DE3048476A1 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Description

Rontflonröhren-Drehanode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Röhren sind z.B. beschrieben in der DE-PS 19 51 383.

Bei bekannten Röntgenröhren-Drehanoden ist der Schwermetallteil tellerförmig und in seinem Zentrum an der Achse befestigt. Außerdem ist/sind daran zur Verbesserung der thermischen Eigenschaften ein bzw. mehrere Graphitteil/e angebracht. Dabei wird u.a. auch gegenüber einer Anode, bei welcher ein Metallring über einen Graphitkörper an der Achse befestigt ist, ein Vorteil erreicht, weil man nicht auf die Festigkeit der Teile aus^sGraphit Rücksicht zu nehmen braucht. Es wäre aber vorteilhaft, wenn man das Metallteil verkleinern könnte, ohne daß die Festigkeit und die Einfachheit der Auswahl der Materialien darunter leiden würde.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei einer Röntgenröhren-Drehanode nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine einfache und sichere Befestigung an der Achse unter gleichzeitiger Verringerung des Gewichtes zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz einer metallenen Nabe in den Graphitkörper der Anode wird erreicht, daß einerseits eine gegenüber der Achse große Verbindungsfläche zwischen der Nabe und dem Graphitteil erhalten wird. Andererseits ist die Nabe, die aus Metall besteht,

Kn 5 Kof / 03.12.1980

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mit der Achse gut verbindbar. Sie kann etwa angeschweißt werden.

Eine erfindungsgemäße Röntgenröhren-Drehanode wird.z.B. aus einer Graphitscheibe hergestellt, auf die ein metallischer Ring aufgelötet wird, der etwas breiter als die Brennfleckbahnen ist. Dabei wird wegen der einfacheren Herstellbarkeit möglichst Planlötung angestrebt. Es ist aber auch möglich, einen Metallring, auf welchem die Brennfleckbahn liegt, unter einer Neigung, etwa derjenigen des Anodenwinkels, anzulöten. Gleichzeitig mit der Anlötung des Ringes kann auch die Nabe in eine entsprechende Ausnehmung zum Zentrum der Graphitscheibe eingelötet werden. Als Lot ist Vanadium (V), Zirkonium (Zr), Platin (Pt) oder Rhodium (Rh) verwendbar.

Die der Kathode zugewandte Seite des Anodentellers sollte (kann) zur Verhinderung von Feldemission aus Oberflächenspitzen mit einer hochtemperaturfesten dichten glatten Schicht überzogen sein. Eine solche kann aus pyrolytisch abgeschiedenem Graphit oder einem metallischen Überzug, z.B. aus Titan (Ti) bzw. Zirkonium (Zr), bestehen.

Die Befestigung der Welle, die aus Molybdän (Mo) oder Niob (nb) bzw. Legierungen davon bestehen kann, mit dem eigentlichen Teller erfolgt über die erfindungsgemäß . einzusetzende Nabe, d.h. ein metallenes Zwischenstück. Zweckmäßigerweise wird diese Nabe aus einem Metall niedriger Wärmeleitfähigkeit und an den Graphitkörper angepaßter Wärmeausdehnung angefertigt. Solche Stoffe sind etwa Molybdän (Mo), Niob (Nb) und Titan (Ti) bzw. Legierungen davon.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer Nabe kann das Gewicht des Tellers stark verringert werden, ohne

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daß eine Verschlechterung der Halterung bzw. eine schwierige Halterung notwendig wird. Die Reduktion beträgt bei einem Anodenteller von 100 mm Durchmesser einen Rückgang von ca. 800 g auf etwa 500 g. Außerdem kann die Befestigung des Tellers an der Drehachse durch Schrauben oder ähnliches,durch ein Verlöten oder Verschweißen ersetzt werden. Die Gewichtsreduktion bedeutet eine Verbesserung, weil dann das Trägheitsmoment wesentlich kleiner wird und damit das vorhandene Drehmoment die Beschleunigung auf Enddrehzahl in kürzerer Zeit erreicht.

Von besonderem Interesse ist die Erfindung für Drehanoden großen Durchmessers, etwa von Drehanoden, wie sie in Röntgenröhren benutzt werden, die für die Tomoskopie geeignet sind. Bei Drehanodentellern von 200 mm Durchmesser und mehr kommt den obengenannten Nachteilen besondere Bedeutung zu. Wegen der großen Länge des Umfangs des von der Brennfleckbahn belegten Metallringes ist es dabei vorteilhaft, zusätzlich auch noch eine federnd sich an die bei der Erwärmung auftretende Veränderung der Länge des Umfangs anpassende Halterung vorzusehen. Eine solche kann etwa erreicht werden durch Segmentierung des Graphitkörpers und Verwendung einer Nabe, die mit jedem einzelnen Teil des in Segmente zerschnittenen Graphitteils eine federnde Verbindung hat.

Dazu kann die Nabe die Form eines Topfes haben, mit dessen Boden die Drehachse der Anode fest verbunden wird. Die Seitenwand der Nabe wird dann so eingeschnitten, daß eine mit der Anzahl der Segmente übereinstimmende Anzahl von Streifen erhalten wird. Die Segmente werden dann zwischen den freien Enden der Teile der Seitenwand der Nabe einerseits und mit dem ringförmigen Metallteil,auf dem die Brennfleckbahn liegt, andererseits verbunden, derart, daß wenigstens im kalten

VPA 80 P 5156 DE Zustand die Teile der Seitenwand der Nabe nach außen drücken. Als Material ist für diese Ausgestaltung der Nabe ein solches zu verwenden, das hohe Festigkeit bei Temperatur, gutes Federungsvermögen, schlechte Wärmeleitfähigkeit, aber hohe Wärmespeicherfähigkeit hat. Diese Eigenschaften hat z.B. Nb bzw. Mo, Ti.

Bei einem Drehanodenteller von ca. 200 mm Durchmesser hat sich wegen der Wärmeausdehnungsunterschiede zwisehen Metall und Graphit eine Unterteilung in 10 bis 12 Sektoren als günstig erwiesen, weil die auftretenden Schubspannungen zwischen Graphit und Metall in der Lotschicht unterhalb der Scherbruchspannung bleiben, wenn die Größe der Sektoren beschränkt ist. Bei stärkerer Unterteilung, d.h. bei kleineren Sektoren, braucht man mehr Aufwand und hat mit abnehmender Grösse mehr Mühe, zu einer statischen Stabilität zu kommen. Wenn man nur wenige Unterteilungen setzt, werden die Sektoren größer und damit auch die auftretenden schädlichen Spannungen, die z.B. dazu führen können, daß der Metallring sich im Betrieb vom Graphit löst.

Insbesondere bei Tellern großen Durchmessers kommt die Ersparnis an Gewicht und damit eine Vorri ngcjrunp; .dor beim Anlaufen' hinderlichen Trägheit b.esonderjj zum Tragen. Für den genannten 200 mm-Teller ist bei erfindungsgemäßer Ausbildung eine Verringerung von 2kg auf etwa 6OO g zu erwarten.

Weitere Einzelheiten und Vorteile werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungs-. beispiele der Erfindung weiter erläutert.

In der Figur 1 ist ein perspektivisches Schaubild ' einer Drehanoden-Röntgenröhre gezeichnet, bei welcher ein Graphit-

-/5 - VPA 80 P 5156 DE Metall-Verbundanodenkörper über eine metallene Nabe mit der Drehachse verbunden ist,

in der Figur 2 eine abgeänderte Ausführungsform

der Drehanode im Schnitt,

in der Figur 3 eine weitere Abwandlung, bei welcher die Nabe mit federnden Teilen versehen ist, und

in der Figur 4 die Draufsicht auf den in der Figur 3 dargestellten Ausschnitt.

In der Figur 1 ist mit 1 ein gläserner Vakuumkolben einer Röntgenröhre 2 bezeichnet. Im Kolben 1 befinden sich in bekannter Weise einander gegenüberliegend eine Kathodenkombination 3 und eine Anodenkombination 4. Die mit 3 bezeichnete besteht dabei aus einer Halterung 5> mit der eine abschirmende Umhüllung 6 für eine in der Zeichnung nicht sichtbare Glühkathode am Kolben 1 befestigt ist. Die Anodenkombination 4 besteht aus einem bekannten Rotor 7, mit welchem eine Achse 8 und damit ein Anodenteller 9 mittels eines im Bereich des Rotors außen an der Röhre heranzubringenden, vorliegend nicht dargestellten, Stators in Rotation versetzt wird. Die Anodenplatte von 100 mm Durchmesser weist einen 15 mm starken Körper 10 aus Graphit auf. Dieser trägt in seinem Zentrum eine als Nabe benützte Hülse 11 aus Niob.

Diese ist auf die Außenwand 12 der rohrförmigen Achse aufgesteckt und an der oberen Berührungslinie 13 mit der Achse 8 verschweißt. Am äußeren Umfang des Graphitkörpers 10 liegt ein ringförmiger Metallteil 14, der aus einer 5 % Rhenium enthaltenden Wolframlegierung besteht.

Er ist mittels Zr-Lot auf den Graphitkörper 10 aufgelötet.

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Die Strahlenerzeugung erfolgt in an sich bekannter Weise durch Anschließen von Hoch- und Heizungsspannung . über Leitungen 15, 16 und 17 an der Kathodenseite und den Anschlußstutzen 18 der Anode. Damit können auf die Oberflächen der Brennfleckbahnen 19 und 20 des Anodentellers 9 Elektronen beschleunigt und Röntgenstrahlen erzeugt werden. Dabei kann durch eine Schicht 21 aus pyrolytisch aufgetragenem Graphit eine Verbesserung hinsichtlich Spannungsfestigkeit erreicht werden. Die Schicht sollte dabei einige /um dick sein, damit an der Oberfläche des Graphits die Poren geschlossen werden.

Bei der Abwandlung gemäß Figur 2 besteht der Graphitkörper· 10 aus ei nor Scheibe, an cler<Mi nußorom Umfang ein Reifen 22 aufgezogen ist, der wie bekannLo Röntgen-Drehanodenteller aus einer Titan-Zirkon-Molybdän(TZM)-Legierung besteht, deren Gehalt an Ti 0,5 Gewichtspro-, zent und Zr 0,07 Gewichtsprozent beträgt bei einem Rest aus Mo. An seiner Außenfläche ist der Reifen 22 mit einer Schicht 23 bedeckt, die aus Wolfram besteht, dem 5 Gewichtsprozent Rhenium zugemischt sind. Die Befestigung an der Achse 8 erfolgt wie bei der Figur 1 durch eine Nabe 11, deren innere Oberkante an der Verbindungslinie 13 mit der Achse verschweißt ist.

Die in den Figuren 3 und 4 gezeichnete Ausführungsform ist insbesondere für Drehanoden geeignet, deren Außendurchmesser etwa doppelt so groß als derjenige ist, für den Konstruktionen nach Figur 1 und 2 besonders geeignet sind. Der Durchmesser des dargestellten Beispiels beträgt 200 mm. Dabei besitzt der Graphitkörper 10' eine Dicke von 10 mm und ist in 12 Sektoren 24 unterteilt. Diese erstrecken sich zwischen dem ringförmigen Metallteil 14' und der Nabe 11'. Letztere besteht aus einem topfförmigen Teil, dessen Boden 25 im Zentrum bis zum oberen Rand 26 der Seitenwand hochgezogen

BAD ORIGINAL

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ist. Die Seitenwand besitzt Einschnitte 27, so daß für jeden Sektor 24 ein Teil 28 der Seitenwand der Nabe 11' vorhanden ist. Der obere Rand 26 ist mit dem inneren Rand des Graphitkörpers 10' durch Zr-Lot verbunden. So erhält jeder Sektor 24 eine federnde Verbindung mit der Nabe 11', die an der Außenseite ihres Bodens mit der Achse 8 verschweißt ist.

4 Figuren

6 Patentansprüche

Claims (6)

1. Pat e'ntansprüche

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   Π J Röntgenröhren-Drehanode, deren Elektronenaufprallfläche auf einem metallenen Ring liegt, der über einen Körper aus Graphit an der Drehachse befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß im Zentrum zwischen Graphitkörper und Achse als Verbindungsteil eine metallene Nabe liegt.
2. 2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Nabe eine federnde Verbindung darstellt.
3. 3. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet, daß der Körper aus Graphit in Segmente unterteilt ist.
4. 4. Drehanode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß jedes Segment gegenüber der Achse abgefedert ist.
5. 5. Drehanode nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die Nabe die Form eines Topfes hat, dessen Boden bis etwa an den oberen Rand der Seitenwand hochgezogen und entsprechend der Anzahl der Segmente durch Einschnitte in Streifen unterteilt ist, daß die Verbindung zu den Segmenten an den oberen freien Enden der Streifen der Seitenwand der Nabe liegt und daß die Achse im Zentrum des hochgezogenen Bodens befestigt ist.
6. 6. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Verbindung .zwischen Graphitkörper und Nabe eine Leitung insbesondere aus Nb, Mo, Ti ist und diejenige zwischen Nabe und Achse eine Schweißung ist.