DE19945414C2 - Rotor für eine Drehanode einer Röntgenröhre - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Drehanode einer Röntgenröhre, welcher aus einem rotationssymmetrischen inneren Abschnitt und einem rotationssymmetrischen äußeren Abschnitt zusammengesetzt ist, wobei die beiden Abschnitte aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind.

Derartige Rotoren sind mit der Drehanode der Röntgenröhre drehfest verbunden und gemeinsam mit dieser innerhalb eines Vakuumgehäuses drehbar gelagert. Der Rotor bildet mit einem außerhalb des Vakuumgehäuses angeordneten Stator einen Elekt­ romotor, der bei Anschluß des Stators an eine Stromversorgung die Drehanode innerhalb des Vakuumgehäuses rotieren läßt. We­ gen der hohen Drehfrequenz der Drehanode, z. B. 60 Hz, ist es im Hinblick auf die Belastung und Lebensdauer der der drehba­ ren Lagerung der Drehanode dienenden Lager erforderlich, daß die Drehanode samt Rotor gut ausgewuchtet ist.

Gewöhnlich ist der Rotor in aus der DE 43 04 760 A1 und der DE 693 01 932 T2 bekannten Weise aus einem inneren und einem äußeren Abschnitt zusammengesetzt, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind. Dabei ist ein Abschnitt aus einem Material hoher elektrischer Leitfähigkeit, z. B. Kupfer, ge­ bildet, um den in dem Rotor auftretenden Wirbelströmen einen möglichst geringen elektrischen Widerstand entgegenzusetzen. Der andere Abschnitt ist aus einem ferromagnetischen Materi­ al. z. B. Stahl, gebildet, um einen guten magnetischen Fluß zu ermöglichen.

Die bekannten Rotoren sind rohrförmig ausgebildet, wobei auch die beiden Abschnitte rohrförmig ausgebildet und ineinander gesteckt sind. Die Fixierung der beiden Abschnitte relativ zueinander kann dabei durch eine oder mehrere Nieten erfol­ gen.

Da ca. 99% der einer Röntgenröhre zugeführten elektrischen Leistung auf dem Anodenteller der Drehanode in Wärme umge­ setzt werden, heizt sich der mit dem Anodenteller mechanisch verbundene Rotor während des Betriebs der Röntgenröhre selbst dann stark auf, wenn Maßnahmen zur Verminderung der Wärmelei­ tung von dem Anodenteller auf den Rotor getroffen sind. Wenn die Materialien der beiden Abschnitte unterschiedliche Wär­ meausdehnungskoeffizienten aufweisen, was in der Regel der Fall ist, besteht zumindest dann, wenn das Material des äuße­ ren Abschnittes den größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist, die Gefahr, daß sich die beiden Abschnitte relativ zueinander verlagern mit der Folge, daß eine Unwucht auf­ tritt. Das Auftreten von Unwuchten ist aus den genannten Gründen jedoch äußerst unerwünscht.

Eine in der DE 30 04 706 C2 beschriebene Ausbildung des Ro­ tors als Tiefziehteil aus einem Kupfer/Eisen-Verbundwerkstoff hat keinen Eingang in die Praxis gefunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Rotor der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr des Auftretens von Unwuchten der Drehanode während des Betriebs der Röntgenröhre vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Ro­ tor für eine Drehanode einer Röntgenröhre, welcher aus einem rotationssymmetrischen inneren Abschnitt und einem rotations­ symmetrischen äußeren Abschnitt zusammengesetzt ist, wobei die Abschnitte aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und ein Abschnitt in Form einer Beschichtung auf dem je­ weils anderen Abschnitt ausgebildet ist.

Im Falle der Erfindung können also Unwuchten nicht auftreten, da die beiden Abschnitte infolge des Umstandes, daß ihre Werkstoffe infolge des Beschichtungsvorgangs unmittelbar stoffschlüssig miteinander verbunden sind, sozusagen ein ein­ ziges Bauteil darstellen.

Zur Erzeugung der Beschichtung eignen sich solche Verfahren, die, wie beispielsweise Plattieren, Galvanisieren, CVD (Che­ mical Vapour Deposition), PVD (Physical Vapour Deposition) usw., eine direkte stoffschlüssige Verbindung der Materialien der beiden Abschnitte miteinander bewirken.

Als zusätzlicher Vorteil wird der beim Stand der Technik vor­ handene Spalt zwischen dem inneren und dem äußeren Abschnitt im Falle der Erfindung vermieden. Derartige Spalte sind in der Vakuumtechnik unerwünscht, da die Gefahr besteht, daß in einem Spalt befindliche Verunreinigungen und/oder Gase die Qualität des Vakuums beeinträchtigen.

Außerdem kommt als Vorteil hinzu, daß beim Auswuchten der Drehanode infolge des Umstandes, daß der Rotor sozusagen ein einziges Bauteil darstellt, zum Zwecke des Materialabtrags im Bereich des Rotors tiefer als beim Stand der Technik gebohrt werden kann.

Im übrigen entfallen im Falle der Erfindung die beim Stand der Technik erforderlichen Nietbohrungen, Senkungen, Nieten sowie der eigentliche Nietvorgang.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist der eine Abschnitt durch Auftragsschweißen des ent­ sprechenden Materials, insbesondere durch an sich bekanntes Laserauftragsschweißen, auf dem jeweils anderen Abschnitt er­ zeugt. Durch Auftragsschweißen und insbesondere Laserauf­ tragsschweißen lassen sich mit geringem fertigungstechnischen Aufwand auch Beschichtungen größerer Dicke realisieren.

Gemäß Varianten der Erfindung ist einer der Abschnitte, vor­ zugsweise der innere Abschnitt, aus einem ferromagnetischen Material, vorzugsweise Stahl Werkstoff Nr. 1.3505, und einer der Abschnitte, insbesondere der äußere Abschnitt, aus einem Material, vorzugsweise Kupfer, gebildet, dessen elektrische Leitfähigkeit gleich der von Kupfer ist. Es sind dann gute elektrische und magnetische Eigenschaften des Rotors sicher­ gestellt.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß we­ nigstens ein Abschnitt von rohrförmiger Gestalt ist.

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

Fig. 1 in teilweiser Darstellung eine Röntgenröhre im Längsschnitt, deren Drehanode mit einem erfindungs­ gemäßen Rotor versehen ist, und

Fig. 2 eine metallurgischen Schliff eines erfindungsgemä­ ßen Rotors.

Das in der Fig. 1 nur teilweise dargestellte Vakuumgehäuse 1 einer Röntgenröhre mit Drehanode, eine solche Röntgenröhre ist beispielsweise in der DE 30 04 706 C2 im Einzelnen be­ schrieben, weist einen etwa zylinderrohrförmigen Bereich 2 auf, mit dem eine Lagerhülse 3 verbunden ist.

Die Lagerhülse 3 nimmt zwei Wälzlager 4 und 5 auf, in denen eine Welle 6 um eine Rotationsachse M drehbar gelagert ist, an deren freien Ende ein Anodenteller 7 angebracht ist.

Um den Anodenteller 7 in Rotation versetzen zu können, ist dieser mit einem insgesamt mit 8 bezeichneten rotationssymme­ trischen Rotor versehen, der sich rohrförmig in den Raum zwi­ schen dem Abschnitt 2 des Vakuumgehäuses 1 und der Lagerungs­ hülse 3 erstreckt und mit einem auf den Abschnitt 2 aufge­ setzten Stator 9 zur Bildung eines nach Art eines Kurzschluß­ läufers funktionierenden Elektromotor zusammenwirkt.

Der Rotor 8 weist einen inneren rohrförmigen Abschnitt 10 auf, der aus einem ferromagnetischen Werkstoff, z. B. Stahl Werkstoff Nr. 1.3505, d. h. 100 Cr 6, gebildet ist und an sei­ nem dem Anodenteller 7 benachbarten Ende z. B. durch Schweißen mit einem radial einwärts gerichteten Rotorflansch 11 verbun­ den ist, mittels dessen er über Schrauben 12, von denen in der Fig. 1 nur eine angedeutet ist, mit einem radial auswärts gerichteten Wellenflansch 13 der Welle 6 drehfest verbunden ist.

Der Rotor 8 weist einen äußeren rohrförmigen Abschnitt 14 auf, der nach Art einer Beschichtung auf der Außenfläche des inneren Abschnitts 10 aufgebracht ist. Der äußere Abschnitt 14 ist aus einem Material guter elektrischer Leitfähigkeit, das wenigstens die elektrische Leitfähigkeit von Kupfer auf­ weist, gebildet. Im Falle des beschriebenen Ausführungsbei­ spiels ist der äußere Abschnitt 14 aus Kupfer gebildet.

Um den äußeren Abschnitt 14 als Beschichtung auf dem inneren Abschnitt 10 anzubringen, eignen sich solche Beschichtungs­ verfahren, die zu einer unmittelbaren stoffschlüssigen Ver­ bindung des Materials des inneren Abschnitts 10 mit dem Mate­ rial des äußeren Abschnitts 14 führen. Im Falle des beschrie­ benen Ausführungsbeispiels ist der äußere Abschnitt 14 durch Auftragsschweißen, und zwar Laserauftragsschweißen, erzeugt.

Die Laserauftragsschweißung erfolgt automatisch und wird der­ art ausgeführt, daß der aufzuschweißende Werkstoff mit einem definierten Massenstrom als Pulver auf den Grundwerkstoff aus einer Düse aufgebracht wird und unmittelbar anschließend durch kontinuierliche Einwirkung von Laserlicht geschmolzen wird, wodurch er eine Schweißverbindung mit dem Grundwerk­ stoff eingeht. Dabei findet eine Vorschubbewegung zwischen dem Grundwerkstoff einerseits und der Düse und der Austritts­ stelle des Laserlichts andererseits statt. Als Laser eignet sich beispielsweise ein YAG-Laser mit einer Leistung von 2000 W und einem Strahldurchmesser des Laserlichts von 3,5 mm. Vorschubgeschwindigkeit und Massenstrom sind unter Berücksichtigung der jeweils eingestellten Intensität des Laserlichtes so zu wählen, daß in der aus der Fig. 2 ersichtli­ chen Weise eine vollständige Verschweißung des Pulvers in sich und mit dem Grundwerkstoff erfolgt.

Im Falle des Rotors 8 wird derart vorgegangen, daß die Auf­ tragschweißung zur Erzeugung des äußeren Abschnittes 14 auf dem als rohrförmiges Teil vorliegenden inneren Abschnitt 10 vorgenommen wird, und zwar unter Rotation des inneren Ab­ schnittes 10.

Die Fig. 2 zeigt einen metallurgischen Schliff der beiden Ab­ schnitte 10 und 14 des Rotors 8, wobei der äußere Abschnitt 14 wie beschrieben durch Laserauftragsschweißen auf dem inne­ ren Abschnitt 10 erzeugt ist.

Die Anordnung ist übrigens derart getroffen, daß der Anoden­ teller 7, die Lagerungswelle 6 und der Rotor 8 eine zu der Rotationsachse M rotationssymmetrische Anordnung bilden, die vor dem Einbau in das Vakuumgehäuse 1 gut ausgewuchtet werden kann, wobei die Möglichkeit besteht, im Bereich des Rotors 8 eventuell erforderlichen Materialabtrag durch eine oder meh­ rere radial gerichtete Bohrungen vorzunehmen, wobei solche Bohrungen durchaus eine solche Tiefe haben können, daß sie sich nicht nur auf den äußeren Abschnitt 14 beschränken, son­ dern sich bis in den inneren Abschnitt 10 erstrecken.

Claims (8)

1. Rotor für eine Drehanode einer Röntgenröhre, welcher aus einem rotationssymmetrischen inneren Abschnitt und einem rotationssymmetrischen äußeren Abschnitt zusammengesetzt ist, wobei die beiden Abschnitte aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind und ein Abschnitt in Form einer Beschichtung auf dem jeweils anderen Abschnitt ausgebildet ist.

2. Rotor nach Anspruch 1, bei dem der eine Abschnitt durch Auftragsschweißen des entsprechenden Materials auf dem je­ weils anderen Abschnitt erzeugt ist.

3. Rotor nach Anspruch 2, bei dem die Auftragsschweißung als Laserauftragsschweißung ausgeführt ist.

4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem einer der Abschnitte aus Stahl mit der Werkstoff-Nr. 1.3505 gebildet ist.

5. Rotor nach Anspruch 4, bei dem der innere Abschnitt aus Stahl mit der Werkstoff-Nr. 1.3505 gebildet ist.

6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem einer der Abschnitte aus Kupfer gebildet ist.

7. Rotor nach Anspruch 6, bei dem der äußere Abschnitt aus Kupfer gebildet ist.

8. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem wenigstens ein Abschnitt von rohrförmiger Gestalt ist.