DE102015215308A1

DE102015215308A1 - Liquid metal plain bearings

Info

Publication number: DE102015215308A1
Application number: DE102015215308.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Schäff
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2017-02-16
Also published as: CN106449338A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Flüssigmetall-Gleitlager, das wenigstens ein erstes Lagerteil (1) mit einem Außendurchmesser (11) und wenigstens ein zweites Lagerteil (2) mit einem Innendurchmesser (21) umfasst, wobei zwischen den Lagerteilen (1, 2) wenigstens ein mit einem Flüssigmetall (7) gefüllter Lagerspalt (5; 6) gebildet ist. Erfindungsgemäß umfasst wenigstens ein Lagerteil (1, 2) mindestens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit. Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager weist auch bei einer über einen langen Zeitraum auftretenden hohen thermischen und mechanischen Belastung eine hohe Betriebssicherheit sowie eine lange Lebensdauer auf. The invention relates to a liquid metal plain bearing comprising at least a first bearing part (1) having an outer diameter (11) and at least one second bearing part (2) with an inner diameter (21), wherein between the bearing parts (1, 2) at least one with a liquid metal (7) filled bearing gap (5; 6) is formed. According to the invention, at least one bearing part (1, 2) comprises at least one means for locally increasing the load bearing capacity. Such a liquid metal plain bearing has a high operational safety and a long service life even with a high thermal and mechanical load occurring over a long period of time.

Description

Die Erfindung betrifft ein Flüssigmetall-Gleitlager. The invention relates to a liquid metal plain bearing.

Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist beispielsweise aus der DE 103 18 194 A1 bekannt. Im bekannten Fall ist das Flüssigmetall-Gleitlager in einer Röntgenröhre angeordnet und dient zur Lagerung einer Drehanode. Such a liquid metal plain bearing is for example from the DE 103 18 194 A1 known. In the known case, the liquid metal slide bearing is arranged in an X-ray tube and serves to support a rotary anode.

Flüssigmetall-Gleitlager funktionieren nahezu verschleißfrei, besitzen eine große Laufruhe bei gleichzeitig geringer Geräuschentwicklung und stellen darüber hinaus eine gute Entwärmung des gelagerten Bauteils (Drehanode) sicher. Liquid metal plain bearings work almost wear-free, have a very smooth running with low noise and also ensure a good heat dissipation of the stored component (rotary anode).

Ein Flüssigmetall-Gleitlager umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil mit einem Außendurchmesser und wenigstens ein zweites Lagerteil mit einem Innendurchmesser. Bei dem ersten Lagerteil handelt es sich beispielsweise um ein stehendes Lagerteil, wohingegen das zweite Lagerteil ein rotierendes Lagerteil bildet. Um die hohen Anforderungen wie beispielsweise hohe Warmfestigkeit und gute Wärmeleitfähigkeit sowie gute Benetzbarkeit für das Flüssigmetall zu erfüllen, werden für die Lagerteile üblicherweise Molybdänbasis-Werkstoffe verwendet, alternativ auch besondere Stähle oder Keramikwerkstoffe. A liquid metal sliding bearing comprises at least a first bearing part with an outer diameter and at least one second bearing part with an inner diameter. The first bearing part is, for example, a stationary bearing part, whereas the second bearing part forms a rotating bearing part. In order to meet the high requirements such as high heat resistance and good thermal conductivity and good wettability for the liquid metal, usually molybdenum-based materials are used for the bearing parts, alternatively special steels or ceramic materials.

Zwischen den Lagerteilen des Flüssigmetall-Gleitlagers ist wenigstens ein Lagerspalt vorhanden, der von dem Außendurchmesser des ersten Lagerteils und dem Innendurchmesser des zweiten Lagerteils gebildet wird und der mit einem Flüssigmetall gefüllt ist. Das im Lagerspalt fließende Flüssigmetall dient zur Schmierung und muss vakuumtauglich sein sowie auch bei hohen auftretenden Betriebstemperaturen die notwendige Viskosität besitzen. Ein hierfür geeignetes Flüssigmetall ist eine eutektische Legierung aus Gallium (Ga), Indium (In) und Zinn (Sn). Eine derartige GaInSn-Legierung ist z.B. unter dem Markenamen Galinstan^® bekannt und besteht aus 68,5 Gew.-% Gallium sowie 21,5 Gew.-% Indium und 10 Gew.-% Zinn. At least one bearing gap is present between the bearing parts of the liquid metal sliding bearing, which is formed by the outer diameter of the first bearing part and the inner diameter of the second bearing part and which is filled with a liquid metal. The flowing in the bearing gap liquid metal is used for lubrication and must be suitable for vacuum as well as have the necessary viscosity at high operating temperatures occurring. A suitable liquid metal is a eutectic alloy of gallium (Ga), indium (In) and tin (Sn). Such a GaInSn alloy is known eg under the brand name galinstan ^® and consists of 68.5 wt .-% gallium and 21.5 wt .-% of indium and 10 wt .-% tin.

Wegen der geforderten hohen Bildqualität einer Computertomografie-Aufnahme bei gleichzeitiger Reduzierung der Röntgenstrahlungsdosis sind die Anforderungen bei den betreffenden Röntgenröhren sehr hoch. Because of the required high image quality of a computed tomography recording while reducing the X-ray dose, the requirements for the relevant X-ray tubes are very high.

Bei gleichzeitiger Verbesserung der Bildqualität (kleinere Foken) werden sowohl die Rotationsgeschwindigkeit der Gantry als auch die Verfahrgeschwindigeit der Patientenliege pro Gantryumdrehung ständig erhöht (beispielsweise bei einem Ganzkörper-Scan eines Patienten). Um Verbesserungen bei der Maximierung der Brennfleck-Kurzleistung zu erreichen, werden in der Computertomografie Anodenrotationsgeschwindigkeiten von bis zu 200 Hz erzeugt. Da in einem Computertomografie-System die Gantry (Rotationsbaugruppe, in der die Röntgenröhre angeordnet ist) mit bis zu 4 Hz dreht, wird diese mit ca. 40 g (knapp 400 m/s²) und mehr belastet. Diese enorm hohen mechanischen Belastungen muss das hydrodynamische Flüssigmetall-Gleitlager aufnehmen können. Hierzu muss das Flüssigmetall-Gleitlager so ausgelegt sein, dass bei allen Betriebszuständen das rotierende Lagerteil von dem statischen Lagerteil durch das Schmiermedium getrennt ist. As the image quality (smaller foci) is improved at the same time, both the gantry rotation speed and the patient bed travel speed per gantry rotation are constantly increased (for example, in a whole body scan of a patient). In order to achieve improvements in maximizing focal spot short-power, computed tomography produces anode rotation speeds of up to 200 Hz. Since in a computed tomography system the gantry (rotation assembly in which the x-ray tube is arranged) rotates at up to 4 Hz, it is loaded with approximately 40 g (just under 400 m / s ² ) and more. These enormously high mechanical loads must be absorbed by the hydrodynamic liquid metal plain bearing. For this purpose, the liquid metal plain bearing must be designed so that in all operating conditions, the rotating bearing part is separated from the static bearing part by the lubricant.

Damit dieser Gegendruck im Lagerspalt aufgebaut werden kann, bestehen Flüssigmetall-Gleitlager aus mehreren Bauteilen, welche sehr präzise aufeinander abgestimmt sein müssen. In der Röntgenröhrentechnik sind dies z.B. ein Innenlager (als Achse), eine Buchse, ein Zwischenring und eine oder mehrere Abdeckungen. Der Lagerspalt beträgt dabei nur wenige Mikrometer. Üblich sind weniger als 20 µm mit extrem hohen Anforderungen an die maximal zulässigen Toleranzen über die gesamte Lagerlänge. So that this back pressure can be built up in the bearing gap, liquid metal plain bearings consist of several components, which must be very precisely matched to one another. In x-ray tube technology, these are e.g. an inner bearing (as an axle), a bush, an intermediate ring and one or more covers. The bearing gap is only a few micrometers. Less than 20 μm is usual with extremely high demands on the maximum permissible tolerances over the entire bearing length.

Im realen Fall reduziert sich der Lagerspalt im Flüssigmetall-Gleitlager jedoch beispielsweise noch durch

• Deformation des Innenlagers aufgrund von Durchbiegungen während der Rotation der Gantry,
• Deformation der Lagerbuchse durch die Rotation der Drehanode,
• Deformation der Lagerbuchse und des Innenlagers, die durch eine thermische Dehnung aufgrund einer ungleichmäßigen Wärmefront auftritt,
• Deformation der Lagerbuchse durch die Krafteinwirkung anderer Komponenten.

In the real case, however, the bearing gap in the liquid metal plain bearing is still reduced, for example

Deformation of the inner bearing due to deflections during the rotation of the gantry,
Deformation of the bearing bush by the rotation of the rotary anode,
Deformation of the bearing bush and the inner bearing, which occurs due to thermal expansion due to a non-uniform heat front,
• Deformation of the bearing bush due to the action of other components.

Die vorgenannten Deformationen können dazu führen, dass sich der Lagerspalt im Flüssigkeitsmetall-Gleitlager während des Betriebs verkleinert. Dies führt an diesen Stellen dazu, dass man tribologisch von der Flüssigkeitsreibung in den Bereich der unerwünschten Mischreibung bzw. Festkörperreibung kommt, d.h. die Oberflächen der benachbarten Lagerteile berühren sich. Dies führt entweder zum sofortigen Versagen des Flüssigkeitsmetall-Gleitlagers oder zu einer sukzessiven Schädigung der Lagerteile durch Verschleiß. The aforementioned deformations can lead to the bearing gap in the liquid metal sliding bearing decreasing during operation. At these points, this results in the fact that the fluid friction comes tribologically into the area of undesired mixed friction or solid-state friction, i. the surfaces of the adjacent bearing parts touch each other. This leads either to immediate failure of the liquid metal plain bearing or to a successive damage to the bearing parts by wear.

Diese zu engen Stellen im Lagerspalt sind in der Regel örtlich konzentriert. Aufgrund der Durchbiegung der Innenlager bei Computertomografie-Strahlern, sind das z.B. die Innenlager-Enden. Es können aber auch nur lokale Bereiche betroffen sein, da hier durch eine asymmetrische Wärmeeinleitung im Bereich der Anodenanbindung der Lagerspalt lokal aufgeweitet wird und sich somit die Tragfähigkeit an dieser Stelle verringert. These too narrow points in the bearing gap are usually locally concentrated. Due to the deflection of the bottom brackets in computed tomography emitters, e.g. the bottom bracket ends. But it can also be affected only local areas, since here by an asymmetric heat input in the region of the anode connection of the bearing gap is locally widened and thus reduces the carrying capacity at this point.

Um die Tragfähigkeit von Flüssigmetall-Gleitlagern generell zu erhöhen und der Versagensproblematik entgegenzuwirken, sind folgende Maßnahmen bekannt, die einzeln oder in Kombination angewendet werden:

• Länge des Flüssigmetall-Gleitlagers erhöhen,
• Durchmesser des Flüssigmetall-Gleitlagers vergrößern,
• Lagerspalt des Flüssigmetall-Gleitlagers verkleinern,
• Rotationsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers erhöhen.

In order to increase the bearing capacity of liquid metal plain bearings in general and to counteract the problem of failure, the following measures are known, which are used individually or in combination:

• increase the length of the liquid metal plain bearing,
• increase the diameter of the liquid metal plain bearing,
• reduce the bearing gap of the liquid metal plain bearing,
• Increase the rotational speed of the liquid metal plain bearing.

Die Realisierung der vorstehend genannten Maßnahmen kann, abhängig vom Einzelfall, zu bestimmten Nachteilen führen. The implementation of the above measures may, depending on the individual case, lead to certain disadvantages.

So steigt zwar mit einer Erhöhung der Länge des Flüssigmetall-Gleitlagers dessen Tragfähigkeit linear an. Allerdings ist man aufgrund des Bauraums der Röntgenröhre stark limitiert. Darüber hinaus biegt sich bei einem längeren Flüssigmetall-Gleitlager das Innenlager bei gegebener Belastung mehr, wodurch diese Maßnahme kontraproduktiv wirken kann. Thus, with an increase in the length of the liquid metal plain bearing whose load capacity increases linearly. However, one is heavily limited due to the space of the X-ray tube. In addition, with a longer liquid metal plain bearing, the bottom bracket bends more for a given load, which can make this measure counterproductive.

Da der Durchmesser des Flüssigmetall-Gleitlagers mit der dritten Potenz in dessen Tragfähigkeit eingeht, ist eine Vergrößerung des Durchmessers des Flüssigmetall-Gleitlagers an sich eine wirkungsvolle Maßnahme. Limitiert wird diese Maßnahme allerdings sowohl durch den zur Verfügung stehenden Bauraum des Röntgenstrahlers als auch durch eine höhere erforderliche Antriebsleistung. Since the diameter of the liquid metal sliding bearing with the third power in its carrying capacity, an increase in the diameter of the liquid metal journal bearing is in itself an effective measure. However, this measure is limited both by the available installation space of the X-ray source and by a higher required drive power.

Eine Verkleinerung des Lagerspalts des Flüssigmetall-Gleitlagers geht indirekt proportional mit der zweiten Potenz ein. Allerdings sind die bereits heute verwendeten Lagerspalte grenzwertig hinsichtlich der Prozessierbarkeit (Fertigbarkeit, Fügbarkeit, Füllbarkeit). Für den Lagerspalt sind somit deutlich kleinere Werte über die gesamte Lagerlänge kaum realisierbar. A reduction of the bearing gap of the liquid metal plain bearing is indirectly proportional to the second power. However, the bearing gaps already used today are marginal with regard to processability (manufacturability, availability, fillability). For the bearing gap significantly smaller values over the entire bearing length are thus hardly feasible.

Eine Erhöhung der Rotationsgeschwindigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers geht linear in dessen Tragfähigkeit ein. Höhere Rotationsgeschwindigkeiten als die bisher maximal üblichen 200 Hz bringen stark erhöhte Anforderungen an die Auslegung der Drehanode und der Röntgenröhre in Bezug auf Festigkeit und Berstschutz mit sich. Weiterhin steigen mit größerer Rotationsgeschwindigkeit die Gefahr der Instabilität des Flüssigmetall-Gleitlagers sowie die Gefahr des Vibrationsaufbaus, der zu einer Unwucht und in deren Folge zu einem Bruch der Drehanode führen kann. Darüber hinaus wird eine deutlich erhöhte Antriebsleistung benötigt. An increase in the rotational speed of the liquid metal plain bearing is linear in its carrying capacity. Higher rotational speeds than the maximum 200 Hz usual hitherto entail greatly increased demands on the design of the rotary anode and the X-ray tube in terms of strength and bursting protection. Furthermore, increase the risk of instability of the liquid metal plain bearing and the risk of vibration build-up, which can lead to an imbalance and as a result to a rupture of the rotary anode with a larger rotational speed. In addition, a significantly increased drive power is needed.

Weitere, prinzipiell mögliche Maßnahmen, wie z.B. die Wärme aus dem Flüssigmetall-Gleitlager komplett herauszuhalten oder aber die Belastung des Flüssigmetall-Gleitlagers durch eine Reduktion der Rotationsgeschwindigkeit der Gantry zu reduzieren, führen zu einer Reduktion der Leistungsfähigkeit des medizinischen Bildgebungssystems. Further, in principle possible measures, such as To keep the heat out of the liquid metal plain bearing completely or to reduce the load of the liquid metal plain bearing by reducing the rotation speed of the gantry, resulting in a reduction of the performance of the medical imaging system.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Flüssigmetall-Gleitlager zu schaffen, das auch bei einer über einen langen Zeitraum auftretenden hohen thermischen und mechanischen Belastung eine hohe Betriebssicherheit sowie eine lange Lebensdauer aufweist. Object of the present invention is to provide a liquid metal plain bearing, which has a high reliability and long life even with a occurring over a long period of high thermal and mechanical stress.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Flüssigmetall-Gleitlagers sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen. The object is achieved by a liquid metal plain bearing according to claim 1. Advantageous embodiments of the liquid metal plain bearing according to the invention are the subject of further claims.

Das Flüssigmetall-Gleitlager nach Anspruch 1 umfasst wenigstens ein erstes Lagerteil mit einem Außendurchmesser und wenigstens ein zweites Lagerteil mit einem Innendurchmesser, wobei zwischen den Lagerteilen wenigstens ein mit einem Flüssigmetall gefüllter Lagerspalt gebildet ist. Erfindungsgemäß umfasst wenigstens ein Lagerteil mindestens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit. Bei dem ersten Lagerteil handelt es sich z.B. um ein stehendes Lagerteil; das zweite Lagerteil ist dann als rotierendes Lagerteil ausgebildet. Im Rahmen der Erfindung kann jedoch auch das erste Lagerteil das rotierende Lagerteil und das zweite Lagerteil das stehende Lagerteil sein. The liquid metal plain bearing according to claim 1 comprises at least one first bearing part with an outer diameter and at least one second bearing part with an inner diameter, wherein between the bearing parts at least one filled with a liquid metal bearing gap is formed. According to the invention, at least one bearing part comprises at least one means for locally increasing the load bearing capacity. The first bearing part is e.g. around a stationary bearing part; the second bearing part is then designed as a rotating bearing part. In the context of the invention, however, the first bearing part, the rotating bearing part and the second bearing part may be the stationary bearing part.

Die erfindungsgemäße Lösung ist sowohl bei einseitig aufgehängten Flüssigmetall-Gleitlagern als auch bei zweiseitig aufgehängten Flüssigmetall-Gleitlagern realisierbar. The solution according to the invention can be implemented both in the case of liquid metal slide bearings suspended on one side and in the case of liquid metal slide bearings suspended on two sides.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, in wenigstens einem Lagerteil mindestens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit vorzusehen, bleiben die Außenabmessungen des Flüssigmetall-Gleitlagers unverändert, so dass ein herkömmliches Flüssigmetall-Gleitlager durch ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Anspruch 1 bzw. gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen nach wenigstens einem der Ansprüche 2 bis 7 problemlos ersetzt werden kann. The inventive measure to provide at least one means for locally increasing the carrying capacity in at least one bearing part, the outer dimensions of the liquid metal plain bearing remain unchanged, so that a conventional liquid metal plain bearing by a liquid metal plain bearing according to claim 1 or according to advantageous embodiments according to at least one of claims 2 to 7 can be easily replaced.

Durch die im Anspruch 1 definierte Lösung, bei wenigstens einem Lagerteil mindestens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit vorzusehen, werden die nachteiligen Auswirkungen einer Deformation des Lagerspalts zuverlässig reduziert oder sogar vollständig verhindert. By defined in claim 1 solution to provide at least one bearing part at least one means for locally increasing the carrying capacity, the adverse effects of deformation of the bearing gap are reliably reduced or even completely prevented.

Dies kann durch geeignete geometrische Änderungen im ersten Lagerteil und/oder im zweiten Lagerteil erreicht werden. This can be achieved by suitable geometrical changes in the first bearing part and / or in the second bearing part.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flüssigmetall-Gleitlagers nach Anspruch 2 umfasst das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit zumindest eine abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers bei dem ersten Lagerteil unter Konstanthaltung des Lagerspalts. Da der Lagerspalt konstant ist, versteht es sich von selbst, dass bei der Ausführungsform gemäß Anspruch 2 der Innendurchmesser des zweiten Lagerteils entsprechend zu vergrößern ist. According to a particularly preferred embodiment of the liquid metal plain bearing according to claim 2, the means for locally increasing the carrying capacity comprises at least a section-wise enlargement of the outer diameter in the first bearing part while keeping constant the bearing gap. Since the bearing gap is constant, it goes without saying that in the embodiment according to claim 2, the inner diameter of the second bearing part is to be increased accordingly.

Durch die abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers des ersten Lagerteils wird die Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers in dem Bereich, in dem der Lagerspalt beispielsweise durch thermo-mechanische Effekte stärker aufgezogen wird, auf einfache Weise lokal erhöht, wobei sich im Betrieb ein homogenerer Verlauf des Lagerspalts über die Länge des Flüssigmetall-Gleitlagers ergibt. Der sich im Betrieb einstellende Lagerspalt wird dadurch größer, so dass eine unerwünschte Mischreibung zwischen dem ersten Lagerteil und dem zweiten Lagerteil zuverlässig vermieden wird. By partially enlarging the outer diameter of the first bearing part, the load capacity of the liquid metal slide bearing in the area in which the bearing gap is raised, for example, by thermo-mechanical effects, locally increased in a simple manner, with a homogeneous course of the bearing gap in operation the length of the liquid metal plain bearing results. The adjusting during operation bearing gap is thereby larger, so that an undesirable mixing friction between the first bearing part and the second bearing part is reliably avoided.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Flüssigmetall-Gleitlagers nach Anspruch 3 umfasst das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit zumindest eine abschnittsweise Verkleinerung des Innendurchmessers bei dem zweiten Lagerteil. Aufgrund dieser abschnittsweisen Verkleinerung(en) des Innendurchmessers des zweiten Lagerteils erhält man in diesem Abschnitt bzw. in diesen Abschnitten einen kleineren Lagerspalt, wodurch man dort eine lokal höhere Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers erhält. According to a further advantageous embodiment of the liquid metal plain bearing according to claim 3, the means for locally increasing the carrying capacity comprises at least a section-wise reduction of the inner diameter in the second bearing part. Due to this section-wise reduction (s) of the inner diameter of the second bearing part is obtained in this section or in these sections a smaller bearing gap, whereby there receives a locally higher bearing capacity of the liquid metal journal bearing.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Flüssigmetall-Gleitlagers gemäß Anspruch 4 ist dadurch gegenzeichnet, dass das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit zumindest eine abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers bei dem ersten Lagerteil umfasst. Aufgrund dieser abschnittsweisen Vergrößerung(en) des Außendurchmessers des ersten Lagerteils erhält man in diesem Abschnitt bzw. in diesen Abschnitten einen kleineren Lagerspalt, wodurch man dort eine lokal höhere Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers erhält. A further exemplary embodiment of the liquid metal plain bearing according to claim 4 is characterized in that the means for locally increasing the load-bearing capacity comprises at least a section-wise enlargement of the outer diameter in the first bearing part. Due to this sectionwise enlargement (s) of the outer diameter of the first bearing part is obtained in this section or in these sections a smaller bearing gap, which gives it a locally higher load capacity of the liquid metal journal bearing.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des Flüssigmetall-Gleitlagers nach Anspruch 5 umfasst das zweite Lagerteil eine erste Buchse und eine zweite Buchse, die verdrehfest miteinander verbunden sind. Ein derartiges Flüssigmetall-Gleitlager ist aufgrund der Zweiteiligkeit des zweiten Lagerteils einfach montierbar und einfach demontierbar. According to a particularly preferred embodiment of the liquid metal journal bearing according to claim 5, the second bearing part comprises a first sleeve and a second sleeve, which are rotationally connected to each other. Such a liquid metal plain bearing is easy to install and easy to dismantle due to the bipartite of the second bearing part.

Ist das Flüssigmetall-Gleitlager gemäß Anspruch 5 ausgebildet, umfasst das zweite Lagerteil also eine erste Buchse und eine zweite Buchse, die verdrehfest miteinander verbunden sind, dann ist gemäß Anspruch 6 in vorteilhafter Weise wenigstens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit in der ersten Buchse angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform nach Anspruch 7 umfasst das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit zumindest eine abschnittsweise Verkleinerung des Innendurchmessers bei der ersten Buchse. If the liquid metal plain bearing is designed according to claim 5, the second bearing part thus comprises a first bush and a second bush, which are rotationally connected to each other, then at least one means for locally increasing the load capacity is advantageously arranged in the first socket according to claim 6 , According to a preferred embodiment according to claim 7, the means for locally increasing the carrying capacity comprises at least a section-wise reduction of the inner diameter in the first bushing.

Die erfindungsgemäße Lösung sowie deren vorteilhafte Ausgestaltungen sind aufgrund der hohen Zuverlässigkeit für eine Vielzahl von Anwendungsfällen geeignet. Insbesondere für Hochspannungsanwendungen im Hochvakuumbereich, beispielsweise Röntgenröhren, ist die Erfindung vorteilhaft einsetzbar. Eine gemäß Anspruch 8 ausgeführte Röntgenröhre umfasst ein Vakuumgehäuse, in der eine Drehanode angeordnet ist, die drehbar auf wenigstens einem Flüssigmetall-Gleitlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7 gelagert ist. The solution according to the invention and its advantageous embodiments are due to the high reliability for a variety of applications suitable. In particular, for high voltage applications in the high vacuum range, such as X-ray tubes, the invention is advantageously used. An X-ray tube according to claim 8 comprises a vacuum housing, in which a rotary anode is arranged, which is rotatably mounted on at least one liquid metal sliding bearing according to at least one of claims 1 to 7.

Ein medizinisches System gemäß Anspruch 9, das mit einer Röntgenröhre gemäß Anspruch 9 ausgestattet ist, weist damit eine entsprechend hohe Zuverlässigkeit auf. A medical system according to claim 9, which is equipped with an X-ray tube according to claim 9, thus has a correspondingly high reliability.

Nachfolgend werden zwei schematisch dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Es zeigen: Hereinafter, two schematically illustrated embodiments of the invention will be explained with reference to the drawing, but without being limited thereto. Show it:

1 eine erste Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers in einem Längsschnitt, 1 a first embodiment of a liquid metal journal bearing in a longitudinal section,

2 eine zweite Ausführungsform eines Flüssigmetall-Gleitlagers in einem Längsschnitt. 2 a second embodiment of a liquid metal journal bearing in a longitudinal section.

Das in 1 und in 2 jeweils dargestellte Flüssigmetall-Gleitlager umfasst ein erstes Lagerteil 1 mit einem Innendurchmesser 11 und ein zweites Lagerteil 2 mit einem Außendurchmesser 21. This in 1 and in 2 each shown liquid metal slide bearing comprises a first bearing part 1 with an inner diameter 11 and a second bearing part 2 with an outer diameter 21 ,

Das erste Lagerteil 1 und das zweite Lagerteil 2 sind beispielsweise aus Molybdän gefertigt. The first bearing part 1 and the second bearing part 2 are made of molybdenum, for example.

Das erste Lagerteil 1 ist als stehendes Lagerteil ausgeführt und bildet das Innenlager, wohingegen das zweite Lagerteil 2 als rotierendes Lagerteil ausgeführt ist und eine erste Buchse 3 sowie eine zweite Buchse 4 umfasst, die verdrehfest miteinander verbunden sind. Die erste Buchse 3 sowie die zweite Buchse 4 bilden damit eine rotierende Lagerbuchse. The first bearing part 1 is designed as a stationary bearing part and forms the bottom bracket, whereas the second bearing part 2 is designed as a rotating bearing part and a first socket 3 and a second socket 4 includes, which are rotationally connected to each other. The first socket 3 as well as the second socket 4 thus form a rotating bushing.

Beim Zusammenbau des Flüssigmetall-Gleitlagers wird in die erste Buchse 3 (Teil des rotierenden Lagerteils 2) das Innenlager 1 (stehendes Lagerteil) eingesetzt und anschließend die zweite Buchse 4 (Teil des rotierenden Lagerteils 2) mit der ersten Buchse 3 verdrehfest verbunden. When assembling the liquid metal plain bearing is in the first socket 3 (Part of the rotating bearing part 2 ) the bottom bracket 1 (stationary bearing part) inserted and then the second socket 4 (Part of the rotating bearing part 2 ) with the first socket 3 rotationally connected.

Nach dem Zusammenbau des Flüssigmetall-Gleitlagers sind zwischen dem ersten Lagerteil 1 (Innenlager; stehendes Lagerteil) und dem zweiten Lagerteil 2 (Lagerbuchse; rotierendes Lagerteil) ein vertikal verlaufender Lagerspalt 5 sowie ein horizontal verlaufender Lagerspalt 6 gebildet. After assembly of the liquid metal plain bearing are between the first bearing part 1 (Bottom bracket, upright bearing part) and the second bearing part 2 (Bearing bush, rotating bearing part) a vertically extending bearing gap 5 and a horizontally extending bearing gap 6 educated.

Das Flüssigmetall-Gleitlager umfasst nach dem Zusammenbau ein Radiallager, umschlossen vom waagrechten Lagerspalt 6 und ein Axiallager, umschlossen vom senkrechten Lagerspalt 5. The liquid metal plain bearing comprises after assembly a radial bearing, enclosed by the horizontal bearing gap 6 and a thrust bearing, enclosed by the vertical bearing gap 5 ,

Die Lagerspalte 5 und 6 sind mit einem Flüssigmetall 7 gefüllt, z.B. mit einer eutektischen GaInSn-Legierung. The warehouse column 5 and 6 are with a liquid metal 7 filled, eg with a eutectic GaInSn alloy.

Bei den gezeigten Flüssigmetall-Gleitlagern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens ein Lagerteil 1 bzw. 2 mindestens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit umfasst. In the liquid metal plain bearings shown, the invention provides that at least one bearing part 1 respectively. 2 at least one means of locally increasing the carrying capacity.

Bei dem in 1 dargestellten Flüssigmetall-Gleitlager umfasst das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit eine abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers 11 bei dem ersten Lagerteil 1 unter Konstanthaltung des Lagerspalts 6. At the in 1 shown liquid metal plain bearing comprises the means for locally increasing the carrying capacity, a section-wise enlargement of the outer diameter 11 at the first bearing part 1 while keeping the storage gap constant 6 ,

Da der Lagerspalt 6 konstant ist, versteht es sich von selbst, dass bei der Ausführungsform gemäß 1 der Innendurchmesser 21 des zweiten Lagerteils 2 entsprechend zu vergrößern ist. Because the bearing gap 6 is constant, it goes without saying that in the embodiment according to 1 the inner diameter 21 of the second bearing part 2 is to be enlarged accordingly.

Durch die abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers 11 des ersten Lagerteils 1 wird die Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers in dem Bereich, in dem der Lagerspalt 6 beispielsweise durch thermo-mechanische Effekte stärker aufgezogen wird, auf einfache Weise lokal erhöht, wobei sich im Betrieb ein homogenerer Verlauf des Lagerspalts 6 über die Länge des Flüssigmetall-Gleitlagers ergibt. Der sich im Betrieb einstellende Lagerspalt 6 wird dadurch größer, so dass eine unerwünschte Mischreibung zwischen dem ersten Lagerteil 1 und dem zweiten Lagerteil 2 zuverlässig vermieden wird. Due to the partial enlargement of the outer diameter 11 of the first bearing part 1 the bearing capacity of the liquid metal journal bearing in the area in which the bearing gap 6 For example, is absorbed by thermo-mechanical effects stronger, locally increased in a simple manner, which in operation a more homogeneous course of the bearing gap 6 over the length of the liquid metal slide bearing results. The adjusting gap in operation 6 becomes larger, so that an undesirable mixing friction between the first bearing part 1 and the second bearing part 2 reliably avoided.

Bei dem in 2 dargestellten Flüssigmetall-Gleitlager umfasst das Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit eine abschnittsweise Verkleinerung des Innendurchmessers 21 bei dem zweiten Lagerteil 2. At the in 2 shown liquid metal plain bearing comprises the means for locally increasing the carrying capacity a section-wise reduction of the inner diameter 21 at the second bearing part 2 ,

Aufgrund dieser abschnittsweisen Verkleinerung des Innendurchmessers des 21 zweiten Lagerteils 2 ergibt sich in diesem Abschnitt eine Verringerung des Lagerspalts 6, wodurch man an dieser Stelle eine lokal höhere Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers erhält. Due to this sectionwise reduction of the inner diameter of the 21 second bearing part 2 results in this section, a reduction of the bearing gap 6 , which gives a locally higher carrying capacity of the liquid metal plain bearing at this point.

Im Rahmen der Erfindung sind – abhängig von der Größe des Flüssigmetall-Gleitlagers und dessen Einsatzbereich – jeweils verschiedene vorteilhafte Varianten der Aussparungen realisierbar. In the context of the invention - depending on the size of the liquid metal plain bearing and its application area - each have different advantageous variants of the recesses realized.

So kann das Flüssigmetall-Gleitlager gemäß einer in der Zeichnung nicht dargestellten Ausgestaltung als Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit eine abschnittsweise Vergrößerung des Außendurchmessers 11 bei dem ersten Lagerteil 1 umfassen. Thus, the liquid metal plain bearing according to a configuration not shown in the drawing as a means for locally increasing the carrying capacity, a section-wise enlargement of the outer diameter 11 at the first bearing part 1 include.

Aufgrund dieser abschnittsweisen Vergrößerung des Außendurchmessers 11 des ersten Lagerteils 1 erhält man in diesem Abschnitt Verringerung des Lagerspalts 6, womit an dieser Stelle eine lokal höhere Tragfähigkeit des Flüssigmetall-Gleitlagers erhält. Due to this sectionwise enlargement of the outer diameter 11 of the first bearing part 1 this section will reduce the storage gap 6 , whereby at this point receives a locally higher carrying capacity of the liquid metal plain bearing.

Mit der erfindungsgemäßen Lösung muss nicht mehr versucht werden, das Flüssigmetall-Gleitlager vollständig zu optimieren, was ohnehin mit einem vertretbaren Aufwand kaum möglich ist, da die Optimierung eines Parameters in der Regel zu einer Verschlechterung eines anderen Parameters führt. Vielmehr ist es mit der vorliegenden Erfindung möglich, zumindest eine lokale Problemstelle durch wenigstens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit zu entschärfen, so dass eine Deformation des ersten Lagerteils 1 und/oder des zweiten Lagerteils 2 nicht zu einer derart starken Verengung des Lagerspalts 5 bzw. 6 führt, dass man tribologisch von der Flüssigkeitsreibung in den Bereich der unerwünschten Mischreibung bzw. Festkörperreibung kommt. Da an diesen Stellen eine Mischreibung bzw. eine Festkörperreibung vermieden wird, also keine Berührung der benachbarten Lagerteile 1 und 2 stattfindet, wird eine sukzessive Schädigung der Lagerteile 1 und 2 bzw. ein sofortiges Versagen des Flüssigmetall-Gleitlagers zuverlässig vermieden. Das erfindungsgemäße Flüssigmetall-Gleitlager weist damit auch bei hohen mechanischen und/oder thermischen Belastungen eine hohe Betriebssicherheit sowie eine lange Lebensdauer auf. With the solution according to the invention no longer has to be attempted to optimize the liquid metal plain bearing completely, which is hardly possible anyway with a reasonable effort, since the optimization of one parameter usually leads to a deterioration of another parameter. Rather, it is possible with the present invention to defuse at least one local problem by at least one means for locally increasing the carrying capacity, so that a deformation of the first bearing part 1 and / or the second bearing part 2 not to such a narrowing of the storage gap 5 respectively. 6 leads, that tribologically from the liquid friction in the range of undesired mixed friction or solid friction comes. Since a mixed friction or a solid friction is avoided at these points, so no contact with the adjacent bearing parts 1 and 2 takes place, is a gradual damage to the bearing parts 1 and 2 or an immediate failure of the liquid metal plain bearing reliably avoided. The liquid metal sliding bearing according to the invention thus has a high level of operational reliability and a long service life even at high mechanical and / or thermal loads.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme, in wenigstens einem Lagerteil 1 bzw. 2 im Bereich des Lagerspalts 6 wenigstens ein Mittel zur lokalen Erhöhung der Tragfähigkeit anzuordnen, bleiben die Außenabmessungen des Flüssigmetall-Gleitlagers unverändert, so dass ein herkömmliches Flüssigmetall-Gleitlager problemlos durch ein Flüssigmetall-Gleitlager gemäß der Erfindung bzw. gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen ersetzt werden kann. By the measure according to the invention, in at least one bearing part 1 respectively. 2 in the area of the storage gap 6 At least one means for locally increasing the load capacity, the outer dimensions of the liquid metal plain bearing remain unchanged, so that a conventional liquid metal plain bearing can be easily replaced by a liquid metal plain bearing according to the invention or according to advantageous embodiments.

Aufgrund der vorstehend beschriebenen Eigenschaften ist das erfindungsgemäße Flüssigmetall-Gleitlager besonders gut für Anwendungen im Ultra-Hochvakuum, z.B. zur Lagerung einer Drehanode in einem Vakuumgehäuse einer Röntgenröhre, geeignet. Die erste Buchse 3 stellt die sogenannte "tellernahe" Buchse dar, also die Buchse auf der der Anodenteller der Drehanode angeordnet ist. Die zweite Buchse 4, die das offene Ende des Flüssigmetall-Gleitlagers bildet, stellt dann die "tellerferne" Buchse dar. Due to the properties described above, the liquid metal sliding bearing according to the invention is particularly well suited for applications in ultra-high vacuum, for example, for mounting a rotary anode in a vacuum housing of an X-ray tube. The first socket 3 represents the so-called "plate close" socket, so the socket on the Anodenteller the rotary anode is arranged. The second socket 4 , which forms the open end of the liquid metal plain bearing, then represents the "remote" socket.

Obwohl die Erfindung im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben ist, ist die Erfindung nicht durch die in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsbeispiele eines Flüssigmetall-Gleitlagers eingeschränkt. Vielmehr können vom Fachmann hieraus problemlos auch andere Varianten der erfindungsgemäßen Lösung abgeleitet werden, ohne hierbei den zugrunde liegenden Erfindungsgedanken zu verlassen. Although the invention in detail by a preferred embodiment illustrated and described in detail, the invention is not by the in the 1 and 2 described embodiments of a liquid metal journal bearing limited. Rather, other variants of the solution according to the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without any problem, without departing from the underlying concept of the invention.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10318194 A1 [0002]

Claims

Liquid metal plain bearing, the at least one first bearing part ( 1 ) with an outer diameter ( 11 ) and at least one second bearing part ( 2 ) with an inner diameter ( 21 ), wherein between the bearing parts ( 1 . 2 ) at least one with a liquid metal ( 7 ) filled bearing gap ( 5 ; 6 ), characterized in that at least one bearing part ( 1 . 2 ) comprises at least one means of locally increasing the carrying capacity.

Liquid metal plain bearing, according to claim 1, characterized countersigns that the means for locally increasing the load capacity at least a sectionwise enlargement of the outer diameter ( 11 ) at the first bearing part ( 1 ) while keeping the storage gap constant ( 6 ).

Liquid metal plain bearing, according to claim 1, characterized countersigns that the means for locally increasing the load capacity at least a section reduction in the inner diameter ( 21 ) at the second bearing part ( 2 ).

Liquid metal plain bearing, according to claim 1, characterized countersigns that the means for locally increasing the load capacity at least a sectionwise enlargement of the outer diameter ( 11 ) at the first bearing part ( 1 ).

Liquid metal plain bearing according to claim 1, characterized in that the second bearing part ( 2 ) a first socket ( 3 ) and a second socket ( 4 ), which are rotationally connected to each other.

Liquid metal plain bearing according to claim 5, characterized in that at least one means for locally increasing the carrying capacity in the first bushing ( 3 ) is arranged.

Liquid metal plain bearing, according to claim 6, characterized countersigns that the means for locally increasing the carrying capacity at least a section reduction in the inner diameter ( 21 ) at the first socket ( 3 ).

An X-ray tube comprising a vacuum housing in which a rotary anode is rotatably mounted on at least one liquid metal sliding bearing according to at least one of claims 1 to 7.

Medical system with an X-ray tube according to claim 8.