DE708479C - Drehanodenroentgenroehre - Google Patents

Description

Es ist bereits bekannt, bei Röntgenröhren, insbesondere Hochleistungsröntgenröhren, mit Drehanoden den Stator zur Anodendrehung außerhalb der Röhre anzubringen und die Drehanodenanordnung derart zu treffen, daß um eine feststehende, an der Wandung der Röhre befestigte Welle ein mit der Anode verbundener Rotor angeordnet ist. Diese bekannte Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß sie nur ein relativ geringes Drehmoment aufweist. Durch Vergrößerung des Drehmomentes, indem z. B. die Masse vermehrt wird, treten aber unnötige Energieverluste und eine starke Erwärmung auf.

Diese Nachteile werden vermieden durch die erfindungsgemäße Drehanodenröntgenröhre mit einem außerhalb der Röhre befindlichen, zur Drehung der Anode dienenden Stator und einem mit der Anode verbundenen, um eine feststehende, an der Wandung der Röhre befestigte Welle drehbaren Rotor, der aus einem senkrecht zur Drehachse lameliierten Kern aus stark magnetischem Material, beispielsweise Siliciumstahl, besteht und an seinem Umfang mit achsenparallel verteilt angeordneten Schlitzen versehen ist, die mit einem gutleitenden Metall, beispielsweise Kupfer, ausgegossen und an den beiderseitigen Enden durch zusammenhängende Ringe aus dem gleichen Material untereinander verbunden sind.

Zwar sind lamellierte Käfiganker an sich wohl bekannt, jedoch werden durch die Verwendung des Käfigankers nach der Erfindung bei Vakuumentladungsgefäßen in besonderem Maße die obengenannten Nachteile

vermieden, denn trotz des für Röntgenröhren erforderlichen großen Drehmomentes werden gleichzeitig durch die lamellierte Ausbildung des Rotors Energieverluste und eine besonders für Vakuumgefäße schädliche starke wärmung in besonders großem Maße schaltet.

Insbesondere für Hochvakuumgefäße ist',ej$, vorteilhaft, daß der Rotor aus nach irgendeinem Verfahren gasfrei hergestelltem Material besteht. Als besonders geeignet zur Herstellung des Rotors hat sich ein Verfahren erwiesen, bei dem das zur Ausfüllung der Rotorschlitze dienende Schmelzmetall aus der T> oberen Hälfte eines evakuierten Ofens durch feine Löcher einer Trägerscheibe auf das unten am Ofen angebrachte Lamellenpaket aufgegossen wird. Dieser Ofen wird vorteilhaft mit einer Kühlung versehen. Die Abbildungen zeigen in zum Teil schematischer Darstellung Ausführungsbeispiele der Erfindung. Abb. ι zeigt eine Röntgenröhre nach der Erfindung im Schnitt. Abb. 2 stellt einen Teilschnitt dar, der den Rotoraufbau zeigt. Abb. 3 ist ein Teilschnitt des Rotoraufbaues in der Abb. 2, der auf der Linie 3-3 geschnitten ist. Abb. 4 gibt schematisch eine Anordnung zur Herstellung des Rotorkäligs wieder.

In der Abb. 1 besteht die Röhrenhülle aus einem Hauptzylinder 1, der sich nach den Enden hin in die kleineren Zylinder 2 und 3 verjüngt. Diese Hülle ist vorzugsweise sehr hoch evakuiert und bildet einen Verschluß für die Entladungselektroden, die die Röntgenstrahlen erzeugen. Im vorliegenden Falle bestellen die Elektroden aus der Kathode 5 und einer Scheibe oder Anode 6, die axial in der mittleren zylindrischen Hülle 1 angeordnet ist. Die gesamte Hülle ist in einem verschlossenen Gehäuse angeordnet, das beispielsweise mit einem flüssigen Dielektrikum, wie Öl, ausgefüllt ist.

Die Kathode 5 besteht aus einer Riehtkappe 8 mit dem Heizfaden 9 und den Stromzuführungen 11, 12, 13 und 14. In der Nähe des Kathodenfußes ist ein metallischer Schutzschirm 16 angeordnet, der die abirrenden Röntgenstrahlen auffängt. ■5» Die Elektroden, die von der Kathode abgestoßen werden, treffen auf die gegenüberliegende Fläche 18 der Anodenscheibe 6 und erzeugen die Röntgenstrahlen auf ihrer Oberfläche. Die Oberfläche der Anodenscheibe ist ■'is gegen die Hauptachse der Röhre um einen Winkel, beispielsweise von 75°, geneigt, so daß die erzeugten Röntgenstrahlen durch die Außenwand der Röhre in die gewünschte Richtung geworfen werden können, fin Beim Gegenstand der Erfindung wird die Rotation der Anode dadurch erreicht, daß die Anode mit einem Rotoraufbau, wie er beispielsweise in Abb. 2 gezeigt ist, verbunden ist.

Dieserjlotoraufbau enthält eine zylindrische ; Hülle 20, die auf der einen Seite mit einem ■rvjjäJektroniagtietischeu Rotor, ähnlich einem Xäfiganker, verbunden ist. Dieser besteht fius einem Kern in Form eines Lamellenpaketes 23, das von stark magnetischem Material gebildet wird, wie beispielsweise Siliciumstahl, und ist mit achsenparallel angeordneten Schlitzen \-ersehen, die zur Rotorachse leicht geneigt sind. Diese Schlitze sind mit einem Metall gefüllt, beispielsweise Kupfer, das somit mehrere am Umfang ver-^ teilte Leiter 25 bildet, die sich längs des Rotorkerns erstrecken. Diese Leiter sind am Ende mit zusammenhängenden Ringen 26 verbunden, die aus demselben Material bestehen.

Dieser Rotor besitzt ein großes Drehmoment im Vergleich zu den bisher hierfür verwendeten. Andererseits kann die Entgasung des Rotors dieser Bauart weit günstiger vorgenommen werden. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn die Leiter 25 unter hohem Vakuum in den Rotor gegossen sind, der Rotoraufbau in genügender Weise gasfrei ausgeführt werden kann, um ihn in einem hochevakuierten Entladungsgefäß zu verwenden.

In Abb. 4 ist eine Anordnung gezeigt, mittels der ein Rotor den oben beschriebenen Bedingungen entsprechend hergestellt werden kann. Die Anordnung enthält einen mit Wasser umspülten Ofen, der einen gasdichten Kessel 30 enthält. Dieser Kessel 30 ist mit Heizern 31 und 32 und mit einer Saugverbindung 33 verseilen, die an eine passende Vakuumpumpe angeschlossen ist. Innerhalb des Ofens ist ein Schmelztiegel 35, beispielsweise aus Graphit, angeordnet, der die Rotorteile aufnehmen kann. Die Lamellen aus Siliciumstahl 23, die mit einer Oxydoberfläche versehen sind, um sie von den Wicklungen zu isolieren, sind auf dem Boden des Tiegels angeordnet und werden dort durch eine passende Klemmvorrichtung, die die zwischengeschalteten Teile 36-37 enthält, mit dem Boden des Tiegels durch eine Halteschraube 38 gehalten. Zur Herstellung des Rotors werden die Lamellen einzeln in Alkohol gewaschen und dann mit einem Schweißmittel, beispielsweise Borax, bestaubt. Oberhalb des Lamellenpaketes und von diesen durch eine mit Löchern versehene Scheibe 40 getrennt ist das Schmelzgut 4J angeordnet, das aus einem fließbaren Material von hoher elektrischer Leitfähigkeit besteht, beispielsweise Kupfer, das chemisch vorbehandelt ist, um es soweit wie möglich iiasfrei zu machen.

Claims (5)

1. Der Ofenkessel 30 wird für den Gußprozeß auf ein Vakuum von weniger als 1 mm durch die Vakuumverbindung 33 evakuiert. Hiernach wird das Schmelzgut 41 auf Schmelztemperatur gebracht und die Heizspulen 3,1 und 32 und das Metall fließt durch, die Löcher der Scheibe 40 über die Rotoilamellen. Nachdem die Zwischenräume zwischen dem Rotor und dem Tiegel 35 durch flüssiges Metall gefüllt sind und ein Überschuß für die Herstellung der Endringe vorhanden ist, wird die Heizung abgeschaltet, und das Gußmaterial kühlt sich im Vakuum ab. Der Rotoraufbau wird dann vom Tiegel abgenommen und maschinell fertig bearbeitet.'

   Ein Rotoraufbau, der so hergestellt ist, ist in seiner gasemittierenden Charakteristik wesentlich verschieden von dem, der im gewöhnlichen Guß hergestellt wird. Das Kupfer

   ao ist nicht porös und frei von eingeschlossenen Gasen, während die Bleche und Schlitze keine Blasen zurückbehalten, die bei der späteren Verwendung des Aufbaues frei werden können. Ein so hergestellter Rotor weist ein

   »•5 großes Drehmoment und eine lange Lebensdauer auf und ist besonders günstig für den Einbau in Röntgenröhren, wo er in einem Vakuum von weniger als einem tausendstel mm Hg arbeitet. Der vollständige Rotor wird von einer stehenden Welle 45 getragen, die an der Hülleneinführung durch eine Metallkappe 47 befestigt ist, die mit dem Glas einen luftdichten Verschluß bildet. Um die Lagerreibung des Rotors soweit wie möglich zu erniedrigen, sind Kugellager 49 und 50 zwischen Rotor und Welle eingebaut. Diese Lager haben innere und äußere Kugelringe aber keine Halteringe, da sich diese für den Verschleiß besonders empfindlich erwiesen haben.

   Der äußere Ring des Lagers 50 ist in bezug auf die Hülse 20 beweglich, um dem Rotoraufbau gewisse Längsausdehnungen zu gestatten.

   Um die Wärmeüberleitung der Anode 6 ■ 45 auf den Rotor und die Lager zu verringern und um zusätzliche Kühlmittel für die Lager zu vermeiden, sind die Anode und der Rotor durch eine Welle 52, die einen kleinen Durchmesser im Verhältnis zu ihrer Länge aufweisen, getrennt.

   Bei Röntgenröhren mit beweglicher Anode ist ein großer Anodendurchmesser erwünscht, um eine möglichst große Anodenoberfläche zu halten. Andererseits begünstigt aber ein kleiner Rotor ein geringes Gewicht. Außerdem ist es wünschenswert, den Abstand zwischen Rotor und Stator kleiner zu halten als den Abstand zwischen Anodenscheibe und Glas. Ein weiterer Vorteil in der Konstruktion ist der, die Anodenscheibe und den Rotor so dicht wie möglich zusammen anzuordnen, um eine kurze Röhre, ein Minimum an Gewicht des Rotors und an Schwankungen zu erzielen. Hierfür hat sich die in Abb. 1 gezeigte Form als am geeignetsten erwiesen, ^>: nämlich ein großer zylindrischer Mittelteil, in „,dem die Anode rotiert, und ein kleinerer zylindrischer Teil, in dem der Rotor angeordnet ist. Die Kraftübertragung auf den Rotor erfolgt durch einen elektromagnetischen Stator 60, der außerhalb der Röhre angeordnet ist und den zylindrischen Teil 2 umgibt. Der Stator 60 wird festgehalten mit einem Lagerkörper 61, der beispielsweise einen Teil des Gehäuses enthalten kann, in dem die Röntgenröhre eingeschlossen ist. Der Aufbau des Stators entspricht den üblichen Induktionsmotoren und enthält die Wicklungen 63 und 64, die in den Schlitzen auf dem innern Umfang des Statorkerns untergebracht sind. Diese Wicklungen werden entweder durch eineMehrphasenwechselstromquelle oder durch einen Phasenverteiler von einer Einphasenstromquelle erregt, um ein rotierendes Feld zu bilden. Um die Beanspruchung im Anlaufmoment des Rotors zu verringern, wird die Umhüllung selbst von dem Schaft 45 gestützT. LTm weiterhin' eine Bewegung zwischen dem Stator und der Welle 45 zu verhindern, ist eine starre Verbindung zwischen ihnen vorgesehen. Diese besteht aus dem Isolierkörper 67, der an einem Ende mit der Welle durch eine zweiteilige Metallschelle 68 und mit dem Stator selbst durch eine Isolierschelle 69 fest verbunden ist. Die Röntgenröhre wird in Betrieb gesetzt durch Erregen der Wicklungen 63 und 64, die der Anode 6 eine schnelle Drehbewegung erteilen und durch Anlegen einer hohen Spannung an die Anode undKathode von einer äußeren Quelle. Die Anode ist mit der Spannungsquelle über einen Kontaktstutzen 70 verbunden, der die Metallschelle 68 berührt. Die Kathode erhält den Gleichstrom durch die Zuleitungen 11 bis 14. Um eine genügend hohe Isolation zwisehen dem Stator 60, der vorteilhaft Erdpotential besitzt, und den Teilen der Röntgenröhre mit Anodenpotential zu erreichen, ist eine Schutzhülle 71 aus einem isolierenden Material, beispielsweise Kunstharz, zwischen no dem Stator und der zylindrischen Umhüllung 2 angeordnet.

   Durch die Erzeugung eines Elektrodenstromes zwischen der Kathode- und Anode entstehen die Röntgenstrahlen, die von der geneigten Anodenscheibe 18 in der gewünschten Richtung geleitet werden können.

   l-Ά T IiNTA N S l'RÜ CII E-:

   I. Drehanodenröntgenröhre mit einem außerhalb der Röhre befindlichen, zur Drehung der Anode dienenden Stator und

   einem mit der Anode verbundenen, um eine feststehende, an der Wandung der Röhre befestigte Welle drehbaren Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß dieser Rotor aus einem senkrecht zur Drehachse lamellierten Kern aus stark magnetischem Material, beispielsweise Siliciumstahl, besteht und an seinem Umfang mit achsenparallel verteilt angeordneten Schlitzen versehen ist, die mit einem gutleitenden Metall, beispielsweise Kupfer, ausgegossen und an den beiderseitigen Enden durch zusammenhängende Ringe aus dem gleichen Material untereinander verbunden sind.
2. 2. Drehanodenröntgenröhre nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus gasfrei hergestelltem Material besteht.
3. 3. Verfahren zur Herstellung des Rotors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Ausfüllung der Rotorschlitze dienende Schmelzmetall aus der oberen Hälfte eines evakuierten Ofens durch feine Löcher einer Trägerscheibe auf das unten im Ofen angebrachte Lamellenpaket aufgegossen wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einer Kühlung versehener Ofen verwendet wird.
5. 5. Drehanodenröntgenröhre nach Anspruch ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen des Rotors rrtit einer Oxydschicht überzogen sind.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen