DE3107924A1 - Roentgenroehren-drehanode - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5008 DE

Röntgenröhren-Drehanode

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehanode für Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Drehanoden sind z.B. bekannt aus der DE-OS 28 33 751.

Bei Drehanoden von Röntgenröhren tritt bekanntlich bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen eine starke Erhitzung auf. Sie entsteht im Verhältnis zur Möglichkeit des Abwanderns von Wärme sehr schnell. Daher wird eine örtliche Erhitzung und damit Wärmeau.sdehnung erhalten, was Anlaß zur Verspannungen im Material gibt, die zum Zerspringen von Anodentellern führen können.

Nach obengenannter DE-OS 28 33 751 soll durch Bohrungen, welche die Brennfleckbahn(en) unterqueren, eine Entspannung erreicht werden. Dabei wird aber von einer Drehanode ausgegangen, die einen ganz aus Metall bestehenden Teller hat, der von der äußeren Peripherie bis zur Achse reicht. Dabei müßten gerade Bohrungen sehr lang sein, um von der Peripherie bis zur Achse durchzugehen. Die Entspannung durch Einbringen von Bohrungen ist daher recht umständlich. Kürzere Bohrungen, etwa solche mit schrägem Austritt des Bohrers aus dem Material, weisen das Risiko auf, daß der Bohrer bricht bzw. als Abhilfe eine zusätzliche Bohrung am Auslauf der radial verlaufenden EntSpannungsbohrung angebracht werden muß, damit die Bohrerspitze einen "Auslauf" hat. Insbesondere bei extrem hohen Drehzahlen ergibt sich zusätzlich der Nachteil, daß diese zusätzlichen "Auslaufbohrungen" weitere Kerben mit den Folgen von Kerbspannungsfaktoren darstel-

Kn b Kof / 18.02.1981

VPA 81 P 5008 DE '.lon, die das Risiko des Bruches erhöhen. Außerdem ergibt sich durch die direkte metallische Verbindung zwischen Brennfleckbahn und Achse eine unerwünscht gute Wärmeleitung über die Achse zu den Lagern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Drehanode für Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Vermeidung vorgenannter Nachteile und Schwierigkeiten eine Verbesserung der ther-

.10 mischen Eigenschaften zu erreichen. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Durch die Verwendung eines wenigstens 6 mm dicken und der Breite der Brennfleckbahn(en) etwa entsprechenden Ringes, der eine wärmehemmende Nabe aufweist, wird Erkenntnissen Rechnung getragen, die ergeben haben, daß beim Vorgang der Verteilung der Wärme aus dem Brennfleck in das Anodenmaterial hinein die lateral ausfließenden Wärmemengen vernachlässigbar sind im Vergleich zu dem in Z-Richtung (senkrecht zur Anodenoberfläche) eindringenden Wärmestrom. Wie Rechnungen zeigten, wird während der Belastung zunächst nur der Brennfleck und im Laufe längerer Belastungen insbesondere nur die Partien der Brennfleckbahn, die unterhalb der Brennfleckbahn liegen, durch die bei der Erzeugung von Röntgenstrahlen auftretende Wärmeenergie erhitzt. Teile außerhalb der Brennfleckbahn (Außenrand und Zentrum) werden erst langsam durch Wärmeleitung heiß.

Gerade wegen des längeren Weges der Wärme in Richtung zum Dreh:/.entrum, also entlang des Anodenradius, erreicht die Übergangsstelle Anodenteller/Achse erst viel später ■ Mc i^v"l i-i i-ho Temperatur wie die Brennfleckbahn. Wird nun

- -5— VPA 81 P 5008 DE

der Teller in der Brennfleckbahn dicker gemacht und zudem die radiale Erstreckung zu einem Ring verkürzt, der nur so breit ist wie die Brennfleckbahn bzw. -bahnen es erforderlich machen, dann treten wegen der gleichmäßigeren Erwärmung weniger hohe thermomechanisehe Spannungen auf.

Nach der Erfindung wird also von dem großen Vorteil der ringartigen Ausführung der Anode Gebrauch gemacht, bei der unterhalb der Brennfleckbahn viel Material vorhanden ist. Bei ihr können in einfacher Weise Bohrungen eingebracht werden, die an der zylindrischen, der Achse zugewandten Innenfläche enden. Diese sollten im wesentlichen Durchmesser um 2 mm habenj weil dies im Verhält-. nis zur Materialdicke am Tellerrand einerseits geringe Kerbfaktoren ergibt und andererseits die Tellerdicke noch nicht zu sehr schwächt. Eine Endbohrung wie bei bis zur Achse ganz aus Metall bestehenden Tellern, bei denen die Bohrung nicht bis zum Zentrum reichen soll, um zusätzliche Kerben zu vermeiden, ist bei der Ringanoa iung nicht nötig. Ferner kann von der Oberfläche her uer Metallteller geschlitzt werden, so daß eine einfache, kostengünstige Herstellung möglich ist. Außerdem läßt die Ringanordnung wegen des freien Auslaufes der Trennscheibe nach dem großen Raum im Zentrum zu, daß die Anzahl der einzubringenden Schlitze erhöht wird. Statt der bei einem Durchmesser von 100 mm für PH at ten geeigneten Boche ochlitzo könmm Ί <.< i c.h t /wolf vorgesehen werden.

Die Bohrungen werden in radialer Richtung im wesentlichen parallel zur Anodendeckflache durchgeführt. Dies hat zur Folge, daß der Basiswirkstoff, etwa Molybdän, dem 5 % Wolfram zugesetzt sind (MoW5), so wenig- wie möglich geschwächt wird.

--*—- VPA 81 P 5008 DE

Bei Anoden für extrem hohe Drehzahlen (höher als 300 Hz) kann es zweckmäßig sein, die durch Schlitze entstandenen Ringsegmente durch eine Bandage, die um den Umfang des Ringes gelegt ist, zu sichern. Eine solche Bandage kann etwa aus Wolframdrähten von 0,2 bis 0,3 mm Querschnitt erzeugt werden, die als ein- oder mehrlagige Wickel angebracht werden.. Sie können dann einen wesentlichen Teil der auf den Ring wirkenden Zentrifugalkräfte aufnehmen. Die Verwendung von Drähten aus Wolfram wird vorgeschlagen, weil bekanntermaßen mit abnehmendem Durchmesser des Drahtes die Zerreißfestigkeit bei Wolfram zunimmt. Die Bandagierung kann am Rand'des Ringes durch Verlötungen an den einzelnen Segmenten des Anodenringes erfolgen. Geeignete Lote sind z.B.

Vanadium (V) und Zirkonium (Zr) bzw. eine Legierung aus beiden, bei der das V 30 % ausmacht. Auch Platin(Pt) oder Rhodium (Rh) sind als Lot geeignet.

Die Halterung dos Ringes an der Achse erfolgt zweckmäßigerweise, wie etwa aus der DE-PS 10 99 095 bekannt, über wärmehemmende Mittel, etwa eine Nabe aus Graphit(C), Molybdän (Mo) oder Titan (Ti). Eine zweckmäßige Ausgestaltung kann auch darin bestehen, daß ein Verbindungsstück aus Graphit verwendet wird, in welches eine Nabe aus Metall, etwa aus Niob (Nb), eingesetzt ist, über die dann die eigentliche Verbindung an der Metallachse, die etwa aus Molybdän bestehen kann, hergestellt wird. Insbesondere nach dieser letztgenannten Kombination' wird eine sichere Verbindung mit der Achse erreicht, weil die metallischen Partner durch Schweißen oder Löten zuverlässig verbunden werden können.

• Als günstig hat es sich auch erwiesen, die Bohrungen zwar weitgehend parallel zur Oberfläche auszuführen, sie aber statt in radialer Richtung in einem seitlichen Winkel zum Radius zu führen. Dies ergibt den Vorteil,

-T"

-«£—- VPA 81 P 5008 DE

• daß beim Durchqueren des schräg unter einem Winkel zum Radius verlaufenden Schlitzes durch den Brennfleck keine sprunghafte Fokusverschiebung für die Zeitdauer des Durchquerens des Brennfleckes eintritt. Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn zwischen der Richtung der Bohrung und dem Radius in Abhängigkeit von der Fokusbreite ein Winkel von 5° bis 25°, insbesondere 15°, eingehalten wird, weil dann die Gewähr gegeben ist, daß nie die volle Schlitzbreite sich mit der Fokusbreite deckt, was eine unerwünschte kurzzeitige axiale FokusverSchiebung um die Tiefe des Schlitzes einschließlich Bohrung zur Folge hätte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.

In der Figur 1 ist ein Ubersichtsschaubild gezeichnet über eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anode nach der Er

findung ausgestaltet ist,

in der Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 verwendeten Anode, die teilweise . aufgebrochen ist,

in der Figur 3 ein Ausschnitt aus einer Draufsicht

auf die in den vorhergehenden Figu-

. . ren gezeichnete Anode,

in der Figur 4 ein Ausschnitt aus der Anode nach

Figur 3, bei welcher eine halternde Bandage aus Wolframdrähten angedeutet ist, und

VPA 81 P 5008 DE in der Figur 5 die Draufsicht auf eine Anode,

bei welcher die Bohrungen in einem Winkel zum Radius eingebracht sind.

In der Figur 1 ist mit 1 eine Drehanoden-Röntgenröhre bezeichnet, die in ihrem Vakuumkolben 2 eine Kathodenanordnung 3 und eine Anodenanordnung 4 an ihren einander gegenüberliegenden Stirnseiten trägt. Die Kathode besteht dabei aus einer an der einen Stirnseite angesteckten Hülse 5, die in einer Abdeckung 6 eine nicht dargestellte Glühkathode trägt. Die Anodenanordnung 4 weist in an sich bekannter Weise einen Rotor 7 auf, der die eigentliche Drehanode 8 trägt. Diese weist Brennfleckbahnen 9 und 10 auf, die um eine Achse 11 rotieren, an welcher die Anode 8 über ein Zwischenteil 12 aus z.B. Nb befestigt ist. Die Brennfleckbahnen 9 und 10 liegen auf einem ringförmigen Teil 13 aus Molybdän, dem 5 % Wolfram zulegiert sind. Das Teil 13 weist außerdem Bohrungen 14 von 1,5 mm Durchmesser auf, die nach den Brennfleckbahnen 9 und 10, wie durch 0,5 mm breite Schlitze 15 angedeutet, aufgebrochen sind. Zwischen der Achse 11 und dem Ring 13 liegt ein Tragteil 16 aus Graphit, welches außerdem noch die gegenüber den Brennfleckbahnen 9 und 10 liegende Unterseite des metallischen Teiles 13 abdeckt. Zur Achse 11 hin weist die Verbindung zwischen dem Ring 13 und der Achse 11 außerdem noch ein Teil 12 aus z.B. Niob (Nb) auf.

An dt.-r Peripherie des ringförmigen Teils 13 ist eine Wicklung 17 aus einem Wolframdraht angebracht, der 0,3 mm dick ist. Die Wicklung 17 besteht aus zehn Windungen. Sie ist an den einzelnen, durch Schlitze 15 voneinander getrennten Teilen des Ringes durch Lötungen 18

35. fixiert. Die Lötungen bestehen aus Zirkon (Zr) oder Vanadium (V).

310792A

VPA 81 P 5008 DE Zur Erzeugung von Röntgenstrahlen wird an eine Röhre gemäß Figur 1 in an sich bekannter Weise zwischen der Kathode und der Anode eine ausreichende Spannung angelegt. Gleichzeitig wird außerdem noch die in der Abdeckung 6 enthaltende Kathode, die aus zwei Teilen besteht, von denen der eine der Brennfleckbahn 9 und der andere der Brennfleckbahn 10 zugeordnet ist, durch Anlegung einer Heizspannung zwischen den Leitungen 19 und 20 bzw. 19 und 21 zum Glühen gebracht. An der zwisehen den Anschlüssen 20 und 21 liegenden Leitung 19 wird außerdem noch die Kathodenspannung angelegt. Dadurch wird erreicht, daß auf eine oder beide der Brennfleckbahnen 9 und 10 Elektronen auftreffen, die dann Röntgenstrahlen erzeugen, die in üblicher Weise verwendet werden können.

In der Figur 5 ist eine Ausführung gezeichnet, die Schlitze 15' aufweist, welche ebenso wie die Bohrungen 14· in einer Richtung angebracht sind, welche zum gestrichelt dargestellten Radius 23 einen Winkel 24 aufweisen, der 15° beträgt. Ansonsten stimmt ihre Ausführung mit derjenigen nach den Figuren 1 bis 4 überein. Der mit einer Ausführung nach Figur 5 erreichbare Vorteil ist, wie oben bereits erwähnt, derjenige, daß beim Durchqueren des Schlitzes durch den Auftreffpunkt 9' des Elektronenstrahls (Brennfleck) wenigstens Teile der Brennfleckbahnen 9 und 10 immer in Aktion sind.

5 Figuren

8 Patentansprüche

■Μ-

Leerseite

Claims (8)

1. VPA 81 P 5008 DE

   Patentansprüche

   Θ.

   hy Röntgenröhren-Drehanode, deren Körper radiale Ausnehmungen aufweist, welche die Brennfleckbahn(en)
   unterquerende Bohrungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen nach
   der Brennfleckbahn hin aufgebrochen sind und der Teller ein wenigstens 6 mm dicker, der Breite der Brennfleckbahn etwa entsprechender Ring ist, der zu seiner Drehachse hin eine wärmedämmende Nabe aufweist.
2. 2. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Bohrungen in
   radialer Richtung mit der Senkrechten auf der Achse

   einen Winkel einschließen.
3. 3. Γ ehanode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Winkel 5° bis 25°,-insbesondere 15°, beträgt.
4. 4. Drehanode nach Anspruch 1, dadurc.h g e kennzei chnet , daß die Nabe wenigstens
   ein Teil aus Graphit (C), Molybdän (Mo) oder Titan (Ti) aufweist.
5. 5. Drehanode nach Anspruch 1, dadurch gerkennzeichnet , daß der Umfang des Ringes von einer Halterung umfaßt ist.
6. 6. Drehanode nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Halterung eine oder mehrere Lagen von Drähten aus Wolfram um den Außenumfang des Ringes gewickelt sind.

   VPA 81 P 5008 DE
7. 7. Drehanode nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drähte aus Wolfram an den einzelnen Segmenten, d.h. zwischen den aufgebrochenen Bohrungen, durch Lotpunkte fixiert sind.
8. 8. Drehanode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Lot aus Vanadium, Zirkon, Platin oder Rhodium besteht.