DE2901681A1

DE2901681A1 - Roentgenroehre

Info

Publication number: DE2901681A1
Application number: DE19792901681
Authority: DE
Inventors: Yashunori Ishii; Tsuna Sawa
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-01-18
Filing date: 1979-01-17
Publication date: 1979-07-19
Also published as: JPS5496985A; FR2415366B1; US4281268A; IT1114341B; IT7947622A0; JPS6227499B2; DE2901681B2; FR2415366A1

Description

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Tokyo Shibaura Denk! n^5?K?-u ^

Kabushiki Kaisha D-8000 München 80

Kawasaki-shi, Japan

Telegramme: ellipsoid

Röntgenröhre

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre, bestehend aus einem evakuierten Kolben mit Endteilen aus Glas und einem Mittelteil aus Metall, einer im evakuierten Kolben angeordneten Kathodeneinheit und einer ebenfalls im Kolben angeordneten, der Kathodeneinheit zugewandten Anodeneinheit, die eine an einem Rotor angebrachte Fangelektrode aufweist,

Eine in Fig. 1 dargestellte bisherige Röntgenröhre großer Leistung mit rotierender bzw. Drehanode umfaßt einen evakuierten Kolben 1, eine darin angeordnete Kathodeneinheit 2 und eine im Kolben 1 angeordnete, der Kathodeneinheit 2 zugewandte Anodeneinheit 3. Der evakuierte Kolben 1 besteht aus Endteilen 1a und 1c aus Glas sowie einem aus Metall bestehenden Mittelteil 1b. Die Anodeneinheit 3 besteht aus einer der Kathodeneinheit 2 zugewandten Fangelektrode 4 und einem Rotor 6 zum Drehen derselben. Weiterhin umfaßt die Röntgenröhre einen Stator 7 zum Drehen des Rotors 6 und einen isolierenden Hohlzylinder 8 zur Isolierung des Rotors 6 gegenüber dem Stator 7. Die Kathodeneinheit 2 weist einen Napf 9 auf, der einen Heizfaden zum Emittieren eines Elektronenstrahls enthält.

Ein vom Heizfaden ausgehender Elektronenstrahl trifft unter Erzeugung von Röntgenstrahlen auf die Fangelektrode 4 auf.

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Die Röntgenstrahlen werden durch ein Fenster 10 im evakuierten Kolben 1 nach außen emittiert. Bei der Röntgenstrahlerzeugung erwärmt sich die Fangelektrode 4 auf hohe Temperatur. Der größte Teil der Wärme der Fangelektrode 4 wird von ihrer Oberfläche abgestrahlt und zum Teil über eine die Fangelektrode 4 mit dem Rotor 6 verbindende Welle 5 auf den Rotor β übertragen. Infolgedessen erwärmt sich der Rotor 6 hauptsächlich durch die von der Fangelektrode 4 abgestrahlte Wärme und zum Teil durch die über die Welle 5 übertragene Wärme. Mit zunehmender Erwärmung führt der Rotor 6 aus den im folgenden geschilderten Gründen Störungen ein, durch welche die Betriebsleistung der Röntgenröhre beeinträchtigt v/ird.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Rotor 6 einen Rotorzylinder 11, eine in diesen hineinragende und am einen Ende mit ihm mittels einer Schraube verbundene Welle 12, zwei Lager 13 an den beiden Endabschnitten der Welle 12 und einen im Rotorzylinder 11 um die Lager 13 herum angeordneten Träger 14. Wie erwähnt, wird die Wärme der Fangelektrode 4 zum größten Teil durch Strahlung und zum Teil über die Welle 5 auf den Rotor 6 übertragen. Bei der allmählichen Erwärmung des Rotors 6 erwärmt sich auch die Welle 12 im Rotorzylinder 11. Schließlich erwärmen sich auch die Lager 13. Die Wärme der Lager 13 wird auf den Träger 14 übertragen und vom Rotor 6 nach außen abgestrahlt» Dabei entsteht ein Wärmegefälle zwischen Innen- und Außenlaufring der beiden Lager 13» Im allgemeinen ist zwischen den Laufringen und den Kugeln der Lager 13 jeweils ein gleichmäßiges Spiel in der Größenordnung von einigen Mikrometern vorhanden, um eine ruhige Drehbewegung des Rotors 6 zu gewährleisten» Diese ruhige Drehbewegung wird jedoch gestört, wenn sich die Lager 13 aufgrund des Temperaturgefälles zwischen ihren Innen- und Außenlaufringen thermisch ausdehnen.

Die bisherige Röntgenröhre gemäß Fig_e 1 ist weiterhin in

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folgender Hinsicht unvorteilhaft: Bei Beaufschlagung mit einem Elektronenstrahl emittiert die Fangelektrode 4 Sekundärelektronen. Diese treffen mit solcher Energie auf den evakuierten Kolben 1 auf, daß dessen aus Glas bestehende Endabschnitte in manchen Fällen brechen.

Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer Röntgenröhre, bei welcher keine unmittelbare Wärme-übertragung von einer Fangelektrode auf einen Rotor stattfindet und die aus Glas bestehenden Abschnitte eines evakuierten Kolbens keinen Bruch aufgrund von Sekundärelektronen von der Fangelektrode oder durch Streuelektronen von der Kathode erfahren.

Diese Aufgabe wird bei einer Röntgenröhre der eingangs definierten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen der Fangelektrode und dem Rotor ein wärmeisolierendes Element angeordnet ist, welches den Rotor vor der von der Fangelektrode abgestrahlten Wärme schützt und welches einen Teil des evakuierten Kolbens bildet.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer bisherigen Röntgenröhre,

Fig. 2 einen in vergrößertem Haßstab gehaltenen Längsschnitt durch den Rotor der Röntgenröhre gemäß Fig. 1 mit am Rotor angebrachter Fangelektrode,

Fig. 3 eine teilweise im Schnitt gehaltene Darstellung einer Röntgenröhre gemäß der Erfindung,

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Fig. 4 eine Fig. 3 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung des Kolbens der Röntgenröhre gemäß Fig. 3»

Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Teilschnitt durch den an einem Röhrengehäuse angebrachten Hauptteil der Röntgenröhre gemäß Fig. 3 und

Fig. 6 eine Fig. 4 ähnelnde Darstellung einer Abwandlung des hohlen Isolierzylinders der Röntgenröhre gemäß Fig» 3.

Die bisherige Röntgenröhre ist vorstehend anhand der Fig. 1 und 2 bereits erläutert worden.

Die in Fig. 3 dargestellte Röntgenröhre gemäß der Erfindung entspricht bezüglich ihres Aufbaus zum großen Teil der bisherigen Röntgenröhre nach Fig. 1. Einander entsprechende Teile sind daher mit denselben oder ähnlichen Bezugsziffern wie vorher bezeichnet.

Ebenso wie die Röntgenröhre nach Fig. 1 besteht die erfindungsgemäße Röntgenröhre aus einem evakuierten Kolben 1 in Form von Endteilen 1a und 1c aus Glas sowie einem Mittelteil 1b aus Metall, einer im Kolben 1 angeordneten Kathodeneinheit 2 mit einem Napf, einer im Kolben 1 angeordneten, der Kathodeneinheit 2 zugewandten Anodeneinheit 3 in Form einer der Kathodeneinheit 2 zugewandten Fangelektrode 4 und eines Rotors 6 zum Drehen der Fangelektrode 4, einem Stator 7 zum Drehen des Rotors 6 und einem isolierenden Hohlzylinder 8 zur Isolierung des Rotors 6 gegenüber dem Stator 7. Die Schale bzw. der Napf 9 der Kathodeneinheit 2 enthält einen Heizfaden zum Emittieren eines Elektronenstrahls.

Die Röntgenröhre nach Fig. 3 weist weiterhin ein zwischen der Fangelektrode 4 und dem Rotor 6 koaxial dazu angeord-

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netes Ringelement 21 auf. Die Welle 5 erstreckt sich dabei durch die Zentralbohrung des Ringelements 21 zur Verbindung der Fangelektrode 4 mit dem Rotor 6. Das Ringelement 21 ist am Außenumfang mit dem einen Ende des Metall-Mittelteils 1b des evakuierten Kolbens 1 und am Innenumfang mit einem Metallring 22 verbunden, der mit dem einen Ende des Endteils 1a des Kolbens 1 verschmolzen bzw. verschweißt ist. Das Ringelement 21 besitzt die Form einer flachen Scheibe mit einer Zentralbohrung 24. In abgewandelter Ausführungsform kann das Ringelement 21 auch gemäß Fig. 4 mit seinem Innenumfangsteil zur Fangelektrode 4 hin abgewinkelt sein. In diesem Fall wird es vom elektrischen Standpunkt bevorzugt, daß sich dieser Innenumfangsteil auf halber Strecke zwischen der Fangelektrode 4 und dem Rotor 6 befindet. Das Ringelement 21, wenn es die Form einer flachen Scheibe mit Zentralbohrung 24 besitzt, kann weiterhin mit mindestens einem Vorsprung oder Ansatz 23 versehen sein, der von seinem Innenumfangsteil in Richtung auf die Schale bzw. den Napf 9 der Kathodeneinheit 2 absteht.

Die Zentralbohrung 24 des Ringelements 21 kann gegenüber der die Fangelektrode 4 mit dem Rotor 6 verbindenden Welle exzentrisch angeordnet sein«, In diesem Fall ist das Zentrum der Zentralbohrung 24 weiter als die Achse der Welle 5 vom Napf 9 der Kathodeneinheit 2 entfernt. Der Durchmesser der Zentralbohrung 24 entspricht entweder demjenigen des Rotors 6 oder ist kleiner als dessen Durchmesser. Vorzugsweise ist die Zentralbohrung 24 so groß, daß sie mit Spiel von der Welle 5 durchsetzt wird.

Das Ringelement 21 besteht aus einem Werkstoff mit gutem Wärmeleitvermögen, beispielsweise Kupfer. Mindestens die der Fangelektrode 4 zugewandte Seite des Ringelements ist mit Kupfersulfid, Schwarzchrom o.dgl. geschwärzt. An der dem Rotor 6 zugewandten Seite kann das Ringelement 21 eine Anzahl

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von wärmeabstrahlenden Rippen 25 aufweisen. Weiterhin kann das Ringelement 21 so groß sein, daß sein Außenumfangsabschnitt über den evakuierten Kolben 1 hinausragt und gemäß Fig. 5 mit Hilfe von Schrauben/Muttern-Anordnungen 28 an einem Gehäuse 26 für die Röntgenröhre befestigbar ist.

Der isolierende Hohlzylinder 8 ist so geformt und angeordnet, daß er den den Rotor umgebenden Endteil 1a umschließt und die vom Endteil 1a abgehende, nach außen freiliegende Seite des Ringelements 21 abdeckt oder abschirmt. In den Spalt zwischen dem Hohlzylinder 8 und dem Endteil 1a sowie zwischen dem Hohlzylinder 8 und dem Ringelement 21 ist ein Kühlmittel zur Kühlung des Rotors 6 und des Ringelements 21 einführbar. Zur Zufuhr des Kühlmittels und zu seiner Umwälzung in diesem Spalt ist eine nicht dargestellte Rohrleitung am einen Ende mit dem isolierenden Hohlzylinder 8 und am anderen Ende mit einem nicht dargestellten Kühlmittelvorrat verbunden. Als Kühlmittel kann ein isolierendes Gas, z.B_o Schwefelhexafluorid (SFg) oder ein isolierendes Öl verwendet werden.

Der isolierende Hohlzylinder 8 kann auch die Form gernäß Fig. 6 besitzen. Dieser abgewandelte Hohlzylinder 8 umschließt nur den Endteil 1a, so daß er den Rotor 6 elektrisch vom Stator 7 isoliert.

Bei der dargestellten Röntgenröhre blockiert das Ringelement 21 die von der Fangelektrode 4 abgestrahlte Wärme. Die Wärme der Fangelektrode 4 wird daher, mit Ausnahme der über die Welle 5 übertragenen Wärmemenge,, nicht unmittelbar auf den Rotor 6 übertragen. Infolgedessen erwärmt sich der Rotor 6 in keinem Fall so starke daß die seine Welle tragenden Lager einer thermischen Ausdehnung unterworfen sind, durch die der ruhige bzw. runde Lauf der Rotorwelle verhindert wird_# Die erfindungsgemäße Röntgenröhr© ist daher mit hohem Wirkungsgrad betreibbar₉ so daß sie einen hohen praktischen Nutzwert bietet_o

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Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler & Hänzel Patentanwälte

Tokyo Jhibaura Denki η SHAU on

Kabushiki Kaisha D-8000 München 80

-;-ii T-rmn Tel.: 089/982085-87

oxlL, Japan Telex: 0529802 hnkld

Telegramme: ellipsoid

■ / ;;q

Patentansprüche

^ Röntgenröhre, bestehend aus einen evakuierten Kolben mit Endteilen aus Glas und einem Hittelteil aus Metall, einer im evakuierten Kolben angeordneten Kathodeneinheit und einer ebenfalls im Kolben angeordneten, der Kathodeneinheit zugewandten Anodeneinheit, die eine an einem Rotor angebrachte Fangelektrode auf v/eist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Fangelektrode (4) und dem Rotor (G) ein wärmeisolierendes Element (21) angeordnet ist, welches den Rotor (6) vor der von der Fangelektrode (4) abgestrahlten v/ärme schützt und welches einen Teil des evakuierten Kolbens (1) bildet.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärme isolierende Element (21) eine Metallscheibe mit einer Zentralbohrung (24) ist, die vom Rotor (6) durchsetzt wird.

3. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalls ehe ibe aus Kupfer besteht.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallscheibe an ihrer der Fangelektrode zugewandten Seite geschwärzt ist.

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2 9 O Ί 6 β

5. Röntgenröhre nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hetailseheibe an ihrer anderen üeite mit einer Anzahl von wärmeabstrahlenden Rippen versehen ist.

6. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärme isolierende S'ement eine He tails ehe ibe mit einer exzentrischen Bohrung ist.

7. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein (isolierender) Hohlzylinder (8) vorgesehen ist, der mit dem einen Ende dicht an der lie tails ehe ibe liegt und durch den ein Kühlmedium zum Kühlen der lie tails ehe ibe zuführbar ist.

st

0. Röntgenröhre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hetailseheibe am Außenumfangsabschnitt am einen Ende des Kolben-Zwischenteils und an Innenumfang an einem I-fetallring befestigt ist, der mit dem einen Kolben-Endteil verschmolzen bzw. verschweißt ist.

9. Röntgenröhre nach Anspruch R, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfangsabschnitt der Metallscheibe so in Richtung auf die Fangelektrode abgewinkelt ist, daß er sich auf halber Strecke zwischen Fangelektrode und Rotor befindet.

10. Röntgenröhre nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Innentcnfangs abs chnitt der Metallscheibe so in Richtung auf die Fangelektrode abgewinkelt ist, daß er sich parallel zu deren Außenumfangsabschnitt erstreckt.

11. Röntgenröhre nach Anspruch 0, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenumfangsabschnitt der Metallscheibe mit mindestens einem in Richtung auf die Fangelektrode abstehenden Vorsprung bzw. Ansatz versehen ist»

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IAD ORIGINAL

12. Röntgenröhre nach Anspruch S, dadurch gekennzeichnet, daß der Au3enurafangsabschnitt der Hetailseheibe sich aus dem evaku ierten Kolben nach außen erstreckt -und an einem Gehäuse für die Röntgenröhre befestigt ist.

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