DE2237855B2 - Röntgenröhrendrehanode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrendrehanode gemäß Oberbegriff des Hauptanspruches. Eine derartige Röntgenröhrendrehanode ist aus der DE-PS 7 07 070 bekannt

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die Herstellung des gesamten Brennfleckträgers aus Werkstoff hoher Atom-Ordnungszahl eine Reihe von Schwierigkeiten verursacht, die zumindest teilweise darauf beruhen, daß während des Betriebes der Röhre der Brennfleckträger durch große Temperaturgradienten ernstlich beschädigt werden kann, da erhebliche mechanische Spannungen auftreten. Es kommt dann mitunter zu Rissen, zu einem Verwerfen oder zu Unterbrechungen der Brennfleckbahn mit der Folge unrunden Laufs, mechanischer Brüche, Veränderungen der Größe der Brennflecke durch Verwerfung und damit Änderung des wirksamen Winkels der Brennfleckträgeroberfläche oder ähnlichem.

Bei der Röntgenröhrendrehanode nach der DE-PS 7 07 070 besteht der Brennfleckträger aus einer Anzahl einen Kegelstumpfmantel bildender Blechringe in gestapelter Anordnung. Für eine präzise Orientierung der die Röntgenstrahlung emittierenden Oberfläche des Brennfleckträgers ist jedoch eine genaue Dimensionierung der Länge der einzelnen Ringsegmente notwendig, was die Herstellung dieser bekannten Röntgenröhrendrehanode sehr kompliziert macht

Schließlich zeigt die DE-PS 9 47 998 einen Brennfleckträger, der aus einer Vielzahl von Drähten aufgebaut ist, welche im wesentlichen auf die Elektronenquelle hin orientiert sind. Elektronen, die an der Drahtstirnfläche vorbeigeflogen sind, dringen tief in die Zwischenräume zwischen den einzelnen Drähten ein, und sofern sie überhaupt noch zur Anregung von Röntgenstrahlen in der Lage sind, kann diese Röntgenstrahlung nicht mehr zu einem präzis orientiert von der Röntgenröhre abgegebenen Strahl beitragen. Zudem ist die Herstellung der Drehanode nach der DE-PS 9 47 998 außerordentlich kompliziert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhrendrehanode mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruches so auszugestalten, daß eine Erhöhung der thermischen Belastbarkeit und eine Vergrößerung der Leistung ermöglicht werden, gleichzeitig aber bei einer Vereinfachung der Herstellung eine Werkstoffauswahl bezüglich des Brennfleckträgers in einem breiteren Rahmen möglich ist

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst

Ein Ausführungebeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert Es zeigt

Fig. I einen Axialschnitt durch eine Röntgenröhre mit einer Drehanode,

Fig.2 eine Vorderansicht der Drehanode nach

F i g. 3 einen Axialschnitt durch die Drehanode nach Fig. 2,

Fig.4 eine vergrößerte Ansicht eines Teiles der Drehanode gemäß F i g. 3,

Fig.5 eine vergrößerte Vorderansicht eines Teiles der Brennfleckbahn und

F i g. 6 eine schematische Darstellung zur Erläuterung des Elektronenbeschusses am Brennfleckträger.

Aus dem in F i g. 1 gezeigten Axialschnitt durch eine Drehanoden-Röntgenröhre ist zu erkennen, daß diese einen aus Isolierwerkstoff bestehenden Röhrenkolben 10 aufweist, in welchem eine Drehanode 12 und eine Kathode 14 gehaltert sind. Die Kathode 14 weist einen Haltezylinder 16 auf, der mit seinem einen Ende dicht an einen nach einwärts ragenden Teil 18 des Röhrenkolbens 10 angesetzt ist An dem inneren Ende des Haltezylinders 16 ist ein Ende eines in Querrichtung sich erstreckenden, abgewinkelten Haltsbügels 20 befestigt, an dessen äußerem Ende der Kathodenkopf 22 angeordnet ist Der Kathodenkopf 22 enthält, wie etwa aus F i g. 3 zu ersehen ist, einen Elektronen emittierenden Kathodenfaden, an welchen eine elektrische Spannung Ober Leitungen 24 anlegbar ist, welche über den Haltezylinder 16 aus der Röhre herausgeführt sind.

Das andere Ende des Röhrenkolbens 10 trägt die Drehanode 12, im folgenden kurz Anode genannt, die an einem Ende einer Rotorwelle 28 befestigt ist, die von einem drehbar in einem Hals 32 des Röhrenkolbens 10 gelagerten Rotor 30 wegsteht An dem Rotor 30 ist eine Glocke 34 festgeschraubt und die Anordnung ist so konstruiert, daß sich der Läufer rasch in Umdrehung versetzt, wenn der Hals 32 des Röhrenkolbens 10 in eine entsprechende Ständerwicklung eingebracht und diese Ständerwicklung erregt wird.

Die Anode enthält einen Trägerkörper in Form eines Ringes, welcher aus einem Werkstoff hoher Atom-Ordnungszahl gefertigt ist und beispielsweise aus hitzebeständigem Material, wie Wolfram oder Wolfram-Rhenium bestehen kann. Die freiliegende Oberfläche oder Brennfleckbahn des Trägerkörpers ist geneigt, so daß die Röntgenstrahlen von der Brennfleckbahn aus die Röhre über die Seitenwand des Röhrenkolbens verlassen. Die Brennfleckbahn bildet Teil eines Kegelmantels, dessen Längsachse mit der Achse der Anode

und insbesondere der Rotorwelle 28 zusammenfällt

Die Anode ist aus mehreren übereinandergestapelten Teilen zusammengesetzt Die Anode ist im wesentlichen von einerr Trägerkörper 36 gebildet, dessen untere Seite auf der Oberfläche einer Stützscheibe 38 aufliegt, die so geformt ist, daß sie der gegenüberliegenden Fläche des Trägerkörpers angepaßt ist Hierzu besitzt die Stützscheibe 38 auf ihrer Oberseite einen rundum laufenden Absatz 40, in welchen der ringförmige Trägerkörper eingesetzt ist Die Oberseite des Trägerkörpers 3$ weist eine rundum laufende, gratartige Erhebung 42 auf, die nach den beiden Seiten hin abfällt, so daß eine innere geneigte Ringfläche 46 und eine äußere geneigte Riegfläche 44 entstehen. Die äußere geneigte Ringfläche 44 bildet die Brennfleckträgerbahn und ist um einen entsprechenden Winkel geneigt, um die richtige Brennfleckgröße zu erzeugen. Die innere geneigte Fläche 46 fällt derart nach innen zu ab, daß praktisch eine ringförmige Ausnehmung begrenzt wird, innerhalb welcher eine zweite, ringförmige Stützscheibe oder eine Kappe 48 derart Aufnahme findet, daß eine thermische Ausdehnung und Zusammenziehung zwischen den Teilen möglich ist, ohne daß Beschädigungen auftreten. Durch das Ineinandersetzen der Bauteile in der beschriebenen Weise wird der Trägerkörper 36 fest 2^r> zwischen den benachbarten Oberflächen der Stützscheibe 38 und der Kappe 48 eingespannt und steht mit diesen Teilen über verhältnismäßig ausgedehnte Oberflächenbereiche in Berührung, so daß ein wirkungsvoller Wärmeübergang von dem scheibenförmigen oder ringförmigen Trägerkörper 36 auf die Stützscheibe. 38 und die Kappe 48 stattfindet, was sehr erwünscht ist

Wenn die Anode 12 an der sie halternden Anodenkonstruktion befestigt wird, ist es bedeutsam, daß die beiden ringförmigen oder scheibenförmigen r, Teile 36 und 38 zu jeder Zeit in der erforderlichen, dichten Anlage aneinander gehalten werden. Zu diesem Zwecke müssen bestimmte Spannmittel vorgesehen sein. Beispielsweise ist in Fig.3 gezeigt, daß die Rotorwelle 28 einen Bund 50 aufweist, gegen welchen sich eine Ringscheibe 52 abstützt, auf der wiederum die über das Ende der Rotorwelle geschobene Stützscheibe 38 aufsitzt Die Unterseite der Stützscheibe 38 kann mit einer entsprechenden Ansenkung versehen sein, wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, um die Ringscheibe 52 aufnehmen zu können. Hierauf wird der Trägerkörper 36 über das Wellenende geschoben und kommt in dichte Anlage an die Stützscheibe 38. Danach wird die Kappe 48 über die Wolle 28 geschoben und fest gegen die benachbarte, geneigte Fläche 46 des ringförmigen Trägerkörpers 36 angedrückt, und die gesamte Anordnung wird schließlich mittels einer Mutter 52 zu einer Einheit zusammengespannt, wobei die Mutter auf das Ende der Rotorwelle 28 aufgeschraubt wird und gegen eine Haltemuffe 54 drückt, die sich gegen die Kappe 48 in der dargestellten Weise anlegt

Man erkennt aus obigem, daß beim Betrieb der Röhre in bekannter Weise von der Kathode 22 ein Elektronenstrahl ausgeht, der auf die gegenüberliegende, geneigte Fläche 44 des Trägerkörpers 36 auftrifft, so daß von dieser Oberfläche Röntgenstrahlung emittiert wird und über eine für Röntgenstrahlung durchlässige Wandung des Röhrenkolbens 10 die Röhre verläßt Hierbei wird im Betrieb eine beträchtliche Wärme innerhalb des Trägerkörpers 36 erzeugt Um demgemäß teilweise die Verteilung der Wärme in dem ringförmigen Trägerkörper zu unterstützen und nicht die Wärmeeinwirkung auf einem stillstehenden Flächenbereich zuzulassen, wird die gesamte Anode 12 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl in Umdrehung versetzt

Gewisse Verbesserungen hinsichtlich der Wärmeabfuhr endelt man durch Auswahl besonderer Werkstoffe für die Brennfleckbahn des Brennfleckträgers. Graphit ist für diese Zwecke ein besonders geeigneter Werkstoff, und auch Wolfram, Wolfram-Rhenium-Legierung und Molybdän sind Beispiele von Materialien mit zufriedenstellenden Eigenschaften, aus welchen der Brennfleckträger hergestellt werden kann. Zur Fertigung der Stützscheibe 38 und der Kappe 48 können beispielsweise Graphit, Wolfram oder Molybdän verwendet werden.

Der Brennfleckträger wird gemäß F i g. 2 bis 6 in der Weise hergestellt, daß dicht an dicht liegende Windungen 60 eines aus geeignetem Brennfleckträgerwerkstoff bestehenden Drahtes, etwa eines Drahtes aus Wolfram, Wolfram-Rhenium-Legierung oder Molybdän, vorgesehen werden. Der Draht 60 ist also dicht auf den gesamten Ring des Trägerkörpers 36 aufgewickelt, so daß die einzelnen Windungen im wesentlichen radial mit Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt des Brennfleckträgers verlaufen, was aus den weiter unten noch angegebenen Gründen von Bedeutung ist

Der Draht 60 besitzt zweckmäßig einen Durchmesser, welcher in Abstimmung auf die Größe des von der Röhre zu erzeugenden Brennflecks gewählt ist Soll der Brennfleck verhältnismäßig groß sein und beispielsweise eine Breite von 1,5 mm bis 2 mm haben, so hat der Draht vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,2 mm. Soll jedoch ein kleiner Brennfleck in der Größe von etwa 0,3 mm bis 1 mm erzeugt werden, so wählt man den Drahtdurchmesser vorzugsweise zu etwa 0,078 mm bis 0,13 mm. Es Liandelt sich hierbei allerdings nur um Bemessungsbeispiele, von welchen der im Einzelfall zu wählende Drahtdurchmesser selbstverständlich abweichen kann.

Während oben als Werkstoffe für den Draht Wolfram, Wolfram-Rhenium-Legierung und Molybdän erwähnt worden sind, gestatten die verhältnismäßig einfachen Verfahren zur Herstellung des Drahtes im Vergleich zur Herstellung von Brennfleckträgeranordnungen für Röntgenröhren die Auswahl von Werkstoffen für diesen Zweck im breiteren Rahmen. Außerdem können während des Herstellungsvorganges in den Draht bestimmte Dotierungswerkstoffe oder Zusatzwerkstoffe eingebracht werden, welche die Röntgenstrahlenerzeugung oder andere Eigenschaften des betreffenden Drahtes beeinflussen.

Als Brennfleck wird derjenige Flächenbereich oder Punkt der Brennfleckträgeroberfläche bezeichnet, welcher von den von der Kathode 22 ausgehenden Elektronen getroffen wird. In den Fig.3 und 5 ist angedeutet, daß die Länge des Brennflecks 62 in erster Linie durch die Länge des Kathodendrahtes 22 und auch von der Geometrie der Fokussierungshülse oder des Gitters (nicht dargestellt) beeinflußt wird, in welchem der Kathodenfaden gehaltert ist Die Breite B des Brennflecks 62 wird im wesentlichen vollständig durch das Gitter oder die Fokussierungshülse festgelegt Wenn daher in der üblichen Weise Elektronen emittiert werden, so treffen die Elektronen auf den in F i g. 5 mit 62 üezeichneten Oberflächenbereich des Brennfleckträgers auf. Die hierbei entstehenden Röntgenstrahlen verlaufen längs eines Weges, der von dem Brennfleck 62 ausgeht und im wesentlichen senkrecht zur Röhrenachse verläuft Dieser Röntgenstrahl, welcher weiterver-

wendet wird, hat also die in F i g. 3 durch gestrichelte Linien C angedeutete, allgemeine Richtung, wobei die Linien C außerdem die Breite des Brennflecks zeigen, wenn man eine Blickrichtung senkrecht zur Längsachse der Röhre zugrunde legt Die Größe und Gestalt des wirksamen Brennflecks ist in F i g. 3 bei 64 angedeutet.

Den wirksamen Brennfleck 64 versucht man so klein und gleichförmig wie möglich zu machen. Bei einigen bekannten Röntgenröhren liegt beispielsweise die Seitenlänge des quadratischen Brennflecks 64 zwischen ι ο 0,3 mm und 2 mm. Man erkennt, daß das von der Kathode 22 ausgehende Elektronenstrahlenbündel auf eine gewisse Anzahl von Windungen des Drahtes 60 auftrifft Dies ist in F i g. 6 schematisch gezeigt, wobei die Linien 66 ein Elektronenstrahlenbündel versinnbild- > liehen, welches auf die Drähte 60 auftrifft, die auf dem Trägerköi per 36 angeordnet sind.

Man entnimmt aus F i g. 6, daß das Elektronenstrahlenbündel 66 gleichzeitig auf eine bestimmte Zahl von Windungen des Drahtes 60 auftrifft Die Elektronen treffen daher nicht nur auf diejenigen Flächenteile des Drahtes auf, welche der Kathode am nächsten liegen, sondern treffen auch seitliche Flächenbereiche der Drähte. Hierdurch werden die Elektronen über eine größere Fläche des Brennfleckträgers verteilt, als dies möglich ist, wenn der Brennfleckträger eine glatte Oberfläche besitzt Dies hat zur Folge, daß einige Elektronen weniger tief in die unter Elektronenbeschuß stehende Oberfläche eindringen. Durch diese Wirkungsweise wird insgesamt erreicht, daß in der Oberfläche des jo Brennfleckträgers weniger Wärme erzeugt wird, als dies bisher möglich war, indem eine Verteilung der Wärme über größere Flächen durchgeführt wird, so daß die Röntgenröhren ohne eine Beschädigung des Brennfleckträgers mit höheren Leistungen betrieben werden können.

Es ist jedoch erforderlich, daß die Windungen des Drahtes 60 verhältnismäßig straff sind. Aus diesem Grunde ist die Unterseite des Trägerkörpers 36 mit einer genauer in Fig.4 dargestellten Ringnut 70 *o versehen, und die gegenüberliegende Oberfläche der Stützscheibe 38 besitzt eine rundum laufende, ringförmige Erhebung oder einen Grat 72, der in der Form der Ringnut 70 angepaßt ist und in diese Ringnut in der dargestellten Weise hineinreicht. Wird die Stützscheibe 38 mit dem ringförmigen Trägerkörper 36 zusammengebaut, so drückt sich die ringförmige Erhebung 72 in die ihr gegenüberliegende Ringnut 70 ein und übt hierbei einen beträchtlichen Druck auf die nebeneinander liegenden Teile des Drahtes 60 aus, welcher hierdurch angespannt wird.

Bei Auswahl bestimmter Drahtdurchmesser können möglicherweise einige Drahtwindungen des Drahtes 60 von den jeweils benachbarten Windungen geringen Abstand haben. Dies ist nahe dem Außenrand der schrägen Fläche 44 der Fall, wenn außerordentlich dünne Drähte verwendet werden. Die hierbei jedoch in den betreffenden Flächenbereichen auf den Brennfleckträger auftreffenden Elektronen erreichen die kleinen, freiliegenden Oberflächenteile der Fläche 44 des Trägerkörpers 36 selbst und erzeugen unmittelbar auf dieser Fläche Röntgenstrahlung. Es ist aber auch möglich, die erste Lage von Drahtwindungen mit einer oder mehreren zusätzlichen Lagen von Drahtwindungen zu überdecken, um die freiliegenden Oberflächenteile des Trägerkörpers im Bereich der Brennfleckbahn abzudecken.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die einzelnen, mit dem Draht gebildeten Windungen mit Bezug auf den geometrischen Mittelpunkt des ringförmigen Trägerkörpers 36 radial verlaufen sollen. Würden nämlich die Windungen senkrecht hierzu in einer Richtung entsprechend dem Umfang des ringförmigen Trägerkörpers ausgerichtet sein, so wäre zu beobachten, daß einige der hochliegenden Teile der Drahtwindungen den Weg für bestimmte Teile der erwünschten Röntgenstrahlung verlegen würden.

Aus der obigen Beschreibung ersieht man, daß die wirksame Oberfläche der Brennfleckbahn gegenüber einer flachen oder glatten Brennfleckbahn um den Faktor nil vergrößert ist, so daß die Brennfleckbahn stärker belastet werden kann. Außerdem ermöglicht die vergrößerte Oberfläche eine größere Wärmeabführung durch Strahlung.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhrendrehanode mit einer Stützscheibe (38) und einem mit dieser verbundenen Brennfleckträger, welcher eine unter Elektronenbeschuß Röntgenstrahlung emittierende Oberflächenschicht (44) aufweist, in der eine Vielzahl von die Oberfläche vergrößernden Rillen vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenschicht (44) von mindestens einer auf einem Trägerkörper (36) vorgesehenen Lage von eng nebeneinanderliegenden, Ober die Trägerkörperoberfläche (44) hin verlaufenden Drähten oder Drahtwindungen (60) gebildet ist

2. Röntgenröhrendrehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (36) ringförmige oder ringscheibenförmige Gestalt besitzt

3. Röntgenröhrendrehanode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte (60) in mindestens einer Lage im wesentlichen radial in Bezug auf den Mittelpunkt des Trägerkörpers (36) verlaufen.

4. Röntgenröhrendrehanode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Drähten (60) in Gestalt einer Ringwicklung umschlossene ringförmige Trägerkörper (36) auf einer der Stützscheibe (38) zugewandten Seite eine Ringnut (70), und die anliegende Seite der Stützscheibe (38) eine ringförmige Erhebung (72) aufweisen, die beim )o Zusammenspannen des Trägerkörpers (36) mit der Stützscheibe (38) ineinandergreifen.