DE4021709A1

DE4021709A1 - Stable X=ray tungsten filament - uses pre-tensioned helical heater under shielded well in cathode

Info

Publication number: DE4021709A1
Application number: DE4021709A
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Brettschneider
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1990-07-07
Filing date: 1990-07-07
Publication date: 1992-01-09

Abstract

One problem with stability of emmission in the operation of X Ray tubes lies in the distortion or displacement under thermal stresses in the directly heated cathode-filament. This is overcome by using a tungsten filament (46) wound as a helical spring and held in tension between two pillar-electrodes (44,45) mounted in an insulated base (43) and carrying the filament current. Under typical operating conditions it is sufficient to set the strain in the spring to not less than 10% above its length when cold. Electrons are drawn off by the anode only from the coiled section, the ends and the electrodes are shielded by overhanging plates (48,49) set in the cathode-well (51) above the filament. ADVANTAGE - Heating and ageing effects on cathode geometry are minimised.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektronenröhre, insbesondere Röntgenröhre mit einer Kathodenanordnung, die eine an zwei starren Halterungen befestigte direkt geheizte Heizdraht wendel umfaßt.The invention relates to an electron tube, in particular X-ray tube with a cathode arrangement, one on two rigid mounts attached directly heated filament spiral comprises.

Eine derartige Elektronenröhre bzw. Röntgenröhre ist aus der DE-OS 24 17 820 bekannt. Die Heizdrahtwendel besitzt zwei nach unten abgewinkelte Drahtenden, die in als ge schlitzte Stifte ausgebildete starre Halterungen hinein ragen. Die Heizdrahtwendel befindet sich im Schlitz eines Kathodenkopfes, der ganz allgemein als elektronen optisches System anzusehen ist. Daher beeinflußt die Lage der Heizdrahtwendel relativ zum Schlitz bzw. zum Kathoden kopf die Bahn der aus der Heizdrahtwendel emittierten Elektronen. Infolgedessen hängt die Lage des Brennflecks (das ist der Auftreffpunkt der Elektronen auf der Anode) der Röntgenröhre von der Lage der Heizdrahtwendel im Schlitz bzw. Kathodenkopf ab. Diese kann sich bei hohen Betriebstemperaturen der Heizdrahtwendel durch die dabei auftretenden thermischen Spannungen in undefinierter Weise verändern, was zu einer Veränderung von Lage und/oder Form des Brennflecks führt und im Extremfall - wenn die Wendel elektrischen Kontakt mit dem Kathodenkopf erhält - einen elektrischen Kurzschluß in dem die Heizdrahtwendel speisenden Kreis verursachen kann.Such an electron tube or X-ray tube is off DE-OS 24 17 820 known. The filament has two downward angled wire ends, which in as ge slotted pins formed into rigid mounts protrude. The heating wire coil is in the slot of one Cathode head, which is generally called electrons optical system can be seen. Therefore, the situation affects the heating wire coil relative to the slot or to the cathode head the path of those emitted from the heating wire coil Electrons. As a result, the location of the focal spot depends (this is the point of impact of the electrons on the anode) the x-ray tube on the location of the filament in the Slot or cathode head. This can change at high Operating temperatures of the heating wire coil by the occurring thermal stresses in an undefined manner change, resulting in a change in location and / or shape of the focal spot and in extreme cases - when the coil receives electrical contact with the cathode head - one electrical short circuit in which the filament can cause a feeding circle.

Aus der DE-PS 8 74 049 ist eine Elektronenröhre mit einem nicht gewendelten (geradlinigen) Heizdraht bekannt, dessen Lage dadurch stabilisiert wird, daß die Halterungen für den Heizdraht als haarnadelförmige Spannfedern ausgebildet sind, die auf den Heizdraht ständig einen Zug ausüben. Bei geeignet gewählter Länge der freien Schenkel dieser Blatt federn verändert der Heizdraht seine Lage bei Erwärmung nicht.From DE-PS 8 74 049 is an electron tube with one not coiled (straight) heating wire known, the Position is stabilized in that the brackets for formed the heating wire as a hairpin-shaped tension springs are who are constantly pulling on the heating wire. At suitably chosen length of the free legs of this sheet the heating wire changes its position when heated Not.

Derartige Blattfeder-Spannvorrichtungen zur Halterung des Heizdrahtes sind aber voluminös. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Elektronenröhre zu schaffen, die starre Halterungen für die Heizdrahtwendel besitzt und bei der gleichwohl die Lage der Heizdraht wendel weitgehend unabhängig von der Betriebstemperatur bleibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Enden der Heizdrahtwendel im Bereich der Wendel achse mit den Halterungen so verbunden sind, daß die Heizdrahtwendel zumindest im kalten Zustand einen Zug in Richtung der Wendelachse auf die Halterungen ausübt.Such leaf spring clamping devices for holding the Heating wires are voluminous. Task of the present In contrast, it is an invention to use an electron tube create the rigid brackets for the filament owns and at the same time the location of the heating wire spiral largely independent of the operating temperature remains. According to the invention, this object is achieved by that the ends of the heating wire coil in the area of the coil axis are connected to the brackets so that the Heating wire coil pulls in at least when cold Direction of the helical axis on the brackets.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß eine in ihrer Wendelachse gehalterte, auf Zug vorgespannte Heiz drahtwendel ihre Lage bezüglich der übrigen Teile der Röntgenröhre kaum ändert, da die Heizdrahtwendel in diesem Fall als gespannte Schraubenfeder ausgebildet ist, bei der quer zur Federachse angreifende Kräfte die Rückstellkraft der Feder zu überwinden hätten, um eine Auslenkung zu bewirken. Die mit den Halterungen zu verbindenden Enden der Heizdrahtwendel müssen dabei möglichst in der Wendel achse (das ist die Gerade, um die herum der Heizfaden sich konzentrisch und schraubenlinienförmig windet) liegen. Die mechanische Vorspannung der Wendel wird dadurch erreicht, daß die Wendel beim Einbau in die Halterungen in Richtung der Wendelachse gedehnt wird, und zwar um eine Strecke, die wesentlich größer ist als die Strecke, um die sich die Wendel bei einer Erwärmung ausdehnt. Ein geeigneter Wert für die Dehnung der Wendel während des Einbaus ist z. B. 10% der Wendellänge. Nach der Inbetriebnahme der Röntgen röhre verringert sich zwar die von der Heizdrahtwendel auf die Halterungen ausgeübte Zugspannung infolge von Rekri stallisationsprozessen, jedoch verschwindet sie nicht vollständig - da auch bei Betriebstemperatur der Wendel ihr Elastizitätsmodul nicht verschwindet.The invention is based on the finding that an in on its spiral axis, pre-tensioned heating their position with respect to the remaining parts of the X-ray tube hardly changes since the filament in this Case is designed as a tensioned coil spring in which Forces acting transversely to the spring axis are the restoring force the spring would have to overcome in order to deflect cause. The ends to be connected to the brackets The heating wire coil should be in the coil if possible axis (this is the straight line around which the filament extends concentric and helical winds). The mechanical pre-tensioning of the helix is achieved that the helix when installing in the brackets in the direction the helix axis is stretched by a distance, which is much larger than the distance by which the Helix expands when heated. An appropriate value for the stretching of the helix during installation is e.g. B. 10% of the helix length. After commissioning the x-ray tube does indeed decrease to that of the heating wire coil the brackets exerted tension due to Rekri installation processes, but it does not disappear completely - because even at the operating temperature of the filament their modulus of elasticity does not disappear.

Eine besonders einfache Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß jede Halterung einen Stift umfaßt, der eine Öffnung zum Aufnehmen eines in Achsrichtung verlaufenden Endes der Heizdrahtwendel aufweist.A particularly simple embodiment of the invention provides before that each bracket includes a pin that a Opening for receiving an axis End of the heating wire coil.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The invention will now be described with reference to the drawing explained. Show it:

Fig. 1 eine Drehanodenröntgenröhre, bei der die Erfindung anwendbar ist und Fig. 1 shows a rotating anode X-ray tube, in which the invention is applicable and

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Kathodenkopf einer solchen Röntgenröhre. Fig. 2 shows a cross section through the cathode head of such an X-ray tube.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehanodenröhntgenröhre besitzt einen Röhrenkolben 1 aus Glas, der einen Vakuumraum um schließt, in dem sich eine Drehanodenanordnung 2 und eine Kathodenanordnung 3 befinden. Die Kathodenanordnung 3 umfaßt einen Kathodenkopf 4, in dem sich - in Fig. 1 nur schematisch angedeutet - eine direkt geheizte Heizdraht wendel befindet. D. h. die Röntgenstrahlung wird mit Hilfe der durch die Heizung der Wendel aus dieser emittierten Elektronen erzeugt.The rotary anode tube tube shown in Fig. 1 has a tubular bulb 1 made of glass, which encloses a vacuum space in which a rotary anode assembly 2 and a cathode assembly 3 are located. The cathode arrangement 3 comprises a cathode head 4 , in which - in Fig. 1 only schematically indicated - a directly heated heating wire is helical. That is, the x-ray radiation is generated with the help of the electrons emitted by heating the filament.

Gemäß Fig. 2, die einen mitten durch die Heizdrahtwendel verlaufenden Querschnitt des Kathodenkopfes 4 darstellt, umfaßt der Kathodenkopf 4 ein Kathodengesenk 41, das auf seiner der Anode 2 zugewandten Seite mit einer wannenför migen Ausnehmung 51 versehen ist, die in einen Schlitz 52 übergeht, in dem sich die Heizdrahtwendel 46 befindet. Die Heizdrahtwendel ist so geformt, daß ihre beiden Enden zumindest annähernd mit der Wendelachse 50 zusammenfallen, die die Mittellinie der schraubenlinienförmigen Windungen der Heizdrahtwendel bildet. Die Wendel 46 besteht bei spielsweise aus einem 0,22 mm starken Wolframdraht und hat z. B. einen Durchmesser von 1 bis 1,2 mm. Die Enden der Wendel sind in Bohrungen 47 eingeführt, die in Höhe der Wendelachse 50 in Metallstiften 44 und 45 verlaufen. Die Wendel 46 ist mit den Stiften 44, 45 auf geeignete Weise - z. B. durch Punktschweißen - verbunden. Die Stifte 44 und 45 bestehen aus Metall und sind genügend dick, um eine starre Halterung für die Wendel 46 zu bilden. Über sie wird der Heizstrom für den Heizfaden zugeführt. Die Stifte 44 sind in einer kreisförmigen Platte 43 elektronisch isoliert befestigt, die von einem Ring 42 getragen wird, der mit dem unteren Teil des Kathodengesenks 41 verbunden ist.Referring to FIG. 2, which illustrates a passage extending through the middle of the heating coil cross-section of the cathode head 4, the cathode head 4 comprises a Kathodengesenk 41, which on its side facing the anode 2 side with a wannenför-shaped recess 51 is provided, which merges into a slot 52, in which the heating wire coil 46 is located. The heating wire coil is shaped so that its two ends at least approximately coincide with the coil axis 50 , which forms the center line of the helical turns of the heating wire coil. The helix 46 consists, for example, of a 0.22 mm thick tungsten wire and has, for. B. a diameter of 1 to 1.2 mm. The ends of the helix are inserted into bores 47 which run in the height of the helix axis 50 in metal pins 44 and 45 . The coil 46 is with the pins 44 , 45 in a suitable manner - for. B. by spot welding - connected. The pins 44 and 45 are made of metal and are sufficiently thick to form a rigid holder for the coil 46 . The heating current for the filament is supplied via them. The pins 44 are electronically insulated in a circular plate 43 which is supported by a ring 42 which is connected to the lower part of the cathode die 41 .

Im Betriebszustand durchfließt ein Heizstrom über die Stifte 44, 45 die Wendel 46 und erhitzt diese so, daß sie Elektronen emittiert. Diese gelangen nach der Durchquerung der Ausnehmung 51 zur Anode 2. Abschirmbleche 48, 49 ober halb der Wendel sorgen dabei dafür, daß nur die Elektronen aus dem mittleren, nahezu gleichmäßig warmen Teil der Wendel 46 zur Anode gelangen können.In the operating state, a heating current flows through the pins 44 , 45 and heats the filament 46 so that it emits electrons. After crossing the recess 51, these reach the anode 2 . Shielding plates 48 , 49 above half of the coil ensure that only the electrons from the central, almost uniformly warm part of the coil 46 can reach the anode.

Wäre die Wendel 46 in bisher bekannter Weise eingebaut worden, dann würde die im Betrieb auftretende Wärmedehnung mechanische Spannungen hervorrufen, die eine Verschiebung bzw. Verformung der Wendel 46 senkrecht zu der Wendelachse 50 zur Folge haben können. Dies würde zu einer Veränderung der Elektronenbahn und damit zu einer Änderung von Form und Lage des Brennflecks auf der Anode 2 führen. If the helix 46 had been installed in a previously known manner, the thermal expansion occurring during operation would cause mechanical stresses which can result in a displacement or deformation of the helix 46 perpendicular to the helix axis 50 . This would lead to a change in the electron path and thus to a change in the shape and position of the focal spot on the anode 2 .

Erfindungsgemäß wird die Wendel vor dem Einbau um z. B. 10% ihrer Länge gedehnt; diese Strecke ist groß im Vergleich zu der im Betriebszustand zu erwartenden thermischen Aus dehnung der Heizwendel. Die Wendel 46 übt daher auf die starren Stifte 44 und 45 einen Zug aus. Würden diese Zug kräfte außerhalb der Wendelachse an den Stiften angreifen, würde sich die Wendel unter den Zugkräften verbiegen. Da die Enden der Wendel und die Bohrungen 47, in denen diese Enden befestigt sind, aber in der Wendelachse liegen, wirken die Zugkräfte in der Wendelachse, so daß ein Ver biegen unterbleibt.According to the spiral is z. B. stretched 10% of its length; this distance is large compared to the thermal expansion to be expected in the operating state of the heating coil. The coil 46 therefore exerts a pull on the rigid pins 44 and 45 . If these tensile forces attack the pins outside the helix axis, the helix would bend under the tensile forces. Since the ends of the coil and the bores 47 , in which these ends are fastened, but lie in the coil axis, the tensile forces act in the coil axis, so that bending does not occur.

Die Zugkraft verringert sich zwar nach der Inbetriebnahme der Röntgenröhre infolge von Rekristallisationsprozessen allmählich, verschwindet aber - auch bei Betriebstem peratur - nicht vollständig. Dadurch wird verhindert, daß die Heizdrahtwendel sich bei einer Erwärmung in Richtung senkrecht zur Achse 50 verformt. Die Lage des Heizfadens bzw. seine Form bleiben also unter allen Betriebsbedingun gen stabil.The tractive force gradually decreases after the X-ray tube is put into operation as a result of recrystallization processes, but does not completely disappear - even at operating temperature. This prevents the filament from deforming when heated in the direction perpendicular to the axis 50 . The position of the filament and its shape remain stable under all operating conditions.

Claims

1. Electron tube, in particular an X-ray tube with a cathode arrangement, which comprises a directly heated heating wire coil attached to two rigid mounts, characterized in that the ends of the heating wire coil in the area of the coil axis are connected to the brackets in such a way that the heating wire coil at least in the cold state Train in the direction of the helix axis on the brackets.

2. electron tube according to claim 1, characterized in that each bracket has a pin comprises an opening for receiving an axially tion extending end of the filament includes.