DE19612220A1

DE19612220A1 - Vacuum housing for an X=ray tube

Info

Publication number: DE19612220A1
Application number: DE19612220A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Dr Ing Lenz
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1995-09-28
Filing date: 1996-03-27
Publication date: 1997-04-03

Abstract

The vacuum housing (1) for an X-ray tube is made of a two-layered compound material, at least within the wall region adjacent to the focal spot (BF), in order to reduce (during operation of the tube) the thermally produced tensile stresses on its outer surface. The inner layer (10) of this material has a coefficient of thermal expansion which is smaller than that of the material of the outer layer. Also claimed is a method for producing such a housing. Accordingly, the inner layer is attached or produced by welding, soldering or plating. Under-powder or explosive plating processes are used.

Description

Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse für eine Röntgen röhre.The invention relates to a vacuum housing for an X-ray tube.

Insbesondere bei platzsparend aufgebauten Drehanoden-Röntgen röhren kann es in der Nähe des Brennfleckes zu thermoschock artigen Belastungen des Vakuumgehäuses kommen. Diese Bela stungen resultieren aus der Sekundärelektronenwolke, die sich mit Beginn des Röhrenstromes zentrisch vom Brennfleck aus ausbreitet. Die Gesamtenergie der Sekundärelektronenwolke be trägt je nach elektrischer Feldstärke und elektrischer Be schaltung der Röntgenröhre mit elektrischen Dämpfungswider ständen und dgl. wenigstens 10%, unter Umständen über 20%, der Energie des Primärelektronenstrahles. Die Energiedichte der Sekundärelektronenwolke kann beim Auftreffen auf die In nenseite der Vakuumhülle so hoch sein, daß zwischen der ge kühlten Außenseite des Vakuumgehäuses und der Innenseite des Vakuumgehäuses eine Temperaturdifferenz auftritt, die je nach Wanddicke des Vakuumgehäuses durchaus in der Größenordnung von 80 bis 120°C und darüber liegen kann.Especially with a space-saving rotating anode X-ray tubes near the focal spot can cause thermal shock like loads on the vacuum housing. This Bela stungen result from the secondary electron cloud, which itself with the start of the tube stream, centered from the focal spot spreads. The total energy of the secondary electron cloud depending on the electrical field strength and electrical loading circuit of the X-ray tube with electrical damping resistor stands and the like. At least 10%, possibly over 20%, the energy of the primary electron beam. The energy density the secondary electron cloud can hit the In be so high that the side between the ge cooled outside of the vacuum housing and the inside of the Vacuum housing a temperature difference occurs depending on Wall thickness of the vacuum housing quite in the order of magnitude from 80 to 120 ° C and above.

Nach Warren C. Young, Roark′s Formulas for Strain and Stress, 6. Auflage, New York, 1989 entstehen an der gekühlten Außen oberfläche des Vakuumgehäuses im Betrieb der Röntgenröhre Zugspannungen σz, die sich mindestens zuAfter Warren C. Young, Roark’s Formulas for Strain and Stress, 6th edition, New York, 1989 are created on the chilled outside surface of the vacuum housing during operation of the x-ray tube Tensile stresses σz that increase at least

errechnen, wobei
ΔT die Temperaturdifferenz,
α_th der thermische Ausdehnungskoeffizient,
E der Elastizitätsmodul, und
ν die Querkontraktionszahl
sind.calculate where
ΔT the temperature difference,
α _{th is} the coefficient of thermal expansion,
E the modulus of elasticity, and
ν is the transverse contraction number
are.

Bei behinderter Wärmedehnung, und davon ist im Falle des Va kuumgehäuses einer Röntgenröhre auszugehen, erhöhen sich die Zugspannungen aufIn the case of disabled thermal expansion, and in the case of Va going out of an X-ray tube, the Tensile stresses on

σ_z = (ΔT · α_th · E)/(1-ν)σ _z = (ΔT · α _th · E) / (1-ν)

oder sogar aufor even on

s_z = (ΔT · α_th · E)/(1-2ν),s _z = (ΔT · α _th · E) / (1-2ν),

je nachdem, wie groß die Dehnungsbehinderung ist.depending on how big the stretch hindrance is.

Wenn in das Vakuumgehäuse ein zur Aufnahme der Kathodenanord nung der Röntgenröhre vorgesehenes Rohr mündet und die Rohr mündung, was meist der Fall ist, im Bereich der hohen Ener giedichte der Sekundärelektronenwolke liegt, treten in der Lochleibung aufgrund der speziellen Lochleibungsgeometrie ebenfalls thermisch bedingte Spannungen σ infolge der behin derten Wärmedehnungen auf, die sich zuWhen in the vacuum housing to accommodate the cathode arrangement The opening of the X-ray tube provided and the tube mouth, which is usually the case, in the area of the high Ener density of the secondary electron cloud, occur in the Reveal due to the special reveal geometry also thermal stresses σ due to the behin thermal expansions that increase

σ = k · α_th · E · ΔTσ = k · α _th · E · ΔT

errechnen, wobei
k ein Korrekturfaktor ist, der unter ähnlichen Umständen in der Kraftwerktechnik mit k = 1,83 angesetzt wird.calculate where
k is a correction factor, which is set under similar circumstances in power plant technology with k = 1.83.

Unter Verwendung der drei zuletzt aufgeführten Gleichungen und mit k = 1,83 im Falle der letzten Gleichung errechnen sich bei einer Wandstärke des Vakuumgehäuses von 2 mm an des sen Außenoberfläche Zugspannungen im Bereich von 335 bis 600 N/mm². Using the last three equations listed and calculate with k = 1.83 in the case of the last equation with a wall thickness of the vacuum housing of 2 mm on the tensile stresses in the range from 335 to 600 N / mm².

Bei den für das Vakuumgehäuse von Röntgenröhren üblicherweise verwendeten Werkstoffen (z. B. Werkstoff Nr. 1.4539) ist somit bei den zu erwartenden Temperaturen keine Dauerfestigkeit mehr gewährleistet. Es liegt vielmehr lediglich Zeitfestig keit vor, so daß mit Materialermüdung, also mit der Bildung von Rissen und damit mit Undichtigkeit des Vakuumgehäuses, frühestens nach 5 × 10⁴, spätestens aber nach 2 × 10⁶ ther mischen Lastwechseln, d. h. Röhrenstromschüssen bzw. Röntgen aufnahmen, zu rechnen ist.Usually used for the vacuum housing of X-ray tubes materials used (e.g. material no.1.4539) is therefore no fatigue strength at the expected temperatures more guaranteed. Rather, it is only permanent speed, so that with material fatigue, that is, with education of cracks and thus with leakage of the vacuum housing, at the earliest after 5 × 10⁴, but at the latest after 2 × 10⁶ ther mix load changes, d. H. Tube shots or x-rays recordings, is to be expected.

Seit Bekanntwerden des geschilderten Problems wird versucht, durch Herabsetzung der Wanddicke des Vakuumgehäuses in dem im Betrieb der Röntgenröhre dem Brennfleck der Röntgenröhre be nachbarten Bereich von zuvor ca. 3 mm auf 2 mm Abhilfe zu schaffen. Es wird nämlich davon ausgegangen, daß eine gerin gere Wanddicke zu einer geringeren Temperaturdifferenz zwi schen Innen- und Außenseite des Vakuumgehäuses und damit zu einer Erniedrigung der thermisch bedingten Zugspannungen führt.Since becoming aware of the problem described, attempts have been made to by reducing the wall thickness of the vacuum housing in the Operation of the X-ray tube be the focal spot of the X-ray tube remedial area from previously approx. 3 mm to 2 mm remedy create. It is assumed that a small greater wall thickness to a lower temperature difference between between the inside and outside of the vacuum housing and thus too a reduction in the thermal tensile stresses leads.

Außerdem wird nunmehr im Bereich des Rohransatzes ein Stutzen einstückig an das Vakuumgehäuse angeformt, an den das die Ka thodenanordnung aufnehmende Rohr mittels einer LASER-Schwei ßung angeschweißt wird. Im Gegensatz zu der zuvor vorhande nen, die Kerbspannungen stark erhöhenden Eckschweißung sind also keine Makrokerben mehr vorhanden, jedoch stellt auch die LASER-Schweißung eine, wenn auch sehr flach ausgeprägte, Kerbe an der Außenseite der Schweißung dar.In addition, a nozzle is now in the area of the pipe neck integrally molded onto the vacuum housing to which the Ka tube arrangement using a LASER welding is welded on. In contrast to the previous one nen, the notch stresses are strongly increasing corner welding So there are no more macro notches, but that too LASER welding a, albeit very flat, Notch on the outside of the weld.

Auch bei Vakuumgehäusen, die dem geschilderten Problem in der beschriebenen Weise Rechnung zu tragen versuchen, ist jedoch erfahrungsgemäß weder Dauerfestigkeit noch eine ausreichend lange Lebensdauer gewährleistet.Even with vacuum housings that meet the described problem in the try to take account of the manner described, however experience shows that neither fatigue strength nor sufficient long life guaranteed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine erhöhte Lebensdauer erreicht wird. The invention has for its object a vacuum housing of the type mentioned in such a way that an increased Lifetime is reached.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Vakuumgehäuse für eine Röntgenröhre gelöst, welches wenigstens in dem im Betrieb der Röntgenröhre dem Brennfleck der Röntgenröhre be nachbarten Bereich seiner Wandung zur Herabsetzung der ther misch bedingten Zugspannungen an deren äußeren Oberfläche aus einem zumindest zweischichtigen Verbundwerkstoff gebildet ist, dessen innere Schicht aus einem Material besteht, das einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einen geringeren Elastizitätsmodul als das Material der äußeren Schicht aufweist. Dabei ist sicherzustellen, daß es bei der Herstellung des Verbundwerkstoffes zu einer groß flächigen Verbindung der Materialien unter Vermeidung der Bildung von Temperaturbarrieren kommt.According to the invention, this object is achieved by a vacuum housing solved for an X-ray tube, which at least in the Operation of the X-ray tube be the focal spot of the X-ray tube neighboring area of its wall to reduce the ther mix-induced tensile stresses on their outer surface an at least two-layer composite material is formed is whose inner layer consists of a material that a lower coefficient of thermal expansion and / or a lower modulus of elasticity than the material the outer layer. It must be ensured that it too big in the manufacture of the composite flat connection of the materials while avoiding the Formation of temperature barriers is coming.

Infolge des Umstandes, daß auf der heißeren Seite der Wandung eine Schicht eines Materials vorliegt, das einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten und/oder einen geringe ren Elastizitätsmodul als das Material der äußeren Schicht aufweist, werden die in der äußeren Schicht, insbesondere an deren äußerer Oberfläche auftretenden, durch den Thermoschock bedingten Zugspannungen herabgesetzt. Eine weitgehende Herab setzung der thermisch bedingten Zugspannungen ist schon dann gegeben, wenn die Schichtdicke der inneren Schicht wenigstens 10% der Schichtdicke der äußeren Schicht beträgt. In Berei chen des Vakuumgehäuses, welche bezüglich der Materialermü dung besonders kritisch einzustufen sind, wie dem Brennfleck der Röntgenröhre benachbarte Übergangsbereiche von einer Ge häuseform in eine andere Gehäuseform des Vakuumgehäuses, wel che aufgrund ihrer geometrischen Gestalt unter Umständen un ter einer gewissen Vorspannung stehen, beträgt die Schicht dicke der inneren Schicht vorzugsweise mindestens 50% der Schichtdicke der äußeren Schicht. Die Gefahr der Rißbildung ist damit vermindert, so daß sich eine verlängerte Lebens dauer des Vakuumgehäuses ergibt. Durch die Verwendung eines zweischichtigen Verbundwerkstoffes können sogar noch größere Temperaturdifferenzen als die eingangs genannten ertragen werden, ohne daß es zur Materialermüdung an der äußeren Ober fläche des Vakuumgehäuses bzw. im Materialinneren kommt.Due to the fact that on the hotter side of the wall there is a layer of material that is less thermal expansion coefficient and / or a low ren modulus of elasticity as the material of the outer layer has, in the outer layer, in particular the outer surface of which occurs due to thermal shock reduced tensile stresses. An extensive down The thermally induced tensile stresses are already there given when the layer thickness of the inner layer is at least 10% of the layer thickness of the outer layer. In area Chen of the vacuum housing, which regarding the material requirements particularly critical, such as the focal spot transition regions of a Ge adjacent to the X-ray tube housing shape in another housing shape of the vacuum housing, wel under certain circumstances due to their geometric shape the layer is under a certain prestress thickness of the inner layer preferably at least 50% of the Layer thickness of the outer layer. The risk of cracking is diminished so that there is an extended life duration of the vacuum housing results. By using a two-layer composite can be even larger Endure temperature differences than those mentioned above be without material fatigue on the outer upper surface of the vacuum housing or inside the material.

In diesem Zusammenhang ist zwar aus der DE PS 254 946 ein Va kuumgehäuse bekannt, dessen Kupferanode unter Zwischenfügung eines Stahlrohrs auf einen zum Vakuumgehäuse gehörigen Glas ansatz aufgesetzt ist, hierbei handelt es sich jedoch nicht um einen Verbundwerkstoff, da keine großflächige Verbindung der Materialien vorliegt.In this context, a Va is from DE PS 254 946 known vacuum housing, the copper anode with the interposition of a steel tube on a glass belonging to the vacuum housing approach is set up, but this is not the case around a composite material since there is no large-area connection of materials.

Des weiteren sind aus der DE PS 382 464, der US-PS 3,992,633 und der JP 4,253,148 A Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art bekannt, welche in dem dem Brennfleck der Röntgenröhre benachbarten Bereich einen wenigstens zweischichtigen Werk stoff aufweisen, deren innere Schicht jedoch ausschließlich von einem dünnen Film gebildet ist, welcher keinerlei Einfluß auf die Herabsetzung der thermisch bedingten Zugspannungen an der äußeren Oberfläche der Wandung des Vakuumgehäuses ausübt.Furthermore, from DE PS 382 464, US Pat. No. 3,992,633 and JP 4,253,148 A vacuum housing of the aforementioned Kind known which in the the focal spot of the X-ray tube neighboring area an at least two-layer work Have material, but the inner layer only is formed by a thin film, which has no influence on the reduction of the thermally induced tensile stresses exerts the outer surface of the wall of the vacuum housing.

Im Hinblick auf die Betriebsbedingungen ist es zweckmäßig, sowohl für die innere als auch die äußere Schicht metallische Materialien zu verwenden.In view of the operating conditions, it is advisable metallic for both the inner and the outer layer To use materials.

Für die äußere Schicht eignen sich im Hinblick auf die auf tretenden Beanspruchungen insbesondere ferritische Eisenle gierungen oder austenitische Edelstähle.Are suitable for the outer layer in terms of occurring stresses, in particular ferritic iron alloys or austenitic stainless steels.

Als Material für die innere Schicht eignen sich Kupfer, Nic kel oder wenigstens Kupfer oder Nickel enthaltende Legierun gen, insbesondere Nickel-Basislegierungen.Copper, Nic are suitable as the material for the inner layer alloy or at least copper or nickel containing alloy conditions, in particular nickel-based alloys.

Für die innere Schicht können aber auch sogenannte Aus gleichslegierungen mit kleinem thermischen Ausdehnungskoeffi zienten verwendet werden, die Eisen, Nickel und Kobalt ent halten. So-called Aus can also be used for the inner layer equal alloys with a small thermal expansion coefficient can be used which ent ent iron, nickel and cobalt hold.

Weiter eignen sich für die innere Schicht Eisen und Nickel sowie Eisen und Palladium enthaltende Legierungen.Iron and nickel are also suitable for the inner layer and alloys containing iron and palladium.

Um nicht in dem im Betrieb der Röntgenröhre dem Brennfleck benachbarten Bereich der Wandung in einen Grundwerkstoff den zweischichtigen Verbundwerkstoff einsetzen zu müssen, was fertigungstechnisch sehr aufwendig wäre, sieht eine Variante der Erfindung vor, daß die Wandung aus einem die äußere Schicht bildenden Grundwerkstoff gebildet ist, der nur in dem dem Brennfleck der Röntgenröhre benachbarten Bereich zur Bil dung eines zweischichtigen Verbundwerkstoffes mit der inneren Schicht versehen ist.In order not in the focal spot in the operation of the X-ray tube adjacent area of the wall in a base material having to use two-layer composite what would be very expensive to manufacture, sees a variant the invention that the wall from an outer Layer-forming base material is formed, which is only in the the area adjacent to the focal spot of the x-ray tube for bil formation of a two-layer composite material with the inner Layer is provided.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfin dung, bei der eine Kathode in einem Bereich des Vakuumgehäu ses aufgenommen ist, welcher über einen rohrförmigen Schacht mit einem die Anode aufnehmenden Bereich des Vakuumgehäuses verbunden ist, ist die Wandung des Vakuumgehäuses in dem für die Materialermüdung besonders kritischen Übergangsbereich des Schachtes in den die Anode aufnehmenden Bereich zur Bil dung eines zweischichtigen Verbundwerkstoffs mit der inneren Schicht versehen. Ein von der Kathode ausgehender Elektronen strahl verläuft dabei durch den Schacht des Vakuumgehäuses und trifft im Brennfleck auf die Auftrefffläche der Anode.According to a particularly preferred embodiment of the invention with a cathode in an area of the vacuum housing ses is added, which over a tubular shaft with a region of the vacuum housing which receives the anode is connected, the wall of the vacuum housing in the for the material fatigue particularly critical transition area of the shaft in the area receiving the anode for bil formation of a two-layer composite material with the inner Layer. An electron originating from the cathode beam runs through the shaft of the vacuum housing and strikes the anode's impact surface in the focal spot.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Vakuum gehäuses sieht den Verfahrensschritt vor, daß die innere Schicht durch Auftragsschweißen, Löten oder Plattieren auf die äußere Schicht aufgebracht wird, wobei das Plattieren durch Unterpulverschweißen oder Sprengplattieren erfolgen kann, womit man eine großflächige Verbindung der Materialien erreicht.A method for producing a vacuum according to the invention housing provides the process step that the inner Layer by cladding, soldering or plating the outer layer is applied, the plating by submerged arc welding or explosive plating with which you can connect the materials over a large area reached.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefüg ten Zeichnungen dargestellt. Es zeigt Two embodiments of the invention are in the accompanying shown drawings. It shows

Fig. 1 eine ein erfindungsgemäßes Vakuumgehäuse aufweisende Röntgenröhre in schematischer Darstellung im Längs schnitt und Fig. 1 shows an inventive vacuum housing X-ray tube in a schematic representation in longitudinal section and

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer weiteren ein erfindungsge mäßes Vakuumgehäuse aufweisende Röntgenröhre in schematischer Darstellung. Fig. 2 shows a detail of another X-ray tube according to the Invention vacuum housing in a schematic representation.

Die in der Fig. 1 dargestellte Röntgenröhre weist ein aus ei nem metallischen Werkstoff gefertigtes erfindungsgemäßes Va kuumgehäuse 1 mit einem rohrförmigen Ansatz 1a auf. An diesen ist mittels einer LASER-Schweißung 9 ein Rohr 1c angesetzt, in das mittels eines Isolators 2 eine schematisch angedeu tete, insgesamt mit 3 bezeichnete Kathodenanordnung einge setzt, die, wie in Fig. 1 schematisch angedeutet ist, eine in einer Fokussierungsnut 3a eines Kathodenbechers 3b aufgenom mene Glühkathode 3c enthält. Von dieser geht ein in Fig. 1 strichliert angedeuteter Elektronenstrahl E aus, der in einem Brennfleck BF auf die Auftrefffläche 4a einer insgesamt mit 4 bezeichneten Drehanode auftrifft.The X-ray tube shown in FIG. 1 has a fabricated from egg nem metallic material according to the invention Va kuumgehäuse 1 with a tubular extension 1 a on. A tube 1 c is attached to this by means of a LASER weld 9 , into which a schematically indicated, generally designated 3 cathode arrangement is inserted by means of an insulator 2 , which, as indicated schematically in FIG. 1, has a focus groove 3 a of a cathode cup 3 b aufgenom mene hot cathode 3 c contains. From this, an electron beam E indicated by dashed lines in FIG. 1 emanates, which impinges in a focal spot BF on the impingement surface 4 a of a rotating anode, denoted overall by 4 .

Die Drehanode 4 ist in nicht näher dargestellter Weise in ei nem zweiten Ansatz 1b des Vakuumgehäuses 1 in an sich bekann ter Weise drehbar gelagert.The rotating anode 4 is rotatably supported in a manner not shown in egg nem second approach 1 b of the vacuum housing 1 in a manner known per se.

Die Drehanode 4 weist einen mit dem Anodenkörper 4b verbunde nen Rotor 5 auf, der mit einem außen auf dem Ansatz 1b ange brachten Stator 6 nach Art eines Kurzschlußläufermotors zu sammenwirkt.The rotary anode 4 has a b composites with the anode body 4 NEN rotor 5 with an externally b on the neck 1 mounted stator 6 in the manner of a squirrel-cage motor to 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. The rotating anode 4 and the vacuum housing 1 are electrically connected to each other. They are in the case of Darge presented embodiment at ground potential 7th One connection of the hot cathode 3 c is at negative high voltage -U _R , z. B. -125 kV. Between the two connections of the glow cathode 3 c, the heating voltage 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. 1 strichliert angedeutet und mit ZS bzw. RS bezeichnet sind.The vacuum housing 1 is provided with a beam exit window 8 formed, for example, of beryllium, through which the x-ray beam emanating from the focal spot BF emerges during operation of the x-ray tube, the central and peripheral rays of which are indicated by dashed lines in FIG. 1 and are designated by ZS or RS .

Jedesmal wenn bei Aktivierung der Röntgenröhre, beispiels weise zur Anfertigung einer Röntgenaufnahme, der Röhrenstrom zu fließen beginnt, ist das Vakuumgehäuse 1 in seinem dem Brennfleck BF benachbarten Bereich einer thermoschockartigen Belastung unterworfen. Diese Belastung kommt durch das Auf treffen der sich mit Beginn des Röhrenstromes zentrisch vom Brennfleck BF ausbreitenden Sekundärelektronenwolke auf die Innenseite des Vakuumgehäuses 1 zustande. Infolge der hohen Energiedichte der Sekundärelektronenwolke tritt nämlich eine Temperaturdifferenz in der Größenordnung von 100°C zwischen der Innenseite und der Außenseite des Vakuumgehäuses 1 auf.Each time the tube current begins to flow when the x-ray tube is activated, for example to take an x-ray, the vacuum housing 1 is subjected to a thermal shock-like load in its area adjacent to the focal spot BF. This load comes from the meeting of the secondary electron cloud, which spreads centrally from the focal point BF at the beginning of the tube current, onto the inside of the vacuum housing 1 . Because of the high energy density of the secondary electron cloud, a temperature difference of the order of magnitude of 100 ° C. occurs between the inside and the outside of the vacuum housing 1 .

Um zu verhindern, daß die in diesem Zusammenhang an der Au ßenseite des Vakuumgehäuses 1 im Bereich von dessen Abschnitt 1a auftretenden thermisch bedingten Zugspannungen eine solche Höhe erreichen, daß sie sich, z. B. durch Rißbildung, nachtei lig auf die Lebensdauer des Vakuumgehäuses 1 und damit der Röntgenröhre auswirken, ist die Wandung des Vakuumgehäuses 1, d. h. der Abschnitt 1a des Vakuumgehäuses 1, in dem dem Brenn fleck BF benachbarten Bereich aus einem zweischichtigen Ver bundwerkstoff gebildet. Dazu ist der Abschnitt 1a aus einem die äußere Schicht bildenden Grundwerkstoff, beispielsweise aus einer ferritischen Eisenlegierung oder aus austenitischem Edelstahl, gebildet und in dem dem Brennfleck BF benachbarten Bereich mit einer inneren Schicht 10 versehen, die aus einem Material besteht, das einen geringeren thermischen Ausdeh nungskoeffizienten und/oder einen geringeren Elastizitätsmo dul als das Material der äußeren Schicht, also der Grundwerk stoff, aufweist. Dabei ist die Schichtdicke der inneren Schicht so gewählt, daß sie mindestens 10% der Schichtdicke der äußeren Schicht beträgt.In order to prevent the thermally induced tensile stresses occurring in this connection from occurring on the outside of the vacuum housing 1 in the region of its section 1 a, such that they become, e.g. B. by cracking, nachtei lig affect the life of the vacuum housing 1 and thus the X-ray tube, the wall of the vacuum housing 1 , ie the section 1 a of the vacuum housing 1 , in which the focal spot BF adjacent area formed from a two-layer Ver composite material. For this purpose, section 1 a is formed from a base material forming the outer layer, for example from a ferritic iron alloy or austenitic stainless steel, and is provided in the region adjacent to the focal spot BF with an inner layer 10 , which consists of a material that has a lower thermal Expansion coefficient and / or a lower modulus of elasticity than the material of the outer layer, that is, the base material. The layer thickness of the inner layer is chosen so that it is at least 10% of the layer thickness of the outer layer.

Durch den beschriebenen Aufbau werden in dem zweischichtig ausgebildeten Bereich des Vakuumgehäuses 1 die an der Außen seite der Wandung des Vakuumgehäuses 1 durch die Wirkung des Thermoschocks erzeugten Zugspannungen gegenüber den bei einem einschichtig aufgebauten Vakuumgehäuse vorliegenden Zugspan nungen herabgesetzt, so daß sich eine erhöhte Lebensdauer des Vakuumgehäuses 1 ergibt.Due to the structure described, the tensile stresses generated on the outer side of the wall of the vacuum housing 1 by the effect of thermal shock are reduced in the two-layer region of the vacuum housing 1 compared to the tensile stresses present in a single-layer vacuum housing, so that an increased service life of the vacuum housing 1 results.

Als Material für die innere Schicht 10 eignen sich Kupfer, Nickel oder eine wenigstens oder Kupfer- oder Nickel enthal tende Legierung, insbesondere Nickel-Basislegierungen. Eben falls geeignet ist eine einen niedrigen thermischen Ausdeh nungskoeffizienten aufweisende sogenannte Ausgleichslegie rung, welche als Legierungselemente Eisen, Nickel und Kobalt enthalten. Auch Eisen/Nickel-Legierungen und Eisen/Palladium- Legierungen sind als Material für die innere Schicht geeig net.Suitable materials for the inner layer 10 are copper, nickel or an alloy containing at least one or copper or nickel, in particular nickel-based alloys. Also suitable is a so-called compensation alloy, which has a low thermal expansion coefficient and contains iron, nickel and cobalt as alloying elements. Iron / nickel alloys and iron / palladium alloys are also suitable as material for the inner layer.

Die innere Schicht 10 kann durch Auftragsschweißen, Löten oder Plattieren aufgebracht werden. Es versteht sich, daß dies zweckmäßigerweise geschieht, bevor die Abschnitte 1b und 1c mit dem Abschnitt 1a des Vakuumgehäuses 1 verbunden wer den. Dabei ist es von Bedeutung, daß es zu einer großflächigen Verbindung der Materialien unter Vermeidung der Bildung von Temperaturbarrieren kommt.The inner layer 10 can be applied by cladding, soldering or plating. It goes without saying that this is expediently done before sections 1 b and 1 c are connected to section 1 a of the vacuum housing 1 . It is important that the materials are bonded over a large area while avoiding the formation of temperature barriers.

Winkelmäßig erstreckt sich der zweischichtig ausgeführte Be reich bezogen auf die Mittelachse M der Drehanode 4 ausgehend vom Zentralstrahl ZS jeweils über wenigstens 90° im Uhrzei gersinn und gegen den Uhrzeigersinn entlang des Umfangs des Vakuumgehäuses 1.Angularly, the two-layer design extends in relation to the central axis M of the rotating anode 4, starting from the central beam ZS in each case at least 90 ° clockwise and counterclockwise along the circumference of the vacuum housing 1 .

Der in der Fig. 2 dargestellte Ausschnitt eines weiteren er findungsgemäßen Vakuumgehäuses einer Röntgenröhre weist ein aus einem ebenfalls metallischen Werkstoff gefertigtes erfin dungsgemäßes Vakuumgehäuse 1 mit einem eine Drehanode 4 auf nehmenden Raum 13 (Anodenraum 13), mit einem eine Kathodenan ordnung 3 aufnehmenden Raum 11 (Kathodenraum 11) und mit ei nem den Anoden- und Kathodenraum verbindenden Schacht 12 auf. Der obere Gehäuseabschnitt des Vakuumgehäuses 1, welcher den Kathodenraum 11 und den Schacht 12 einschließt, und welcher an den Anodenraum 13 angrenzt, ist dabei einstückig ausge führt.The detail shown in FIG. 2, a further he inventive vacuum housing of an X-ray tube has a made of a likewise metallic material OF INVENTION dung invention vacuum housing 1 having a rotary anode 4 on receiving space 13 (anode chamber 13), with a a Kathodenan regulatory 3-receiving space 11 (Cathode compartment 11 ) and with egg nem connecting the anode and cathode compartment 12 . The upper housing section of the vacuum housing 1 , which includes the cathode chamber 11 and the shaft 12 , and which is adjacent to the anode chamber 13 , is made in one piece.

Die Komponenten des in Fig. 2 dargestellten Ausschnittes der Röntgenröhre entsprechen dabei in Bezeichnung und Funktion im wesentlichen den entsprechenden, in Fig. 1 dargestellten und erläuterten Komponenten.The components of the section of the X-ray tube shown in FIG. 2 correspond essentially in terms of name and function to the corresponding components shown and explained in FIG. 1.

Zur Reduzierung der thermoschockartigen Belastung des dem Brennfleck BF benachbarten Bereiches der Wandung des Vakuum gehäuses 1 sind in Fig. 2 die bezüglich Materialermüdung be sonders gefährdeten Bereiche der Wandung des Vakuumgehäuses 1 aus einem zweischichtigen Verbundwerkstoff gebildet. Einen besonders gefährdeten Bereich stellt diesbezüglich der Über gangsbereich zwischen der rohrartigen Wandung des Schachtes 12 und der Wandung des Anodenraumes 13 dar, welcher die Form eines stark gekrümmten Flaschenhalses aufweist. Um zu verhin dern, daß in diesem Zusammenhang in dem Übergangsbereich die an der Außenseite des Vakuumgehäuses 1 auftretenden thermisch bedingten Zugspannungen eine solche Höhe erreichen, daß es zur Rißbildung kommt, ist die stark gekrümmte Fläche des Übergangsbereiches aus dem zweischichtigen Verbundwerkstoff gebildet. Die Schichtdicke der inneren Schicht 10 beträgt hierbei mindestens 10% der Schichtdicke der äußeren Schicht, wobei für die äußere und innere Schicht die bereits erwähnten Materialien zum Einsatz kommen. Bei besonders gefährdeten Be reichen der Wandung des Vakuumgehäuses 1 kann die Schicht dicke der inneren Schicht 10 zweckmäßigerweise auch 50% oder mehr der Schichtdicke der äußeren Schicht betragen. Auch hierbei ist es von Bedeutung, daß eine großflächige Verbin dung zwischen der inneren und der äußeren Schicht besteht, so daß Temperaturbarrieren vermieden sind.To reduce the thermal shock-like load of the focal spot BF adjacent region of the wall of the vacuum housing 1 are in Fig. 2 with respect to material fatigue be Sonders vulnerable regions of the wall of the vacuum housing 1 made of a two-layer composite material formed. A particularly endangered area in this regard is the transition area between the tubular wall of the shaft 12 and the wall of the anode space 13 , which has the shape of a strongly curved bottle neck. In order to prevent that, in this connection, the thermally induced tensile stresses occurring on the outside of the vacuum housing 1 reach such a level that crack formation occurs, the strongly curved surface of the transition region is formed from the two-layer composite material. The layer thickness of the inner layer 10 is at least 10% of the layer thickness of the outer layer, the materials already mentioned being used for the outer and inner layer. In the case of particularly endangered areas of the wall of the vacuum housing 1 , the layer thickness of the inner layer 10 can expediently also be 50% or more of the layer thickness of the outer layer. It is also important here that there is a large-area connection between the inner and outer layers, so that temperature barriers are avoided.

Durch den beschriebenen Aufbau werden in dem zweischichtig ausgebildeten Übergangsbereich des Vakuumgehäuses 1 die an der Außenseite der Wandung des Vakuumgehäuses 1 wirkenden thermisch bedingten Zugspannungen herabgesetzt, so daß sich eine erhöhte Lebensdauer des Vakuumgehäuses 1 ergibt.As a result of the construction described, the thermally induced tensile stresses acting on the outside of the wall of the vacuum housing 1 are reduced in the two-layer transition region of the vacuum housing 1 , so that there is an increased service life of the vacuum housing 1 .

Es ist anders als im Falle der beschriebenen Ausführungsbei spiele im Rahmen der Erfindung auch möglich, einen mehr als zwei Schichten aufweisenden Verbundwerkstoff zu verwenden, wobei dann vorzugsweise die thermischen Ausdehnungskoeffizi enten und/oder Elastizitätsmoduli der Materialien der einzel nen Schichten von innen nach außen zunehmen.It is different than in the case of the embodiment described games within the scope of the invention also possible, a more than to use two layers of composite material then preferably the coefficient of thermal expansion ducks and / or moduli of elasticity of the materials of the individual increase layers from the inside out.

Im Falle der vorstehend beschriebenen Röntgenröhren handelt es sich um sog. einpolige Röntgenröhren, bei denen das Vaku umgehäuse und die Anode auf einem gemeinsamen Potential lie gen. Die Erfindung kann aber auch bei sog. zweipoligen Rönt genröhren zur Anwendung kommen, bei denen das Vakuumgehäuse auf einem Potential liegt, das zwischen dem der Anode und dem der Kathode liegt.In the case of the X-ray tubes described above are so-called single-pole X-ray tubes, in which the vacuum housing and the anode at a common potential gen. The invention can also with so-called tubes are used in which the vacuum housing is at a potential between that of the anode and the the cathode lies.

Obwohl die Erfindung am Beispiel von Drehanoden-Röntgenröhren beschrieben ist, können auch Festanoden-Röntgenröhren mit ei nem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse versehen werden.Although the invention using the example of rotating anode X-ray tubes fixed anode X-ray tubes with egg nem vacuum housing according to the invention are provided.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß sich eine nochmals ver besserte Lebensdauer der Vakuumgehäuse erreichen läßt, wenn in dem aus Verbundwerkstoff gebildeten Bereich der Vakuumge häuse oder einem Teil dieses Bereiches die äußere Schicht an ihrer Oberfläche Druckeigenspannungen aufweist, die bei spielsweise durch Oberflächenstrahlen der äußeren Oberfläche der Vakuumgehäuse erzeugt sein können. Eine weitere Erhöhung der Lebensdauer wird deshalb erreicht, weil - vereinfacht formuliert - infolge der Überlagerung der Druckeigenspannun gen und der thermisch bedingten Zugspannungen die an der äu ßeren Oberfläche der Vakuumgehäuse auftretenden Zugspannungen gegenüber den thermisch bedingten Zugspannungen die bei Abwe senheit der Druckeigenspannungen vorliegen würden, um den Be trag der Druckeigenspannungen vermindert sind.It should also be pointed out that another ver can achieve better lifespan of the vacuum housing, if in the area of the vacuum formed from composite material housing or part of this area to the outer layer their surface has residual compressive stresses at for example by surface blasting of the outer surface the vacuum housing can be generated. Another increase The lifespan is achieved because - simplified formulated - as a result of the superposition of the residual pressure gene and the thermally induced tensile stresses on the outer tensile stresses occurring on the outer surface of the vacuum housing compared to the thermally induced tensile stresses at Abwe pressure residual stresses would be present to the Be compressive stresses are reduced.

Claims

1. Vacuum housing ( 1 ) for an X-ray tube, which is formed at least in the region of its wall adjacent to the focal spot (BF) of the X-ray tube during operation of the X-ray tube to reduce the thermally induced tensile stresses on its outer surface from an at least two-layer composite material , whose inner layer ( 10 ) consists of a material that has a lower thermal expansion coefficient and / or a lower elastic modulus than the material of the outer layer.

2. Vacuum housing according to claim 1, the inner layer ( 10 ) of which has a layer thickness which is at least 10% of the layer thickness of the outer layer.

3. Vacuum housing according to claim 1, the inner layer ( 10 ) of which has a layer thickness which is at least 50% of the layer thickness of the outer layer.

4. Vacuum housing according to one of claims 1 to 3, the outer Outer layer is formed from a metallic material.

5. Vacuum housing according to claim 4, the outer layer of a ferritic iron alloy or austenitic Stainless steel is formed.

6. Vacuum housing according to one of claims 1 to 5, the inner layer ( 10 ) of which is formed from a metallic material.

7. Vacuum housing according to claim 6, whose inner layer ( 10 ) is formed from copper, from nickel or from an alloy containing at least copper or nickel.

8. Vacuum housing according to claim 7, the inner layer ( 10 ) of which is formed from a nickel-based alloy.

9. Vacuum housing according to one of claims 1 to 5, the inner layer ( 10 ) of an iron, nickel and cobalt containing balancing alloy is formed.

10. Vacuum housing according to one of claims 1 to 5, the inner layer ( 10 ) of which is formed from an iron and nickel-containing alloy.

11. Vacuum housing according to one of claims 1 to 5, the inner layer ( 10 ) of an iron and palladium containing the alloy is formed.

12. Vacuum housing according to one of claims 1 to 11, the wall of which is formed from a base material forming the outer layer, which is provided only in the area adjacent to the focal spot (BF) of the x-ray tube to form a two-layer composite material with the inner layer ( 10 ) is.

13. Vacuum housing according to claim 12, which has a cathode arrangement ( 3 ) in a space ( 11 ) of the vacuum housing ( 1 ), which via a tubular shaft ( 12 ) with an anode ( 4 ) receiving space ( 13 ) of the vacuum housing ( 1 ) is connected, an electron beam (E) emanating from the cathode arrangement ( 3 ) running through the shaft ( 13 ) to the anode ( 4 ), and its wall in the region of the transition of the shaft ( 12 ) into which the anode ( 4 ) receiving area ( 13 ) to form a two-layer composite material is provided with the inner layer ( 10 ).

14. A method for producing a vacuum housing according to any one of claims 1 to 13, which comprises the step that the inner layer ( 10 ) is applied to the outer layer by cladding, soldering or plating.

15. The method of claim 14, wherein the step plating by submerged arc welding or explosive plate animals takes place.