DE29723438U1

DE29723438U1 - Device for balancing the rotating anode of electronic vacuum tubes in the evacuated state

Info

Publication number: DE29723438U1
Application number: DE29723438U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 1997-02-21
Filing date: 1997-02-21
Publication date: 1999-06-02
Anticipated expiration: 2007-02-22

Description

Vorrichtung zum Auswuchten der Drehanode elektronischer Vakuumröhren im evakuierten Zustand
5Device for balancing the rotating anode of electronic vacuum tubes in the evacuated state
5

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Auswuchten der Drehanode von elektronischen Vakuumröhren, insbesondere Röntgenröhren.The invention relates to a device for balancing the rotating anode of electronic vacuum tubes, in particular X-ray tubes.

Die Drehanoden elektronischer Vakuumröhren müssen aus Lebensdauergründen und zur Verhinderung von die Bilderzeugung und Fokussierung störenden Vibrationen stets ausgewuchtet werden. Eine etwaige Unwucht der Drehanode (oder anderer eventuell rotierender Teile) würde durch die entstehenden Massenkräfte die Lagerung belasten und langfristig zerstören. Darüber hinaus ist Unwucht die Ursache unangenehmer Laufgräusche und darüber hinaus im Extremfall auch der Grund für aufgrund der Vibrationen der Anode entstehende Frühausfälle durch Überlastung des Lagers.The rotating anodes of electronic vacuum tubes must always be balanced for reasons of service life and to prevent vibrations that disrupt image production and focusing. Any imbalance of the rotating anode (or other rotating parts) would put strain on the bearing due to the resulting inertial forces and destroy it in the long term. In addition, imbalance is the cause of unpleasant running noises and in extreme cases also the reason for early failures caused by the vibrations of the anode due to overloading of the bearing.

Bisher wurden die Drehanoden stets vor dem Evakuieren der Röhre ausgewuchtet, was jedoch zu einer ganzen Reihe von Schwierigkeiten führt. Zum einen ist die eingestellte Unwucht nach dem Evakuieren nicht mehr zu korrigieren, ohne die Röhre zu öffnen. Das Öffnen und erneute Anpumpen ist aber ein kostenintensiver Prozeß. Darüber hinaus läßt sich dabei die Veränderung der Unwucht nicht kompensieren, die im allgemeinen durch die Ausheizprozesse nach dem Evakuieren und durch die Belastung im Einsatz sich ändern kann. Diese zum Teil er-0 hebliche Unwucht muß entweder toleriert werden oder, die Röhre muß erneut geöffnet werden. Schließlich lassen sich große Lebensdauern der Drehlager nach dem Stand der Technik nur bei äußerst geringen Unwuchtwerten erreichen, die über die Ausheizprozesse der Röhre hinweg nicht problemlos aufrechtzuerhalten sind.Until now, the rotating anodes were always balanced before evacuating the tube, but this leads to a whole series of difficulties. Firstly, the set imbalance cannot be corrected after evacuation without opening the tube. Opening and re-pumping is a costly process. In addition, the change in the imbalance cannot be compensated for, which can generally change due to the heating processes after evacuation and due to the load during use. This sometimes considerable imbalance must either be tolerated or the tube must be reopened. Finally, long service lives of the rotary bearings can only be achieved with extremely low imbalance values according to the state of the art, which cannot be easily maintained throughout the heating processes of the tube.

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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, welche die bestehenden Schwierigkeiten beseitigt und jederzeit eine Korrektur der Unwucht zuläßt. 5The invention is therefore based on the object of creating a device which eliminates the existing difficulties and allows the imbalance to be corrected at any time. 5

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Schutzanspruches 1.This problem is solved with the features of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Auswuchtung durch einen Abdampfstrahl, der im einfachsten Fall der entsprechend gesteuerte Arbeitselektronenstrahl der Röhre sein kann, kann das Auswuchten nicht nur nach dem Ausheizen der Röhre erfolgen, womit die dabei zusätzlich auftretenden Unwuchtwerte gleich mit beseitigt werden können, sondern man kann jederzeit während des Betriebs eine aus unterschiedlichen Gründen erneut auftretende Unwucht wieder beseitigen.Due to the balancing according to the invention by means of an exhaust vapor jet, which in the simplest case can be the appropriately controlled working electron beam of the tube, the balancing can not only take place after the tube has been heated out, whereby the additional unbalance values that occur during this process can be eliminated at the same time, but an unbalance that occurs again for various reasons can be eliminated at any time during operation.

Statt den Arbeitselektronenstrahl der Röhre als Abdampfstrahl zu benutzen, kann auch ein Laserstrahl von einer außerhalb der Röhre angeordneten Quelle über das durchsichtige Röhrengehäuse oder ein Gehäusefenster in die Röhre eingestrahlt werden. Dabei soll die Verdampfung zweckmäßigerweise in einem Randbereich der Drehanode außerhalb der Auftreffzone des Elektronenstrahls beim Betrieb der Röhre bewirkt werden, so daß durch die Materialabdampfung zur Korrigierung der Unwucht nicht die Auftreffoberfläche für den Arbeitselektronenstrahl verformt wird, wodurch die Qualität der erzeugten Röntgenstrahlung beeinträchtigt werden könnte.Instead of using the working electron beam of the tube as an evaporation beam, a laser beam from a source located outside the tube can also be radiated into the tube via the transparent tube housing or a housing window. The evaporation should preferably be effected in an edge area of the rotating anode outside the impact zone of the electron beam when the tube is in operation, so that the impact surface for the working electron beam is not deformed by the evaporation of material to correct the imbalance, which could impair the quality of the X-rays generated.

0 Gemäß der Erfindung wird über einen Vibrationssensor die Unwucht und über einen Lagebestimmungssensor die augenblickliche Winkelposition der Drehanode bestimmt, wobei diese Unwucht- und Positionssignale einer Auswerteeinheit zugeleitet werden, von der der Abdampfstrahl entsprechend geregelt wird.0 According to the invention, the imbalance is determined via a vibration sensor and the current angular position of the rotating anode is determined via a position determination sensor, whereby these imbalance and position signals are fed to an evaluation unit, which regulates the exhaust steam jet accordingly.

5 Gegebenenfalls kann bei der Abdampfung durch einen Elektro-5 If necessary, the evaporation can be carried out by an electric

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nenstrahl auch eine eigene Hilfskathode verwendet werden, die nur am Anodenrand, also außerhalb des Auftreffbereichs des eigentlichen Arbeitselektronenstrahls Material abdampft.A separate auxiliary cathode can also be used for the anode beam, which only evaporates material at the anode edge, i.e. outside the impact area of the actual working electron beam.

Die Erfindung ist nicht nur bei der Herstellung vor der Auslieferung, sondern auch als Wartungsmaßnahme am Einsatzort verwendbar. Durch die Erfindung können durch Unwucht defekte Kundenröhren repariert werden und schließlich wäre es durch eine Integration in die Systemumgebung der Röhre auch möglieh, daß die beim Einsatz der Röhre eventuell durch Belastung entstehende Unwucht automatisch ausgeglichen wird. Dadurch läßt sich die Lebensdauer und Zuverlässigkeit der Röhre steigern.The invention can be used not only in production before delivery, but also as a maintenance measure at the place of use. The invention can be used to repair customer tubes that are defective due to imbalance and, finally, by integrating it into the system environment of the tube, it would also be possible to automatically compensate for any imbalance that may arise due to stress when the tube is in use. This increases the service life and reliability of the tube.

Es versteht sich dabei von selbst, daß die beim Abdampfen von metallischem Material entstehenden Metallbeläge von Isolatoren ferngehalten werden müssen. Die Erfindung ist daher besonders für Röhren mit Metallmittelteil und Metallkeramikröhren geeignet, obgleich auch bei Glasröhren durch Vorsehen 0 entsprechender Hilfselektroden eine gezielte Ableitung der abdampfenden Metallteile erfolgen kann.It goes without saying that the metal deposits that form when metallic material evaporates must be kept away from insulators. The invention is therefore particularly suitable for tubes with a metal center section and metal-ceramic tubes, although the evaporating metal parts can also be specifically drained away from glass tubes by providing appropriate auxiliary electrodes.

Der Vibrationssensor kann am Anodentopf des Röhrengehäuses ein befestigt sein, während die Winkelstellung der Drehanode durch einen Lagebestimmungssensor ermittelt wird, der entweder unmittelbar in das Drehlagersystem integriert ist oder als optischer oder magnetischer Sensor außerhalb des Röhrengehäuses ausgebildet ist, der mit einer entsprechenden Markierung am Umfang des Rotors zusammenwirkt. Die den beiden 0 Sensoren nachgeschaltete Auswerteeinheit steuert entweder einen Pulsgenerator zur Erzeugung eines Steuersignals für ein Kathodengitter oder zum Pulsen der Hochspannung der Röhre oder aber eine Laserquelle an, die bevorzugt außerhalb des Röhrengehäuses angeordnet ist und deren Strahl über ein Fen-The vibration sensor can be attached to the anode pot of the tube housing, while the angular position of the rotating anode is determined by a position determination sensor, which is either integrated directly into the rotary bearing system or is designed as an optical or magnetic sensor outside the tube housing, which interacts with a corresponding marking on the circumference of the rotor. The evaluation unit connected downstream of the two sensors controls either a pulse generator for generating a control signal for a cathode grid or for pulsing the high voltage of the tube or a laser source, which is preferably arranged outside the tube housing and whose beam is directed via a window.

ster des Röhrengehäuses auf den Rand der Drehanode gerichtet ist.ster of the tube housing is directed towards the edge of the rotating anode.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie anhand der schematischen Zeichnung, die eine Drehanodenröntgenröhre mit einer schematisch angedeuteten Auswuchteinrichtung zeigt.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of an embodiment and from the schematic drawing, which shows a rotating anode X-ray tube with a schematically indicated balancing device.

Die Röntgenröhre 1 weist innerhalb eines Röhrengehäuses 2 eine Kathode 3 und eine um die Längsmittelachse 4 drehbar gelagerte Drehanode 5 auf, auf deren Drehwelle 6 ein Rotor 7 befestigt ist. An dem das Ende der rotierenden Einheit aufnehmenden Anodenlagertopf 8 des Röhrengehäuses 2 ist ein Vibrationssensor 9 befestigt, der die durch eine Unwucht des rotierenden Systems, insbesondere der Drehanode, auftretenden Vibrationen mißt. Ein Lagebestimmungssensor 10 stellt die jeweilige Winkelposition der rotierenden Anode fest und die Signale beider Sensoren werden einer Auswerteeinheit 11 zur Bestimmung von Betrag und Orientierung der Unwucht aus den .. ■ beiden Signalen zugeleitet. Die Kathode 3 und die Anode 5 der Röhre sind über einen Generator 12 miteinander verbunden, der vom Ausgangssignal der Auswerteeinheit 11 angesteuert wird, der z.B. über eine Gittersteuerung oder durch Schalten der Hochspannung in der Lage ist, die Anode pulsförmig zu belasten. Die Auswerteeinheit 11 bestimmt die Phasenlage des Vibrationssignals, die der Orientierung des Unwuchtvektors entspricht, und triggert den Generator 12 über ihr Ausgangs-The X-ray tube 1 has a cathode 3 inside a tube housing 2 and a rotating anode 5 which is mounted so that it can rotate about the longitudinal central axis 4 and on whose rotating shaft 6 a rotor 7 is attached. A vibration sensor 9 is attached to the anode bearing pot 8 of the tube housing 2, which accommodates the end of the rotating unit. This vibration sensor measures the vibrations caused by an imbalance in the rotating system, in particular the rotating anode. A position determination sensor 10 determines the respective angular position of the rotating anode and the signals from both sensors are fed to an evaluation unit 11 for determining the amount and orientation of the imbalance from the two signals. The cathode 3 and the anode 5 of the tube are connected to each other via a generator 12, which is controlled by the output signal of the evaluation unit 11, which is able to load the anode in pulses, e.g. via a grid control or by switching the high voltage. The evaluation unit 11 determines the phase position of the vibration signal, which corresponds to the orientation of the unbalance vector, and triggers the generator 12 via its output signal.

Steuersignal, welches auch durch eine Software realiserbar ist. Durch diesen Aufbau kann die Drehanode an der Winkelposition des Unwuchtvektors der Brennfleckbahn selektiv so erwärmt werden, daß Material durch Verdampfung abgetragen wird. Dieser Prozeß läuft so lange, bis die Unwucht ausgeglichen wird. Zur Verstärkung dieses Effekts kann dazu die Anodendrehzahl abgesenkt werden, was auch das relativ langsame Schalten der Hochspannung anstelle einer Gittersteuerung zuläßt.Control signal, which can also be implemented using software. This structure allows the rotating anode to be selectively heated at the angular position of the unbalance vector of the focal spot path so that material is removed by evaporation. This process continues until the unbalance is balanced. To enhance this effect, the anode speed can be reduced, which also allows the high voltage to be switched relatively slowly instead of a grid control.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So könnte das Abdampfen von Material von der Drehanode 5 auch durch eine außerhalb der Röhre angeordnete Laserstrahlquelle bewirkt werden, deren Strahl entweder durch das durchsichtige Röhrengehäuse 2 oder durch ein Fenster im Röhrengehäuse auf den Rand der Drehanode gerichtet wird, wobei die Auftreffstelle zum Abdampfen von Material außerhalb des Auftreffbereichs des Arbeitselektronenstrahls liegen sollte. Darüber hinaus könnte selbstverständlich die 0 Bestimmung der Unwucht auch in anderer Weise erfolgen.The invention is not limited to the embodiment shown. The evaporation of material from the rotating anode 5 could also be effected by a laser beam source arranged outside the tube, the beam of which is directed either through the transparent tube housing 2 or through a window in the tube housing onto the edge of the rotating anode, whereby the point of impact for evaporation of material should be outside the impact area of the working electron beam. In addition, the determination of the imbalance could of course also be carried out in another way.

Claims

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1. Device for balancing the rotating anode of electronic vacuum tubes, in particular X-ray tubes, in which the balancing is carried out in the installed state of the rotating anode with the tube evacuated by evaporating material using a directed evaporation jet, in particular an electron beam or a laser beam, the device having a vibration sensor for determining the imbalance and a position determination sensor for determining the current angular position of the rotating anode, the imbalance and position signals of which are fed to an evaluation unit which regulates the evaporation jet accordingly.

2. Device according to claim 1, the exhaust vapor jet of which causes vaporization in an edge region of the rotating anode outside the impact zone of the electron beam during operation of the tube.

3. Device according to claim 1 or 2, wherein the vibration sensor is attached to the anode bearing pot (8).

4. Device according to one of claims 1 to 3, in which an electron beam is provided as the exhaust vapor jet and in which 5 the evaluation unit (11) is connected downstream of a pulse generator (12) for generating a control signal for a cathode grid or for pulsing the high voltage of the tube.

5. Device according to claim 4, which is designed as a steam jet

0 effective electron beam the working electron beam generated by the cathode of the tube is intended.

6. Device according to one of claims 1 to 3, in which a laser beam is provided as the exhaust steam jet and in which the 5 evaluation unit (11) is a

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Laser light source whose beam is directed through a window of the X-ray tube or through the transparent tube housing onto the edge of the rotating anode (5).