DE19648051A1 - Vakuumgehäuse für eine Elektronenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse für eine eine Anode und eine Kathode aufweisende Elektronenröhre, welches Vakuum­ gehäuse einen einen zur Aufnahme der Anode vorgesehenen Raum begrenzenden Bereich aufweist, der über einen schachtförmigen Gehäuseabschnitt mit einer zur Aufnahme der Kathode vorge­ sehenen Kammer verbunden ist, wobei die Kammer und der zur Aufnahme der Anode vorgesehene Raum durch eine Schweißung miteinander verbunden sind.

Bei Röntgenröhren mit einem derartigen Vakuumgehäuse möglich ist es, Mittel zur Ablenkung des im Betrieb der Röntgenröhre durch den schachtförmigen Gehäuseabschnitt verlaufenden Elek­ tronenstrahls im Bereich des schachtförmigen Gehäuseabschnit­ tes und somit dicht bei dem abzulenkenden Elektronenstrahl anzuordnen.

Die Möglichkeit der Ablenkung des Elektronenstrahles und da­ mit des Brennfleckes ist insbesondere im Zusammenhang mit der Computertomographie von Bedeutung, da hier durch die an sich bekannte Maßnahme, den Brennfleck zwischen zwei Endpositionen zu verlagern, über die so erreichte Verdoppelung der zur Berechnung des Bildes einer Körperschicht zur Verfügung stehenden Daten eine Verbesserung der Bildqualität erzielbar ist.

Wenn das Vakuumgehäuse im Betrieb der Röntgenröhre auf einem positiveren Potential als die Kathode, z. B. Erdpotential, liegt, wird bei Röntgenröhren mit einem Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art ein großer Teil der von der Anode zu­ rückgestreuten Elektronen (Sekundärelektronenbeschuß) von dem schachtförmigen Gehäuseabschnitt und an den diesen an­ schließenden Bereichen des Vakuumgehäuses eingefangen. Ab­ gesehen von seiner eigentlichen Aufgabe erfüllt das Vakuum­ gehäuse insbesondere im Bereich des schachtförmigen Gehäuse­ abschnittes also die Funktion einer zur Verminderung der extrafokalen Strahlung dienenden Blende.

Eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse der eingangs ge­ nannten Art ist in der EP 0 460 421 A1 beschrieben. Bei die­ sem Vakuumgehäuse ist das schachtförmige Gehäuseteil durch eine Schweißung mit einer annähernd ebenen Wand des den zur Aufnahme der Anode vorgesehenen Raum begrenzenden Bereichs des Vakuumgehäuses verschweißt. In der Praxis hat diese Schweißung, die bisher als WIG-Schweißung ausgeführt wurde, der thermomechanischen Beanspruchung, der sie infolge des wie erwähnt auftretenden Sekundärelektronenbeschusses ausgesetzt war, nicht immer standgehalten. Es traten deshalb häufig Totalausfälle von Röntgenröhren infolge mangelnder Vakuum­ dichtigkeit des Vakuumgehäuses auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr von Undichtigkeiten im Bereich der die Kammer und den zur Auf­ nahme der Anode vorgesehene Raum verbindenden Schweißung ver­ mindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Vaku­ umgehäuse für eine eine Anode und eine Kathode aufweisende Elektronenröhre, welches Vakuumgehäuse einen einen zur Auf­ nahme der Anode vorgesehenen Raum begrenzenden Bereich auf­ weist, der über einen aus einem schweißbaren Material gebil­ deten schachtförmigen Gehäuseabschnitt mit einer zur Aufnahme der Kathode vorgesehenen Kammer verbunden ist, wobei ein Teil des schachtförmigen Gehäuseabschnittes an die Kammer und ein Teil des schachtförmigen Gehäuseabschnittes an den den zur Aufnahme der Anode vorgesehenen Raum umschließenden Bereich des Vakuumgehäuse angeformt ist und zur Verbindung der Kammer und des zur Aufnahme der Anode vorgesehenen Raumes eine die beiden Teile des schachtförmigen Gehäuseabschnittes vakuumdicht miteinander verbindende Laserschweißung vorge­ sehen ist.

Im Falle des erfindungsgemäßen Vakuumgehäuses befindet sich also die Schweißstelle im Bereich des in zwei Teile unter­ teilten schachtartigen Gehäuseabschnittes. Diese Maßnahme in Verbindung mit dem Umstand, daß die Schweißung als Laser­ schweißung ausgeführt ist, führt zu günstigeren Beanspru­ chungsverhältnissen, mit der Folge, daß praktisch keine Un­ dichtigkeiten des Vakuumgehäuses im Bereich der Schweißstelle auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß das Material des schachtartigen Gehäuseab­ schnittes durchgeschweißt ist. Im Gegensatz zu dem bekannten Vakuumgehäuse, bei dem ein Durchschweißen infolge der Anord­ nung der Schweißnaht an der Übergangsstelle zwischen dem schachtartigen Gehäuseabschnitt und der Wand des den zur Auf­ nahme der Anode vorgesehenen Raum begrenzenden Bereich des Vakuumgehäuses praktisch nicht möglich war, ergeben sich da­ durch wesentlich günstigere Beanspruchungsverhältnisse. Wäh­ rend nämlich im Falle einer nicht durchgeschweißten Schweiß­ verbindung eine mehr oder weniger tiefe Kerbe verbleibt, die sozusagen wie eine Sollbruchstelle wirkt und gleichzeitig eine Behinderung des Temperaturausgleichs zwischen der die Kathode aufnehmenden Kammer des Vakuumgehäuses und dem die Anode umschließenden Bereich des Vakuumgehäuses darstellt, ist im Falle einer im Bereich des schachtartigen Gehäuseab­ schnittes befindlichen durchgeschweißten Laserschweißung ein stoffschlüssig bündiger Übergang ohne gefährliche Sollbruch­ stellen zwischen den beiden Teilen des schachtartigen Gehäu­ sebauteils gegeben, der zugleich den Temperaturausgleich zwi­ schen der die Kathode aufnehmenden Kammer und dem die Anode aufnehmenden Bereich des Vakuumgehäuses begünstigt.

Ein Ausführungsbeispiele der Erfindung ist in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Röntgenröhre mit einem erfindungsgemäßen Vakuum­ gehäuse im Längsschnitt, und

Fig. 2 in teilweiser Darstellung einen Schnitt gemäß der Li­ nie II-II in Fig. 1.

Die Röntgenröhre gemäß Fig. 1 weist eine feststehende Kathode 1 und eine insgesamt mit 2 bezeichnete Drehanode auf, die in einem vakuumdichten, evakuierten Vakuumgehäuse 3 angeordnet sind, das seinerseits in einem mit einem elektrisch isolie­ renden, flüssigen Kühlmedium, z. B. Isolieröl, gefüllten Schutzgehäuse 4 aufgenommen ist. Die Drehanode 2 ist mittels zweier Wälzlager 6, 7 und einer Lagerhülse 8 auf einer fest­ stehenden Achse 5 in dem Vakuumgehäuse 3 drehbar gelagert.

Die zu der Mittelachse M der Achse 5 rotationssymmetrisch ausgebildete Drehanode 2 weist eine beispielsweise mit einer Schicht einer Wolfram-Rhenium-Legierung versehene Auftreff­ fläche 9 auf, auf die ein von der Kathode 1 ausgehender Elek­ tronenstrahl 10 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung auftrifft. (In der Fig. 1 ist nur die Mittelachse des Elektronenstrahls 10 strichliert dargestellt). Das entsprechende Nutzstrahlenbündel, von dem in Fig. 1 nur der Zentralstrahl Z dargestellt ist, tritt durch in dem Vakuumgehäuse 3 und dem Schutzgehäuse 4 vorgesehene, miteinander fluchtend ange­ ordnete Strahlenaustrittsfenster 11 und 12 aus.

Zum Antrieb der Drehanode 2 ist ein insgesamt mit 13 bezeich­ neter, als Kurzschlußläufermotor ausgebildeter Elektromotor vorgesehen, der einen auf das Vakuumgehäuse 3 aufgesetzten Stator 15 und einen innerhalb des Vakuumgehäuses 3 befindli­ chen, drehfest mit der Drehanode 2 verbundenen Rotor 16 auf­ weist.

Das Erdpotential 17 führende, abgesehen von einem die Kathode 1 tragenden Isolator 20 und zwei die Achse 5 aufnehmenden Isolatoren 22 und 24 aus metallischem Werkstoff gebildete Vakuumgehäuse 3 weist einen einen zur Aufnahme der Drehanode 2 vorgesehenen Raum 25 umschließenden Bereich auf, mit dem eine zur Aufnahme der Kathode 1 vorgesehene Kammer 18 über einen schachtförmigen Gehäuseabschnitt 19 verbunden ist. Die Kathode 1 ist in der Kammer 18 mittels des Isolators 20 angebracht. Die Kathode 1 befindet sich also in einer beson­ deren Kammer des Vakuumgehäuses 3, die mit diesem über den schachtförmigen Gehäuseabschnitt 19 verbunden ist.

Die positive Hochspannung +U für die Drehanode 2 liegt an der Achse 5 an, die vakuumdicht in dem Isolator 22 aufgenommen ist. Der Röhrenstrom fließt also über die Wälzlager 6 und 7.

Wie aus der schematischen Darstellung der Fig. 1 ersichtlich ist, liegt an dem einen Anschluß der Kathode 1 die negative Hochspannung -U an. Zwischen den beiden Anschlüssen der Ka­ thode 1 liegt die Heizspannung U_H. Die zu der Kathode 1, der Achse 5, dem Vakuumgehäuse 3 und dem Stator 15 führenden Lei­ tungen stehen mit einer außerhalb des Schutzgehäuses 4 be­ findlichen, nicht dargestellten Spannungsversorgung an sich bekannter Art in Verbindung, die die zum Betrieb der Röntgen­ röhre erforderlichen Spannungen liefert. Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß die Röntgenröhre gemäß Fig. 1 zweipolig ausgeführt ist.

Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß der von der Kathode 1 ausgehende Elektronenstrahl 10 auf seinem Weg zur Drehanode 2 durch den schachtförmige Gehäuseabschnitt 19 verläuft. Der schachtförmige Gehäuseabschnitt 19 begrenzt also eine Blen­ denöffnung 27. Deren Abmessungen sind derart gewählt, daß sie die für einen ungehinderten Durchtritt des Elektronenstrahles 10 erforderlichen Abmessungen nicht wesentlich überschreitet.

Die Kammer 18, der schachtförmige Gehäuseabschnitt 19 und die in Fig. 1 obere Wand des Vakuumgehäuses 3 - zumindest diese Teile, vorzugsweise jedoch alle Teile des Vakuumgehäuses 3 sind aus unmagnetischen Materialien, z. B. Edelstahl, gebildet - begrenzen somit einen außerhalb des Vakuumgehäuses 3 be­ findlichen, radial nach außen offenen Ringraum, in dem eine in Fig. 1 schematisch angedeuteter Elektromagnet 31 angeord­ net ist, der dazu dient, ein magnetisches Ablenkfeld für den Elektronenstrahl 10 zu erzeugen, das diesen senkrecht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 ablenkt.

Die Wicklung 32 des ein U-förmiges Joch aufweisenden Elek­ tromagneten 31 steht mit ihren schematisch angedeuteten An­ schlüssen mit einer nicht dargestellten Stromquelle in Ver­ bindung, die im Betrieb der Röntgenröhre einen Strom durch die Wicklung 32 fließen läßt, dessen Stromstärke und zeitli­ cher so gewählt sind, daß das gewünschte Ablenkverhalten des Elektronenstrahles 10 resultiert.

Wie aus den Figuren ersichtlich ist, ist der schachtartige Gehäuseabschnitt 19 nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern zu einem Teil 19a an die Kammer 18 und zu einem Teil 19b an den den zur Aufnahme der Anode vorgesehenen Raum 25 begrenzenden Bereich des Vakuumgehäuses 3 angeformt.

Zur Verbindung der Kammer 18 und des an dieser angeformten Teils 19a des schachtförmigen Gehäuseabschnittes 19 mit dem übrigen, den die Drehanode 2 aufnehmenden Raum 25 umgebenden Vakuumgehäuse 3 und dem an dieses angeformten Teil 19b des schachtförmigen Gehäuseabschnittes 19 erfolgt ist eine Laser­ schweißung 34 vorgesehen. Wie insbesondere aus der Fig. 2 er­ sichtlich ist, ist das Material des schachtförmigen Gehäuse­ abschnittes 19 durch die Laserschweißung 34 durchgeschweißt. Dies bedeutet, daß im Bereich der Laserschweißung 34 die bei­ den Teile 19a und 19b des schachtförmigen Gehäuseabschnittes 19 über dessen gesamten Querschnitt stoffschlüssig miteinan­ der verbunden sind, ohne daß ein Spalt verbleibt.

Sowohl durch die Art der Ausführung als auch durch die Pla­ zierung der Schweißverbindung ist die Gefahr, daß im Bereich der Schweißverbindung Undichtigkeiten des Vakuumgehäuses auf­ treten, verringert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Röntgenröhre handelt es sich um eine sogenannte zweipolige Röntgenröhre. Die erfindungsge­ mäße Röntgenröhre kann aber auch als sogenannte einpolige Röntgenröhre ausgeführt sein. Dann führen das Vakuumgehäuse 3 und die Drehanode 2 das gleiche Potential, nämlich Erdpoten­ tial 17, während an der Kathode 1 die negative Hochspannung - U liegt. Um zu erreichen, daß die Drehanode 2 und das Vakuum­ gehäuse 3 beide auf Erdpotential 17 liegen, kann z. B. an­ stelle des Isolators 22 und/oder des Isolators 24 ein aus ei­ nem elektrisch leitenden Werkstoff gebildetes Lagerschild vorgesehen sein, so daß eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Drehanode 2 und dem Vakuumgehäuse 3 besteht. Al­ ternativ oder zusätzlich kann die Achse 5 mit Erdpotential 17 verbunden sein.

Obwohl die Erfindung ausschließlich anhand einer Röntgenröhre mit Drehanode erläutert wurde, kann sie auch bei Röntgenröh­ ren mit fester Anode Verwendung finden.

Die Erläuterung der Erfindung an Hand einer Röntgenröhre hat nur beispielhaften Charakter, da die Erfindung bei beliebigen Elektronenröhren zur Anwendung kommen kann.

Claims (2)

1. Vakuumgehäuse (3) für eine eine Anode (2) und eine Kathode (1) aufweisende Elektronenröhre, welches Vakuumgehäuse (3) einen einen zur Aufnahme der Anode (2) vorgesehenen Raum (25) begrenzenden Bereich aufweist, der über einen aus einem schweißbaren Material gebildeten schachtförmigen Gehäuseab­ schnitt (19) mit einer zur Aufnahme der Kathode vorgesehenen Kammer (19) verbunden ist, wobei ein Teil (19a) des schacht­ förmigen Gehäuseabschnittes (19) an die Kammer (19) und ein Teil (19b) des schachtförmigen Gehäuseabschnittes (19) an den den zur Aufnahme der Anode (2) vorgesehenen Raum (25) um­ schließenden Bereich des Vakuumgehäuse angeformt ist und zur Verbindung der Kammer (19) und des die Anode (2) aufnehmenden Raumes (25) eine die beiden Teile (19a, 19b) des schachtför­ migen Gehäuseabschnittes (19) vakuumdicht miteinander verbin­ dende Laserschweißung (34) vorgesehen ist.

2. Vakuumgehäuse nach Anspruch 1, bei dem das Material des schachtförmigen Gehäuseabschnittes (19) durchgeschweißt ist.