at a small angle α of approx. 7 ° to the surface of the anode plate 1 inclined outwards. When the electron beam hits the surface of the focal path 2 gets X-rays evenly in all directions 14 emitted, causing the in 1 X-ray hemisphere shown 8th above the focal track surface 2 arises. However, only a small part of the total emitted x-ray radiation is actually used as useful x-ray radiation 10 used and led to the object to be examined, whereas the largest part emits in other directions and from a housing or by means of a panel 9 is hidden. How 1 clearly shows, only the very flat above the surface of the focal path becomes 2 part of the X-rays emitted to the outside 14 used. This geometric arrangement has the advantage that the focal spot can still be kept relatively large (generally approx. 10 mm × 1 mm) in order to keep the load on the surface of the focal track as low as possible. On the other hand, the effective size of the X-ray source point, which is actually a projection of what is actually on the surface of the focal path, is used by using the portion of the X-ray radiation that is only radiated outward flatly above the plate surface 2 befindli Chen focal spot B on the level of the aperture 9 is to smaller dimensions of z. B. 1 mm x 1 mm reduced. Due to the "effective X-ray source point" that is optically reduced in this way, a better resolution in the X-ray recordings can be achieved. 5 shows clearly how the surface roughening leads to a radiation attenuation in the direction of the used part 10 the x-rays 14 leads. During some rays 14 unobstructed just above the roughened surface 2 away through the bezel 9 on the other hand, X-rays are very close to the surface 13 due to the roughness on the surface 2 shielded. Long-term tests have shown that with a normal load on a commercially available anode plate with 60 kW electron shots at the end of the service life, the surface roughness values can be 45 μm (RZ) and this can weaken the useful X-rays by 14% and more. Since the proportion of X-rays used is relatively small in relation to the total X-rays generated, it would be of great advantage - especially when used in computer tomographs - to avoid an additional dose loss due to focal path wear in the order of magnitude of more than 10% and more.

Der Verschleiß der Brennbahn ist unmittelbar von der Höhe der auf die Oberfläche einwirkenden Leistung abhängig. Daher zielen bisherige Maßnahmen zur Verlängerungen der Lebensdauer von Röntgenanoden in erster Linie darauf ab, diese Leistung zu reduzieren. Eine Möglichkeit besteht theoretisch darin, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Anodentellers zu erhöhen, damit die Brennbahnoberfläche schneller unter dem Brennfleck hindurch läuft. Da die Belastung der Oberfläche aber nur mit der Quadratwurzel der Umdrehungsgeschwindigkeit reduziert werden kann, ist relativ schnell die Grenze der wirksamen Verbesserungsmaßnahmen erreicht. Eine notwendige Vervierfachung der Umdrehungsgeschwindigkeit, um die Belastung der Anodenoberfläche zu halbieren, ist wegen der Lagerbelastung bei normaler Lagerbauweise unrealistisch. Dies gilt sowohl bei der Verwendung von Kugellagern als auch bei einer Verwendung von Gleitlagern zur Lagerung des Anodentellers. Ein weiterer Ansatz zur Reduzierung der Brennbahnbelastung ist eine Dosismodulation in CT-Anlagen, bei der die Strahlendosis immer dann um 20 % gesenkt wird, wenn ein Patient von vorne oder hinten durchstrahlt wird. Dadurch wird der Verschleiß zwar zeitlich verzögert, aber nicht vermieden. Des Weiteren würde eine für bestimmte Anwendungen an sich wünschenswerte weitere Erhöhung der Schussleistungen beziehungsweise Erhöhung der Röntgenausgangsleistungen zwangsläufig zu einem erhöhten Verschleiß der Brennbahn führen.The wear of the focal path is immediate the height the one on the surface acting performance dependent. Therefore, previous measures are aimed for extensions the lifespan of X-ray anodes primarily aimed at reducing this performance. A possibility theoretically consists in the speed of rotation of the anode plate to increase thus the focal track surface faster runs under the focal spot. Because the surface load but can only be reduced with the square root of the rotational speed can, the limit of effective improvement measures is relatively quickly reached. A necessary quadrupling of the speed of rotation, to halve the load on the anode surface is because the bearing load with normal bearing design is unrealistic. This applies to both the use of ball bearings and one Use of plain bearings to support the anode plate. Another Dosage modulation is the approach to reducing the burning path load in CT systems where the radiation dose is always reduced by 20% when a patient is irradiated from the front or the back. This will cause wear delayed, but not avoided. Furthermore, one would work for certain applications yourself desirable further increase in Shot power or increase in X-ray output inevitably increases an elevated Wear the Run the focal path.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Röntgenanode mit einer thermisch hochbelastbaren Oberfläche sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Röntgenanode anzugeben, bei welchem die Wahrscheinlichkeit der Bildung von Thermoschockrissen sowie eine Aufrauung der Oberfläche aufgrund der thermischen Belastung weitgehend vermieden oder zumindest in starkem Maße reduziert werden.It is an object of the present invention X-ray anode with a thermally highly resilient surface and a method for Production of such an X-ray anode indicate the probability of the formation of thermal shock cracks as well as roughening the surface largely avoided or at least due to the thermal load to a great extent be reduced.

Diese Aufgabe wird durch eine Röntgenanode gemäß Patentanspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 gelöst.This task is done through an X-ray anode according to claim 1 and by a method according to claim 14 solved.

Erfindungsgemäß weist die Röntgenanode in der betreffenden Oberfläche zumindest bereichsweise definierte Mikroschlitze auf, welche entsprechend bei der Herstellung oder im Rahmen einer Nachbehandlung der Röntgenanode in die Oberfläche eingebracht werden. Bei solchen definierten Mikroschlitzen handelt es sich um Schlitze mit Abmessungen im μm-Bereich, welche im μm-Bereich voneinander beabstandet sind.According to the invention, the x-ray anode in the surface in question at least in certain areas defined micro-slots, which accordingly in the manufacture or as part of a post-treatment of the X-ray anode into the surface be introduced. Acting in such defined micro-slots are slits with dimensions in the μm range, which in the μm range are spaced from each other.

Es wurde festgestellt, dass die Aufrauung einer Oberfläche, die starken wechselnden Belastungen ausgesetzt ist, in erster Linie darauf zurückzuführen ist, dass sich bei einer Erhitzung die heißen mikroskopischen Volumenanteile zunächst im elastischen Bereich ausdehnen. Dabei behindern sich die Volumenelemente gegenseitig, was zu einem Aufbau von Druckspannung führt. Irgendwann wird die Druckspannung so hoch, dass sie die plastische Druck-Fließgrenze überschreitet, wodurch bestimmte Verformungsvorgänge eingeleitet werden. Zum einen fließt das Material nach oben zur Oberfläche, da zur Seite und nach unten hin eine makroskopische Dehnungsbehinderung durch die benachbarten Volumenelemente besteht. Dieser Materialfluss an die Oberfläche ist zwar am Anfang relativ unmerklich. Bei einer größeren Anzahl von Thermoschocks summiert sich dieser Effekt aber soweit auf, dass es zu einer Welligkeit kommen kann, welche ähnlich einem Orangenhauteffekt wirkt. Des Weiteren kommt es wegen der makroskopischen Dehnungsbehinderung zu Fließvorgängen innerhalb des Materials derart, dass der Werkstoff im Material selber plastisch gestaucht wird, auch wenn makroskopisch die Abmessungen des Volumenelements in der Seitwärtslänge gleich bleibt. Diese beiden Vorgänge sind irreversibel bezüglich des plastischen Anteils. Beim Abkühlen neigt das Material dazu, sich entsprechend genauso viel zusammenzuziehen, wie es sich zuvor ausgedehnt hat. Da aber ein Teil nach oben weggeflossen ist, fehlt dieses Materialvolumen, und es wird bei häufiger Wiederholung des Effektes zu Rissbildungen in der Oberfläche kommen.It was found that the roughening a surface which is exposed to strong changing loads, primarily is due to that when heated, the hot microscopic volume fractions first stretch in the elastic area. The volume elements hinder each other each other, which leads to a build-up of compressive stress. Sometime the compressive stress becomes so high that it exceeds the plastic yield point, whereby certain deformation processes are initiated. To the one flows the material up to the surface, to the side and to the side below a macroscopic stretch hindrance from the neighboring ones Volume elements exist. This material flow to the surface is relatively imperceptible at the beginning. With a larger number of thermal shocks But this effect adds up to such an extent that it becomes a ripple can come which is similar an orange peel effect. Furthermore, it happens because of the macroscopic Expansion hindrance to flow processes within of the material in such a way that the material itself is plastic in the material is compressed, even if the dimensions of the volume element are macroscopic equal in sideways length remains. These two processes are irreversible regarding of the plastic part. When cooling, the material tends to accordingly contract as much as it did before has expanded. But since part of it has flowed upwards, it is missing this volume of material and it will repeat if the effect is repeated to cracks in the surface come.

Durch das Einbringen von definierten Mikroschlitzen in die Oberfläche werden thermoschockbeanspruchte Materialvolumina von gegenseitigen Dehnungsbehinderungen freigemacht, so dass sich die zwischen den Mikroschlitzen befindlichen, mikroskopischen Volumina frei bewegen können und nach allen Richtungen seitlich ausdehnen können, ohne mit einem benachbarten Volumenelement zusammenzustoßen. Daher bleibt die Materialverformung näherungsweise rein elastisch, d. h. die makroskopischen Volumenelemente können sich ausdehnen und beim Abkühlen wieder zusammenziehen, ohne dass eine bleibende Materialverformung eintreten würde. Wesentliche plastische Dehnungen und Stauchungen und damit einhergehende Materialermüdung werden vermieden. Folglich können die Bildung von Rissen und die Aufrauung der Oberfläche signifikant vermindert werden.By introducing defined micro-slits into the surface, thermal shock-stressed material volumes are freed from mutual expansion hindrances, so that the microscopic volumes located between the micro-slits can move freely and can expand laterally in all directions without being associated with an adjacent volume element menzustoßen. The material deformation therefore remains approximately purely elastic, ie the macroscopic volume elements can expand and contract again when cooling, without permanent material deformation occurring. Significant plastic expansion and compression and the associated material fatigue are avoided. As a result, the formation of cracks and roughening of the surface can be significantly reduced.

Die Mikroschlitze können prinzipiell beliebig in die Oberfläche eingebracht sein. Bevorzugt sollte jedoch der Abstand zwischen den Mikroschlitzen nicht zu groß gewählt werden, damit die Dehnungsbewegung eines zwischen zwei Mikroschlitzen befindlichen Volumenbereichs nicht in den plastischen Bereich kommt und damit eine signifikante Materialermüdung einsetzen kann. In Dauerversuchen hat sich herausgestellt, dass der Abstand zwischen zwei benachbarten Mikroschlitzen vorzugsweise zwischen 50 und 300 μm liegen sollte. Besonders bevorzugt sollte der Abstand zwischen 100 und 150 μm betragen.The micro slots can in principle arbitrarily in the surface be introduced. However, the distance between the Micro slots should not be chosen too large, thus the stretching movement of one located between two micro-slots Volume range does not come into the plastic range and therefore significant material fatigue can use. Endurance tests have shown that the distance between two adjacent micro-slots is preferred between 50 and 300 μm should be. The distance between 100 and 150 μm be.

Vorzugsweise werden die Mikroschlitze in einer definierten Mikroschlitzstruktur, d. h. in einem bestimmten Muster angeordnet. Die optimale Form beziehungsweise Anordnung der Mikroschlitze hängt von der jeweiligen Art der Belastung sowie der konkreten Form der Röntgenanode ab. Die genauen Abmessungen und Positionen der Schlitze zueinander sollten daher in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung und der Art des Röntgenröhre bzw. Röntgenanode optimiert werden. Unter Umständen ist es sinnvoll, die optimale Form in geeigneten Parameterstudien für die jeweilige Röntgenanode und den Einsatz vorab zu ermitteln.The micro-slots are preferred in a defined micro-slot structure, d. H. in a certain Pattern arranged. The optimal shape or arrangement of the Micro slots depends on the respective type of loading and the specific shape of the X-ray anode from. The exact dimensions and positions of the slots should be relative to each other therefore dependent can be optimized by the respective load and the type of X-ray tube or X-ray anode. In certain circumstances it makes sense to find the optimal shape in suitable parameter studies for the respective x-ray anode and determine the application in advance.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mikroschlitze zumindest bereichsweise streifenförmig in einem bestimmten Rastermaß zueinander angeordnet.In a preferred embodiment the micro-slots at least in regions in the form of strips a certain grid dimension to each other arranged.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mikroschlitze zumindest bereichsweise gitterförmig in einem bestimmten Rastermaß angeordnet, so dass sich kleine, ringsum durch Mikroschlitze begrenzte Volumenelemente ausbilden. Bei einem weiteren besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Mikroschlitze zumindest bereichsweise wabenförmig oder wabenformähnlich ausgebildet, d. h. einschließlich geometrischer Verzerrungen aufgrund affiner Projektionen.In a particularly preferred embodiment the micro-slots are grid-shaped at least in regions arranged at a certain pitch, so that there are small volume elements delimited by micro-slits all around form. In another particularly preferred embodiment are the micro-slots at least in some areas honeycomb-shaped or honeycomb shape similar trained, d. H. including geometric distortions due to affine projections.

Die Mikroschlitze müssen in der Regel nicht tiefer als 100 μm sein. Die Tiefe liegt vorzugsweise zwischen 30 und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 50 und 100 μm.The micro slots must be in usually not deeper than 100 μm his. The depth is preferably between 30 and 100 μm, particularly preferably between 50 and 100 μm.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen zueinander benachbart angeordnete Mikroschlitze außerdem unterschiedliche Schlitztiefen auf. Dadurch wird ein Wärmefluss in das Materialinnere der Röntgenanode möglichst wenig behindert.In a particularly preferred embodiment micro-slots arranged adjacent to one another also have different slot depths on. This creates a heat flow into the material interior of the X-ray anode preferably little handicapped.

Die Breite der Mikroschlitze liegt vorzugsweise zwischen 3 und 15 μm.The width of the micro slots is preferably between 3 and 15 μm.

Das Schlitz-Aspektverhältnis, das heißt der Verhältnis der Breite zur Tiefe des Mikroschlitzes, liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1:10, das heißt, dass beispielsweise ein ca. 60 μm tiefer Mikroschlitz eine Breite von ca. 6 μm aufweist.The slot aspect ratio that is called the relationship the width to the depth of the microslot is preferably in the Magnitude from 1:10, that is, that, for example, an approx. 60 μm deep micro-slot has a width of approx. 6 μm.

Die Mikroschlitze können in verschiedenster Weise in die Oberfläche eingebracht werden.The micro slots can be in can be introduced into the surface in various ways.

Eine Möglichkeit besteht darin, die Mikroschlitze mit einem Laserstrahl in das Material der Oberfläche einzubrennen. Hierzu kann ein normaler Laser oder ein Excimer-Laser verwendet werden, welcher sowohl im kontinuierlichen Betrieb als auch im Impulsbetrieb betrieben werden kann. Vorzugsweise wird ein weiterer Laser mit geringerer Laserleistung genutzt, um die Oberfläche vor dem Einbringen der Mikroschlitze lokal vorzuerhitzen oder nachzuwärmen. Besonders bevorzugt wird ein Reaktionsgas, beispielsweise Luft, O₂, CO₂ oder ein halogenhaltiges Gas bzw. ein Halogen genutzt, um das vom Laser erhitzte Oberflächenmaterial zur Bildung der Mikroschlitze beschleunigt abzutragen.One possibility is to burn the micro-slots into the surface material with a laser beam. For this purpose, a normal laser or an excimer laser can be used, which can be operated both in continuous mode and in pulse mode. Another laser with a lower laser power is preferably used to locally preheat or reheat the surface before the micro-slots are introduced. A reaction gas, for example air, O ₂ , CO ₂ or a halogen-containing gas or a halogen, is particularly preferably used in order to accelerate the removal of the surface material heated by the laser in order to form the microslots.

Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung der Mikroschlitze ist die Verwendung eines Hochdruckwasserstrahls. Dabei kann zur Unterstützung des Hochdruckwasserstrahls ein Strahlzusatz wie Korund, Quarzsand verwendet werden. Bei der Herstellung von Mikroschlitzen in Röntgenanodenröhren wird vorzugsweise Wolframstaub verwendet.Another way to make the micro-slots is the use of a high pressure water jet. It can support of the high pressure water jet a jet additive such as corundum, quartz sand be used. In the manufacture of micro-slits in X-ray anode tubes preferably tungsten dust used.

Die Mikroschlitze können prinzipiell auch mit Hilfe eines Funkenerosionsverfahrens in die Oberfläche eingebracht werden. Die Funkenerosion kann dabei in Wasser oder in Öl durchgeführt werden. Aus vakuum-hygienischen Gründen erfolgt eine Einbringung von Mikroschlitzen vorzugsweise in einer wässrigen oder alkoholischen Salzlösung.The micro slots can in principle also introduced into the surface using a spark erosion process become. Spark erosion can be carried out in water or in oil. For reasons of vacuum hygiene micro-slots are preferably introduced in one aqueous or alcoholic saline.

Insbesondere wenn die Erfindung dazu eingesetzt werden soll, um eine Bildung von Thermoschockrissen zu verhindern, die Risskeime für bruchmechanisch kritische Risse bilden, werden die Mikroschlitze sinnvollerweise so ausgebildet, dass sie nicht selbst als Risskeime für Ermüdungs- oder Kriechrisse wirken können. In solchen Fällen wird der Schlitzgrund sowohl aus bruchmechanischer Sicht als auch im Hinblick auf die Lord-Sneddon-Gleichung, d. h. um eine mechanische Spannungserhöhung zu vermeiden, vorzugsweise deutlich abgerundet. Außerdem wird besonders bevorzugt dafür gesorgt, dass die Mikroschlitze in einem Schlitzgrundbereich breiter sind als an der Oberfläche. Dies lässt sich z. B. dadurch erreichen, dass bei der Herstellung der Mikroschlitze mittels eines Laserstrahls oder eines Hochdruckwasserstrahls mehrfach, d. h. mindestens zweimalig, mit dem Laserstrahl oder Hochdruckwasserstrahl an den verschiedenen Positionen entlang des Mikroschlitzes eingeschossen wird, wobei jeweils der Winkel der Einstrahlrichtung zum Schlitzgrund quer zu einer Schlitzlängsrichtung variiert wird. Hierzu kann zum einen die Einstrahlrichtung an einer bestimmten Position entlang des einzubringenden Mikroschlitzes quer zur Schlitzlängsrichtung geschwenkt werden und anschließend dann der Laserstrahl oder Hochdruckwasserstrahl ein Stück weiter in Schlitzlängsrichtung verstellt werden. Zum anderen kann aber der Laserstrahl oder Hochdruckwasserstrahl auch mehrfach in Schlitzlängsrichtung entlang verfahren werden wobei jeweils unter einem anderen Winkel zur Schlitzlängsrichtung eingeschossen wird.In particular, if the invention is to be used to prevent the formation of thermal shock cracks, which form crack nuclei for cracks that are critical in terms of fracture mechanics, the microslots are usefully designed in such a way that they cannot themselves act as crack nuclei for fatigue or creep cracks. In such cases, the slit bottom is preferably significantly rounded off both from the point of view of fracture mechanics and with regard to the Lord Sneddon equation, ie in order to avoid an increase in mechanical stress. In addition, it is particularly preferably ensured that the micro-slots are wider in a slot base area than on the surface. This can be done e.g. B. achieve that in the manufacture of the micro-slots by means of a laser beam or a high-pressure water jet several times, ie at least twice, with the laser beam or high-pressure water jet at the different positions along the micro-slot, wherein in each case the angle of the radiation direction to the slot base transverse to a slot longitudinal direction is varied. For this purpose, the direction of irradiation on a certain position along the micro-slot to be introduced are pivoted transversely to the longitudinal direction of the slot and then the laser beam or high-pressure water jet is then adjusted a little further in the longitudinal direction of the slot. On the other hand, however, the laser beam or high-pressure water jet can also be moved several times in the longitudinal direction of the slot, in each case shooting at a different angle to the longitudinal direction of the slot.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:The invention is described below Reference to the attached Figures based on exemplary embodiments again closer explained. Show it:

1 einen Schnitt durch eine Röntgendrehanode mit erfindungsgemäß in der Brennbahnoberfläche eingebrachten Mikroschlitzen, 1 FIG. 2 shows a section through an X-ray rotary anode with micro-slots introduced according to the invention in the surface of the focal path,

2 einen vergrößerten Teilquerschnitt einer handelsüblichen Drehanode nach dem Stand der Technik, 2 3 shows an enlarged partial cross section of a commercially available rotating anode according to the prior art,

3 eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts der Brennbahnoberfläche eines handelsüblichen benutzten Drehanodentellers, 3 1 shows a micrograph of a section of the focal track surface of a commercially available rotating anode plate,

4 eine schematische Darstellung der Ausbildung von Thermoschockrissen in einer thermisch stark belasteten Oberfläche einer Röntgenanode, 4 1 shows a schematic representation of the formation of thermal shock cracks in a surface of an X-ray anode that is subjected to high thermal stress,

5 eine Darstellung der Abschwächung der Nutz-Röntgenstrahlung aufgrund der Aufrauung der Oberfläche einer handelsüblichen Drehanode, 5 a representation of the attenuation of the useful X-rays due to the roughening of the surface of a commercially available rotating anode,

6 eine Teil-Draufsicht auf eine Drehanode mit zirkular umlaufend in die Brennbahnoberfläche eingebrachten Mikroschlitzen (stark vergrößerte Darstellung der Mikroschlitze), 6 2 shows a partial top view of a rotating anode with circular micro-slots in the surface of the focal path (greatly enlarged illustration of the micro-slots),

7 eine Teil-Draufsicht auf eine Drehanode mit spiralförmig in die Brennbahnoberfläche eingebrachten Mikroschlitzen (stark vergrößerte Darstellung der Mikroschlitze), 7 a partial plan view of a rotating anode with micro-slots introduced spirally into the surface of the focal path (greatly enlarged illustration of the micro-slots),

8 eine Teil-Draufsicht auf eine Drehanode mit spiralförmig und zirkular umlaufenden, in die Brennbahnoberfläche eingebrachten Mikroschlitzen (stark vergrößerte Darstellung der Mikroschlitze), 8th a partial plan view of a rotating anode with spiral and circular circumferential micro slots made in the surface of the focal path (greatly enlarged representation of the micro slots),

9 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, 9 2 shows an enlarged detail from a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a fourth exemplary embodiment,

10 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel, 10 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a fifth exemplary embodiment,

11 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel, 11 2 shows an enlarged detail from a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a sixth exemplary embodiment,

12 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel, 12 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a seventh exemplary embodiment,

13 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem achten Ausführungsbeispiel, 13 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with an eighth exemplary embodiment,

14 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem neunten Ausführungsbeispiel, 14 2 shows an enlarged section from a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a ninth exemplary embodiment,

15 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem zehnten Ausführungsbeispiel, 15 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a tenth exemplary embodiment,

16 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem elften Ausführungsbeispiel, 16 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with an eleventh exemplary embodiment,

17 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem zwölften Ausführungsbeispiel, 17 2 shows an enlarged section of a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a twelfth exemplary embodiment,

18 einen vergrößerten Ausschnitt aus einer Oberfläche mit einer erfindungsgemäßen Mikroschlitzstruktur gemäß einem dreizehnten Ausführungsbeispiel, 18 2 shows an enlarged detail from a surface with a micro-slot structure according to the invention in accordance with a thirteenth exemplary embodiment,

19 eine Darstellung des Querschnitts von Mikroschlitzen mit abgerundetem und verbreitertem Schlitzgrund, 19 a representation of the cross section of micro-slots with rounded and widened slot base,

20 eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche einer benutzten Drehanode, welcher vor Inbetriebnahme mit einem Streifenmuster aus Mikroschlitzen versehen wurde, 20 1 shows a micrograph of a section of the surface of a used rotating anode, which was provided with a striped pattern of micro-slits before start-up,

21 eine mikroskopische Aufnahme eines Ausschnitts der Oberfläche einer benutzten Drehanode, welcher vor Inbetriebnahme mit einem gitterartigen Mikroschlitzmuster versehen wurde. 21 a micrograph of a section of the surface of a rotating anode used, which was provided with a grid-like micro-slit pattern before start-up.

In der weiteren Beschreibungen wird, soweit nicht anders erwähnt, davon ausgegangen, dass es sich bei der Röntgenanode 1 um eine Drehanode 1 handelt, in deren Brennbahnoberfläche 2 die Mikroschlitze eingebracht sind. Den prinzipiellen Aufbau einer solchen Drehanode 1 zeigen die 1 und 2.Unless otherwise stated, the further descriptions assume that the X-ray anode is 1 a rotating anode 1 acts in their focal path surface 2 the micro slots are introduced. The basic structure of such a rotating anode 1 show the 1 and 2 ,

Bei der Drehanode 1 handelt es sich um einen im Wesentlichen flachen, kreisförmigen Anodenteller 4 aus Molybdän oder TZM. Entlang des äußeren Umfanges befindet sich eine Materialschicht 3 aus Wolfram mit einem Anteil von ungefähr 5 % Rhenium (WRe 5). Die Oberfläche 2 dieser Schicht 3 ist die Brennbahnoberfläche, welche, wie bereits eingangs in Zusammenhang mit 2 beschrieben, starken wechselnden thermischen Belastungen ausgesetzt ist. Der Anodenteller 4 ist an einer Welle 6 befestigt, über welche der Anodenteller 4 um die senkrecht zur Telleroberfläche liegende Symmetrieachse 7 in Rotation versetzt wird. Dadurch wandert der Brennfleck B, an dem die beschleunigten, hochenergetischen Elektronen auf die Brennbahnoberfläche 2 auftreffen, auf der Brennbahnober fläche 2 um. Am Brennfleck B wird durch die hochenergetischen Elektronen die Röntgenstrahlung 14 erzeugt, welche in alle Richtungen von der Oberfläche aus abgestrahlt wird, wodurch die in 1 dargestellte Röntgenstrahlenhalbkugel 8 erzeugt wird. Nur ein geringer Anteil, welcher möglichst flach über der Oberfläche 2 seitlich nach außen abgestrahlt wird, wird tatsächlich genutzt. Die restlichen Anteile werden durch ein umliegendes Gehäuse beziehungsweise durch eine Blende 9 ausgeblendet. Die Brennbahnoberfläche 2 ist um einen Winkel α von 7° nach außen geneigt.At the rotating anode 1 it is an essentially flat, circular anode plate 4 made of molybdenum or TZM. There is a layer of material along the outer circumference 3 from tungsten with a share of approximately 5% rhenium (WRe 5 ). The surface 2 this layer 3 is the focal path surface, which, as already mentioned in connection with 2 described, is exposed to strong changing thermal loads. The anode plate 4 is on a wave 6 attached, over which the anode plate 4 around the axis of symmetry perpendicular to the surface of the plate 7 is set in rotation. As a result, the focal point B, at which the accelerated, high-energy electrons move to the surface of the focal path 2 impinge on the surface of the focal track 2 around. At focal point B, the high-energy electrons turn the X-rays 14 generated, which is emitted in all directions from the surface, whereby the in 1 X-ray shown radiate hemispherical 8th is produced. Only a small proportion, which is as flat as possible above the surface 2 radiated laterally outwards is actually used. The remaining parts are through a surrounding housing or through a panel 9 hidden. The focal path surface 2 is inclined outwards by an angle α of 7 °.

1 zeigt – relativ zum Anodenteller 4 in stark vergrößerter Darstellung – in die Brennbahnoberfläche 2 erfindungsgemäß eingebrachte, zirkular umlaufende Mikroschlitze 15. Eine Röntgenanode nach dem Stand der Technik, wie in 2 darstellt, weist solche Mikroschlitze nicht auf. Die 3 bis 5 wurden bereits eingangs zur Erläuterung der nachteiligen Wirkung der thermischen Belastung auf die Oberflächenrauigkeit sowie deren Auswirkung in Form einer Abschwächung der Nutz-Röntgenstrahlung ausführlich beschrieben. 1 shows - relative to the anode plate 4 in a greatly enlarged representation - in the focal track surface 2 Circular circumferential micro-slots introduced according to the invention 15 , An X-ray anode according to the prior art, as in 2 does not have such micro-slots. The 3 to 5 have already been described in detail at the beginning to explain the adverse effect of the thermal load on the surface roughness and its effect in the form of a weakening of the useful X-ray radiation.

Die 6 bis 8 zeigen verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Mikroschlitze in die Brennbahnoberfläche 2 einzubringen. Hierbei sind in allen Darstellungen die Mikroschlitze relativ zum Anodenteller wieder stark vergrößert dargestellt, um das Prinzip zu verdeutlichen.The 6 to 8th show different possibilities, the micro slots according to the invention in the focal track surface 2 contribute. Here, the micro-slots are again shown greatly enlarged in relation to the anode plate in all representations in order to clarify the principle.

6 zeigt das auch in 1 dargestellte, relativ einfache Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere Mikroschlitze 15 zirkular, d. h. parallel zum Umfang umlaufend, in die Brennbahnoberfläche 2 eingebracht sind. 6 shows that in 1 illustrated, relatively simple embodiment in which a plurality of micro-slots 15 circular, ie circumferentially parallel to the circumference, into the surface of the focal path 2 are introduced.

Alternativ können die Mikroschlitze auch in radialer Richtung eingebracht werden. Der Nachteil solcher radial angeordneter Mikroschlitze besteht jedoch darin, dass der Brennfleck ständig seine Position ändert, wenn der Elektronenstrahl den Grund eines Schlitzes trifft beziehungsweise wenn er zwischen zwei Mikroschlitze auf die Oberfläche trifft. Daher werden die Schlitze vorzugsweise nicht genau radial, sondern um ca. 15–30° zur Radialrichtung versetzt eingebracht, so dass die Mikroschlitze 16 in etwa spiralförmig verlaufen, wie dies in 7 dargestellt ist.Alternatively, the micro-slots can also be introduced in the radial direction. The disadvantage of such radially arranged micro-slots, however, is that the focal spot constantly changes its position when the electron beam hits the bottom of a slot or when it hits the surface between two micro-slots. The slots are therefore preferably not introduced exactly radially, but offset by approximately 15-30 ° to the radial direction, so that the micro-slots 16 run approximately in a spiral, as shown in 7 is shown.

8 zeigt ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel, bei dem durch zirkular umlaufende Mikroschlitze 15 und durch spiralförmige Mikroschlitze 16 ein gitterartiges Mikroschlitzmuster erzeugt wurde, so dass sehr kleine, einzelne Volumenelemente gebildet wurden, die sich in alle Richtungen frei ausdehnen können. 8th shows a particularly preferred embodiment, in which circular circular micro-slots 15 and through spiral micro-slots 16 a grid-like micro-slit pattern was created, so that very small, individual volume elements were formed, which can expand freely in all directions.

Die 9 bis 18 zeigen jeweils vergrößerte Ausschnitte von Oberflächen, die mit verschiedensten erfindungsgemäßen Mikroschlitzstrukturen ausgestattet sind.The 9 to 18 each show enlarged sections of surfaces which are equipped with a wide variety of micro-slot structures according to the invention.

9 zeigt eine einfache Anordnung von parallelen Mikroschlitzen 17. 10 zeigt eine Anordnung mit senkrecht zueinander stehenden, jeweils parallel nebeneinander angeordneten Mikroschlitzen 18, 19, wodurch eine Gitterstruktur entsteht. 9 shows a simple arrangement of parallel micro-slots 17 , 10 shows an arrangement with perpendicular to each other, each arranged parallel next to each other 18 . 19 , which creates a lattice structure.

11 zeigt schräg über das dargestellte Volumenelement verlaufende, parallele Mikroschlitze 20 und Figur 12 wiederum senkrecht zueinander stehende, aber jeweils schräg zum darstellten Ausschnitt der Oberfläche angeordnete, parallele Mikroschlitze 21, wodurch sich ein karoförmiges Muster ausbildet. Die Winkelstellung der parallel laufenden Schlitze ist dabei prinzipiell beliebig. Insbesondere kann durch eine quer zueinander laufende Anordnung paralleler Mikroschlitze auch ein beliebiges Bautenmuster erzeugt werden. 11 shows parallel micro-slots running obliquely over the volume element shown 20 and FIG. 12, in turn, mutually perpendicular, but each arranged obliquely to the illustrated section of the surface, parallel micro-slots 21 , which creates a checkered pattern. In principle, the angular position of the parallel slots is arbitrary. In particular, an arbitrary building pattern can also be generated by an arrangement of parallel micro-slots running transversely to one another.

13 zeigt ein aus mehreren im Sechseck angeordneten Mikroschlitzen 22 gebildetes Wabenmuster. 14 zeigt ein Muster, bei dem ebenfalls aus mehreren kurzen Mikroschlitzen 23 sechseckige Volumenelemente gebildet werden, wobei diese sechseckigen Volumenelemente jedoch mit ihren parallel laufenden Seitenflächen aneinander grenzen, so dass zwischen vier Sechsecken jeweils ein kleines, viereckiges Volumenelement entsteht. 13 shows one of several micro-slots arranged in the hexagon 22 formed honeycomb pattern. 14 shows a pattern in which also consists of several short micro-slots 23 hexagonal volume elements are formed, but these hexagonal volume elements adjoin each other with their parallel running side surfaces, so that a small, quadrangular volume element is created between four hexagons.

15 zeigt eine Variante, welche sich insbesondere dazu eignet, um gekrümmte Oberflächen mit Mikroschlitzen 24 ähnlich einem Wabenmuster zu versehen. Es handelt sich hierbei um eine Musterkombination aus Sechsecken und Fünfecken, wie sie beispielsweise auch auf Fußbällen zu finden ist. 15 shows a variant, which is particularly suitable for curved surfaces with micro-slots 24 similar to a honeycomb pattern. It is a combination of hexagons and pentagons, as can also be found on soccer balls, for example.

16 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Mikroschlitze 25 jeweils kreisförmig in die Oberfläche 2 eingebracht sind, wobei die Kreise matrixartig in Reihen und Spalten zueinander angeordnet sind. 17 zeigt eine etwas andere Variante mit kreisförmigen Mikroschlitzen 26, wobei die Kreise zweier benachbarten Reihen versetzt zueinander angeordnet sind, um so eine dichtere Packung der einzelnen Kreis-Volumensegmente zu erreichen. 16 shows an embodiment in which the micro-slots 25 each circular in the surface 2 are introduced, the circles being arranged in a matrix-like manner in rows and columns. 17 shows a slightly different variant with circular micro-slots 26 , wherein the circles of two adjacent rows are arranged offset from one another in order to achieve a denser packing of the individual circle volume segments.

18 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit ellipsenförmig in die Oberfläche 2 eingebrachten Mikroschlitzen 27. Auch von dieser Version sind die verschiedensten Varianten möglich, wie beispielsweise eine Verdrehung der Ellipsen um 90° oder um 45°. 18 shows an embodiment with an elliptical shape in the surface 2 inserted micro-slots 27 , This version also offers a wide variety of options, such as rotating the ellipses by 90 ° or 45 °.

Neben den darstellten Ausführungsbeispielen können auch beliebige andere Muster in die Oberfläche eingebracht werden.In addition to the illustrated embodiments can any other pattern can also be introduced into the surface.

Sowohl bei den zuerst beschriebenen, für Drehanoden bevorzugten Mustern (6 bis 8) als auch bei den Mustern gemäß den 9 bis 18 beträgt der Abstand zwischen den Schlitzen 15 bis 27 vorzugsweise zwischen 50 und 150 μm, besonders bevorzugt zwischen 80 bis 120 μm. Die Schlitztiefe beträgt vorzugsweise zwischen 30 und 100 μm, besonders bevorzugt zwischen 50 und 100 μm. In der Regel reicht bei Drehanodentellern in Röntgenröhren eine Tiefe von 100 μm aus, da die Zone der extremen Temperaturerhöhung nicht größer ist. Bei einer Verwendung des Verfahrens für andere Röntgenanoden, bei denen die Temperaturerhöhung auch tiefere Zonen erreicht, müssen entsprechend tiefere Schlitze eingebracht werden. Die Breite der Schlitze liegt vorzugsweise zwischen 3 und 15 μm, besonders bevorzugt zwischen 5 und 10 μm. D. h. das Schlitz-Aspektverhältnis liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 1:10. Die genaue Abmessung und Form der Mikroschlitze sowie die Anordnung der Mikroschlitze beziehungsweise des Mikroschlitzmusters werden vorteilhafterweise an die genaue Art und Form der Röntgenanode und die damit verbundenen thermischen Belastungen angepasst.Both in the first described patterns preferred for rotating anodes ( 6 to 8th ) as well as the patterns according to the 9 to 18 is the distance between the slots 15 to 27 preferably between 50 and 150 μm, particularly preferably between 80 to 120 μm. The slot depth is preferably between 30 and 100 μm, particularly preferably between 50 and 100 μm. As a rule, a depth of 100 μm is sufficient for rotating anode plates in X-ray tubes, since the zone of extreme temperature increase is not larger. If the method is used for other X-ray anodes in which the temperature increase also reaches deeper zones, correspondingly deeper slots must be introduced. The width of the slots is preferably between 3 and 15 μm, particularly preferably between 5 and 10 μm. I.e. the slot aspect ratio is preferably on the order of 1:10. The exact dimensions and shape of the micro slots and the arrangement of the micro slots or the micro-slit pattern are advantageously adapted to the exact type and shape of the X-ray anode and the associated thermal loads.

Insbesondere wenn es darum geht, Thermoschockrisse zu verhindern, die als Risskeime für größere Risse dienen könnten, ist es sinnvoll, den Mikroschlitzgrund abzurunden und die Mikroschlitze im Bereich des Mikroschlitzgrundes breiter auszubilden als an der Oberfläche. Die Mikroschlitze weisen dann den in 19 gezeigten tropfenförmigen Querschnitt auf. Auf diese Weise wird vermieden, dass die Mikroschlitze selber als Keime für größere Risse dienen könnten.Especially when it comes to preventing thermal shock cracks, which could serve as crack nuclei for larger cracks, it makes sense to round off the micro-slot base and to make the micro-slots wider in the area of the micro-slot base than on the surface. The micro slots then have the in 19 shown teardrop-shaped cross section. In this way it is avoided that the micro-slots themselves could serve as germs for larger cracks.

Außerdem werden vorzugsweise benachbarte Schlitze 28, 29 unterschiedlich tief ausgeführt. Bei dem in 19 dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die jeweils äußeren Schlitze 28 eine erste Tiefe d₁ auf, wogegen der dazwischenliegende Schlitz 29 nur eine geringere Tiefe d₂ aufweist. Diese versetzten Tiefen verbessern den Wärmeabfluss ins Materialinnere.In addition, adjacent slots are preferred 28 . 29 executed in different depths. At the in 19 illustrated embodiment have the respective outer slots 28 a first depth d ₁ , whereas the intermediate slot 29 only has a smaller depth d ₂ . These offset depths improve the heat flow into the material.

Die 20 und 21 zeigen jeweils die Oberfläche von Brennbahnen herkömmlicher Drehanoden, in welche vor einem Einsatz mittels eines Lasers erfindungsgemäß Mikroschlitze eingebracht wurden. Bei dem Brennbahnmaterial handelt es sich um WRe 5. Die Schlitze haben jeweils eine Breite von ungefähr 7 μm und eine Tiefe von 60 μm. Der Abstand zwischen den Mikroschlitzen beträgt hier ca. 190 μm.The 20 and 21 each show the surface of focal paths of conventional rotary anodes, into which micro-slots were introduced according to the invention prior to use by means of a laser. The focal track material is WRe 5 , The slots each have a width of approximately 7 μm and a depth of 60 μm. The distance between the micro slots is approx. 190 μm here.

20 zeigt einen Ausschnitt aus einem Bereich, in welchem nur parallel laufende Schlitze in die Oberfläche 2 eingebracht wurden, die im Wesentlichen in radialer Richtung verlaufen. 21 zeigt einen Ausschnitt aus einem Bereich, in welchem eine Gitterstruktur mit quer zueinander in radialer und zirkularer Richtung laufenden Schlitzen eingebracht wurde. Beide mikroskopischen Aufnahmen zeigen jeweils einen Bildausschnitt von 2,64 mm². Es ist daher ein direkter Vergleich mit der in 3 dargestellten mikroskopischen Aufnahme einer herkömmlichen, nicht behandelten Brennbahnoberfläche möglich. 20 shows a section of an area in which only parallel slots in the surface 2 were introduced, which run essentially in the radial direction. 21 shows a section of an area in which a lattice structure with slots running transversely to one another in the radial and circular directions has been introduced. Both microscopic images each show an image section of 2.64 mm ² . It is therefore a direct comparison with that in 3 shown microscopic picture of a conventional, untreated focal path surface possible.

Die so behandelte Drehanode 1 wurde in einem Dauerversuch einer relativ starken thermischen Belastung ausgesetzt, bei der die Brennbahn 3 teilweise bewusst überlastet wurde. Bei einer Auswertung der Bilder zeigt sich, dass bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 20 mit nur radial eingebrachten Schlitzen fast keine Thermoschockrisse zu finden sind, die parallel zur Umfangsrichtung liegen. D. h. eine Neubildung von umfangsorientierten Thermoschockrissen ist praktisch ausgeblieben. Eine Neubildung von Thermoschockrissen in anderer Richtung als umfangsorientiert trat in wesentlich geringer Anzahl auf als bei einer unbehandelten Oberfläche. Es sind hier in den 2,64 mm² lediglich 37 Thermoschockrisse zu zählen, wogegen – wie bereits eingangs erwähnt – bei der nicht präparierten Oberfläche auf der gleichen Fläche insgesamt 194 Thermoschockrisse gezählt wurden. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass die Oberflächenausstülpung bzw. -kanten nicht so hoch sind wie bei der nicht mit Mikroschlitzen versehenen Oberfläche.The rotating anode treated in this way 1 was subjected to a relatively high thermal load in an endurance test, during which the focal path 3 was partly deliberately overloaded. An evaluation of the images shows that in the exemplary embodiment according to 20 With only radially inserted slots, there are almost no thermal shock cracks that are parallel to the circumferential direction. I.e. a new formation of circumferential thermal shock cracks has practically failed to materialize. A new formation of thermal shock cracks in a direction other than the circumferential orientation occurred in a significantly smaller number than with an untreated surface. Only 37 thermal shock cracks can be counted here in the 2.64 mm ² , whereas - as already mentioned at the beginning - a total of 194 thermal shock cracks were counted on the unprepared surface on the same area. In addition, it was found that the surface protuberance or edges are not as high as on the surface not provided with micro-slits.

Ein noch besseres Ergebnis zeigt die gitterförmige Anordnung von Mikroschlitzen in radialer Richtung und in Umfangsrichtung gemäß 21. Die genaue Auswertung der mikroskopischen Aufnahme zeigt, dass auf der gesamten Fläche von 2,64 mm² keine neuen großen Thermoschockrisse entstanden sind und mit kleiner Ausprägung in dem gesamten Bildausschnitt lediglich 12 Thermoschockrisse zu finden sind.An even better result is shown by the grid-shaped arrangement of micro-slots in the radial direction and in the circumferential direction 21 , The exact evaluation of the microscopic image shows that no new large thermal shock cracks have arisen on the entire area of 2.64 mm ² and that only 12 thermal shock cracks can be found with a small size in the entire image section.

Die Auswertungen von Dauerversuchen zeigen, dass selbst bei einer extremen Überbelastung die erfindungsgemäßen Mikroschlitze die gewünschte Wirkung zeigen und dadurch eine erhebliche Reduzierung des Brennbahnverschleißes von Röntgenanoden erreicht werden kann, d. h. die Oberflächenrauigkeit der Anodenoberfläche bleibt wie im Anlieferungszustand erhalten. Das Verfahren ist zudem einfach und kostengünstig. Erste weitere Versuche haben gezeigt, dass beispielsweise die Prozesszeit zur vollständigen Ausstattung der Brennbahnoberfläche eines Anodentellers nur ca. 25 min in Anspruch nehmen wird.The evaluations of endurance tests show that even in the event of an extreme overload, the micro-slots according to the invention the desired Show effect and thereby a significant reduction in the focal track wear of X-ray anodes can be achieved, d. H. the surface roughness of the anode surface remains as received in the delivery condition. The process is also simple and inexpensive. Initial further tests have shown that, for example, the process time to complete Equipment of the focal track surface one Anode plates will only take about 25 minutes.

Claims

X-ray anode ( 1 ) with a thermally highly resilient surface ( 2 ), Characterized net gekennzeich that in the surface in question ( 2 ) the X-ray anode ( 1 ) micro-slots defined at least in some areas ( 15 to 29 ) are arranged.

X-ray anode according to claim 1, characterized in that the micro slots ( 15 to 29 ) form a defined micro-slot structure.

X-ray anode according to claim 2, characterized in that the micro slots ( 15 . 16 . 17 . 20 ) are arranged at least in certain areas in strips in a certain grid dimension.

X-ray anode according to claim 2 or 3, characterized in that the micro-slots ( 15 . 16 . 18 . 19 . 21 ) are arranged in a certain grid dimension at least in regions.

X-ray anode according to one of claims 2 to 4, characterized in that the micro-slots ( 22 ) are arranged at least in certain areas in a honeycomb-like or honeycomb-like manner in a certain grid dimension.

X-ray anode according to one of claims 2 to 5, characterized in that the distance between two adjacent micro-slots ( 15 to 29 ) is between 50 and 300 μm.

X-ray anode according to claim 6, characterized ge indicates that the distance between two neighboring micro-slots ( 15 to 29 ) is between 100 and 150 μm.

X-ray anode according to one of claims 1 to 6, characterized in that the depth (d ₁ , d ₂ ) of the micro-slots ( 15 to 29 ) is between 30 and 100 μm.

X-ray anode according to claim 7, characterized in that the depth (d ₁ , d ₂ ) of the microslots is between 50 and 100 μm.

X-ray anode according to one of claims 1 to 8, characterized in that adjacent micro-slots ( 28 . 29 ) have different slot depths (d ₁ , d ₂ ).

X-ray anode according to one of claims 1 to 9, characterized in that the slot aspect ratio of the microslots ( 15 to 29 ) is in the order of 1:10.

X-ray anode according to one of claims 1 to 10, characterized in that the micro slots ( 28 . 29 ) a slot base rounded in cross section ( 30 ) exhibit.

X-ray anode according to one of claims 1 to 11, characterized in that the micro-slots ( 28 . 29 ) are wider in a slot base area than on the surface ( 2 ).

X-ray anode manufacturing method ( 1 ) with a thermally highly resilient surface ( 2 ), characterized in that in the surface ( 2 ) the X-ray anode ( 1 ) micro-slots defined at least in some areas ( 15 to 29 ) are introduced.

A method according to claim 14, characterized in that the micro-slots are introduced into the surface with a laser beam become.

A method according to claim 15, characterized in that the surface locally preheated with a second laser before introducing the micro-slots or reheated becomes.

A method according to claim 15 or 16, characterized in that that by means of a reaction gas the surface material heated by the laser Formation of the micro-slots is removed at an accelerated rate.

A method according to claim 14, characterized in that the micro-slots are introduced into the surface with a high-pressure water jet become.

A method according to claim 18, characterized in that uses a high pressure water jet with a jet additive becomes.

A method according to claim 14, characterized in that the micro-slits in a spark erosion process in the surface be introduced.

A method according to claim 20, characterized in that the spark erosion process in an aqueous or alcoholic Saline solution is carried out.

Method according to one of claims 14 to 21, characterized in that that when inserting a micro-slot in the X-ray anode surface on the different positions along the micro-slot several times a laser beam or high pressure water jet is shot in, the angle of the direction of incidence transverse to the slot base a longitudinal slot direction is varied.