DE2658513A1 - Drehanoden-roentgenroehre - Google Patents

Description

PHILIPS PATENTVERWALTUNG GMBH, 2000 HAMBURG 1, STEINDAMM 94

"Drehanoden-Röntgenröhre"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Rotor zum Antrieb einer Welle, die einen rotationssymmetrischen koaxial zur Welle angeordenten Anodenkörper trägt. Nahezu alle heute in der Praxis benutzten Röntgenröhren sind nach diesem Prinzip aufgebaut. Der Anodenkörper hat dabei die Form einer Scheibe mit einer zentralen Bohrung für die Welle, die fest mit dem Anodenkörper verbunden wird.

Drehanoden-Röntgenröhren sind kurzzeitig - bedingt durch das Drehanodenprinzip - wesentlich höher belastbar als Festanoden Röntgenröhren. Festanoden-Röntgenröhren haben aber bei

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Röntgenuntersuchungen, die wesentlich langer als einige Sekunden dauern, eine höhere Belastbarkeit (einige Kilowatt), weil Festanoden-Röntgenröhren leicht mit einer Kühlflüssigkeit gekühlt werden können, während Drehanoden-Röntgenröhren im allgemein nur dadurch gekühlt werden, daß die in der Anodenscheibe in Wärme umgesetzte Energie nach außen abgestrahlt wird. Festanoden-Röntgenröhren mit einer derartigen Dauerbelastbarkeit haben aber einen sehr großen Brennfleck (einige Millimeter), der. eine große geometrische Unscharfe hervorruft. Röhren mit diesem Brennfleck können daher nicht bei Röntgenuntersuchungen herangezogen werden, bei denen es auf die Darstellung feinerer Details ankommt.

Es sind verschiedene Versuche unternommen worden, die Dauerbelastbarkeit von Drehanoden-Röntgenröhren zu verbessern. Diese Versuche bezwecken einerseits die Erhöhung des thermischen Emissionsvermögens des Anodenkörpers (z.B. durch Verwendung von Graphit als Anodengrundkörper) und andererseits die Verbesserung der Abstrahlung durch eine geeignete Formgebung, zum Teil auch beides (vgl. z.B. BE-PS 737 628).

In der OE-PS 139 558 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre beschrieben, bei der der Anodenkörper aus einer Scheibe besteht, die an ihrer von der Brennfleckbahn abgewandten Seite mit zylindrischen, zueinander koaxialen und zu der feststehenden Achse, um die sich der Anodenkörper mittels eines in der Scheibe befestigten Lagers dreht, konzentrischen Flächen verbunden ist. Diese Flächen dienen gleichzeitig als Rotor und dürfen daher in den Raum außerhalb der Röntgenröhre nur wenig abstrahlen, damit der Stator nicht zu stark erwärmt wird. Der Anodenkörper ist daher in diesem Bereich mit einem gut reflektierenden Metall überzogen und hochglänzend poliert, so daß sich ein hohes Reflexionsvermögen bzw. ein geringes Emissionsvermögen ergibt. Die Energie wird dabei von den Zylinderflächen der Anodenscheibe nach innen auf ebenfalls zylindrische koaxial innerhalb der Zylinderflächen angeordnete Kühlflächen gestrahlt, die Teil eines Kühlkörpers sind, der auch die Achse enthält, um die der Anodenkörper PHD 76-197 - 3 -

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gedreht wird.

Bei dieser Röntgenröhre ergibt sich eine starke Erhitzung des die Anodenscheibe tragenden Lagers, so daß die Anodenscheibe schon nach kürzestem Betrieb festlaufen müßte. Es kommt hinzu, daß über die Kühlflächen zusätzlich auch noch die Achse, die das Lager trägt, erwärmt wird. Derartige Röntgenröhren haben sich daher in der Praxis nicht durchsetzen können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehanoden-Röntgenröhre mit erhöhter Dauerbelastbarkeit zu schaffen. Dabei kommt es entscheidend darauf an, daß die den Anodenkörper tragende Welle bzw. die Lager, in denen die Welle gelagert ist, nicht unzulässig erwärmt werden.

Ausgehend von einer Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Anodenkörper ein Hohlkörper ist, dessen eine Stirnfläche die Brennfleckbahn bildet und dessen andere Stirnfläche mit der Welle verbunden ist. Die der mit der Brennfleckbahn versehenen Stirnfläche zugeführte thermische Energie wird dabei größtenteils durch den Hohlkörper nach außen abgestrahlt. Der Wärmewiderstand zwischen der Brennfleckbahn und der Drehachse ist dabei verhältnismäßig groß, weil dabei der Wärmestrom erst den Anodenkörper und dann das Teil durchfließen muß, das den Anodenkörper mit der Welle verbindet.

Der Wärmewiderstand kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch vergrößert werden, daß sich im Innern des Anodenkörpers wenigstens ein weiterer konzentrisch zur Welle angeordneter rotationssymmetrischer Hohlkörper befindet, daß die eine Stirnfläche des innersten Hohlkörpers mit der Welle verbunden ist, daß eine Stirnfläche des äußersten Hohlkörpers mit der anderen Stirnfläche des Anodenkörpers verbunden ist, und daß jeweils eine Stirnfläche eines Hohlkörpers

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mit der entsprechenden Stirnfläche eines benachbarten Hohlkörpers verbunden ist, derart, daß sich in einer die Rotationsachse enthaltenen Ebene ein mäanderähnlicher Querschnitt ergibt. Wenn nur ein einziger Hohlkörper vorgesehen ist, so ist dessen eine Stirnfläche mit der anderen Stirnfläche des Anodenkörpers verbunden und seine andere Stirnfläche mit der Welle.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Anodenkörper und gegebenenfalls der Hohlkörper Hohlzylinderkörper sind. Grundsätzlich kann der Anodenkörper bzw. der Hohlkörper auch eine andere Form haben, z.B. die Form eines hohlen Kegelstumpfs. Wesentlich ist nur, daß der Hohlkörper überall - außer allenfalls im Bereich der anderen Stirnfläche - einen Innendurchmesser hat, der wesentlich größer ist als der Außendurchmesser der Welle, und daß die Wandstärke des Hohlkörpers wesentlich kleiner ist als seine Ausdehnung in Richtung der Rotationsachse. Ein Hohlzylinderkörper läßt sich aber am einfachsten herstellen.

Eine Weiterbildung der Erfindung, die bei Drehanoden-Röntgenröhren mit einem zumindest teilweise aus Metall bestehenden Röhrenkolben anwendbar ist, sieht vor, daß im Innern des Anodenkörpers bzw. eines Hohlkörpers wenigstens eine den benachbarten Hohlkörper bzw. die Welle umschließende Kühlfläche vorgesehen ist, die thermisch gut leitend mit den Metallteilen des Röhrenkolbens verbunden ist. Dadurch wird die von dem Anodenkörper bzw. den in seinem Innern angebrachten Hohlkörpern nach innen auf die Drehachse bzw. die weiter innen liegenden Hohlkörper abgestrahlte thermische Energie von den Kühlflächen über die Metallteile des Röhrenkolbens, die sich ohne weitere Probleme gut kühlen lassen, abgeführt. Dadurch läßt sich die Temperatur der Welle bzw. der die Welle tragenden Lager noch weiter herabsetzen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung PHD 76-197 - 5 -

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dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt eine Röntgenröhre mit einem Röhrenkolben aus Metall mit geerdeter Anode und einer negative Hochspannung führenden Katode. Die Katode 3 ist über einen Keramikisolator 2 mit dem Metallkolben 1 verbunden. Der Katodenraum ist durch ein verhältnismäßig starkes Blech 4 elektrisch vom Anodenraum abgeschirmt. Nur im Bereich der Katode ist dieses Blech mit einer Bohrung 5 versehen, durch die die aus der Katode emittierten Elektronen durchtreten können.

Die Drehanode enthält einen Rotor 6, der von einem außerhalb des Röhrenkolbens angeordneten Stator 7 in bekannter Weise angetrieben wird und mit einer Welle 8 fest verbunden ist. Das eine Ende der Welle 8 ist in einem Lager 9 gelagert, das in dem Blech 4 befestigt ist und das andere Ende ist in einem Lager 10 gelagert, das von einem in den Rotor 6 hineinragenden, fest mit dem Röhrenkolben 1 verbundenen Metallteil 11 getragen wird. Durch die zweiseitige Lagerung der Welle 8 ergibt sich ein besonders ruhiger Lauf und eine stabile Lagerung.

Der Anodenkörper wird durch einen Hohlzylinder 12 gebildet, der aus einem Material mit hohem thermischen Emissionsvermögen, beispielsweise Graphit, besteht. Seine der Katode 3 zugewandte Stirnfläche ist mit Wolfram oder einer Wolframlegierung beschichtet und abgeschrägt, so daß die Stirnfläche mit der Innenfläche des Anodenzylinders einen spitzen Winkel bildet und das nutzbare Strahlenbündel senkrecht zur Rotationsachse aus der Röntgenröhre austreten kann.

Die andere Stirnfläche des Anodenkörpers ist über eine ringförmige Scheibe 13 mit der Stirnfläche eines im Innern des Anodenkörpers koaxial zur Rotationsachse angeordneten, ebenfalls aus Graphit bestehenden Hohlzylinders 14 verbunden. Die andere Stirnfläche dieses Hohlzylinders ist über eine weitere ring-

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förmige Scheibe 15 mit der Stirnfläche eines weiteren im Innern des Hohlzylinders 14 koaxial zur Rotationsachse angeordneten Hohlzylinders 16 verbunden, der ebenfalls aus Graphit besteht. Die andere Stirnfläche dieses weiteren Hohlzylinders ist über eine ringförmige Scheibe 17 an der Welle 8 befestigt.

Die ringförmigen Scheiben 13, 15 und 17 bestehen aus einem v/armfesten Material, beispielsweise Molybdän, und sind nicht stärker als für die mechanische Stabilität erforderlich, damit sich ein möglichst hoher Wärmewiderstand ergibt. Zweckmäßigerweise sind die ringförmigen Scheiben 13, 15, 17 mit den Hohlkörpern 14 und 16 bzw. dem Anodenkörper durch eine Preßverbindung verbunden, wobei sich ein größerer Wärmeübergangswiderstand ergibt.

Die vom Anodenkörper 12 nach innen und vom Hohlzylinder 14 nach außen abgestrahlte Wärme wird zum größten Teil von einem Kühlzylinder 18 absorbiert, der an dem Blech 4 befestigt ist und in den Zwischenraum zwischen dem Anodenkörper und dem Hohlzylinder 14 bis dicht an die ringförmige Scheibe 13 hineinragt. Der Kühlzylinder 18 besteht aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise Kupfer, und seine Oberfläche ist geschwärzt und aufgerauht, damit die Wärmestrahlung gut absorbiert wird. Der Kühlzylinder 18 ist thermisch gut leitend mit dem Blech 4 verbunden, das seinerseits wieder thermisch guten Kontakt mit dem Röhrenkolben hat. Zur Absorption der vom Hohlzylinder 14 nach innen und dem Hohlzylinder 16 nach außen gerichteten Strahlung ist ein weiterer Kühlzylinder 20 vorgesehen, der ähnliche Eigenschaften hat wie/ler Kühlzylinder 18 und in dem Zwischenraum zwischen dem Hohlzylinder 14 und dem Hohlzylinder 16 bis dicht an die ringförmige Scheibe 15 heranragt. Dieser Kühlzylinder ist mit dem unteren Gehäuseboden verbunden. Die dem anodenseitigen Teil des Röhrenkolbens durch direkte Wärmestrahlung oder über die Kühlzylinder 18 und 20 zugeführte thermische Energie wird durch eine schematisch dargestellte Umlaufkühlung 21

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abgeführt, die einen Teil des Röhrenkolbens direkt kühlt.

Durch den hohen Wärmewiderstand zwischen der Brennfleckbahn und der Welle und die Abfuhr der nach innen abgestrahlten thermischen Energie über den Röhrenkolben läßt sich erreichen, daß die Temperatur der Lager 9 und 10 unterhalb des zulässigen Wertes bleibt, wenn die Brennfleckbahn mit einer erheblichen Dauerleistung beaufschlagt wird. Man könnte eine vergleichbare Dauerbelastbarkeit zwar auch durch Verwendung nur eines einzigen entsprechend langen Anodenkörpers erreichen, doch wird durch die Verwendung mehrerer koaxial zueinander angeordneter Hohlzylinder mit unterschiedlichem Durchmesser, deren Stirnflächen in der aus der Zeichnung ersichtlichen Weise verbunden sind, so daß sich ein mäanderähnlicher Querschnitt des Anodenkörpers und der Hohlzylinder in Verbindung mit den ringförmigen Scheiben ergibt, eine wesentlich kompaktere Bauweise erreicht.

PATENTANSPRÜCHE:

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PATENTANSPRÜCHE:

1..· Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Rotor (6) zum Antrieb einer ¥elle (8), die einen rotationssymmetrischen koaxial zur Welle angeordneten Anodenkörper (12) trägt, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper ein Hohlkörper ist, dessen eine Stirnfläche die Brennfleckbahn bildet und dessen andere Stirnfläche mit der Welle verbunden ist.

2, Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich im Innern des Anodenkörpers (12) wenigstens ein weiterer konzentrisch zur Welle (8) angeordneter rotations symmetrischer Hohlkörper (14, 16) befindet, daß die eine Stirnfläche des innersten Hohlkörpers (16) mit der Welle (8) verbunden ist, daß eine Stirnfläche des äußersten Hohlkörpers (14) mit der anderen Stirnfläche des Anodenkörpers verbunden ist, und daß jeweils eine Stirnfläche eines Hohlkörpers (14) mit der entsprechenden Stirnfläche eines benachbarten Hohlkörpers (16) verbunden ist, derart, daß sich in einer die Rotationsachse enthaltenen Ebene ein mäanderähnlicher Querschnitt ergibt.

3· Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper (12) und gegebenenfalls die Hohlkörper (14, 16) Hohlzylinderkörper sind.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

3, mit einem zumindest teilweise aus Metall bestehenden Röhrenkolben, dadurch gekennzeichnet, daß im Innern des Anodenkörpers bzw. eines Hohlkörpers wenigstens eine den benachbarten Hohlkörper (14) bzw. die Welle (8) umschließende Kühlfläche (18, 20) vorgesehen ist, die thermisch gut leitend mit den Metallteilen des Röhrenkolbens (1) verbunden ist.

5. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper (12) und

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die Hohlkörper (14, 16) "bzw. der innerste Hohlkörper mit der Welle untereinander durch ringförmige Scheiben (13, 15, 17) verbunden sind.

6. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheiben (13, 15, 17) durch eine Preßverbindung an den Stirnflächen der Hohlkörper (14, 16) bzw. des Anodenkörpers (12) befestigt sind.

7. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Brennfleckbahn dienende Stirnfläche des Anodenkörpers mit seiner Außenfläche einen stumpfen Winkel bildet.

8. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkörper einen Grundkörper mit hohem thermischen Emissionsvermögen enthält, dessen Stirnfläche mit Schwermetall oder einer Schwermetallegierung beschichtet ist, die die Brennfleckbahn bildet.

9. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper aus Graphit besteht.

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