DE19510067A1 - Gleitlager mit einem mit Flüssigmetall gefüllten Lagerspalt - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gleitlager mit einem mit Flüssig­ metall gefüllten Lagerspalt, welches zwei Gleitlagerteile mit einer an das Flüssigmetall angrenzende Fläche aufweist, deren an das Flüssigmetall angrenzende Flächen einen den Lagerspalt mit dem umgebenden Raum verbindenden Spalt begrenzen.

Gleitlager mit einem mit Flüssigmetall gefüllten Lagerspalt, kurz Flüssigmetall-Gleitlager, werden beispielsweise bei Röntgenröhren zur Lagerung der Drehanode verwendet und sind dabei normalerweise im Inneren des Vakuumgehäuses der Rönt­ genröhre aufgenommen (siehe z. B. DE 28 52 908 A1 oder EP 0 479 197 A1). Als Flüssigmetall finden in der Regel Gal­ lium-, Indium- oder Zinnlegierungen Verwendung, die bereits bei Raumtemperatur flüssig sind. Bei derartigen Legierungen handelt es sich um hochreaktive Substanzen. Es ist daher un­ erwünscht wenn Flüssigmetall-Gleitlager Flüssigmetall verlie­ ren. Dies gilt insbesondere bei der Anwendung in Röntgenröh­ ren, da Flüssigmetall-Tröpfchen, wenn sie den Anodenbereich verlassen, die Hochspannungsfestigkeit der Röntgenröhre ge­ fährden können.

Um das Austreten von Flüssigmetall durch einen zwischen zwei Gleitlagerteilen befindlichen Spalt zu verhindern ist im Falle des aus der EP 0 141 476 A1 bekannten Flüssigmetall- Gleitlagers eine Beschichtung der in Rede stehenden Flächen mit einer Schicht aus "Titanoxid", das als Antibenetzungsmit­ tel für das Flüssigmetall wirksam ist, vorgesehen. Diese Be­ schichtung verhindert zwar wirksam das austreten von Flüssig­ metall aus dem Lagerspalt, jedoch besteht zugleich die Ge­ fahr, daß in das befüllte Flüssigmetall-Gleitlager Gase ein­ dringen, die schädliche Gasblasen bilden. Im Falle von für Röntgenröhren vorgesehenen Flüssigmetall-Gleitlagern besteht diese Gefahr natürlich nur solange das Vakuumgehäuse der Röntgenröhre nicht evakuiert ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gleitlager der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Gefahr des Eindringens von Gasen vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Gleit­ lager mit einem mit Flüssigmetall gefüllten Lagerspalt, wel­ ches zwei Gleitlagerteile mit einer an das Flüssigmetall an­ grenzende Fläche aufweist, deren an das Flüssigmetall angren­ zende Flächen einen den Lagerspalt mit dem umgebenden Raum verbindenden Spalt begrenzen, wobei wenigstens eine der Flä­ chen in ihrem an das Flüssigmetall angrenzenden Bereich mit einer Schicht eines als Benetzungsmittel für das Flüssig­ metall wirksamen Materials versehen ist. Im Falle des erfin­ dungsgemäß Flüssigmetall-Gleitlager wird also absichtlich die Benetzung und Befüllung eines Teiles des Spaltes durch die Benetzungsmittelschicht herbeigeführt. Das durch Kapillar­ kräfte in dem Spalt gehaltene Flüssigmetall wirkt nämlich so­ zusagen als Dichtung, die den Spalt abdichtet.

Der Begriff "angrenzend" soll übrigens nicht so verstanden werden, daß der mit dem Benetzungsmittel beschichtete Bereich der jeweiligen Fläche notwendigerweise unmittelbar an eine Lagerspalt angrenzt. Vielmehr kann zwischen beiden ein Zwi­ schenraum bzw. Abstand vorhanden sein. Wesentlich ist nur, daß der mit dem Benetzungsmittel beschichtete Bereich sich über die gesamte Länge bzw. im Falle eines ringförmigen Spal­ tes über den gesamten Umfang des Spaltes erstreckt und somit eine durchgehende Barriere gegen das Eindringen von Gasen bildet. Im Gegensatz zu der Länge bzw. dem Umfang des Spaltes soll unter der Breite des Spaltes übrigens derjenige Abstand verstanden werden, der zwischen Anfang und Ende des Spaltes liegt. Unter Spaltweite ist der Abstand zwischen den den Spalt begrenzenden Flächen zu verstehen.

Eine nochmals verbesserte Gasdichtigkeit wird erreicht, wenn gemäß einer Variante der Erfindung als Benetzungsmittel ein das Flüssigmetall reaktiv bindendes Material, insbesondere ein wenigstens ein Material der Gruppe Gold, Kupfer, Nickel enthaltendes Material, vorgesehen ist, da dann das sozusagen als Dichtung wirkende Flüssigmetall zusätzlich an Ort und Stelle gehalten wird.

Um sicherzustellen, daß trotz des im Bereich des Spaltes an­ wesenden Benetzungsmittels kein Flüssigmetall durch den Spalt austritt, ist wenigstens eine der Flächen in dem sich an den mit dem als Benetzungsmittel wirksamen Material beschichteten Bereich des Spaltes anschließenden Bereich mit einer Schicht (28 bis 33) eines als Antibenetzungsmittel für das Flüssig­ metall (20) wirksamen Materials versehen.

Als Antibenetzungsmittel kann ein Metalloxid, insbesondere Aluminiumoxid oder Titanoxid, vorgesehen sein. Als Antibe­ netzungsmittel eignet sich aber auch Kohlenstoff, insbeson­ dere wenn er zumindest vor der Beschichtung als Glaskohlen­ stoff vorliegt. Glaskohlenstoffist unter der Bezeichnung "Sigradur" kommerziell erhältlich. Weitere geeignete Antibe­ netzungsmittel sind Silizium-Verbindungen, z. B. Siliziumoxid (SiO₂) oder Siliziumnitrid (Si₃N₄).

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem aus erfindungsgemäßen Gleitlagerteilen zu­ sammengesetzten Flüssigmetall-Gleitlager für die Drehanode in teilweise geschnittener Darstellung, und

Fig. 2 und 3 in vergrößerter Darstellung die Einzelheiten II und III gemäß Fig. 1.

In der Fig. 1 ist eine Drehanoden-Röntgenröhre dargestellt, die eine Drehanode 1 aufweist, die in einem Vakuumkolben 2 untergebracht ist. Der Vakuumkolben 2 enthält außerdem noch in an sich bekannter Weise eine Kathode 3, die in einem Kathodenbecher 4 eine in Fig. 1 nicht sichtbare Glühwendel enthält.

Die Drehanode 1 weist einen Anodenteller 5 auf, der an dem einen Ende einer Lagerungswelle 6 fest angebracht ist. Um die drehbare Lagerung der Drehanode 1 zu gewährleisten, ist ein insgesamt mit 7 bezeichnetes Flüssigmetall-Gleitlager vorge­ sehen, das aus mehreren Gleitlagerteilen zusammengesetzt ist, von denen eines die Lagerungswelle 6 ist. Als weitere Gleit­ lagerteile sind ein Rohrteil 8, ein Boden 9 und ein Deckel 10 vorgesehen.

Das Rohrteil 8, der Boden 9 und der mit einer Bohrung verse­ hene Deckel 10 sind derart miteinander verschraubt (es sind nur die Mittellinien einiger Schrauben dargestellt), daß das verdickte Ende der sich durch die Bohrung des Deckels 10 er­ streckenden Lagerungswelle 6 in der Bohrung des Rohrteiles 8 aufgenommen ist. Dabei bilden die plane Innenseite des Bodens 10, die hohlzylindrische Bohrungswandung des Rohrteiles 8 und die kreisringförmige plane Innenseite des Deckels 10 erste Lagerungsflächen 11, 12 und 13. Die am anderen Ende der Lagerungswelle 6 vorgesehene plane kreisförmige Stirnfläche, die zylindrische Mantelfläche des verdickten Ansatzes der Lagerungswelle 6 und die kreisringförmige ebene Stirnfläche des zu dem verdickten Ansatz überleitenden Absatzes der Lage­ rungswelle 6 bilden zweite Lagerungsflächen 14, 15 und 16.

Zwischen den Lagerflächen 11 bis 13 einerseits und den Lager­ flächen 14 bis 16 andererseits befindet sich ein in Fig. 1 nicht sichtbarer, mit Flüssigmetall gefüllter Lagerspalt.

Um die Drehanode 1 in Rotation versetzen zu können, ist ein Elektromotor vorgesehen, der als Rotor 17 ein aus einem elek­ trisch leitenden Werkstoff gebildetes topfförmiges Bauteil aufweist, das das mit dem Deckel 10 versehene Ende des Rohr­ teiles 8 übergreift. Der schematisch angedeutete Stator 18 ist im Bereich des Rotors 17 auf die Außenwand des Vakuum­ kolbens aufgesetzt und bildet mit dem Rotor 17 einen elektri­ schen Kurzschlußläufermotor, der bei Versorgung mit dem ent­ sprechenden Strom die Drehanode 1 rotieren läßt.

Die Gleitlagerteile, also die Lagerungswelle 6, das Rohrteil 8, der Boden 9 und der Deckel 10 sind aus einem Material der Gruppe Molybdän, Wolfram, Tantal, Rhenium, einer wenigstens eines dieser Metalle enthaltenden Legierung, Edelstahl oder Keramik gebildet. Vorzugsweise sind die Gleitlagerteile aus Molybdän oder einer molybdänhaltigen Legierung gebildet, und zwar im Hinblick auf die Vakuumtauglichkeit dieser Mate­ rialien.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, sind alle Flächen 21 und 22 bzw. 23 und 24 der Gleitlagerteile 8, 9 und 10, die sich ansonsten direkt berühren würden und den Lagerspalt mit der Umgebung verbindende Kapillarspalte begrenzen, in ihrem an das Flüssigmetall 20 angrenzenden Bereich mit einer Schicht 25 und 26 bzw. 27 und 28 eines als Benetzungsmittel für das Flüssigmetall 20 wirksamen Materials versehen. Es tritt also Flüssigmetall 20 durch die zwischen den Gleit­ lagerteilen 8, 9 und 10 im Bereich ihrer Flächen 21 bis 24 vorhandene Kapillarspalte ein und wird hier durch Kapillar­ kräfte gehalten. Das in den Kapillarspalten befindliche Flüs­ sigmetall 20 verhindert vor dem Evakuieren des Vakuumkolbens 2 sozusagen als Dichtung den Eintritt von Gasen in den Lager­ spalt.

Wenn als Benetzungsmittel ein das Flüssigmetall reaktiv bin­ dendes Material verwendet wird, beispielsweise Gold, Kupfer oder Nickel oder ein Material, das wenigstens einen dieser Stoffe enthält, wird eine nochmals verbesserte Dichtwirkung erreicht, da dann das Flüssigmetall infolge der an den Grenz­ flächen zu den Schichten 25 bis 28 auftretenden Legierungs­ bildung zusätzlich in den Kapillarspalten festgehalten wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 sind die Flächen 21 bis 24, um eine Zentrierung der Gleitlagerteile 8 und 9 bzw. 8 und 10 relativ zueinander zu gewährleisten, je­ weils aus einem zylindrischen Flächenteil 21a bis 24a und ei­ nem ringförmigen Flächenteil 21b bis 24b zusammengesetzt.

Im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 1 bis 3 be­ schränkt sich die Anwesenheit der Schichten 25 bis 28 des Be­ netzungsmittels auf die zylindrischen Flächenteile 21a bis 24a. Falls dies zweckmäßig ist, können einzelne oder alle Schichten 25 bis 28 aber auch bis in die kreisringförmigen Flächenteile 21b bis 24b reichen.

Die zylindrischen Flächenteile 21a bis 24a sind im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 1 bis 3 jeweils voll­ ständig mit der jeweiligen Schicht 25 bis 28 bedeckt. Wenn die Flächenteile 21a bis 24a eine ausreichende Breite aufwei­ sen, kann es aber unter Umständen auch genügen, einzelne oder alle Flächenteile 21a bis 24a nur über einen Teil ihrer Breite mit der jeweiligen Schicht 25 bis 28 zu versehen.

Wesentlich ist jedoch, daß sich die jeweilige Schicht 25 bis 28 ununterbrochen über die gesamte Länge, d. h. den gesamten Umfang, der jeweiligen Fläche 21 bis 24 erstreckt, so daß das in die Kapillarspalte eintretende Flüssigmetall 20 eine un­ terbrechungsfreie Dichtung bilden kann.

Unter Umständen genügt es auch in in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellter Weise, nur jeweils eine der Flächen 21 oder 22 bzw. 23 oder 24 mit einer Schicht eines als Benetzungsmittel für das Flüssigmetall 20 wirksamen Materials zu versehen.

Um den Austritt von in die Kapillarspalte eingetretenem Flüs­ sigmetall 20 aus dem Lager zu erschweren, sind die an die mit dem Benetzungsmittel beschichteten und somit mit Flüssigme­ tall 20 benetzten Bereiche der Flächen 21 bis 24 angrenzenden Bereiche dieser Flächen jeweils mit einer Schicht 29 bis 32 eines als Antibenetzungsmittel für das Flüssigmetall 20 wirk­ samen Materials versehen. Es ist dann ein Austreten von Flüs­ sigmetall 20 aus den Kapillarspalten praktisch unmöglich, da das Flüssigmetall 20 die Schichten 29 bis 32 nicht benetzen kann.

Als Material für die Schichten 29 bis 32 ist ein Metalloxid, Kohlenstoff, Siliziumoxid oder Siliziumnitrid vorgesehen.

Im Falle des Ausführungsbeispieles gemäß den Fig. 1 bis 3 sind die ringförmigen Flächenteile 21b bis 24b jeweils voll­ ständig mit der jeweiligen Schicht 29 bis 32 bedeckt. Wenn die Flächenteile 21b bis 24b eine ausreichende Breite aufwei­ sen, kann es aber unter Umständen auch genügen, einzelne oder alle Flächenteile 21b bis 24b nur über einen Teil ihrer Breite mit der jeweiligen Schicht 29 bis 32 zu versehen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1 bis 3 grenzen die Schichten 25 und 29, 26 und 30, 27 und 31 sowie 28 und 32 jeweils im wesentlichen aneinander an. Es können jedoch zwi­ schen einzelnen oder allen benachbarten Schichten 25 und 29, 26 und 30, 28 und 31 sowie 28 und 32 Abstände vorhanden sein, falls dies beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen vorteilhaft sein sollte.

Unter Umständen genügt es auch, wenn in in den Fig. 2 und 3 nicht dargestellter Weise, nur jeweils eine der Flächen 21 oder 22 bzw. 23 oder 24 mit einer Schicht eines als Antibe­ netzungsmittel für das Flüssigmetall 20 wirksamen Materials versehen ist.

Die Lagerflächen 11 bis 16 können übrigens in an sich bekann­ ter, in den Figuren nicht dargestellter Weise mit insbeson­ dere spiralförmigen Nuten versehen sein, die dazu dienen, das Flüssigmetall 20 am Austreten aus dem Lagerspalt zu hindern.

Die Dicke der Schichten 25 bis 32 ist in den Fig. 1 und 2 üb­ rigens aus gründen der Anschaulichkeit übertrieben groß dar­ gestellt. Letztlich genügt bereit eine Dicke, durch die sichergestellt ist, daß eine geschlossene Schicht 25 bis 32 vorliegt.

Claims (6)

1. Gleitlager mit einem mit Flüssigmetall (20) gefüllten Lagerspalt, welches zwei Gleitlagerteile (8, 9, 10) mit einer an das Flüssigmetall (20) angrenzende Fläche (21 bis 24) auf­ weist, welche Flächen (21 bis 24) einen den Lagerspalt mit dem umgebenden Raum verbindenden Spalt begrenzen, wobei wenigstens eine der Flächen (21 bis 24) in ihrem an das Flüs­ sigmetall (20) angrenzenden Bereich mit einer Schicht (25 bis 28) eines als Benetzungsmittel für das Flüssigmetall (20) wirksamen Materials versehen ist.

2. Gleitlager nach Anspruch 1, bei dem als als Benetzungsmit­ tel wirksames Material ein das Flüssigmetall reaktiv binden­ des Material vorgesehen ist.

3. Gleitlager nach Anspruch 2, bei dem das als Benetzungsmit­ tel wirksame Material wenigstens ein Material der Gruppe Gold, Kupfer, Nickel enthält.

4. Gleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem wenigstens eine der Flächen (21 bis 24) in dem sich an den­ jenigen Bereich des Spaltes mit dem als Benetzungsmittel wirksamen Material beschichteten Bereich anschließenden Be­ reich mit einer Schicht (29 bis 32) eines als Antibenetzungs­ mittel für das Flüssigmetall (20) wirksamen Materials ver­ sehen ist.

5. Drehanoden-Röntgenröhre mit einem zur Lagerung der Dreh­ anode (1) vorgesehenen Flüssigmetall-Gleitlager (7) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.

6. Verwendung eines Gleitlagers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Lagerung der Drehanode (1) einer Drehanoden-Rönt­ genröhre.