DE3926752A1 - Rotoranordnung fuer eine roentgenroehre - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung für eine Röntgenröhre, insbesondere auf solche, die mit rotierender Anode arbeiten und eine Rotoranord­ nung besitzen, bei der die Halterung der drehbaren Auftreffscheibe verbessert ist.

Bei konventionellen Röntgenröhren mit rotierender Anode ist innerhalb eines rohrförmigen Mantels in Querrichtung eine Anoden-Auftreffscheibe (anode target disc) mit einem äußeren Ringbereich vorgese­ hen, der Brennfläche genannt wird. Die Brennfläche besteht aus einem Röntgenstrahlen emittierenden Ma­ terial und hat eine radial abfallende Oberfläche mit einem Brennpunktbereich, der sich ausgerichtet im Abstand zu einer Elektronen emittierenden Kathode befindet. Die von der Kathode emittierten Elektro­ nenstrahlen treffen auf den ausgerichteten Brenn­ punktbereich auf, dringen in das darunter liegende Material der Brennfläche ein und erzeugen Röntgen­ strahlen, die von dem Brennpunktbereich ausgesandt werden. Da der größte Teil der auf den Brennpunktbe­ reich auftreffenden Elektronenenergie in Wärme umge­ wandelt wird, wird diese Wärme aufgrund der Rotati­ on der Auftreffscheibe zwecks dauernder Veränderung des Bereichs der Brennfläche im Brennpunktbereich verteilt und durch Strahlung durch den Mantel der Röntgenröhre nach außen abgegeben.

Die Auftreffscheibe wird von einer Rotoranordnung getragen, die drehbar gelagert ist und einen in axialer Richtung sich erstreckenden Schaft auf­ weist, dessen einer Endabschnitt mit der Mitte der Auftreffscheibe verbunden ist. Der Schaft hat norma­ lerweise einen minimalen Querschnitt, um die Auf­ treffscheibe zwar zu tragen, die Wärmeleitung zur Rotoranordnung jedoch zu minimieren. Der entgegenge­ setzte Endabschnitt des Schaftes ist normalerweise durch Hartlöten mit einem geschlossenen Ende einer rohrförmigen Rotorschürze verbunden, die auf einer Rotorwelle mittels Lager drehbar gelagert ist.

Es führte jedoch zu Schwierigkeiten, zwischen dem geschlossenen Ende der Rotorschürze und dem daneben liegenden Endabschnitt des Schaftes eine Hartlotver­ bindung herzustellen, die ausreichend fest und dau­ erhaft ist, um den während der Rotation der Auf­ treffscheibe auftretenden Spannungen zu wider­ stehen. Es wurde gefunden, daß nach einer unerwar­ tet kurzen Zeit sich die Hartlotstelle löst und bricht, wodurch die rotierende Auftreffscheibe eine Unwucht enthält und dabei den Röhrenmantel beschädi­ gen kann. Diese Unwucht bei der Rotation der Auf­ treffscheibe kann außerdem die Lager der Rotorwelle in Mitleidenschaft bringen und evtl. sogar dauernd beschädigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit der Rotoranordnung zu ver­ bessern und die aufgezeigten Nachteile zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird durch eine Rotoranordnung ge­ löst, bei der der Schaft für die Auftreffscheibe mit einer koaxialen Ankeranordnung mittels zweier dazwischen angeordneter Koaxialglieder befestigt ist. Das erste Glied weist eine geringere Ringflä­ che auf, die durch eine Hartlotverbindung mit einem Schaft verbunden ist, sowie eine äußere Zylinderflä­ che, die durch eine Schweißverbindung an dem zwei­ ten Glied befestigt ist. Das zweite Glied ist mit einem äußeren Grenzbereich an der Ankeranordnung be­ festigt. Das erste Glied besteht aus einem Material mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der eng an den linearen Wärmeausdehnungskoeffizien­ ten des Materials des Schaftes angepaßt ist. Das zweite Glied besteht aus einem Material mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der enger an den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der Ankeranordnung angepaßt ist als an den linearen Wär­ meausdehnungskoeffizienten des Materials des Schaf­ tes. Das Ergebnis ist, daß die größte thermische Ab­ weichung und die größten Wärmespannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Glied an der Schweißstel­ le auftreten, die eine größere Festigkeit hat und besser in der Lage ist, diesen maximalen Wärmespan­ nungen standzuhalten als die Hartlotverbindung zwi­ schen dem ersten Glied und dem Schaft.

Zwischen dem ersten Glied und dem Schaft wird eine feste und dauerhafte Hartlotverbindung dadurch her­ gestellt, daß beide mittels Gewinde ineinander ein­ greifen und auf der Gewindefläche des ersten Glie­ des vor dem Eingriff des Schaftes eine Sperrschicht auf galvanischem Wege aufgebracht wird. Nachdem der Schaft in die galvanisierte Gewindefläche des er­ sten Gliedes eingeschraubt ist, wird zwischen den entsprechenden Gewindeflächen des Schaftes und des ersten Gliedes Hartlot eingeführt. Das Ergebnis ist, daß sich das Hartlotmaterial mit der Sperr­ schicht auf der Gewindefläche des ersten Gliedes le­ giert und somit beide Gewindeflächen benetzt. So­ bald der Hartlotvorgang abgeschlossen ist, ist der Schaft in der inneren Ringfläche des ersten Gliedes durch die Hartlotverbindung befestigt, wobei sich eine Verriegelungsschicht des mit dem Sperrschicht­ material legierten Hartlots ergibt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfüh­ rungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Grundriß, teilweise im Axial­ schnitt, einer Röntgenröhre mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1A einen vergrößerten, axialen Schnitt eines Teils des Rotoraufbaus entspre­ chend dem eingekreisten Teil 1A-1A der Fig. 1;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Buchse entsprechend der Fig. 1A nach einer Plattierung; und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch die plattier­ te Buchse nach Fig. 2, jedoch mit dar­ in eingesetztem Rotorschaft nach Fig. 1 zur Vorbereitung des Hartlö­ tens.

In Fig. 1 ist eine Röntgenröhre 10 mit rotierender Anode gezeigt, die einen röhrenförmigen Mantel 12 aus dielektrischem Material, zum Beispiel blei­ freiem Glas, aufweist. Der Mantel 12 hat einen ein­ springenden Endabschnitt 14, der am Umfang gegenü­ ber einem zylindrischen Endabschnitt eines Kathoden­ trägers 16 bekannten Aufbaus abgedichtet ist, durch den eine Mehrzahl von Kathodenleitungen 18 herme­ tisch abgedichtet in den Mantel 12 verlaufen. Der Kathodenträger 16 erstreckt sich axial innerhalb des Mantels 12 und ist mit einem inneren Ende an ei­ nen nahen Endbereich eines hohl ausgebildeten, frei­ tragenden Armes 20 bekannter Form befestigt, durch den die Kathodenleiter 18 hindurchgeführt sind. Der freitragende Arm 20 trägt auf seinem entfernten Endabschnitt eine Elektronen emittierende Kathode 22 bekannter Art, an die die Kathodenleiter 18 elek­ trisch angeschlossen sind. Die Kathodenleiter 18 sind in der Lage, einen Heizstrom durch die Elektro­ nen emittierende Kathode 22 zu schicken und die Ka­ thode gegenüber elektrischer Masse auf Kathodenpo­ tential zu halten.

Der Mantel 12 weist weiterhin einen einspringenden Endabschnitt 24 auf der anderen Seite auf, dessen Umfang gegenüber einem Endabschnitt eines axial an­ geordneten Kragens 26 aus Kovar-Material (Warenzei­ chen der Fa. Westinghouse für eine Einschmelzlegie­ rung aus 54% Eisen, 29% Nickel und 17% Cobalt) abgedichtet ist. Der Kragen 26 ist mit seinem ge­ genüberliegenden Endabschnitt umfangsmäßig an einem festen Endabschnitt eines tassenförmigen Gehäuses 28 befestigt, das aus festem, magnetisch leitendem Material besteht, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Der feste Endabschnitt des tassenförmigen Ge­ häuses 28 ist integral mit einem daneben liegenden Ende eines Anodenanschlußpfostens 30 verbunden, der sich axial aus dem einspringenden Abschnitt 24 her­ aus aus dem Mantel 12 erstreckt. Auf diese Weise bildet der Anschlußpfosten 30 ein Mittel, die Ano­ denstruktur der Röhre 10 zu kühlen und diese gegen­ über elektrischem Massepotential auf Anodenpotential zu halten.

Das Gehäuse 28 erstreckt sich innerhalb des Mantels 12 in Axialrichtung und weist ein gegenüberliegen­ des offenes Ende auf, um zwecks Montage einen Zu­ griff zum Inneren des Gehäuses 28 zu haben. Inner­ halb des tassenförmigen Gehäuses 28 und neben dem geschlossenen Ende ist ein erstes Kugellager 32 vor­ gesehen, das mit einem ringförmigen Schulterab­ schnitt des Gehäuses 28 in axial ausgerichteter, an­ grenzender Beziehung steht. Das Kugellager 32 weist einen axialen Abstand von einem entsprechend ausge­ richteten zweiten Kugellager 34 auf, und zwar wird dieser Abstand durch eine dazwischen angeordnete Ab­ standshülse 36 hergestellt, die aus einem festen Ma­ terial mit hoher magnetischer Permeabilität be­ steht, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Die Ku­ gellager 32 und 34 und die dazwischen angeordnete Abstandshülse 36 werden durch eine Mehrzahl von Ein­ stellschrauben 38 in axialem Abstand gegenüber dem ringförmigen Schulterabschnitt des Gehäuses 28 ge­ halten. Die Einstellschrauben 38 sind in entspre­ chenden Gewindebohrungen gehalten, die sich radial durch die axiale Wand des tassenförmigen Gehäuses 28 erstrecken und ragen aus deren Innerem neben dem freiliegenden Ende des zweiten Kugellagers 34 her­ aus.

Die Kugellager 32 und 34 dienen der axialen Drehla­ gerung einer umschlossenen Drehwelle 40, die aus fe­ stem, nicht magnetischem Material besteht, wie zum Beispiel gehärtetem Werkzeugstahl. Die Drehwelle 40 erstreckt sich axial aus dem offenen Ende des Gehäu­ ses 28 heraus und endet daneben in einer ringförmi­ gen Schulter, die einen Endabschnitt 42 der Drehwel­ le 40 mit reduziertem Durchmesser bildet. Mit dem Endabschnitt 42 reduzierten Durchmessers ist, zum Beispiel durch Verschweißen, ein scheibenförmiger, umfassender Nagelkopf 44 vorgesehen. Der Nagelkopf 44 ist an einem axial ausgerichteten, ringförmigen Einsatz 46 durch eine Mehrzahl von Schrauben be­ festigt, die sich axial durch entsprechende Bohrun­ gen im Einsatz 46 erstrecken. Die Schrauben 48 sind in entsprechend ausgerichtete Bohrungen des Nagel­ kopfes 44 eingeschraubt, bis der Nagelkopf 48 fest gegen die entsprechende Fläche des Einsatzes 46 ge­ zogen wird. Der Einsatz 46 weist einen äußeren Rand­ bereich auf, an dem umfangsmäßig, zum Beispiel durch Schweißen, ein angrenzender Endabschnitt ei­ ner rohrförmigen Rotorschürze 50 befestigt ist. Die Schürze 50 ist radial im Abstand und in koaxialer Beziehung zu dem Gehäuse 28 angeordnet und besteht aus festem, magnetisch leitfähigem Material, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Das kaltgewalzte Material der Rotorschürze 50 ist an dem gehärteten Werkzeugstahl der Drehwelle 40 mittels des ringför­ migen Einsatzes 46, der Schrauben 48 und des Nagel­ kopfes 44 befestigt.

Dementsprechend sind also der Nagelkopf 44, die Schrauben 48 und der ringförmige Einsatz 46 ther­ misch aufeinander abgestimmt, indem sie aus dem gleichen Eisen-Chrom-Nickel-Legierungsmaterial be­ stehen, wie zum Beispiel dem Material "Hastelloy X", hergestellt durch Haynes International, Kokoma, In­ diana, USA. Dieses Material hat einen linearen Wär­ meausdehnungskoeffizienten von etwa 84×10^-7 pro °F (151×10^-7 pro °C). Das Material "Hastelloy X" ist außerdem thermisch kompatibel mit dem kaltge­ walzten Stahl der Schürze 50, das einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 75×10^-7 pro °F hat (135×10^-7 pro °C). An der Rotorschürze 50 ist, zum Beispiel durch Diffusionskleben, an der Au­ ßenfläche eine rohrförmige Hüle 52 aus elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Kupfer, befestigt, mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 95×10^-7 pro °F (171×10^-7 pro °C). Die Schicht 52 aus Kupfer ist gegenüber dem kaltgewalz­ ten Stahlmaterial der Schürze 50 genügend dünn ge­ halten, um auf die tragende Rotorschürze 50 keinen nachteiligen thermischen Einfluß auszuüben.

Die Hülse 52 und die Rotorschürze 50 bilden eine drehbare Ankeranordnung eines Wechselstrom-Indukti­ onsmotors, der eine Statoranordnung (nicht gezeigt) aufweist, die außerhalb des Mantels 12 die Rotor­ schürze 50 umschließend angeordnet ist. Hierdurch kann die Schürze 50 durch in der Kupferhülse 52 elektromagnetisch induzierte Ströme in Drehung ver­ setzt werden und bewirkt über den ringförmigen Ein­ satz 46, die Schrauben 48 und den Nagelkopf 44 eine Rotation der Drehwelle 40 in den Kugellagern 32 und 34. Durch Ausbildung der Rotorschürze 50 und des Ge­ häuses 28 aus magnetisch leitendem Material, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl, ist es möglich, die Magnetfelder des Induktionsmotors zu verstärken und die Ankeranordnung auf einer vorbestimmten Dreh­ zahl zu halten, auch wenn diese eine verhältnismä­ ßig starke und schwere Auftreffscheibe (target disc) in Drehung versetzen muß.

Die Innenfläche des ringförmigen Einsatzes 46 ist umfangsmäßig, zum Beispiel durch Elektronenstrahl­ schweißen, an einer äußeren Zylinderfläche einer Buchse 54 befestigt, deren Innenfläche mit einem In­ nengewinde versehen ist, wie insbesondere Fig. 1A zeigt. Die Buchse 54 besteht aus einer Eisen-Kobalt- Nickel-Legierung, wie zum Beispiel "Incoloy 909" der Firma Inco Alloys International, Inc., Hunting­ ton, West Virginia, USA. Diese Legierung enthält ei­ nen kleinen Prozentsatz Titan, zum Beispiel weniger als 2 Gewichts-%. Das Material "Incoloy 909" der Buchse 52 hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten von 60×10^-7 pro °F (108×10^-7 pro °C), und ist thermisch kompatibel mit dem Material "Ha­ stelloy X" des ringförmigen Einsatzes 46. Es soll jedoch erwähnt werden, daß der lineare Wärmeausdeh­ nungskoeffizient von "Incoloy 909" um 24 Einheiten pro °F (43 Einheiten pro °C) von dem linearen Wär­ meausdehnungskoeffizienten des Materials "Hastelloy X" des Einsatzes 46 abweicht, das - wie bereits er­ wähnt - einen linearen Wärmeausdehungskoeffizienten von 84×10^-7 pro °F (151×10^-7 pro °C) hat.

In die Buchse 54 ist der mit einem Gewinde versehe­ ne Endabschnitt eines drehbaren Schaftes 56 einge­ schraubt, der zusätzlich darin gesichert ist, zum Beispiel durch Hartlöten. Um den Wärmefluß durch Wärmeleitung in die Ankeranordnung zu beschränken, ist der Schaft 56 mit einem minimalen Querschnitt ausgebildet, um die Auftreffscheibe zu tragen. Der Schaft besteht im allgemeinen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel Molyb­ dän. Bei kürzlich entwickelten Rotoranordnungen ist der Schaft 56 zum Beispiel aus einer Molybdänlegie­ rung hergestellt, zum Beispiel aus TZM-Material, das etwa 99% Molybdän mit Bruchteilen von Prozen­ ten an Titan und Zirkonium enthält. Das TZM-Material hat eine größere Festigkeit als Molybdän und ist leichter zu bearbeiten, zum Beispiel wenn auf den Endabschnitt des Schaftes 56, der in die Buchse 54 eingeschraubt ist, ein Außengewinde angebracht wer­ den soll. Das TZM-Material hat einen linearen Wär­ meausdehnungskoeffizienten der etwa gleich demjeni­ gen von Molybdän ist, das heißt, etwa 58×10^-7 pro °F (104×10^-7 pro °C). Dementsprechend ist das Mo­ lybdän- oder TZM-Material des Schaftes 56 thermisch kompatibel mit dem Material "Incoloy 909" der Buchse 54, das - wie bereits erwähnt - bei etwa 60×10^-7 pro °F (108×10^-7 pro °C) liegt.

Der gegenüberliegende Endabschnitt des Schaftes 56 ist mit einem Ringflansch 58 versehen, der eine quer angeordnete Auftreffscheibe (target disc) 60 mit Kegelstumpfform trägt. Die Auftreffscheibe 60 weist einen Zentralabschnitt auf, durch den ein mit Gewinde versehener Endabschnitt des Schaftes 56 hin­ durchreicht und mit einer Sechskantmutter 62 zur Be­ festigung der Auftreffscheibe 60 an dem Schaft 56 versehen ist. Die Auftreffscheibe 60 hat einen äuße­ ren Grenzabschnitt mit einer Brennfläche 64, die aus Röntgenstrahlen emittierendem Material besteht, zum Beispiel aus Wolfram oder einer Wolframlegie­ rung. Die Brennfläche 64 ist radial abfallend ausge­ bildet mit einem Brennpunktbereich 66, der sich in axialer Ausrichtung im Abstand zu der Elektronen emittierenden Kathode 22 befindet.

Im Betrieb werden an die Kathode 22 und die An­ oden-Auftreffscheibe 60 geeignete elektrische Poten­ tiale angelegt, um die aus der Kathode 22 austreten­ den Elektronen elektrostatisch in Form eines Elek­ tronenstrahls auf den Brennpunktbereich 66 der Brennfläche 44 zu leiten. Der Elektronenstrahl schlägt auf den Brennpunktbereich 66 mit ausreichen­ der kinetischer Energie auf und dringt in das darun­ ter liegende, Röntgenstrahlen emittierende Material der Brennfläche 44 ein und erzeugt Röntgenstrahlen, die von dem Brennpunktbereich 66 ausgehen. Der größ­ te Anteil der Elektronenenergie wird jedoch in Wär­ me umgewandelt, die das Röntgenstrahlen emittieren­ de Material der Brennfläche 64 im Brennpunktbereich 66 beschädigen können. Die Auftreffscheibe 60 läuft mit geeigneter Drehzahl um, zum Beipiel mit bis zu 10 000 Umdrehungen pro Minute, um den Abschnitt der Brennfläche 64 im Brennpunktbereich 66 kontinuier­ lich zu verändern. Die in Abschnitten der Brennflä­ che 64 erzeugte Wärme, die aus dem Brennpunktbe­ reich 66 herausgedreht wird, wird in dem Material der Röntgenstrahlen aussendenden Auftreffscheibe 60 gespeichert und vorzugsweise durch Strahlung durch den Mantel 12 der Röntgenröhre 10 abgeleitet.

Unabhängig von den Vorkehrungsmaßnahmen in Verbin­ dung mit dem Schaft 56 zum Schutz der Ankeranord­ nung und insbesondere der Kugellager 32 und 34 ge­ gen Beschädigung durch zu große Wärme, gelangt ein Teil der in der Auftreffscheibe 60 gespeicherten Wärme durch Wärmeleitung über den Schaft 56 in die Ankeranordnung. Die dadurch resultierenden Wärme­ spannungen in der Ankeranordnung treten normalerwei­ se in der hartgelöteten Verbindung zwischen dem Schaft 56 und der Ankeranordnung auf wegen der Un­ terschiede in den entsprechenden linearen Wärmeaus­ dehnungskoeffizienten. Wie aus der nachstehenden Ta­ belle hervorgeht, treten die größten Wärmespannun­ gen jedoch an der Schweißverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Einsatz 46 auf, und nicht zwi­ schen der Hartlotverbindung zwischen dem Schaft 56 und der Buchse 54.

Auf diese Weise hat die beschriebene Rotorstruktur eine größere Lebensdauer als Rotorstrukturen der bisher bekannten Art, da die maximalen Wärmespannun­ gen an einer geschweißten Verbindungsstelle auftre­ ten, die fester ist als eine hartgelötete Verbin­ dung. Das Material "Hastelloy X" des Einsatzes 46 und das Material "Incoloy 909" der Buchse 54 haben eine größere strukturelle Festigkeit als das TZM-Ma­ terial des Schaftes 56, und sind somit in der Lage, besser solchen maximalen thermischen Spannungen zu widerstehen.

Um eine besser haltbare Hartlotverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56 zu erzielen, weisen das Innengewinde der Buchse 54 und das Außengewinde des Schaftes 56 solche Durchmesser auf, daß sich zwischen beiden ein Zwischenraum befindet, wenn der Schaft 56 in die Buchse 54 eingeschraubt wird, wie insbesondere aus Fig. 1A hervorgeht. Dieser Zwi­ schenraum hat eine Breite im Bereich von 2/1000 bis 8/1000 Zoll (0,05 bis 0,02 mm) und sorgen für die notwendige Kapillarwirkung zur Sicherstellung, daß das Hartlot zwischen den Gewindeflächen von einem Ende bis zum entgegengesetzten Ende der Buchse 54 fließt, um die Hartlotverbindung herzustellen. Wäh­ rend des Betriebes der Röntgenstrahlenröhre werden thermische Spannungen, die zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56 auftreten, zum Beispiel aufgrund geringer Differenzen in der thermischen Ausdehnung, dadurch abgebaut, daß sie sich über den mit Hartlot gefüllten gesamten Zwischenraum verteilen. Der Zwi­ schenraum ist genügend gering, so daß die Hartlot­ verbindung in der Lage ist, die beiden ineinander geschraubten Flächen der Buchse 54 und des Schaftes 56 in fester Verbindung miteinander zu halten. Ande­ rerseits ist der Zwischenraum genügend groß, so daß die Hartlotverbindung in der Lage ist, thermische Spannungen abzubauen und somit ein Überdehnen der Hartlotverbindung zu verhindern, die sonst zu einem Brechen der Hartlotverbindung führen könnte.

Es wurde außerdem festgestellt, daß für den Fall, daß das Hartlot einen Schmelzpunkt oberhalb 1150°C hat, die Molybdän-Komponente des TZM-Materials, das den Schaft 56 bildet, die Tendenz hat, sich mit ei­ ner Metallkomponente des Hartlots zu verbinden und ein intermetallisches Verbindungsmaterial zu erge­ ben, das sehr spröde ist und zu einem Brechen der Hartlotverbindung führen kann. Hat das Hartlot je­ doch einen Schmelzpunkt unterhalb 900°C, so kann die daraus resultierende Hartlotverbindung während des Betriebes der Röhre weich werden und somit den mechanischen Spannungen an der Hartlotverbindungs­ stelle nicht mehr widerstehen, wenn die Auftreff­ scheibe 60 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl ro­ tiert. Aus diesem Grunde wurde das Hartlot zum Fül­ len des Zwischenraumes zwischen den entsprechenden Gewindeflächen der Buchse 54 und dem Schaft 56 der­ art ausgewählt, daß es aus einer Nickellegierung be­ steht, die einen Schmelzpunkt im Bereich von 1000- 1100°C hat. Zum Beispiel wurde ein Hartlot-Material gefunden, das aus einer Nickel-Gold-Palladium-Legie­ rung besteht, die eine Verflüssigungstemperatur von 1037°C und eine Erstarrungstemperatur von etwa 1005°C aufweist. Dieses Material wurde als beson­ ders geeignet gefunden, die Hartlotverbindung zwi­ schen den entsprechenden Gewindeflächen der Buchse 54 und dem Schaft 56 herzustellen. Die Nickelkompo­ nente des Hartlots führt zu einer strukturell fe­ sten Verbindung, und die dazugehörige Verflüssi­ gungstemperatur von 1037°C liegt gut in dem spezifi­ zierten Bereich der Schmelztemperaturen zur Minimie­ rung der Gefahr von Nickel-Molybdän-Intermetall-Ver­ bindungen, die sich während des Hartlotvorgangs oder während der nachfolgenden thermischen Zyklen beim Betrieb der Röhre 10 bilden können.

Es wurde außerdem gefunden, daß während des Hartlot­ vorgangs das verflüssigte Hartlot die innere Fläche der Buchse 54 mit dem Innengewinde nicht voll be­ netzt. Als Resultat ergibt sich, daß das Innengewin­ de der Buchse 54 mit dem Außengewinde des Schaftes 56 durch eine unvollständige Hartlotverbindung ver­ bunden würde, die während des Betriebes der Röhre weich werden und brechen könnte. Bei einer Untersu­ chung wurde gefunden, daß während der Heizphase des Hartlotvorgangs die Titankomponente des Materials "Incoloy 909" an der Innenfläche der Buchse 54 sich mit dem Sauerstoff verband und Titanoxid bildete. Dieses Titanoxid war die Ursache, die verhinderte, daß das flüssige Hartlot die innere Ringfläche der Buchse 54 voll benetzen konnte.

Wie Fig. 2 zeigt, wurde dieses Problem dadurch ge­ löst, daß die innere Ringfläche der Buchse 54 vor dem Hartlotvorgang mit einer Sperrschicht 70 aus im wesentlichen reinem Nickel versehen wurde, die von einem Ende bis zum entgegengesetzten Ende der Buch­ se 54 reicht. Die Sperrschicht 70 hat eine Stärke im Bereich von 0,018 bis 0,023 mm (0,0007 bis 0,0009 Zoll), wodurch die thermischen Eigenschaften der Buchse 54 nicht verändert werden. Der Gewindebe­ reich der Buchse 54 endet neben einem Ende an einer ringförmigen Schulter 68, die den Gewindebereich mit einem Endabschnitt 72 der Buchse mit größerem Durchmesser integral verbindet. Außerdem endet der Gewindebereich der Buchse 54 neben dem anderen Ende in einer ringförmigen Schulter 74, die den Gewinde­ bereich mit einer Verlängerung 76 der Buchse mit größerem Durchmesser integral verbindet. Die Sperr­ schicht 70 aus im wesentlichen reinem Nickel kann auf die gesamte innere Ringfläche der Buchse 54 auf geeignete Weise aufgebracht werden, zum Beispiel durch ein galvanisches Verfahren.

Wie Fig. 3 zeigt, ist nach Abschluß des Galvanisie­ rungsvorgangs der mit Gewinde versehene Endabschnitt des Schaftes 56, der in einer nach außen sich er­ streckenden ringförmigen Schulter 78 endet, in den Endabschnitt 72 der Buchse 54 eingesetzt worden. Der mit einem Außengewinde versehene Endabschnitt des Schaftes 56 greift in den mit einem Innengewin­ de versehenen Abschnitt der Buchse 54 ein und wird so lange eingeschraubt, bis die ringförmige Schulter 78 des Schaftes 56 auf der ringförmigen Schulter 68 der Buchse 54 aufliegt. Diese vormontierte Einheit wird dann umgedreht, und es werden Ringe 80 aus Hartlot, wie zum Beispiel eine Nickel-Gold-Palladi­ um-Legierung, in die Verlängerung 76 der Buchse 54 mit dem größeren Durchmesser eingesetzt und durch die ringförmige Schulter 74 gehalten. Während des nachfolgenden Hartlotvorgangs werden die Ringe 80 aus Hartlot aufgeheizt auf eine Schmelztemperatur im Bereich von 1000-1100°C, zum Beispiel auf 1037°C. Als Ergebnis fließt das verflüssigte Hart­ lot durch Kapillarkraft und mit Hilfe der Schwer­ kraft in den Zwischenraum zwischen den entsprechen­ den Gewinden der Buchse 54 und des Schaftes 56, der eine Breite von 2/1000 bis 8/1000 Zoll (0,05 bis 0,2 mm) hat. Somit füllt das verflüssigte Hartlot den Zwischenraum von einem Ende bis zum entgegenge­ setzten Ende der Buchse 54 aus und verbindet sich mit dem im wesentlichen reinen Nickel der Sperr­ schicht 70 auf der inneren Ringfläche der Buchse 54. Die sich ergebende Legierung aus Hartlot und der Sperrschicht benetzt die nebeneinanderliegen­ den Flächen der Buchse 54 und des Schaftes 56 und formt nach dem Abkühlen eine feste und dauerhafte Hartlotverbindung.

Wie Fig. 1A zeigt, befindet sich nach dem Hartlot­ vorgang zwischen dem Außengewinde-Endabschnitt des Schaftes 56 und der Innengewindefläche der Buchse 54 eine Verriegelungsschicht 82, die aus einer Le­ gierung von Hartlot und dem Material der Sperr­ schicht 70 besteht. Diese Verriegelungsschicht 82 erstreckt sich zwischen den ringförmigen Schultern 68 und 78 der Buchse 54 und des Schaftes 56 und en­ det am daneben liegenden Ende der Buchse 54. Die Verlängerung 76 der Buchse 54 wird abgedreht, um ei­ ne im wesentlichen ebene Endfläche 84 zu erzielen, die im wesentlichen mit der Unterfläche des ringför­ migen Einsatzes 46 und der Endfläche des Schaftes 56 auf gleicher Höhe liegt. Somit kann die Verriege­ lungsschicht 82 neben der Endfläche 84 der Buchse 54 in einer Ausrundung 86 enden, die an der ringför­ migen Schulter 74 der Buchse 54 und dem daneben lie­ genden Endabschnitt des Schaftes 56 klebt. Somit verklebt die Verriegelungsschicht 82 die gesamte in­ nere Ringfläche der Buchse 54 mit dem umgebenden En­ dabschnitt des Schaftes 56. Das im wesentlichen rei­ ne Nickel-Material der Sperrschicht 70 verbindet sich mit dem Nickellegierungs-Material der Hartlot­ ringe 80 und führt zu einer resultierenden Verriege­ lungsschicht 82 mit der entsprechenden Festigkeit zum Widerstehen thermischer und mechanischer Span­ nungen, die während des Betriebes der Röhre 10 in der Hartlotverbindung auftreten. Außerdem gibt die Verriegelungsschicht 82 der Hartlotverbindung eine Dauerhaftigkeit, die ausreicht, daß die Auftreff­ scheibe 60 mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen ro­ tieren kann, wie zum Beispiel mit 10 000 Umdrehungen pro Minute, und somit eine verhältnismäßig lange Le­ bensdauer der Röhre gewährleistet, zum Beispiel für mehr als 35 000 Belichtungen.

Es wurde somit eine Rotoranordnung für eine Röntgen­ röhre vorgeschlagen, die eine Ankeranordnung auf­ weist mit einer Rotorschürze 50, die drehbar mit­ tels eines ringförmigen Einsatzes 46 und einer Buch­ se 54 mit dem Schaft 56 der Auftreffscheibe verbun­ den ist. Die Buchse 54 weist eine innere Ringfläche auf, die mittels einer Hartlotverbindung mit dem Schaft 56 verbunden ist, und deren äußere Zylinder­ fläche durch eine Schweißverbindung an dem ringför­ migen Einsatz 46 befestigt ist, deren äußerer Gren­ zabschnitt wiederum an der Rotorschürze 50 be­ festigt ist. Die Buchse 54 besteht aus einem Materi­ al, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des Materials des Schaftes 56 angepaßt ist, während der Einsatz 46 aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zu dem Material der Ro­ torschürze 50 in engere Beziehung gesetzt ist als zu dem Material der Buchse 54. Hierdurch treten die stärksten Wärmespannungen an der verhältnismäßig fe­ sten Schweißstelle zwischen dem Einsatz 46 und der Buchse 54 auf und nicht an der Hartlotverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56. Darüber hinaus enthält die beschriebene Ankeranordnung eine Hartlotverbindung bezüglich der Buchse 54, bei der die innere Ringfläche mit einer Sperrschicht 70 ver­ sehen ist, die aus eine Oxidation verhinderndem Ma­ terial besteht, das sich mit dem Hartlotmaterial le­ giert, um eine Verriegelungsschicht zu bilden, die die Buchse 54 und den Schaft 56 miteinander ver­ klebt.

Aus dem Vorstehenden wird also klar, daß die der Er­ findung gestellte Aufgabe durch die angegebenen An­ ordnungen und Verfahren gelöst wird. Es wird aber auch klar, daß verschiedene Änderungen durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne sich von dem Prinzip der vorliegenden Erfindung zu entfernen, wie die beigefügten Ansprüche zeigen. Es wird be­ merkt, daß die vorstehende Beschreibung eine bei­ spielsweise Beschreibung ist und in keiner Weise einschränkend ausgelegt werden soll.

Claims (15)

1. Rotoranordnung für eine Röntgenröhre
mit einer Ankeranordnung, die um eine Achse rotiert;
einem ersten ringförmigen Glied, das koaxial zu der Ankeranordnung angeordnet ist und einen daran be­ festigten Abschnitt aufweist;
einem zweiten ringförmigen Glied, das koaxial zu dem ersten ringförmigen Glied angeordnet ist und ei­ nen äußeren Abschnitt aufweist, der mit dem ersten ringförmigen Glied verschweißt ist; und
einer Schaftanordnung, die koaxial innerhalb des zweiten ringförmigen Glieds angeordnet ist und ei­ nen Endabschnitt aufweist, der mit dem zweiten ring­ förmigen Glied hartverlötet ist.

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankeranordnung eine rohrförmige Rotorschürze aus magnetisch leitendem Material sowie eine Lageranordnung aufweist, die an dem ersten ringförmigen Glied befestigt ist und die Rotorschürze drehbar lagert.

3. Rotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lageranordnung ein längliches, tassenförmiges Gehäuse aufweist, das un­ ter Bildung eines Abstandes koaxial innerhalb der Rotorschürze angeordnet ist und aus magnetisch lei­ tendem Material besteht.

4. Rotoranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste ringförmige Glied einen scheibenförmigen Einsatz aufweist, der quer zu der rohrförmigen Rotorschürze angeordnet ist und einen äußeren Grenzabschnitt hat, der an einem Endabschnitt der Rotorschürze befestigt ist, und daß der scheibenförmige Einsatz eine innere Ringflä­ che aufweist.

5. Rotoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite ringförmige Glied aus einer Buchse besteht, deren äußere zylind­ rische Fläche mit der inneren Ringfläche des Einsat­ zes verschweißt ist, und daß das zweite ringförmige Glied eine innere Ring­ fläche aufweist, die mit mehreren Innengewindegän­ gen versehen ist.

6. Rotoranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaftanordnung ei­ nen zylindrischen Schaft aufweist, dessen Endab­ schnitt mit mehreren Außengewindegängen versehen ist, und daß diese Außengewindegänge in die Innengewindegän­ ge der Buchse eingreifen und mit diesen hartverlö­ tet sind.

7. Rotoranordnung für eine Röntgenröhre
mit einer rohrförmigen Rotorschürze, die drehbar ge­ lagert ist und eine Drehachse in Längsrichtung hat, wobei die Rotorschürze aus einem ersten Material mit einem ersten linearen Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten besteht;
einem scheibenförmigen Einsatz, der koaxial inner­ halb der Rotorschürze angeordnet ist und mit einem äußeren Grenzabschnitt an einem Endabschnitt der Ro­ torschürze befestigt ist, wobei der Einsatz aus ei­ nem zweiten Material mit einem zweiten linearen Wär­ meausdehnungskoeffizienten besteht;
einer Buchse, die koaxial innerhalb des scheibenför­ migen Einsatzes angeordnet ist und mit einem äuße­ ren Ringflächenabschnitt an dem Einsatz befestigt ist, wobei die Buchse aus einem dritten Material mit einem dritten linearen Wärmeausdehnungskoeffi­ zienten besteht; und
einem zylindrischen Schaft mit einem Endabschnitt, der koaxial innerhalb der Buchse angeordnet ist und mit einer Außenfläche des Endbereichs an der Buchse befestigt ist, wobei der Schaft aus einem vierten Material mit einem vierten linearen Wärmeausdeh­ nungskoeffizienten besteht.

8. Rotoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmeausdeh­ nungskoeffizient größer als der dritte ist, und daß der dritte Wärmeausdehnungskoeffizient größer als der vierte ist.

9. Rotoranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Wärmeausdeh­ nungskoeffizient von dem vierten um nicht mehr als 9×10^-7 pro °C von dem zweiten jedoch um mehr als 18×10^-7 pro °C abweicht.

10. Rotoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Wärmeausdeh­ nungskoeffizient von dem zweiten um mehr als 36×10^-7 pro °C, von dem ersten jedoch um weniger als 18×10^-7 pro °C abweicht.

11. Rotoranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Ringfläche­ nabschnitt der Buchse an dem Einsatz durch eine Schweißverbindung befestigt ist, und
daß der Endabschnitt des Schaftes an der Buchse durch eine Hartlotverbindung befestigt ist.

12. Rotoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlotverbindung ein Lot aufweist, dessen Schmelzpunkt zwischen 1000 und 1100°C liegt.

13. Rotoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte des Schaftes und der Buchse mit ineinander eingreifen­ den Gewindeabschnitten und solchen entsprechenden Durchmessers versehen sind, daß sich ein Zwischen­ raum ergibt, der mit Hartlot gefüllt ist.

14. Rotoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Material Mo­ lybdän, das dritte Material eine Eisen-Ko­ balt-Nickel-Legierung und das zweite Material eine Eisen-Chrom-Nickel-Legierung enthält.

15. Rotoranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Material mag­ netisch leitenden Stahl enthält.