DE102013215977A1 - Flüssigmetall-Gleitlager - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Flüssigmetall-Gleitlager mit wenigstens einem ersten Lagerteil (1) und wenigstens einem zweiten Lagerteil (2), die kraftschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil (1) und einem zweiten Lagerteil (2) zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht (11a; 11b) angeordnet ist. Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Gleitlager wird auch bei hohen Beanspruchungen ein Flüssigmetallaustritt aus dem Gleitlager zuverlässig verhindert. Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist deshalb beispielsweise für einen Einbau in einen Röntgenstrahler geeignet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
- Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist beispielsweise aus der
DE 195 23 162 A1 bekannt. - Das bekannte Flüssigmetall-Gleitlager umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil und wenigstens ein zweites Lagerteil, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind.
- Bei dem aus der
DE 195 23 162 A1 bekannten Flüssigmetall-Gleitlager ist auf die Oberflächen der aus Molybdän gefertigten Lagerteile eine Aluminiumoxid-Beschichtung (Al2O3) oder eine Titanoxid-Beschichtung (TiO2) mittels eines PVD-Verfahrens (Physical Vapour Deposition, physikalische Gasphasenabscheidung) aufgebracht. Die hierbei realisierbaren Schichtdicken liegen zwischen ca. 0,1 µm und ca. 1 µm. Selbst bei der maximal möglichen Schichtdicke ist es nicht möglich, die vom Bearbeiten her raue Oberflache der Lagerteile (mittlere Rauheit Ra ca.2 µm) vollständig zu bedecken. Auch ist es nicht möglich, mittels PVD-Verfahren die raue Molybdän-Oberfläche zu planarisieren. - Die auf die Oberflächen der Lagerteile aufgebrachten Aluminiumoxid bzw. Titanoxid-Beschichtungen sind relativ hart, so dass kein "Verzahnen" von aneinander gepressten Oberflächen möglich ist. Dies führt dazu, dass bei steigenden Beanspruchungen des Flüssigmetall-Gleitlagers (z.B. höhere Drehzahlen, höhere Temperaturen) zunehmend geringere Fertigungstoleranzen (kleiner 2 µm) eingehalten werden müssen, damit die aufgebrachten PVD-Beschichtungen dem höher werdenden Druck des Flüssigmetalls standhalten, d.h. einen Austritt des Flüssigmetalls verhindern.
- Bedingt durch die hohe Abdampfrate beim Beschichten (kurze Prozesszeit) und der "Körnigkeit" des Aufdampfmaterials (z.B. Granulat oder Kügelchen aus Al2O3 mit ca. 1 mm Durchmesser) werden beim Verdampfen mittels Elektronenstrahls aus dem Verdampfungsgut kleine "Kügelchen" freigesetzt, die dann an der Oberfläche der Lagerteile haften bleiben. Auch beim Zusammenpressen der Lagerteile ist bei solchen Kügelchen keine Veränderung sichtbar. Dies liegt einerseits am tatsächlich vorhandenen Spalt zwischen den Lagerteilen (größer als der Durchmesser der meisten Kügelchen) und andererseits an der Härte des Aluminiumoxids, so dass sich in nachteiliger Weise ein größerer Lagerspalt als von der Planheit der Lagerteile vorgegeben einstellt.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flüssigmetall-Gleitlager zu schaffen, bei dem auch bei hohen Beanspruchungen ein Flüssigmetallaustritt aus dem Gleitlager zuverlässig verhindert wird.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
- Das Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Anspruch 1 umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil und wenigstens ein zweites Lagerteil, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil und einem zweiten Lagerteil zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht angeordnet.
- Bei dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil handelt es sich z.B. jeweils um stehende Lagerteile, die miteinander verbunden sind und ein sich drehendes Innenlager umschließen, das mit einer Achse verbunden ist, die einen Anodenteller trägt. Bei einer alternativen Variante drehen sich das erste Lagerteil und das zweite Lagerteil gemeinsam mit einem Anodenteller um ein stehendes Innenlager, das im Inneren gekühlt wird. Die erfindungsgemäße Lösung ist für beide Varianten gleichermaßen gut geeignet.
- Bei dem erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Gleitlager wird dadurch, dass zwischen den Lagerteilen zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht angeordnet ist, auch bei hohen Beanspruchungen, also insbesondere bei hohen Drücken und/oder hohen Temperaturen, ein Flüssigmetallaustritt aus dem Flüssigmetall-Gleitlager zuverlässig verhindert.
- Die erste duktile Dichtungsschicht kann hierbei auf dem ersten Lagerteil oder auf dem zweiten Lagerteil aufgebracht sein.
- Durch die erfindungsgemäße Lösung wird der Spalt zwischen den Lagerteilen des Flüssigmetall-Gleitlagers, der beim Zusammensetzen entsteht und der aus den unvermeidbaren Fertigungstoleranzen resultiert, deutlich reduziert. Unter Umständen kann sogar eine größere Oberflächen-Rauheit der Lagerteile vorteilhaft sein, weil dadurch eine bessere "Verzahnung" der Lagerteile mit der duktilen Dichtungsschicht erzielt wird. In solchen Fällen verkürzt und vereinfacht sich die Herstellung eines Flüssigmetall-Gleitlagers, da bei der Herstellung der Lagerteile geringere Fertigungstoleranzen erforderlich sind. Damit ergibt sich eine entsprechende Verringerung der Herstellungskosten.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Flüssigmetall-Gleitlagers gemäß Anspruch 2 ist zwischen dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil eine zweite duktile Dichtungsschicht angeordnet. Hierbei sind vorzugsweise die erste duktile Dichtungsschicht auf dem ersten Lagerteil und die zweite Dichtungsschicht auf dem zweiten Lagerteil aufgebracht.
- Eine bevorzugte Ausgestaltung des Flüssigmetall-Gleitlagers nach Anspruch 3 ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil ein Zwischenring angeordnet ist und zwischen dem ersten Lagerteil und dem Zwischenring zumindest teilweise wenigsten eine erste duktile Dichtungsschicht und zwischen dem Dichtungsring und dem zweiten Lagerteil zumindest teilweise wenigstens eine zweite duktile Dichtungsschicht angeordnet sind. Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist in vorteilhafter Weise für eine nochmals erhöhte Dauerbelastung während des Betriebs geeignet.
- Folgende Materialien oder eine Kombination dieser Materialien, die in Anspruch 4 aufgeführt sind, eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften, insbesondere aufgrund ihrer Duktilität, besonders gut für eine duktile Dichtungsschicht: Blei, Kupfer, Indium, Zinn, Aluminium, Gold, Silber, Grafit, Alkalihalogenide. Als Alkalihalogenide kommen beispielsweise Caesiumiodid und Caesiumbromid infrage.
- Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung gemäß Anspruch 5 ist wenigstens eine duktile Dichtungsschicht als Folie ausgeführt, wobei die Folie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 eine Schichtdicke zwischen 50 µm und 2.000 µm aufweist. Die minimale Rauigkeit von 2 µm der Oberfläche der Lagerteile des Flüssigmetall-Gleitlagers wird dadurch zuverlässig planarisiert.
- Alternativ oder zusätzlich ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung nach Anspruch 6 wenigstens eine duktile Dichtungsschicht als PVD-Schicht ausgeführt, wobei die PVD-Schicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 8 eine Schichtdicke zwischen 5 µm und 200 µm aufweist. Auch in diesem Fall wird die minimale Rauigkeit von 2 µm der Oberfläche der Lagerteile des Flüssigmetall-Gleitlagers zuverlässig planarisiert.
- Durch die erfindungsgemäße Lösung wird auch bei hohen Beanspruchungen, also insbesondere bei hohen Drücken und/oder hohen Temperaturen, ein Flüssigmetallaustritt aus dem Flüssigmetall-Gleitlager zuverlässig verhindert. Ein Flüssigmetall-Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ist damit beispielsweise für einen Röntgenstrahler gemäß Anspruch 9 geeignet. Der Röntgenstrahler nach Anspruch 9 umfasst ein Strahlergehäuse, in dem eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse und einem Antriebsmotor angeordnet ist, wobei im Vakuumgehäuse eine Kathode und eine Drehanode angeordnet sind und die Drehanode auf einer mit dem Antriebsmotor gekoppelten Rotorwelle verdrehfest gehalten ist. Die Rotorwelle ist durch wenigstens ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 drehbar gelagert. Das erste Lagerteil des erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Gleitlagers ist hierbei das tellernahe Lagerteil, wohingegen das zweite Lagerteil das tellerferne Lagerteil ist.
- Nachfolgend werden zehn schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele eines Flüssigmetall-Gleitlagers gemäß der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Jeweils in einem Längsschnitt im Bereich der Lagerteile zeigen
-
1 eine erste Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
2 eine zweite Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
3 eine dritte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
4 eine vierte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
5 eine fünfte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
6 eine sechste Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
7 eine siebte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
8 eine achte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers, -
9 eine neunte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers und -
10 eine zehnte Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers. - Das erfindungsgemäße Flüssigmetall-Gleitlager umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil
1 und wenigstens ein zweites Lagerteil2 , die kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil1 und einem zweiten Lagerteil2 zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht11a bzw.11b angeordnet. - Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung an den in
1 bis10 dargestellten Ausführungsbeispielen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur ein Flüssigmetall-Gleitlager dargestellt, das ein erstes Lagerteil1 und ein zweites Lagerteil2 umfasst. Das erste Lagerteil1 und das zweite Lagerteil2 sind kraftschlüssig miteinander verbunden. - In den
1 bis4 ist jeweils eine "zweiteilige" Dichtflächenlösung gezeigt, wohingegen in den5 bis10 jeweils eine "dreiteilige" Dichtflächenlösung dargestellt ist. - Die zweiteilige Dichtflächenlösung (
1 bis4 ) umfasst ein erstes Lagerteil1 und ein zweites Lagerteil2 die beide direkt kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die in1 ,2 und4 dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils nur eine erste duktile Dichtungsschicht11a bzw.11b und die Ausgestaltung gemäß3 zusätzlich zur ersten duktilen Dichtungsschicht11a eine zweite duktile Dichtungsschicht12a aufweist. - Die dreiteilige Dichtflächenlösung (
5 bis10 ) umfasst wiederum ein erstes Lagerteil1 und ein zweites Lagerteil2 , wobei zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 ein Zwischenring3 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist zumindest teilweise wenigsten eine erste duktile Dichtungsschicht11a bzw.11b angeordnet; zwischen dem Dichtungsring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist zumindest teilweise wenigstens eine zweite duktile Dichtungsschicht12a bzw.12b angeordnet. Auch bei der dreiteiligen Dichtflächenlösung sind das erste Lagerteil1 und das zweite Lagerteil2 – dieses Mal zusammen mit dem Zwischenring3 – kraftschlüssig miteinander verbunden. - Bei der ersten Ausführungsform (
1 ) ist zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 eine erste duktile Dichtungsschicht11a angeordnet, die als PVD-Schicht ausgeführt ist und auf dem zweiten Lagerteil2 aufgebracht ist. - Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel (
2 ) ist zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 wiederum eine erste duktile Dichtungsschicht11a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht11a ist jedoch auf dem ersten Lagerteil1 aufgebracht und wiederum als PVD-Schicht ausgeführt. - Bei der dritten Ausgestaltung (
3 ) sind zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 eine erste duktile Dichtungsschicht11a und eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht11a ist hierbei auf dem ersten Lagerteil11 angeordnet. Die zweite duktile Dichtungsschicht12a ist auf dem zweiten Lagerteil2 angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11a und12a sind als PVD-Schichten ausgeführt. - Bei der vierten Ausführungsform (
4 ) ist zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 eine erste duktile Dichtungsschicht11b angeordnet, die als Folie ausgeführt ist und auf dem zweiten Lagerteil2 aufgebracht ist. - Die fünfte Ausgestaltung (
5 ) umfasst einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11a und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11a und12b sind als PVD-Schichten ausgeführt und auf beiden Seiten des Zwischenrings3 aufgebracht. - Das sechste Ausführungsbeispiel (
6 ) umfasst ebenfalls einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11a und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11a und12a sind als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht11a auf dem ersten Lagerteil1 und die zweite duktile Dichtungsschicht12a auf der dem zweiten Lagerteil2 zugewandten Seite des Zwischenrings3 angeordnet ist. - Die siebte Ausführungsform (
7 ) umfasst wiederum einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11a und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11a und12a sind als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht11a auf dem ersten Lagerteil1 und die zweite duktile Dichtungsschicht12a auf dem zweiten Lagerteil2 aufgebracht sind. - Auch die achte Ausführungsform (
8 ) umfasst einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11a und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11a und12a sind wiederum als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht11a auf der dem ersten Lagerteil1 zugewandten Seite des Zwischenrings3 angeordnet ist und die zweite duktile Dichtungsschicht12a auf dem zweiten Lagerteil2 aufgebracht ist. - Das neunte Ausführungsbeispiel (
9 ) umfasst wiederum einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11b und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12b angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten11b und12b sind als duktile Folien ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht11b auf dem Zwischenring3 angeordnet ist. Die zweite duktile Dichtungsschicht12b ist auf dem zweiten Lagerteil2 angeordnet. - Die zehnte Ausgestaltung (
10 ) umfasst wiederum einen Zwischenring3 , der zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem zweiten Lagerteil2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil1 und dem Zwischenring3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht11b und zwischen dem Zwischenring3 und dem zweiten Lagerteil2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht12a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht11b ist als Folie ausgeführt, wohingegen die zweite duktile Dichtungsschicht12a als PVD-Schicht ausgebildet ist. Die erste duktile Dichtungsschicht11b ist auf der Seite des Zwischenrings3 angeordnet, die dem ersten Lagerteil1 zugewandt ist. Die zweite duktile Dichtungsschicht12a ist auf dem zweiten Lagerteil2 aufgebracht. - Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben ist, so ist die Erfindung nicht durch die in den
1 bis10 dargestellten Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus auch problemlos andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen. - 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 19523162 A1 [0002, 0004]
Claims (9)
- Flüssigmetall-Gleitlager mit wenigstens einem ersten Lagerteil (
1 ) und wenigstens einem zweiten Lagerteil (2 ), die kraftschlüssig miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil (1 ) und einem zweiten Lagerteil (2 ) zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht (11a ;11b ) angeordnet ist. - Flüssigmetall-Gleitlager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lagerteil (
1 ) und dem zweiten Lagerteil (2 ) eine zweite duktile Dichtungsschicht (12a ;12b ) angeordnet ist. - Flüssigmetall-Gleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Lagerteil (
1 ) und dem zweiten Lagerteil (2 ) ein Zwischenring (3 ) angeordnet ist und zwischen dem ersten Lagerteil (1 ) und dem Zwischenring (3 ) zumindest teilweise wenigsten eine erste duktile Dichtungsschicht (11a ;11b ) und zwischen dem Dichtungsring (3 ) und dem zweiten Lagerteil (2 ) zumindest teilweise wenigstens eine zweite duktile Dichtungsschicht (12a ;12b ) angeordnet sind. - Flüssigmetall-Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die duktile Dichtungsschicht (
11a ;11b ;12a ;12b ) aus einem der folgenden Materialien oder aus einer Kombination dieser Materialien besteht: Blei, Kupfer, Indium, Zinn, Aluminium, Gold, Silber, Grafit, Alkalihalogenide. - Flüssigmetall-Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine duktile Dichtungsschicht (
11b ,12b ) als Folie ausgeführt ist. - Flüssigmetall-Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine duktile Dichtungsschicht (
11a ,12a ) als PVD-Schicht ausgeführt ist. - Flüssigmetall-Gleitlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie eine Schichtdicke zwischen 50 µm und 2.000 µm aufweist.
- Flüssigmetall-Gleitlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die PVD-Schicht eine Schichtdicke zwischen 5 µm und 200 µm aufweist.
- Röntgenstrahler mit einem Strahlergehäuse, in dem eine Röntgenröhre mit einem Vakuumgehäuse und einem Antriebsmotor angeordnet ist, wobei im Vakuumgehäuse eine Kathode und eine Drehanode angeordnet sind und die Drehanode auf einer mit dem Antriebsmotor gekoppelten Rotorwelle verdrehfest gehalten ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorwelle durch wenigstens ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 drehbar gelagert ist.
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