DE102009031530A1

DE102009031530A1 - Gleitlager für hohe Drehgeschwindigkeiten eines Anodentellers

Info

Publication number: DE102009031530A1
Application number: DE102009031530A
Authority: DE
Inventors: Jan Essensohn; Marc Dr. Hainke; Thomas Ohrndorf; Marc Dr. Ordung; Bernhard Dr. Roas
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2011-01-13
Also published as: US20110002564A1; CN101944470A

Abstract

Die Erfindung gibt ein Gleitlager für eine Drehanode einer Röntgenröhre mit einem feststehenden Lagerteil (1) an, wobei um das feststehende Lagerteil (1) oder innerhalb des feststehenden Lagerteils (1) mehrere drehbare Lagerteile (2, 4) konzentrisch angeordnet sind und die Lagerteile (1, 2, 4) Lagerflächen (5) aufweisen, zwischen denen sich mit einem flüssigen Mittel gefüllte Lagerspalte (3) befinden. Die Erfindung gibt auch Röntgenröhren und Computertomographen mit derartigen Gleitlagern an. Vorteilhaft daran ist, dass die Gleitreibung von Gleitlagern mit Flüssigkeiten bei Drehfrequenzen größer 200 Hz deutlich gesenkt werden kann. Gleichzeitig bleibt die ausgezeichnete Wärmeableitung bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein im Patentanspruch 1 angegebenes Gleitlager mit einem feststehenden Lagerteil, an dem ein Anodenteller einer Röntgenröhre befestigt werden kann sowie eine Röntgenröhre und einen Computertomographen mit einem derartigen Gleitlager.
Ein Gleitlager ist ein Maschinenelement oder Bauteil, das auf gleitende Bewegungen eines Bauteils auf oder in einem Lager beruht. Im Gegensatz zu Kugellagern und Wälzlagern ist ein Gleitlager dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil und das Lager sich direkt oder nur durch einen Schmierfilm getrennt aneinander vorbei bewegen. Gleitlager sind daher im Allgemeinen auf exzellente Schmierung gegen Gleitreibung angewiesen. Die Schmierung erfolgt durch Schmieröle, Schmierfette, aber auch durch Weichmetalllager aus Kupfer, Bronze oder Zinn, oder nach anderen selbstschmierenden Prinzipien.
Gleitlager werden auch zur Lagerung eines drehbaren Anodentellers einer Röntgenröhre verwendet. In der DE 196 12 693 A1 wird ein Gleitlager für eine Drehanode angegeben, das ein rotierendes und ein feststehendes Lagerteil mit Lagerflächen aufweist, zwischen denen sich ein mit einem als Schmiermittel vorgesehenen Flüssigmetall gefüllter Lagerspalt befindet. Bei den erforderlichen Drehfrequenzen von kleiner 200 Hz ist das Gleitlager ausreichend leichtgängig und gewährleistet durch die großen Kontaktflächen der Lagerteile eine gute Wärmeleitung der im Anodenteller gespeicherten Wärmeenergie.
Bei zukünftigen Hochleistungsröntgenstrahlenröhren werden aber höhere Drehfrequenzen des Anodentellers benötigt. Allerdings steigt bei Drehfrequenzen oberhalb von 200 Hz die Reibung im Gleitlager überproportional mit der Drehfrequenz an, so dass die Leistung der zum Antrieb der Drehanode benötigten Antriebsaggregate nicht mehr akzeptabel wäre.
Es ist Aufgabe der Erfindung diesen Nachteil zu überwinden und ein Gleitlager anzugeben, das auch bei hohen Drehfrequenzen sowohl eine gute Wärmeleitung als auch eine geringe Gleitreibung und ausreichende Tragkraft aufweist.
Gemäß der Erfindung wird die gestellte Aufgabe mit dem Gleitlager für eine Drehanode einer Röntgenröhre des unabhängigen Patentanspruchs 1 sowie einer Röntgenröhre und einem Computertomographen mit einem derartigen Gleitlager gelöst.
Die Erfindung beansprucht ein Gleitlager für eine Drehanode einer Röntgenröhre mit einem feststehenden Lagerteil, wobei mehrere konzentrisch um das feststehende Lagerteil oder innerhalb des feststehenden Lagerteils drehbare Lagerteile angeordnet sind und die Lagerteile strukturierte (z. B. Rillenstruktur) oder unstrukturierte Lagerflächen aufweisen, zwischen denen sich mit einem flüssigen Mittel, beispielsweise einem Flüssigmetall, gefüllte Lagerspalte befinden. Vorteilhaft daran ist, dass die Gleitreibung von Gleitlagern mit Flüssigkeiten bei Drehfrequenzen größer 200 Hz deutlich gesenkt werden kann. Gleichzeitig bleibt der Vorteil der sehr guten Wärmeableitung bestehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung kann das Flüssigmetall als Schmiermittel und Wärmetransportmittel wirken.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Drehanode ausschließlich mit dem äußersten bzw. dem innersten drehbaren Lagerteil verbunden sein.
Die Erfindung gibt auch eine Röntgenröhre mit einer Drehanode an, die mittels eines erfindungsgemäßen Gleitlagers gelagert ist.
Außerdem gibt die Erfindung einen Computertomograph mit einer erfindungsgemäßen Röntgenröhre an. Die erfindungsgemäße Röntgenröhre kann auch in anderen Röntgeneinrichtungen (z. B. Angiographiegerät) zum Einsatz kommen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung werden aus den nachfolgenden Erläuterungen eines Ausführungsbeispiels anhand von schematischen Zeichnungen ersichtlich.
Es zeigen:
1: einen Querschnitt durch ein Gleitlager gemäß Stand der Technik und
2: einen Querschnitt durch ein Gleitlager mit zwei konzentrischen Lagerschalen.
1 zeigt einen Querschnitt durch ein Gleitlager für einen Anodenteller gemäß Stand der Technik. Gleitlager sind durch eine in einer Lagerschale 2 gelagerte Innenwelle 1 gebildet. Die Innenwelle 1 bildet z. B. das feststehende Lagerteil, wohingegen die Lagerschale 2 das bewegliche Lagerteil bildet. An der rotierbaren Lagerschale 2 ist der Anodenteller befestigt. Die Innenwelle 1 ist fest mit einem Röntgenröhrengehäuse verbunden und kann von innern gekühlt werden.
Zwischen den beiden konzentrisch angeordneten Lagerteilen 1, 2 befindet sich ein von Lagerflächen 5 der Lagerteile 1, 2 gebildeter, beispielsweise etwa 20 μm breiter Lagerspalt 3, der mit einem Flüssigmetall, beispielweise Ga-In-Sn, gefüllt ist. Die drehzahlabhängige Reibung im Lagerspalt 3 beschränkt die Drehfrequenz für den Anodenteller auf kleiner 200 Hz. Ein wichtiger Vorteil von Gleitlagern ist ein großflächiger Kontakt zwischen der Lagerschale 2 und der Lagerbuchse 1 mittels des Flüssigkeitsfilms in dem Lagerspalt 3. Dadurch kann über eine direkte Wärmeleitung etwa 90% der im Anodenteller anfallenden Wärmeenergie abgeführt werden.
In 2 ist ein erfindungsgemäßes Gleitlager im Querschnitt dargestellt, das für Drehfrequenzen des Anodentellers größer 200 Hz geeignet ist. Zwischen einem feststehendem Lagerteil 1, dem Lagerzapfen, und einem drehbaren Lagerteil 2, der Lagerschale, ist konzentrisch ein weiteres drehbares Lagerteil 4, die Lagerbuchse, angeordnet. Zwischen den Lagerteilen 1, 2, 4 befinden sich durch Lagerflächen 5 der Lagerteile 1, 2, 4 gebildete Lagerspalte 3, die mit einem Flüssigmetall gefüllt sind. Durch das Entstehen von zwei konzentrischen Gleitlagern drehen sich die drehbaren Lagerteile 2, 4 nur mit der halben Drehfrequenz relativ zueinander.
Da die Reibung bei hydrodynamischen Flüssigmetalllagern überproportional mit der Drehfrequenz ansteigt, weist bei gleichbleibender Drehfrequenz des mit der Lagerschale 2 verbundenen Anodentellers die Gesamtreibung des doppelten Gleitlagers nur einen Teil der Reibung des einfachen Gleitlagers auf. Steigt beispielsweise die Reibung des einfachen Gleitlagers quadratisch mit der Drehfrequenz beträgt die Reibung des doppelten Gleitlagers nur die Hälfte.
Da die Tragkraft linear mit der Drehfrequenz ansteigt, weist ein doppeltes Gleitlager mit 400 Hz Drehfrequenz (2·200 Hz) noch annähernd die gleiche Tragkraft auf wie ein einfaches Gleitlager mit 200 Hz Drehfrequenz.
Der Lagerzapfen 1 kann für eine verbesserte Wärmeabfuhr von innen bzw. von außen gekühlt werden.
Für eine weitere Reduzierung der Lagerreibung können zusätzliche drehbare Lagerteile eingefügt werden, wodurch ein Gleitlager in Form einer Zwiebelschale gebildet wird.
Bezugszeichenliste

1: Lagerzapfen/feststehendes Lagerteil
2: Lagerschale/drehbares Lagerteil
3: Lagerspalt
4: Lagerbuchse/drehbares Lagerteil
5: Lagerfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19612693 A1 [0003]

Claims

Gleitlager für eine Drehanode einer Röntgenröhre mit einem feststehenden Lagerteil (1), gekennzeichnet durch: – mehrere konzentrisch um das feststehende Lagerteil (1) oder innerhalb des feststehenden Lagerteils (1) angeordnete drehbare Lagerteile (2, 4), – wobei die Lagerteile (1, 2, 4) Lagerflächen (5) aufweisen, zwischen denen sich mit einem flüssigen Mittel gefüllte Lagerspalte (3) befinden.
Gleitlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das flüssige Mittel ein Flüssigmetall ist, das als Schmiermittel und Wärmetransportmittel wirkt.
Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehanode ausschließlich mit dem äußersten oder mit dem innersten drehbaren Lagerteil (2) verbunden ist.
Röntgenröhre mit einer Drehanode, die mittels eines Gleitlagers nach einem der vorhergehenden Ansprüche drehbar gelagert ist.
Computertomograph mit einer Röntgenröhre nach Anspruch 4.