CH638340A5

CH638340A5 - Drehanodenroentgenroehre mit metallgeschmiertem gleitlager.

Info

Publication number: CH638340A5
Application number: CH1247178A
Authority: CH
Inventors: Jan Gerkema; Everhardus Albertus Muijderman
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1977-12-09
Filing date: 1978-12-06
Publication date: 1983-09-15
Also published as: FI783730A; FR2411488A1; AU520629B2; NL7713634A; SE431377B; SE7812544L; BR7808031A; DE2852908A1; JPS6021463B2; IT1101487B; US4210371A; FI68737C; GB2010985B; AU4222178A; ES475798A1; AT361088B; AR216815A1; JPS5487199A; FI68737B; BE872605A

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehanodenröntgenröhre, deren Anode in einem vakuumdichten Gehäuse mit Hilfe mindestens eines mit Metall geschmierten Lagers drehbar angeordnet ist.

Eine derartige Röntgenröhre eignet sich insbesondere für Verwendung als Strahlungsquelle in Geräten für medizinische Röntgendiagnostik.

Aus der US-PS 2293527 ist eine Röntgenröhre der eingangs erwähnten Art bekannt, deren Lagersystem zwei mit Metall geschmierte Kugellager enhält.

Um Verschleiss der Kugellager in einer derartigen Röntgenröhre möglichst zu beschränken, wird die Anode nur dann gedreht, wenn die Röntgenröhre Strahlung liefert. Trotz dieser Massnahme ist durch die kurze Lebensdauer der Kugellager die Lebensdauer der Röntgenröhre kurz. Die kurze Lebensdauer ist insbesondere dadurch bedingt, dass ein Teil der Wärme, die im Betrieb in der Anode erzeugt wird, von den Lagern abgeleitet wird, wodurch die mittlere Temperatur der Kugellager bis auf etwa 400 °C steigt. Ausserdem müssen die Kugellager in Vakuum arbeiten. Unter derartigen Bedingungen können die Kugellager nicht ausreichend geschmiert werden, weshalb überdies noch Kugellager verwendet werden, die einen genügenden Spielraum aufweisen, um Festlaufen zu vermeiden. Hierdurch läuft die Röntgenröhre besonders laut, was während einer Untersuchung mit einem Gerät mit einer solchen Röntgenröhre stark stört.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Röntgenröhre zu schaffen, die eine höhere Lebensdauer hat und weniger Laufgeräusche erzeugt. Eine erfindungsgemässe Röntgenröhre ist dazu dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Gleitlager ist, und dass zumindest dessen miteinander zusammenarbeitende metallene Tragflächen aus einem Metall bestehen, das nicht von einer Lagerschmiermittel dienenden Ga-oder Ga-Legierungs-Schicht angegriffen wird, und das Lagerschmiermittel ohne Zwischenschicht benetzt und der Schmelzpunkt des Lagerschmiermittels unter 30°C liegt.

Unter Benetzung ohne Zwischenschicht der Tragfläche durch die Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht sei hier eine Benetzung verstanden, bei der zwischen den Metallatomen in der Tragfläche und den Atomen in der Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht eine direkte Wechselwirkung besteht. Eine derartige Benetzung der Tragflächen, die vorzugsweise aus einem der

Metalle W und Mo oder aus einer Legierung von W und Mo bestehen, durch Ga (Gallium) oder durch die Ga-Legierung ist so gut, dass die Tragflächen unter Belastung des Lagers in der Röhre durch die Ga- oder die Ga-Legierungs-Schicht völlig voneinander getrennt sind. Sowohl beim Stillstand als auch bei der Drehung des Lägers wird die Schicht nicht aus dem Lager herausgestaut, wodurch ein Festlaufen des Lagers vermieden wird und sowohl Verschleiss als auch Lärmerzeugung des Lagers stark reduziert sind. Das Rotieren der Anode braucht jetzt nicht mehr unterbrochen zu werden, wenn die Röhre keine Strahlung aussendet, sondern kann für längere Zeit, beispielsweise einen Arbeitstag lang, ununterbrochen weitergehen, und der Röhrenstrom kann zu jedem gewünschten Augenblick ein- und ausgeschaltet werden. Das Antriebsystem kann dabei für eine niedrigere Leistung ausgelegt sein, weil die Anode nicht kurzfristig auf ihre Nenndrehzahl beschleunigt und wieder abgebremst werden muss. Im Betrieb kann sowohl der Röhrenstrom als auch die Wärme, die durch den auffallenden Elektronenstrom in der Anode erzeugt wird, vom Lager gut geleitet werden, weil Ga und Ga-Legierungen ebenfalls gute Elektrizitäts- und Wärmeleitungseigenschaften besitzen, auch bei den Temperaturen und den Drucken, denen sie in einer Röntgenröhre unterworfen sind. Da die Temperatur einer Röntgenröhre in einer Anlage für medizinische Röntgendiagnostik in der Praxis meist zumindest 30 °C beträgt, ist die Ga-Legierung im Lager der Röntgenröhre nach der Erfindung in der Praxis flüssig, so dass sie ohne Vorheizung gestartet werden kann.

Eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäs-sen Röntgenröhre ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der zusammenarbeitenden Tragflächen des Gleitlagers mit Spiralrillen versehen ist. Durch die Spiralrillen wird im Betrieb Schmierflüssigkeit (Ga oder Ga-Legierung) in das Lager eingestaut. Hierdurch tritt eine bessere Verteilung des Galliums oder der Legierung im Lager auf und ergibt sich bei der Rotation neben einer zusätzlich grossen Belastbarkeit eine hohe dynamische Stabilität.

Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemässen Röntgenröhre ,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der in Fig. 1 dargestellten Linie II-II und

Fig. 3a bis 3d sehr schematisch mögliche Grenzschichtkonfigurationen bei der Wechselwirkung zwischen einer zu benetzenden Metalloberfläche und einer Ga-Legierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt und Dampfdruck.

Fig. 1 zeigt eine Röntgenröhre 1 mit einer Drehanode 2, die zusammen mit einem Rotor 3 mit Hilfe einer Gegenmutter 4 auf einer Welle 5 befestigt ist, die in einem vakuumdichten Gehäuse 6 mit Hilfe zweier Lager 7 und 8 drehbar angeordnet ist. Das Lager 7 besteht aus einem kugelförmigen Teil 9, der mit der Welle 5 fest verbunden und in ein kugelförmig ausgenommenes Tragorgan 10 aufgenommen ist. Einander gegenüberliegende Flächen des kugelförmigen Teils 9 und des Tragorgans 10 bilden Tragflächen des Lagers 7 und schliessen einen Lagerspalt 11 ein. Der Lagerspalt 11 ist mit einer als Schmiermittel dienenden Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht gefüllt, die die Tragflächen der aus Mo hergestellten Lagerteile 9 und 10 ohne Zwischenschicht benetzt. Diese Benetzung ist so gut, dass diese Flächen unter Belastung in der Röhre völlig voneinander getrennt sind. Der kugelförmige Teil 9 ist mit einem Rillenmuster 12 versehen, das bei der Drehung der Welle 5 in Pfeilrichtung das Schmiermittel in Richtung auf die Kuppe der Kugel aufstaut. Weiterhin ist der kugelförmige Teil 9 mit einem zweiten Rillenmuster 13 versehen, deren Rillen denen des Rillenmusters 12 entgegengesetzt verlaufen und

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also Schmiermittel in der anderen Richtung stauen. Durch Legierung angegriffen werden. Metalle wie Cu, Messing, Fe, diese Rillenmuster besitzt das Lager bei der Rotation neben ei- rostfreier Stahl und Ni werden hierdurch stark angegriffen, ner zusätzlich grossen Belastbarkeit in radialem und axialem Oberflächen, die aus diesen letzten Metallen hergestellt sind, Sinne eine hohe dynamische Stabilität. Das Tragorgan 10 ist in quellen daher auf, wenn sie mit Ga oder mit einer Ga-Legie-einem zylindrischen Bauteil 14 befestigt, der mit Hilfe einer 5 rung molekular benetzt sind.

vakuumdichten Verbindung 15 in einer muldenförmigen Ver- In Fig. 3b, 3c und 3d sind Grenzschichten zwischen einem tiefung 16 des Gehäuses 6 befestigt ist. Der Bauteil 14 ist wei- Metall 41 und Ga oder einer Ga-Legierung 42 dargestellt,

terhin mit einem Kontaktstift 17 für die Zuführung des Röh- wobei zwischen diesen Schichten eine Oxidschicht vorhanden renstroms und für die Abteilung eines Teils der Wärme verse- ist. Derartige Benetzungen eignen sich nicht für Verwendung hen, die im Betrieb in der Anode erzeugt wird. io in einem Gleitlager in der erfindungsgemässen Röntgenröhre,

Das Lager 8 besteht aus einem kegelförmigen Teil 18, der weil sowohl beim Stillstand als auch bei derRotation der Lager mit der Welle 5 fest verbunden und in ein kegelförmig ausge- in der Röntgenröhre Ga oder die Ga-Legierung aus den nommenes Tragorgan 19 aufgenommen ist. Die einander Lagern herausgestaut wird. Hierdurch berühren sich die Trag gegenüberliegenden Flächen des kegelförmigen Teils 18 und flächen mechanisch miteinander, wodurch im Betrieb ein star-des Tragorgans 19 bilden die Tragflächen des Lagers 8 und is ker Verschleiss auftritt und sich die Tragflächen sogar mitein-schliessen einen Lagerspalt 20 ein. Der Lagerspalt 20 ist mit ei- ander verschweissen können (auch mit «Fressen» bezeichnet), ner als Schmiermittel dienenden Ga- oder Ga-Legierungs- so dass die Lager festlaufen können.

Schicht gefüllt, die die Tragflächen der aus Mo hergestellten Fig. 3b zeigt eine Grenzschicht zwischen einem Metall 41,

Lagerteile 18 und 19 ohne Zwischenschicht benetzt. Diese das mit einer Metalloxydschicht 43 und einer Ga- oder Ga-

Benetzung ist so gut, dass sie unter Belastung in der Röhre 20 Legierungs-Schicht 42 bedeckt ist, die von der Schicht 43 völlig voneinander getrennt sind. Der kegelförmige Teil 18 ist durch eine Schicht oxydierter Ga-Legierung 44 getrennt ist. auf gleichartige Weise wie der kugelförmige Teil 9 mit zwei Die Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht 42 ist jetzt nicht in direk-Rillenmustern 21 und 22 versehen, die das Schmiermittel in tem Kontakt mit dem Metall. Die Benetzung ist mässig, die entgegengesetztem Sinn in den Lagerspalt 20 stauen. Das Schichten kleben aneinander, was sich aus nachstehendem

Lager 8 besitzt hierdurch neben einer zusätzlich grossen 25 Versuch ergibt. Eine eloxierte AI-Achse mit einem Durchmes-

Belastbarkeit in radialem und axialem Sinne eine hohe dyna- ser von 20 mm zeigt nach der Benetzung mit einer Ga-Legie-mische Stabilität. Das Tragorgan 19 ist in einem zylindrischen rung die in der Fig. 3b dargestellte Grenzschichtkonfiguration. Bauteil 23 in axialer Richtung mit Hilfe einer Tellerfeder 24 Mit Hilfe eines Ringes mit einem Innendurchmesser, der um und in radialer Richtung mit drei Stahlkugeln 25 (siehe auch 10 Mikrometer grösser als der Durchmesser der Achse ist, Fig. 2) und einem Federelement 26 federnd eingeschlossen. 30 wird die Ga-Legierung von der Achse abgehoben. Eine gleich-Die Kugeln 25 sind in zylindrischen Öffnungen 27 im Bauteil mässige Benetzung erfolgt an der Oberfläche oxydischer 23 eingeschlossen und werden mit Federzungen 28, die am Materialien wie Glas und Quarz.

Federelement 26 befestigt sind, in radialem Sinne an das Trag- Fig. 3c zeigt eine Grenzschicht zwischen einem Metall 41 organ 19 gedrückt. Die axiale Federung mit Hilfe der Tellerfe- und einer Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht 42, die durch eine der 24 dient zum Aufnehmen von Längenänderung der Welle 35 Schicht oxydierte(s)r Ga oder Ga-Legierung 44 von der 5 durch wechselnde Temperaturen in der Röhre. Die radiale Schicht 41 getrennt ist. Die Ga-Legierung 42 ist nicht in direk-Federung mit Hilfe des Federelementes 26 sorgt dafür, dass tem Kontakt mit dem Metall 41. Die Benetzung ist mässig und die Welle 5 bei Unwucht der Drehanode zur Vermeidung der für die Grenzschichtkonfiguration nach Fig. 3b vergleich zusätzlicher Kräfte auf die Lager eine Präzessionsbewegung bar.

über eine Kegeloberfläche ausführen kann, deren Spitze im 40 Fig. 3d zeigt eine Grenzschicht zwischen einem Metall 41, mathematischen Mittelpunkt 29 des kugelförmigen Teils 9 des das mit einer Metalloxydschicht 43 und einer Ga- oder Ga-Lagers 7 liegt. Der Bauteil 23 ist mit einer vakuumdichten Ver- Legierungs-Schicht 42 bedeckt ist. In diesem Fall tritt gar bindung 30 in einer muldenförmigen Vertiefung 31 des Gehäu- keine Benetzung auf. Gleiches gilt für ein oxydisches Material ses 6 befestigt. wie Glas und Quarz. Ein Glasstab wird von einer oxydfreien

Eine hier nicht näher beschriebenen Kathode 32 ist mit 45 Ga-Legierung nicht benetzt.

zwei Kontaktstiften 33 und 34 elektrisch verbunden, die in Die einzige der Grenzschichtkonfigurationen nach Fig. 3a einem Bauteil 35 angebracht sind, das mit einer vakuumdich- bis 3d, die sich für Verwendung im Lager der Röntgenröhre ten Verbindung 36 in einer muldenförmigen Vertiefung 37 des nach der Erfindung eignet und in Fig. 3a dargestellt ist, kann Gehäuses 6 befestigt ist. Zwischen den Kontaktstiften 33 und dadurch verwirklicht werden, dass die Metalloberfläche 41 34 wird die Kathodenheizspannung zugeführt, während der 50 und das Ga oder die Ga-Legierung 42 getrennt in einer redu-Röhrenstrom über einen dieser Stiftung abgeleitet wird. zierenden Umgebung, beispielsweise in H2-Gas, einige Zeit

Erzeugte Röntgenstrahlung kann die Röhre durch das Fenster bei 800 °C erhitzt werden. Möglicherweise vorhandene Oxyde 38 verlassen. werden dabei reduziert. Werden anschliessend in der gleichen

Geeignete Ga-Legierungen für die Füllung der Lagerspalte reduzierenden Umgebung, gegebenenfalls bei einer niedrige-11 und 20 sind beispielsweise die zwei binären eutektischen 55 ren Temperatur, die Metalloberfläche und das Ga oder die Zusammensetzungen 76 Ga - 24 In und 92 Ga - 8 Sn, die bei Ga-Legierung miteinander in Kontakt gebracht, so wird die 16,5°C bzw. 20,0 °C schmelzen (mit den Zahlen vor den Metalloberfläche sehr gut benetzt und zeigt die Grenzschicht chemischen Symbolen werden Gewichtsprozente bezeichnet). die dargestellte Konfiguration.

Auch ist die ternäre eutektische Zusammensetzung 62 Ga - 25 Auch kann die Metalloberfläche 41 in einer reduzierenden In - 13 Sn geeignet, die bei 5°C schmilzt. 60 Umgebung, beispielsweise Hî-Gas, einige Zeit bei 800 °C

Fig. 3a zeigt eine Grenzschicht zwischen einem Metall 41 erhitzt und danach in der gleichen reduzierenden Umgebung und einer Ga-Legierung 42. Das Metall 41 ist wie in einer gegebenenfalls bei einem stark herabgesetzten Druck, mit erfindungsgemässen Röntgenröhre durch die Ga- oder Ga- einer Au-Schicht mit einer Dicke von etwa 1 um bedeckt werden Legierungs-Schicht 42 ohne Zwischenschicht benetzt. Es ist Die Oberfläche kann jetzt, weil Au dabei nicht oxydiert, an eine direkte Wechselwirkung zwischen Metallatomen und 65 der Luft bei einer viel niedrigeren Temperatur in Ga oder in Atomen aus Ga oder aus Ga-Legierung möglich. Vorzugsweise eine Ga-Legierung eingetaucht werden. Wird vor dem Eintauist das Metall 41 eines der Metalle W, Mo, Ta oder Nb, weil chen eine möglicherweise vorhandene Oxydschicht auf dem diese Metalle nicht oder nur in geringem Masse von der Ga- Ga oder auf der Ga-Legierung einfach weggeschoben, bei-

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spielsweise mit einem Spatel, so wird die Au-Schicht mit einer oxydfreien Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht bedeckt. Die Au-Schicht bildet mit Ga eine flüssige Ga-Au-Legierung, wodurch das Au gleichsam in dem Ga oder in der Ga-Au-Legierung auflöst. Es wird so ein sehr guter direkter Kontakt zwischen der Metalloberfläche und dem Ga oder der Ga-Legierung gebildet. Die Ga-Au-Legierung bildet eine Verunreinigung in dem Ga oder in der Ga-Legierung, aber sie ist nur gering, weil die auf der Metalloberfläche angebrachte Au-Schicht so dünn ist.

Es sei bemerkt, dass auch andere abschliessende Ober-5 schichten nicht oder nur langsam an der Luft oxydierender Metalle oder Metallegierungen für Verwendung im beschriebenen Verfahren in Betracht kommen.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Drehanodenröntgenröhre, deren Anode in einem vakuumdichten Gehäuse mit Hilfe mindestens eines mit Metall geschmierten Lagers drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager ein Gleitlager ist, und dass zumindest dessen miteinander zusammenarbeitende metallene Tragflächen aus einem Metall bestehen, das nicht der als Lager-schmiermittei dienenden Ga- oder Ga-Legierungs-Schicht angegriffen wird, und das Lagerschmiermittel das Metall der Tragflächen ohne Zwischenschicht benetzt und der Schmelzpunkt des Lagerschmiermittels unter 30 °C liegt.

2. Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenarbeitenden Tragflächen eines der Metalle W oder Mo oder eine Legierung von W und Mo enthalten.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der zusammenarbeitenden Tragflächen des Gleitlagers mit Spiralrillen versehen ist.

4. Röntgenröhre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Richtung auf die Drehachse des Lagers gesehen die Spiralrillen in zwei Gruppen angebracht sind, die beide im Betrieb das Lagerschmiermittel in das Lager hineinstauen.