DE19634636C1 - Verfahren zur Aufrauhung der Oberfläche von Bauteilen von Elektronenröhren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufrauhen der Ober­ fläche von Bauteilen von Elektronenröhren.

Derartige Verfahren werden eingesetzt, um im Interesse eines geordneten Wärmehaushalts einer im Betrieb befindlichen Elek­ tronenröhre eine möglichst rasche Ableitung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme zu gewährleisten. Dies gilt insbesondere für Rönt­ genröhren, bei denen nur ca. 1% der der Röntgenröhre zuge­ führten elektrischen Leistung in Form von Röntgenstrahlung abgegeben wird, während die restliche zugeführte elektrische Leistung in Ver­ lustwärme umgewandelt wird.

Maßgeblich dafür, wie rasch die bei der Röntgenstrahlenerzeu­ gung in die Anode der Röntgenröhre eingebrachte Verlustwärme von der Anode wieder abgeführt werden kann, ist die Absorp­ tionsfähigkeit der Innenflächen des Vakuumgehäuses der Rönt­ genröhre für Wärmestrahlung.

Um den Wärmeabsorptionskoeffizienten dieser Oberflächen zu erhöhen, ist es bekannt, diese zur Schaffung einer großen realen, d. h. für die Wärmeabsorption wirksamen Oberfläche aufzurauhen. Der tatsächliche Flächeninhalt der aufgerauhten Oberfläche ist dann größer, als sich dies rechnerisch aus den maßgeblichen geometrischen Abmessungen der Oberfläche ergibt. Diese Maß­ nahme ist insbesondere bei Drehanoden-Röntgenröhren von Be­ deutung, da hier infolge des geringen Wärmeflusses durch die Lagerung der Drehanode die Wärmeabfuhr von der Drehanode fast ausschließlich durch Strahlung erfolgen muß.

Üblicherweise erfolgt die Aufrauhung mittels Korundstrahlen. Das Korundstrahlen der Innenflächen des Vakuumgehäuses bei Röntgenröhren ist z. B. in der DE 34 05 067 A1 beschrieben. Es werden dabei Wärmeabsorptionskoeffizienten in der Größen­ ordnung von 0,45 bis 0,55, günstigstenfalls von bis zu 0,6 erzielt.

Ganz abgesehen davon, daß es wünschenswert wäre, höhere Wär­ meabsorptionskoeffizienten zu erreichen, tritt bei der Aufrauhung durch Korundstrahlen eine Verunreinigung der auf­ gerauhten Oberfläche auf, und zwar, weil Korundpartikel in diese eingeschossen werden. Hierunter ist zu verstehen, daß sich Korundpartikel beim Auftreffen so tief in die Oberfläche eingraben, daß sie stecken bleiben. Das Vorhandensein einge­ schossener Korundpartikel ist unerwünscht, weil sie aufgrund ihrer Halbleitereigenschaften die Spannungsfestigkeit von Elektronenröhren nachteilig beeinflussen.

Eine Herabsetzung des Arbeitsdruckes beim Korundstrahlen kommt nicht in Frage, weil dann die erzielbaren Wärmeabsorp­ tionskoeffizienten noch unter den genannten Werten liegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mittels dessen hohe Wärme­ absorptionskoeffizienten erreichbar sind, ohne daß die Gefahr einer Verunreinigung der auf zurauhenden Oberfläche auftritt.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ver­ fahren zur Aufrauhung der Oberfläche von Bauteilen von Elek­ tronenröhren, welches den Verfahrensschritt aufweist, daß die auf zurauhende Oberfläche des Bauteiles mit einem Hochdruck­ wasserstrahl beaufschlagt wird.

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise eine extreme Zer­ klüftung der aufzurauhenden Oberfläche erreicht wird, so daß gegenüber durch Korundstrahlen aufgerauhten Oberflächen ein erhöhter Wärmeabsorptionskoeffizient erreicht wird, der nach ersten Messungen bis zu 0,69 betragen kann. Die Spannungs­ festigkeit der Elektronenröhre wird durch das erfindungsge­ mäße Verfahren offensichtlich nicht nachteilig beeinflußt, da dem Bauteil nach dem Aufrauhen etwa anhaftende Flüssigkeits­ reste leicht beseitigt werden können. Als für das erfindungs­ gemäße Verfahren besonders unproblematische Flüssigkeit hat sich Wasser erwiesen. Andere geeignete Flüssigkeiten können für den jeweiligen Anwendungsfall leicht durch einfache Expe­ rimente ermittelt werden. Ebenso lassen sich der für den je­ weiligen Anwendungsfall geeignete Düsendurchmesser und der optimale Strahldruck leicht durch einfache Versuche ermitteln.

Übrigens ist es aus der EP 0 218 354 A1 bekannt, in die Ober­ flächen von metallischen Bauteilen Druckeigenspannungen ein­ zubringen, indem die jeweiligen Oberflächen mit einem Hoch­ druckflüssigkeitsstrahl beaufschlagt werden. Außerdem ist es aus der CH 677 897 A5 im Zusammenhang mit dem Bauwesen be­ kannt, einen Hochdruckflüssigkeitsstrahl zum Abtragen, Aufrauhen, Schneiden und Reinigen von Materialien zu verwen­ den.

Als typische Werte für den Querschnitt des Flüssigkeitsstrah­ les und den Strahldruck sind 0,03 bis 0,5 mm² und 4×10⁸ Pazu nennen. Der genannte Querschnittsbereich des Flüssigkeits­ strahles entspricht einem Durchmesser von 0,2 bis 0,8 mm. Der Strahlquerschnitt muß nicht kreisförmig sein. Auch andere Geometrien des Flüssigkeitsstrahles sind geeignet, z. B. Fä­ cherform bei Verwendung einer Schlitzdüse beispielsweise rechteckiger Querschnittsform.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich­ nungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in grob schematischer Darstellung im Längsschnitt eine Drehanoden-Röntgenröhre, die Bauteile mit nach dem erfin­ dungsgemäßen Verfahren aufgerauhten Oberflächen aufweist.

Fig. 2 eine durch Korundstrahlen aufgerauhte Oberfläche des Gehäusebauteiles einer Röntgenröhre, und

Fig. 3 eine aus dem gleichen Werkstoff gebildete, durch einen Hoch­ druckflüssigkeitsstrahl aufgerauhte Oberfläche eines Bauteiles einer Röntgenröhre.

Die in der Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre weist ein aus ei­ nem metallischen Werkstoff gefertigtes Vakuumgehäuse 1 auf, dessen Mittelteil 1a mit einem rohrförmigen Ansatz versehen ist. An diesen ist beispielsweise mittels Löten oder Schwei­ ßen 9 ein Rohr 1c angesetzt, in das mittels eines Isolators 2 eine schematisch angedeutete, insgesamt mit 3 bezeichnete Kathodenanordnung eingesetzt ist, die eine in einer Fokussierungsnut 3a eines Kathodenbechers 3b aufgenommene Glühkathode 3c enthält. Von dieser geht ein in Fig. 1 strichliert angedeuteter Elektro­ nenstrahl E aus, der in einem Brennfleck BF auf die Auftreff­ fläche 4a des Anodenkörpers 4b einer insgesamt mit 4 bezeich­ neten Drehanode auftrifft.

Die Drehanode 4 ist in nicht näher dargestellter Weise an ei­ nem mittels Löten oder Schweißen mit dem Mittelteil 1a des Vakuumgehäuses 1 verbundenen Tragteil 1b in an sich bekannter Weise drehbar gelagert.

Die Drehanode 4 weist einen mit dem Anodenkörper 4b verbunde­ nen Rotor 5 auf, der mit einem außen auf dem Tragteil 1b an­ gebrachten Stator 6 nach Art eines Kurzschlußläufermotors zu­ sammenwirkt.

Die Drehanode 4 und das Vakuumgehäuse 1 sind elektrisch lei­ tend miteinander verbunden. Sie liegen im Falle des darge­ stellten Ausführungsbeispieles auf Erdpotential 7. Der eine Anschluß der Glühkathode 3c liegt auf negativer Hochspannung -U_R, z. B. -125 kV. Zwischen den beiden Anschlüssen der Glüh­ kathode 3c liegt die Heizspannung U_H.

Das Vakuumgehäuse 1 ist mit einem beispielsweise aus Beryl­ lium gebildeten Strahlenaustrittsfenster 8 versehen, durch das im Betrieb der Röntgenröhre das vom Brennfleck BF ausge­ hende Röntgenstrahlenbündel austritt, dessen Zentral- und Randstrahlen in der Fig. 3 strichliert angedeutet und mit ZS bzw. RS bezeichnet sind.

Um einen hohen Wärmeabsorptionskoeffizienten zu erreichen, sind die innere Oberfläche des den Anodenkörper 4a der Dreh­ anode 4 umgebenden Mittelteiles 1a des Vakuumgehäuses 1 und des dem Anodenkörper 4a zugewandten Bereichs des Tragteiles 1b nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgerauht, d. h. durch Beaufschlagung mit einem Hochdruckflüssigkeitsstrahl, insbesondere einem Hochdruckwasserstrahl. Der so behandelte Bereich des Vakuumgehäuses 1 ist in der Fig. 1 durch eine entlang der inneren Oberfläche des Vakuumgehäuses 1 verlau­ fende strichlierte Linie gekennzeichnet und mit HS bezeich­ net.

Winkelmäßig erstreckt sich der aufgerauhte Bereich, bezogen auf die Mittelachse M der Drehanode 4, über den gesamten Um­ fang des Vakuumgehäuses 1.

Infolge der guten Wärmeabsorptionsfähigkeit der Innenseite des den Anodenkörper 4a umgebenden Bereichs des Vakuumgehäu­ ses 1 ergibt sich ein günstiger Wärmehaushalt der Röntgen­ röhre, da die beim Betrieb der Röntgenröhre in die Drehanode 4 eingebrachte Verlustwärme rascher durch das Vakuumgehäuse 1 aufgenommen und an ein das Vakuumgehäuse 1 umgebendes, in Fig. 1 nicht besonders veranschaulichtes, z. B. flüssiges Kühlmedium abgegeben werden kann.

Zur Veranschaulichung dieses Sachverhaltes zeigt Fig. 2 in starker Vergrößerung, wie an dem eingetragenen Maßstab er­ kennbar ist, eine herkömmlich, d. h. durch Korundstrahlen aufgerauhte Oberfläche eines Bauteiles des Vakuumgehäuses ei­ ner Röntgenröhre. Die aufgerauhte Oberfläche ist relativ grob zerklüftet.

Demgegenüber ist die in Fig. 3 im gleichen Maßstab darge­ stellte, durch Hochdruckflüssigkeitsstrahlen aufgerauhte ent­ sprechende Oberfläche wesentlich feiner und damit in dem Sinne stärker zerklüftet, daß sie einen gegenüber der durch Korundstrahlen aufgerauhten Oberfläche größeren tatsächlichen Flächeninhalt aufweist. Sie weist daher einen gegenüber einer durch Korundstrahlen aufgerauhten Oberfläche deutlich erhöh­ ten Wärmeabsorptionskoeffizienten auf.

Bei dem Material des aufgerauhten Bauteiles handelt es sich in Fig. 2 und 3 jeweils um austenitischen Stahl (z. B. mit der Werkstoff-Nr. 1.4539).

Die in Fig. 2 dargestellte Oberfläche wurde mit Korundparti­ keln einer Größe von ca. 0,2 mm bei einem Strahldruck von ca. 6·10⁵ Pa beaufschlagt. Die flächenspezifische Strahldauer betrug einige Sekunden pro Quadratzentimeter (sec/cm²).

Die in Fig. 3 dargestellte Oberfläche wurde mit einem Hoch­ druckwasserstrahl beaufschlagt. Der Strahldruck betrug ca. 4·10⁸ Pa und der Düsendurchmesser ca. 0,2 mm. Die flächen­ spezifische Strahldauer betrug ca. 6 sec/cm².

In Fig. 1 ist nur der dem Anodenkörper 4a der Drehanode 4 un­ mittelbar benachbarte Bereich der Innenseite des Vakuumge­ häuses 1 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgerauht; es kann jedoch auch die gesamte Innenseite des Vakuumgehäuses 1, also zusätzlich auch die Innenseite des gesamten Tragteiles 1b und die Innenseite des Rohres 1c, entsprechend behandelt werden.

Obwohl die Erfindung am Beispiel einer Drehanoden-Röntgen­ röhre beschrieben ist, können auch Bauteile von Festanoden- Röntgenröhren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgerauht werden.

Auch die Erläuterung der Erfindung an Hand einer Röntgenröhre hat nur beispielhaften Charakter, da die Erfindung bei belie­ bigen Elektronenröhren zur Anwendung kommen kann.

Claims (5)

1. Verfahren zur Aufrauhung der Oberfläche von Bauteilen (1) von Elektronenröhren, aufweisend den Verfahrensschritt, daß die zu aufzurauhende Oberfläche des Bauteiles (1) mit einem Hochdruckflüssigkeitsstrahl beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei als Hochdruckflüssig­ keitsstrahl ein Hochdruckwasserstrahl vorgesehen ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hochdruckflüs­ sigkeitsstrahl einen Druck in der Größenordnung von 4·10⁸ Pa aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Hochdruckflüssigkeitsstrahl einen Querschnitt in der Größen­ ordnung von 0,03 bis 0,5 mm² aufweist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Hochdruckflüssig­ keitsstrahl einen Durchmesser in der Größenordnung von 0,2 bis 0,8 mm aufweist.