-
Die Erfindung betrifft ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist beispielsweise aus der
DE 196 06 871 A1 bekannt.
-
Das bekannte Flüssigmetall-Gleitlager umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil und wenigstens ein zweites Lagerteil, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil und einem zweiten Lagerteil zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht angeordnet ist.
-
Die
DE 196 14 221 A1 beschreibt ein Flüssigmetall-Gleitlager, bei dem ein Antibenetzungsmittel (z.B. Graphit) als Dichtung dient.
-
Ein Flüssigmetall-Gleitlager, bei dem die für die Beschichtung einer abzudichtenden Oberfläche ein plastisch deformierbares Material (z.B. Indium, Gold, Kupfer) vorgesehen ist, offenbart die
DE 195 10 066 A1 .
-
Weiterhin ist es aus der
DE 38 42 034 A1 bekannt, dass die Oberflächen eines Flüssigmetall-Gleitlagers aus einem Edelmetall, vorzugsweise Gold, bestehen.
-
Bei dem aus der
DE 195 23 162 A1 bekannten Flüssigmetall-Gleitlager ist auf die Oberflächen der aus Molybdän gefertigten Lagerteile eine Aluminiumoxid-Beschichtung (Al
20
3) oder eine Titanoxid-Beschichtung (TiO
2) 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 R
a 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 Al203 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, wobei wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil und einem zweiten Lagerteil zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht angeordnet ist. Wenigstens eine duktile Dichtungsschicht ist erfindungsgemäß als Folie ausgeführt.
-
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.
-
Die erfindungsgemäß als duktile Dichtungsschicht ausgebildete Folie weist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 6 eine Schichtdicke zwischen 50 µm und 2.000 µm auf. Die minimale Rauigkeit von 2 µm der Oberfläche der Lagerteile des Flüssigmetall-Gleitlagers wird dadurch zuverlässig planarisiert.
-
Zusätzlich ist gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wenigstens eine duktile Dichtungsschicht als PVD-Schicht ausgeführt, wobei die PVD-Schicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform 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 5 ist damit beispielsweise für einen Röntgenstrahler gemäß Anspruch 6 geeignet. Der Röntgenstrahler nach Anspruch 6 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 5 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 Lagerteil 2, die kraftschlüssig miteinander verbunden sind. Erfindungsgemäß ist wenigstens zwischen einem ersten Lagerteil 1 und einem zweiten Lagerteil 2 zumindest teilweise wenigstens eine erste duktile Dichtungsschicht 11a bzw. 11b angeordnet.
-
Zur Erläuterung der erfindungsgemäßen Lösung an den in 1 bis 10 dargestellten Ausführungsbeispielen ist aus Gründen der Übersichtlichkeit jeweils nur ein Flüssigmetall-Gleitlager dargestellt, das ein erstes Lagerteil 1 und ein zweites Lagerteil 2 umfasst. Das erste Lagerteil 1 und das zweite Lagerteil 2 sind kraftschlüssig miteinander verbunden.
-
In den 1 bis 4 ist jeweils eine „zweiteilige“ Dichtflächenlösung gezeigt, wohingegen in den 5 bis 10 jeweils eine „dreiteilige“ Dichtflächenlösung dargestellt ist.
-
Die zweiteilige Dichtflächenlösung (1 bis 4) umfasst ein erstes Lagerteil 1 und ein zweites Lagerteil 2 die beide direkt kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die in 1, 2 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiele jeweils nur eine erste duktile Dichtungsschicht 11a bzw. 11b und die Ausgestaltung gemäß 3 zusätzlich zur ersten duktilen Dichtungsschicht 11a eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a aufweist.
-
Die dreiteilige Dichtflächenlösung (5 bis 10) umfasst wiederum ein erstes Lagerteil 1 und ein zweites Lagerteil 2, wobei zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 ein Zwischenring 3 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist zumindest teilweise wenigsten eine erste duktile Dichtungsschicht 11a bzw. 11b angeordnet; zwischen dem Dichtungsring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist zumindest teilweise wenigstens eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a bzw. 12b angeordnet. Auch bei der dreiteiligen Dichtflächenlösung sind das erste Lagerteil 1 und das zweite Lagerteil 2 - dieses Mal zusammen mit dem Zwischenring 3 - kraftschlüssig miteinander verbunden.
-
Bei der ersten nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsform (1) ist zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 eine erste duktile Dichtungsschicht 11a angeordnet, die als PVD-Schicht ausgeführt ist und auf dem zweiten Lagerteil 2 aufgebracht ist.
-
Bei dem zweiten nicht zur Erfindung gehörenden Ausführungsbeispiel (2) ist zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 wiederum eine erste duktile Dichtungsschicht 11a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht 11a ist jedoch auf dem ersten Lagerteil 1 aufgebracht und wiederum als PVD-Schicht ausgeführt.
-
Bei der dritten nicht zur Erfindung gehörenden Ausgestaltung (3) sind zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 eine erste duktile Dichtungsschicht 11a und eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht 11a ist hierbei auf dem ersten Lagerteil 11 angeordnet. Die zweite duktile Dichtungsschicht 12a ist auf dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11a und 12a sind als PVD-Schichten ausgeführt.
-
Bei der vierten Ausführungsform (4) ist zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 eine erste duktile Dichtungsschicht 11b angeordnet, die als Folie ausgeführt ist und auf dem zweiten Lagerteil 2 aufgebracht ist.
-
Die fünfte nicht zur Erfindung gehörende Ausgestaltung ( 5) umfasst einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11a und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11a und 12b sind als PVD-Schichten ausgeführt und auf beiden Seiten des Zwischenrings 3 aufgebracht.
-
Das sechste nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsbeispiel (6) umfasst ebenfalls einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11a und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11a und 12a sind als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht 11a auf dem ersten Lagerteil 1 und die zweite duktile Dichtungsschicht 12a auf der dem zweiten Lagerteil 2 zugewandten Seite des Zwischenrings 3 angeordnet ist.
-
Die siebte nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform ( 7) umfasst wiederum einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11a und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11a und 12a sind als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht 11a auf dem ersten Lagerteil 1 und die zweite duktile Dichtungsschicht 12a auf dem zweiten Lagerteil 2 aufgebracht sind.
-
Auch die achte nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform (8) umfasst einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11a und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11a und 12a sind wiederum als PVD-Schichten ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht 11a auf der dem ersten Lagerteil 1 zugewandten Seite des Zwischenrings 3 angeordnet ist und die zweite duktile Dichtungsschicht 12a auf dem zweiten Lagerteil 2 aufgebracht ist.
-
Das neunte Ausführungsbeispiel (9) umfasst wiederum einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11b und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12b angeordnet. Beide duktile Dichtungsschichten 11b und 12b sind als duktile Folien ausgeführt, wobei die erste duktile Dichtungsschicht 11b auf dem Zwischenring 3 angeordnet ist. Die zweite duktile Dichtungsschicht 12b ist auf dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet.
-
Die zehnte Ausgestaltung (10) umfasst wiederum einen Zwischenring 3, der zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 angeordnet ist. Zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem Zwischenring 3 ist eine erste duktile Dichtungsschicht 11b und zwischen dem Zwischenring 3 und dem zweiten Lagerteil 2 ist eine zweite duktile Dichtungsschicht 12a angeordnet. Die erste duktile Dichtungsschicht 11b ist als Folie ausgeführt, wohingegen die zweite duktile Dichtungsschicht 12a als PVD-Schicht ausgebildet ist. Die erste duktile Dichtungsschicht 11b ist auf der Seite des Zwischenrings 3 angeordnet, die dem ersten Lagerteil 1 zugewandt ist. Die zweite duktile Dichtungsschicht 12a ist auf dem zweiten Lagerteil 2 aufgebracht.
