DE19828956A1 - Direktgekühlte Anoden für Röntgenröhren mit isothermisch angeordneten Kühlflächen - Google Patents

Abstract

Direktgekühlte Anode für Röntgenröhren mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühlmedium, wobei die Anode an ihrer Anodenunterseite (4) derart geformt und/oder derart mit inneren Kühlkanälen (8; 16, 17; 16', 17') versehen ist, daß das Kühlmedium im wesentlichen tangential zu den sich um den Brennfleck ausbildenden Isothermen (13, 14) geleitet wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine direktgekühlte Anode für Röntgenröhren mit einem gasförmigen oder flüssigen Kühl­ medium.

Direktgekühlte Anoden basieren auf dem Prinzip der Konvek­ tionskühlung. Die Anodenunterseite wird dabei gewöhnlich durch Flüssigkeiten, die an der Kühlbodenunterseite entlang strö­ men, gekühlt (vgl. beispielsweise US-Patente 4993055 und 5105456). Um eine Steigerung der Kühlwirkung zu erzielen, kann eine Spritzkühlung vorgesehen sein oder aber - was in einer älteren Anmeldung bereits vorgeschlagen worden ist - man verwendet hierzu eine Verrippung der Anodenunterseite. Bedingt durch eine lokal zu hohe Kühlbodentemperatur ergibt sich aber auch hier eine Leistungsbegrenzung der Röhre, das heißt die Wirksamkeit der zur Kühlung benutzten Oberfläche ist durch lokale, gewöhnlich dem Brennfleck am nächsten lie­ gende, Grenztemperaturüberschreitungen begrenzt. Bei derarti­ gen Grenztemperaturüberschreitungen kommt es zunächst zu er­ sten Verdampfungserscheinungen, dem sogenannten Blasensieden. Bei größeren Übertemperaturen wachsen die Blasen zu einem Film zusammen, wodurch sich infolge der isolierenden Wirkung der Dampfschicht der Wärmeübergang wesentlich verschlechtert. Wird Öl als Kühlmedium verwendet, kommt es bei zu hoher ther­ mischer Belastung zum "Cracken", das heißt einem Aufspalten der Molekülstruktur mit der Folge der Ablagerung von Graphit­ verbindungen, wodurch wiederum der Wärmeübergang erheblich verschlechtert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine direkt­ gekühlte Anode für Röntgenröhren der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß lokale Grenztemperaturüberschreitungen infolge sehr unterschiedlicher Temperaturbelastung der zu kühlenden Anodenunterseite vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Anode an ihrer Anodenunterseite derart geformt und/oder derart mit inneren Kühlkanälen versehen ist, daß das Kühl­ medium im wesentlichen tangential zu den sich um den Brenn­ fleck ausbildenden Isothermen geleitet wird.

Durch diese Ausbildung befinden sich diejenigen Anodenberei­ che, an denen das Kühlmedium entlanggeführt oder durch diese erst hindurchgeführt wird stets auf der gleichen Temperatur, das heißt es bestehen nicht mehr so unterschiedliche Tempera­ turbelastungen mit der daraus resultierenden Gefahr von Grenztemperaturüberschreitungen.

Im einfachsten Fall kann die Anodenunterseite kalottenförmig entsprechend einer Isotherme ausgebildet sein.

Statt dessen ist es aber auch möglich, kalottenförmige flache Hohlräume entsprechend der Form der sich im Inneren der Anode ausbreitenden isothermen um den Brennfleck vorzusehen, wobei das Kühlmittel in und aus diesen Kühlkalotten durch eine Mehrzahl von Stichkanälen tangential zur Anodenvorderseite nach außen geleitet wird. In vielen Fällen genügt eine solche innere Kühlkalotte, es können aber selbstverständlich mehrere in Abständen und mit der sich ändernden Form der Isothermen geformte innere Kühlkalotten vorgesehen sein. Zur Herstellung von direktgekühlten Anoden mit solchen Kühlkalotten ist es zweckmäßig, die Anode aus entsprechend mehreren Teilen aus zu­ bilden, von denen jeweils das eine Teil eine konvexe Ausbuch­ tung und das andere eine etwas größere konkave Einbuchtung aufweist, die beim Zusammenfügen der ansonsten plattenförmi­ gen Teile zwischeneinander eine dünne Kühlkalotte ausbilden.

Die nach außen führenden Stichkanäle können in diesem Fall als eingefräste Nuten des einen und/oder anderen Bauteils ausgebildet sein. Die Bauteile können dabei in beliebiger Weise miteinander verbunden sein, insbesondere auch ver­ schweißt oder verlötet.

Anstelle flächiger Kühlkalotten mit der Form von Isothermen um den Brennfleck können auch Gruppen von Kühlkanälen vorge­ sehen sein. Gemäß einer ersten Ausführungsform sollen dabei auf wenigstens einer Isotherme eine Mehrzahl von in beabstan­ deten, zur Brennflecklängsebene senkrechten Ebenen verlau­ fende, im wesentlichen entsprechend den Schnittlinien der Ebenen mit den Isothermen gebogene Kühlkanäle vorgesehen sein, die durch im wesentlichen zur Anodenvorderseite paral­ lele Stichkanäle nach außen geführt sind. Auch in diesem Fall ist die vorstehend beschriebene zweiteilige Fertigung zweck­ mäßig, wobei jeweils in eine der Platten mit konvexer ent­ sprechend einer Isothermen geformter kalottenförmiger Erhö­ hung oder aber in die andere mit der entsprechenden Vertie­ fung die Kühlkanäle vor dem Zusammensetzen eingefräst werden.

Schließlich liegt es auch noch im Rahmen der Erfindung, daß die Anode mit wenigstens einer Gruppe von Kühlkanälen verse­ hen ist, die verteilt auf der Schnittlinie einer Isothermen mit einer zur Brennflecklängsachse senkrechten Ebene jeweils senkrecht zu dieser Ebene verlaufen. Diese Ausbildung, bei der die Kanäle parallel zum Brennfleck verlaufen, kommt mit nur geraden durchgehenden Kühlkanälen aus, so daß eine Anode mit dieser Ausführungsform isothermisch angeordneter Kühl­ kanäle am einfachsten herstellbar ist.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausfüh­ rungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Anode, bei der die Anodenun­ terseite entsprechend einer Isothermen um den Kühl­ fleck ausgebildet ist,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform ei­ ner erfindungsgemäßen direktgekühlten Anode, bei der eine innere Kühlkalotte entsprechend der Form einer Isothermen vorgesehen ist,

Fig. 3 eine Ausführungsform mit den Ebenen senkrecht zur Brennflecklängsachse angeordnet tangential zu einer Isotherme verlaufenden Kühlkanälen mit anschließen­ den Stichkanälen,

Fig. 4 eine weitere Ausführungsform einer direktgekühlten Anode mit isothermisch angeordneten Kühlkanälen, und

Fig. 5 einen um 90° versetzten Schnitt durch die Anode 1' nach Fig. 4.

Die Anode 1 in Fig. 1 mit der ebenen Vorderseite 2 auf die der Elektronenstrahl auftrifft und den Brennfleck 3 bildet, ist an ihrer Anodenunterseite 4 gewölbt ausgebildet, wobei die Wölbung der Form der Isothermen entspricht, die sich um den Brennfleck 3 ausbilden. Je nach der Isotropie des Materi- als der Anode 1 und der Form des Brennflecks weicht diese Kalottenform von einer Kugelkalotte mehr oder weniger stark ab. Zwischen der Anodenunterseite 4 und der Kühlbodenunter­ seite 5 strömt, durch die Pfeile 6 und 7 angedeutet, das Kühlmedium an der Anodenunterseite 4 entlang, wobei der ent­ scheidende Vorteil der erfindungsgemäßen Kühlbodenformung darin besteht, daß auf der gesamten Anodenunterseite 4 je­ weils die gleiche Temperatur herrscht und somit auch die gleiche Kühlwirkung erzielt werden kann.

Bei der Ausführung nach Fig. 2, bei der die Anode 1 in einer Darstellung gezeigt ist, bei der der langgestreckte Brenn­ fleck in der Zeichenebene verläuft, also von oben nach unten gerichtet ist, erkennt man eine innere Kühlkalotte 8, die durch eine an einer vorderen Teilplatte 1a angeformte Erhe­ bung 9 und eine etwas tiefere gleichgeformte konkave Vertie­ fung 11 einer zweiten Teilplatte 1b gebildet ist. Beim Auf­ einanderlegen der Platten 1a und 1b ergibt sich die den Brennfleck 3 auf einer Isothermen umgebende flache hohle Kühlkalotte 8 zur Kühlwasserführung, wobei die Zuführung des Kühlwassers über eine Vielzahl von in Fig. 2 nur angedeuteten zur Anodenvorderseite 2 im wesentlichen parallelen Stichkanä­ len 11, 12 erfolgt. Selbstverständlich könnte nicht nur eine solche innere Kühlkalotte 8 sondern auch noch weitere diese im Abstand umfassende Kühlkalotten vorgesehen sein, die wie­ derum auf Isothermen angeordnet und durch Stichkanäle nach außen verbunden sind.

In Fig. 3 erkennt man eine Ausführungsform der Anode 1'', bei der auf zwei Isothermen 13 und 14 um den Brennfleck 3 herum jeweils eine Mehrzahl von in beabstandeten zur Brennfleck­ längsachse 15 senkrechten Ebenen verlaufende und dabei im we­ sentlichen entsprechend den Schnittlinien der Ebenen mit den Isothermen 13, 14 gebogenen Kühlkanälen 16 und 17 vorgesehen sind. Diese Kühlkanäle sind durch im wesentlichen parallel zur Anodenvorderseite 2 verlaufende Stichkanäle 18 und 19 nach außen geführt.

Fertigungstechnisch am einfachsten läßt sich die Ausführungs­ form einer erfindungsgemäßen direktgekühlten Anode gemäß Fig. 4 herstellen, bei der die Längsachse des Brennflecks 3 senk­ recht zur Zeichenebene gerichtet ist.

Auf den Schnittlinien der Isothermen 13 und 14 mit der Längs­ mittelebene senkrecht zur Brennflecklängsachse, die mit der Zeichenebene zusammenfällt, sind vorzugsweise äquidistant be­ abstandet durchgehende parallel zueinander und zur Brenn­ flecklängsachse verlaufende Kühlkanäle 16' und 17' ausgebil­ det. Bei dem um 90° versetzten Schnitt der Fig. 5 durch die Anode 1''' nach Fig. 4 erkennt man, daß die Isothermen in Richtung der Brennflecklängsachse relativ eben ausgebildet sind und dies wiederum hat zur Folge, daß trotz der geraden Ausbildung der Kühlkanäle 16' und 17' diese über den größten Teil tangential zu den Isothermen verlaufen. Lediglich bei der stärkeren Abkrümmung der Isothermen oben und unten in Fig. 5 ist diese tangentiale Führung der einzelnen gerade durchlaufenden Kühlkanäle 16' und 17' nicht mehr gegeben. Dies spielt allerdings für die gleichmäßige Wärmeabfuhr der im thermischen Hauptbelastungsbereich isothermisch angeordne­ ten Kühlkanäle keine entscheidende Rolle mehr.

Claims (4)

1. Direktgekühlte Anode für Röntgenröhren mit einem gasför­ migen oder flüssigen Kühlmedium, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Anode an ihrer Anodenun­ terseite (4) derart geformt und/oder derart mit inneren Kühl­ kanälen (8; 16, 17; 16', 17') versehen ist, daß das Kühlmedi­ um im wesentlichen tangential zu den sich um den Brennfleck ausbildenden Isothermen (13, 14) geleitet wird.

2. Direktgekühlte Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenunterseite (4) kalottenförmig entsprechend einer Isotherme ausgebildet ist.

3. Direktgekühlte Anode nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß auf wenigstens einer Isotherme eine Mehrzahl von in beabstandeten, zur Brennflecklängsebene senkrechten Ebenen verlaufende, im we­ sentlichen entsprechend den Schnittlinien der Ebenen mit den Isothermen (13, 14) gebogene Kühlkanäle (16, 17) vorgesehen sind, die durch im wesentlichen zur Anodenvorderseite paral­ lele Stichkanäle (18, 19) nach außen geführt sind.

4. Direktgekühlte Anode nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß sie mit wenig­ stens einer Gruppe von Kühlkanälen (16', 17') versehen ist, die verteilt auf der Schnittlinie einer Isotherme (13, 14) mit einer zur Brennflecklängsachse senkrechten Ebene jeweils senkrecht zu dieser Ebene verlaufen.