DE3107924A1

DE3107924A1 - X-ray rotating anode

Info

Publication number: DE3107924A1
Application number: DE19813107924
Authority: DE
Inventors: Günter 8520 Erlangen Appelt; Rudolf Dipl.-Phys. 8521 Kleinseebach Friedel; Ernst Dipl.-Ing. Dr. 8521 Weiher Geldner; Herbert Dipl.-Phys. 8520 Erlangen Schnitger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-09-16
Also published as: AT388626B; FR2500958B1; FR2500958A1; CH652861A5; ATA461181A

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 81 P 5008 DESIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Our mark Berlin and Munich VPA 81 P 5008 DE

Röntgenröhren-DrehanodeX-ray tube rotating anode

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.The invention relates to a rotating anode for X-ray tubes according to the preamble of claim 1. Such rotating anodes are known, for example, from 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.In the case of rotating anodes of X-ray tubes, it is known that strong heating occurs when X-rays are generated on. It arises very quickly in relation to the possibility of heat migration. Hence becomes a local Heating and thus Wärmeau.sdehnung received, which gives rise to tension in the material, which causes it to shatter from anode plates.

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-According to the above-mentioned DE-OS 28 33 751, a relaxation is to be achieved through bores which pass under the focal point path (s) can be achieved. It is based on a rotating anode, which is a plate made entirely of metal which extends from the outer periphery to the axis. The straight bores would have to be very long, to go through from the periphery to the axis. the Relaxation by drilling holes is therefore quite cumbersome. Shorter bores, such as those with inclined exit of the drill from the material, there is a risk that the drill breaks or as a remedy an additional hole must be made at the outlet of the radial relaxation hole so that the drill tip has a "run-out". In particular at extremely high speeds, there is also the disadvantage that that these additional "outlet bores" represent further notches with the consequences of notch stress factors

Kn b Kof / 18.02.1981Kn b Kof / 02/18/1981

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.VPA 81 P 5008 DE '.lon, which increase the risk of breakage. Also results The direct metallic connection between the focal point path and the axis creates an undesirably good one Heat conduction via the axle to the bearings.

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-The invention is based on the object of a rotating anode for X-ray tubes according to the preamble of Claim 1, while avoiding the aforementioned disadvantages and difficulties, an improvement in the thermal

.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..10 mix properties to achieve. This object is achieved according to the invention by the characterizing part of claim 1 specified measures solved. Advantageous further developments and refinements of the invention are the subject of the subclaims.

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.By using a material that is at least 6 mm thick and approximately corresponding to the width of the focal point path (s) Ring, which has a heat-retardant hub, knowledge is taken into account that have shown that during the process of distributing the heat from the focal point into the anode material, the laterally flowing out Heat quantities are negligible compared to that in the Z-direction (perpendicular to the anode surface) penetrating heat flow. As calculations showed, initially only the focal point becomes visible during the load and in the course of prolonged exposure, in particular, only those parts of the focal point path that are below the Focal point path are heated by the thermal energy occurring during the generation of X-rays. Parts outside the focal point path (outer edge and center) only slowly become hot due to thermal conduction.

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 nunPrecisely because of the longer path the heat toward the rotation. / Entrum, ie along the anode radius, the transition point anode plate / axle ■ Mc i ^v "l ii i-ho temperature reaches only much later as the focal track is now.

- -5— VPA 81 P 5008 DE- -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.made the plate thicker in the focal point path and also shortened the radial extension to a ring that is only as wide as the focal point path or paths make it necessary, then occur because of the more uniform Heating less high thermomechanical stresses on.

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.According to the invention, use is made of the great advantage of the ring-like design of the anode there is a lot of material below the focal point path. You can drill holes in a simple manner are introduced, which end at the cylindrical, the axis facing inner surface. These should essentially be Have a diameter of 2 mm because this is in proportion. nis to the material thickness at the edge of the plate on the one hand low Results in notch factors and on the other hand does not weaken the plate thickness too much. An end hole like at Plates made entirely of metal up to the axis, in which the hole should not extend to the center, To avoid additional notches, ring anaing is not necessary. Furthermore, from the surface Her uer metal plate are slotted, so that a simple, inexpensive production is possible. aside from that allows the ring arrangement because of the free runout of the cutting disc after the large space in the center that the number of slots to be introduced is increased. Instead of the at th with a diameter of 100 mm for PH suitable Boche ochlitzo Könmm Ί <. <i c.h t / wolf provided will.

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.The bores are made in the radial direction essentially parallel to the anode top surface. As a result, the basic active ingredient, such as molybdenum, to which 5 % tungsten has been added (MoW5), is weakened as little as possible.

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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.In the case of anodes for extremely high speeds (higher than 300 Hz), it can be useful to use the slots created by the slots To secure ring segments with a bandage that is placed around the circumference of the ring. Such Bandage can be produced from tungsten wires with a cross section of 0.2 to 0.3 mm, which are single or multi-layered Windings are attached .. You can then a substantial part of the centrifugal forces acting on the ring take up. The use of tungsten wires is suggested because it is known to decrease Diameter of the wire increases the tensile strength of tungsten. The bandaging can be done on the edge of the Ring by soldering to the individual segments of the anode ring. Suitable solders are e.g.

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.Vanadium (V) and zirconium (Zr) or an alloy of both, in which the V makes up 30%. Also platinum (Pt) or rhodium (Rh) are suitable as solder.

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.The mounting of the ring on the axle is expedient, as known from DE-PS 10 99 095, about heat-retardant agents, such as a hub made of graphite (C), Molybdenum (Mo) or titanium (Ti). An expedient embodiment can also consist in the fact that a connecting piece made of graphite is used, in which a hub made of metal, such as niobium (Nb), is used over which is then the actual connection to the metal axis, which can consist of molybdenum, for example. In particular after this last-mentioned combination 'a secure connection with the axis is achieved because the metallic partners can be reliably connected by welding or soldering.

• 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,• It has also proven to be beneficial to carry out the holes largely parallel to the surface, but instead of guiding them in the radial direction at a lateral angle to the radius. This gives the advantage

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• 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.• that when crossing the diagonally at an angle to Radius extending slot through the focal point no sudden focus shift for the duration of the Occurs crossing the focal point. It has proven to be particularly beneficial if between the directions of the bore and the radius, depending on the focus width, an angle of 5 ° to 25 °, in particular 15 °, is adhered to, because then the guarantee is given that the full slot width never coincides with the Focus width covers what is an undesirable short-term axial focus shift by the depth of the slot including drilling would result.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.Further details and advantages of the invention are shown below with reference to the figures Embodiments explained.

In der Figur 1 ist ein Ubersichtsschaubild gezeichnet über eine Drehanoden-Röntgenröhre, deren Anode nach der ErAn overview diagram is drawn in FIG via a rotating anode X-ray tube, the anode of which is after the Er

findung ausgestaltet ist,finding is designed,

in der Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 verwendeten Anode, die teilweise . aufgebrochen ist,FIG. 2 shows an enlarged illustration of the anode used in FIG . has broken out,

in der Figur 3 ein Ausschnitt aus einer Draufsichtin FIG. 3 a detail from a plan view

auf die in den vorhergehenden Figu-on the in the previous figures

. . ren gezeichnete Anode,. . ren drawn anode,

in der Figur 4 ein Ausschnitt aus der Anode nachFIG. 4 shows a section from the anode

Figur 3, bei welcher eine halternde Bandage aus Wolframdrähten angedeutet ist, undFIG. 3, in which a retaining bandage made of tungsten wires is indicated is and

VPA 81 P 5008 DE in der Figur 5 die Draufsicht auf eine Anode,VPA 81 P 5008 DE in the figure 5 the plan view of an anode,

bei welcher die Bohrungen in einem Winkel zum Radius eingebracht sind.in which the holes are made at an angle to the radius.

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.In FIG. 1, 1 denotes a rotating anode X-ray tube which, in its vacuum bulb 2, carries a cathode arrangement 3 and an anode arrangement 4 on their opposite end faces. The cathode consists of a sleeve 5 attached to one end face which carries a hot cathode (not shown) in a cover 6. The anode arrangement 4 has, in a manner known per se, a rotor 7 which carries the actual rotating anode 8. This has focal spot tracks 9 and 10 which rotate about an axis 11 to which the anode 8 is attached via an intermediate part 12 made of, for example, Nb. The focal point tracks 9 and 10 lie on an annular part 13 made of molybdenum to which 5 % tungsten is alloyed. The part 13 also has bores 14 of 1.5 mm diameter, which are broken open after the focal spot paths 9 and 10, as indicated by 0.5 mm wide slots 15. Between the axis 11 and the ring 13 there is a support part 16 made of graphite, which also covers the underside of the metallic part 13 lying opposite the focal point tracks 9 and 10. Towards the axis 11, the connection between the ring 13 and the axis 11 also has a part 12 made of, for example, niobium (Nb).

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 18At the dt.-r periphery of the annular part 13 is a Winding 17 attached from a tungsten wire, which is 0.3 mm thick. The winding 17 consists of ten turns. It is attached to each other, through slots 15 from each other separated parts of the ring by soldering 18

35. fixiert. Die Lötungen bestehen aus Zirkon (Zr) oder Vanadium (V).35. fixed. The solderings are made of zirconium (Zr) or Vanadium (V).

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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.VPA 81 P 5008 DE A tube is used to generate X-rays According to FIG. 1, a sufficient voltage is applied in a manner known per se between the cathode and the anode. At the same time, the cathode contained in the cover 6, which consists of two parts, is also one of which is assigned to the focal point path 9 and the other of which is assigned to the focal point path 10 Application of a heating voltage between lines 19 and 20 or 19 and 21 caused to glow. At the zwisehen The line 19 lying on the connections 20 and 21 is also applied to the cathode voltage. Through this is achieved that on one or both of the focal spot paths 9 and 10 impinge electrons, which then Generate x-rays that can be used in a conventional manner.

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.In FIG. 5, an embodiment is drawn which has slots 15 'which, like the bores 14 · are attached in a direction which has an angle 24 to the radius 23 shown in dashed lines, which is 15 °. Otherwise, their design corresponds to that according to FIGS. 1 to 4. The advantage that can be achieved with an embodiment according to FIG. 5 is, as already mentioned above, that when Crossing the slot through the point of impact 9 ' of the electron beam (focal spot) at least parts of the focal spot paths 9 and 10 are always in action.

5 Figuren5 figures

8 Patentansprüche8 claims

■Μ-■ Μ-

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Claims

VPA 81 P 5008 DE

Claims

Θ.Θ.

hy X-ray tube rotating anode, the body of which has radial recesses, which the focal point path (s)
Underneath bores are characterized in that the bores after
towards the focal point path and the plate is a ring at least 6 mm thick, approximately the width of the focal point path and having a heat-insulating hub towards its axis of rotation.

2. Rotating anode according to claim 1, characterized in that the holes in
radial direction with the perpendicular on the axis

include an angle.

3. Γ ehanode according to claim 2, characterized that the angle is 5 ° to 25 °, -in particular 15 °.

4. Rotating anode according to claim 1, dadurc.hge markzei chnet that the hub at least
a part made of graphite (C), molybdenum (Mo) or titanium (Ti).

5. rotating anode according to claim 1, characterized in that the circumference of the ring is comprised of a holder.

6. rotating anode according to claim 5 »characterized in that that as a holder one or more layers of wires made of tungsten around the outer circumference of the ring are wound.

VPA 81 P 5008 DE

7. rotating anode according to claim 6, characterized in that that the tungsten wires are attached to the individual segments, i.e. between the broken ones Holes, fixed by plumb points.

8. rotating anode according to claim 7, characterized in that the solder made of vanadium, Zircon, platinum or rhodium.