DE2117956C3 - Anodenteiler für Drehanoden-Röntgenröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Anodenteller für Drehanoden-Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Teller sind aus der DE-AS 12 68 284 bekannt.

Die bekannten Anodenteller besitzen einen sogenannten Verbundkörper, der einen massiven Teil enthält, auf welchem ein zweiter Teil angebracht ist, der die Brennfleckbahn trägt. Bei dem Anodenkörper nach der DE-AS 12 68 284 ist der massive Metallteil mit Drahtringen armiert, welche die Anodendrehachse umschließen und aus Wolfram bestehen. Bei der Herstellung dieses Metallkörpers müssen die als Armierung eingebrachten Drahtringe also zentriert angeordnet werden. Dies ist insbesondere deshalb wichtig, weil eine exzentrische Verteilung der Masse des im Betrieb schnell drehenden Anodentellers vermieden werden muß, um ein Schlagen der Anode und damit frühzeitigen, zum Ausfall der Röhre führenden Verschleiß der Lager zu verhindern.

Andererseits gibt es Drehanoden mit einem tragenden Körper aus Graphit (vgl. z.B. DE-OS 19 07 672). Dadurch kann von der hohen Wärmekapazität und dem guten Wärmeabstrahlvermögen dieses Materials profitiert werden. Auch bei Anoden dieser Bauart treten insbesondere im Hinblick auf die thermischen Wechselbeanspruchungen besonders große Ansprüche an die Festigkeit auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Anodenteller für Röntgenröhren-Drehanoden nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Anordnung anzugeben, bei der man frei von der zentrischen Einlagerung von Metalldrahtringen ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil dieses Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bei der Verwendung von Graphit als Material für den massiven Tragteil des Anodentellers und der Einlagerung schwerschmelzbarer Fasern, deren Material ausgewählt ist aus der Gruppe, die Graphit, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid (AI₂Ch) und Bor umfaßt, wird gegenüber dem obengenannten tragenden Metallteil der Vorteil erhalten, daß man von der zentrierten Einbettung von Wolfram-Drahtringen in einen unter Druck und Hitze zu sinternden Anodenkörper frei ist Außerdem ist durch die Verwendung dei¹ genannten Materialien eine gute Anpassung der Wärmeausdehnung des Füllungsmaterials an die Fasern möglich.

In einer Ausführung können die Fasern z.B. aus Graphit bestehen und etwa den Hauptteil eines Fasergraphitkörpers darstellen, der durch Pyrolyse etc. mit schwerschmelzbaren Stoffen, z. B. Kohlenstoff bzw. Schwermetall und deren Verbindungen, ausgefüllt ist Es kann aber auch Sintergraphit verwendet werden, in welchem Graphitfasern oder andere temperaturfeste Fasern, wie etwa solche aus Siliziumkarbid, eingelagert sind.

Durch den Einbau der Fasern erhält Graphit wesentlich bessere Zugfestigkeit im Vergleich zu Sintergraphit Auch die Anfälligkeit gegen Kerbspannungen ist stark reduziert Außerdem haftet das Lot an dem Graphitkörper besser, weil die Fasern vom Lot benetzt und umfaßt werden im Sinne einer mechanischen Verklammerung. Diese Verklammerung vergrößert auch noch die Wärmeübertragungsfläche, so daß der Wärmefluß beschleunigt wird. Dies ist deshalb wichtig, weil die Wärmeleitfähigkeit von Graphit mit steigender Temperatur stark abfällt

Weitere Verbesserungen der Anode werden durch Auffüllen des Fasergraphits mit wärmeleitenden Stoffen, etwa Metalle wie z. B. Wolfram, erhalten. Außerdem kann durch gerichteten Einbau der Fasern in den Graphitkörper für spezielle Ausführungen des Graphitkörpers hinsichtlich Festigkeit, Wärmeleitung, Wärmeausdehung usw. optimales Verhalten geschaffen werden. Man kann so z. B. dafür sorgen, daß der an die Drehachse heranreichende Teil des Graphits schlechte radiale Wärmeleitfähigkeit hat um die Wärme von der Achse und daher von den Kugellagern fernzuhalten. In der Nähe der Brennfleckbahn wird man hingegen durch ungerichteten Einbau der Fasern nach allen Richtungen für gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit sorgen. Zur Verfestigung der Bindung ist es vorteilhaft, den Graphitkörper, wenn er um das Metallteil herum angebracht ist, besonders zugfest zu gestalten, indem die Fasern vorzugsweise konzentrisch angeordnet werden, um bei den unvermeidlichen Spannungen in der Anwärmperiode des Metallteils das Abreißen zu verhindern.

Durch die Verwendung von Fasereinlagerungen in

w den Graphitteil der Drehanode ist es auch möglich, dem Graphitteil wegen des größeren elastischen Bereiches federnde Eigenschaften zu geben. Dies ist z. B. vorteilhaft bei einem Graphitteil, das eine ringförmige Anode aus Schwermetall trägt und entsprechend der DE-OS 16 14 171 die Form eines Topfes hat an dessen oberem äußerem Rand ein Metallring als seitlich abstehender Kragen angebracht ist. Die Höhe der Wände sollte im Vergleich zu ihrer Dicke etwa 2 :1 bis 10:1 betragen, um für den Ausgleich von Wärmeaus-

«) dehnungen und Abkühlungsschrumpfungen hinreichend federn zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
In der Fig. 1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre

e» dargestellt,

in der Fig. 2 ausschnittsweise eine Drehanode, bei der ein Metallring auf eine Graphitplatte aufgesetzt ist,
in der Fig. 3 ausschnittsweise eine Drehanode, bei

welcher der Innenraum eines Ringes aus Schwermetall mit einer Graphitplatte ausgefüllt und sowohl der seitliche Rand als auch die Unterseite mit Graphit belegt ist,

in der Fig.4 ausschnittsweise eine Drehanode, die aus einer Graphitplatte besteht, deren Oberfläche mit einer dünnen Schwermetallschicht belegt ist,

in der F i g. 5 der Querschnitt einer Metallanode, die an der Unterseite mit Graphitteilen belegt ist und

in der F i g. 6 eine Drehanode, bei der ein Metallring als Kragen am oberen Rand eines Topfes aus Graphit angebracht ist

Der Kolben 1 der in der F i g. 1 dargestellten Röntgenröhre 2 trägt einander gegenüberliegend an seinen inneren Endflächen die Kathodenanordnung 3 und Anodenanordnung 4. Die Kathodenanordnung 3 besteht aus der Metallumhüllung 5, die im Gehäuse 6 gegenüber der Anodenanordnung 4 die eigentliche, in der Figur nicht sichtbare Glühkathode trägt Die Anodenanordnung 4 besteht aus dem Rotor 7, an dessen Achse 8 die Anode 9 befestigt ist Diese besteht aus dem Graphitteil 10, welcher mittels der Schraube 11 gegen das Widerlager 12 der Achse 8 gepreßt festgehalten wird. Am äußeren Rand der ca. 10 mm dicken Graphitplatte 10 von ca. 100 mm Radius befindet sich der Ring 13 aus Schwermetall, der mittels der Lötschicht 14 festgehalten ist Der Ring 13 kann dabei aus Wolfram bestehen, 10 mm dick sowie 20 mm breit und mit Zirkonium angelötet sein.

Beim Betrieb der Röhre wird am Anschluß 15 die negative und an dem Anschlußstutzen 18 die positive Spannung der Betriebsspannungsquelle angelegt. Wird dann noch zwischen den Leibungen 15 und 16 bzw. 16 und 17 eine Heizspannung angeschlossen, so gibt der entsprechende Teil der in der Hülse 6 untergebrachten Glühkathode Elektronen ab, die auf eine der Brennfleckbahn 19 oder 20 zu beschleunigt werden, so daß Röntgenstrahlen entstehen. Die dabei entstehende Wärme wird vom Metallteil 13 an den Graphitteil 10 abgegeben und von dort im wesentlichen durch Strahlung an die Umgebung abgegeben, so daß die Anode 9 abkühlt

Der in der F i g. 1 mit 13 bezeichnete Schwermetallring kann auch dünn ausgebildet sein und die Form der in der F i g. 2 dargestellten, nur ; bis 5 mm dicken Platte 2t haben, die wie der Ring 13 (F i g. 1) mittels aer Lötschicht 22 auf die Graphitplatte 23 gelötet ist. Bei der in der Fig.3 dargestellten Ausführungsform ist der

ι ο angenähert dem Ring 13 (F i g. 1) entsprechende Ring 24 mittels der Lötschicht 25 an dem Graphitteil 26 befestigt Zur Erhöhung der Wärmeabstrahlung und der Wärmekapazität ist er an seiner Unterseite und seitlich mit dem Graphitteil 27 versehen.

ι 5 Gemäß F i g. 4 kann aber auch eine 5 bis 25 mm dicke Graphitscheibe 28 von 50 bis 200 mm Durchmesser verwendet werden, deren Oberfläche mit einer 0,1 bis 0,5 mm dicken Schicht 29 aus Schwermetall, wie Wolfram, belegt ist Eine ebenso einheitliche Metall oberfläche besitzt auch die Anodenanordnung 3C der F i g. 5, bei welcher eine mehrere mm dicke Metallplatte 31 von 100 mm Durchmesser aus Schwermetall an der Unterseite mit einem ringförmigen, 5 bis 15 mm dicken Graphitkörper 32 belegt ist Die Haftung zwischen dem

2ϊ Teil 31 und 32 wird durch die Lotschicht 33 aus Zirkonium bewirkt

Bei der Ausführungsform nach F i g. 6 wird besonders von der federnden Wirkung des Fasergraphits Gebrauch gemacht Dabei erhält der Graphitteil 34 die

so Form eines Topfes mit einer Wandstärke von 2 bis 5 mm, an dessen einen Radius von 30 mm aufweisenden oberen Rand seitlich mittels der Lötschicht 35 aus Zirkonium kragenförmig der 5 bis 10 mm dicke und 20 mm breite Metallring 36 befestigt ist. Diese

,-, Ausbildungsform besitzt den großen Vorteil, daß im Metallteil auftretende Wärmeausdehnungen und Kontrahierungen durch die federnde Wirkung der 20 bis 50 mm hohen Seitenwände des Topfes 34 ausgeglichen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !. Anodenteller für Röntgenröhren-Drehanoden aus zwei Teilen schwerschmelzbaren Materials, von denen in dem einen eine schwerschmelzbare Armierung eingebracht ist und der andere an diesem angebracht ist, aus schwerschmelzbarem Metall besteht und die Brennfleckbahn trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das erstgenannte Teil ein Graphitteil (10, 23, 26, 28, 32, 34) ist, das schwerschmelzbare Fasern enthält, deren Material ausgewählt ist aus der Gruppe, die Graphit, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid (AI2O3) und Bor umfaßt
2. 2. Anodentelier nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern so orientiert sind, daß an der Achse die Querleitfähigkeit in Richtung des Radius behindert ist, während in der Umgebung der Brennfleckbahn die Wärmeleitfähigkeit nach allen Seiten unbehindert aufrechterhalten wird.
3. 3. Anodenteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Graphitteil (34) die Form eines Topfes hat, an dessen äußerem oberen Rand das Metallteil als Metallring (36) kragenförmig angebracht ist.