DE3926752C2

DE3926752C2 - Rotoranordnung für eine Drehanode in einer Röntgenröhre

Info

Publication number: DE3926752C2
Application number: DE3926752A
Authority: DE
Inventors: Albert F Fengler; Paul Xu Ming-Wei; Steven Tavoletti; Thomas J Koller; Raymond A Daly
Original assignee: Varian Associates Inc
Current assignee: Varian Medical Systems Inc
Priority date: 1988-08-15
Filing date: 1989-08-12
Publication date: 2000-01-27
Anticipated expiration: 2009-08-13
Also published as: JPH02139840A; US4969172A; JP2766896B2; FR2637733A1; DE3926752A1

Description

Erfindung bezieht sich auf eine Rotoranordnung für eine Drehanode in einer Röntgenröhre mit luftleerer Hülle, wobei die Rotoranordnung folgende Teile aufweist: ein hohles, sich axial erstreckendes Gehäuse, das in der Hülle angeordnet ist und mit einem Ende an dieser befestigt ist, eine sich axial in dem Gehäuse erstreckende Welle, deren erstes Ende aus dem anderen Ende des Gehäuses heraus ragt, ein Paar im Abstand voneinander angeordnete Lager, die zwischen der Welle und dem Gehäuse zur drehbaren Lagerung der Welle in dem Gehäuse angeordnet sind, ein Anschlußstück an dem ersten Ende der Welle, einen ringförmigen Einsatz, der eine gerade axial verlaufende zylindrische Bohrung aufweist, abnehmbar mit dem Anschlußstück verbunden ist und einen äußeren Randbereich aufweist, eine rohrförmige Rotorschürze, die koaxial über Abschnitten des Gehäuses angeordnet und mit seinem einen Ende mit dem äußeren Randbereich des Einsatzes verbunden ist, einen länglichen Schaft, der an seinem einen Ende zur Halterung einer Drehanode und an seinem anderen Ende zur koaxialen Halterung in dem ringförmi gen Einsatz ausgebildet ist. Eine solche Rotoranordnung ist bereits aus der EP 0 138 042 A1 bekannt.

Diese Aufgabe wird durch eine Rotoranordnung der eingangs genannten Art (Ober begriff des Anspruches 1) durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 enthaltenen Merkmale gelöst, also im Prinzip dadurch, daß eine zusätzliche Buchse zwischen dem ringförmigen Einsatz und dem länglichen Schaft vorgesehen ist, die einerseits mit dem ringförmigen Einsatz verschweißt ist und andererseits mit dem Schaft durch eine Hartlotverbindung verbunden ist. Hierdurch ist es möglich, die Materialien bezüglich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten zu optimieren.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Der Schaft für die Drehanode ist also mit einer koaxialen Ankeranordnung mittels zweier dazwischen angeordneter Koaxialglieder befestigt. Das erste Glied weist eine geringere Ringfläche auf, die durch eine Hartlotverbindung mit einem Schaft verbunden ist, sowie eine äußere Zylinderfläche, die durch eine Schweißverbindung an dem zweiten Glied befestigt ist. Das zweite Glied ist mit einem äußeren Grenzbereich an der Ankeranordnung befestigt. Das erste Glied besteht vorzugs weise aus einem Material mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der eng an den linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Schaftes angepaßt ist. Das zweite Glied besteht vorzugsweise aus einem Material mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der enger an den linearen Wärmeaus dehnungskoeffizienten der Ankeranordnung angepaßt ist als an den linearen Wär meausdehnungskoeffizienten des Materials des Schaftes. Das Ergebnis ist, daß die größte thermische Abweichung und die größten Wärmespannungen zwischen dem ersten und dem zweiten Glied an der Schweißstelle auftreten, die eine größere Festigkeit hat und besser in der Lage ist, diesen maximalen Wärmespannungen standzuhalten als die Hartlotverbindung zwischen dem ersten Glied und dem Schaft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Grundriß, teilweise im Axialschnitt, einer Röntgenröhre mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 1A einen vergrößerten, axialen Schnitt eines Teils des Rotoraufbaus entsprechend dem eingekreisten Teil 1A-1A der Fig. 1;

Bei solchen konventionellen Röntgenröhren mit Drehanode ist innerhalb eines rohrförmigen Mantels in Querrichtung eine scheibenförmige Drehanode mit einem äußeren Ringbereich vorgesehen, der Brennfläche genannt wird. Die Brennfläche besteht aus einem Röntgenstrahlen emittierenden Material und hat eine radial abfallende Oberfläche mit einem Brennpunktbereich, der sich ausgerichtet im Abstand zu einer Elektronen emittierenden Kathode befindet. Die von der Kathode emittierten Elektronenstrahlen treffen auf den ausgerichteten Brennpunktbereich auf, dringen in das darunter liegende Material der Brennfläche ein und erzeugen Röntgenstrahlen, die von dem Brennpunktbereich ausgesandt werden. Da der größte Teil der auf den Brennpunktbereich auftreffenden Elektronenenergie in Wärme umgewandelt wird, wird diese Wärme aufgrund der Rotation der Drehanode zwecks dauernder Veränderung des Bereichs der Brennfläche im Brennpunktbereich verteilt und durch Strahlung durch den Mantel der Röntgenröhre nach außen abgegeben.

Die Drehanode wird von einer Rotoranordnung getragen, die drehbar gelagert ist und einen in axialer Richtung sich erstreckenden Schaft aufweist, dessen einer Endabschnitt mit der Mitte der Drehanode verbunden ist. Der Schaft hat norma lerweise einen minimalen Querschnitt, um die Wärmeleitung zur Rotoranordnung zu minimieren. Der entgegengesetzte Endabschnitt des Schaftes ist normalerweise durch Hartlöten mit einem geschlossenen Ende einer rohrförmigen Rotorschürze verbunden, die auf einer Rotorwelle mittels Lager drehbar gelagert ist (siehe hierzu auch DE 29 15 418 A1).

Es führte jedoch zu Schwierigkeiten, zwischen dem geschlossenen Ende der Rotor schürze und dem daneben liegenden Endabschnitt des Schaftes eine Hartlotver bindung herzustellen, die ausreichend fest und dauerhaft ist, um den während der Rotation der Drehanode auftretenden Spannungen zu widerstehen. Es wurde gefun den, daß nach einer unerwartet kurzen Zeit sich die Hartlotstelle löst und bricht, wodurch die Drehanode eine Unwucht enthält und dabei den Röhrenmantel beschä digen kann. Diese Unwucht bei der Rotation der Drehanode kann außerdem die Lager der Rotorwelle in Mitleidenschaft bringen und eventuell dauernd beschädigen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Festigkeit der Rotoranordnung zu verbessern und die insbesondere durch Wärmespannungen zwischen durch eine Hartlotverbindung verbundenen Teilen auftretenden Probleme zu vermeiden.

Fig. 2 einen Axialschnitt durch eine Buchse entsprechend der Fig. 1A nach einer Plattierung; und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch die plattierte Buchse nach Fig. 2, jedoch mit darin eingesetztem Rotorschaft nach Fig. 1 zur Vorbereitung des Hartlötens.

In Fig. 1 ist eine Röntgenröhre 10 gezeigt, die eine Drehanode 60 und einen röhrenförmigen Mantel 12 aus dielektrischem Material, zum Beispiel bleifreiem Glas, aufweist. Der Mantel 12 hat einen einspringenden Endabschnitt 14, der am Umfang gegenüber einem zylindrischen Endabschnitt eines Kathodenträgers 16 bekannten Aufbaus abgedichtet ist, durch den eine Mehrzahl von Kathodenleitungen 18 herme tisch abgedichtet in den Mantel 12 verlaufen. Der Kathodenträger 16 erstreckt sich axial innerhalb des Mantels 12 und ist mit einem inneren Ende an einen nahen Endbereich eines hohl ausgebildeten, freitragenden Armes 20 bekannter Form befestigt, durch den die Kathodenleiter 18 hindurchgeführt sind. Der freitragende Arm 20 trägt auf seinem entfernten Endabschnitt eine Elektronen emittierende Kathode 22 bekannter Art, an die die Kathodenleiter 18 elektrisch angeschlossen sind. Die Kathodenleiter 18 sind in der Lage, einen Heizstrom durch die Elektronen emittierende Kathode 22 zu schicken und die Kathode gegenüber elektrischer Masse auf Kathodenpotential zu halten.

Der Mantel 12 weist weiterhin einen einspringenden Endabschnitt 24 auf der anderen Seite auf, dessen Umfang gegenüber einem Endabschnitt eines axial an geordneten Kragens 26 aus Kovar-Material (Warenzeichen der Fa. Westinghouse für eine Einschmelzlegierung aus 54% Eisen, 29% Nickel und 17% Cobalt) abgedichtet ist. Der Kragen 26 ist mit seinem gegenüberliegenden Endabschnitt umfangsmäßig an einem festen Endabschnitt eines tassenförmigen Gehäuses 28 befestigt, das aus festem, magnetisch leitendem Material besteht, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Der feste Endabschnitt des tassenförmigen Gehäuses 28 ist integral mit einem daneben liegenden Ende eines Anodenanschlußpfostens 30 verbunden, der sich axial aus dem einspringenden Abschnitt 24 heraus aus dem Mantel 12 erstreckt. Auf diese Weise bildet der Anschlußpfosten 30 ein Mittel, die Anodenstruktur der Röhre 10 zu kühlen und diese gegenüber elektrischem Massepotential auf Anodenpotential zu halten.

Das Gehäuse 28 erstreckt sich innerhalb des Mantels 12 in Axialrichtung und weist ein gegenüberliegendes offenes Ende auf, um zwecks Montage einen Zugriff zum Inneren des Gehäuses 28 zu haben. Innerhalb des tassenförmigen Gehäuses 28 und neben dem geschlossenen Ende ist ein erstes Kugellager 32 vorgesehen, das mit einem ringförmigen Schulterabschnitt des Gehäuses 28 in axial ausgerichteter, an grenzender Beziehung steht. Das Kugellager 32 weist einen axialen Abstand von einem entsprechend ausgerichteten zweiten Kugellager 34 auf, und zwar wird dieser Abstand durch eine dazwischen angeordnete Abstandshülse 36 hergestellt, die aus einem festen Material mit hoher magnetischer Permeabilität besteht, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Die Kugellager 32 und 34 und die dazwischen angeordnete Abstandshülse 36 werden durch eine Mehrzahl von Einstellschrauben 38 in axialem Abstand gegenüber dem ringförmigen Schulterabschnitt des Gehäuses 28 gehalten. Die Einstellschrauben 38 sind in entsprechenden Gewinde bohrungen gehalten, die sich radial durch die axiale Wand des tassenförmigen Gehäuses 28 erstrecken und ragen aus deren Innerem neben dem freiliegenden Ende des zweiten Kugellagers 34 heraus.

Die Kugellager 32 und 34 dienen der axialen Drehlagerung einer umschlossenen Drehwelle 40, die aus festem, nicht magnetischem Material besteht, wie zum Beispiel gehärtetem Werkzeugstahl. Die Drehwelle 40 erstreckt sich axial aus dem offenen Ende des Gehäuses 28 heraus und endet daneben in einer ringförmigen Schulter, die einen Endabschnitt 42 der Drehwelle 40 mit reduziertem Durchmesser bildet. Mit dem Endabschnitt 42 reduzierten Durchmessers ist, zum Beispiel durch Verschweißen, ein scheibenförmiges Anschlußstück 44 vorgesehen. Dieses Anschlußstück 44 ist an einem axial ausgerichteten, ringförmigen Einsatz 46 durch eine Mehrzahl von Schrauben befestigt, die sich axial durch entsprechende Bohrun gen im Einsatz 46 erstrecken. Die Schrauben 48 sind in entsprechend ausgerichtete Bohrungen des Anschlußstückes 44 eingeschraubt, bis dieser fest gegen die entsprechende Fläche des Einsatzes 46 gezogen wird. Der Einsatz 46 weist einen äußeren Randbereich auf, an dem umfangsmäßig, zum Beispiel durch Schweißen, ein angrenzender Endabschnitt einer rohrförmigen Rotorschürze 50 befestigt ist. Die Schürze 50 ist radial im Abstand und in koaxialer Beziehung zu dem Gehäuse 28 angeordnet und besteht aus festem, magnetisch leitfähigem Material, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl. Das kaltgewalzte Material der Rotorschürze 50 ist an dem gehärteten Werkzeugstahl der Drehwelle 40 mittels des ringförmigen Einsatzes 46, der Schrauben 48 und des Anschlußstückes 44 befestigt.

Dementsprechend sind also das Anschlußstück 44, die Schrauben 48 und der ringförmige Einsatz 46 thermisch aufeinander abgestimmt, indem sie aus dem gleichen Eisen-Chrom-Nickel-Legierungsmaterial bestehen, wie zum Beispiel dem Material "Hastelloy X", hergestellt durch Haynes International, Kokoma, Indiana, USA. Dieses Material hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 151 × 10^-7 pro °C. Das Material "Hastelloy X" ist außerdem thermisch kompatibel mit dem kaltgewalzten Stahl der Schürze 50, das einen linearen Wärmeaus dehnungskoeffizienten von 135 × 10^-7 pro °C hat. An der Rotorschürze 50 ist, zum Beispiel durch Diffusionskleben, an der Außenfläche eine rohrförmige Hülse 52 aus elektrisch leitendem Material, zum Beispiel Kupfer, befestigt, mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 171 × 10^-7 pro °C. Die Schicht 52 aus Kupfer ist gegenüber dem kaltgewalzten Stahlmaterial der Schürze 50 genügend dünn gehalten, um auf die tragende Rotorschürze 50 keinen nachteiligen thermi schen Einfluß auszuüben.

Die Hülse 52 und die Rotorschürze 50 bilden eine drehbare Ankeranordnung eines Wechselstrom-Induktionsmotors, der eine Statoranordnung (nicht gezeigt) aufweist, die außerhalb des Mantels 12 die Rotorschürze 50 umschließend angeordnet ist. Hierdurch kann die Schürze 50 durch in der Kupferhülse 52 elektromagnetisch induzierte Ströme in Drehung versetzt werden und bewirkt über den ringförmigen Einsatz 46, die Schrauben 48 und das Anschlußstück 44 eine Rotation der Drehwelle 40 in den Kugellagern 32 und 34. Durch Ausbildung der Rotorschürze 50 und des Gehäuses 28 aus magnetisch leitendem Material, wie zum Beispiel kaltgewalztem Stahl, ist es möglich, die Magnetfelder des Induktionsmotors zu verstärken und die Ankeranordnung auf einer vorbestimmten Drehzahl zu halten, auch wenn diese eine verhältnismäßig schwere Drehanode 60 in Drehung versetzen muß.

Die Innenfläche des ringförmigen Einsatzes 46 ist umfangsmäßig durch Ver schweißen, inbesondere Elektronenstrahlschweißen, an einer äußeren Zylinderfläche einer Buchse 54 befestigt, deren Innenfläche mit einem Innengewinde versehen ist, wie insbesondere Fig. 1A zeigt. Die Buchse 54 besteht aus einer Eisen-Kobalt- Nickel-Legierung, wie zum Beispiel "Incoloy 909" der Firma Inco Alloys Inter national, Inc., Huntington, West Virginia, USA. Diese Legierung enthält einen kleinen Prozentsatz Titan, zum Beispiel weniger als 2 Gewichts-%. Das Material "Incoloy 909" der Buchse 54 hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 108 × 10^-7 pro °C, und ist thermisch kompatibel mit dem Material "Hastelloy X" des ringförmigen Einsatzes 46. Es soll jedoch erwähnt werden, daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient von "Incoloy 909" um 43 Einheiten pro °C von dem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials "Hastelloy X" des Einsatzes 46 abweicht, das - wie bereits erwähnt - einen linearen Wärmeausdehungs koeffizienten von 151 ×10^-7 pro °C hat.

In die Buchse 54 ist der mit einem Gewinde versehene Endabschnitt eines drehbaren Schaftes 56 eingeschraubt, der zusätzlich durch Hartlöten darin gesichert ist. Um den Wärmefluß durch Wärmeleitung in die Ankeranordnung zu beschränken, ist der Schaft 56, der die Drehanode 60 trägt, mit einem minimalen Querschnitt ausgebildet. Der Schaft 56 besteht im allgemeinen aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, zum Beispiel Molybdän. Bei kürzlich entwickelten Rotoranord nungen ist der Schaft 56 zum Beispiel aus einer Molybdänlegierung hergestellt, zum Beispiel aus TZM-Material, das etwa 99% Molybdän mit Bruchteilen von Prozenten an Titan und Zirkonium enthält. Das TZM-Material hat eine größere Festigkeit als Molybdän und ist leichter zu bearbeiten, wenn auf den Endabschnitt des Schaftes 56, der in die Buchse 54 eingeschraubt ist, ein Außengewinde angebracht wird. Das TZM-Material hat einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten der etwa gleich demjenigen von Molybdän ist, daß heißt, etwa 104 × 10^-7 pro °C. Dement sprechend ist das Molybdän- oder TZM-Material des Schaftes 56 thermisch kom patibel mit dem Material "Incoloy 909" der Buchse 54, das - wie bereits erwähnt - einen Wert von etwa 108 × 10^-7 pro °C hat.

Der gegenüberliegende Endabschnitt des Schaftes 56 ist mit einem Ringflansch 58 versehen, der die quer angeordnete Drehanode 60 mit Kegelstumpfform trägt. Die Drehanode 60 weist einen Zentralabschnitt auf, durch den ein mit Gewinde ver sehener Endabschnitt des Schaftes 56 hindurchreicht und mit einer Sechs kantmutter 62 zur Befestigung der Drehanode 60 an dem Schaft 56 versehen ist. Die Drehanode 60 hat einen äußeren Grenzabschnitt mit einer Brennfläche 64, die aus Röntgenstrahlen emittierendem Material besteht, zum Beispiel aus Wolfram oder einer Wolframlegierung. Die Brennfläche 64 ist radial abfallend ausgebildet mit einem Brennpunktbereich 66, der sich in axialer Ausrichtung im Abstand zu der Elektronen emittierenden Kathode 22 befindet.

Im Betrieb werden an die Kathode 22 und die Drehanode 60 geeignete elektrische Potentiale angelegt, um die aus der Kathode 22 austretenden Elektronen elektro statisch in Form eines Elektronenstrahls auf den Brennpunktbereich 66 der Brenn fläche 44 zu leiten. Der Elektronenstrahl schlägt auf den Brennpunktbereich 66 mit ausreichender kinetischer Energie auf und dringt in das darunter liegende, Röntgen strahlen emittierende Material der Brennfläche 44 ein und erzeugt Röntgenstrahlen, die von dem Brennpunktbereich 66 ausgehen. Der größte Anteil der Elektronen energie wird jedoch in Wärme umgewandelt, die das Röntgenstrahlen emittierende Material der Brennfläche 64 im Brennpunktbereich 66 beschädigen können. Die Drehanode 60 läuft mit geeigneter Drehzahl um, zum Beipiel mit bis zu 10000 Umdrehungen pro Minute, um den Abschnitt der Brennfläche 64 im Brennpunkt bereich 66 kontinuierlich zu verändern. Die in Abschnitten der Brennfläche 64 erzeugte Wärme, die aus dem Brennpunktbereich 66 herausgedreht wird, wird in dem Material der Röntgenstrahlen aussendenden Drehanode 60 gespeichert und vorzugsweise durch Strahlung durch den Mantel 12 der Röntgenröhre 10 abgeleitet.

Unabhängig von den Vorkehrungsmaßnahmen in Verbindung mit dem Schaft 56 zum Schutz der Ankeranordnung und insbesondere der Kugellager 32 und 34 ge gen Beschädigung durch zu große Wärme, gelangt ein Teil der in der Drehanode 60 gespeicherten Wärme durch Wärmeleitung über den Schaft 56 in die Ankeranord nung. Die dadurch resultierenden Wärmespannungen in der Ankeranordnung treten normalerweise in der hartgelöteten Verbindung zwischen dem Schaft 56 und der Ankeranordnung auf wegen der Unterschiede in den entsprechenden linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten. Wie aus der nachstehenden Tabelle hervorgeht, treten die größten Wärmespannungen jedoch an der Schweißverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Einsatz 46 auf, und nicht zwischen der Hartlotverbindung zwischen dem Schaft 56 und der Buchse 54.

Auf diese Weise hat die beschriebene Rotorstruktur eine größere Lebensdauer als Rotorstrukturen der bisher bekannten Art, da die maximalen Wärmespannungen an einer geschweißten Verbindungsstelle auftreten, die fester ist als eine hartgelötete Verbindung. Das Material "Hastelloy X" des Einsatzes 46 und das Material "Incoloy 909" der Buchse 54 haben eine größere strukturelle Festigkeit als das TZM-Material des Schaftes 56, und sind somit in der Lage, besser solchen maximalen thermi schen Spannungen zu widerstehen.

Um eine besser haltbare Hartlotverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56 zu erzielen, weisen das Innengewinde der Buchse 54 und das Außengewinde des Schaftes 56 solche Durchmesser auf, daß sich zwischen beiden ein Zwischen raum befindet, wenn der Schaft 56 in die Buchse 54 eingeschraubt wird, wie insbesondere aus Fig. 1A hervorgeht. Dieser Zwischenraum hat eine Breite im Bereich von 0,05 bis 0,02 mm und sorgt für die notwendige Kapillarwirkung zur Sicherstellung, daß das Hartlot zwischen den Gewindeflächen von einem Ende bis zum entgegengesetzten Ende der Buchse 54 fließt, um die Hartlotverbindung herzustellen. Während des Betriebes der Röntgenstrahlenröhre werden thermische Spannungen, die zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56 auftreten, zum Beispiel aufgrund geringer Differenzen in der thermischen Ausdehnung, dadurch abgebaut, daß sie sich über den mit Hartlot gefüllten gesamten Zwischenraum verteilen. Der Zwischenraum ist genügend gering, so daß die Hartlotverbindung in der Lage ist, die beiden ineinander geschraubten Flächen der Buchse 54 und des Schaftes 56 in fester Verbindung miteinander zu halten. Andererseits ist der Zwischenraum genügend groß, so daß die Hartlotverbindung in der Lage ist, thermische Spannungen abzubauen und somit ein Überdehnen der Hartlotver bindung zu verhindern, die sonst zu einem Brechen der Hartlotverbindung führen könnte.

Es wurde außerdem festgestellt, daß für den Fall, daß das Hartlot einen Schmelz punkt oberhalb 1150°C hat, die Molybdän-Komponente des TZM-Materials, das den Schaft 56 bildet, die Tendenz hat, sich mit einer Metallkomponente des Hartlots zu verbinden und ein intermetallisches Verbindungsmaterial zu ergeben, das sehr spröde ist und zu einem Brechen der Hartlotverbindung führen kann. Hat das Hartlot jedoch einen Schmelzpunkt unterhalb 900°C, so kann die daraus resultierende Hartlotverbindung während des Betriebes der Röhre weich werden und somit den mechanischen Spannungen an der Hartlotverbindungsstelle nicht mehr widerstehen, wenn die Drehanode 60 mit verhältnismäßig hoher Drehzahl rotiert. Aus diesem Grunde wurde das Hartlot zum Füllen des Zwischenraumes zwischen den ent sprechenden Gewindeflächen der Buchse 54 und dem Schaft 56 derart ausgewählt, daß es aus einer Nickellegierung besteht, die einen Schmelzpunkt im Bereich von 1000-1100°C hat. Zum Beispiel wurde ein Hartlot-Material gefunden, das aus einer Nickel-Gold-Palladium-Legierung besteht, die eine Verflüssigungstemperatur von 1037°C und eine Erstarrungstemperatur von etwa 1005°C aufweist. Dieses Material wurde als besonders geeignet gefunden, die Hartlotverbindung zwischen den entsprechenden Gewindeflächen der Buchse 54 und dem Schaft 56 herzustel len. Die Nickelkomponente des Hartlots führt zu einer strukturell festen Verbindung, und die dazugehörige Verflüssigungstemperatur von 1037°C liegt gut in dem spezifizierten Bereich der Schmelztemperaturen zur Minimierung der Gefahr von Nickel-Molybdän-Intermetall-Verbindungen, die sich während des Hartlotvorgangs oder während der nachfolgenden thermischen Zyklen beim Betrieb der Röhre 10 bilden können.

Es wurde außerdem gefunden, daß während des Hartlotvorgangs das verflüssigte Hartlot die innere Fläche der Buchse 54 mit dem Innengewinde nicht voll benetzt. Als Resultat ergibt sich, daß das Innengewinde der Buchse 54 mit dem Außen gewinde des Schaftes 56 durch eine unvollständige Hartlotverbindung verbunden würde, die während des Betriebes der Röhre weich werden und brechen könnte. Bei einer Untersuchung wurde gefunden, daß während der Heizphase des Hartlotvorgangs die Titankomponente des Materials "Incoloy 909" an der Innenfläche der Buchse 54 sich mit dem Sauerstoff verband und Titanoxid bildete. Dieses Titanoxid war die Ursache, die verhinderte, daß das flüssige Hartlot die innere Ringfläche der Buchse 54 voll benetzen konnte.

Wie Fig. 2 zeigt, wurde dieses Problem dadurch gelöst, daß die innere Ringfläche der Buchse 54 vor dem Hartlotvorgang mit einer Sperrschicht 70 aus im wesentli chen reinem Nickel versehen wurde, die von einem Ende bis zum entgegen gesetzten Ende der Buchse 54 reicht. Die Sperrschicht 70 hat eine Stärke im Bereich von 0,018 bis 0,023 mm, wodurch die thermischen Eigenschaften der Buchse 54 nicht verändert werden. Der Gewindebereich der Buchse 54 endet neben einem Ende an einer ringförmigen Schulter 68, die den Gewindebereich mit einem Endabschnitt 72 der Buchse mit größerem Durchmesser integral verbindet. Außer dem endet der Gewindebereich der Buchse 54 neben dem anderen Ende in einer ringförmigen Schulter 74, die den Gewindebereich mit einer Verlängerung 76 der Buchse mit größerem Durchmesser integral verbindet. Die Sperrschicht 70 aus im wesentlichen reinem Nickel kann auf die gesamte innere Ringfläche der Buchse 54 auf geeignete Weise aufgebracht werden, zum Beispiel durch ein galvanisches Verfahren.

Wie Fig. 3 zeigt, ist nach Abschluß des Galvanisierungsvorgangs der mit Gewinde versehene Endabschnitt des Schaftes 56, der in einer nach außen sich erstrecken den ringförmigen Schulter 78 endet, in den Endabschnitt 72 der Buchse 54 eingesetzt worden. Der mit einem Außengewinde versehene Endabschnitt des Schaftes 56 greift in den mit einem Innengewinde versehenen Abschnitt der Buchse 54 ein und wird solange eingeschraubt, bis die ringförmige Schulter 78 des Schaftes 56 auf der ringförmigen Schulter 68 der Buchse 54 aufliegt. Diese vormontierte Einheit wird dann umgedreht, und es werden Ringe 80 aus Hartlot, wie zum Beispiel eine Nickel-Gold-Palladium-Legierung, in die Verlängerung 76 der Buchse 54 mit dem größeren Durchmesser eingesetzt und durch die ringförmige Schulter 74 gehalten. Während des nachfolgenden Hartlotvorgangs werden die Ringe 80 aus Hartlot aufgeheizt auf eine Schmelztemperatur im Bereich von 1000- 1100°C, zum Beispiel auf 1037°C. Als Ergebnis fließt das verflüssigte Hartlot durch Kapillarkraft und mit Hilfe der Schwerkraft in den Zwischenraum zwischen den entsprechenden Gewinden der Buchse 54 und des Schaftes 56, der eine Breite von 0,05 bis 0,2 mm hat. Somit füllt das verflüssigte Hartlot den Zwischenraum von einem Ende bis zum entgegengesetzten Ende der Buchse 54 aus und verbindet sich mit dem im wesentlichen reinen Nickel der Sperrschicht 70 auf der inneren Ringfläche der Buchse 54. Die sich ergebende Legierung aus Hartlot und der Sperr schicht benetzt die nebeneinander liegenden Flächen der Buchse 54 und des Schaf tes 56 und formt nach dem Abkühlen eine feste und dauerhafte Hartlotverbindung.

Wie Fig. 1A zeigt, befindet sich nach dem Hartlotvorgang zwischen dem Außengewinde-Endabschnitt des Schaftes 56 und der Innengewindefläche der Buchse 54 eine Verriegelungsschicht 82, die aus einer Legierung von Hartlot und dem Material der Sperrschicht 70 besteht. Diese Verriegelungsschicht 82 erstreckt sich zwischen den ringförmigen Schultern 68 und 78 der Buchse 54 und des Schaftes 56 und endet am daneben liegenden Ende der Buchse 54. Die Ver längerung 76 der Buchse 54 wird abgedreht, um eine im wesentlichen ebene Endfläche 84 zu erzielen, die im wesentlichen mit der Unterfläche des ringförmigen Einsatzes 46 und der Endfläche des Schaftes 56 auf gleicher Höhe liegt. Somit kann die Verriegelungsschicht 82 neben der Endfläche 84 der Buchse 54 in einer Ausrundung 86 enden, die an der ringförmigen Schulter 74 der Buchse 54 und dem daneben liegenden Endabschnitt des Schaftes 56 klebt. Somit verklebt die Verriegelungsschicht 82 die gesamte innere Ringfläche der Buchse 54 mit dem umgebenden Endabschnitt des Schaftes 56. Das im wesentlichen reine Nickel- Material der Sperrschicht 70 verbindet sich mit dem Nickellegierungs-Material der Hartlotringe 80 und führt zu einer resultierenden Verriegelungsschicht 82 mit der entsprechenden Festigkeit zum Widerstehen thermischer und mechanischer Span nungen, die während des Betriebes der Röhre 10 in der Hartlotverbindung auftreten.

Außerdem gibt die Verriegelungsschicht 82 der Hartlotverbindung eine Dauerhaftig keit, die ausreicht, daß die Drehanode 60 mit verhältnismäßig hohen Drehzahlen ro tieren kann, wie zum Beispiel mit 10000 Umdrehungen pro Minute, und somit eine verhältnismäßig lange Lebensdauer der Röhre gewährleistet, zum Beispiel für mehr als 35000 Belichtungen.

Es wurde somit eine Rotoranordnung für eine Röntgenröhre vorgeschlagen, die eine Ankeranordnung aufweist mit einer Rotorschürze 50, die drehbar mittels eines ringförmigen Einsatzes 46 und einer Buchse 54 mit dem Schaft 56 der Drehanode 60 verbunden ist. Die Buchse 54 weist eine innere Ringfläche auf, die mittels einer Hartlotverbindung mit dem Schaft 56 verbunden ist, und deren äußere Zylinder fläche durch eine Schweißverbindung an dem ringförmigen Einsatz 46 befestigt ist, deren äußerer Grenzabschnitt wiederum an der Rotorschürze 50 befestigt ist. Die Buchse 54 besteht aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient demjenigen des Material des Schaftes 56 angepaßt ist, während der Einsatz 46 aus einem Material besteht, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient zu dem Material der Rotorschürze 50 in engere Beziehung gesetzt ist als zu dem Material der Buchse 54. Hierdurch treten die stärksten Wärmespannungen an der verhältnismäßig festen Schweißstelle zwischen dem Einsatz 46 und der Buchse 54 auf und nicht an der Hartlotverbindung zwischen der Buchse 54 und dem Schaft 56. Darüber hinaus enthält die beschriebene Ankeranordnung eine Hartlotverbindung bezüglich der Buchse 54, bei der die innere Ringfläche mit einer Sperrschicht 70 versehen ist, die aus eine Oxidation verhinderndem Material besteht, das sich mit dem Hartlotmateri al legiert, um eine Verriegelungsschicht zu bilden, die die Buchse 54 und den Schaft 56 miteinander verklebt.

Claims

1. Rotoranordnung für eine Drehanode in einer Röntgenröhre mit luftleerer Hülle (12), wobei die Rotoranordnung folgende Teile aufweist:

1. ein hohles, sich axial erstreckendes Gehäuse (28), das in der Hülle (12) angeordnet ist und mit einem Ende an dieser befestigt ist,
2. eine sich axial in dem Gehäuse (28) erstreckende Welle (40), deren erstes Ende aus dem anderen Ende des Gehäuses (28) herausragt,
3. ein Paar im Abstand voneinander angeordnete Lager (32, 34), die zwischen der Welle (40) und dem Gehäuse (28) zur drehbaren Lagerung der Welle in dem Gehäuse angeordnet sind,
4. ein Anschlußstück (44) an dem ersten Ende der Welle (40),
5. einen ringförmigen Einsatz (46), der eine gerade, axial verlaufende, zylin drische Bohrung aufweist, abnehmbar mit dem Anschlußstück (44) ver bunden ist und einen äußeren Randbereich aufweist,
6. eine rohrförmige Rotorschürze (50), die koaxial über Abschnitten des Ge häuses (28) angeordnet und mit seinem einen Ende mit dem äußeren Rand bereich des Einsatzes (46) verbunden ist,
7. einen länglichen Schaft (56), der an seinem einen Ende zur Halterung einer Drehanode (60) und an seinem anderen Ende zur koaxialen Halterung in dem ringförmigen Einsatz (46) ausgebildet ist,

dadurch gekennzeichnet,

1. daß eine zusätzliche Buchse (54) vorgesehen ist, die in enger Passung in die gerade, axial verlaufende, zylindrische Bohrung des ringförmigen Einsatzes (46) eingesetzt ist und eine gerade verlaufende, zylindrische Außenfläche und eine koaxiale Bohrung mit Innengewinde aufweist, in die der mit einem Außengewinde versehene, längliche Schaft (56) eingeschraubt ist, und
2. daß zwischen der Buchse (54) und dem ringförmigen Einsatz (46) eine Schweißverbindung und zwischen der Bohrung der Buchse (54) und dem anderen Ende des Schaftes (56) eine Hartlotverbindung vorgesehen ist.

2. Rotoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft (56) aus einer überwiegend aus Molybdän bestehenden Legierung mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 104 × 10^-7 pro °C besteht und thermisch an die Buchse (54) angepaßt ist, die aus einer Eisen-Kobalt-Nickel-Legierung mit einem linearen Wärmeausdehnungs koeffizienten von etwa 108 × 10^-7 pro °C besteht.

3. Rotoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hartlotverbindung ein Lot mit einem Schmelz punkt zwischen 1000°C und 1100°C aufweist.

4. Rotoranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Einsatz (46) aus einer Eisen-Chrom- Nickel-Legierung mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von etwa 151 × 10^-7 pro °C besteht.

5. Rotoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende der rohrförmigen Rotorschürze (50) aus magnetisch leitendem Stahl mit einem linearen Wärmeausdehnungskoeffizien ten von 135 × 10^-7 pro °C besteht und mit dem äußeren Randbereich des Ein satzes (46) durch Diffusionskleben fest verbunden ist.

6. Rotoranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Buchse (54) in der koaxialen Bohrung mit einer Sperrschicht (70) aus im wesentlichen reinem Nickel und einer Stärke von etwa 0,018 bis 0,023 mm versehen ist.