DE19635230C2 - Röntgenröhre mit einem Anodenkörper - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer Drehanodenanord­ nung, die einen Anodenkörper mit einem eine Auftrefffläche tragenden Graphitkörper und eine Lagerung für den Anodenkör­ per aufweist.

Eine Röntgenröhre mit einem derartigen Anodenkörper ist bei­ spielsweise in der US 4 367 556 beschrieben. Derartige An­ odenkörper bieten eine Reihe von Vorteilen, beispielsweise hohe Wärmespeicherfähigkeit bei geringer Masse und hoher Wär­ meabstrahlfähigkeit. Die an sich gewünschte hohe Wärmeab­ strahlfähigkeit stellt zugleich aber auch ein Problem dar, da durch die von dem im Betrieb sehr heißen Anodenkörper abge­ strahlte Wärme empfindliche Teile der Röntgenröhre, bei­ spielsweise die Lagerung der Drehanodenanordnung, in uner­ wünschter Weise erwärmt werden, so daß die Gefahr besteht, daß diese Teile vorzeitig ausfallen. Bei der bekannten Rönt­ genröhre sind daher Maßnahmen getroffen, durch die zumindest die durch Wärmeleitung bedingte Erwärmung der Lagerung ver­ mindert werden soll.

Um bezüglich der Erwärmung der Lagerung durch Wärmestrahlung Abhilfe zu schaffen, ist im Falle einer aus der US 3 753 021 bekannten Röntgenröhre ein Abschirmblech vorgesehen, das zwi­ schen den Anodenkörper und die vor unerwünschter Erwärmung zu schützenden Teile, im Falle der US 3 753 021 die Lagerung der Drehanodenanordnung, gesetzt ist. In diesem Zusammenhang ent­ stehen Kosten für das Abschirmblech und für den Montageauf­ wand.

Aus der DE 41 32 118 C1 ist ein Anodenkörper für eine Dreh­ anodenanordnung bekannt, dessen Graphitkörper an seiner ge­ samten Oberfläche mit einer Lotschicht, z. B. Zirkon, versehen ist, um die Ablösung von Graphitpartikeln zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszubilden, daß auf kostengün­ stige und technisch einfache Weise unerwünschte Erwärmungen der dem Anodenkörper benachbarten Bauteile zumindest vermin­ dert sind.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Rönt­ genröhre mit einer Drehanodenanordnung, die einen Anodenkör­ per mit einem eine Auftrefffläche tragenden Graphitkörper und eine Lagerung für den Anodenkörper aufweist, wobei der Gra­ phitkörper auf einem Teil seiner Oberfläche einen Bereich mit einem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten auf­ weist, der derart angeordnet ist, daß er der Lagerung gegen­ überliegt.

Der Anodenkörper weist also einen Bereich auf, in dem ent­ sprechend dem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten eine gegenüber der restlichen Oberfläche des Graphitkörpers verminderte Wärmeabstrahlung erfolgt. Durch die der Lagerung der Drehanodenanordnung gegenüberliegende Plazierung dieses Bereiches auf der Oberfläche des Graphitkörpers wird somit, die Lagerung vor unerwünschter Erwärmung geschützt.

Der Bereich mit dem verminderten thermischen Emissionskoeffi­ zienten wird gemäß einer Variante der Erfindung dadurch rea­ lisiert, daß der Graphitkörper in diesem Bereich mit einer Beschichtung versehen ist. Die Beschichtung ist vorzugsweise aus Zirkon oder einem im wesentlichen Zirkon enthaltenden Ma­ terial gebildet und gemäß einer besonders bevorzugten Vari­ ante der Erfindung als Lotschicht ausgebildet. Um in diesem Falle zu verhindern, daß versehentlich Bereiche der Oberflä­ che des Graphitkörpers mit der Lotschicht versehen werden, deren Beschichtung nicht beabsichtigt ist, ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, daß der Bereich mit dem verminderten thermischen Emissionskoeffizien­ ten von einer Lotbarriere umgeben ist. Unter einer Lotbar­ riere sollen hier Mittel verstanden werden, die geeignet sind, bei der Aufbringung der Lotschicht eine unerwünschte Ausbreitung des flüssigen Lotes zu unterbinden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Lotbarriere durch eine Nut gebildet.

Wenn der Graphitkörper des Anodenkörpers durch eine Lötung mit einem anderen Bauteil verbunden ist, sieht eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, daß die Lötung derart mit Lotüberschuß ausgeführt ist, daß das überschüssige Lot den Bereich mit dem verminderten thermischen Emissions­ koeffizienten bedeckt. Während der Lötung, durch die der Gra­ phitkörper mit dem anderen Bauteil, beispielsweise einer La­ gerwelle oder einem die Auftrefffläche tragenden, vorzugs­ weise metallischen Target, verbunden wird, tritt also das überschüssige Lot aus der Lötfuge aus und breitet sich in dem Bereich aus. Die zur Bildung eines Bereiches mit einem ver­ minderten thermischen Emissionskoeffizienten dienende Lot­ schicht wird also, wenn man für die Kosten für das zusätzlich benötigte Lot absieht, kostenlos und ohne jeglichen Montage­ aufwand erzielt.

Vorzugsweise umgibt der Bereich mit dem verminderten thermi­ schen Emissionskoeffizienten die Mittelachse der Drehanoden­ anordnung ringförmig.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre, und

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre.

In der Fig. 1 ist eine Röntgenröhre dargestellt, die eine insgesamt mit 1 bezeichnete erfindungsgemäße Drehanodenanord­ nung aufweist, die in einem Vakuumkolben 2 untergebracht ist. Der Vakuumkolben 2 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathodenanordnung, in deren Kathodenbecher 4 eine Glühwendel 3 aufgenommen ist.

Die Drehanodenanordnung 1 weist einen Anodenteller 5 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 6 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanodenanordnung 1 um deren Dreh- und Mittelachse M zu gewährleisten, ist eine zwei Wälzlager 7, 8 enthaltende Lagerung vorgesehen. Die Außen­ ringe der Wälzlager 7, 8 sind in der Bohrung eines Rohrab­ schnittes 9 aufgenommen. Dieser ist mittels eines ringförmi­ gen Keramikteils 10 mit dem Vakuumkolben 2 vakuumdicht ver­ bunden. In die Bohrung des Rohrabschnittes ist ein Boden 11 vakuumdicht eingesetzt. Das von dem Anodenteller 5 entfernte Wälzlager 7 fungiert als Festlager, kann also Kräfte sowohl in axialer Richtung, d. h. in Richtung der Mittelachse M der Lagerungswelle 6, als auch radiale Kräfte, d. h. Kräfte quer zur Mittelachse M der Lagerungswelle 6, aufnehmen. Das andere Wälzlager 8 fungiert als Loslager, nimmt also nur radiale Kräfte auf.

Um die Drehanodenanordnung 1 in Rotation versetzen zu können, ist ein Elektromotor vorgesehen, dessen Rotor 12 durch ein aus einem elektrisch leitenden Werkstoff gebildetes, mit der Lagerwelle 6 fest verbundenes topfförmiges Bauteil gebildet ist, das das dem Anodenteller 5 zugewandte Ende des Rohrab­ schnittes 9 übergreift. Der schematisch angedeutete Stator 13 ist im Bereich des Rotors 12 auf die Außenwand des Vakuumkol­ bens 2 aufgesetzt und bildet mit dem Rotor 12 einen elektri­ schen Kurzschlußläufermotor, der bei Versorgung mit dem ent­ sprechenden Strom die Drehanodenanordnung 1 rotieren läßt.

Werden in üblicher, nicht dargestellter Weise die Versor­ gungsspannung für den Antrieb der Drehanodenanordnung 1, die Heizspannung für die Glühwendel 3 der Kathodenanordnung und die Röhrenspannung, die zwischen Kathodenanordnung und Dreh­ anodenanordnung 1 liegt, angelegt, geht von der Glühwendel 3 ein Elektronenstrahl E aus, der im sogenannten Brennfleck oder Fokus auf die Auftrefffläche 15 des rotierenden Anoden­ tellers 5 auftrifft und dort Röntgenstrahlen auslöst, die durch ein Strahlenaustrittsfenster 14 aus der Röntgenröhre austreten. Der Zentralstrahl der aus dem Strahlenaustritts­ fenster 14 austretenden Röntgenstrahlung ist in Fig. 1 mit Z bezeichnet. Infolge der Rotation der Drehanodenanordnung 1 bildet sich auf dem Anodenteller 5 eine sogenannte Brenn­ fleckbahn von ringförmiger Gestalt aus, da ständig eine an­ dere Stelle des Anodentellers 5 mit dem Elektronenstrahl E beaufschlagt wird.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, weist der Anodenteller 5 einen Graphitkörper 16 auf, der die Auftrefffläche 15 trägt, die aus einem mit dem Graphitkörper 16 durch Löten verbunde­ nen scheibenförmigen Target 17 aus einem schwer schmelzenden Material, z. B. TZM (eine Tungsten (Wolfram), Zirkon und Mo­ lybdän enthaltene Legierung) besteht. Im Bereich der Auftrefffläche 15 ist das Target 17 in nicht dargestellter Weise mit einer Beschichtung aus einem röntgenemissiven Material, z. B. mit Rhenium dotiertem Wolfram, versehen.

Die Verbindung des Anodentellers 5 mit der Lagerungswelle 6 ist dadurch hergestellt, daß die Lagerungswelle 6 in eine zentrische Öffnung des scheibenförmigen Körpers 17 eingelötet ist, die mit einer etwas weiteren Öffnung des Graphitkörpers 16 fluchtet.

Die Lötverbindung zwischen dem scheibenförmigen Körper 17 und dem Graphitkörper 16 ist derart unter Lotüberschuß ausge­ führt, daß sich während des Lötvorganges das überschüssige Lot aus der Lötfuge 18 entlang der Wandung der Öffnung des Graphitkörpers 16 ausbreitet und die dem Rotor 12 zugewandte Stirnfläche des Graphitkörpers 16 bedeckt. Dabei ist durch eine ringförmige Nut 19, die zur Aufnahme überschüssigen Lots vorgesehen ist, sichergestellt, daß sich das Lot nicht weiter als gewünscht ausbreitet.

Durch die Anwesenheit der Lotschicht 20 weist der Graphitkör­ per in dem von der Lotschicht 20 bedeckten Bereich einen ge­ genüber seiner übrigen Oberfläche verminderten thermischen Emissionskoeffizienten auf. Hierdurch ist die Gefahr, daß die Wälzlager 7, 8 durch von dem Graphitkörper 16 abgestrahlte Wärme in unzulässiger Weise erwärmt werden, vermindert.

Bei dem Lot, das zur Erzeugung des gewünschten Lotüberschus­ ses vor dem Lötvorgang in dem die Öffnung des Graphitkörpers 16 umgebenden Bereich in vermehrter Menge aufgebracht wird, handelt es sich um ein Lot, das im wesentlichen Zirkon ent­ hält.

Der in Fig. 2 dargestellte Anodenkörper 5' unterscheidet sich von dem der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 dadurch, daß der Gra­ phitkörper 16' nicht mit einem scheibenförmigen Target verse­ hen ist, sondern selbst im Bereich der Brennfleckbahn ledig­ lich mit einer durch größere Strichstärke angedeuteten dünnen Beschichtung 21' aus einem röntgenemissiven Material, z. B. mit Rhenium dotiertem Wolfram, versehen ist, deren Dicke we­ nigstens gleich der im Betrieb der Röntgenröhre mit maximaler Röhrenspannung auftretenden Eindringtiefe der auf die Auf­ trefffläche 15' auftreffenden Elektronen ist.

Demnach ist im Falle des Anodenkörpers 5' gemäß Fig. 2 die Lagerwelle 6' unmittelbar in die zentrische Öffnung des Gra­ phitkörpers 16' eingelötet. Auch hier wird bei der Lötung mit einem Lotüberschuß in der Lötfuge 18' gearbeitet, so daß sich wieder eine durch eine ringförmige Nut 19' begrenzte Lot­ schicht 20' ausbildet, die zu einem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten führt.

Claims (9)

1. Röntgenröhre mit einer Drehanodenanordnung (1), die einen Anodenkörper (5, 5') mit einem eine Auftrefffläche (15, 15') tragenden Graphitkörper (16, 16') und eine Lagerung (7, 8) für den Anodenkörper (5, 5') aufweist, wobei der Graphitkör­ per (16, 16') auf einem Teil seiner Oberfläche einen Bereich mit einem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten aufweist, der derart angeordnet ist, daß er der Lagerung (7, 8) gegenüberliegt.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, bei der der Graphitkörper (16, 16') in dem Bereich mit dem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten mit einer Beschichtung versehen ist.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, bei der die Beschichtung aus Zirkon oder einem im wesentlichen Zirkon enthaltenden Mate­ rial gebildet ist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Beschich­ tung eine Lotschicht (20, 20') ist.

5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, bei der der Bereich mit dem verminderten thermischen Emissionskoeffizienten von einer Lotbarriere umgeben ist.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 5, bei der die Lotbarriere durch eine Nut (19, 19') gebildet ist.

7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei der der Graphitkörper (16, 16') durch eine Lötung mit einem anderen Bauteil verbunden ist, wobei die Lötung derart mit Lotüber­ schuß ausgeführt ist, daß das überschüssige Lot während der Lötung die Lotschicht (20, 20') bildet.

8. Röntgenröhre nach Anspruch 7, bei der der Graphitkörper (16, 16') durch die Lötung mit einer Lagerwelle (6') oder einem die Auftrefffläche tragenden Target (17) verbunden ist.

9. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der der Bereich mit dem verminderten thermischen Emissionskoeffizien­ ten die Mittelachse (M) der Drehanodenanordnung (1) ringför­ mig umgibt.