DE2008783C3

DE2008783C3 - Method for assembling an X-ray tube

Info

Publication number: DE2008783C3
Application number: DE19702008783
Authority: DE
Inventors: Heinz-Juergen 2000 Hamburg Jacob
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1970-02-25
Filing date: 1970-02-25
Publication date: 1980-06-12
Also published as: DE2008783A1; DE2008783B2; BE763338A; GB1281658A; FR2079064A5; CA925933A; CH519246A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammenbau einer Röntgenröhre, deren Glaskolben an je einem Ring aus einer Legierung mit annähernd dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie das Glas angeglast ist, der seinerseits jeweils mit einer der Elektroden verschweißt ist.The invention relates to a method for assembling an X-ray tube, the glass bulb on each ring made of an alloy with approximately the same coefficient of thermal expansion as that Glass is glazed, which in turn is welded to one of the electrodes.

Eine Röntgenröhre, an deren Glaskolben ein Ring aus einer Legierung angeglast ist, die den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist wie Glas, und bei der der Ring an die Anode entweder angelötet oder angeschweißt sein kann, ist aus der USA.-Patentschrift 24 31 277 bekannt. Der Ring, der dem Ausgleich der durch die unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Glaskolbens und der Kupferanode bedingten mechanischen Spannungen dienen soll, kann dabei aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung bestehen. Über die Verbindung der Kathode mit dem Glaskolben sowie über den Zusammenbau der Röntgenröhre sind in dieser Veröffentlichung keine Angaben enthalten.An X-ray tube with a ring made of an alloy attached to the glass bulb, the same Has thermal expansion coefficient like glass, and where the ring is either soldered to the anode or can be welded on is known from US Pat. No. 2,431,277. The ring that balances due to the different thermal expansion coefficients of the glass bulb and the The mechanical stresses caused by the copper anode can be made of an iron-nickel-cobalt alloy exist. By connecting the cathode to the glass bulb and assembling the X-ray tubes are not given in this publication.

Es ist weiterhin aus der USA.-Patentschrift 23 32 426 eine Röntgenröhre mit einem Metallkolben bekannt. Die Anode und die Kathode sind dabei an das eine Ende je eines zur elektrischen Isolation gegenüber dem Metallkolben erforderlichen Glasringes angeglast, an dessen anderem Ende je ein Metallring angeglast ist. Der Metallring ist mit einem Flansch verbunden, der mittels eines Silberlotes am Metallkolben angelötet ist, wobei das Anlöten als letzter Schritt beim Zusammenbau erfolgt.It is also known from US Pat. No. 23 32 426 an X-ray tube with a metal piston. The anode and the cathode are each one at one end for electrical insulation from the Metal piston required glass ring, at the other end of which a metal ring is glazed. The metal ring is connected to a flange that is soldered to the metal piston by means of a silver solder, with soldering being the final step in assembly.

Röntgenröhren mit Metallkolben haben aber gegenüber Röntgenröhren mit Glaskolben grundsätzlich den Nachteil, daß aus der Metalloberfläche des Kolbens infolge der Erwärmung in Betrieb Gasreste ausbrechen können, die das Vakuum in der Röhre verschlechtern. Weiterhin wird das Metall beim Löten mit dem Silberlot in einem weiten Bereich um die Lötstelle stark erhitzt, so daß die Gefahr bestem, daß an den erhitzten Stellen Gasreste gebunden werden. Außerdem ist nicht ersichtlich, wie dabei Kathode und Anode exakt aufeinander ausgerichtet werden können. Zwar können die Metallringe, die den Kathoden- bzw. Anodenaufbau tragen, ohne weiteres exakt aufeinander ausgerichtet werden, wenn ihre Abmessungen an den zylindrischen Metallkolben angepaßt sind. Da jedoch die Anode und die Kathode nicht direkt mit den Metallringen verbunden sind — was aus Isolationsgründen auch gar nicht möglich ist —, sondern über Glasringe, ist es praktisch sehr schwierig, die Anode und die Kathode exakt auf die Metallringe und damit aufeinander auszurichten.X-ray tubes with metal bulbs, however, basically have the compared to X-ray tubes with glass bulbs Disadvantage that gas residues break out of the metal surface of the piston as a result of the heating during operation that worsen the vacuum in the tube. Furthermore, the metal is soldered with the silver solder in a wide area around the soldering point strongly heated, so that the best risk of being at the heated points Gas residues are bound. In addition, it is not clear how exactly the cathode and anode are can be aligned with each other. It is true that the metal rings that make up the cathode or anode structure wear, are easily aligned exactly with one another if their dimensions to the cylindrical Metal pistons are adapted. However, since the anode and the cathode are not directly connected to the metal rings are connected - which is not even possible for reasons of insulation - but via glass rings, it is practically very difficult, the anode and the cathode exactly on the metal rings and thus on top of each other align.

Es ist weiterhin aus der US-Patentschrift 26 40 167 eine Röntgenröhre mit einem Glaskolben bekannt, bei der Anode und Kathode von daran angelöteten bzw. daran angeschweißten Metallringen getragen werden, ίο deren Ausdehnungskoeffizient dem des Glases entspricht Diese Metallringe sind an je ein Ende eines Glaskragens angeglast, dessen anderes Ende an den Glaskolben angeglast ist. Obwohl in dieser Veröffentlichung keine Angaben über die Reihenfolge der einzelnen Verbindungen beim Zusammenbau der Röntgenröhre enthalten sind, muß angenommen werden, daß als letzter Verfahrensschritt beim Zusammenbau das Anglasen der Glaskragen an den Glaskolben erfolgt, da die anderen Verbindungsstellen der Einzelteile am Ende des Zusammenbauvorgangs praktisch nicht mehr zugänglich sind.It is also known from US Pat. No. 2,640,167, an X-ray tube with a glass bulb the anode and cathode are supported by metal rings soldered or welded to them, ίο whose coefficient of expansion corresponds to that of the glass These metal rings are glazed to one end of a glass collar, the other end to the Glass bulb is glazed. Although this publication does not disclose the order of the individual connections are included when assembling the X-ray tube, it must be assumed that that as the last step in the assembly process, the glass collar is attached to the glass bulb takes place because the other connection points of the individual parts come in handy at the end of the assembly process are no longer accessible.

Da der endgültige Verschluß des Vakuumgefäßes bei dem bekannten Verfahren in der Glasbläserei erfolgt, läßt es sich nicht vermeiden, daß Verunreinigungen 2-; (Staub od. dgl.) in die Röhre gelangen. Außerdem oxydiert in den meisten Fällen der Ring beim Anglasen. Wenn bei einer Erwärmung der Röntgenröhre Atome aus dieser Oxydschicht herausgelöst werden, kommt es — insbesondere bei hohen Spannungen — zu Störungen (Durchschlägen) in der Röntgenröhre.Since the final closure of the vacuum vessel takes place in the known process in the glass blowing, it cannot be avoided that impurities 2-; (Dust or the like) get into the tube. aside from that In most cases the ring oxidizes when it is glazed. When atoms are heated when the X-ray tube is heated are dissolved out of this oxide layer, it comes - especially at high voltages - to disturbances (Breakthroughs) in the X-ray tube.

Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht darin, daß die Restspannungen, die nach dem Anglasen in dem Glaskolben bzw. im Ring verbleiben, nicht vollständig zu beseitigen sind. Ein »Tempern«, d. h. eine nochmalige Erwärmung der Glas-Metallverbindung, bis das Glas weich wird, ist kaum mehr möglich, weil der Glaskolben dabei evakuiert werden muß, so daß der äußere Luftdruck den Glaskolben zusammendrücken würde.Another disadvantage of the known method is that the residual stresses after Anglases remain in the glass bulb or in the ring, cannot be completely removed. An "annealing", i.e. H. another heating of the glass-metal connection, until the glass becomes soft is hardly possible because the glass bulb has to be evacuated, like this that the external air pressure would compress the glass bulb.

Ein wesentlicher Nachteil des bekannten Verfahrens liegt schließlich darin, daß die Anode und die Kathode nicht exakt aufeinander ausgerichtet werden können. Die Ursache hierfür liegt nicht nur in dem allgemeinen verwendeten Quetschfußaufbau, durch den die Zuleitungen zur Kathode geführt werden, sondern auch darin, daß Anode und Kathode nie gleichzeitig eingespannt und angeglast werden können, weil während des Anglasens das Kolbeninnere mit Stickstoff gefüllt werden muß, damit ein Anlaufen der Anoden bzw. Kathodenbauteile verhindert wird. Während des Anglasens der Kathode wird daher der Glaskolben an seinem anodenseitigen Ende mit einem Stopfen verschlossen und durch einen an der Kathodenseite angebrachten Pumpstutzen Stickstoff zugeführt. Danach wird der Stopfen herausgezogen und die Anode angeglast, wobei wieder durch den Pumpstutzen Stickstoff zugeführt wird. Die Ausrichtung der Anode auf die Kathode hängt dabei wesentlich vom Augenmaß des Glasbläsers ab. Es ist verständlich, daß eine genauere Ausrichtung bei diesem Verfahren nicht möglich ist. Das ist insbesondere bei Rundstrahl-Röntgenröhren mit kegelförmiger Anode, bei denen der Elektronenstrahl auf die Spitze des Anodenkegels trifft, ein schwerwiegender Nachteil, weil dann die Röntgenstrahlenausbeute nicht in allen Richtungen um den Kegel herum gleich ist.A major disadvantage of the known method is that the anode and the cathode cannot be precisely aligned with one another. The reason for this is not just general used pinch foot structure through which the leads to the cathode are guided, but also in it, that anode and cathode can never be clamped and glazed at the same time, because during the The inside of the flask has to be filled with nitrogen so that the anodes resp. Cathode components is prevented. The glass bulb is therefore switched on while the cathode is being fused its anode-side end is closed with a plug and one on the cathode side The attached pump nozzle is supplied with nitrogen. Then the stopper is pulled out and the anode glazed, nitrogen is again supplied through the pump nozzle. The orientation of the anode on the cathode depends largely on the eye of the glassblower. It is understandable that a more precise alignment is not possible with this method. This is particularly the case with omnidirectional X-ray tubes with a conical anode, in which the electron beam hits the tip of the anode cone, a serious disadvantage because then the X-ray output is not the same in all directions around the cone.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren für den Zusammenbau einer RöntgenröhreThe invention is based on the object of a method for assembling an X-ray tube

der eingangs genannten Art anzugeben, das eine genaue Ausrichtung zwischen Anode und Kathode ermöglicht, das ein Tempern des Glaskolbens nach dem Anglasen sowie die Befreiung des Röhreninneren von Oxydschichten und anderen Verunreinigungen erlaubt und das das Eindringen von Staub u. dgl beim Verschließen der Röhre weitgehend verhindert Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruch angegebenen Maßnahmen geiöst.of the type mentioned at the beginning to indicate the exact Alignment between anode and cathode enables the glass bulb to be tempered after it has been glazed as well as the removal of oxide layers and other impurities from the inside of the tube and which largely prevents the ingress of dust and the like when the tube is closed.This task is done according to the invention by the measures specified in the characterizing part of the main claim.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert, die eine Ansicht einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Röntgenröhre darstelltThe invention is explained below using an exemplary embodiment shown in the drawing, which is a view of an X-ray tube manufactured by the method according to the invention

Die Zeichnung zeigt eine Röntgenröhre mit einem Glaskolben 1, einer Kathode 2 und einer Anode 3. Die Anode 3 ist mit einem Ring 5 verschweißt der an den Glaskolben 1 angeglast ist. Ebenso ist die Kathode 2 bzw. die mit dem aus Metall bestehenden Kathodenzylinder 6 verschweißte Metallscheibe 7 .nit einem Ring 4 verschweißt, der an den Glaskolben 1 angeglast istThe drawing shows an X-ray tube with a glass bulb 1, a cathode 2 and an anode 3. The The anode 3 is welded to a ring 5 which is glazed onto the glass bulb 1. Likewise, the cathode is 2 or the metal disk 7 welded to the cathode cylinder 6 made of metal .nit a ring 4 welded, which is glazed to the glass bulb 1

Der Zusammenbau dieser Röhre geht etwa wie folgt vor sich: Die beiden Ringe 4 und 5 werden in die koaxial laufenden Futter einer geeigneten Vorrichtung eingespannt und an den Glaskolben 1 angeglast. Die beim Anglasen entstehenden Glasspannungen werden anschließend durch Tempern beseitigt. Beim Tempern ergeben sich Temperaturen, die zur Oxydation bzw. zum Anlaufen der Ringe 4 und 5 führen. Die Oxidschichten sowie etwaige weitere Verunreinigungen lassen sich aber in bekannter Weise chemisch oder mechanisch (Sandstrahlreinigung) beseitigen. Anschließend können die Anglasungen auf etwaige Lecks untersucht werden so daß schon in diesem Stadium eine gegebenenfalls undichte Anglasung verbessert werden kann.The assembly of this tube goes roughly as follows: The two rings 4 and 5 are in the coaxial running chuck clamped in a suitable device and glazed onto the glass bulb 1. The at Tensions in the glass that arise during glass-on are then eliminated by tempering. When tempering temperatures result which lead to oxidation or tarnishing of rings 4 and 5. The oxide layers and any other impurities can be chemically or mechanically in a known manner (Sandblast cleaning). The glazing can then be examined for any leaks so that even at this stage any leaky glazing can be improved.

Anschließend erfolgt das Verschweißen der Anode 3 bzw. der Kathode 2 mit den Ringen 5 bzw. 4. Für diese Zwecke eignet sich besonders das unter der Bezeichnung »Argonarcschweißverfahren« bekannte Verfahren. Hierbei wird der Lichtbogen bzw. die Schweißstelle mit Argon gespült. Außer Argon können auch andere Schutzgase verwendet werden, die eine Oxydation verhindern. Mit diesen Verfahren läßt sich erreichen, daß die Erwärmung der Ringe bzw. der Anode oder der Kathode dicht neben der Schweißstelle sehr gering ist Das ist wesentlich, denn anderenfalls könnte die Reihenfolge der Schritte des bekannten Verfahrens — erst Ring und Anode verbinden, dann anglasen — nirht umgekehrt werden. Die Temperatur dieser Bereiche läßt sich bei geeigneter Einstellung der Stromstärke des Lichtbogens unter 100 Grad halten. Ein Vorteil dieses Verfahrens ist, daß es in einem sogenannten »weißen Raum« ausgeführt werden kann, d. h. in einem mitThen the anode 3 and the cathode 2 are welded to the rings 5 and 4, respectively The process known as the »argon arc welding process« is particularly suitable for this purpose. The arc or the welding point is flushed with argon. In addition to argon, others can Protective gases are used to prevent oxidation. With this method it can be achieved that the heating of the rings or the anode or the cathode close to the weld is very low This is essential because otherwise the order of the steps of the known method - first connect ring and anode, then glaze on - not welded be reversed. The temperature of these areas can be adjusted with a suitable setting of the amperage Keep the arc below 100 degrees. One advantage of this process is that it is done in a so-called "white Space «can be carried out, d. H. in one with

ίο Luftschleusen u.dgl. versehenen, nahezu staubfreien Raum. Dabei wird zunächst die Anode in ein Drehfutter eingespannt, der Glaskolben bzw. der an ihn angeglaste Ring 5 wird über die Anode gestülpt und auf einen Ansatz 8 an der Anode 3 gesetzt, der an einem mit derίο Air locks and the like provided, almost dust-free Space. First, the anode is clamped in a lathe chuck, the glass bulb or the glass bulb attached to it Ring 5 is slipped over the anode and placed on a projection 8 on the anode 3, which is connected to one with the

i-> Kupferanode hart verlöteten Ring 9, der aus dem gleichen Material besteht wie die Ringe 4 und 5, vorgesehen ist. Der Ring 9 ist für die Schweißung erforderlich, da eine direkte Verschweißung der massiven Kupferanode 3 mit dem Ring 5 wegen deri-> copper anode brazed ring 9 from the consists of the same material as the rings 4 and 5, is provided. The ring 9 is for welding required because a direct welding of the solid copper anode 3 with the ring 5 because of the

>o unterschiedlichen Schmelzpunkte und der guten Wärmeleitfähigkeit der Anode nur schwer möglich ist. Gleichzeitig wird die mit dem Kathodenzylinder 6 verschweißte Scheibe 7 in eine Ausnehmung im Ring 4 gesteckt. Während der Verschweißung der Anode wird über den in der Scheibe 7 befestigten Pumpstutzen 10 das Kolbeninnere mit Stickstoff gespült. Diese Spülung erfolgt auch während der anschließenden Verschweißung der Scheibe 7 mit dem Ring 4.
Die Ringe 4, 5 und 9 sowie die Scheibe 7 sind> o different melting points and the good thermal conductivity of the anode are difficult to achieve. At the same time, the disk 7 welded to the cathode cylinder 6 is inserted into a recess in the ring 4. During the welding of the anode, the inside of the flask is flushed with nitrogen via the pump nozzle 10 fastened in the disk 7. This rinsing also takes place during the subsequent welding of the disk 7 to the ring 4.
The rings 4, 5 and 9 as well as the disc 7 are

«ι vorzugsweise Drehteile, die aneinander mit engen Toleranzen angepaßt sind. Dadurch ergibt sich eine sehr genaue Ausrichtung der Kathode auf die Anode, so daß auch in der laufenden Fertigung nur geringe Abweichungen möglich sind. Diese Abweichungen reichen«Ι preferably turned parts that fit together with tight Tolerances are adjusted. This results in a very precise alignment of the cathode on the anode, so that only slight deviations are possible even in ongoing production. These deviations are sufficient

i^ri in den meisten Anwendungsfällen aus. Bei Rundstrahlröntgenröhren mit kegelförmiger Anode sind jedoch auch diese geringen Abweichungen (weniger als Vio Millimeter) noch störend, weil dadurch die Intensität der Röntgenstrahlung in den verschiedenen Richtungeni ^r i in most use cases. In the case of omnidirectional X-ray tubes with a conical anode, however, even these small deviations (less than three quarters of a millimeter) are still disturbing because they reduce the intensity of the X-rays in the various directions

ι« nicht mehr gleich ist. Um in diesen Fällen eine exakte Justierung zu erreichen, kann der Kathodenzylinder 6 gegenüber der Scheibe 7 gegebenenfalls verbogen werden.ι «is no longer the same. In order to get an exact To achieve adjustment, the cathode cylinder 6 can possibly be bent relative to the disk 7 will.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Method for assembling an X-ray tube, the glass bulb ends of which are each made of a ring an alloy with approximately the same coefficient of thermal expansion as the glass is glazed, which in turn is welded to one of the electrodes, characterized in that that first the coaxially clamped rings (4, 5) are glazed onto one of the two ends of the glass bulb (1), that then the glass bulb is tempered so that the X-ray tube is then cleaned chemically or mechanically and that then the rings (4, 5) with the anode (3) and the cathode (2) through a Arc inert gas welding processes are connected.