DE29623218U1

DE29623218U1 - Vakuumröhre

Info

Publication number: DE29623218U1
Application number: DE29623218U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1996-07-17
Filing date: 1996-07-17
Publication date: 1998-02-19
Anticipated expiration: 2006-07-18

Description

Beschreibung
Vakuumröhre

*-5 Die Erfindung betrifft eine Vakuumröhre mit zwei miteinander verbundenen Bauteilen, von denen eines aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung und eines aus einem metallischen Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt gebildet ist, wobei zumindest an denjenigen Bereich, in dem die Bauteile miteinander verbunden sind, im Betrieb der Vakuumröhre Vakuum angrenzt.

Bei bekannten Vakuumröhren werden derartige Bauteile wegen der stark voneinander abweichenden Schmelztemperaturen ihrer Werkstoffe durch Löten miteinander verbunden. Dies hat zur Folge, daß eine aufwendige, paßgenaue Bearbeitung der zu verbindenden Bauteile erforderlich ist, damit ein geeigneter Kapillarspalt für die Aufnahme des als Zusatzwerkstoff vorgesehenen Lotes vorhanden ist. Außerdem ist eine aufwendige Reinigung der zu verbindenden Bauteile zumindest im Bereich der Lötung erforderlich, um eine gute Benetzbarkeit der zu verbindenden Bauteile im Bereich des Kappilarspaltes zu gewährleisten. Da es im Interesse der Vakuumtauglichkeit der zu verbindenden Bauteile in der Regel erforderlich ist, die Lötung zur Vermeidung von Gaseinschlüssen unter Vakuum durchzuführen, muß ein entsprechend hoher apparativer Aufwand getrieben werden. Aus den vorstehenden Ausführungen wird deutlich, daß die bekannten Vakuumröhren alles andere als kostengünstig herstellbar sind, wobei in diesem Zusammenhang hin-

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zukommt, daß je nach Werkstoff, z.B. SCP4(Ag 54 CuPd 24), auch die Kosten für das Lot nicht zu vernachlässigen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vakuumröhre der '"· 5 eingangs genannten Art so auszubilden, daß sie kostengünstig herstellbar ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vakuumröhre mit zwei durch eine Stumpfschweißung ohne Zugabe eines Zusatzwerkstoffes miteinander verbunden Bauteilen, von denen eines aus Molybdän oder einer Molybdän-Legierung und eines aus einem metallischen Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt gebildet ist, wobei zumindest an denjenigen Bereich, in dem die Bauteile miteinander verbunden sind, im Betrieb der Vakuumröhre Vakuum angrenzt.

Im Falle der erfindungsgemäßen Vakuumröhre werden also die beiden Bauteile, obwohl sie aus metallischen Werkstoffen mit stark unterschiedlichem Schmelzpunkt, unter einem im Vergleich zu Molybdän niedrigen Schmelzpunkt soll hier ein um wenigstens 700° C geringerer Schmelzpunkt verstanden werden, durch eine Stumpfschweißung ohne Zusatzwerkstoff miteinander verbunden, wobei die Stumpfschweißung als Laserschweißung oder als Reibschweißung ausgeführt werden kann. Es wird also deutlich, daß im Falle der erfindungsgemäßen Vakuumröhre weder eine aufwendige Bearbeitung der zu verbindenden Bauteile noch ein Zusatzwerkstoff erforderlich ist. Bezüglich einer vor der Schweißung durchzuführenden Reinigung ist zu sagen, daß an diese wegen der im Falle der Erfindung fehlen-0 den Benetzungsproblematik geringere Anforderungen als im

Falle einer Lötung zu stellen sind und im Falle der Reibschweißung eine Reinigung sogar ganz entfallen kann, wenn die zu verbindenden Bauteile, wie allgemein üblich, vor dem Reibschweißen in der Reibschweißmaschine überdreht werden. Da

-5 im Gegensatz zum Löten unter Vakuum die zu verbindenden Bauteile nicht in ihrer Gesamtheit erwärmt (und wieder abgekühlt) werden müssen, sind im Falle der erfindungsgemäßen Vakuumröhre kürzere Taktzeiten möglich. Es wird also deutlich, daß die erfindungsgemäße Vakuumröhre kostengünstiger als Vakuumröhren nach dem Stand der Technik herstellbar ist. Hinzu kommt, daß, gleiche Bauteilgeometrie vorausgesetzt, der für die zur Herstellung der Vakuumröhre erforderliche Vorrichtung zu treibende Aufwand im Falle der erfindungsgemäßen Vakuumröhre geringer ist.

Besonders gute Ergebnisse werden nach der Erfindung erreicht, wenn gemäß Varianten der Erfindung der metallische Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt eine Ausgleichslegierung, insbesondere Vacon 10, oder ein austenitischer Stahl, insbesondere X 10 Cr 13 (Werkstoff Nr. 1.4006), ist. Der Schmelzpunkt von Vacon 10 liegt bei 1.450° C, der von X 10 Cr 13 bei 1460° C.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Röntgenröhre,

Fig. 2 ein Detail der Röntgenröhre gemäß Fig. 1, und 30

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Fig. 3 in zu Fig. 2 analoger Darstellung eine weitere erfindungsgemäße Röntgenröhre.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Vakuumröhre handelt es sich -5 um eine Drehanoden-Röntgenröhre. Diese weist ein metallisches Vakuumgehäuse 1 auf, an dem über Isolatoren 2 und 3 die Kathode 4 und die insgesamt mit 5 bezeichnete Drehanode befestigt sind. Die Drehanode weist einen der Kathode 4 gegenüberliegenden Anodenteller 6 auf, auf den bei Betrieb der Röntgenröhre der von der Kathode 4 ausgehende Elektronenstrahl E auftrifft. Die von dem Anodenteller 6 ausgehende Röntgenstrahlung, deren Zentralstrahl mit Z bezeichnet ist, tritt durch ein vorzugsweise aus Beryllium gebildetes Strahlenaustrittsfenster 7 aus dem Vakuumgehäuse 1 aus. 15

Der Anodenteller 6 ist mittels einer Lageranordnung um die Mittelachse M drehbar gelagert, die mit dem Isolator 3 verbunden ist.

Die Lageranordnung enthält ein an sich bekanntes, insgesamt mit 9 bezeichnetes Flüssigmetall-Gleitlager, dessen feststehendes, inneres Lagerteil 10 mit dem Isolator 3 und dessen rotierendes äußeres Lagerteil 11 mit dem Anodenteller 6 verbunden ist. Der durch das innere Lagerteil 10 und das äußere Lagerteil 11 begrenzte Lagerspalt enthält als Schmiermittel ein Flüssigmetall, d.h. ein bei Raumtemperatur flüssiges Metall, z.B. Gallium oder eine Gallium-Legierung.

Das rotierende Lagerteil 10 weist an seinem dem Isolator 3 0 zugewandten Ende einen rohrförmigen Rotor 12 auf, der mit

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einem außen auf das Vakuumgehäuse 1 aufgesetzten Stator 13 zur Bildung eines Elektromotors zum Antrieb der Drehanode zusammenwirkt .

, 5 Wie aus der Fig. 2 ersichtlich ist, handelt es sich bei dem inneren Lagerteil 10 um ein aus zwei miteinander verbundenen Bauteilen, nämlich einem rohrförmigen Abschnitt 10a und einem napfförmigen, einen radial auswärts gerichteten Flansch aufweisenden Abschnitt 10b, zusammengesetztes Teil. Dabei ist der Abschnitt 10a aus einem austenitischen Stahl oder einer Ausgleichslegierung und der Abschnitt 10b aus Molybdän gefertigt. Die beiden Abschnitte sind durch eine mit 14 bezeichnete, als Stumpfschweißung ohne Zusatzwerkstoff ausgeführte Laserschweißung miteinander verbunden.

Bei der Herstellung der Laserschweißung wird wie folgt verfahren :

Zunächst werden die Abschnitte 10a und 10b, bei denen es sich um durch Drehen hergestellte Bauteile handelt, in einem Ultraschallbad entfettet und bei ca. 83 0° C zur Reinigung ohne Wasserstoff geglüht.

Die Laserschweißung wird unter Schutzgas (Helium) durchgeführt. Im Anschluß an die Schweißung wird das geschweißte Teil bei ca. 830° C für eine Stunde geglüht.

Bei einem Außendurchmesser d der Abschnitte 10a und 10b von ca. 24 mm und einer Wandstärke s von ca. 4 mm im Bereich der Laserschweißung 14 wird zum Durchschweißen der Schweißung

eine Laserleistung in der Größenordnung von 5 kW benötigt. Der Anpreßdruck, mit dem die Abschnitte beim Schweißen aneinandergepreßt werden, liegt für die genannte Geometrie in der Größenordnung von ca. 2 bar. Für die genannte Geometrie, die . 5 genannte Laserleistung und den genannten Anpreßdruck liegt der erforderliche Vorschub in der Größenordnung von 2 m/min. Es ergibt sich dann eine Schweißdauer in der Größenordnung von ca. 20 Sekunden.

Bei Probe schweißungen hat sich eine CO₂-Laserschweißanlage vom Typ "Trumpf TLF 5000 Turbo" mit koaxialer Gaszuführung bewährt.

Versuche haben ergeben, daß Schweißungen, die nicht unter Schutzgas erfolgen, eine geringere Qualität aufweisen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel, es gilt wieder d=24 mm und s=4 mm, wurden die Abschnitte 10a und 10b durch eine als Stumpfschweißung ohne Zusatzwerkstoff ausgeführte, mit 15 bezeichnete Reibschweißung miteinander verbunden. Nach dem Schweißen vorhandene, in Fig. 3 nicht dargestellte Werkstoffwülste können durch Überdrehen beseitigt werden. Eine Reinigung der Abschnitte 10a und 10b vor dem Reibschweißen ist nicht erforderlich, sofern die AbschnittelOa und 10b, wie meist üblich, in der Reibschweißmaschine vor dem Schweißen überdreht werden. Das Schweißen erfolgt für die genannte Geometrie der Abschnitte 10a und 10b mit einem Anpreßdruck von 50 bis 100 bar, vorzugsweise 70 bar, wobei einer der Abschnitte mit einer Stauchdrehzahl von 750 bis 1250 U/min, vorzugsweise 1000 U/min, rotiert.

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Nach Erreichen eines Stauchweges von 1,2 bis 1,8 mm, vorzugsweise 1,6 mm, wird die Rotation beendet und eine Nachpreßzeit von einigen Sekunden, vorzugsweise zwei Sekunden, eingehalten. An den Schweißvorgang schließt sich ein Glühvorgang von ,5 ca. zwei Stunden bei einer Temperatur jenseits von 700 ⁰C, vorzugsweise bei 750° C, an.

Die erfindungsgemäße Ausbildung einer Vakuumröhre beschränkt sich nicht auf Bauteile von Flüssigmetall-Gleitlagern. Es können vielmehr auch andere Bauteile der Vakuumröhre, die mit demjenigen Bereich, in dem die sie miteinander verbunden sind, im Betrieb an Vakuum angrenzen, in der beschriebenen Weise miteinander verbunden sein.

Die Erfindung wurde vorstehend am Beispiel einer Röntgenröhre erläutert. Sie kann jedoch auch im Zusammenhang mit anderen Vakuumröhren Verwendung finden.

Claims

Schutzansprüche

1. Vakuumröhre mit zwei durch eine Stumpfschweißung ohne Zugabe eines Zusatzwerkstoffes miteinander verbunden Bauteilen (10a, 10b)_; von denen eines (10b) aus Molybdän oder einer
Molybdän-Legierung und eines (10a) aus einem metallischen
Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt gebildet ist, wobei zumindest an denjenigen Bereich, in dem die Bauteile {10a, 10b) miteinander verbunden sind, im Betrieb
der Vakuumröhre Vakuum angrenzt.

2. Vakuumröhre nach Anspruch 1, bei der die Stumpfschweißung eine Laserschweißung (14) ist.

3. Vakuumröhre nach Anspruch 1, bei der die Stumpfschweißung eine Reibschweißung (15) ist.

4. Vakuumröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der metallische Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt eine Ausgleichslegierung, insbesondere Vacon 10, ist.

5. Vakuumröhre nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der metallische Werkstoff mit im Vergleich zu Molybdän niedrigem Schmelzpunkt ein austenitischer Stahl, insbesondere
X 10 Cr 13 (Werkstoff Nr. 1.4006), ist.