EP0330912A1 - Röntgenröhre mit Drehanode - Google Patents

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EP0330912A1
EP0330912A1 EP89102592A EP89102592A EP0330912A1 EP 0330912 A1 EP0330912 A1 EP 0330912A1 EP 89102592 A EP89102592 A EP 89102592A EP 89102592 A EP89102592 A EP 89102592A EP 0330912 A1 EP0330912 A1 EP 0330912A1
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EP
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anode plate
ray tube
anode
vacuum housing
tube according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89102592A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Arthur Dipl.-Ing. Gall
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/101—Arrangements for rotating anodes, e.g. supporting means, means for greasing, means for sealing the axle or means for shielding or protecting the driving
    • H01J35/1017—Bearings for rotating anodes
    • H01J35/1024—Rolling bearings
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J35/00—X-ray tubes
    • H01J35/02—Details
    • H01J35/04—Electrodes ; Mutual position thereof; Constructional adaptations therefor
    • H01J35/08—Anodes; Anti cathodes
    • H01J35/10—Rotary anodes; Arrangements for rotating anodes; Cooling rotary anodes
    • H01J35/105—Cooling of rotating anodes, e.g. heat emitting layers or structures

Definitions

  • the invention relates to an X-ray tube with a cathode accommodated in a vacuum housing and a rotating anode, which has an anode plate, a body made of heat-conducting material associated therewith and a drive shaft which is provided with bearings which are supported on the vacuum housing.
  • X-ray tubes of this type are used, in particular, where the X-ray tubes are required to withstand high thermal loads.
  • Such an X-ray tube is described in DE-PS 3 004 706, in which the rotating anode of the X-ray tube consists of an anode plate, on the underside of which a body made of graphite for heat radiation is attached.
  • the moment of inertia of the anode increases undesirably due to the additional weight of the body, so that time is lost especially when starting or when switching from one speed to another, so that such an X-ray tube does not close is available at all times.
  • the invention has for its object to provide an X-ray tube of the type mentioned, which rejects only a small moment of inertia with high heat storage capacity and heat radiation.
  • the object is achieved in that the anode plate and the body are arranged separately in the vacuum housing, and that the body with its side facing the anode plate is held at a short distance from the underside of the anode plate via bearings mounted on the drive shaft. It is achieved that the moment of inertia is very small is because only the anode plate has to be accelerated to actually drive the X-ray tube.
  • the X-ray tube of this type has a high heat storage capacity since, due to the small distance from the anode plate to the body, at least at higher temperatures, the heat of the anode plate is transferred to the body, which stores and radiates the heat.
  • the body can run freely, that is, by rotating the anode, the body is slowly carried along until it has almost the speed of rotation of the anode plate, so that very close contact of the body with the anode plate can be achieved.
  • the heat transfer from the anode plate to the body can be increased if the facing surfaces of the anode plate and the body are provided with at least one heat transfer plate.
  • the area for heat dissipation of the anode plate on the body is increased so that a greater heat emission can take place if the anode plate and / or the body is provided with at least one concentric ring which engages in a corresponding, concentric recess of the body or the anode plate .
  • a rotation of the body can be prevented if holding means are provided which lock the body in relation to the vacuum housing. It has proven to be advantageous if drive means are provided which rotate the body against the direction of rotation of the anode plate.
  • FIG. 1 shows a known X-ray tube 1 with a vacuum housing 2, for example consisting of glass.
  • a vacuum housing 2 for example consisting of glass.
  • the vacuum housing 2 there is a cathode 3 and an anode 4, which has an anode plate 5 and a body 6 fastened to it, which is made of a material that is capable of storing and radiating heat, for example graphite.
  • the anode 4 is connected via a drive shaft 7 to the rotor 8 of the X-ray tube 1, which is rotatably fastened to the vacuum housing 2 via bearings (not shown).
  • the stator 9 surrounds the vacuum housing 2 of the X-ray tube 1.
  • the cathode 3 has a heating coil 10 as a hot cathode, which is connected to the voltage supply via leads 11 and 12. Electron beams 13 emerge from the heating coil 10, which impinge on the focal spot path of the anode plate 5 and generate an X-ray beam 14.
  • FIG. 2 shows an embodiment of an anode 4 according to the invention.
  • the anode plate 5 of the anode 4 is connected to the drive shaft 7.
  • the body 6 On the drive shaft 7, the body 6 is held by ball bearings 15 and 16, which is located with its flat surface near the underside of the anode plate 5, so that a small gap 17 is formed between the anode plate 5 and the body 6.
  • the anode 4 starts up, only the rotor 8, the drive shaft 7 and the anode plate 5 have to be moved while the body 6 remains at rest due to the ball bearings 15 and 16.
  • the anode plate 5 When the anode plate 5 is loaded, it emits the heat to the body 6 through the gap 17 by heat radiation.
  • the body 6 stores the heat in a known manner and radiates it to the outside.
  • the body 6 and / or the anode plate 5 can each be provided with a heat transfer plate 18 and 19, between which the gap 17 is located.
  • the body 6 can run freely on the drive shaft 7 via the ball bearings 15 and 16. However, as shown in FIG. 2, it can also be fixed in its position by holding means.
  • Two magnets 20 and 21 can be used as holding means, of which the magnet 20 is embedded in the body 6 and the outer magnet 21 is fastened to the vacuum housing 2.
  • the body 6 is held by the attraction of the magnets 20 and 21.
  • the body 6 can also be set in motion by drive means, which are not shown in this case. The movement can be effected in the same direction as that of the anode plate 5 or in the opposite direction.
  • FIG. 3 shows two further embodiments of the anode 4 according to the invention.
  • the side of the body 6 facing the anode plate 5 is provided with concentric rings 22, which are connected to the body 6 with good thermal conductivity and engage in corresponding, concentrically arranged depressions 23 in the anode plate 5.
  • the rings 22 are also at a distance in the size of the gap 17 from the side walls of the recesses 23. This results in an enlarged radiation area of the anode plate 5, so that the heat transfer from the anode plate 5 to the body 6 is facilitated.
  • the heat transfer can also be facilitated if, according to the illustration shown in FIG. 3 on the right of the center line 27, concentric rings 24 are attached to the anode plate 5 and are connected to it with good thermal conductivity. These rings 24 engage in corresponding concentric depressions 25 and are at a distance from the side walls of the depressions 25 which corresponds to the size of the gap 17. Furthermore, the body 6, as shown in FIG. 3, can be provided with a collar 26 which surrounds the lower part of the anode plate 5. This also increases the usable area for heat transfer, so that the heat of the anode plate 5 can be transferred to the body 6 more easily.
  • X-ray tubes 1 are obtained whose anodes have only a low moment of inertia, which is determined only by the anode plate 5, the drive shaft 7 and the rotor 8. With respect to the heat storage capacity and heat radiation capability, however, such an x-ray tube 1 has almost the values that an x-ray tube with an anode 4 would have, in which the body 6 is firmly attached to the anode plate 5. This gives an X-ray tube 1 with a low moment of inertia and high heat storage and heat radiation capability.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre (1) mit einer in einem Vakuumgehäuse (2) untergebrachten Kathode (3) und einer Drehanode (4), die einen Anodenteller (5), einen diesem zugeordneten Körper (6) aus wärmeleitenden Material und eine Antriebwelle (7) aufweist, die mit Lagern versehen ist, die sich am Vakuumgehäuse (2) abstützen. Der Anodenteller (5) und der Körper (6) sind getrennt in dem Vakuumgehäuse (2) angeordnet. Der Körper (6) wird mit seiner dem Anodenteller (5) zugewandten Seite in geringem Abstand von der Unterseite des Anodentellers (5) über an der Antriebswelle (7) angebrachte Lager (15, 16) gehalten.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit einer in einem Va­kuumgehäuse untergebrachten Kathode und einer Drehanode, die ei­nen Anodenteller, einen diesem zugeordneten Körper aus wärmelei­tenden Material und eine Antriebswelle aufweist, die mit Lagern versehen ist, die sich am Vakuumgehäuse abstützen. Derartige Röntgenröhren werden insbesondere dort eingesetzt wo es auf gro­ße thermische Belastbarkeit der Röntgenröhren ankommt.
  • In der DE-PS 3 004 706 ist eine derartige Röntgenröhre beschrie­ben, bei der die Drehanode der Röntgenröhre aus einem Anodentel­ler besteht, an dessen Unterseite ein Körper aus Graphit zur Wärmeabstrahlung angebracht ist. Je größer das Volumen dieses Körpers ist, um so mehr Wärme vermag er zu speichern und auch abzustrahlen. Als nachteilig hat sich hierbei erwiesen, daß das Trägheitsmoment der Anode durch das zusätzliche Gewicht des Kör­pers sich in unerwünschter Weise erhöht, so daß insbesondere beim Anlaufen bzw. beim Umschalten von einer auf eine andere Ge­schwindigkeit Zeit verloren geht, so daß eine derartige Röntgen­röhre nicht zu jeder Zeit zur Verfügung steht.
  • Die Erfindung geht von der Aufgabe aus, eine Röntgenröhre der eingangs genannten Art zu schaffen, die nur ein geringes Träg­heitsmoment bei großer Wärmespeicherfähigkeit und Wärmeabstrah­lung abweist.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Ano­denteller und der Körper getrennt in dem Vakuumgehäuse angeord­net sind, und daß der Körper mit seiner dem Anodenteller zuge­wandten Seite in geringem Abstand von der Unterseite des Ano­dentellers über an der Antriebswelle angebrachte Lager gehalten wird. Dadurch wird ereicht, daß das Trägheitsmoment sehr klein ist, da zum eigentlichen Antrieb der Röntgenröhre nur der Ano­denteller beschleunigt werden muß. Dagegen weist die derartige Röntgenröhre eine hohe Wärmespeicherfähigkeit auf, da durch den geringen Abstand von dem Anodenteller zum Körper zumindest bei höheren Temperaturen die Wärme des Anodentellers an den Körper übergeben wird, der die Wärme speichert und abstrahlt. Der Kör­per kann dabei frei mitlaufen, d.h. durch die Umdrehung der Ano­de wird der Körper langsam mitgenommen, bis er nahezu die Um­drehungsgeschwindigkeit des Anodentellers aufweist, so daß ein sehr enger Kontakt des Körpers mit dem Anodenteller erreicht werden kann.
  • Der Wärmeübergang von dem Anodenteller zum Körper kann vergrö­ßert werden, wenn die einander zugewandten Flächen des Anoden­tellers und des Körpers mit wenigstens einer Wärmeübergangsplat­te versehen sind. Die Fläche zur Wärmeabgabe des Anodentellers auf den Körper wird erhöht, so daß eine größere Wärmeabgabe er­folgen kann, wenn der Anodenteller und/oder der Körper mit we­nigstens einem konzentrischen Ring versehen ist, der in eine entsprechende, konzentrische Vertiefung des Körpers bzw. des Anodentellers eingreift. Eine Rotation des Körpers kann verhin­dert werden, wenn Haltemittel vorgesehen sind, die den Körper in bezug auf das Vakuumgehäuse arretieren. Es hat sich als vor­teilhaft erwiesen, wenn Antriebsmittel vorgesehen sind, die den Körper entgegen der Drehrichtung des Anodentellers rotierend bewegen.
  • Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • FIG 1 ein Übersichtsbild einer Röntgenröhre gemäß dem Stand der Technik,
    • FIG 2 eine erfindungsgemäße Drehanode und
    • FIG 3 eine weitere Ausführung der erfindungsgemäßen Drehanode.
  • In der FIG 1 ist eine bekannte Röntgenröhre 1 mit einem Vakuum­gehäuse 2, beispielsweise bestehend aus Glas, dargestellt. In dem Vakuumgehäuse 2 befindet sich eine Kathode 3 und eine Anode 4, die einen Anodenteller 5 und einen mit diesem befestigten Körper 6 aus wärmespeicher- und wärmeabstrahlfähigem Material, beispielsweise Graphit, aufweist. Die Anode 4 ist über eine An­triebswelle 7 mit dem Rotor 8 der Röntgenröhre 1 verbunden, der über nicht dargestellte Lager mit dem Vakuumgehäuse 2 drehbar befestigt ist. Im Bereich des Rotors 8 umgibt der Stator 9 das Vakuumgehäuse 2 der Röntgenröhre 1. Die Kathode 3 weist eine Heizwendel 10 als Glühkathode auf, die über Zuleitungen 11 und 12 mit der Spannungsversorgung verbunden ist. Von der Heizwen­del 10 treten Elektronenstrahlen 13 aus, die auf die Brennfleck­bahn des Anodentellers 5 auftreffen und ein Röntgenstrahlenbün­del 14 erzeugen.
  • In FIG 2 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anode 4 dargestellt. Der Anodenteller 5 der Anode 4 ist mit der An­triebswelle 7 verbunden. Auf der Antriebswelle 7 ist der Körper 6 durch Kugellager 15 und 16 gehalten, der sich mit seiner pla­nen Oberfläche nahe der Unterseite des Anodentellers 5 befin­det, so daß zwischen Anodenteller 5 und Körper 6 ein kleiner Spalt 17 gebildet wird. Beim Hochlaufen der Anode 4 muß nun al­so nur der Rotor 8, die Antriebswelle 7 und der Anodenteller 5 bewegt werden, während der Körper 6 aufgrund der Kugellager 15 und 16 in Ruhe verharrt. Bei Belastung des Anodentellers 5 gibt dieser durch Wärmestrahlung die Wärme an den Körper 6 über den Spalt 17 ab. Der Körper 6 speichert in bekannter Weise die Wär­me und strahlt diese nach außen ab. Zur besseren Wärmeübergabe können der Körper 6 und/oder der Anodenteller 5 mit je einer Wärmeübergangsplatte 18 und 19 versehen sein, zwischen denen sich der Spalt 17 befindet.
  • Der Körper 6 kann über die Kugellager 15 und 16 auf der An­triebswelle 7 frei laufen. Er kann aber auch, wie in FIG 2 dar­gestellt, durch Haltemittel in seiner Stellung fixiert sein.
  • Als Haltemittel können hierbei zwei Magnete 20 und 21 Verwen­dung finden, von denen der Magnet 20 in den Körper 6 eingelas­sen ist und der äußere Magnet 21 an dem Vakuumgehäuse 2 befe­stigt ist. Durch die Anziehungskraft der Magneten 20 und 21 wird dadurch der Körper 6 festgehalten. Der Körper 6 kann aber auch durch Antriebsmittel, die in diesem Falle nicht darge­stellt sind, in Bewegung gesetzt werden. Die Bewegung kann da­bei in gleicher Richtung wie die des Anodentellers 5 oder aber auch entgegengesetzt bewirkt werden. Weiterhin wäre es möglich, den Körper 6 an dem Vakuumgehäuse 2 zu befestigen. Dadurch kön­nten die Kugellager 15 und 16 entfallen, so daß die Anodenlager entlastet würden.
  • In der FIG 3 sind zwei weitere Ausführungsformen der erfindungs­gemäßen Anode 4 dargestellt. Auf der linken Seite von der Mit­tellinie 27 ist die dem Anodenteller 5 zugewandte Seite des Kör­pers 6 mit konzentrischen Ringen 22 versehen, die gut wärmelei­tend mit dem Körper 6 verbunden sind und in entsprechende, kon­zentrisch angeordnete Vertiefungen 23 im Anodenteller 5 eingrei­fen. Die Ringe 22 weisen dabei ebenfalls einen Abstand in der Größe des Spaltes 17 zu den Seitenwänden der Vertiefungen 23 auf. Dadurch ergibt sich eine vergrößerte Abstrahlfläche des Anodentellers 5, so daß der Wärmeübergang vom Anodenteller 5 auf den Körper 6 erleichtert wird.
  • Ebenfalls läßt sich der Wärmeübergang erleichtern, wenn gemäß der rechts von der Mittellinie 27 gezeigten Darstellung in FIG 3 an dem Anodenteller 5 konzentrische Ringe 24 angebracht und mit diesem gut wärmeleitend verbunden sind. Diese Ringe 24 grei­fen in entsprechende konzentrische Vertiefungen 25 und weisen einen Abstand zu den Seitenwänden der Vertiefungen 25 auf, der der Größe des Spaltes 17 entspricht. Weiterhin kann der Körper 6, wie in FIG 3 dargestellt, mit einem Kragen 26 versehen sein, der den unteren Teil des Anodentellers 5 umgibt. Auch dadurch wird die für die Wärmeübertragung nutzbare Fläche vergrößert, so daß die Wärme des Anodentellers 5 leichter auf den Körper 6 übertragen werden kann.
  • Durch diese erfindungsgemäßen Ausführungen erhält man Röntgen­röhren 1, deren Anoden nur ein geringes Trägheitsmoment aufwei­sen, das nur durch den Anodenteller 5, die Antriebswelle 7 und den Rotor 8 bestimmt wird. In bezug auf die Wärmespeicherfähig­keit und Wärmeabstrahlfähigkeit dagegen weist eine derartige Röntgenröhre 1 nahezu die Werte auf, die eine Röntgenröhre mit einer Anode 4 aufweisen würde, bei der der Körper 6 fest an dem Anodenteller 5 angebracht ist. Dadurch erhält man eine Röntgen­röhre 1 mit geringem Trägheitsmoment bei hoher Wärmespeicher- und Wärmeabstrahlfähigkeit.

Claims (7)

1. Röntgenröhre (1) mit einer in einem Vakuumgehäuse (2) unter­gebrachten Kathode (3) und einer Drehanode (4), die einen Ano­denteller (5), einen diesem zugeordneten Körper (6) aus wärme­leitenden Material und eine Antriebwelle (7) aufweist, die mit Lagern versehen ist, die sich am Vakuumgehäuse (2) abstützen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anoden­teller (5) und der Körper (6) getrennt in dem Vakuumgehäuse (2) angeordnet sind und daß der Körper (6) mit seiner dem Anoden­teller (5) zugewandten Seite in geringem Abstand von der Unter­seite des Anodentellers (5) über an der Antriebswelle (7) ange­brachte Lager (15, 16) gehalten wird.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekenn­zeichnet, daß die dem Anodenteller (5) zugewandte Flä­che des Körpers (6) mit einer Wärmeübergangsplatte (18) verse­hen ist.
3. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 2, da­durch gekenzeichnet, daß die dem Körper (6) zugewandte Fläche des Anodentellers (5) mit einer Wärme­übergangsplatte (19) versehen ist.
4. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­durch gekennzeichnet, daß der Anodenteller (5) an seiner dem Körper (6) zugewandten Fläche mit wenigstens einem konzentrischen Ring (24) versehen ist, der in eine ent­sprechende, konzentrische Vertiefung (25) des Körpers (6) ein­greift.
5. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­durch gekennzeichnet, daß die dem Anoden­teller (5) zugewandte Fläche des Körpers (6) mit wenigstens ei­nem konzentrischen Ring (22) versehen ist, der in eine entspre­chende, in dem Anodenteller (5) angebrachte, konzentrische Ver­tiefung (23) eingreift.
6. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß Haltemittel (20, 21) vorgesehen sind, die den Körper (6) in bezug auf das Vakuumgehäuse (2) arretieren.
7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­durch gekennzeichnet, daß Antriebsmit­tel vorgesehen sind, die den Körper (6) entgegen der Drehrich­tung des Anodentellers (5) rotierend bewegen.
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