DE2121829A1 - Brennflecktrageranordnung fur Röntgenröhren Anoden bzw Anoden oder Röntgenröhren mit solchen Brennflecktrager anordnungen - Google Patents

Description

PATENT A N WA LTE DR.-PHIL. G. NICKEL · DR.-ING. J. DORNER

8 MÜNCHEN 15 LANDWEHRSTR. 35 . POSTFACH 104

TEL. (O811) 55 5719

München, den 29. April 1971 Anwaltsaktenz.: 27 - Pat. 9

The Machlett Laboratories Ine., Stamford, Fairfield, Connecticut, Vereinigte Staaten von Amerika

Brenn!ieckträgeranordnung für Röntgenröhren-Anoden bzw. Anoden oder Röntgenröhren mit solchen Brennfleckträgeranordnungen

Die Erfindung betrifft Brennfleckträgeranordnungen für Röntgenröhren-Anoden sowie Anodenkonstruktionen und Röntgenröhren mit solchen Brennfleckträgeranordnungen.

Bei der Herstellung von Brennfleckträgeranordnungen für Röntgenröhren wird derjenige Teil des Brennfleckträgers, der dem Elektronenbeschuß zum Zwecke der Erzeugung von Röntgenstrahlen ausgesetzt ist, vorzugsweise aus einem Werkstoff hoher Atom-Ordnungszahl hergestellt, außer in denjenigen Fällen, in welchen eine gewisse charakteristische Strahlung erwünscht ist.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Herstellung der gesamten BrennflecktrUgeranordnung aus Werkstoff hoher Atom-Ordnungszahl eine Reihe von Schwierigkeiten verursacht, die zumindest teilweise darauf beruhen, daß während des Betriebes der Röhre der Brennfieckträger durch große Temperaturgradienten ernstlich beschädigt werden kann, die zu beträchtlichen mechanischen Spannungen führen, wobei die Erhitzung durch den Be-

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schuß mit Elektronen hoher Energie verursacht wird. Es kommt dann mitunter zu Hissen, zu einem Verwerfen.und zu Unterbrechungen in der Brennfleckbahn. Die von einem gebräuchlichen Wolfram-Brennfleckträger im Brennfleck erreichte Temperatur beträgt in bestimmten Fällen beispielsweise 3400° C und solche Temperaturen können zu Tangentialspannungen führen, die radiale Risse und damit einen mechanischen Bruch oder Verwerfungen herbeiführen, durch welche der wirksame Winkel der Brennfleckträgeroberflache und damit Veränderungen der Größe des Brennfleckes verursacat werden.

Man hat bereits versucht, diese und weitere Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, daß man einen Brennfleckträger aus einem bestimmten hitzebeständigen Grundmaterial fertigte, welches eine hohe spezifische Wärme besitzt. Beispiele für solche Werkstoffe sind Molybdän oder Graphit. Auf dieses Grundmaterial wurde eine Schicht eines Werkstoffes hoher Atom-Ordnungszahl aufgebracht, welche einen hohen Schmelzpunkt und niedrigen Dampidruck besitzt. Diese Schient, welche durch Aufdampfen, Flammenspritzen oder Lyten auftragbar ist, kann eine Seite des Grundmaterials oder die gesamte Oberfläche des Grundkörpers überdekken. Als Werkstoffe, welche in den genannten Bereichen aufgebracht und durch metallurgische Verbindungsverfahren mit dem Grundmaterial verbunden werden können, eignen sich beispielsweise Rhenium, Wolfram oder entsprechende Legierungen.

Diese beschichteten Brennfleckträger haben sich jedoch nicht bewährt, da es außerordentlich schwierig ist, eine gute Haftung der Ablagerungsschicht auf dem Trägermaterial zu erzielen. Unterschiede im Temperatur-Ausdehnungskoeffizienten tragen zu einem wesentlichen Teil zu den bei solchen Konstruktionen beobachteten Störungen bei.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, eine Brennfleckträgeranordnung für Röntgenröhren von sehr einfacher Kon-

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struktioii. und hoher Störungssicherheit und Lebensdauer zu schaffen.

Die Er und uug geht von einer Brennfleckträgeranordnung für Itöntgenrohren-Anoden, mit einem Brennfleckträger, der einen unter Elektronenbeschuß Röntgenstrahlung emittierenden Werkstoff enthalt und mit einem Stützteil aus Werkstoff hoher spezifischer wärme aus und die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Brennfiecktrüger und das Stützteii als jeweils gesonderte Bauteile mittels einer Spannvorrichtung mit entsprechenden, gegenseitigen Berührungsflächen in fester, gut wärmeleitender Beriüirung gehalten sind.

Während also der Brennfleckträger als gesondertes Bauteil unter Elektronenbeschuß während des Betriebes als Röntgenstrahlen emittierendes Bauteil wirksam ist, hat das mit dem Brennflecktrager zusammengespannte Stützteil die Aufgabe, neben einer Halterung und Abstützung des Brennfleckträgers für diesen als Wärmeabteilungsvorrichtung zu dienen, welche die vom Brennflecktrager aufgenommene und abgeleitete Wärmeenergie abzustrahlen vermag.

ErIindungsgemäß kann der Brennfieckträger aus einem hitzebeständigen Metall, beispielsweise aus Wolfram oder einer Wolframlüienium-Legierung, bestehen, welche einen ausreichend hohen Schmelzpunkt besitzen und in bekannter Weise unter Elektronenbeschuß genügend Röntgenstrahlung emittieren. Das Stützteil kann aus einem Werkstoff bestehen, welcher dem Brennfleckträger in ausreichendem Maße Abstützung gewährt und als Wärmeableitung wirksam ist, um die Wärmeenergie vom Brennileckträger abzuführen und durch Strahlung abzugeben. Das Stützteil ist vorteilhaft aus Werkstoff verhältnismäßig geringer Dichte, beispielsweise aus Molybdän, Titan oder Graphit gefertigt, also aus Werkstoffen, welche auf die Anforderungen bei der Herstellung der Vakuumröhre abgestimmt sind.

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Erfindungsgemäß kann eine Drehanode in der Weise aufgebaut sein, daß ein Ring aus einem bestimmten Werkstoff zur Schaffung einer Brennfleckbahn sowie innere und äußere Ringteile oder Scheiben aus einem Basiswerkstoff oder Stützwerkstoff vorgesehen sind, zwischen welchen der Brennfleckträger eingelagert oder eingespannt ist. Die Werkstoffe des Brennfleckträgers und der Stützteile oder Basisteile brauchen nicht gleiche Ausdehnungskoeffizienten zu besitzen, da die durch, das mechanische Verbinden der Bauteile erreichte wärmeleitende Verbindung durch eine relative Ausdehnung oder Zusammenziehung der Teile gegeneinander nicht zerstört wird. Es hat sich herausgestellt, daß der Wärmeübergang durch die Trennfläche zwischen dem Brennfleckträger und dem Stützteil oder den Stützteilen bei Verwendung einer mechanischen Verbindung oder Zusammenspannung überraschenderweise ausgezeichnet ist, während eine metallurgische Verbindung aus den oben angegebenen Gründen nicht zum Erfolg führt.

Bei einer praktischen Ausführungsform der Erfindung ist der aus Wolfram oder aus Wolfram-Rhenium-Legierung bestehende Brennfleckträger mittels Schrauben in inniger Berührung mit einem Stützteil aus Graphit gehalten und darauf befestigt. Bei einer anderen Ausführungsform findet der Brennfleckträger in einer Ausnehmung in der Stirnfläche des Stützteiles Aufnahme und wird darin durch ein Federorgan festgehalten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer Drehanode besitzt der Brennfleckbaim-Träger die " Gestalt eines Ringes aus dem entsprechenden Werkstoff, welcner zwischen zwei Scheiben oder Ringen aus dem entsprechenden Stützteilwerkstoff eingelagert ist und zwischen diesen Teilen durch die Spannwirkung gehalten wird, welche durch eine Schraub-Spannvorrichtung ausgeübt wird, die zugleich zur Befestigung der Anode an einer zentrischen, umlaufenden Welle dient.

Im Folgenden wird die Erfindung durch die Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen stelLen dar:

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Figur 1 einen Axialschnitt durch eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Brennfleckträger nach der Erfindung,

Figur 2 eine Aufsicht auf den Brennfleckträger und die Anode der Röntgenröhre nach Figur 1,

Figur 3 einen Axialschnitt durch eine Anode mit. Einrichtungen zum Verhindern einer Verdrehung zwischen den Einzelteilen der Brennfleckträgeranordnung,

Figur k einen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsv form der Brennfleckträgeranordnung mit Einrichtungen zum Zusammenspannen der Einzelteile,

Figur 5 einen Axialschnitt durch wiederum eine andere Ausführungsform der Brennfleckträgeranordnung mit einer bestimmten Konstruktion zum Verbinden und Zusammenspannen der Einzelteile,

Figur 6 eine in vergrößertem Maßstab gezeichnete Schnitt-Teildarstellung einer Brennfleckträgeranordnung nach der Erfindung mit einer Andeutung des Elektronenweges zwischen einer benachbarten Kathode und dem Brennfleckträger,

Figur 7 eine vergrößerte Aufsicht auf die Anordnung gemäß Figur 6 mit einer Darstellung des Brennflecks,

Figur b eine vergrößert wiedergegebene Schnitt-Teilansicht einer nochmals abgewandelten Ausftihrungsform der erfindungsgemäßen Brennfleckträgeranordnung und

Figur 9 eine teilweise im Axialschnitt gezeichnete Seitenansicht einer Stehanoden-ltöntgenröhre mit den Merkmalen der Erfindung.

In Figur 1 ist im Axialschnitt eine Drehanoden-Röntgenröhre gezeigt, welche einen aus dielektrischem Werkstoff oder aus Isolierstoff bestehenden Kolben 10 sowie eine darin gehalterte Ano-

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de 12 und eine Kathode 14 aufweist. Die Kathode 14 ist an einem Haltezylinder 16 angeordnet, dessen eines Ende dicht an das einwärts gewölbte Ende 18 des Kolbens anschließt. Am innen liegenden Ende des Zylinders 16 ist ein Ende eines quer verlaufenden, leicht abgewinkelten Haltebügels 20 befestigt, dessen freies Ende einen Kathodenkopf 22 trägt. Der Kathodenkopf 22 enthält, wie genauer aus Figur 6 zu erkennen ist, eine eiektronenemittierende Spirale, an welche über Leitungen 24, die über den Haltezylinder 16 aus der Röhre herausgeführt sind, exn geeignetes elektrisches Potential gelegt werden kann.

Das gegenüberliegende Ende des Kolbens 10 trägt die Anode 12, welche eine an einem Ende einer iiotorwelle 2fa befestigte Brennfleckträgeranordnung 26 aufweist. Die Rotorwelle 2« ragt von dein Läufer 30 weg, der drehbar in einem Hals 32 des Kolbens gelagert ist. An dem Läufer ist ein Mantel oder Käfig 34 festgeschraubt und die Anordnung ist so ausgebildet, daß der Läufer rasch in Umdrehung versetzt wird, wenn die Röhre in eine den Hals 32 umgebende, entsprechend erregte Felderzeugungseinrichtung gebracht wird.

Erfindungsgemäß enthält die Brennfleckträgeranordnung der Anode einen zur Aufnahme der Brennfleckbahn bestimmten Brennfleckträger 36 in Form eines Ringes aus einem Werkstoff hoher Atom-Ordnungszahl, beispielsweise aus hitzebeständigem Werkstoff wie ™ Wolfram oder Wolfram-Rhenium, welche besonders geeignet sind. Der Brennfleckbahn-Träger 36 erzeugt unter dem Beschüß von Elektronen vom Kathodenkopf 22 her Röntgenstrahlen, wie von Röntgenröhren dieser Art allgemein bekannt ist. Die wirksame Oberfläche oder die Brennfleckbahn des Brennfleckträgers 36 ist so geneigt, daß die Röntgenstrahlen von der genannten Oberfläche aus durcu die Seitenwandung des Kolbens aus der Röhre aus'treten.

Wie bereits erwähnt, umfaßt der Brennfleckträger bekannter Röntgenröhren im allgemeinen die gesamte Brennf lecktriigeranordnung 'db oder ist als Schicht metallurgisch mit einem Trager aus einem

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Werkstoff hoher spezifischer Wärme verbunden. Beispielsweise ist die gesamte Brennfleckträgeranordnung bekannter Röntgenröhren aus Wolfram gefertigt oder ein Stützkörper aus Wolfram, Graphit, Molybdän oder dergleichen trägt an seiner Oberfläche als Brennfleckträger eine Ablagerung oder eine metallurgisch aufgebrachte und befestigte Schicht aus Wolfram oder Wolfram-Rhenium-Legierung.

Es hat sicii nun gezeigt, daß massive Brennf leckträgeranordnung en aus Wolfram thermisch nicht zufriedenstellend arbeiten und beim Beschüß mit Elektronen in hoher Intensität durch die entstehenden, beträchtlichen mechanischen Spannungen beschädigt werden. Ferner hat sich gezeigt, daß ein Belag eines Brennfleckträgermaterials auf der Oberfläche eines Stützkörpers sich nicht bewährt, da die metallurgische Verbindung zwischen dem Brennfleckträger und dem Stützkörper den durch die thermische Beanspruchung aufgrund des auftreffenden Elektronenstrahls verursachten mechanischen Spannungen nicht gewachsen ist. Außerdem ist es schwierig, bezüglich der thermischen Ausdehnung eine Anpassung gegenüber den für das Stützelement verwendeten Werkstoffen im gesamten Temperatur-Betriebsbereich zu erzielen, welcher sich von Raumtemperatur bis etwa 3000° C erstrecken kann. Auch dann, wenn eine zufriedenstellende metallurgische Verbindung an und für sich erreicht werden könnte, hat die Verwendung von Graphit als Werkstoff für den Stützkörper zur Folge, daß die schwache Verbindung zwischen den Atomschichten den auftretenden mechanischen Beanspruchungen nicht gewachsen ist.

Erfindungsgemäß wird nun der Brennfleckträger 36 als vollständig gesondertes Bauteil ausgeführt, welches auf ein ebenfalls gesondert ausgeführtes und selbständiges Stützteil 38 gesetzt ist, das aus einem bestimmten Werkstoff besteht, der ein großes Wärmeaufnahmevermögen und gleichzeitig ein großes Wärmeabgabevermögen besitzt. Die beiden Bauteile 36 und 36 sind zwar vollständig voneinander getrennt, doch ist es wesentlich, daß

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sie über einen größeren Flächenbereich hin innigen körperlichen Kontakt besitzen, so daß von dem Brennfleckträger 36 zu dem Stützteil 38 ein wirksamer Wärmeübergang stattfinden kann.

Im Falle der Anwendung auf Drehanoden-Röntgenröhren kann der Brennfleckträger, wie in Figur 1 gezeigt, die Gestalt eines Ringes 36 haben, dessen untere Fläche auf der Oberfläche einer Stützscheibe Jb aufliegt, wobei diese Stützscheibenoberfläche so gestaltet ist, daß sie der gegenüberliegenden Fläche des Brennfleekträgerringes genau angepaßt ist. Insbesondere ist die nach aufwärts weisende Fläche der Stützscheibe 3& so vertieft, daß sie den Brennfleckträgerring 36 in der dargestellten Weise aufnimmt. Man erkennt jedoch, daß der Außenrand der Vertiefung

" etwas größeren Durchmesser besitzt als der äußere Rand des Brennfleekträgerringes 36, so daß sich dieser thermisch ausdehnen kann, ohne daß er dabei die Stützscheibe beschädigt, welche einen geringeren thermischen Koeffizient besitzen kann. Ebenso ist die nach aufwärts weisende Fläche des Brennfleekträgerringes 36 mit Ausnahme derjenigen Bereiche, welche als Brennfleckbahn der Kathode ausgesetzt sind, vertieft ausgebildet. In die auf solche Weise gebildete Vertiefung kann ein zweitei* Stiitzring oder eine Kappe k2 eingesetzt werden, wobei wieder zwischen dem Außenrand der Kappe und der äußeren Seitenwandung der Vertiefung des Brennfleekträgerringes 36 ein Spiel vorgesehen ist, derart, daß sich der Brennfleckträgerring 3i> ausdehnen oder zusammenziehen kann, ohne die Kappe 42 zu beschädigen. Bei der ineinandergesetzten Anordnung der Bauteile berührt der Brennfleckträgerring 36 die benachbarten Flächen der Stützscheibe 3'o und der Kappe 42 über verhältnismäßig ausgedehnte Berührungsflächen, so daß eine wirksame Wärmeableitung von dem Brennfleckträgerring 36 zu der Stützscheibe 3H und der Kappe 42 erzielt wird, was besonders erwünscht ist.

Wird die Brennfleckträgeranordnung 26 an der zugehörigen Anodenkonstruktion befestigt, so ist dafür Sorge zu tragen, daß die

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beiden ringförmigen oder scheibenförmigen Bauteile 36 und 3b stets in dichter Anlage aneinander gehalten werden. Zu diesem Zwecke muß eine Haltevorrichtung oder Spannvorrichtung vorgesehen sein. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 wird dies dadurch erreicht, daß an der Rotorwelle 2o ein Plansch oder Bund 40 vorgesehen ist, gegen welchen sich die Stützscheibe 3ö nach dem Übersehieben über die Rotorwelle abstützt. Die nach unten weisende Fläche der Stützscheibe kann zu diesem Zwecke mit einer den Bund 40 aufnehmenden Ausnehmung versehen sein, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist. Hiernach kann der Brennfleckträgerring 36 über die Rotorwelle 2b geschoben und in innige Berührung mit der Stützscheibe 30 gebracht werden. Dann wird in der aus Figur 1 zu ersehenden Weise die zweite Stützscheibe oder die Kappe 42 aui die Rotorweile 2ö geschoben und in enge Berührung mit der gegenüberliegenden Fläche des Brennfleckträgerringes gebracht, wonach die gesamte Anordnung mittels einer Mutter 44 fest und sicher zusammengespannt wird, welche auf das Ende der Rotorwelle 2ts geschraubt und gegen die Kappe 42 festgezogen wird, an weicher, wie ebenfalls aus der Zeichnung ersichtlich, eine die Mutter aufnehmende Vertiefung vorgesehen ist.

Der Brenntiecktrngerring 36 ist also fest zwischen die beiden

Stützscheiben oder ringförmigen Bauteile eingespannt, so daß

ein wirksamer Wärmeübergang von dem ßrennflecktragerring 36 auf

die verhältnismäßig große Masse besitzenden Stützscheiben zustande kommt.

Während in Figur 1 eine zweite Stützsoheibe oder eine Kappe 42 gezeigt und vorstehend beschrieben ist, kann in bestimmten Fällen dieses Bauteil entfallen und die Mutter 44 ist dann so ausgebildet, daß sie direkt auf den Brennflecktragerring 36 einwirkt und einen Druck auf diesen Ring ausübt. Die Stützscheibe bietet jedoch noch einige weitere Vorteile, auf weiche weiter unten eingegangen werden wird.

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Aus Obigem ist zu ersehen, daß während des Betriebes der Röntgenröhre ein Elektronenstrahl von der Kathode 22 emittiert wird und auf die gegenüberliegende, geneigte Fläche des Brennfleckträgerringes 36 auftrifft, so daß diese Fläche Röntgenstrahlen emittiert, welche die Röhre durch die röntgenstrahlen-durchlässige Wandung des Kolbens 1Ü verlassen. In dem Brennfleckträgerring J6 wird während des Betriebes eine beträchtliche Wärmemenge freigesetzt. Um nun die Wärmeverteilung in dem Ring bis zu einem gewissen Maße zu unterstützen, wird die Brennfleckträgeranordnung 26 nicht etwa so festgehalten, daß nur ein bestimmter Bereich dem Elektronenbeschuß ausgesetzt ist, sondern wird mit verhältnis-. mäßig hoher Drehzahl in Umdrehung versetzt, so daß stets neue Flächenbereiche dem Elektronenstrahl ausgesetzt werden, wie dies für Drehanodenröhren allgemein bekannt ist.

Es wurde gefunden, daß die beschriebene, eriindungsgemäße Brennfleckträgeranordnung bei normalen Betriebsbedingungen eine bedeutend bessere Wärmeabgabecharakteristik besitzt, wobei in α en drei ringförmigen Bauteilen jb, Ju und 42 Maximaltemperaturen im Bereich von etwa 750 C bis 1040 C bei Versuchen festgestellt wurden, während an bekannten, scheibenförmigen Brennfleckträgern herkömmlicher Bauart die Temperaturen etwa lpoO 0 erreichen. Bei den erzielten, geringeren Temperaturwerten treten keine Beschädigungen des Brennfleckträgers auf, was auf der F verbesserten Wärmespeichereigenschaft und Wärmeabgabeeigenschaft der mehrschichtigen, gestapelten Anordnung beruht. Wegen der großen Emissionsfähigkeit und der vergrößerten Gesamtfläche kühlt sich die Brennfleckträgeranordnung bedeutend rascher ab als entsprechende bekannte Konstruktionen und diese thermische Verbesserung bewirkt eine geringere Wärmeübertragung auf die benachbarten Rotorlager, wodurch eine Verbesserung des Betriebes an den umlaufenden Bauteilen und eine größere Lebensdauer der Röhre erzielt werden.

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In Figur 3 ist eine Brennf leclcträgeranordnung 26a für eine Drehanode gezeigt, die der Konstruktion nach Figur 1 ähnlich ist. Bei der Anordnung nach Figur 3 sind jedoch der Brennfleckträgerring 36a und die diesen zwischen sich einspannenden Stützscheiben 38a und 42a über Stifte 46 verbunden, so daß eine Verdrehung zwischen diesen ringförmigen Bauteilen vermieden wird. Außerdem können die Stifte 46 nach Gewicht, Größe und Anordnung oder dergleichen so ausgewählt und angeordnet sein, daß eine dynamische Auswuchtung der Brennfleckträgeranordnung bzw. der Drehanode erzielt wird. Es sei darauf hingewiesen, daß der Bund oder Flansch 40a in ähnlicher Weise mit der Stützscheibe 3&a über Stifte 48 verbunden ist. Hierdurch ist sichergestellt, daß die Brennflecktrligeranordnung 26a beim Antrieb der Rotorweile 2ba nicht durchrutschen kann.

Us wurde ferner festgestellt, daß die ringförmigen Bauteile durch Federkraft sicher in enger Berührung zusammengespannt gehalten werden können. Ein Beispiel für eine Federkonstruktion ist in Figur 4 gezeigt, wobei die Brennfleckträgeranordnung 26b einen Brennfleckträgerring 36b enthält, der zwischen den Stützringen oder Stiitzscneiben 3öb und 42b eingelagert und eingespannt ist. Auf der Rotorwelle 28b sitzt wieder eine Mutter 44b, weiche sich gegen die zweite Stützscheibe oder Kappe 42b abstützt. Anstelle des zuvor beschriebenen Bundes 40 ist jedoch bei dieser Ausführungsform ein Federring 50 vorgesehen, welcher zwischen der Stützscheibe 3Bb und dem gegenüberliegenden Ende des Rotormanteis 34b vorgesehen ist. Der Federring drängt die drei ringförmigen Bauteile der Brennfleckträgeranordnung zur Erzielung einer innigen Berührung zusammen, so daß wieder ein guter Wärmeübergang von dem Brennfleckträgerring 36b zu den Stützscheiben stattfindet.

In Figur ¹J ist nochmals eine andere Ausführungsform einer Brennfieciiträgeranordnung 26c für eine Drehanode gezeigt. Bei dieser \usführungsform ist das freie Ende der Rotorwelle 28c ebenfalls nix ü einem Gewinde versehen, auf welches eine becherförmige llalte-

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hülse 52 aufgeschraubt werden kann, die einen nach außen gerichteten Umfangsflansch 54 besitzt, der an einem Absatz 56 an der Innenwandung einer Ausnehmung in der Stützscheibe oder Kappe 42c aufsitzt. Der Bund 40c stützt sich gegen die Scheibe 3bc ab, während der Umfangsflansch ^h gegen die Kappe 42c drückt. Eine auf die Rotorwelle 28c aufgeschraubte Mutter 44c wird dann gegen den Grund der becherförmigen Haltehülse 52 festgezogen. Durch Pestschrauben der Mutter 44c werden die drei ringförmigen Bauteile oder Scheiben der Brennfleckträgeranordnung in feste Anlage aneinandergebracht, wobei der Flansch 5^ eine hierzu geeignete Druckkraft auf die gestapelte Anordnung ausübt.

Zusätzlich zu der Eigenschaft einer verbesserten Vvärmeübertra— " gung wird durch die Erfindung ein v/eiterer, ganz wesentlicher Vorteil erzielt. Aus den Zeichnungsfiguren 6 und / ist zu erkennen, daß die Größe des Brennflecks in einer Richtung durch genaue Auswahl der Breite der Brennfleckbahn bestimmt wird, welche der Kathode ausgesetzt ist. Die Brennfleckbahn des Brennfleckringes 36 hat, wie aus der obigen Beschreibung ohne weiteres hervorgeht, ringförmige Gestalt und auf diese Fläche treffen die Elektronen in Form eines Strahlenbündel 5o auf, welches in Figur 6 eingezeichnet ist und von dem Kathodenfaden 60 des Kathodenkopfes 22 ausgeht. Die Ausnehmung 62 des Kathodeiikopf es 22, in welcher der Kathodenfaden 60 angeordnet ist, hat solche Gestalt, daß eine gewisse Steuerung der Größe des Brennflecks auf der Brennfleckbahn erreicht wird, auf welcher der Elektronenstrahl 5ö auftrifft. Hierzu ist aber eine sehr genaue Einstellung bzw. Justierung der Gestalt der Ausnehmung 62 sowie des an den Kathodenfaden 60 des Kathodenkopfes 22 gelegten. Potentials erforderlich. Erfindungsgemäß ist die Breite der freiliegenden Brennfleckbahn des Brennfleckträgers 36 so groß, daß sie der gewünschten Länge des Brennflecks entspricht. In Figur 7 ist ein solcher Brennfleck kreuzschraffiert eingezeichnet.

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In der Röntgenröhrentechnik ist es bekannt, daß es in den meisten Fällen erwünscht ist, eine RöntgenstrahlenquelJe zu schaffen, weiche einen möglichst kleinen emittierenden Brennfleck besitzt. Bekannte Brennfleclcträger für Drehanoden weisen eine verhältnismäßig große Fläche des Materials hoher Atom-Ordnungszahl auf, welcue dem Beschüß von gestreuten, in einem starken elektrischen Feld emittierten Primärelektronen und Sekundärelektronen ausgesetzt ist und eine Abstrahlung außerhalb des BrennflecKs verursacht. Diese unerwünschte, extrafokale Abstrahlung bewirkt eine zusätzlicue, auf einen Patienten einwirkende Strahlendosis oder eine Verschlecuterung der Qualität von Röntgenbildern. Demgegenüber bewirkt ein Elektronenbeschuß entweder durch Primäreiektronen oder Streuelektronen an den Bauteilen >:> und h2, niedriger Dichte eine Abstraniung von Röntgenstrahlen geringer Energie, welche an dem Kolben iü absorbiert wird. Diese exfcrafokaie οträn Lung wird praktisch beseitigt, mit Ausnahme derjenigen Anteile, welche in der Ivane des Brennfiecks 64 ciuf dem ßreunfiecKtriigerring jb auftreten. Diese strahlung niedriger Lnergie erfährt jedoch eine Absorbtion am Glaskolben der Röhre und an anderen Filtermitteln, welche in den Strahlengang der Röntgenstrahlung gebracht werden können. Wie aus den Zeichnungsfiguren 6 und 7 ersichtlich, hat der Brennfleck aus der Richtung von der Seite der Röhre her gesehen in der gewünschten V/eise im wesentlichen quadratisclie Gestalt, wie durch die Bezugszahl b6 angedeutet ist. Eine ganz definierte Länge des Brennfleckes kann daher erfindungsgemäß durch entsprecnende Auswahl der Breite der Brennfleckbahn bestimmt werden, wie in den Zeichnungsfiguren 6 und 7 gezeigt ist. Durch dieses Merkmal ist eine genaue Einstellung der Längenabmessung des Brennflecks auch dann gegeben, wenn die Röhre mit hohem Strom betrieben wird, wobei der Elektronenstrahl dazu neigt, sich zu verbreitern.

Die obigen Erläuterungen bezogen sich auf eine zusammengesetzte BrennfJecKträgeranordnung, bei weicher der Brennfleckträger als ,nitt Leres Hau teil zwischen benachbarten Bauteilen eingelagert •„ar und m erster Linie Röntgenstrahlen erzeugenden Werkstoff

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bestand, doch ist es auch möglich, das mittlere Bauteil, beispielsweise den Brennfleckträgerri'ng 36 gemäß Figur 1 aus einem Werkstoff hoher Wärmeauinahmefähigkeit, wie beispielsweise aus Molybdän oder einer Mischung von etwa 95% Molybdän und etwa 5fr Wolfram zu fertigen. In diesem Falle wird die eigentliche Breiuifleckbahn von einer verhältnismäßig dünnen Schicht eines in wirksamem Maße Röntgenstrahlen emittierenden Werkstoffes, beispielsweise aus einer Mischung von etwa 90% Wolfram unti etwa 10% Rhenium, gebildet. In Figur β ist eine solche Ausführungsform gezeigt, xvObei der Brennfleckträgerring 36d zwischen den Stützscheiben 3öd und 42d eingelagert ist und an seiner die Brennfleckbahn bildenden Fläche mit einer dünnen Schicht oder einem dünnen Belag 96 eines bestimmten, Röntgenstrahlen emit-P tierenden Werkstoffes versehen ist, welcher durch Aufdampfen, Fiaminenspritzen oder in anderer Weise aufgebracht werden kann, wobei allerdings oben Gesagtes zu beachten ist.

Während ferner sich die obigen Erläuterungen in erster Linie auf Drehanodenröhren bezogen, ist die Erfindung auch außerordentlich gut für die Anwendung auf Stehanodenröhren geeignet, wie beispielsweise in Figur 9 gezeigt ist. Die in Figur y dargestellte Stehanodenröhre weist einen Kolben 6b auf, an dessen einem Ende sich ein Kathodenkopf 70 befindet, in dem ein Kathodenfaden 72 angeordnet ist, der einen Elektronenstrahl auf die Anode Ik richtet. Die Anode Ik besteht im wesentlichen aus eifc nem Kupferkörper, welcher einen hohlzylindrischen Ansatz 76 aufweist, dessen offenes Ende der Kathode zugewandt ist. Eine Röntgenstrahlen emittierende Brennfleckträgerscheibe 78 ist am Grunde des auf diese Weise gebildeten Innenraumes innerhalb der Anode angeordnet und fängt von der Kathode kommende Elektronen auf und lenkt die Röntgenstrahlung durch eine Öffnung bO und dann durch die Wandung des Kolbens 68 nach außen.

Erfindungsgemäß ist nun am Grunde des hohlen Anodenansatzes ein Block aus Graphit oder einem anderen geeigneten Werkstoff b2

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für cue Abstützung vorgesehen und besitzt eine geneigte Fläche, in der eine Ausnehmung ausgebildet ist, in welche die Brennflecktragerscheibe 7» eingesetzt ist. Danach wird in den hohlen Anodeuansatz eine Hülse 84 aus Graphit oder einem anderen Werkstoff holier Wärmeaufnahmefähigkeit eingesetzt, so daß ein Ende dieser Hülse an der Brennfleckträgerscheibe 78 anliegt. Die Hülse 84 weist eine Öffnung 86 auf, welche ein Fenster bb aus Beryllium oder einem anderen, für Eöntgenstrahlen in hohem Maße durchlässigen Werkstoff aufweisen kann und welches auf die Öffnung bO in υ em zylindrischen Ansatz 76 der Anode so ausgerichtet ist, daß die von der Brennf leckträgerscheibe "/ö emittierte Röntgenstrahlung durch das Fenster 8b und die Öffnung öO austreten kann.

Selbstverständlich ist es notwendig, daß eine wirkungsvolle Wärmeableitung von der Brennfleckträgerscheibe 7e zu den benachbarten Graphitteilen b2 und b4 erreicht wird. Zu diesem Zwecke sind Einrichtungen vorgesehen, welche die Hülse 84 ständig gegen die Brennfleckträgerscheibe Jb drücken und dadurch eine gut wärmeleitende Berührung zwischen der Scheibe 78 und dem Stückteii ö2 aufrecht erhalten. Als Beispiel für solche Einrichtungen ist in Figur 9 eine Feder 90 gezeigt, deren eines Ende sich gegen die Stirnseite der Hülse ö4 abstützt, während sich das andere Federenüe an der Innenseite eines Stützringes 92 abstützt, der am Innenumfang des Anodenansatzes 76 beispielsweise mittels Schrauben 94 befestigt ist. Man erkennt also, daß mit den Merkmalen der Erfindung auch eine Stehanodenröhre ausgestattet werden kann, welche mit den zuvor beschriebenen Konstruktionen für Drehanodenröhren viele Vorteile gemeinsam hat. Auch andere Stehanodeiiröhren-Konstruktionen können von den Merkmalen der Erfindung Gebrauch machen, beispielsweise an sich bekannte Ilöhrenarten mit Metallkolben ohne Glaswandung.

Bei sixmt Liehen, zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung ist dafür Sorge getragen, daß- eine thermische Ausdehnung

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zwischen dem Brennflecktrager und den Stützteilen hoher thermischer Leitfähigkeit stattfinden kann. Hierdurch ist die Möglichkeit eröffnet, eine große Anzahl von Werkstoffen zur Erzielung der gewünschten Wirkungen einzusetzen. Als Abstützteile für den Brennfleckträger können Bauteile aus Werkstoffen geringer Dichte eingesetzt wurden, während für die Röntgenstrahlen emittierenden Bauteile der Konstruktion wieder andere Werkstoffe verwendet werden.

Aus Obigem ergibt sich, daß mit sämtlichen, hier beschriebenen Ausführungsbeispielen die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst werden kann..Dem Fachmann bietet sich noch eine Anzahl von Abwandlungsmöglichkeiten, welche aber von dem der Erfinuung zugrunde liegenden, grundsätzlichen Gedanken mit umfaßt werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   l.jBrennilecktrügeranOrdnung für Röntgenröhren-Anoden, mit einein Brennfleckträger, der einen unter Elektronenbeschuß Röntgenstrahlung emittierenden Werkstoff enthält und mit einem Stützteil aus Werkstoff hoher spezifischer Wärme, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennfleckträger (36 bzw. 36a bzw. 36b bzw. 36c bzw. 3bd bzw. 7b) und das Stützte±l (3&, 42 bzw. 3ba, 42a bzw. 3öb, 42b bzw. 3bc, 42c bzw. 3bd , 42d bzw. b2, ö4) jeweils als gesonderte Bauteile mittels einer Spannvorrichtung (40, 44 bzw. 4üa, 44a bzw. 40b, 50, 44b bzw. 40c, 44c bzw. 90, 92) mit entsprecnenden gegenseitigen Berührungsflächen in fester, gut wärmeleibender Berührung gehalten sind.

   2. Breimfieckträgeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daij zwei Stützteile (30, 42 bzw. Joa, 42a bzw. 3bb, 42b bzw. jbü, 42d bzw. ü2, 84) vorgesehen sind und daß der zwischengelagerte Brennfleckträger (36 bzw. ^r$ba. bzw. 36b bzw. 36c bzw. 3öd bzw. 7b) mittels der Spannvorrichtung (40, 44 bzw. 40a, 44a bzw. 40b, 30, 44b, bzw. 40c, 44c bzw. 90, 92) zwischen diesen Stützteileri eingespannt ist.

   j. üremifIeckträgeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung ein an einem Stützteil ('j8 bzw. 3ba bzw. 3bb bzw. 3^c bzw. b2) anliegendes Gegenlager (40 bzw. 40a bzw. 4(Jb bzw, 40c bzw. 74) sowie ein sich gegen das andere Stützteil (42 bzw. 42a bzw. 42b bzw. 42c bzw. 84) abstützendes Einstellorgan. (44 bzw. 44a bzw. 44b bzw. 44c bzw. 90, 92; enthalt.

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   4. Brennf leckträgeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Einstellorgan (44b, 50 bzw. 90, 92) eine Federwirkung ausübt bzw. als Federorgan ausgebildet ist.

   5. Brennf leckträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4 und/oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daJi die Stützteile (38, ^2) den Brennfleckträger (36) so abdecken, daß nur ein bestimmter Oberflächenbereich des Brennileckträgers gegenüber der Kathode freiliegt, dessen Größe in einer Richtung einer Abmessung des gewünschten, auf dem Brennfleckträger zu erzeugenden Brennflecks (64) entspricht (Figuren 6 und 7),

   6. Brennfleckträgeranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowoiil die beiden Stützteile (3^d, 42d) als aucn der zwischengelagerte Brennfleckträger (36d) jeweils aus Werkstoff hoher Wärmeaufnähmefähigkeit bestehen und daß die als Brennfleckbahn freiliegende Oberfläche des Brenntieckträgers

   / ^ Winigensti-cihLett

   einen Belag (96; aus einem emittierenden Werkstoff aufweist (Figur b).

   7. Brennfleckträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 für Drehanodenröhren, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil bzw. die Stützteile (3b, 42 bzw. 3ba, 42a bzw. 3öb, 42b bzw. 38c, 42c bzw, 38d, 42d) und auch der Brennfleckträger im wesentlichen scheibenförmige oder ringförmige Gestalt besitzen.

   8. Brennfleckträgeranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil bzw. die Stützteile (3oa, 42a) und der scheibenförmige Brennfleckträger über Verbindungsmittel (46) drehfest miteinander verbunden sind, welche auch zur dynamischen Auswuchtung der Brennfleckträgeranordnung dienen (Figur 3).

   9. Brennfleckträgeranordnung nach Anspruch 3 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegenlager (40bzw. 40a bzw. 4ub bzw. 40c) an der Welle (2b bzw. 2ba bzw. 2bb bzw. 2bc) eines Anodenantriebs angeordnet ist, auf weiche die Stützteile und

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   der Brennfleckträger aufsetzbar sind und daß an der Welle ein mit Flansch versehenes Halteorgan (44 bzw. 44a bzw. 44b bzw. 44c, ^:j6) in bestimmtem Abstand von dem Gegenlager befestigt ist, das von dem zweiten Stützteil (42 bzw. 42a bzw. 42b bzw. 42c) umgeben ist und sich mit einer Flanschfläche gegen dieses zweite Stützteil abstützt.

   Iu. Röntgenröhreft-Anode mit einer Brennfleckträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,

   11. Röntgen-Drehanode mit einer Brennf leckträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

   12. Röntgenröhre bzw. Drehanoden-Röntgenröhre mit einer Anode bzw. Drehanode, welche eine Brennfleckträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.

   L'j. Ste-ianoden-Röntgenröhre mit einer Brennfleckträgeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützteil (82), welches aus Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit gefertigt ist, an einer feststellenden Anodenhalterung (74) angeordnet ist und mit einer Seite des Brennfleckträgers (7b) in fester mechanischer Berührung gehalten ist (Figur 9).

   14. Stelianodeii-Iiöntgenröhre nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dali auf der jeweils anderen Seite des Brennfleckträgers (Vb) an diesem ein weiteres Stützteil (b4) aus Werkstoff hoher Wärmeleitfähigkeit anliegt.

   l^:j. Stehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehende Anodenhalterung einen hohlzylindrischen Anodenansatz (7b) enthält, dessen eines Ende auf die Kathode (/Ο, /2) hin gerichtet ist und daß der Brennfleckträger {'/-.) innerhalb dieses Anodenansatzes liegt, wobei das zweite Sfcütztexl (t4) hülsenförmige Gestalt hat und innerhalb des Ano-(ienansatzes angeordnet ist und daß außerdem die Spannvorrichtung

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   (90, 92) sich ebenfalls in dem Anodenansatz befindet und auf das zweite Stützteil einwirkt.

   16. Stehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung federnd ausgebildet ist bzw. ein Federorg-an (90) enthält.

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