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Röntgenröhre mit auf Kugeln gelagerter Drehanode An- Drehanoden für
Röntgenröhren wird die Anforderung gestellt, .daß sie in jeder Lage der Röhre durch
ein sehr geringes Drehmoment in schneller Bewegung gehalten werden können. Es war
an sich naheliegend, zur Erfüllung dieser Anforderung die Anode auf Kugeln zu lagern,
und im Laufe der letzten 2o Jahre-sind mehrere Konstruktionen mit auf Kugellagern
sich drehenden Anoden angegeben worden. Man hat sich dabei jedoch die Schwierigkeiten,
die mit dieser Lagerung verbunden sind, nicht genügend vor Augen geführt. Die Kugellager
vertragen z. B. nicht die für eine sorgfältige Entgasung erforderliche hohe Temperatur
und sind auch beim Betriebe der Röhre gegen Erhitzung sehr empfindlich. Bei einigen
druckschriftlich veröffentlichten Ausführungen stehen die Lagerungsteile in unmittelbarer
Berührung mit einem Teil des während des Betriebes thermisch beanspruchten Anodenkörpers.
Infolgedessen steigt die Temperatur der Lagerungsteile, die dadurch ebenso wie alle
anderen Anoclenteile Gase freigeben können, wenn sie zuvor nicht entgast worden
sind. Man hat bei bekannten Ausführungen zwar die Lagerungsteile derart angeordnet,
daß sie auch mit beim Betriebe kühlbaren Teilen verbunden sind, und es sind dabei
auch, und zwar bei Röntgenröhren mit tellerförmigen Leichtanoden, schon Vorkehrungen
getroffen worden, um die Wärmezufuhr zu den Lagerungsteilen
hinreichend
gering zu halten. Die Isigellager zeigten jedoch, nachdem sie einige Zeit ein Betrieb
«-aren, eine stark vergrößerte Reibung, wodurch die Drehgeschwindigkeit bald nachließ
und die Röhre unbrauchbar wurde. Die Anwendung einer Lagerschmierung war scheinbar
von vornherein ausgeschlossen. cla man noch immer darauf bedacht war, das Zurückbleiben
auch nur von Spuren Fett im Hochvakuum aufs sorgfältigste zu vermeiden.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Röntgenröhre finit einer Drehanode
vorn schweren Typ, d.li. eine solche, bei der infolge großer Wärmekapazität die
anfallenden Belastungen zunächst aufgespeichert und in längeren "Leiten wieder abgestrahlt
«erden. l,-rfinclungsgeniäll sind bei ihr die Lagerungsteile derart angeordnet,
claß die mechanische Verbindung zwischen dein Teil der Drehanode. auf dein die Betriebswärme
entwickelt wird, und den Lagerungsteilen eine geringe Wärineleitfälligkeit besitzt,
während die Lagerung in gut wärmeleitender `-erbindung finit beine Betrieb kühlbaren
Teilen steht: ferner ist die Kugellagerung der Drehanode mit einer Fettschmierung
versehen, z. B. bestehend aus dein für die Abdichtung von Vakuumgefällen gebräuchlichen
sogenannten Hahnschinierfett, weiter befindet sich die Kugellagerung an einer Stelle,
die nur durch enge Kanäle finit kühler Wandung finit dein eigentlichen Entladungsraum
in Verbindung steht, so claß etwaige aus den Kugellagern frei werdende Schinierfetteilchen
litin nicht sofort in den Entladungsraum gelangen und mit erhitzten Röhrenteilen
in Berührung kommen können, weil sie von der kühlen Wandung der engen Kanäle festgehalten
werden, und schließlich enthält der Hochvakuutnrauni der Röhre einen Fangstoff oller
eine einen I# ailgstott erzetigrii(le Einrichtung, um die gegebenenfalls aus denn
Schmiermittel oder den Kugellagern frei werdenden Gase oller Dämpfe zu beseitigen.
Dieser Fangstoff wird zweckmäßig an einer Stelle angeordnet, wo er nicht von ein
elektrischen Feld der Röhre beschleunigten Ladungsträgern getroffen wird. Eine Schweranode
hat gegenüber (lern Nachteil, den sie durch ihr Gewicht und ihren Unifang bei drehbarer
Lagerung bietet, den Vorteil, claß ihre Temperatur um mehrere hundert Grad Celsius
unterhalb derjenigen bleibt, die eine Leichtanode, d. 1i. eine Anode aus hochschmelzendem
Metall ohne beträchtliche Wärmekapazität, beint Betriebe ani11ti11i1t. Dadurch ist
die thermische Isolierung der Lagerungsteile, wozu sowohl schlecht wärmeleitendes
Metall als hitzebeständiges Isoliermaterial benutzt «erden kann, von dein erhitzten
Drehkörper bei einer Schweranode weniger schwierig, als sie bei einer Leichtanode
sein wurde.
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Die Aufhängung des verhältnismäßig schweren Drehkörpers kann zweckmäßig
durch ein (lünnwandiges Rohr erfolgen, das aus einem schlecht wärmeleitenden Material
besteht und zwischen der Vorderseite (res drehenden Lagerteiles und (lein Drehanodenkörper
ist.
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Dieses Zwischenglied kann nach der Kathode hin gerichtet sein und
den Drehanodenkörper nahe an dessen vorderem Ende anfassen.
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Die Zeichnung stellt zwei Ausfiihrungsheispiele von Drebanodenröhren
nach der IJrfindung dar.
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I#ig. 1 zeigt im Längsdurchschnitt eine Röhre mit einem sich von den
Lagerungsteilen in Richtung der Kathode erstreckenden Zwischenglie(l.
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Fig. 2 stellt eine Anodenausführung dar, bei der das Zwischenglied
sich von dein vorderen Teil der Lagerung rückwärts erstreckt.
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In Fig. r ist i ein metallener Teil xlvi-Röhrenwandung, an dessen
Rändern die Gl;isteile = und 3 angeschinolzen sind. Der Teil 3 hat eine H'instülpung
4, welche (las Kathodengebilde i trägt. Der Teil = hat el)Ollfalls eine kurze Einstülpung
6i.- Der Rand dieser i_iltstiilpung ist an einem Metallkörper; :u1-geschmolzen.
In diesem Teile hefindesi sich die Kugellager cg und io, in denen eine Drehwelle
i i gelagert ist.
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In den Öffnungen =1 zwischen (lest Kugelst befindet sich eine kleine
Menge eines Halinschinierfettes, (las eine ganz geringe Dampfspannung hat, so daß
es lies Erhitzung auf z. B. zooj C das Hochvakuum der Röhre noch nicht merklich
beeinträchtigt.
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Auf dein vorderen Ende der Welle i r :fitzt eine Scheibe 12, die ein
Me-
tallrohr 13 trägt. Dieses Metallrohr bildet ein Zwischenglied zwischen
(lein drehbaren Lagerungsteil und dein 1)rellaito#Ieriki>rl)ei- 14. Letztgenannter
besteht aus einem verh:iltnismäßig schweren Kupferstück, das nach hinten eine zvlindrische
Verlängerung i; hat, die 111 an sich bekannter \Veise als Rotor eines 1?lektroniotors
wirkt. Uni (las Glasteil 2 herum wird der in der "Zeichnung nicht angegebene elektromagnetische
Stator artgeordnet, der das magnetische Drehfeld erzeugt, welches die Anode in Drehung
setzt. An der Vorderseite (res Körpers 1.1 ist eine der Kathode 3 zugewandte -Wolframscheibe
16 in gut «<ernteleitender Verbindung finit (lern "heil 1 4 vorgesehen. Die in
dieser Scheibe Heini Betriebe der Röhre entwickelte Wärnie verteilt sich sofort
über die blasse des Körpers 1-1, @lesseli Temperatur nach längerem Betriebe z. B.
bis auf 5oo' C steigen kann. Sie kann jedoch
eine merkliche Temperaturerhöhung
der Kugellager nicht verursachen, und zwar aus folgenden Gründen.
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Durch das dünnwandige Metallrohr 13, das zweckmäßig aus Chromeisen
besteht und z. B. eine Wandstärke von o,5 mm hat, kann wegen seiner geringen Wärmeleitfähigkeit
nur wenig Wärme nach den Kugellagern abgeleitet werden. ;\Tun würde bei thermisch
isolierter Anordnung der Lager auch eine sehr geringe Wärmezuführung auf die Dauer
ihre Temperatur doch erheblich steigern können. Das würde dann zur Folge haben können,
daß Schmierfett zersetzt oder verdampft wird, und claß sich die nur teilweise entgasten
Kugellager festdrehen. Es stehen aber die Kugellager in wärmeleitender Verbindung
mit dein beim Betriebe kühlbaren Teil ;7, der sofort alle Wärme, die durch das Metallrohr
13 noch auf die Lager übertragen wird, aufnimmt. Die Kugellager bleiben somit
kalt, und das Schmierfett sowie die Lager selbst geben zu keinen Schwierigkeiten
Anlaß.
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Die Wärme, welche von dem zylindrischen Teil 15 des Drehanoclenkörpers
ausgestrahlt wird, wird teilweise von dem Teil ? aufgenommen, der während des Betriebs
(nötigenfalls durch ein zusätzliches Mittel, z. B. durch Kontakt finit einem flüssigen
oder gasförmigen Kühlmittel oder einem festen Kühlkörper) ständig kühl gehalten,
sozusagen theriiiisch geerdet werden kann.
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Bei der 2@node nach Fig. 2 ist die Einstülpung C mit einer Metallplatte
8 verschmolzen, die das zylindrische Gehäuse icg für die mit Schmierfett versehenen
Kugellager g und io trägt. Die Metallplatte 8 und dadurch das Gehäuse ig mit den
Kugellagern kann durch künstliche Kühlung beim Betriebe auf niedriger Temperatur
gehalten werden. Auf der am Ende der Drehwelle i i befestigten Scheibe 12 ist (las
z. B. 0,5 mm dicke Metallrohr 17 befestigt, das sich von dort rückwärts erstreckt
und mit seinem anderen Ende an dem hinteren Rande des zylindrischen Anodenteiles
i5 befestigt ist. Es wird vorzugsweise aus Chromeisen hergestellt, weil dies eine
hohe mechanische Festigkeit und eine geringe Wärmeleitfähigkeit hat. Das Metallrohr
1,7 bildet auch einen Schirm, der die Einstrahlung von Wärme aus dem Zylinder 15
in die "feile der Lagerung verhindert.
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Die Ausführung einer Röhre nach Fig. i ist für die Herstellung von
Röntgenaufnahnien und für die Durchleuchtung geeignet. Die Anode nach Fig. 2 umgibt
nicht wie in I# ig. i einen Wärmeaufnahmekörper mit geringem Abstand und ist für
Dauerbetrieb (Durchleuchtung) weniger geeignet.
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Beide gezeichneten Ausführungsbeispiele zeigen das Merkmal, daß die
Stellen, an denen die Kugellager sich befinden, nur durch enge Kanäle mit kühler
Wandung mit dem eigentlichen Entladungsraum in Verbindung stehen. Wenn Schmierfetteilchen
aus den Kugellagern frei werden sollten, so können diese doch nicht sofort in die
Entlaclungsbahn geraten und mit den heißen Teilen der Röhre in Berührung kommen.
Bei der Röhre nach Fig. r müßten sie hierzu durch den langen, engen Spalt zwischen
den Körpern 15 und 7 hindurchtreten. Die Fettmoleküle werden aber von dem kühlen
Teil ; festgehalten. Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 streichen eventuell
aus den Kugellagern entweichende Fetteilchen längs dem kühlen Zylinder i9, weil
sie nur durch den engen Kanal zwischen diesem Zylinder und dem Metallrohr 17 einen
Ausweg zum Entladungsraum finden würden, den sie aber nicht leicht erreichen werden.
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Das Loch im vorderen Teil des Anodenkörpers 1d., das dazu dient, mit
einem geeigneten Werkzeug das Metallrohr 13 bzw. 17 an der Scheibe 12 zu befestigen,
ist durch eine Schraube i8 abgeschlossen, so daß keine Elektronen in den vom Körper
14 umschlossenen Raume hineintreten und das dünnwandige Metallrohr 13 bzw.
17 aufheizen können.
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In der Röhre nach Fig. i besteht das Kathodengebilde aus einem als
Sammelvorrichtung dienenden Rohr, in dem durch eine Wand 22 ein Teil abgetrennt
wird. In dieseln 'feile befindet sich eine Heizspirale 23 mit einem Fangstoffbehälter,
z. B. ein bariumgefülltes Kupferröhrchen. Der Heizkörper 23 kann durch einen Strom,
der ihin durch die Drähte 24 und 25 zugeleitet wird, erhitzt werden, um dadurch
den Fangstoff zu verdampfen. Der kondensierte Dampf setzt sich auf die Innenwandung
des voll der Wand 22 abgetrennten Raumes ab. Durch eine Öffnung 26 stellt dieser
Fangstoffraum finit dein restlichen Teil des Hochvakuumraumes in Verbinclung, so
daß Gase oder Dämpfe, die z. B. aus dein Schmierfett der Kugellager oder den Kugellagern
selbst entweichen sollten und das Vakuum verschlechtern würden, voll dein Fangstoff
in dein unterhalb der Seheibe 22 liegenden Raum sofort absorbiert und unschädlich
gemacht werden.
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Ladungsträger, die in dein elektrischen Feld der Röhre beschleunigt
werden, können aber den Fangstoffniederschlag nicht treffen. Letzteres ist sehr
wichtig, weil sonst durch das Auftreffen solcher Teilchen die a@isoibierten Gase
wieder aus dein Fangstoff ausgetrieben werden könnten.
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Der Stromzuführungsdraht 27 dient zusammen mit dein Draht 24. für
die Zuleitung des Heizstromes zu dem Glühkörper 28 der Kathode.
Die
Sammelvorrichtung der Kathode setzt s s ich in dem Schirm 29 fort. Dieser umgibt
den vorderen Teil der Anode und verhindert, daß Elektronen aus dem Potentialgefälleraum
in den restlichen Teil des Vakuumraumes hineintreten. Schädliche Entladungen, die
solche Streuelektronen hervorrufen könnten. werden hierdurch vermieden, In dem Schirm
29 und in dem Metallteil i der Wandung befinden sich Strahlenaustrittsfenster
30 und 31 zum Durchlassen des nützlichen Strahlenbündels. Das Fenster
30 ist von einer Berylliumscheibe verschlossen, der aus Chromeisen bestehende
:Metallteil i hat ein angesclimolzenes Glasfenster.
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Durch die erfindungsgemäß angewandten Mittel wird trotz der dem Fachmann
fast als widersinnig erscheinenden Verwendung eines Schmierfettes in einer Hochvakuumröhre
eine betriebssichere Einrichtung geschaffen. Die leichte Drehbarkeit des auf Kugeln
gelagerten Anodenkörpers -macht es möglich, die Röhre in jeder Lage arbeiten zu
lassen, und gestattet die Benutzung eines Stators von ganz geringer Leistung und
kleinem Umfang.