DE1036405B - Roentgenroehre - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die Lagerung von drehbaren Elektroden in Röntgenröhren. Die Anode einer Röntgenröhre wird durch die auftreffenden Elektronen beim Betrieb sehr stark erhitzt und muß daher so gedreht werden, daß laufend ein anderer Teil 5 der Anodenfläche dem Elektronenbeschuß ausgesetzt wird. Eine Schmierung des Lagers dieser Anode ist dabei nur sehr schwer möglich, da es sich im evakuierten Röhrenkolben befindet. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halterung für drehbare Elektroden in einer Röntgenröhre zu schaffen, die reibungsarm ist und auch bei den hohen Betriebstemperaturen noch einwandfrei arbeitet.

Es ist seit langem bekannt, Röntgenröhren mit einer Drehanode auszurüsten. Diese wird dabei meist an einer Hülse befestigt, die auf einer feststehenden Achse rotiert. Als Lagerung dienen dabei üblicherweise zwei in einem gewissen Abstand voneinander angebrachte Kugellager, die den gleichen Aufbau zeigen. Bei dieser bekannten Anordnung muß sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung eine Bewegung zugelassen werden, damit die unterschiedliche Ausdehnung der verschiedenen Teile ausgeglichen wird, wenn sie bei einer Maximaltemperatur betrieben werden, die bei den üblichen Röntgenröhren an den Lagern in der Größenordnung von 450° C liegt. Dieses Lagerspiel führt zu störenden Lagergeräuschen und macht die bekannte Lagerung für hochwertige Röntgenröhren nicht verwertbar.

Es ist ferner eine Lageranordnung für eine Drehanode bekannt, bei der das in der Nähe des Anodentellers befindliche Lager zum Ausgleich der Thermoausdehnung in axialer Richtung beweglich ist, während das vom Teller abgewandte Lager festsitzt. Beide Lager zeigen im übrigen wieder den gleichen Aufbau. Obwohl die Temperatur an der von der Anode abgewandten Stelle wesentlich niedriger ist als in der Nähe der Anode, muß das Lager dort bei der bekannten Anordnung doch mit einem wesentlichen Lagerspiel versehen sein, das vor allem bei der heißen Röhre besonders störend in Erscheinung tritt.

Die Erfindung geht aus von einer Röntgenröhre mit einer Elektrode, welche innerhalb des Röhrenkolbens auf einer Hülse sitzt, die mittels zweier Kugellageranordnungen drehbar auf einer mit dem Kolben fest verbundenen Achse gelagert ist, wobei der äußere Laufring des der Elektrode zugekehrten Kugellagers in seinem Sitz in der Hülse verschieblich gemacht ist, um damit eine selbsttätige Einstellung dieses Lagers zu erreichen, und wobei eine zweite Kugellageranordnung an einer im Betrieb kühleren Stelle der Achse mit ihren Elementen sowohl auf der Achse als auch auf der Hülse gegen jede axiale Bewegung fest eingespannt ist. Erfindungsgemäß besteht dabei die zweite Röntgenröhre

Anmelder:

General Electric Company,
Sctienectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. W. Reichel, Patentanwalt,
Frankfurt/M.-Eschersheim, Lichtenbergstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 13. September 1954

Michael Joseph Zunick, West Allis, Wis.,

und Harold Ray Cummings, Waterford, Wis. (V. St. A.),

sind als Erfinder genannt worden

Kugellageranordnung aus zwei dicht nebeneinander angeordneten Kugellagern, deren äußere Laufringe jeweils nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Laufschultern aufweisen. Die exakte Fixierung des einen Lagers, die durch dessen spezielle an sich bekannte Ausführungsform ermöglicht wird und die selbsttätige temperaturabhängige Einstellung des anderen Lagers in axialer Richtung machen ein Lagerspiel und damit eine Axialverschiebbarkeit der Elektrode nicht mehr erforderlich. Dadurch werden die bei den bekannten Anordnungen auftretenden Lagergeräusche vermieden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung darstellen.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Röntgenröhre mit einer rotierenden Anode, die von einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lagerung gehalten wird,

Fig. 2 und 3 vergrößerte Querschnitte durch Teile der in Fig. 1 gezeigten Anordnung.

Die Röntgenröhre 11 weist eine Anoden- und eine Kathodenanordnung 12 und 13 auf, die in einem gewissen Abstand voneinander in einer solchen Lage angebracht sind, daß die Anode als Quelle für die Röntgenstrahlen 12' infolge ihres Beschüsses mit den von der Kathode ausgehenden Elektronen 13' wirkt. Die Anode und die Kathode werden von einem üblicherweise aus Glas bestehenden abgedichteten und evakuierten Behälter 14 gehaltert und umschlossen. Die Anode enthält einen rotierenden Anodenteller 15

SOS 597/455

mit einer ringförmigen Brennfleckbahn 15', die in einer solchen Lage angebracht ist, daß sie die von der Kathode ausgesandten Elektronen aufnimmt.

Röntgenröhren erzeugen die Röntgenstrahlen auf Grund des Beschüsses der Anode durch Elektronen mit sehr hoher Geschwindigkeit. Eine derartige Beaufschlagung der Anode mit Elektronen hoher Geschwindigkeit erzeugt große Wärmemengen, die im Röhrenkolben verteilt und nach außen abgeführt werden. Im Interesse eines besseren Wirkungsgrades ist es üblich, die Röntgenröhre so zu betreiben, daß die Anode am Brennfleck eine Temperatur aufweist, die nur wenig unter der Erweichungstemperatur des Materials der Anode liegt.

Wie dargestellt, besitzt der Kolben 14 an seinem einen Ende ein röhrenförmiges, vorzugsweise zylindrisches Teil 16, das so bemessen ist, daß es bis nahe an den Anodenaufbau 12 heranreicht. Der Kolben enthält ferner ein mittleres Teil 17, das ebenfalls vorzugsweise zylindrisch und mit dem röhrenförmigen Teil 16 an einem Ende verbunden ist. Dieses mittlere Teil hat einen wesentlich größeren Durchmesser als das Teil 16 und ist koaxial zu diesem angeordnet. Der Koll>en enthält schließlich ein röhrenförmiges, im allgemeinen zylindrisches Teil 18, das so bemessen ist, daß es den Kathodenaufbau 13 relativ eng umschließt, und das mit dem mittleren Teil 17 an dem Ende verbunden ist, welches dem Teil 16 abgewandt ist. Die Längsachse des Teiles 18 ist exzentrisch gegenüber der gemeinsamen Mittelachse der Teile 16 und 17, und zwar ist sie so weit versetzt, daß der Kathodenaufbau auf die Brennfleckbahn 15' auf der einen Seite des Bauteiles 15 ausgerichtet ist.

Der Anodenaufbau 12 ist auf einem drehbaren Halterungsteil 19 befestigt. Dieses Teil ist im Inneren des Kolbenteiles 16 angeordnet und an einem Ende auf eine Einstülpung 16' dieses Kolbenteiles abgestützt. Das Teil 19 erstreckt sich an seinem anderen Ende etwa bis zur Verbindungslinie der Kolbenteile 16 und 17. Der Anodenteller 15 ist auf dieses Teil 19 befestigt und wird dadurch in seiner Lage im mittleren Kolbenteil 17 gehalten.

Der Halter 19 besitzt einen zentralen Achsenstift20 aus Metall, beispielsweise Stahl, der vakuumdicht auf eine vorzugsweise tassenförmige metallische Halteanordnung 21 aufgeschweißt ist, durch die dieser Stift mit der Einstülpung 16' dieses Kolbenteiles fest verbunden ist und in koaxialer Lage zu den Achsen der Kolbenabschnitte 16 und 17 gehalten wird. Die Haltevorrichtung 21 kann aus einem üblichen metallischen Hohlzylinderstück 21' bestehen, das durch eine Glas-Metall-Verschmelzung bei 22 mit dem inneren Ende des eingestülpten Teiles 16' verbunden ist. Das entgegengesetzte Ende von 21' ist beispielsweise durch Löten mit der äußeren Begrenzung der Haltescheibe 23 dicht verbunden. Die Scheibe 23 ist mit einer zentralen öffnung versehen, durch welche sich der Stift 20 erstreckt. Der Stift und die Scheibe sind durch Verschmelzen miteinander verbunden, beispielsweise dadurch, daß die beiden längs der zentralen öffnung der Scheibe miteinander hart verlötet sind. Der Stift 20 hat eine Verlängerung 20', die sich in das eingestülpte Teil 16' erstreckt und aus dem Kolben herausragt, während sich der Stift 20 im Inneren des Kolbenteiles 16 befindet.

Der Stift 20 im Inneren des Kolbenabschnittes 16 dient als Halterung für ein geeignetes Lager, welches den Anodenteller 15 drehbar trägt. Die Lagerung besteht dabei vorzugsweise aus den Kugellagern 24 und 25. die in einem gewissen Abstand voneinander auf dem Stift 20 befestigt sind. Die Haltevorrichtung 19 dient dazu, den Anodenaufbau 12 auf den Kugellagern 24 und 25 zu befestigen. Zu diesem Zweck enthält die Haltevorrichtung 19 ein röhrenförmiges Teil 26, das unmittelbar auf den Lagern 24 und 25 sitzt und damit drehbar gegenüber dem Stift 20 ist. Dieses röhrenförmige Halteteil 26 trägt eine ebenfalls röhrenförmige Fassung 27, beispielsweise aus Kupfer. Von dieser wird das Halteteil 26 ganz eng umfaßt und

ίο völlig umgeben. Beide sind beispielsweise durch Niete 28 oder andere geeignete Befestigungsmittel fest miteinander verbunden.

Die Fassung 27 enthält Teile, die sich über die beiden entgegengesetzten Enden des Teiles 26 hinaus erstrecken, von denen die Verlängerung 29 die Haltevorrichtung 21 sowie ihre Glas-Metall-Verschmelzung mit dem eingestülpten Teil 16' an dem einen Ende der Haltevorrichtung 26 umgibt. Das andere Ende der Fassung 27 kann mit einer Abschlußkappe 30 verbunden sein, die einen Achsenstumpf 31 besitzt, dessen Ende sich durch eine zentrale Öffnung im Anodenteller 15 erstreckt.

Der Anodenteller 15 kann eine beliebige geeignete Form aufweisen und aus einem bevorzugten Anodenmaterial bestehen. Das Teil 15 besteht im Ausführungsbeispiel aus einer nach rückwärts gezogenen gewölbten Wolfram-Scheibe, die mit einer öffnung versehen ist, um mit enger Passung das Ende des Achsenstumpfes 31 aufzunehmen, welches auf die Stirnfläche der Scheibe aufgenietet oder aufgeklopft ist, um diese fest mit dem Stumpf zu verbinden.

Da es erwünscht ist, die Röntgenröhre so zu betreiben, daß Temperaturen in der Größenordnung von 1300° C auf der Oberfläche der Anode entstehen, muß die Anode mit hoher Geschwindigkeit gedreht werden, um die Gefahr zu verringern, daß die Oberfläche am Brennfleck bis zur Zerstörung überhitzt wird. Die so erzeugte Wärme wird natürlich von dort aus dem Kolben 14 heraus nach außen verteilt. Ein Teil der Hitze dringt in die drehbare Anoden-Haltevorrichtung 19 ein, welche die Kugellager 24 und 25 enthält, die infolgedessen bei Temperaturen arbeiten müssen, welche zwischen 450° C und den normalen atmosphärischen Temperaturen schwanken. Solche Temperatur-Schwankungen haben natürlich eine Ausdehnung und eine Zusammenziehung aller Teile zur Folge, die in dem Lager ausgeglichen werden müssen.

Dementsprechend besteht das Lager 24 aus einer Anzahl von Kugeln 32, welche die rollenden Teile bilden und in ringförmiger Anordnung innerhalb eines äußeren Kugellager-Laufringes 33 angeordnet sind. Dieser ist, um eine axiale selbsttätige Justierbewegung zu ermöglichen, leicht in einen Sitz 34 eingepaßt, der an dem einen Ende der Haltevorrichtung 26 von deren Innenwand gebildet wird. Das Lager 24 enthält ferner ein Paar symmetrischer Teile 35, welche den inneren Kugellager-Laufring bilden und die zur Befestigung auf den Stift 20 aufgeklemmt sind. In Abänderung dessen kann das Lager 24 auch einen inneren Kugellager-Laufring besitzen, der aus einem Stück besteht. Das Kugellager 24 ist so bemessen, daß es ein Spiel in der Größenordnung von 0,075 mm in radialer Richtung und entsprechend ein Spiel in axialer Richtung in der Größenordnung von 0,25 mm zuläßt. Der äußere Kugellager-Laufring 33 ist, wie bereits erwähnt, frei beweglich, so daß er sich selbst in axialer Richtung in dem Sitz 34 einstellen kann, um dadurch die Ausdehnung der Lagerteile bei Erhitzung und Abkühlung innerhalb des Arbeitstemperaturbereiches der Anlage auszugleichen.

Die vorliegende Erfindung sieht eine Anordnung vor, mit der das Teil 26 gegen eine axiale Bewegung in bezug auf den Stift 20 gerichtet ist, die als Folge des die Ausdehnung ausgleichenden Spiels in dem Lager 24 auftreten kann. Zu diesem Zweck besteht die Lagerung 25 aus einem Paar dicht nebeneinander angeordneter Lager 36 und 36', deren äußere Laufringe jeweils nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Laufschultern aufweisen. Beide enthalten eine Anzahl von Kugeln 37, 37', welche die rollenden Teile bilden und in ringförmiger Anordnung innerhalb der äußeren Kugellager-Laufringe 38 und 38' angeordnet sind. Die Lager enthalten auch innere Kugellager-Laufringe 39, 39', die eng auf den Stift 20 aufgepaßt sind. Die äußeren Kugellager-Laufringe 38 und 38' sind unmittelbar aneinandergrenzend in einem Sitz 40 befestigt, der aus dem Inneren des Teiles 26 gebildet wird, und zwar an seinem dem Sitz 34 abgewandten Ende. Der erwähnte Sitz wird auf der einen Seite von einem Ringflansch 41 begrenzt, durch den der äußere Kugellager-Laufring 38' des Lagers 36' gegen eine axiale Relativbewegung gegenüber dem Teil 26 in Richtung auf das Lager 24 hin gesichert wird. Das Teil 26 kann an dem Ende des Sitzes 40, welches dem Flansch 41 abgewandt ist, mit einer Anordnung versehen sein, welche den Kugellager-Laufring 38 des Lagers 36 in dem Sitz 40, und zwar in unmittelbarer Berührung mit dem Kugellager-Laufring 38' des Lagers 36' festhält. Diese Anordnung besteht vorzugsweise, wie eingezeichnet, aus einer ringförmigen Abschlußrippe oder einem Flansch 42 des Teiles 26; sie kann gegen das Ende des Kugellager-Laufringes 38, wie bei 42' dargestellt, in bestimmten Abständen auf der Rippe 42 festgehämmert werden. Wenn notwendig, können Beilagescheiben 43 zwischen die nebeneinanderliegenden Kugellager-Laufringe 38 und 38' geschoben werden. Entsprechende Beilagen 43' können auch zwischen die nebeneinanderliegenden inneren Kugellager-Laufringe 39 und 39' auf den Stift 20 geschoben werden.

Die inneren Kugellager-Laufringe 35, 39 und 39' können auf den Stift 20 dadurch fest aufgeklemmt werden, daß der Stift an dem Ende, welches in der Nähe der Abdichtvorrichtung 21 liegt, mit einer Schulter 44 ausgerüstet ist, deren Stirnseite nach dem Ende des Stiftes gerichtet ist, welches der Abdichtung abgewandt ist. Die Lager 36 und 36' können auf dem Stift 20 in einer solchen Lage angebracht sein, daß der Kugellager-Lauf ring 39 an der Schulter 44 und der Kugellager-Laufring 39' an dem Laufring 39 so sitzt. Um den erwünschten Zwischenraum zwischen dem Lager 24 und den Lagern 25 aufrechtzuerhalten, ist ein Abstandsrohr45 auf den Stift20 aufgeschoben, so daß es mit dem einen Ende an dem Laufring 39' anliegt. Das entgegengesetzte Ende dieses Abstandsrohres bildet eine Schulter als Halt für den inneren Kugellager-Laufring des Lagers 24, der beispielsweise mittels einer Kiemmutter 46 gehalten wird, die auf das Ende des Stiftes 20, das der Schulter 44 abgewandt ist, aufgedreht ist. Die Mutter 46 dient auch dazu, die inneren Kugellager-Lauf ringe 35, 39 und 39' und das Abstandsrohr 45 in einer genau fixierten Stellung auf dem Stift 20 zwischen der Schulter 44 und der Kiemmutter 46 festzuklemmen.

Die einander berührenden Lager 36 und 36' sind dadurch charakterisiert, daß ihre äußeren Kugellager-Lauf ringe 38 und 38' mit Schultern 47 und 47' versehen sind, welche Laufrillen bilden, die bei diesen Laufringen nur in einer axialen Richtung eine Stirnfläche aufweisen. Wenn die Kugeln 37, 37' an diesen Schultern 47 und 47' anliegen, wird eine axiale Bewegung der Kugeln und damit der inneren Laufringe in einer Richtung gegenüber den äußeren Laufringen 38 und 38' verhindert. Da die äußeren Lauf ringe 38 und 38' in den Sitz 40 eingebracht sind, so daß die Schultern 47 und 47' in entgegengesetzte Richtung gerichtet sind, und da der Abstand der inneren Laufringe 39 und 39' einjustiert ist, ist durch die Lager 36 und 36' eine axiale Relativbewegung des Teiles 26 in jeder Richtung gegenüber dem Stift 20 verhindert.

Die vorbeschriebene Anordnung, die infolge des für das Lager 24 vorgesehenen Spiels den in axialer Richtung einstellbaren Kugellager-Laufring 33 enthält, gleicht alle Ausdehnungserscheinungen in der rotierenden Anodenhalterung 12 innerhalb des Arbeitstemperaturbereiches, dem die Anordnung beim Betrieb unterworfen ist, aus. Gleichzeitig wird durch die Verwendung von zwei dicht nebeneinander angeordneten Kugellagern, deren äußere Lauf ringe jeweils nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Laufschultern aufweisen, eine axiale Bewegung des Lagers gegenüber dem Stift, auf den es montiert ist, verhindert. Dabei wird die Erzeugung von periodischen Geräuschen während des Betriebes der Anordnung vermieden, ohne daß jedoch der Ausgleichsvorgang für die Ausdehnung in dem Lager 24 gestört wird und ohne daß die Arbeitsweise des Kugellagers 25 beeinträchtigt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH:

   Röntgenröhre mit einer Elektrode, die innerhalb des Röhrenkolbens auf einer Hülse sitzt, die mittels zweier Kugellageranordnungen drehbar auf einer mit dem Kolben fest verbundenen Achse gelagert ist, wobei der äußere Laufring des der Elektrode zugekehrten Kugellagers in seinem Sitz in der Hülse verschieblich ist, um damit eine selbsttätige Einstellung dieses Lagers zu erreichen, und eine zweite Kugellageranordnung an einer im Betrieb kühleren Stelle der Achse mit ihren Elementen sowohl auf der Achse als auch auf der Hülse gegen jede axiale Bewegung fest eingespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kugellageranordnung aus zwei dicht nebeneinander angeordneten Kugellagern besteht, deren äußere Lauf ringe jeweils nach entgegengesetzten Seiten gerichtete Laufschultern aufweisen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 705 950, 708 479.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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