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.Anode für Röntgenröhren Die Erfindung bezieht sich auf Röntgenröhren,
die für längere Dauerbelastung bestimmt sind, also z. B. auf Röntgenröhren für die
Durchstrahlung technischer Materialien, bei denen die Betriebszeit nach vielen Minuten,
ja Stunden rechnet. Bei diesen Röhren ist die Wärmeverteilung in der Anode stationär,
d. h. von der Zeit unabhängig, und daher eine reine Funktibn der Abmessung und der
Wärmeleitfähigkeiten. Bei den bekannten Röntgenröhren dieser Art besteht die Anode
aus einer Wolframplatte, welche den Brennfleck aufnimmt, und einem Kupferteil, welcher
die Aufgabe hat, die anfallende Wärme vom Brennfleck an das Kühlmittel abzuführen.
Der Wolframteil wurde bei bisherigen Anordnungen in der Regel als Platte von etwa
2 mm Dicke ausgebildet. Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß eine
derartige Ausbildung unzweckmäßig ist und daß eine wesentliche Steigerung der Belastbarkeit
erreicht werden kann, wenn man auf die Dimensionierung dieser Anode besondere Sorgfalt
verwendet und nach einer bestimmten durch die Erfindung gegebenen Regel dabei verfährt.
Es zeigte sich nämlich"daß bei bisherigen Rauarten bei der höchsten Belastung das
Kupfer zwar auf eine Temperatur in der Nähe des Schmelzpunktes kommen. kann, wobei
das Wolfram jedoch gleichzeitig im Brennfleck nur eine Temperatur von 1400 bis 150o-°'
C erreicht.
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Demgegenüber erhält gemäß der Erfindung eine Anode für Röntgenröhren,
die für länger dauernde Belastungen bestimmt sind und einen Wolframteil zur Aufnahme
des Brennflecks enthalten, der zur
Verbesserung der Wärmeableitung
in Kupfer eingebettet ist, eine. solche Form des Wolframteils, -daß die Begrenzungsfläche
zwischen Wolfram und Kupfer annähernd eine Fläche gleicher Temperatur bildet.
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Man erreicht dadurch eine bessere Ausnutzung des Materials und damit
eine wesentlich höhere Belastungsfähigkeit der gesamten Anode. Daß diese Verhältnisse
überhaupt ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Konstruktion derartiger Anoden
sind und daß durch ihre Beachtung die Belastbarkeit der Röhre erheblich verbessert
werden kann, ist erstmalig durch vorliegende Erfindung erkannt worden.
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Man kann,die Erfordernisse der Erfindung schon bis zu einem gewissen
Grade erfüllen, wenn man die bisher übliche Form der Anode, d. h. die in Kupfer
eingegossene Wolframplatte, beibehält. Es ist nur notwendig, -dabei die Dicke der
Platte der Brennfleckgröße derart anzupassen, -daß bei einer Brennflecktemperatur
von über 2ooo° das Kupfer eine solche Entfernung vom Brennfleck hat, daß es an der
heißesten Stelle eine Temperatur von mindestens 9oo°' erreicht. Bei einem strickförmigen
Brennfleck werden z. B. folgende Dicken für das Wolfram benötigt: 5 mm Brennfleckbreite
entsprechen 4l/2 mm Dicke der Wolframplatte, wenn die Entfernung vom Brennfleck
bis zum Kühlmittel 30 mm beträgt. Die zulässige Belastung liegt bei etwa
61cW, vorausgesetzt, daß die Länge des Brennflecks: dreimal so groß ist wie seine
Breite. Bei i,o mm Brennfleckbreite ist die Plattendicke mit 6,5 mm zu wählen, wobei
die zulässige Belastung etwa 12 kW beträgt.
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Wenn auch die Ausbildung des Wolframteils als Platte vom Gesichtspunkt
der Herstellung aus als vorteilhaft anzusehen ist, so bietet sie hinsichtlich der
mechanischen Festigkeit große Schwierigkeiten und erfüllt auch noch nicht die Forderung
nach möglichst weitgehender Ausnutzung der Anodenbaustoffe in thermischer Hinsicht.
Diese letzte Forderung ist dann, erfüllt, wenn die Grenzfläche zwischen dem Wolfram
und dem Kupfer eine Fläche gleicher Temperatur ist. Bei einem rechteckigen Brennfleck
sind diese Flächen Ellipsoide. Der Wolframkörper müßte im idealen Falle also die
Form eines in Richtung der Hauptebene durchschnittenen Ellipso-ids haben. Man wird
jedoch aus Gründen der leichteren Herstellung die Form eines in der Richtung :der
Achse durchschnittenen elliptischen Zylinders bevorzugen, die um so mehr den idealen
ylerhältnissen entspricht, je länger der Brennfleck im Vergleich zu seiner Breite
ist. An Stelle des elliptischen Zylinders kann man natürlich mit Vorteil auch ein
Rechtflach verwenden, dessen in Kupfer liegendeKanten gegebenenfalls abgeschliffen
werden.
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Die mechanische Beanspruchung bei der Belastung ist bei dem nach der
Erfindung ausgebildeten Wolframkörper im allgemeinen geringer als beidem bisher
üblichen plattenförmigen Wolframkörper, @da die-Temperaturverteilung innerhalb des
Wolframs viel gleichmäßiger ist. Da andererseits -die auftretenden Temperaturdifferenzen
höher sind, kann es unter Umständen notwendig sein., einen Ausgleich für,die Ausdehnung
zu schaffen. Gemäß .der weiteren Erfindung wird daher der Wolframkörper in Richtung
der Wärmestromlinien ein oder mehrere Male unterteilt, so daß die einzelnen Teile
sich für sich ausdehnen können, ohne daß übermäßige mechanische Spannungen entstehen.
Natürlich müssen die den Wolframkörper zusammensetzenden Einzelkörper gut aufeinan:dergepaßt
sein., damit in die Rillen beim Eingießen des Kupfers kein Kupfer in den Wolframkörper
eindringen kann. In, der Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Abb. i zeigt die bisher fürLangzeitbelastungen verwenideteRöntgenröhrenanode, bei
der der Brennfleck auf einer 2 mm dicken Wolframplatte liegt. Demgegenüber hat in
Abb. 2 -der Wolframkörper die Form eines halben elliptischen Zylinders. Die Mantelfläche
bildet (bei unendlich langem strichförmigem Brennfleck) eine Fläche gleicher Temperatur,
wobei, falls man die Brennfleckbelegung .sowählt, daß im Brennflecküberall gleicheTemperafiurherrscht"dieEndendesBrennflecks
Fokusse der den Mantel erzeugenden Ellipse sind. Die Wärmestromlinien, längs deren
man gegebenenfalls den Wolframkörper aufschneiden kann, bilden zu den Ellipsen konfokale
Hyperbeln, darunter als wichtigsten Fall die Ausartung zur Mittelebene des Brennflecks.
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Da beim Gegenstand der Erfindung auf über 9o0'°' erhitztes Kupfer
unter Umständen seitlich vom Wolframteil frei verdampfen kann, ist es empfehlenswert,
das Kupfer mit einem Überzug zu versehen, der das Verdampfen verhindert. Hierzu
eignet sich besonders ein elektrolytisch aufgetragener Chromüberzug od. dgl.