DE19914825A1 - Vacuum housing for an electron tube, especially a rotating-anode x-ray tube, has a metallic housing section with an interior high thermal absorption coefficient coating layer - Google Patents
Vacuum housing for an electron tube, especially a rotating-anode x-ray tube, has a metallic housing section with an interior high thermal absorption coefficient coating layerInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Vakuumgehäuse für eine Elektronen röhre, das wenigstens einen aus einem metallischen Material gebildeten Gehäuseabschnitt aufweist, der an seiner Innen seite derart behandelt ist, daß er einen gegenüber dem unbe handelten metallischen Material erhöhten thermischen Absorp tionskoeffizienten aufweist.The invention relates to a vacuum housing for an electron tube, the at least one of a metallic material Has formed housing section, which is on its inside side is treated in such a way that it traded metallic material increased thermal absorption tion coefficient.
Im Interesse eines geordneten Wärmehaushalts einer im Betrieb befindlichen Elektronenröhre ist eine möglichst rasche Ablei tung der im Betrieb entstehenden Verlustwärme erforderlich. Dies gilt in besonderem Maße für Röntgenröhren, bei denen nur ca. 1% der der Röntgenröhre zugeführten elektrischen Leistung in Röntgenstrahlung erfolgt, während die restliche zugeführte elektrische Leistung in Verlustwärme umgewandelt wird.In the interest of an orderly heat balance in the company located electron tube is a quick as possible Ablei heat loss generated during operation is required. This is especially true for X-ray tubes where only approx. 1% of the electrical power supplied to the X-ray tube done in x-rays while the rest is fed electrical power is converted into heat loss.
Insbesondere bei Röntgenröhren mit wälzgelagerten Drehanoden ist dafür, wie rasch die bei der Röntgenstrahlenerzeugung in die Anode der Röntgenröhre eingebrachte Verlustwärme von der Drehanode wieder abgeführt werden kann, vor allem die Absorp tionsfähigkeit der Innenflächen des Vakuumgehäuses der Rönt genröhre für Wärmestrahlung maßgeblich. Die Wärmeabfuhr er folgt nämlich im wesentlichen durch Abstrahlung von der Dreh anode und durch Absorption durch das Vakuumgehäuse mit nachfolgender Ableitung an ein das Vakuumgehäuse umgebendes Kühlmedium.Especially for X-ray tubes with rolling anodes is for how fast the in X-ray generation in the anode of the x-ray tube introduced heat loss from the Rotating anode can be removed again, especially the Absorp ability of the inner surfaces of the vacuum housing of the X-ray Gen tube for heat radiation decisive. The heat dissipation follows essentially by radiation from the rotation anode and by absorption through the vacuum housing with subsequent derivation to a surrounding the vacuum housing Cooling medium.
Um den Wärmeabsorptionskoeffizienten dieser Innenflächen 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 Abmessungen der Oberfläche ergibt. Üblicherweise erfolgt die Aufrauhung mittels Korundstrahlen. Es werden da bei Wärmeabsorptionskoeffizienten in der Größenordnung von ε = 0,5 erzielt, im Vergleich zu ε = 0,5 bei unbehandelten metal lischen Oberflächen.In order to increase the heat absorption coefficient of these inner surfaces increase, it is known to create a large one real, d. H. effective surface for heat absorption to roughen. The actual area of the roughened The surface area is then larger than that calculated from the relevant dimensions of the surface results. Usually is roughened by means of corundum blasting. There will be with heat absorption coefficients on the order of ε = 0.5 achieved compared to ε = 0.5 for untreated metal surfaces.
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 können.Quite apart from the fact that it would be desirable to have higher heat to achieve meabsorption coefficient occurs at the Roughening caused by corundum blasting roughened surface, because of corundum particles in these are shot. This means that corundum particles so deep into the surface when they hit dig in that they get stuck. The presence turned on Shot corundum is undesirable because it is due to their semiconductor properties the dielectric strength of Can adversely affect electron tubes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumgehäuse der eingangs genannten Art so auszubilden, daß hohe Wärme absorptionskoeffizienten erreichbar sind, ohne daß die Gefahr einer nachteiligen Beeinflussung der Spannungsfestigkeit der Elektronenröhre besteht.The invention has for its object a vacuum housing of the type mentioned in such a way that high heat absorption coefficients can be achieved without the risk an adverse effect on the dielectric strength of the There is an electron tube.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Vaku umgehäuse für eine Elektronenröhre, das wenigstens einen aus einem metallischen Material gebildeten Gehäuseabschnitt auf weist, der an seiner Innenseite eine Schicht mit einem gegen über dem unbeschichteten metallischen Material erhöhten ther mischen Absorptionskoeffizienten aufweist.According to the invention, this object is achieved by a vacuum Housing for an electron tube, the at least one formed on a metallic material housing section has a layer on the inside with a counter ther over the uncoated metallic material increased mix has absorption coefficients.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise gegenüber durch Korundstrahlen aufgerauhten Oberflächen ein deutlich erhöhter Wärmeabsorptionskoeffizient erreicht wird, der nach ersten Messungen bis zu ε = 0,9 betragen kann. Bedenken, die Span nungsfestigkeit der Elektronenröhre könne durch eine Be schichtung der Innenseite des Vakuumgehäuses nachteilig be einflußt werden, da infolge der hier, bei Röntgenröhren ins besondere in dem der Anode benachbarten Bereich, auftretenden hohen thermomechanischen Belastungen und des (Sekundär-) Elektronenbeschusses mit einem Abblättern der Schicht zu rechnen sei, haben sich nicht bestätigt.It has been shown that in this way through Corundum blasted roughened surfaces a significantly increased Heat absorption coefficient is reached after the first Measurements can be up to ε = 0.9. Concerns the Span Resistance of the electron tube can be determined by a loading Layering the inside of the vacuum housing disadvantageously be influenced, as a result of the here, with X-ray tubes in especially in the area adjacent to the anode high thermomechanical loads and (secondary) Electron bombardment with peeling off of the layer were not confirmed.
Dies gilt insbesondere dann, wenn die Schicht gemäß einer be vorzugten Ausführungsform der Erfindung aus Schwarzchrom ge bildet ist. Im Gegensatz zu Glanz-, oder Hartchromschichten handelt es sich bei Schwarzchrom bekanntermaßen um ein Stoff gemisch aus Chromoxid und Chrom, das auf galvanischem Wege bei hohen Stromstärken mit Hilfe eines Galvanikbades erzeugt wird, bei dem es sich im wesentlichen um in Schwefelsäure ge löstes Chromtrioxid handelt.This applies in particular if the layer according to a preferred embodiment of the invention from black chrome ge forms is. In contrast to glossy or hard chrome layers Black chrome is known to be a fabric mixture of chromium oxide and chromium, which is electroplated generated at high currents using an electroplating bath is, which is essentially in sulfuric acid dissolved chromium trioxide.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Schicht auch aus einem Material gebildet sein, das wenigstens ein Metalloxid, insbesondere wenigstens ein Metalloxid der Gruppe bestehend aus Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid und vorzugsweise ein Gemisch dieser drei Metalloxide, ent hält, wobei die Verwendung derartiger Materialien in Röntgenröhren bereits in der DE 22 01 979 B2 beschrieben ist.According to a further embodiment of the invention, the Layer can also be formed from a material that at least a metal oxide, in particular at least one metal oxide Group consisting of titanium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide and preferably a mixture of these three metal oxides holds, the use of such materials in X-ray tubes have already been described in DE 22 01 979 B2.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Schicht aus einem Gemisch aus Titan und Kohlenstoff gebildet ist, wobei das Mengenverhältnis von Titan und Kohlenstoff sich über der Dicke der Schicht derart ändert, daß die in der Schicht vorhandene Titan-Konzentration mit zunehmendem Ab stand von der Innenseite abnimmt. Vorzugsweise wird im Inter esse einer guten Haftung der Schicht die Titan-Konzentration unmittelbar an der Innenseite 100% betragen und über der Schichtdicke allmählich so weit abnehmen, daß im Interesse eines möglichst hohen Absorptionskoeffizienten an der Ober fläche der Schicht eine Kohlenstoff-Konzentration von 100% vorliegt.Another embodiment of the invention provides that the Layer formed from a mixture of titanium and carbon is, the quantitative ratio of titanium and carbon changes over the thickness of the layer such that the in the Titanium concentration present with increasing Ab got decreasing from the inside. Preferably in the Inter eat a good adhesion of the layer the titanium concentration 100% immediately on the inside and above the Gradually decrease layer thickness so far that in the interest the highest possible absorption coefficient at the top surface of the layer a carbon concentration of 100% is present.
Zur Erzielung eines möglichst hohen Absorptionskoeffizienten kann es je nach Zusammensetzung der Schicht erforderlich sein, diese nach dem Aufbringen auf Temperaturen beispiels weise in der Größenordnung von 1.6000°C zu erhitzen. To achieve the highest possible absorption coefficient it may be necessary depending on the composition of the layer be this after application to temperatures, for example to heat in the order of 1.6000 ° C.
Sowohl Metalloxid als auch Titan-Kohlenstoff-Schichten können mit bekanntem Beschichtungsverfahren, z. B. Physical Vapour Deposition (PVD), Plasma- oder Flammspritzen usw., herge stellt werden.Both metal oxide and titanium-carbon layers can with known coating process, e.g. B. Physical Vapor Deposition (PVD), plasma or flame spraying etc., herge be put.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeich nungen näher erläutert, deren einzige Figur in grob schematischer Darstellung im Längsschnitt eine Drehanoden- Röntgenröhre mit einem erfindungsgemäßen Vakuumgehäuse zeigt.The invention is described below with reference to the accompanying drawing mentions explained in more detail, the only figure in rough schematic representation in longitudinal section of a rotating anode X-ray tube with a vacuum housing according to the invention shows.
Die in der Figur 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 Schweißen ein Rohr 1c angesetzt, in das mittels eines Isola tors 2 eine schematisch angedeutete, insgesamt mit 3 bezeich nete Kathodenanordnung eingesetzt ist, die, wie in der Figur schematisch angedeutet ist, eine in einer Fokussierungsnut 3a eines Kathodenbechers 3b aufgenommene Glühkathode 3c enthält. Von dieser geht ein in der Figur strichliert angedeuteter Elektronenstrahl E aus, der in einem Brennfleck BF auf die Auftrefffläche 4a des Anodenkörpers 4b einer insgesamt mit 4 bezeichneten Drehanode auftrifft.The X-ray tube shown in the figure has a vacuum housing 1 made of egg nem metallic material, the central part 1 a of which is provided with a tubular extension. On this, for example by means of soldering or welding, a tube 1 c is attached, into which a schematically indicated, generally designated 3 cathode arrangement is used by means of an isolator 2 , which, as indicated schematically in the figure, is a in a focusing groove 3 a of a cathode cup 3 b contains hot cathode 3 c. An electron beam E, indicated by dashed lines in the figure, emanates from this and strikes a focal spot BF on the impingement surface 4 a of the anode body 4 b of a rotating anode, denoted overall by 4 .
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.The rotary anode 4 is in a not shown manner to ei nem means of soldering or welding with the center part 1 a of the vacuum housing 1 associated supporting part 1 b rotatably supported in a conventional manner.
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.The rotary anode 4 has a b composites with the anode body 4 NEN rotor 5 with an externally on the support part 1 of a squirrel-cage motor accommodated b to the stator 6 by way of 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 -UR, z. B. -125 kV. Zwischen den beiden Anschlüssen der Glüh kathode 3c liegt die Heizspannung UH.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. 3 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. 3 and are denoted by ZS or RS .
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 mit einer Schicht mit einem gegenüber dem unbeschichteten metallischen Material des Mittelteiles 1a und des Tragteiles 1b erhöhten thermischen Absorptionskoeffizienten versehen. Diese Schicht ist in der Figur durch eine entlang der inneren Oberfläche des Vakuumgehäuses 1 verlaufende strichlierte Linie gekennzeichnet und mit S bezeichnet.In order to achieve a high heat absorption coefficient, the inner surface of the anode body 4 a of the rotating anode 4 surrounding central part 1 a of the vacuum housing 1 and the anode body 4 a facing area of the support member 1 b with a layer with a compared to the uncoated metallic material of the Middle part 1 a and the support part 1 b provided increased thermal absorption coefficient. This layer is identified in the figure by a dashed line running along the inner surface of the vacuum housing 1 and is designated by S.
Winkelmäßig erstreckt sich die Schicht S bezogen auf die Mittelachse M der Drehanode 4 über den gesamten Umfang des Vakuumgehäuses 1.The layer S extends angularly with respect to the central axis M of the rotating anode 4 over the entire circumference of the vacuum housing 1 .
Die Schicht S kann aus Schwarzchrom gebildet sein. Sie kann aber auch aus einem Material gebildet sein, das wenigstens ein Metalloxid, insbesondere ein Metalloxid der Gruppe beste hend aus Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid enthält. Für den Fall, daß die Schicht S aus Metalloxid gebildet ist, han delt es sich bei der Schicht S vorzugsweise um ein Gemisch aus Titanoxid, Zirkonoxid und Aluminiumoxid.The layer S can be formed from black chrome. she can but also be made of a material that at least a metal oxide, in particular a metal oxide from the group best Contains titanium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide. For the case in which the layer S is formed from metal oxide layer S is preferably a mixture made of titanium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide.
Die Schicht S kann aber auch aus einem Gemisch aus Titan und Kohlenstoff gebildet sein, bei dem sich das Mengenverhältnis von Titan und Kohlenstoff über die Dicke der Schicht S derart verändert, daß die in der Schicht S vorhandene Titan- Konzentration mit zunehmendem Abstand von der Innenseite des Mittelteiles 1a bzw. des Tragteilen 1b abnimmt.However, layer S can also be formed from a mixture of titanium and carbon, in which the quantitative ratio of titanium and carbon changes over the thickness of layer S in such a way that the titanium concentration present in layer S increases with increasing distance from the inside of the central part 1 a or the supporting parts 1 b decreases.
Ein Fachmann auf dem Gebiet der Beschichtungstechnik ist zur Erzeugung derartiger Schichten in der Lage, ohne erfinderisch tätig werden zu müssen. Durch geeignete Wahl der für den jeweiligen Beschichtungsprozeß maßgeblichen Parameter besteht übrigens die Möglichkeit, die Körnung der die Schicht bildenden Materialien und damit den Absorptionskoeffizienten zu beeinflussen.A specialist in the field of coating technology is Generation of such layers is able without being inventive to have to act. By appropriate choice of for the relevant coating process by the way, the possibility of the grain of the layer forming materials and thus the absorption coefficient to influence.
Bei dem Material des Mittelteiles 1a und des Tragteiles 1b handelt es sich beispielsweise um Chrom-Nickel-Stahl.The material of the middle part 1 a and the support part 1 b is, for example, chrome-nickel steel.
Übrigens haben Versuche mit Schwarzchromschichten gezeigt, daß die bei der Entgasung auftretenden Temperaturen von ca. 800°C den Absorptionskoeffizienten von mit einer Schwarzchromschicht versehenen Bauteile praktisch nicht nachteilig beeinflussen.By the way, experiments with black chrome layers have shown that the temperatures of approx. 800 ° C the absorption coefficient of with a Black chrome layer practically not provided components adversely affect.
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 der Figur nicht besonders veranschaulichtes, z. B. flüssiges Kühlmedium abgegeben werden kann.Owing to the good heat absorption ability of the inner surface of the anode body 4 a surrounding area of the Vakuumgehäu ses 1 results in a more favorable heat balance of the X-ray tube, since the introduced during operation of the X-ray tube in the rotary anode 4 heat loss rapidly taken up by the vacuum housing 1 and to a vacuum enclosure 1 surrounding, not particularly illustrated in the figure, e.g. B. liquid cooling medium can be dispensed.
In der Figur ist nur der dem Anodenkörper 4a der Drehanode 4 unmittelbar benachbarte Bereich der Innenseite des Vakuumge häuses 1 beschichtet; 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 beschichtet werden. In the figure, only the anode body 4 a of the rotating anode 4 immediately adjacent region of the inside of the vacuum housing 1 is coated; it may, however, the entire inside of the vacuum housing 1, so in addition, the inside of the entire support part 1 b and the inside of the tube 1 c, are coated accordingly.
Obwohl die Erfindung am Beispiel einer Drehanoden-Röntgen röhre beschrieben ist, können auch Bauteile von Festanoden- Röntgenröhren nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beschich tet werden.Although the invention using the example of a rotating anode X-ray tube is described, components of fixed anode Coating x-ray tubes by the method according to the invention be tested.
Auch die Erläuterung der Erfindung an Hand einer Röntgenröhre hat nur beispielhaften Charakter, da die Erfindung bei belie bigen Elektronenröhren zur Anwendung kommen kann.Also the explanation of the invention using an X-ray tube has only exemplary character, since the invention at belie usual electron tubes can be used.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999114825 DE19914825A1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Vacuum housing for an electron tube, especially a rotating-anode x-ray tube, has a metallic housing section with an interior high thermal absorption coefficient coating layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999114825 DE19914825A1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Vacuum housing for an electron tube, especially a rotating-anode x-ray tube, has a metallic housing section with an interior high thermal absorption coefficient coating layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19914825A1 true DE19914825A1 (en) | 2000-06-29 |
Family
ID=7903217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999114825 Ceased DE19914825A1 (en) | 1999-03-31 | 1999-03-31 | Vacuum housing for an electron tube, especially a rotating-anode x-ray tube, has a metallic housing section with an interior high thermal absorption coefficient coating layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19914825A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10036210A1 (en) * | 2000-07-25 | 2001-11-15 | Siemens Ag | Rotary x-ray tube includes vacuum casing with section constructed of aluminum or aluminum alloy |
| DE10320700A1 (en) * | 2003-05-08 | 2004-12-02 | Siemens Ag | Vacuum housing for x-ray tube esp. rotating anode tube having a protective layer made of a material which compensates for thermal shock wear effect on the tube material |
| DE102010040407A1 (en) | 2010-09-08 | 2012-03-08 | Siemens Aktiengesellschaft | X-ray tube, has anode partially comprising surface coatings provided outside stopping area of focal spot, where surface coatings are made of material with nuclear charge number less than nuclear charge number of material of anode |
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| DE19634636C1 (en) * | 1996-08-27 | 1998-04-02 | Siemens Ag | Roughening of surfaces of components of electron tubes, e.g. for X=ray production |
-
1999
- 1999-03-31 DE DE1999114825 patent/DE19914825A1/en not_active Ceased
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Non-Patent Citations (2)
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|---|---|---|---|
| OAV | Applicant agreed to the publication of the unexamined application as to paragraph 31 lit. 2 z1 | ||
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