DE3429799A1

DE3429799A1 - Drehanoden-roentgenroehre

Info

Publication number: DE3429799A1
Application number: DE19843429799
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Friedel; Ernst Dr Ing Geldner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-13
Filing date: 1984-08-13
Publication date: 1986-02-20

Description

Drehanoden-Röntgenröhre
Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Derartige Röntgenröhren sind z. B. bekannt aus der US-PS 36 94 685.
Röntgenstrahlen werden bekanntlich in Vakuumröhren erhalten, indem ein auf hohe Geschwindigkeit beschleunigter Elektronenstrahl an einer Autprallfläche abgebremst wird.
Der Umsatz ergibt aber nur zu 1 % Röntgenstrahlen und zu 99 % Wärme. Es ist daher wichtig, in Röntgenröhren den Abtransport von Wärme zu fördern. Dies ist insbesondere bei Drehanoden von Bedeutung, bei denen neben Wärmeabstrahlung auch Wärmeableitung über die Drehlager erfolgt.
Bei den auftretenden Temperaturen sind die Lager daher großen Belastungen ausgesetzt. Man hat deshalb Kühlvorrichtungen vorgesehen, um ein gutes Wärmegefälle vorzusehen. Dieser Wärmetransport erfolgt bei den bekannten Röntgenröhren über bzw. durch die Drehwelle der Anode hindurch. Dazu ist nach vorgenannter US-PS die Welle der Anode als Rohr ausgebildet, in dessen Innenraum eine Kühlvorrichtung untergebracht ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Drehanoden-Röntgenröhren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 die Kühlung der Anode insbesondere im Hinblick auf eine thermische Entlastung der Lager zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelost. In den Unteranspruchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen angegeben.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wärmeabführender Mittel an der dem Ansatz der Drehwelle gegenüberliegenden Seite des Anodentellers, d.h. in der Regel ihrer der Kathode zugewandten Seite, erfolgt eine thermische Schonung der Lager der Anode. Bei den bekannten Vorrichtungen zur Kühlung der Anode erfolgte der Wärmeabtransport in Richtung der Drehwelle nach der Seite des Rotors hin und verursachte eine thermische Belastung der Lager. Andererseits erfordert die bekannte Durchführung von Wärmeableitvorrichtungen (Kühlvorrichtungen) durch das Zentrum der Drehwelle Lager großen Durchmessers. Bei der Verwendung von Kugellagern müssen dann im Vergleich zu den ublichen Lagern solche mit großem Durchmesser verwendet werden. Dabei muß aber ein äußerst schneller Lauf und damit hoher Verschleiß der Kugeln und der übrigen Lagerteile hingenommen werden. In bekannter Weise gekühlte Drehanoden-Röntgenröhren haben sich daher auch nicht durchsetzen können. Nach der Erfindung kann die Lagerung der Anode in üblicher Weise erfolgen, weil die Kühlung der Anode von der Gegenseite her erfolgt.
Zum Abtransport der Wärme können an sich beliebige Wärmeableitmittel bzw. Kühlmittel verwendet werden, wie etwa Durchflußkühler oder Heat-Pipes. Eine Erhöhung der Wirksamkeit kann durch Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche erreicht werden. Eine solche kann z. B. erhalten werden, indem die Anode mit einem Hohlraum versehen wird, der auch Teile ihrer seitlichen Ausdehnung durchsetzt. Ein in einem so gestalteten Hohlraum eingesetzter und daher pilzförmiger Wärmeübertragungskörper kann die Wirksamkeit der Kühlung einer Drehanoden-Röntgenröhre überlicher Bauart wegen der Erhöhung der Abstrahlfläche der Anode durch zusätzliche Schaffung einer inneren Abstrahlfläche um bis zu 70 % verbessern, ohne daß die Anodenlager verändert werden müßten. Als Ubertragungskörper werden zweckmäßiger- weise solche aus gut wärmeleitendem Stoff, etwa aus Graphit, Molybdän oder Kupfer verwendet. Eine Schwärzung der im Transportweg der Wärme einander gegenüberliegenden Flächen (Innenfläche der Aushöhlung der Anode und Außenfläche des Kühlkörpers) erhöht die Wirksamkeit.
Während die Durchflußkühlung als Wärmetransportmittel weit verbreitet und bekannt ist, können auch reine Wärmeleitsysteme, wie z. B. ein Stab aus Kupfer, benutzt werden. Günstig sind auch Heat-Pipes. Etwa solche, die in der Veröffentlichung von G. Yale Eastman "THE HEAT-PIPE" in Scientific American (Mai 1968), Seiten 38 bis 46, beschrieben und insbesondere auf den Seiten 42 bis 46 näher erläutert sind.
Durch die zusätzliche Kühlung kann die Temperatur der Lager herabgsetzt und ihre Beanspruchung verringert werden.
Auch die Temperatur des Anodentellers wird im gleichen Sinne günstig beeinflußt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten zweckmäßigen Ausbildungsformen weiter erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch eine Außenansicht eines erfindungsgemäßen, mit einem auf der Kathodenseite der Anode liegenden eingesetzten Kühlkörpers, und Fig. 2 teilweise im Querschnitt eine Anode mit einer Weiterbildung des in Figur 1 verwendeten KühLkörpers.
In der Figur 1 ist mit 1 eine Röntgenröhre bezeichnet, in derem Vakuumkolben 2 am einen Ende eine Kathodenkobmination 3 liegt und ihr gegenüber am anderen Ende eine Anodenkombination 4. So können in bekannter Weise Röntgenstrahlen erzeugt werden, indem zwischen Leitungen 5, 6 und 7 eine Hochspannung angelegt wird, sowie einem Anschlußstutzen 8 und Anlegung einer Heizspannung zwischen den Leitungen 5 und 6 bzw. 6 und 7 oder 5 und 7. Aus einer Glühwendel 9 tritt dann ein Elektronenstrahlenbündel 10 und/oder 11 aus und trifft auf eine Brennfleckbahn 12 und/oder 13 der Anode 14. Bei der Abbremsung des Bündels 10 und/oder 11 auf den Brennfleckbahnen 12 und/oder 13 werden Röntgenstrahlen erzeugt.
Gleichzeitig wird die Drehanode 14 in bekannter Weise dadurch in Drehung versetzt, daß einem Rotor 15 von außen mittels eines in der Figur nicht dargestellten bekannten Stators ein Drehfeld zugeführt wird. Dieses verursacht dann eine Rotation der Anodenkombination 4 mit dem Anodenteller 16, der von üblicher Bauart aus Molybdän besteht und an den Brennfleckbahnen 12, 13 mit einer Wolfram-Rheniumlegierung belegt ist und der über ein Teil 17 aus Molybdän mit seiner Rotationswelle 18 verbunden ist, die ebenfalls aus Molybdän besteht. So wird die Belastung des Anodentellers 16 in der in Drehanoden bekannten Weise unter Erhöhung der möglichen Belastung über die Brennfleckbahnen 12 und/oder 13 des Tellers 16 verteilt.
Zur KUhlung enthält der Anodenteller 16 in seinem Zentrum eine in der Tiefe kurz vor dem Ansatz der Welle 18 endende Aushöhlung, in welche ein Kühlfinger 19 eingesetzt ist. Die äußere Begrenzung des Fingers 19 hat von der Ausnehmung im Anodenteller 16 einen geringen, aber eine freie Rotation des Tellers 16 gewährleisteten Abstand.
Er befindet sich dabei auf Anodenpotential, damit bei geringstem Abstand elektrisch stabiler Aufbau gewähr- leistet ist. Zur Kühlung wird, wie durch Pfeile 20 und 21 angedeutet, durch den Finger 19 Kühlmittel, im vorliegenden Falle Ö1, hindurchgeleitet.
Im Inneren des Körpers der Drehanode 14 kann seitlich an dem Kühlfinger 19, wie aus Figur 2 ersichtlich ist, ein Wärmeübertragungskörper 22 angesetzt sein. Dieser besteht aus Molybdän und ist etwa wie die Innenflächen der Teile 16 und 17 mit einer Schwärzungsschicht 23.1 und 23.2 aus einer Mischung von Aluminiumdioxid (A1203) und Titandioxid (Ti02) versehen. Er bewirkt, daß aus der Anode 14 Wärme auch auf den Körper 22 übergeht und an einem Abfließen zur Welle 18 gehindert wird.
In der Figur 2 ist zusätzlich zu dem Wärmeübertragungskörper 22 anstatt des durch Flüssigkeit betriebenen Fingers 19 eine Heat-Pipe 19.1 zur Ableitung der Wärme verwendet. An der eigentlichen Wirkung der Erfindung ändert sich dabei aber nichts.
6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentanspruche Drehanoden-Röntgenröhre mit der Anode zugeordneten Mitteln zum Abtransport von Wärme, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mittel zum Abtransport der Wärme an der dem Ansatz der Drehwelle gegenüberliegenden Seite des Anodentellers angesetzt sind.
2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Abtransportmittel in eine Ausnehmung im Teller der Anode eingesetzt sind.
3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausnehmung eine Aushöhlung umfaßt, in welche ein der Form dieser Aushöhlung angepaßter Wärmeübertragungskörper eingesetzt ist, der in thermischen Kontakt am Wärmeabtransportmittel liegt.
4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die einander gegenüberliegenden Flächen der Anode und des Wärmeabtransportmittels geschwärzt sind.
5. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Wärmeabtransporteil ein Durchtiußkühifinger ist.
6. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Wärmeabtransporteil eine Heat-Pipe ist.