DE705950C

DE705950C - X-ray tube with rotating anode

Info

Publication number: DE705950C
Application number: DEA85677D
Authority: DE
Inventors: George Hotaling
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1937-01-30
Filing date: 1938-01-30
Publication date: 1941-05-14
Also published as: BE426076A; FR49129E; GB489477A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Röntgenröhren mit Drehanoden.The present invention relates to rotary anode x-ray tubes.

Um bei Hochleistungsröntgenröhren die Anode nicht zu stark an einer Stelle zu erhitzen, ist es bekannt, eine relative Bewegung zwischen dem Elektronenstrahl und einer scheibenförmigen Anode vorzusehen. Weiter ist es "bekannt, den ganzen rotierenden Teil innerhalb der Röhre anzuordnen. Bei derartigen Drehanodenanordnungen besteht die Gefahr, daß die Lager sich bei der erforderlichen hohen Rotationsgeschwindigkeit heißlaufen oder verschleißen, so daß nur eine geringe Lebensdauer der Röhren erzielt wird.In order not to heat the anode too much in one place with high-performance X-ray tubes, it is known to provide relative movement between the electron beam and a disk-shaped anode. Further it is "known the whole rotating part to be arranged inside the tube. In such rotating anode arrangements there is There is a risk that the bearings will overheat at the required high speed of rotation or wear out, so that only a short service life of the tubes is achieved.

Für Höchstleistungsröntgenröhren sind deshalb möglichst reibungslose Lager aus einem derartigen Material vorzusehen, daß sie weder, durch die Erhitzung der inneren Metallteile zur Entgasung kommen, noch beim Betrieb des Gerätes verformt oder zerstört werden.For high-performance X-ray tubes, therefore, bearings that are as smooth as possible are all in one to provide such material that they neither, by the heating of the inner metal parts come to degassing, are deformed or destroyed while the device is in operation.

Bei der Herstellung der genannten Röntgenröhren müssen die eingeschlossenen Metallteile durch hohe Temperaturen von ungefähr 500 bis 6oo° C entgast werden. Derartige Temperaturen bewirken leicht Erweichung und Verformung der Lager. Aus diesem Grund sind solche Lager nach einigen Betriebsstunden .untauglich, oder es werden feine Metallsplitter abgerieben, die in den Entladungsraum fliegen und dort Störungen ver-Ursachen. Da alle Stoffe, die einen wahrnehmbaren Dampfdruck haben, in der Röhre gemieden werden müssen, können Schmiermittel für die Lager nicht verwendet werden.When manufacturing the X-ray tubes mentioned, the enclosed metal parts must be degassed by high temperatures of around 500 to 600 ° C. Such Temperatures tend to soften and deform the bearings. For this reason If such bearings are unsuitable after a few hours of operation, or they become fine Abraded metal splinters that fly into the discharge space and cause malfunctions there. Since all substances that have a perceptible vapor pressure must be avoided in the tube, lubricants can be used not used for the bearings.

Um diese Schäden zu vermeiden und eine dauerhafte und befriedigende Lagerung zu erzielen, müssen die Kugeln und die äußeren Läufer aus hartem Material geschaffen sein,In order to avoid this damage and to achieve permanent and satisfactory storage, the balls and the outer runners must be made of hard material,

das seine Härte und die anderen erforderlichen Eigenschaften auch bei der Herstellung und dem Betrieb der Röhre beibehält.that its hardness and the other required properties also in the manufacture and maintains the operation of the tube.

Gegenstand der Erfindung ist daher eine S Röntgenröhre mit Drehanode, deren Lager, die innerhalb der Röhre liegen, aus einer durch Ausscheidung gehärteten Legierung bestehen mit einer Alterungstemperatur, die oberhalb oder nicht wesentlich unterhalb der ίο Grenztemperatur liegt, der die Lager bei der Herstellung und beim Betrieb der Röhre ausgesetzt sind.The subject of the invention is therefore an S X-ray tube with a rotating anode, the bearing of which which lie within the tube are made of a precipitation hardened alloy with an aging temperature that is above or not significantly below the ίο limit temperature that the bearings at the Manufacture and operation of the tube are exposed.

Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Lager nach der Erfindung.The figures show exemplary embodiments in a partially schematic representation the bearing according to the invention.

Abb. ι stellt eine Röntgenröhre dar mit Anode und Kathode innerhalb der Wandung 1. Die Kathode besteht aus einem Glühfaden 3, vorzugsweise aus Wolfram, und einem Metallzylinder, der an dem eingedrückten Wandungsende 6 befestigt ist, während an seinem anderen Ende eine Richtungskappe 7 zur Fokussierung des Elektronenstrahls vorgesehen ist. Die scheibenförmige Anode mit abgeschrägten Seiten 10 besteht vorzugsweise aus Wolfram. Zur Erzeugung der Rotation der Anode während des Betriebes der Röhre ist die Anode an einen elektromagnetischen Rotor gekuppelt, dessen Kern aus einem Lamellenpaket 12 stark magnetischen Materials mit axial angeordneten Schlitzen besteht, die mit einem gut leitenden Metall, beispielsweise Kupfer, ausgegossen sind, so daß es mehrere am L^Tmfang verteilte Leiter bildet, die am Ende durch zusammenhängende Ringe aus dem gleichen Material verbunden sind. Die Kraftübertragung auf den Rotor erfolgt durch einen Stator, der außerhalb der Röhre liegt und aus einem Lamellenkern 14 und Wicklungen r6 besteht.Fig. Ι shows an X-ray tube with anode and cathode within the wall 1. The cathode consists of a filament 3, preferably made of tungsten, and a metal cylinder, which is attached to the depressed wall end 6, while at its other end a directional cap 7 for Focusing the electron beam is provided. The disc-shaped anode with beveled sides 10 is preferably made of tungsten. To generate the rotation of the anode during the operation of the tube, the anode is coupled to an electromagnetic rotor, the core of which consists of a lamella pack 12, strongly magnetic material with axially arranged slots, which are filled with a highly conductive metal, for example copper, so that makes it more distributed on the COPE L ^T conductors which are connected at the end by contiguous rings of the same material. The power is transmitted to the rotor by a stator which is located outside the tube and consists of a lamellar core 14 and windings r6.

Einzelheiten der Drehanordnung für die Anodenscheibe 10 und den Rotor 12 sind aus Abb. 2 ersichtlich. Der Rotor ist durch einen zylindrischen Teil, bestehend aus Verbindungsstücken 17 und 18 und dem Kopplungselement 21, mit dem Schaft 20 der Anode verbunden. Die gesamte Rotationsanordnung ist mit der Wandung 1 der Röhre mittels des Schaftes 25 verbunden, wie aus Abb. 1 ersichtlieh ist. Die Relativbewegung zwischen den rotierenden Teilen und dem feststehenden Schaft 25 geschieht über die inneren Lager 27 und 28 und die entsprechenden äußeren Lager 30 und 31, denen die reibungsfreien Kugeln 33 zwischengelagert sind. Abb. 3 zeigt einen Schnitt durch die Lageranordnung entsprechend der Schnittlinie 3-3 in Abb. 2.Details of the rotating assembly for the anode disk 10 and rotor 12 are shown in FIG Fig. 2 can be seen. The rotor is through a cylindrical part consisting of connecting pieces 17 and 18 and the coupling element 21, connected to the shaft 20 of the anode. The entire rotation arrangement is with the wall 1 of the tube by means of Shank 25 connected, as shown in Fig. 1 is. The relative movement between the rotating parts and the fixed shaft 25 takes place via the inner bearings 27 and 28 and the corresponding outer bearings 30 and 31 to which the frictionless Balls 33 are temporarily stored. Fig. 3 shows a section through the bearing arrangement accordingly the section line 3-3 in Fig. 2.

Eine andere Lagerart zeigt Abb. 4. Die Lagerung besteht aus dem inneren Lagerteil 40, den Kugeln 44 und dem äußeren Lagerteil, das aus zwei Ringen 42 und 43 zusammengesetzt ist, die durch den Bügel 45 gehalten werden. Die inneren Lagerteile 40 sind mit dem Schaft 41 verbunden. Der Zylinder 46 entspricht dem Zylinder 17 der Abb. 2.Another type of bearing is shown in Fig. 4. The bearing consists of the inner bearing part 40, the balls 44 and the outer bearing part, which is composed of two rings 42 and 43 held by the bracket 45. The inner bearing parts 40 are connected to the shaft 41. The cylinder 46 corresponds to cylinder 17 in Fig. 2.

Stoffe für diese Lagerteile, die mit der crfindungsgemäßen Alterungstemperatur, die oberhalb oder nicht wesentlich unterhalb der Grenztemperatur liegt, der die Lager bei der Herstellung und beim Betrieb des Gerätes ausgesetzt sind, sind besonders durch Ausscheidung gehärtete Legierungen. Härtung durch Ausscheidung soll besagen, daß eine Legierung auf eine solche Temperatur gebracht wird, bei der sich eine wechselseitige Lösung kleinster Bestandteile bildet, dann plötzlich gekühlt wird, so daß eine relativ schwach übersättigte Lösung auf Zimmertemperatur gebracht wird; darauf wird die Legierung gealtert durch Wiedererhitzung auf eine günstige Temperatur, die unter der Lösungstemperatur liegt. Durch diesen Pro zeß wird eine Ausscheidung, gewöhnlich einer Verbindung, innerhalb der Metallstruktur bewirkt. Dadurch erhält die Legierung eine Härte und Zähigkeit, die sich bei einer späteren Erhitzung auf eine Temperatur unterhalb der günstigsten Alterungstemperatur nicht ändern. L^Tnter Alterungstemperatur ist die Temperatur zu verstehen, die ein Maximum an Härte der Legierung bei der Wiedererhitzung ergibt.Substances for these bearing parts that have the aging temperature according to the invention, which is above or not significantly below the limit temperature to which the bearings are exposed during manufacture and operation of the device, are alloys hardened by precipitation. Hardening by precipitation is intended to mean that an alloy is brought to a temperature at which a mutual solution of the smallest constituents is formed, then is suddenly cooled so that a relatively weakly supersaturated solution is brought to room temperature; then the alloy is aged by reheating to a favorable temperature which is below the solution temperature. This process causes precipitation, usually a compound, within the metal structure. This gives the alloy a hardness and toughness that do not change when it is subsequently heated to a temperature below the most favorable aging temperature. L ^T nter aging temperature is to be understood as the temperature which results in the maximum hardness of the alloy on reheating.

Eine besonders günstige Legierung für die Lager der Anodenanordnung einer Röntgenröhre besteht aus etwa 300/0 Kobalt, etwa 23 0/0 Wolfram, etwa i,5^o/o Vanadin, etwa 0,20/0 Mangan und den restlichen Prozenten Eisen. Diese Legierung wird vorzugsweise auf etwa 1280° C erhitzt, abgeschreckt und darauf durch Erhitzung auf etwa 6oo° C gehärtet. Nach dieser Behandlung hat die Legierung eine Rockwellhärte von etwa 66 Einheiten, die sich bei späterer Erhitzung auf etwa 6oo° C nicht wahrnehmbar verkleinert. Röntgenröhren mit Lagern aus diesem Material können durch Erhitzung zwischen 500 und 6oo° C entgast, evakuiert und daraufhin einige hundert Stunden bei mehreren tausend Umdrehungen der Anode pro Minute ohne wahrnehmbare Schaden oder Zerstörungen betrie- »10 ben werden. Wenn man bedenkt, daß die bisherigen Röhren meist wegen Lagerabreibungen in weniger als etwa 30 Stunden nachlassen, so ist der Vorteil dieser Verbesserung sehr beachtlich.A particularly advantageous alloy for the bearing arrangement of an X-ray tube the anode is composed of about 300/0 cobalt, about 23 0/0 tungsten, about i, 5 ^o / o vanadium, about 0.20 / 0 manganese, and the remaining percentage of iron. This alloy is preferably heated to about 1280 ° C, quenched and then hardened by heating to about 600 ° C. After this treatment, the alloy has a Rockwell hardness of around 66 units, which does not noticeably decrease when heated to around 600 ° C later. X-ray tubes with bearings made of this material can be degassed by heating between 500 and 600 ° C, evacuated and then operated for several hundred hours at several thousand revolutions of the anode per minute without noticeable damage or destruction. If you consider that the previous tubes usually wear out in less than about 30 hours due to bearing abrasion, the advantage of this improvement is very considerable.

Weitere Legierungen, die durch Ausscheidung gehärtet sind und sich als Lagermaterial eignen, sind Eisen mit Wolfram oder Molybdän. Eisen mit 5 bis 50 0/0 Kobalt und 5 bis 350/0 Wolfram oder Legierungen mit 80 bis iao 65-0/0 Kobalt und 20 bis 35 0/0 Wolfram. Als besonders geeignetes Material erwies sich eineOther alloys that are hardened by precipitation and are used as storage materials iron with tungsten or molybdenum are suitable. Iron with 5 to 50 0/0 cobalt and 5 to 350/0 tungsten or alloys with 80 to iao 65-0 / 0 cobalt and 20 to 35 0/0 tungsten. One proved to be a particularly suitable material

Legierung von etwa 0,770/0 Kohlenstoff, etwa 18,50/0 Wolfram, etwa 4,5% Mangan, etwa 1,750/0 Vanadin, etwa io/_o Molybdän, etwa 9 0/0 Kobalt und dem Rest Eisen. Nach Härtung· hat /diese Legierung eine Rockwellhärte C von 63 bis 65 Einheiten und behielt eine Härte von 62 Einheiten trotz späterer Erhitzung in längeren Zeiträumen auf 500⁰ bis 630⁰.Alloy of about 0.770 / 0 carbon, about 18.50 / 0 tungsten, about 4.5% manganese, about 1.750 / 0 vanadium, about 10 / _o molybdenum, about 9% cobalt and the balance iron. After hardening, this alloy has a Rockwell hardness C of 63 to 65 units and retained a hardness of 62 units despite subsequent heating to 500 ⁰ to 630 ^{0 over} longer periods of time.

Für gute Resultate soll die Rockwellhärte C durch Ausscheidung gehärteten Materials nicht weniger als etwa 55 Einheiten betragen, wenn die Lager wenigstens für mehrere hundert Umdrehungen in der Minute ohne Schmiermittel beansprucht werden; es tritt dann kein wesentlicher Verschleiß auf der Oberfläche auf.For good results, the Rockwell hardness C should not be due to precipitation of hardened material be less than about 55 units if the bearings are at least for several hundred Revolutions per minute are claimed without lubricant; there is then no significant wear and tear on the surface.

Die in den Ansprüchen angegebenen Legierungen sind insoweit, als sie bekannt waren,The alloys specified in the claims are insofar as they were known

an selbst nicht Gegenstand der Erfindung.in itself not the subject of the invention.

Claims

Patent claims:

ι. X-ray tube with rotating anode, whose

₂ g of bearings lie within the tube, thereby

characterized in that the bearings are made from a precipitation hardened alloy exist with an aging temperature that is above or not significantly below is the limit temperature to which the bearings are exposed during manufacture and operation of the tube.

2. X-ray tube according to claim 1, characterized in that the Rockwell hardness C of the bearing material with several hundred revolutions of the anode in the Minute is at least 52 units.

3. X-ray tube according to claim 1 or 2, characterized in that the bearing material consists of an alloy of about 3oo / ₀ cobalt, about 230/0 tungsten, about 1.5% vanadium, about 0.20 / 0 manganese and the rest Percent iron.

4. X-ray tube according to claim. 1 and 2, characterized in that the bearing material consists of an alloy of 5 to 350/0 tungsten, from 5 to 50 o / _o cobalt and the remaining percentage of iron.

5. X-ray tube according to claim 1 and 2, characterized in that the bearing material consists of an alloy of 80 to 650/0 cobalt and 20 to 35% tungsten.

1 sheet of drawings