DE19837007A1 - Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenröhre - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer ElektronenröhreInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenstrahlröhre. Dabei wird das Bauteil zumindest im Bereich seiner an das Vakuum angrenzenden Oberfläche unter Temperaturanwendung mit einem Stoff beaufschlagt, der mit dem Metall derart reagiert, daß an der Oberfläche des Bauteils Anlauffarben auftreten. Hierdurch wird ein hoher thermischer Absorptionskoeffizient erzielt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse für eine Elektronen
röhre, das wenigstens einen aus einem metallischen Material
gebildeten Gehäuseabschnitt aufweist, der an seiner Innen
seite derart behandelt ist, daß er einen gegenüber dem unbe
handelten metallischen Material erhöhten thermischen Absorp
tionskoeffizienten aufweist.
Im Interesse eines geordneten Wärmehaushalts einer im Betrieb
befindlichen Elektronenröhre ist eine möglichst rasche Ablei
tung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme erforderlich.
Dies gilt in besonderem Maße für Röntgenröhren, bei denen nur
ca. 1% der der Röntgenröhre zugeführten elektrischen Leistung
in Röntgenstrahlung erfolgt, während die restliche zugeführte
elektrische Leistung in Verlustwärme umgewandelt wird.
Insbesondere bei Röntgenröhren ist dafür, wie rasch die bei
der Röntgenstrahlenerzeugung in die Anode der Röntgenröhre
eingebrachte Verlustwärme von der Anode wieder abgeführt wer
den kann, vor allem die Absorptionsfähigkeit der Innenflächen
des Vakuumgehäuses der Röntgenröhre für Wärmestrahlung maß
geblich. Die Wärmeabfuhr erfolgt nämlich bei höheren Anoden
temperaturen im wesentlichen durch Abstrahlung von der Anode
und durch Absorption durch das Vakuumgehäuse mit nachfolgen
der Ableitung an ein das Vakuumgehäuse umgebendes Kühlmedium.
Um den wärmeabsorptionskoeffizienten dieser Innenflächen zu
erhöhen, ist es bekannt, diese zur Schaffung einer großen
realen, d. h. für die Wärmeabsorption wirksamen, Oberfläche
aufzurauhen. Der tatsächliche Flächeninhalt der aufgerauhten
Oberfläche ist dann größer, als sich dies rechnerisch aus den
maßgeblichen Abmessungen der Oberfläche ergibt. Üblicherweise
erfolgt die Aufrauhung mittels Korundstrahlen. Es werden da
bei Wärmeabsorptionskoeffizienten in der Größenordnung von
ε = 0,5 erzielt, im Vergleich zu ε = 0,15 bei unbehandelten
metallischen Oberflächen.
Ganz abgesehen davon, daß es wünschenswert wäre, höhere Wär
meabsorptionskoeffizienten zu erreichen, tritt bei der
Aufrauhung durch Korundstrahlen eine Verunreinigung der auf
gerauhten Oberfläche auf, und zwar, weil Korundpartikel in
diese eingeschossen werden. Hierunter ist zu verstehen, daß
sich Korundpartikel beim Auftreffen so tief in die Oberfläche
eingraben, daß sie stecken bleiben. Das Vorhandensein
eingeschossener Korundpartikel ist unerwünscht, weil sie auf
grund ihrer Halbleitereigenschaften die Spannungsfestigkeit
von Elektronenröhren nachteilig beeinflussen.
Die an sich denkbare Beschichtung der inneren Oberfläche des
Vakuumgehäuses mit einem den Wärmeabsorptionskoeffizienten
erhöhenden Stoff wird wegen der Gefahr, daß sich Partikel von
der Schicht dieses Stoffes ablösen und die Hochspannungs
festigkeit der Röhre beeinträchtigen, als kritisch angesehen
und deshalb normalerweise vermieden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der
eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen hohe Wärme
absorptionskoeffizienten erreichbar sind, ohne daß die Gefahr
einer nachteiligen Beeinflussung der Spannungsfestigkeit der
Elektronenröhre besteht.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver
fahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bau
teils des Vakuumgehäuses einer Elektronenstrahlröhre, aufwei
send den Verfahrensschritt, daß das Bauteil zumindest im Be
reich seiner an das Vakuum angrenzenden Oberfläche unter Tem
peraturanwendung mit einem Stoff beaufschlagt wird, der mit
dem Metall derart reagiert, daß an der Oberfläche des Bau
teils Anlauffarben auftreten.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise ein Wärmeabsorpti
onskoeffizient erreicht wird, der durchaus in der Größenord
nung des mit durch Korundstrahlen erreichbaren Wärmeabsorpti
onskoeffizienten liegt oder diese sogar übersteigt. Dabei be
steht keinerlei Gefahr, daß die Spannungsfestigkeit der Elek
tronenröhre leidet, da bei den zur Bildung von Anlauffarben
führenden chemischen Reaktionen keinerlei Partikel frei wer
den.
Besonders gute Ergebnisse, d. h. hohe Wärmeabsorptionskoeffi
zienten, werden erreicht, wenn das Bauteil aus Kupfer, einer
kupferhaltigen Legierung oder einem Stahlwerkstoff gebildet
ist.
Die Erzeugung der Anlauffarben ist dann technisch besonders
einfach, wenn als Stoff, der mit dem Metall unter Bildung von
Anlauffarben reagiert, ein Gas, vorzugsweise Stickstoff oder
Sauerstoff, verwendet wird.
Um hohe wärmeabsorptionskoeffizienten zu erzielen, ist es von
Vorteil, das Bauteil wenigstens auf einer Temperatur von
400°C zu erwärmen. Erwärmungen über eine Temperatur von
600°C hinaus führen in der Regel zu keiner Steigerung des
Wärmeabsorptionskoeffizienten.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin
dung wird das Bauteil vor Beaufschlagung mit dem mit dem Me
tall unter Bildung von Anlauffarben reagierenden Stoff in ei
ner Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum geglüht. Durch die
sen Glühvorgang, der vorzugsweise bei Temperaturen zwischen
600 und 1000°C stattfindet, wird die Oberfläche des Bau
teils vor der Erzeugung der Anlauffarben in einen definierten
Zustand versetzt, so daß bei der Erzeugung von Anlauffarben,
die vorzugsweise unmittelbar anschließend an den Glühvorgang
erfolgt, gleichmäßige und reproduzierbare Ergebnisse erreicht
werden. Zugleich bietet die Durchführung der Erzeugung der
Anlauffarben unmittelbar im Anschluß an den Glühvorgang den
Vorteil, daß die Vorbereitung der Oberfläche und die Erzeu
gung der Anlauffarben in einem einzigen Prozeß erfolgen kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich
nung näher erläutert. Deren einzige Figur zeigt in grob sche
matischer Darstellung im Längsschnitt eine Drehanoden-Rönt
genröhre mit einem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse.
Die in der Figur dargestellte Röntgenröhre weist ein aus ei
nem metallischen Werkstoff gefertigtes Vakuumgehäuse 1 auf,
dessen Mittelteil 1a mit einem rohrförmigen Ansatz versehen
ist. An diesen ist beispielsweise mittels Löten oder
Schweißen ein Rohr 1c angesetzt, in das mittels eines Isolators 2
eine schematisch angedeutete, insgesamt mit 3 bezeichnete
Kathodenanordnung eingesetzt ist, die, wie in der Figur sche
matisch angedeutet ist, eine in einer Fokussierungsnut 3a ei
nes Kathodenbechers 3b aufgenommene Glühkathode 3c enthält.
Von dieser geht ein in der Figur strichliert angedeuteter
Elektronenstrahl E aus, der in einem Brennfleck BF auf die
Auftrefffläche 4a des Anodenkörpers 4b einer insgesamt mit 4
bezeichneten Drehanode auftrifft.
Die Drehanode 4 ist in nicht näher dargestellter Weise an ei
nem mittels Löten oder Schweißen mit dem Mittelteil 1a des
Vakuumgehäuses 1 verbundenen Tragteil 1b in an sich bekannter
Weise um eine Mittelachse M drehbar gelagert.
Die Drehanode 4 weist einen mit dem Anodenkörper 4b verbunde
nen Rotor 5 auf, der mit einem außen auf dem Tragteil 1b an
gebrachten Stator 6 nach Art eines Kurzschlußläufermotors zu
sammenwirkt.
Die Drehanode 4 und das Vakuumgehäuse 1 sind elektrisch lei
tend miteinander verbunden. Sie liegen im Falle des darge
stellten Ausführungsbeispieles auf Erdpotential 7. Der eine
Anschluß der Glühkathode 3c liegt auf negativer Hochspannung
-UR, z. B. -125 kV. Zwischen den beiden Anschlüssen der Glüh
kathode 3c liegt die Heizspannung UH.
Das Vakuumgehäuse 1 ist mit einem beispielsweise aus Beryl
lium gebildeten Strahlenaustrittsfenster 8 versehen, durch
das im Betrieb der Röntgenröhre das vom Brennfleck BF ausge
hende Röntgenstrahlenbündel austritt, dessen Zentral- und
Randstrahlen in der Figur strichliert angedeutet und mit ZS
bzw. RS bezeichnet sind.
Um einen hohen Wärmeabsorptionskoeffizienten zu erreichen,
wurde die innere Oberfläche des den Anodenkörper 4a der
Drehanode 4 umgebenden Mittelteils 1a des Vakuumgehäuses 1 an
seiner an das Vakuum angrenzenden und damit dem Anodenkörper
4b zugewandten Oberfläche derart behandelt, daß die Oberflä
che Anlauffarben aufweist. Dazu wird das Mittelteil 1a im An
schluß an einem Glühvorgang bei Temperaturen zwischen 600 und
1000°C in einer Schutzgasatmosphäre (z. B. 85% Stickstoff
und 15% Wasserstoff) oder unter Vakuum mit einem Stoff beauf
schlagt, der mit dem metallischen Werkstoff des Mittelteils
1a, es handelt sich hierbei um Kupfer, einer kupferhaltigen
Legierung oder einen Stahlwerkstoff, unter Bildung von An
lauffarben reagiert. Vorzugsweise handelt es sich bei diesem
Stoff um ein Gas, beispielsweise Stickstoff oder Sauerstoff,
das im Anschluß an den Glühvorgang anstelle der Schutzgas
atmosphäre oder des Vakuums mit der Oberfläche des Mittel
teils 1a in Kontakt gebracht wird, und zwar bei einer Tempe
ratur zwischen 400 und 600°C.
Auf diese Weise werden Wärmeabsorptionskoeffizienten er
reicht, die zumindest in der Größenordnung der von durch
Korundstrahlen erzielbaren Wärmeabsorptionskoeffizienten lie
gen, diese normalerweise aber übersteigen.
Infolge der guten Wärmeabsorptionsfähigkeit der Innenseite
des den Anodenkörper 4a umgebenden Bereichs des Vakuumgehäu
ses 1 ergibt sich ein günstiger Wärmehaushalt der Röntgen
röhre, da die beim Betrieb der Röntgenröhre in die Drehanode
4 eingebrachte Verlustwärme rascher durch das Vakuumgehäuse 1
aufgenommen und an ein das Vakuumgehäuse 1 umgebendes, in der
Figur nicht besonders veranschaulichtes, z. B. flüssiges Kühl
medium abgegeben werden kann.
In der Figur ist nur der dem Anodenkörper 4a der Drehanode 4
unmittelbar benachbarte Bereich der inneren Oberfläche des
Vakuumgehäuses 1 derart behandelt, daß er Anlauffarben auf
weist; es kann jedoch auch die gesamte innere Oberfläche des
Vakuumgehäuses 1, also zusätzlich auch die innere Oberfläche
des Tragteiles 1b und die innere Oberfläche des Rohres 1c,
entsprechend behandelt werden.
Obwohl die Erfindung am Beispiel einer Drehanoden-Röntgen
röhre beschrieben ist, können auch Bauteile von Festanoden-
Röntgenröhren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschich
tet werden.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich um
eine sogenannte einpolige Röhre; die Erfindung kann aber auch
bei sogenannten zweipoligen Röhren zur Anwendung kommen, bei
denen die Kathode auf negativer Hochspannung, die Anode auf
positiver Hochspannung und das Vakuumgehäuse auf Masse liegt.
Auch die Erläuterung der Erfindung anhand einer Röntgenröhre
hat nur beispielhaften Charakter, da die Erfindung bei belie
bigen Elektronenröhren zur Anwendung kommen kann.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebilde
ten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenstrahlröhre,
aufweisend den Verfahrensschritt, daß das Bauteil zumindest
im Bereich seiner an das Vakuum angrenzenden Oberfläche unter
Temperaturanwendung mit einem Stoff beaufschlagt wird, der
mit dem Metall derart reagiert, daß an der Oberfläche des
Bauteils Anlauffarben auftreten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bauteil aus Kupfer,
einer kupferhaltigen Legierung oder einem Stahlwerkstoff ge
bildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem als Stoff, der
mit dem Metall unter Bildung von Anlauffarben reagiert, ein
Gas verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem als Gas Stickstoff oder
Sauerstoff verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das
Bauteil durch die Temperaturanwendung auf eine Temperatur von
wenigstens 400°C erwärmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das
Bauteil durch die Temperaturanwendung auf eine Temperatur von
höchstens 600°C erwärmt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem das
Bauteil vor Beaufschlagung mit dem mit dem Metall unter Bil
dung von Anlauffarben reagierenden Stoff in einer Schutz
gasatmosphäre oder unter Vakuum geglüht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem das Bauteil bei einer
Temperatur von wenigstens 600°C geglüht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem das Bauteil
bei einer Temperatur von höchstens 1000°C geglüht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die
Beaufschlagung mit dem mit dem Metall unter Bildung von An
lauffarben reagierenden Stoff unmittelbar im Anschluß an das
Glühen in einer Schutzgasatmosphäre oder unter Vakuum er
folgt.
Priority Applications (1)
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DE1998137007 DE19837007C2 (de) | 1998-08-14 | 1998-08-14 | Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenröhre |
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DE1998137007 DE19837007C2 (de) | 1998-08-14 | 1998-08-14 | Verfahren zur Herstellung eines aus einem Metall gebildeten Bauteils des Vakuumgehäuses einer Elektronenröhre |
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DE (1) | DE19837007C2 (de) |
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DE19837007C2 (de) | 2003-07-03 |
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