Die Erfindung betrifft die Kühlung einer Drehanode zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einer Röntgenröhre, wobei die Drehanode eine Brennbahn, auf die ein Elektronenstrom trifft, und Lagerteile aufweist.

Röntgendrehanoden sind aus dem Stand der Technik bekannt. Röntgendrehanoden finden beispielsweise in der Forschung, medizinischen Radiologie, Struktur- und Werkstoffforschung oder auch in der medizinischen Diagnostik Anwendung. Bei Röntgendrehanoden wird im Hochvakuum durch den Elektronenbeschuss auf der Brennfläche der Anode Wärmeleistung abgegeben. Um ein Durchschmelzen des Anodenmaterials zu verhindern, muss die Anode gekühlt werden. Da die Kühlung durch Rotation oder Erhöhung der Umlaufgeschwindigkeit der Anode allein unzureichend ist, wird in der heutigen Technologie die Anode wassergekühlt. Eine Wasserkühlung ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, dass zur effizienten Wärmeübertragung eine turbulente Strömung erforderlich ist. Diese erzeugt eine Verlustreibung (Reibung), die wiederum weggekühlt werden muss.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Drehanode zur Verfügung zu stellen, die eine effizientere Kühlung ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anode mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, und ein Verfahren mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen.

Die Grundidee der Erfindung ist es, das sogenannte Heat-Pipe-Prinzip für die Kühlung der Anode zugrunde zu legen. Dazu dient, dass sich zwischen der Brennbahn und den Lagerteilen eine Flüssigkeit befindet, die an der Verdampfungsfläche verdampft. Die Verdampfungsfläche wird durch den Aufprall der Elektronen auf die Brennfläche aufgeheizt. Dieser Dampf gelangt sodann zu den Lagerteiten, an denen sich durch Temperaturgradient ein Unterdruck befindet und eine Kondensation eintritt. Die Kondensationsfläche resultiert dabei aus dem Temperaturgradient, der sich zwischen der Verdampfungsfläche und den Lagerteilen einstellt, die auch die Funktion einer Koridensationsfläche erfüllen. Der Rücktransport des Kondensats zur Brennbahn geschieht durch die Zentrifugalkräfte der drehenden Anode. Auf diese Weise wird der Wärmekreislauf einer Heat-Pipe geschlossen.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Verdampfungswärme der Flüssigkeit in dem betreffenden Temperaturbereich eine zusätzliche Kühlwirkung im Vergleich zu der normalen Kühlung durch Strömung erzielt. Die Wärmeübertragung liegt um vielfaches höher als die im Falle einer strömenden Flüssigkeit. Zudem ist die Konstruktion der Kühlanordnung, die auf dem Heat-Pipe-Prinzip basiert, einfach und kostensparend, da lediglich der Raum zwischen den Lagerteilen und der Brennbahn genutzt wird.

Eine praktikable Variante der Erfindung sieht vor, dass das Kondensat zur Verdampfungsfläche gelangt, die an der Brennfläche ausgebildet ist.

Es ist von Vorteil, dass die Teile des Lagers gasdicht mit der Brennbahn verbunden sind. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass sich die Drehanode im Hochvakuum befindet.

Als besonders effektive Kondensationsflächen bieten sich Gleitlager an. Vorzugsweise ist das Lager daher ein Gleitlager.

Dazu dient auch, dass sich Rippen auf den Lagerteilen befinden. Die Rippen dienen zudem auch der Lagersteifigkeit.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Flüssigkeit Wasser ist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass Wasser bekanntlich eine hohe Wärmekapazität aufweist.

Denkbar ist aber auch, dass die Flüssigkeit Alkohol ist.

Um die Abführung des Wärmestromes zu gewährleisten, sieht Anspruch 8 vor, dass in den Lagerteilen ein Kühlstrom fließt. Bei dem Kühlstrom kann es sich beispielsweise auch um Stickstoff oder Kältegas handeln. Eine Kühlung einer Drehanode mittels eines Kühlstromes ist beispielsweise in der Patentschrift DE 36 44 719 C1 offenbart und kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung Verwendung finden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung, der Erfindung sieht vor, dass die Rippen auf den Lagerteilen in axialer Richtung angeordnet sind.

Um eine schnellere Verdampfung zu generieren, sieht eine praktikable Variante der Erfindung vor, dass die Verdampfungsfläche durch Rändeln und/oder Rippen vergrößert ist. Dadurch, dass die Verdampfungsfläche durch Rändeln und/oder Rippen vergrößert ist, entsteht eine raue Oberfläche, mit der Folge, dass die Verdampfung schneller eintritt.

Schließlich sieht die Erfindung ein Verfahren zur Kühlung einer Drehanode vor, bei dem an einer Brennbahn der Drehanode Flüssigkeit verdampft wird und die verdampfte Flüssigkeit zu gleichzeitig als Kondensationsfläche fungierenden Lagerteilen gelangt, an der die verdampfte Flüssigkeit kondensiert wird, wobei sodann durch die Zentrifugalkraft der drehenden Anode das Kondensat der Brennbahn wieder zugeführt wird. Das Kondensat kann dabei zu einer Verdampfungsfläche gelangen, die an der Brennfläche ausgebildet ist.

Vorzugsweise werden die Lagerteile dabei gasdicht mit der Brennbahn verbunden, wobei die Lagerteile als Gleitlager eingesetzt werden.

Gemäß dem Verfahren können Rippen auf den Lagerteilen eingesetzt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Figuren erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1

in Aufsichtsdarstellung die Drehanode gemäß der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 2

in Längsschnittdarstellung die Drehanode gemäß der vorliegenden Erfindung.

In Figur 1 ist eine Kühlanordnung 100 einer Drehanode 10 dargestellt. Die Drehanode 10 weist eine Brennbahn 11 auf, auf die der Elektronenstrom trifft. Zwischen den Lagerteilen 15 und der Brennbahn 11 befindet sich ein Hohlraum 12, in dem sich eine Flüssigkeit 13 befindet. Das Material der Brennbahn ist ein Metall. Als Metall bietet sich Kupfer öder Chrom an. Bei der Flüssigkeit 13 kann es sich um Wasser handeln.

Denkbar ist aber auch, dass die Flüssigkeit 13 in Form eines Alkohols vorliegt. Die Lagerteile 15 befinden sich dabei an der Achse 14 der Drehanode 10 und bilden gleichzeitig Kondensationsflächen 16. Zudem befindet sich noch an der Brennbahn 11 eine Verdampfungsfläche 19, an der die Flüssigkeit verdampft und als Dampf 18 zu den Kondensationsflächen 16 gelangt. Zum Zweck einer effektiven Kondensation befinden sich Rippen 21 auf den Lagerteilen 15.

Aus Figur 2 noch einmal geht die Kühlanordnung 100 für eine Drehanode 10 zur Erzeugung von Röntgenstrahlung in einer Röntgenröhre, bei der die Drehanode 10 eine Brennbahn 11, auf die ein Elektronenstrom trifft, und Lagerteile 15 aufweist, hervor. Zwischen der Brennbahn 11 und den Lagerteilen 15 befindet sich eine Flüssigkeit 13. Die Lagerteile 15 bilden gleichzeitig Kondensationsflächen 16, wobei sich an der Brennbahn 11 eine Verdampfungsfläche 19 befindet, an der die Flüssigkeit 13 verdampft. Der Dampf 18 gelangt sodann zu den Kondensationsflächen 16, an denen sich ein Unterdruck durch Temperaturgradient befindet und eine Kondensation eintritt. Der Rücktransport des Kondensats 22 zur Verdampfungsfläche 19 geschieht durch die Zentrifugalkräfte der Drehanode 10. Auf diese Weise wird der Wärmekreislauf geschlossen. Die Lagerteile 15 sind dabei gasdicht mit der Brennbahn 11 verbunden. Auf den Lagerteilen 15 befinden sich Rippen 21, wobei es sich bei den Lagerteilen 15 um Gleitlager handeln kann. Aufgrund der hohen Wärmekapazität von Wasser, ist es sinnvoll, dass die Flüssigkeit 13 in Form von Wasser vorliegt. Denkbar ist aber auch, dass die Flüssigkeit 13 als Alkohol vorliegt. Schließlich ist in den Lagerteilen 15 ein Kühlstrom 20 vorgesehen, um den Wärmestrom abzuführen.

100

Kühlanordnung

10

Drehanode

11

Brennbahn

12

Zwischenraum

13

Flüssigkeit

14

Achse

15

Lagerteile

16

Kondensationsflächen

18

Dampf

19

Verdampferfläche

20

Kühlstrom

21

Rippen

22

Kondensat