DE2709547C2 - Drehanode für eine Röntgenröhre - Google Patents

Description

gekennzeichnet durch folgende weitere Merkmale:

d) der Röntgenstrahlung emittierende Belag (50) erst^kt sich von der einen konusartigen Schrägfiäche (46) um den umfangsrand (42) der Trägerscheibe (40) herum auf die gegenüberliegende konusartige Schrägfiäche (48);

e) die Stärke des Röntgenstrahlung emittierenden Belages (50) nimmt auf der nicht die Brennfleckbahn (56) tragenden kopusartigen Schrägfiäche (48) radial nach einwärts ab (52).

Z Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (40) aus einem Werkstoff gefertigt ist, dessen Wärmekapazität höher als diejenige des Röntgenstrahlung emittierenden Materials ist

3. Drehanode nach Ansprach 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (40) mit Bezug auf eine Radialebene durch ihren äußeren Umfangsrand (42) symmetrisch ausgebildet ist

4. Drehanode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerscheibe (40) mit Bezug auf eine Radialebene durch ihren Umfangsrand (42) asymmetrisch ausgebildet ist

5. Drehanode nach Anspruch 4, dadurch gekerjizeichnet, daß eine der konusartigen Schrägflächen (48) der Trägerscheibe (40) gegenüber einer Radialebene durch den äußeren Umfangsrand (42) der Trägerscheibe einen größeren Winkel einschließt als die jeweils andere konusartige Schrägfläche.

50

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehanode für eine Röntgenröhre mit den Merkmalen des Oberbegriffesvon Anspruch 1. Eine derartige Drehanode ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 24 09 526 bekannt.

Ferner gehören nach den deutschen Offenlegungsschriften 19 13 793 und 22 12 058 Röntgenröhren-Drehanoden zum Stande der Technik, welche ebenso wie die eo zuvor erwähnte bekannte Drehanode jeweils eine Trägerscheibe mit zum äußeren Umfangsrand hin aufeinander zulaufenden konusartigen Schrägflächen aufweisen und mit einem die Brennfleckbahn tragenden, Röntgenstrahlung emittierenden Belag versehen sind.

Es hat sich gezeigt, daß trotz der vergleichsweise geringeren thermischen Beanspruchung der Brennfleckbahn der Drehanode aufgrund der hohen Drehzahl doch noch so.hohe Betriebstemperaturen erreicht werden, daß die Drehanode'sich verwerfen kann. Im allgemeinen biegt sich der ringförmige Randbereich der Drehanode in Richtung auf die Kathode, so daß der Anodenwinkel verringert wird und der nutzbare Querschnitt des Röntgenstrahiungsbündels verkleinert wird. Es ist zu vermuten, daß;die Zentrifugalkräfte aufgrund der hohen Drehzahl der [Drehanode und örtliche Unterschiede in der thermischen Ausdehhünjg zwischen der die Brennfleckbahn tragenden Schicht und der Trägerscheibe Spannungen einführen, die eine Zerstörung oder Verformung des ringförmigen Randbereiches der Trägerscheibe herbeiführen können. Diese Schwierigkeiten können auch bei einer Drehanode der eingangs erwähnten, bekannten Art nicht-vermieden werden, die auf beiden Seiten der Trägerscheibe einen Belag aus dem Röntgenstrahlung emittierenden Material aufweisen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, die Verformung einer Drehanode der gattungsgemäßen Art unter der thermischen und mechanischen Beanspruchung während des Betriebes zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des anliegenden Anspruches 1 gelöst.

Es zeigt sich, daß durch die Erstreckung des Belages aus Röntgenstrahlung emittierendem Material von der die Brennfleckbahn aufweisenden §eite der Trägerscheibe um den äuiieren Trägerscheibenrand herum auf die jeweils andere Trägerscheibenseite und durch das Verringern der Dicke des Belages auf dieser von der Kathode abliegenden Trägerscheibenseite in radialer Richtung nach einwärts ein Ausgleich der mechanischen Verspannungen auf den beiden Trägerscheiben erzielt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der hier vorgeschlagenen Drehanode sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 5.

Nachfolgend werden einige Ausführungsformen der hier vorgeschlagenen Drehanode unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. 2s stellt dar

F i g. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenansicht einer Drehanoden-Röntgenröhre,

F i g. 2 eine Aufsicht auf die Drehanode entsprechend der in Fi g. 1 angedeuteten Blickrichtung 2-2,

F i g. 3A bis 3C Teilansichten symmetrisch ausgebildeter Drehanoden-Trägerscheiben im Axialschnitt mit verschiedenen Dicken der jeweils die Brennfleckbahn tragenden Beläge im Vergleich zu der Dicke der Fortsetzung des jeweiligen Belages auf der gegenüberliegenden Schrägfläche der Trägerscheibe und

F i g. 4A bis 4C Teilansichten asymmetrisch ausgebildeter Drehanoden-Trägerscheiben im Axialschnitt, wobei die verschiedenen die Brennfleckbahn tragenden Schichten jeweils wieder unterschiedliche Dicken im Vergleich zu den Dicken ihrer Fortsetzungen auf der gegenüberliegenden Schrägfläche der Trägerscheibe aufweisen.

In den Zeichnungen sind einander entsprechende Teile jeweils auch mit gleichen Bezugszahlen versehen. In Fig. 1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre 10 dargestellt, welche einen röhrenförmigen Kolben 12 aufweist, der aus einem dielektrischen Werkstoff, beispielsweise aus Glas besteht. Der Röhrenkolben 12 besitzt einen nach einwärts gestülpten Abschnitt 14 und einen diesem gegenüberliegenden Halsabschnitt 16. Der nach einwärts gestülpte Abschnitt 14 des Röhrenkolbens 12 schließt dicht an ein Ende einer Kathodenhalterungshülse 18 an, welche aus einem starren Werkstoff

gefertigt ist, beispielsweise dem unter dem Namen Kovar erhältlichen Material. Die Kathodenhalterungshfllse 18 erstreckt sich in axialer Richtung in den Röhrenkolben 12 hinein und ist an ihrem inneren Ende dichtend ■' an eine Kappe oder " einen Deckel 20 angeschlossen, welcher einen radial wegstehenden, hohl ausgebildeten Halterungsarin 22 trägt Der Halterungsarm 22 ist gegenüber der Achse der Kathodenhalterungshülse 18 abgewinkelt und trägt an seinem Außenende einen Kathodenkopf 24 an sich bekannter Bauart Der Kathodenkopf 24 enthält im allgemeinen eine Elektronen emittierende Wendel 26, welche innerhalb eines gitterartigen Fokussierungstroges 28 in Längsrichtung angeordnet ist Elektrische Leitungen 30 sind über dichte Durchführungen durch den Deckel 20 geführt und verlaufen isoliert durch den hohlen Halterungsarm 22, so daß die die elektrische Anschlußverbindung zii der Kathodenwendel oder dem Kathodenheizdraht 26 und dem Fokussierungstrog 28 in an sich bekannter Weise herstellen. m

In dem Halsabschnitt 16 des Röhrenkolbens 12 ist über geeignete Lager der Rotor 32 eines Induktionsmotors gelagert, dessen ätfßei er Stator zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen ist Der Rotor 32 erstreckt sich in axialer Richtung innerhalb des Röhrenkolben 12 und trägt an seinem nach innen weisenden Ende einen sich in axialer Richtung erstreckenden Wellenstumpf 34. Etwa in einer Radialebene ist an dem äußeren Ende des Wellenstumpfes 34 beispielsweise mittels einer Mutter 36 eine Drehanode 38 befestigt, welche in an sich jo bekannter Weise von dem Rotor 32 des Induktionsmotors in Umdrehung versetzt wird. Die Drehanode 38 enthält eine Trägerscheibe 40, welche nahe ihrem äußeren Umfangsrand 42 einen ringförmigen Bereich 44 aufweist, der einander gegenüberliegende Schrägflächen 46 und 48 enthält. Die Schrägfläche 46 ist, wie aus Fig.2 ersichtlich, mit einer die Brennfleckbahn tragenden Schicht 50 aus einem Röntgenstrahlung emittierenden Material beschichtet, wobei ein Teil dieser Schicht in bestimmtem Abstand dem Kathodenkopf 24 gegenüberliegt. Die Schicht 50 kann aus irgend einem Röntgenstrahlung emittierenden Werkstoff, beispielsweise aus Wolfram oder einer Wolfram-Rheniumlegierung gefertigt sein und auf die Schrägfläche 46 nach einem an sich bekannten Verfahren aufgebracht worden sein, etwa durch Ablagerung aus der Dampfphase. Der Belag 59 verläuft außerdem kontinuierlich um den äußeren Umfangsrand 42 der Trägerscheibe 40 herum und besitzt eine Fortsetzung 51, die auf der jeweils gegenüberliegenden Schrägfläche 48 gelegen ist. Die Verlängerungsschicht 51 endet in einem ringförmigen, im Querschnitt sich zuspitzenden Rand 52, welcher sich an die benachbarte Scl.rägfläche 48 anschmiegt Die Gestalt der Schrägfläche auf der gegenüberliegenden Seite 48 der Trägerscheibe führt zu der gewünschten Zuspitzung des Randes 52 der genannten Schicht ohne daß ein Maskieren und nachfolgendes Abdrehen notwendig wären.

Im Betrieb bewirkt die über die Leitungen 30 zugeführte elektrische Energie eine Erhitzung des Kathodenheizdrahtes 26 auf die für die Emission von Elektronen erforderliche Temperatur, wobei der Fokussierungstrog 28 auf einem geeignetem Potential gehalten wird, um die emittierten Elektronen zu einem Strahl 54 zu bündeln. Die Drehanode 38 wird mit einer geeigneten hohen Drehzahl von beispielsweise 10 000 U/Min, in Umdrehung versetzt, um rasch den jeweiligen Anteil der m'· der Schicht 50 vorgesehenen Brennfleckbahn, welcher unter dem Kathadenkopf 24 gelegen ist, auszuwechseln. Auch wird die Drehanode 38 auf einem ausreichend hohen elektrischen Potential gegenüberdem Kathodenheizfaden 26 gehalten, um die Elektronen des Elektronenstrahls 54 auf den Brennfleckbereich 56 der Brennfleckbahn 50 hin zu beschleunigen. - " "

Die in dieser Weise erzeugten, hohe Energie besitzenden Elektronen, welche auf den Brennfleckbereich 56 auftreffen, regen eine Röntgenstrahlung an, von welcher ,ein bestimmter Anteil in Gestalt eines Röntgenstriahlenbündels 58 durch ein in radialer Richtung fluchtendes, röntgenstrahlendurchlässiges Fenster 60 des Röhrenkolbens 12 austritt Das Röntgenstrahlungsbündel 58 scheint also von; einer radialen Projektion des Brennfleckbereiches 56 auszugehen, wobei dieser Punkt als Brennfleck oder Brennpunkt der Röhre bezeichnet werden kann. Ist der Brennfleckbereich 56 üblicherweise von rechteckiger Gestalt, so hat der Brennpunkt oder Brennfleck im wesentlichen eine quadratische Fon*¹ und hat beispielsweise eine Größe von lediglich 3 mm im Quadrat Der Brennpunkt oder Brennfleck der Röntgenröhre nähert für das Röntgenstrahlenbündel 58 im wesentlichen eine Punktquelle an, um die Auflösung des mitteis des Röntgenstrahlenbündels erzeugten Röntgenbildes zu verbessern.

Die Schrägflächen 46 und 48 der Drehanoden-Trägerscheibe 40 sind jeweils entgegengesetzten axialen Komponenten einer Zentrifugalkraft ausgesetzt die sich bei den hohen Drehzahlen der Drehanode 38 ausbildet Die Trägerscheibe 40 kann daher, wie in den Fig.3A bis 3C gezeigt, einen symmetrischen Trägerkörper 40a enthalten, welcher in entgegengesetztem Sinn zueinander schräggestellte Flächen 46a und 48a aufweist, welche jeweils gleich große, jedoch entgegengesetzte Winkel relativ zu einer Radialebene einschließen, die sich durch den Umfangsrand 44 der Trägerscheibe legen läßt. Auf diese Weise erhält man einen Ausgleich der entgegengesetzt zueinander wirkenden Axialkomponenten der Zentrifugalkräfte, welch« jeweils auf die Schrägflächen 46a und 48a wirken.

In ähnlicher Weise sind die die Brennfleckbahn tragende Schicht 50 und die Verlängerung 51 dieser Schicht auf der anderen Schrägfläche jeweils entgegengesetzt gerichteten axialen Komponenten von Zentrifugalkräften ausgesetzt, welche das Bestreben haben, die jeweiligen Schichtteile von den benachbarten Schrägflächen 46 bzw. 48 abzuheben. Wie aus Fig.3A ersichtlich, können daher eine die Brennfleckbahn tragende Schicht 50a und ein ringförmiger Verlängerungsfortsatz 51a dieser Schicht nahe dem äußeren Umfangsrand 42 vorgesehen sein, welche im wesentlichen gleichförmige Dicke aufweisen. Auf diese Weise werden die jeweils entgegengesetzt gerichteten, axial wirkenden Komponenten der Zentrifugalkräfte, die an den Schichten 50a und 51a angreifen, gegeneinander ausgeglichen. Es ist jedoch auch möglich, wie in F i g. 3B gezeigt, den ringförmigen Fortsatz 516 der Schicht 506 nahe dem Umfanfprand 42 der Trägerscheibe mit einer größeren Dicke auszustatten als die Dicke der Schicht 506 im übrigen ausmacht. Schließlich zeigt F i e. 3C die Möglichkeit auf, einen ringförmigen Bereich der Fortsetzung 51c der Schicht 50c mit geringerer Dicke auszuführen als die Dicke der die Brennfleckbahn tragenden Schicht 'J)c beträgt. Auf diese Weise lassen sich andere Kräfte als nur die Axialkräfte aufgrund entsprechender Komponenten der Zentrifugalkräfte,

welche an den jeweiligen Schichten 50 bzw. 51 angreifen, gegeneinander ausgleichen.

Im allgemeinen sind die Koeffizienten der thermischen Ausdehnung des Röntgenstrahlung emittierenden Werkstoffs der Brennfleckbahn 50 bedeutend kleiner als diejenigen der hohe Wärmekapazität aufweisenden Materialien für die Drehanoden-Trägerscheibe 40. Beispielsweise ist der thermische Ausdehnungskoeffizient für Wolfram etwa halb so groß wie der thermische Ausdehnungskoeffizient für Molybdän. Demzufolge entsteht an der Drehanoden-Trägerscheibe 40 ein Bimetalleffekt, welcher bestrebt ist, eine thermische Ausdehnung in radialer Richtung zu verursachen, welche größer ist als diejenige der die Brennfleckbahn tragenden Schicht 50. Dies hatte bei bisher bekannten Drehanoden im allgemeinen die Wirkung, daß der ringförmige äußere Teil 44 der Drehanode 38 eine Deformation herbeiführte, so daß die Drehanode bzw. die Trägerscheibe 40 in axialer Richtung auf den Kathodenkopf 24 hingebogen wurde. Eine Verformung der Drehanode der hier vorgeschlagenen Art wird jedoch dadurch verhindert, daß die die Brennfleckbahn tragende Schicht 50 um den äußeren Umfangsrand 42 der Trägerscheibe40 herumgezogen wird, so daß sich die Fortsetzung 51 bildet, welche einen inneren, fein zulaufenden Abschlußrand 52 besitzt, der sich an die relativ kühlere Schrägfläche 48 der Trägerscheibe anschmiegt Die Brennfleckbahn 50 und die thermisch damit verbundene Fortsetzungsschicht 51 haben das Bestreben, die radiale Ausdehnung der Trägerscheibe 40 einzuschränken. Es ist anzunehmen, daß die resultierenden thermischen und mechanischen Beanspruchungen, welche in die die Brennfleckbahn tragende Schicht 50 und die sich einstückig daran anschließende Schicht 51 eingeführt werden, durch den ringförmigen, zulaufenden Abschlußrand 52 der Schicht oder des Belages 51 vermindert werden. Aufgrund der Verjüngung oder Verdünnung des Randes 52 kann dieser sich

genau auf die thermische Ausdehnung und die mechanischen Eigenschaften der benachbarten Schrägfläche 48 der Trägerscheibe 40 einstellen.

Gemäß anderen, in den F i g. 4A bis 4C gezeigten Ausführungsformen kann die Drehanode 38 auch eine mit Bezug auf eine Radialebene asymmetrisch geformte Trägerscheibe 40b enthalten, deren Schrägflächen 46b und 49b jeweils um entgegengesetzt orientierte Winkel unterschiedlicher Größe gegenüber einer Radialebene durch den Umfangsrand 42 der Trägerscheibe geneigt sind. Nachdem die Schrägfläche 46b einer größeren thermischen Belastung ausgesetzt ist, kann die gegenüberliegende Schrägfläche 486 um einen größeren Winkel gegenüber der Radialebene durch den Umfangsrand 42 der Trägerscheibe geneigt sein. Die größere Axialkomponente der auf die Schrägfläche 486 wirkenden Zentrifugalkraft kann daher die geringere Axialkomponente der Zentrifugalkräfte, welche auf die Schrägfläche 46b wirken und die darin eingebrachten thermischen Beanspruchungen ausgleichen, weiche beispielsweise, wie oben ausgeführt, durch den beschriebenen Bimetalleffekt verursacht sind. Die Schrägflächen 46b und 486 können, wie in Fig.4A gezeigt, mit einer die Brennfleckbahn tragenden Schicht 50a und einer die daran anschließenden Fortsetzungsschicht 51a belegt sein, die in den Bereichen nahe dem äußeren Umfangsrand 42 der Trägerscheibe im wesentlichen gleichbleibende Dicke besitzen. Andererseits kann, wie aus Fii,.<B zu entnehmen ist, der ringförmige Teil der Fortsetzungsschicht 516 nahe dem äußeren Umfangsrand 42 auch mit größerer Dicke gegenüber der Stärke der Schicht 50 im Bereich der Brennfleckbahn ausgeführt sein. Schließlich ist e3 gemäß F i g. 4C auch möglich, den ringförmigen Teil der Fortsetzungsschicht 51c nahe dem Umfangsrand 42 der Trägerscheibe in geringerer Dicke gegenüber der Dicke der die Brennfleckbahn tragenden Schicht SOcauszuführen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1 Patentansprüche:

1. Drehanode für eine Röntgenröhre mit folgenden bekannten Merkmalen:

■ ■ ■ ■ ' ' ' · '

a) die Drehanode weist eine Trägerschejbe (40)

mit zam äußeren Umfangsrand (42) hin aufeinander zulaufenden konusartigen Schrägflächen (46,48) auf;

b) die Trägerscheibe (40) ist mit einem die Brennfleckbahn (56) tragenden,.Röntgenstrahlung emittierenden Belag (50) versehen; ^v

c) der Röntgenstrahlung emittierende Belag (50) " befindet sich auf beiden Seiten der Trägerscheibe;