DE2613060C3 - Röntgenröhren-Drehanode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ekie Ron ^enröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff de. Anspruchs 1, wie sie etwa bekannt ist aus der AT-PS 2 31 581.

Vorgenannte Literaturstelle bezieht sich hauptsächlich auf eine weniger kostspielige Herstellung von Wolfram-Anoden. Außerdem soll eine Verschraubung des Anodentellers mit der Welle vermieden werden. Dazu wird der Teller mit einem Achszapfen versehen. Der Achszapfen soll mit dem Rotor durch Vergießen mit Kupfer verbunden werden. Dadurch wird zwischen Welle und Wolframteller gute Wärmeleitung erhalten. Der Schmelzpunkt von Kupfer liegt aber so tief, daß durch die beim Betrieb der Röhre entstehende Hitze die Befestigung weich werden kann. Der gute Übergang der Wärme führt außerdem zu unerwünschter thermischer Überlastung des Lagers, das dem Anodenteller zunächst legt Deshalb hat sich wohl diese Konstruktion auch nicht in die Röntgenröhrentechnik eingeführt

Aus der US-PS 36 94 685 ist die Benutzung einer rohrförmigen Achse für Röntgenröhren-Drehanoden bekannt Dabei liegt aber schon vom Prinzip her der Unterschied vor, daß der verwendete Teller keinen Achszapfen hat Die Befestigung des Teilers erfolgt so, daß der Teller im Zentrum ein Loch hat in welches die Welle eingeführt ist Die Haltung erfolgt also an der Außenseite eines; rohrförmigen Achsteils.

Aus den Unterlagen zum DE-GM 67 53 695 ist die Aufschrumpfung des Metalltellers außen an einem die Achse darstellenden Graphitkörper bekannt

Die DD-PS 10516 enthält eine konstruktive Lösung, bei welcher der Anodenteller aufgeschrumpft wird, und zwar auf eine Isolierstoffwelle (vgl. letzte Spalte, Zeilen 36 bis 38 und did Figur). Auch hier soll der Teller 3 auf die Welle 4 aufgeschrumpft sein, falls die dort nur alternativ genannte Aufschrumpfung überhaupt als Befestigungsart verwendet wird. Auch die benutzte Anordnung von Welle und Teller ist damit derjenigen nach der Erfindung gerade entgegengesetzt

Bei den bekannten Aufschrumpfverbindungen tritt nicht die bei vorliegender Erfindung im Betrieb zu erwartende, durch Wärmeexpansion des Achszapfens auftretende zusätzliche Verfestigung der Verbindung ein, sondern ist im Gegensatz dazu eine Lockerung zu erwarten. Der Teller und damit die Achsöffiwng werden

ίο von der Brennfleckbahn her erhitzt, d. h. sie werJen vor der Achse erwärmt und ausgedehnt Dies führt aber zu einer Vergrößerung des Achsloches, also zu einer

Lockerung der Verbindung. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer

Röntgenröhrendrehanode gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 die Befestigung des Tellers an der Drehwelle unter Verwendung bekannter Aufschrumpfverfahren so zu verbessern und zu vereinfachen, daß während des Betriebes keine Lockerung der Verbindung auftritt

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs beanspruchten Maßnahmen gelöst
Dadurch, daß bei einer Drehanode für Röntgenröhren der Achszapfen des Anodentellers mittels eines auf Preßsitz gearbeiteten Rohres mit dem Rotor durch Aufschrumpfen verbunden ist wird schnell, sauber und sicher eine präzise dauerhafte Verbindung erhalten. Einerseits ist dabei die bei Verwendung eines Lotes auftretende, oben bereits erwähnte Schwierigkeit vermieden, daß die Verbindung durch die Erhitzung beim Betrieb weich wird und eine Unwucht erhält Andererseits können die bei dem auch heute sonst meistens benutzten Verschrauben, insbesondere wegen der Gewinde und der sichernden Mitnehmer, notwendigen Toleranzen vermieden werden. So wird es möglich, ohne nachträgliches Auswuchten auszukommen. Gerade bei Graphitanoden ist diese Bearbeitung, d. h. Abtragungen von Material, ein Grund für die Entstehung schädlicher loser Teilchen. Wefen der starren und daher abriebfreien Halterung ist ein weiterer Grund für die Entstehung loser Teilchen beseitigt Die klemmende Befestigung kommt überdies den Festigkeitseigenschaften von Graphit entgegen. Die Halterung von Drehanodentellern nach Anspruch 1 hat sich daher besonders bei Graphit als Anodenmaterial als vorteilhaft und zweckmäßig erwiesen.

Als Materialien für den Achszapfen am Anodenteller wird man in der Regel das Material verwenden, aus dem die Teller selbst gefertigt werden. Besonders bei sog. Verbundtellern sind dies Molybdän oder Molybdänlegierungen mit schwerschmelzbaren Metallen, wie etwa Wolfram oder Rehnium bzw. Zirkonium oder Metallen ähnlich hohen Schmelzpunktes und niedrigen Dampfdruckes. Auch aus Kohlenstoff (Graphit) etc können der Körper der Anode und der Zapfen bestehen, wenn das Material die vorgenannten Bedingungen erfüllt Wie bei Metallanoden können Teller und Zapfen als Teile erzeugt und dann zusammengesetzt oder vorzugsweise aus einem Stück hergestellt sein.

Der rohrförmige Ansatz am Rotor kann etwa bei der Verwendung von Molybdän oder seinen Legierungen bzw. Graphit als Achszapfen aus einer unter der Bezeichnung TZM bekannten Legierung von 0,5% Titan, 0,07% Zirkonium und Rest Molybdän bestehen (die %-Angaben sind als Gewichtsprozent zu verstehen). Bei einer Abmessung von etwa 153 mm Durchmesser des Achszapfens und einer Wandstärke von

1,25 mm des Rohransatzes und einer Länge des Zapfens von etwa 8mm sollten die Maßtoleranzen, d.h. der Außendurchmesser des Zapfens und der Innendurchmesser des Rohres, in einer Größenordnung liegen, in welcher der Zapfen bei Zimmertemperatur zwischen 5 und 35 μπι dicker als die öffnung des Rohres ist, damit beim Aufschrumpfvorgang ausreichende Preßdruckverbindung erhalten wird. Außer durch geeignete Wahl der Abmessungen bei Zimmertemperatur wird dies mit Sicherheit erreicht, wenn der thermische Ausdehnungskoeffizient des äußeren Teiles (Welle) kleiner ist als derjenige des inneren Teiles (Zapfen) der Verbindung. Je nach Wahl der Materialien wird außerdem bei Aufschrumpfen durch den entstehenden Druck eine Art Druckverschweißung erhalten. Dabei verbinden sich der Zapfen und die rohrförmige Welle so fest miteinander, daß sie bei späterem Erhitzen nicht mehr voneinander lösbar sind. Eine solch feste Verbindung tritt z. B. zwischen den üblichen Molybdän enthaltenden Tellermaterialien und TZM ein.

Durch die Benutzung des rohrförmigen Teiles zur Verbindung des Tellers mit dem Rotor wird eine Welle geringer Materialdicke und damit geringer Wärmeleitung erhalten. Damit ist auch die thermische Belastung der Drehlager der Anode vermindert, weil die Wärme weniger abgeleitet als vielmehr vom Teller abgestrahlt wird.

Für das zur Verbindung des Tellers mit dem Rotor benutzte Rohr können außer TZM auch andere Materialien ähnlicher Festigkeit, ähnlichem thermischen Verhalten und hohem Schmelzpunkt verwendet werden. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Ausdehnung der Materialien so liegt, daß bei den im Betrieb und bei der Herstellung der Röntgenröhre auftretenden hohen Temperaturen ein Mindestschrumpf-Durchmaß von einigen μΐη erhalten bleibt (Nach unseren Erfahrungen sind 5 μίτι ausreichend).

In der Regel wird die rohrförmige Welle als Ansatz am Rotor direkt bei der Herstellung des Rotors miterzeugt Es können aber auch Konstruktionen zweckmäßig 'ein, bei denen der Rotor selbst noch einen rohrförmigen Achsansatz hat, der auf das untere Ende der rohrförmigen Achse aufgeschrumpft wird. Der Ansatz am Rotor kann aus ähnlichen Materialien hergestellt sein wie der Zapfen und die Achse. Zweckmäßigerweise wird z. B. Wolfram-Zirkonium Molybdän-1 egierung verwendet damit Ausdehnungseigenschaften erhalten werden, die temperaturfeste Verbindung gewährleisten. Der Ansatz kann aber beispielsweise auch aus Vacon bzw. Molybdän oder einer Molybdän-Nickel-Lcgierung etc. bestehen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten zweckmäßigen Ausgestaltungen weiter erläutert

In der Fig. I ist eine Drehanoden-Röntgenröhre gezeichnet deren Anodenteller zur Sichtbarmachung der Verbindung aufgeschnitten dargestellt ist

in der F i g. 2 ^:st der obere Teil der Drehanode und des Rotors einer Röntgenröhre vergrößert und im Querschnitt herausgezeichnet, so daß die Anordnung der Aufschrumpfung sichtbar wird.

In der F i g. 1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre gezeichnet mit einer Kathodenanordnung 1 und einer Anodenanordnung 2, die sich im Inneren eines gläsernen Vakuumkolbens 3 an den beiden einander gegenüberliegenden Endwänden befinden. Dabei besteht die Kathode aus der Befestigungshülse 4 und einer Hülse 5, in welcher die eigentliche, in der Figur durch 5 abgedeckte Glühkathode untergebracht ist Ihr gegenüber befindet sich die Brennfleckbihn 6 eines Drehanodentellers 7 von 100 mm Durchmesser. Die Anode besitzt eine den Teller 7 tragende Aufschrumpfverbindung aus Teilen 8 und 9. Sie liegt zwischen der Unterseite des Tellers 7, dessen Oberseite mit einer Schicht 10 aus einer 5% Rhenium enthaltenden Wolframlegierung belegt ist und welche die Brennfleckbahn 6 trägt Außerdem stellt sie die Verbindung zur Oberseite 11 eines Rotors 12 dar. Bei der Verbindung ist das Teil 9 ein am Teller 7 liegender Achszapfen. Das Teil 8 ist ein rohrförmiger Ansatz an der Oberseite 11 des Rotors 12. Der Achszapfen 9 besteht wie der Körper des Drehanodentellers 7 aus Molybdän. Er ist 8 mm lang und 15,5 mm dick mit einer Toleranz zwischen +0,034 und +0,023 mm (DIN-Toleranz r6). Das aufgeschrumpfte rohrförmige Teil 8 hat einen inneren, d. h. lichten, Durchmesser von 154 mm mit einer Toleranz von bis zu

μ 0,018 mm (DIN-Toleranz H 7), besteht aus TZM und hat eine Wandstärke von 1,25 mm. Das rohrförmige Teil 8 ist als Ansatz an der Oberseite n des Rotors 12 ausgebildet

Bei Anwendung der Erfindung bei Graphitanoden ist

lediglich der Körper des Tellers 7 anstatt aus Molybdän aus Granhit hergestellt Die Schicht 10 kann in an sich bekannter Weise aus Wolfram oder ebenfalls aus Rhenium-Wolframlegierung bzw. einem anderen schwerschmelzbaren Material bestehen.

In der F i g. 2 ist an der aufgebrochenen Stelle eines Drehanodentellers 7 einerseits ein Achszapfen 9 ersichtlich und andererseits ein als Welle dienendes Rohr 16, das eine Verbindung zum Ansatz 8 des Rotors 12 bildet An beiden Enden von 16 ist so aufgeschrumpft daß der Wärmefluß vom Teller 7 vom inneren zu halternden Teil, d. h. vom Rohr 16, auf den nähernden Teil. d h. den Ansatz 8, des Rotors 12 fließt

Die Aufschrumpfung, d h. die Erzeugung der Verbindungen von 8 mit 9 (F i g. 1) bzw. 9 mit 16 i'nd 16 mit 8 (F i g. 2), kann nach bekannten Verfahren erfolgen. Bei der in der Beschreibung zu F i g. 1 angegebenen Material- und Abmessungswahl sollte dabei der Ansatz 8 auf 800° C bis 1000° C erhitzt und auf den Achszapfen 9 von Zimmertemperatur aufgeschoben werden. Anschließend wird die Verbindung auf Zimmertemperatur abgekühlt Da bei der späteren im Betrieb der Anode erfolgenden Erhitzung diese zufolge des Wärmeflusses immer vom Anodenteller aus erfolgt also zuerst die Zapfen 9 bzw. bei F i g. 2 im Hindick au! 8 das Rohr 16

so erhitzt d. h. ausgedehnt wird, erhält man durch das Aufschrumpfen eine dauerhaft feste Verbindung.

In Abwandlung kann das Aufschrumpfen auch so erfolgen, daß der Achszapfen stark abgekühlt und dam· in die rohrförmige Achse eingefügt wird. Beim ar.jchiieüenden Erwärmen auf Zimmertemperatur erfolgt durch die Ausdehnung des Zapfens die erwünschte Befestigung. Zur Abkühlung kann dabei ein verflüssigtes Gas, wie etwa flüssige Luft oder flüssiger Stickstoff, benutzt werden. Diese Methode hat sich als besonders günstig und einfach erwiesen, weil man lediglich mit einem Eintauchen der Anode in das flüssige Gas und anschließendes Einsetzen auskommen kann. Auch eine Mischung beider Verfahren (Erwärmung des Rohres und Abkühlung des Zapfens) kann eine Vereinfachung und gleichzeitig Anpassung an die benutzten Materialien ermöglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Röntgenröhren-Drehanode, deren Anodenteller Ober einen am Teller liegenden Achszapfen mit dem Rotor ihres Antriebsmotors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung ein Rohr (16) enthält, das auf den Zapfen (9) aufgeschrumpft ist, wobei dessen Außendurchmesser bei Zimmertemperatur größenordnungsmäßig 5 bis 35 μΐη größer ist als der Innendurchmesser des aufzuschrumpfenden Rohres (16).

2. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende des Rohres (16) auf den Zapfen (9) des Tellers (7) aufgeschrumpft ist und daß auf das andere Ende des Rohres (16) ein rohrförmiger Ansatz (8) des Rotors (12) aufgeschrumpft ist

3. Röntgenröhren-Drehanode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinander aufzuschrumpfenden Teile aus reinem bzw. mit schwerschmelzbarem Metall legiertem Molybdän bestehen.

4. Röntgenröhren-Drehanode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile aus einer Legierung aus 0,5 Gewichtsprozent Titan, 0,07 Gewichtsprozent Zirkon, Rest Molybdän bestehen.

5. Röntgenröhren-Drehanode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Teller aus Graphit besteht