DE7920150U1 - Roentgenroehrendrehanode - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 73 G 50/3 BRD

Röntgenröhrendrehanode

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhrendrehanode nach dem Oberbegriff des Anspruchs1. Eine derartige Drehanode für Röntgenröhren ist z. B. bekannt aus der US-PS 37 19 847.

Die bekannte Drehanode hat einen Körper, der zumindest an der Elektronenauftreffläche aus einem schY/erschi&elzbaren hochatomigen Material besteht. Der Körper stellt ansonsten eine dünnwandige stabile Hülle dar, die mit einem gut wärmekonvektionierenden SLu T niedriger Schmelztemperatur gefüllt ist.Füllstoff ist dabei ein Alkalimetall, wie z. B. Natrium bzw. eine Legierung dieser Metalle wie etwa Natrium, dem Kalium beigefügt ist. Bei e'ner solchen Anode ist der erreichbare Temperaturbereich aber klein, v/eil nur der geringe Nutzen der Schmelzwärme eines Alkalimetalls zur Wirkung kommt.

Kn 5 Rl / 4.7.1979

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Die Erfindung hat sich demgegenüber die Aufgabe gestellt, bei einer Röntgonröhrendrehanode nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, die Wärmekapazität und damit die Belastbarkeit zu erhöhen und gleichzeitig eine Temperaturableitung aus den Kugellagern vorzusehen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die .im Kennzeichen des Anspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Füllung der Hohlanode mit Aluminium steigert wegen seiner hohen spezifischen Wärme und großen Schmelzwärme die Gesamtwärmekapazität der Anode um ca. 400 kWs gegenüber bisher bekannter Röhren bei einer Anodentemperatur von ca. 12C-0 K. Dabei ergibt der Zusatz des niedriger schmelzenden Metalls, etwa Gallium, eine Schmierung, die schon bei 300 K beginnt. Das dann flüssige Gallium gibt optimales Gleiten der zunächst noch festen Füllung aus Aluminium während der Anodenanlaufphase. Dadurch beschränkt sich das Massenträgheitsmoment der Anode in dieser Zeit auf das des Gehäuses und die geschmierte Reibung am Aluminium. Weiterhin dient das Gal]ium in seiner flüssigen Phase zwischen 300 K und 2300 K der Wärmeableitung durch Konvektion und Leitung von der Brennfleckbahn auf das Füllmaterial. Durch die etwa drei mal höhere Dichte des Galliums gegenüber derjenigen des Aluminiums, wird sichergestellt, daß sich die beiden Elemente beim Abkühlen .nter der Zentrifugalwirkung des drehenden Rotors so voneinander scheiden, daß das Gallium eine Position am Rand einnimmt, Aveil es nach außen geschleudert v/i rd.

Als Gleitmittel für den Aluminiuminhalt sind alle diejenigen Metalle geeignet, die bzw. deren Legierung

- 3 ~ VPA 79 G 5073 BRD einen Schmelzpunkt unter 450 K haben und deren Siedepunkt wenigstens 1600 K beträgt. Außerdem ist es erforderlich, daß wenigstens beim Abkühlen eine Entmischung der Elemente stattfindet, etwa in der Weise, daß sich das niedriger schmelzende Metall oder Metallgemisch (Legierung) mit höheren spezifischen Gewicht durch die Wirkung der Zentrifugalkraft an den Wänden der Hohlanode anlagert. Geeignete Metalle sind neben J

dem Gallium (Ga), welches mit Aluminium ein Eutektikum j mit einem Schmelzpunkt von 299,4 K aufweist und v/elches nach Ausfüllung der übereutektisehen Aluminium-Kristalle während des Erstarrungsvorganges den dadurch entstehenden spezifisch leichteren Aluminiumkörper schwimmend trägt. Das Eutektikum aus Gallium und Indium, die Legierung aus gleichen Teilen Indium und Zinn, die Legierung aus 50 % Wismut, 30 % Blei und 20 % Zinn, die Legierung aus 50 % Wismut, 25 % Blei und 25 % Zinn sowie Blei oder Wismut bieten sich alternativ an. Die letzteren beiden genannten Metalle v/eisen zwar Schmelzpunkte von 600 bzw. 544 K auf und sind dann nur geeignet für Drehanoden die, von geringen Betriebspausen abgesehen, bei hoher mittlerer Leistung betrieben werden.

Eine erfindungsgemäße Anode kann etwa in der Weise hergestellt werden, daß der Hohlkörper aus einem schwerschmelzbaren Material, wie Molybdän, Tantal oder Niob gefertigt wird. Dazu wird zweckmäßig ein trichterförmiges Teil benutzt, dessen große Öffnung mit dem eigentlichen Anodenteil mit der Brennfleckbahn verschlossen ist.

Am kleinen Durchmesser des trichterförmigen Teils wird dann an der Innenseite ein Kupferrohr vakuumdicht angelötet. Im gleichen Arbeitsgang kann auf

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dessen Außenseite ein Ring aufgebracht werden, mit möglichst geringer Wärmeleitfähigkeit. Die Befestigung des für den Antrieb notwendigen Kupferrohres erfolgt dann anschließend am Außendurchmesser des Ringes ebenfalls durch Löten. Die Kupferzylinderflächen werden nach dem mechanischen Bearbeiten der so verlöteten Einheit galvanisch zur Schwärzung in bekannter Weise mit Chromoxyd beschichtet.

Die so entstandene Hohlanode wird im Inneren daraufhin zum Zweck der Passivierung und Vakuumabdichtung mit einer dichten Schicht belegt, die z.B. aus einer Sudvergoldung besteht. Nach Erhitzen des Körpers auf ca. 450 K wird in geeigneter Gasatmosphäre, z.B. in Edelgas, flüssiges Aluminium eingegossen. Der sich nach dem Erkalten des Aluminiums durch dessen Abkühlung svoIumenschwund ergebende Hohlraum wird daraufhin mit Gallium oder einem anderen Metall bei ca. 350 K oder einer höheren Temperatur ausgefüllt. Anschließend wird auf die Öffnung der Hohlanode mittels Druckverschweißung eine am Rand galvanisch vergoldete Kupferscheibe dicht aufgebracht.

Das so erhaltene Drehteil der Anode wird dann im heißen Zustand über das vorbereitete kalte Lagersystem mit Kupferlagerachse und Schräglager sowie Lagerbuchse und Nickelfolie geschoben (sozusagen aufgeschrumpft) und am unteren Ende verschweißt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der in den Figuren dargestellten Ausfiihrungsbeispiele erläutert:

In der Fig. 1 ist eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Anode ausgestatteten Drehanodenröntgen-

röhre gezeichnet und

- 5 - VPA 79 G 5073 BRD in der Fig. 2 ein Querschnitt durch die dabei ver-

,,!j wendete Anode.

■' In der Fig. 1 ist die Röntgenröhre mit 1 bezeichnet

j 5 und weist einen Vakuumkolben 2 auf, der zylinder ·- förmig ist und an seiner einen Stirnwand eine Ka-

·'· thodenkombination 3 sowie an der ihr gegenüberliegenden Stirnwand eine Anodenkombination 4 aufweist. Über Leitungen 5, 6, 7 sowie einen Anodenstutzen 8 werden die erforderlichen elektrischen Spannungen angelegt, so daß von einer in der Hülse 9 enthaltenen Glühkathode Elektronenstrahlenbündel 10, 11 ausgehen, die dann auf Brennfleckbahnen 12, 13 einer Drehanode 14 auftreffen. Diese wird dabei mittels des Rotors in Drehbewegung versetzt, so daß die Röntgenstrahlenerzeugung in der bei Drehanoden bekannten Weise erfolgt.

Die eigentliche Drehanode 14 besteht aus einem Oberteil 16 und einem trichterförmigen Unterteil 17 sowie einem rohrförmigen Ansatz 18, der an seinem freien Ende mit einer Platte 19 verschlossen ist. Der Innenraum weist eine Füllung 20 auf, die aus Aluminium und einem Zusatz von Gallium besteht.

Die Füllung 20 der Hohlanode 14 mit Aluminium steigert !< mit relativ hoher spezifischer Wärme und großer Schmelz-

ji wärme die Gesamtwärmekapazität der Anode um ca. 400 kWs

im Vergleich zu einer Anode mit Wolfram-Molybdän-Verbundteller bei einer Anodentemperatur von ca. 1200 K.

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Der Zusatz des Galliums als niedrigschmelzendes Metall, sorgt b&i Temperaturen über 300 K als Flüssigkeit für ein optimales Gleiten des zunächst festen Aluminiumkörpers, während der Anodenhochlaufphase. Dadurch beschränkt sich das Massenträgheitsmoment der Anode auf

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dasjenige des Gehäuses und auf die geringe Reibung des flüssigen Galliums am Aluminiumzentralkörper. Weiterhin dient das im vorliegenden Beispiel benutzte Gallium in seiner flüssigen Phase, also zwischen 300 K und 2300 K, der Wärmeableitung durch Konvektion und Leitung vom Anodenteller auf das Füllmaterial Aluminium. Durch die ca. drei mal höhere Dichte des Galliums gegenüber der des Aluminiums wird sichergestellt, daJ3 sich die beiden Elemente im Rotationsfall nicht vermischen und daß Aluminium auf dem Gallium gewissermaßen schwimmt.

Der rohrartige Ansatz 18, der sich durch die Innen.-räume der Lager 21 und 22 in den Anodenanschlußstutzen 3 erstreckt, ermöglicht eine Temperaturkompensation der Lager durch Abführung von Wärmeenergie und durch Strahlungskopplung auf die feststehende gut kühlbare Anodenachse aus geschwärztem Kupfer, bei entsprechend großen Emissions- und Absorptionsflächen. Die mechanische Verbindung des Lagersystems mit dem kupfernen Teil 23 des Rotors an der Verbindungsstelle 24, die am tellerfernen Ende liegt, verlängert sich der Wärmeflußweg in die Lager und sorgt so für niedrige Kugellagertemperaturen .

Claims (3)

- 1 - VPA 79 G 5073 BRD Schutzansprüche

1. Röntgenröhrendrehanode mit einem in Kugellagern gehalterten schwerschmelzbaren Hohlkörper, der mit einem niedrigschmelzenden Metall gefüllt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper im Zentrum einen rohrförmigen Ansatz aufweist, der durch die Lager hindurch geführt ist, daß das Füllmetall Aluminium ist, dem eine geringe Menge eines Metalles von niedrigerem Schmelzpunkt zugesetzt ist, das größere Dichte als das Aluminium aufweist.

2. Röntgenröhrendrehanode nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß das niedriger schmelzende Metall aus der Gruppe ausgewählt ist, die Gallium, ein Eutektikum aus Gallium und Indium, e^ne Legierung aus gleichen Teilen Indium und Zinn, eine Legierung aus 50 % Wismut, 30 % Blei und 20 % Zinn, eine Legierung aus 50 % Wismut, 25 % Blei und 25 % Zinn, sowie die Metalle Blei oder Wismut umfaßt.

3. Röntgenröhrendrehanode nach Anspruch 1, d a durch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper ein trichterförmiges Teil (17) aufweist, dessen dem rohrförmigen Ansatz (18) gegenüberliegende

große Öffnung mit dem die Brsnnfleckbahn (en) (12, 13) tragenden Teil (16) verschlossen ist. 30

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