DE2448497A1

DE2448497A1 - Roentgenroehre und vorrichtung mit einer roentgenroehre

Info

Publication number: DE2448497A1
Application number: DE19742448497
Authority: DE
Inventors: Dietrich Ing Grad Bader; Engelbert Dipl Phys Berger; Dieter Ing Grad Ohnemueller; Sieghard Dipl Ing Reiprich
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-10-11
Filing date: 1974-10-11
Publication date: 1976-04-22
Also published as: DE2448497B2; FR2331149B1; CH594982A5; BE834396A; US4126803A; FR2331149A1; GB1529868A; DE2448497C3

Description

LICENTTA

Patent-Verwaltungs-GmbH

6000 Frankfurt (Main) 70, Theodor-Stern-Kai 1

Ulm (Donau), den 10« Oktober 1974 PT-UL/Am/deu UL 7Vl27

"Röntgenröhre und Vorrichtung mit einer Röntgenröhre"

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Röntgenröhre mit zylindrischer, metallischer, geerdeter und zumindest teilweise röntgenstrahldurchlässiger Vakuumhülle, die an zumindest einer Stirnseite durch einen sich vorwiegend radial erstreckenden Keramikring gebildet wird, in dessen Mitte sich die Hochspannungsdurchführungen -und evtl. erforderliche weitere Durchführungen befinden.

Röntgenröhren für die verschiedensten Anwendungszwecke werden bekanntlich mit hohen Gleich- oder Wechsel spannungen, die zwischen Anode und Kathode angelegt werden, betrieben. Hierbei werden die erforderlichen Isolationsstrecken vorwiegend in axialer Richtung angeordnet. Je nach gewünschter Strahlungshärte werden dazu Spannungen bis zu einigen 100 kV angelegt.

Um die Isolation solcher Röntgenröhren gegen Erde sicherzustellen, ist es üblich, sogenannte Haubeneinheiten zu bilden, die aus einem metallischen Mantel bestehen, in dessen Hohlraum die Röntgenröhre - umgeben von einem ■

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Isoliermedium, das aus Gas, aus Öl oder einem festen Stoff bestehen kann -angeordnet ist.

Für den Betrieb mit Gleichspannung sind diese Haubeneinheiten zusätzlich «it Hochspannungs-Steckdosen versehen, über die mit Hilfe von Hochspannungskabeln die Hochspannung der Röhre zugeführt wird.

Je nach Art der Röhre kann dabei die Anode mit dem metallischen Mantelteil elektrisch verbunden und geerdet sein und damit die Kathode auf einem sehr stark negativen Potential gegenüber dieser Haubenaußenwand liegen oder aber es kann der Metallmantel des Haubenteiles geerdet sein und die Anode auf eine positive und die Kathode auf eine negative Spannung gegenüber diesem Erdpotential gelegt sein. Man spricht dann von einer einpoligen oder aber von einer zweipoligen Röntgenröhre.

Im Falle, daß Röntgenröhren mit Wechselspannung betrieben werden, ist es üblich, den oder die Hochspannungstransformatoren zusammen mit der Röhre - ebenfalls in einem Isoliermedium - in diesem Haubenteil anzuordnen.

Bei solchen bekannten Vorrichtungen wird es als nachteilig empfunden, daß

a) die Haubeneinheit notwendig einen wesentlich größeren Durchmesser besitzt als die Röhre

b) die Abmessungen der Steckdosen ganz wesentlich die Abmessungen der Haubeneinheit vergrößern

c) bei ein«»m Röhrendof *»kt oder bei einem Defekt der Hochspannungszuführungen oder der Transformatoren in der Regel die gesamte Haubeneinheit demontiert werden muß und erst nach sorgfältiger Evakuierung erneut mit Isoliermediunt gefüllt werden kann, so daß ein Austausch des defekten Teiles nur in einer Service-Verkstatt erfolgen kann.

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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Röntgenröhre anzugeben, die einen einfachen Aufbau aufweist, den Aufbau von kleineren Röntgengeräten gestattet und gegebenenfalls einen Austausch von defekten Teilen am Aufstellungsort der Röntgengeräte ermöglicht.

Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die zylindrische Vakuumhülle an zumindest einer Stirnseite vakuumdicht mit einem ringförmigen Keramikring verschlossen ist, in dessen Öffnung eine Hochspannungsdurchführung und evtl. erforderliche weitere Durchführungen eingebaut sind, und daß die äußere Stirnfläche des ringförmigen Keramikteiles mit der senkrecht zur Röhrenachse stehenden Ebene den Winkel "^ bildet, der gleich oder kleiner 45 , insbesondere gleich oder kleiner 30 ist.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung wird darin gesehen, daß es die erfindungsgemäße Röntgenröhre ermöglicht, gegebenenfalls direkt am Ort ihres Einsatzes ausgetauscht zu werden. Ihr einfacher Aufbau ermöglicht eine einfache und preiswerte Herstellung der Röhre und läßt die Anwendung eines Baukastenprinzips insoweit zu, als z.B. in den äußeren Abmessungen gleiche und mit einen Großteil gleichartiger Bauteile versehene Röntgenröhren mit unterschiedlichen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten hergestellt werden können.

Die erfindungsgemäße Röhre läßt sich sowohl als einpolige, .als auch als zweipolige Röhre ausbilden. Die beschriebene Röhre läßt ferner einen Einbau zu, bei dem die zylindrische Außenwandung der Röhre direkt auf Massepotential gelegt werden kann, so daß sich das Einsetzen der Röhre in eine Haube mit Isoliermaterial erübrigt. Die erfindungsgemäße Form der isolierenden Stirnfläche gewährleistet eine gute Hochspannungsisolation und verbindet dies infolge der scheibenförmigen Ausbildung des Isolators mit dem Vorzug,

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nur wenig Bauvolumen - insbesondere nur sehr geringe Bauläncen- zu erfordern. ,

Die vorwiegend in radialer Richtung verlaufende elektrische Beanspruchung '■ läßt es bei der scheibenförmigen Ausbildung des Isolators überdies zu, die mit geschichteten Dielektriken verbundenen Probleme zu vermeiden.

An Hand der in den Figuren 1 bis 9 gezeigten Ausfiihrungsbeispiele wird die erfindungsgemäße Röhre sowie Vorrichtungen mit der erfindungsgemäßen

t Röhre nachfolgend näher beschrieben.

Die Figuren 1 bie 3 zeigen gemäß der Erfindung aufgebaute Röntgenröhren der zweipoligen Art, bei der sowohl die Anode als auch die Kathode gegenüber der metallischen Vakuurawandung isoliert sind bei gleichzeitig verkürzten Baulängen und vereinfachter Montage der erforderlichen Anschlußteile.

Die Figuren 4 bis 7 zeigen Vorrichtungen mit einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre, wie sie für den Betrieb mit Gleichspannung riee-ignet sind, während die Figuren 8 und 9 Vorrichtungen mit der erfindunrjsgemäßen Röhre zeigen, die besonders für den Betrieb mit Wechselspannung geeignet sind.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Röhren sind schematisch im Querschnitt gezeigt, dabei ist das zylindrische Mantelteil mit 1 und die keramischen Isolierscheiben an den Stirnflächen mit 2 bezeichnet. Die keramischen Ringscheiben 2 sind vakuumdicht mit dem metallischen zylindrischen Mantel 1 verbunden und stellen einen Teil der Vakuumhülle der Röhre dar. In den zentrischen Öffnungen dieser Ringscheiben 2 sind die Hochspannungszuführungen für die Anode A und die Kathode K vakuumdicht eingesetzt. Die vakuumdichten Verbindungen sind zweckmäßig als Metallkeramiklötungen ausgeführt. Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die keramischen Stirnscheiben 2 als planparallele Ringscheiben ausgebildet. Die Außenflächen

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dieser keramischen Ringscheiben gewährleisten einen sicheren hochspannungsisolierenden Anschluß weiterer Bauteile.

In den Figuren 2 und 3 sind die gleichen Teile mit den gleichen Ziffern bezeichnet, jedoch sind in Figur 2,die keramischen Stirnscheiben als kepelsturnpfmantelförmige Teile ausgebildet, wobei die äußeren Oberflächen dieser keramischen Abschlußscheiben konkav ausgebildet sind.

In Figur 3 ist eine Röhre gezeigt, bei der die kegelstumpfmantelförmigen Keramikteile konvex ausgebildet sind.

Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sollen die Winkel dieser äußeren Stirnflächen der Keramikscheiben 2 gegenüber einer senkrecht auf der Rohrenachse stehenden Ebene gleich oder kleiner 45 , insbesondere gleich oder kleiner JO sein. Es hat sich gezeigt, daß bei Einhaltung dieser gegebenen Grenzwinkel bei wesentlich kleineren Tsolationswegen als bei den üblicherweise verwendeten Hochspannungssteckern die Isolation der Hochspannung gewährleistet ist.

Die Verknüpfung der Hochspannung geschieht in der Weise, daß jeweils auf die Hochspannungszuführungen Anschlußteile aufgeschoben werden, die ebenfalls ein metallisches Mantelteil aufweisen und die Hochspannungs-Steckdosen, Kabel oder Hochspannungstransforinatoren oder andere Bauelemente - in einem Isoliermediura eingebettet - enthalten. Diese AnrchlußteiIe werden in Achsrichtung auf die Röhre aufgedrückt, wobei es besonders zweckmäßig ist, diese Oberflächen der Keramikringe 2 mit einem gewissen Winkel auszubilden, da dadurch eine verbesserte Zentrierung der Röhre erzielt wird.

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Die Anschlußteile, die auf diese Kochspannungszuführungen der Röhre aufgeschoben werden, sind mit ihrem metallischen Mantelteil mit dem metallischen zylindrischen Teil 1 der Röhre elektrisch leitend verbunden und auf Masse gelegt. Die an den äußeren Stirnflächen der Keramikrinpe 2 «nachließenden Seiten der Anschlußteile können entweder offen oder aber geschlossen sein. Handelt es sich um Anschlußteile mit offenen Anschlußseiten, so wird die offene Stirnseite des Anschlußteiles gas- oder flüssigkeitsabgedichtet an die Stirnfläche der Keramikringe 2 oder des Metallmantelteiles 1 angepreßt und dann das Innere dieser Anschlußteile mit einem Isoliergas oder Isolieröl gefüllt. Die Anschlußteile enthalten dann Kupplungen oder gegebenenfalls Transformatoren oder aber direkt die Kabel.

Handelt es sich um Anschlußteile, die in sich geschlossen sind, so weisen sie an der Stirnseite, mit der sie an die Außenfläche der Keramikringe 2 der Rohre angekuppelt werden, ebenfalls ein Isolierteil auf, dessen Oberfläche der Form der Oberfläche des Isolierteiles 2 entspricht. Beispielsweise besteht dann das Anschlußteil aus einem Metallmantel, der ebenfalls mit einer isolierenden Scheibe abgeschlossen ist. In dem Anschlußteil befinden sich die hochspannungsführenden Teile - wie bereits beschrieben - in einem Isoliermedium. Die beiden Oberflächen, die der Keramikscheibe der Röhre und der Isolierscheibe des Anschlußteiles, werden nun unter Zwischenfügung eines plastischen Isoliermediums, z.B. eines Isolierfettes, aufeinandergepreßt. Dadurch ist sichergestellt, daß sich in diesem Spalt zwischen den beiden Oberflächen der aufeinanderliegenden isolierenden Scheiben keine Luft befindet, so daß die Hochspannungsfestigkeit gewährleistet ist. Die gleiche Dichtungsart wird auch anzuwenden sein, wenn das Anschlußteil kein flüssiges oder gasförmiges Isoliermedium, sondern ein festes IsAlierraedium

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enthält. Dabei ist dann die an der Außenfläche der Keramikscheibe 2 anzupressende Oberfläche des Isoliermediums entsprechend der Form der Oberfläche der Keramikscheiben 2 der Röntgenröhre auszubilden.

Die Figur 4 zeigt nun eine Vorrichtung mit einer Röntgenröhre, wie sie in Figur 1 dargestellt ist. Die beiden Anschlußteile sind mit 3 und 4 bezeichnet. Sie weisen einen Metallmantel 6 auf sowie Kupplungsteile 5, in welche Hochspannungsstecker eingesteckt werden können. Sie sind mit einem flüssigen oder gasförmigen Medium gefüllt. Dieses Isoliermediüm 7 der beiden AnschlußteiIe 3 und 4 benetzt auch die äußere Oberfläche der Keramikscheiben 2. Durch Abdichtungsringe l4 ist sichergestellt, daß das Isoliermedium aus den Anschlußteilen 3 und *» nicht austreten kann. Der Metallmantel 6 ist elektrisch mit dem Vakuumhüllenmantel 1 der Rohre verbunden und auf Masse gelegt.

In Figur 5 ist eine ähnliche Vorrichtung dargestellt, bei welcher jedoch das Isoliermediuin 7 der Anschlußteile J und 4 durch eine feste Isolierscheibe 8 abgeschlossen ist.

In der Figur 6 ist eine Ausführung dargestellt, bei der die Anschlußteile und 4 als entsprechende Hochspannungskabelenden 9 ausgebildet sind. Auch in diesem Fall dienen wiederum die Außenflächen der Tsolierteile 2 als Partner für die hochspannungsfeste Verknüpfung mit den Anschlußteilen. Bei diesem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 sind die Kabelanschlußstücke 9 ■it einem festen Isoliermediüm ausgefüllt, und die gegenüberstehenden Flächen sind wiederum durch Zwischenfügen eines Isolierfettes hochspannungssicher verbunden.

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Die Figur 7 zeigt eine Aueführungeform, bei welcher die Anschlußteile 3 ^und die Kabelenden enthalten, wobei diese Teile einen Mntallmantel aufweisen, der mit einem flüssigen oder gasförmigen Isoliermedium 10 gefüllt ist. Diese Anschlußteile 3 "n<J 4 werden an die äußeren Stirnflächen der Keramikteile 2 angepreßt, und zwar unter Zwischenfügen von Dichtungsringen 11, so daß das flüssige oder gasförmige Isoliermedium 10 die Oberfläche der Keramikringe 2 direkt berührt. Somit ist auch hierdurch eine hochspannungssichere Verbindung gewährleistet.

In der Figur 8 ist eine Ausführungsform dargestellt, die zum Betrieb mit Wechselspannung geeignet ist. Die eigentliche Röntgenröhre mit den Teilen 1, 2, K und A ist wiederum die gleiche, wie in Figur 1 dargestellt. Die Anschlußteile 3 und 4 sind Gehäuse, die ein metallisches Wandungsteil 6 aufweisen und die mit flüssigem oder gasförmigem Isoliermedium gefüllt sind, in dem sich die beiden Hochspannungstransformatoren 12, jeweils für Kathode und Anode, befinden. Das Isoliermedium 13 benetzt wiederum direkt die äußeren Oberflächen der Keramikscheiben 2*

Die Figur 9 zeigt eine Vorrichtung ähnlich wie in Figur 8, die.sich nur dadurch unterscheidet, daß die Anschlußteile 3 ^und 4, die die Hochspannungstransfornatoren 12 enthalten, an ihren Stirnseiten ebenfalls abgeschlossen sind, so daß sie einen geschlossenen Behälter bilden, der das flüssige oder gasförmige Isoliermedium enthält. Bevorzugt besteht auch dieses Anschlußteil aus einen Metallgehäuse 6, das an der einen Stirnfläche mit einer isolierenden Scheibe l6 gas- oder flüssigkeitsdicht abgeschlossen ist. Die Außenfläche dieser isolierenden Scheibe ist der Form der Außenflächen der Keramikscheiben der Röntgenröhre angepaßt. Die beiden aufeinanderpassenden isolierenden Oberflächen werden unter Zwischenfügung eines Isolierfettes aufeinandergepreßt, wodurch die Hochspannungsisolation gewährleistet ist.

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Vir-d beispielsweise in einer Anlage, in welche eine Vorrichtung nach Figur 5_T 6 oder 9 eingebaut ist, die Röntgenröhre defekt, so kann an Ort und Stelle eine Trennung zwischen den Anschlußteilen 3 ^und ^ vorgenommen und die Röntgenröhre ausgewechselt werden.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

/ 1./Röntgenröhre mit einer zylindrischen Vakuumhülle, an deren Stirnseiten die Hochspannungszuführungen für die Anode und die Kathode angeordnet sind und die zumindest teilweise aus Metall besteht, dadurch gekennzeichnet, daß dio Vakuumhülle aus einem zylindrischen Metallteil besteht, daß zumindest an einer Stirnseite mittels eines ringförmigen Keramikteiles, in dessen Öffnung eine Hochspannungszuführung und gegebenenfalls weitere Zuführungen vakuumdicht eingesetzt sind, so vakuumdicht abgeschlossen ist, daß der Isolationsweg in vorwiegend radialer Richtung verläuft, d.h., daß die äußere Stirnfläche des ringförmigen Keramikteiles mit der senkrecht zur Röhrenachse stehenden Ebene einen Winkel ( O^) bildet, der gleich oder kleiner 45 , insbesondere gleich oder kleiner 30 ist.
2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Stirnseiten

aus gleichartig ausgebildeten ringförmigen Keramikteilen bestehen.
3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Keramikteil an seiner Außenfläche eben ausgebildet ist.
4. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Keramikteil an seiner Außenfläche schalenförmig konkav und oder konvex gewölbt ausgebildet ist.

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5. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das ringförmige Keramikteil an seiner Außenfläche konkav oder konvex und kegelstumpfförmig ausgebildet ist
6. Röntgenröhre nach einen der Ansprüche 1 bis 5i dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die in das ringförmige Keramikteil eingesetzte Hochspannungszuführung als Träger für die Kathode und/oder Anode ausgebildet ist.
7. Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des ringförmigen Keramikteiles ein Partner für eine lösbare Hochspannungeverbindung darstellt, wobei der andere Partner ein Anschlußteil ist, welches in Axialrichtnng mit der Röntgenröhre lösbar verbunden ist und mit einem Kupplungsteil für einen elektrische Spannung zuführenden Stecker oder mit einem fest verbundenen Kabel zur Spannungszuführung versehen ist.
8. Vorrichtung mit einer Röntgenröhre mit einer metallischen zylindrischen Vakuutahülle, die zumindest an einer Stirnseite mit einem vorzugsweise aus Keramik bestehenden Isolierteil abgeschlossen ist, das eine Hochspannungszuführung und gegebenenfalls andere Zuführungen aufweist, insbesondere mit einer Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein elektrische Bauteile wie Zuführungen oder Hochspannungstransformator enthaltendes Anschlußteil auf die Hochspannungszuführung aufgeschoben und lösbar an der Röntgenröhre befestigt ist, und daß die Außenfläche des Isolierteiles als Partner für eine lösbare Hochspannungsverbindung verwendet wird.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil ein in elektrischem Kontakt mit der zylindrischen Metallhülle der Röhre stehendes Metallhüllenteil aufweist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil als geschlossener, mit festem gasförmigen oder flüssigen Isoliermaterial gefüllter Behälter ausgebildet ist und an einer Stirnseite mit einer Isolierscheibe abgeschlossen ist, deren Außenfläche der Außenfläche des Isolierteiles der Röhre angepaßt ist, und daß zwischen diesen beiden Außenflächen ein isolierendes Material - wie z.B. ein Isolierfett - eingebracht ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9» dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußteil als einseitig offener Behälter ausgebildet ist, dessen Öffnung durch Befestigung des Anschlußteiles an der Röhre von der Außenfläche des Isolierteiles der Röhre abgeschlossen wird und mit einem flüssigen oder gasförmigen Isoliermaterial gefüllt wird.

'2. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Röntgenröhre auf beiden Stirnseiten ein Isolierteil aufweist und an beiden Stirnseiten ein Anschlußteil lösbar befestigt ist.

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