DE3429799A1

DE3429799A1 - Rotating-anode X-ray tube

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

Abstract

The invention relates to a rotating-anode X-ray tube (1) from whose anode (14) heat is transported away by means of a heat sink. For this purpose, the anode (14) is provided with a recess into which a heat sink (19, 19.1, 22) is inserted which is connected in a heat-conducting manner to a cooling device (19, 19.1), for example a heat pipe (19.1). The extraction of the heat takes place on the side of the anode plate (14) which is opposite the rotor (15), so that the bearing is thermally relieved of stress. Such a rotating-anode X-ray tube can be used in particular in medical X-ray diagnostics. <IMAGE>

Description

Drehanoden-RöntgenröhreRotating anode X-ray tube

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.The invention relates to a rotating anode X-ray tube according to the preamble of claim 1. Such X-ray tubes are z. B. known from US-PS 36 94 685.

Röntgenstrahlen werden bekanntlich in Vakuumröhren erhalten, indem ein auf hohe Geschwindigkeit beschleunigter Elektronenstrahl an einer Autprallfläche abgebremst wird.X-rays are known to be obtained in vacuum tubes by an electron beam accelerated to high speed on an impact surface is braked.

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.However, the conversion results in only 1% X-rays and 99% heat. It is therefore important to promote the removal of heat in X-ray tubes. this is particularly important for rotating anodes, where in addition to heat radiation heat is also dissipated via the pivot bearing.

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.The bearings are therefore subject to great stress at the temperatures that occur exposed. Cooling devices have therefore been provided to ensure a good heat gradient to be provided. In the known X-ray tubes, this heat transfer takes place via or through the rotating shaft of the anode. According to the aforementioned US PS, this is the wave the anode designed as a tube, housed a cooling device in the interior is.

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.The invention is based on the object of rotating anode x-ray tubes according to the preamble of claim 1, the cooling of the anode in particular with regard to to improve thermal relief of the bearing. This object is achieved according to the invention solved by the features specified in the characterizing part of claim 1. In the subclaims expedient refinements and developments are given.

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.The inventive arrangement of heat dissipating means on the the side of the anode plate opposite the approach of the rotating shaft, i.e. in the As a rule, the side facing the cathode is thermally spared Bearing the anode. In the known devices for cooling the anode took place the heat dissipation in the direction of the rotating shaft to the side of the rotor and caused thermal stress on the bearings. On the other hand, the known requires Passing heat dissipators (coolers) through the center the rotating shaft bearing large diameter. When using ball bearings you must then compared to the usual bearings, those with a large diameter are used will. But it must run extremely quickly and thus high wear of the Balls and the other bearing parts are accepted. Chilled in a known manner Rotating anode X-ray tubes have therefore not been able to gain acceptance. After Invention, the storage of the anode can be done in the usual way, because the cooling the anode takes place from the opposite side.

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.Any heat dissipation means can be used to remove the heat or coolants are used, such as flow-through coolers or heat pipes. One Increasing the effectiveness can be achieved by increasing the heat transfer surface will. Such can be, for. B. be obtained by the anode with a cavity is provided, which also penetrates parts of their lateral extent. One in one so designed cavity inserted and therefore mushroom-shaped heat transfer body can reduce the effectiveness of the cooling of a rotating anode X-ray tube of a generic design because of the increase in the radiating surface of the anode by creating an additional Improve the inner radiating surface by up to 70% without changing the anode bearings would have to be. As a transfer body are expedient- way those made of a material that conducts heat well, such as graphite, molybdenum or copper, are used. A blackening of the opposing surfaces in the transport path of the heat (Inner surface of the cavity of the anode and outer surface of the heat sink) increases the Effectiveness.

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.While throughflow cooling is widely used as a means of heat transfer and is known, pure heat conduction systems, such as. B. a rod made of copper, to be used. Heat pipes are also inexpensive. About those in the publication by G. Yale Eastman "THE HEAT-PIPE" in Scientific American (May 1968), p. 38 to 46, are described and in particular explained in more detail on pages 42 to 46.

Durch die zusätzliche Kühlung kann die Temperatur der Lager herabgsetzt und ihre Beanspruchung verringert werden.The additional cooling can lower the temperature of the bearings and their stress can be reduced.

Auch die Temperatur des Anodentellers wird im gleichen Sinne günstig beeinflußt.The temperature of the anode plate is also favorable in the same sense influenced.

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.Further details and advantages of the invention are provided below further explained on the basis of the expedient forms of embodiment shown in the figures. There are shown: FIG. 1 schematically an external view of an inventive, with a on the cathode side of the anode inserted heat sink, and FIG. 2 partially in cross section an anode with a further development of the cooling body used in FIG.

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.In FIG. 1, 1 denotes an X-ray tube, in derem Vacuum flask 2 is a cathode combination 3 at one end and opposite it at the other end an anode combination 4. X-rays can be used in a known manner are generated by applying a high voltage between lines 5, 6 and 7, as well as a connection piece 8 and application of a heating voltage between the lines 5 and 6 or 6 and 7 or 5 and 7. An electron beam then emerges from an incandescent filament 9 10 and / or 11 and strikes a focal point path 12 and / or 13 of the anode 14. When the bundle 10 and / or 11 is braked on the focal point paths 12 and / or 13 X-rays are generated.

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.At the same time, the rotating anode 14 is thereby rotated in a known manner offset that a rotor 15 from the outside by means of a not shown in the figure known stator a rotating field is supplied. This then causes a rotation the anode combination 4 with the anode plate 16, which is of conventional design made of molybdenum exists and coated with a tungsten-rhenium alloy at the focal point tracks 12, 13 and which is connected to its rotary shaft 18 via a part 17 made of molybdenum which is also made of molybdenum. So is the load on the anode plate 16 in the manner known in rotating anodes, increasing the possible load the focal point tracks 12 and / or 13 of the plate 16 distributed.

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.For cooling, the anode plate 16 contains an in the depth just before the approach of the shaft 18 ending cavity in which a cold finger 19 is inserted. The outer limit of the finger 19 has from the recess in Anode plate 16 ensured a slight but free rotation of the plate 16 Distance.

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.He is at the anode potential, so at the smallest distance electrically stable construction is performing. For cooling, as indicated by arrows 20 and 21, by the finger 19 coolant, in the present case Trap Ö1, passed through.

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.Inside the body of the rotating anode 14 can be attached to the side of the cold finger 19, as can be seen from Figure 2, a heat transfer body 22 can be attached. This consists of molybdenum and is roughly like the inner surfaces of parts 16 and 17 with a blackening layer 23.1 and 23.2 made of a mixture of aluminum dioxide (A1203) and titanium dioxide (Ti02). It causes heat from the anode 14 also passes over to the body 22 and is prevented from flowing off to the shaft 18.

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.In the figure 2 is in addition to the heat transfer body 22 instead of the liquid-operated finger 19, a heat pipe 19.1 for discharging the Uses heat. The actual effect of the invention changes, however nothing.

6 Patentansprüche 2 Figuren6 claims 2 figures

Claims

Claims Rotating anode X-ray tube associated with the anode Means for the removal of heat, d u r c h e k e n n n e i c h n e t that the means for removing the heat at the opposite to the extension of the rotating shaft Side of the anode plate are attached.

2. Rotating anode X-ray tube according to claim 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the removal means in a recess in the plate of the Anode are used.

3. Rotating anode X-ray tube according to claim 1, d a -d u r c h g e k e It is noted that the recess comprises a cavity into which one of the Shape of this cavity adapted heat transfer body is used, which in thermal contact is on the heat dissipation means.

4. Rotating anode X-ray tube according to claim 1, d a -d u r c h g e k e n n z e i n e t that the opposing surfaces of the anode and of the heat dissipation agent are blackened.

5. Rotating anode X-ray tube according to claim 1, d a -d u r c h g e k e It is noted that the heat removal part is a through-flow cooling finger.

6. rotating anode X-ray tube according to claim 1, d a -d u r c h g e k e It is noted that the heat removal part is a heat pipe.