DE19614333C2 - Radialgleitlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Radialgleitlager mit einem in der eine Bodenfläche aufweisenden Bohrung eines Außenteiles auf­ genommenem Lagerzapfen, der eine der Bodenfläche gegenüber­ liegend angeordnete Stirnfläche aufweist, wobei sich zwi­ schen dem Außenteil und dem Lagerzapfen ein mit einem flüs­ sigen Schmiermittel gefüllter Lagerspalt und sich zwischen der Bodenfläche und der Stirnfläche ein mit dem Schmiermit­ tel gefüllter Raum befindet, und wobei das Außenteil eine sich durch die Bodenfläche erstreckende, mittels eines Ver­ schlußteiles verschlossene Öffnung aufweist.

Bei derartigen Radialgleitlagern dient die Öffnung dazu, das Radialgleitlager vor Inbetriebnahme mit dem Schmiermittel zu befüllen. Im Betrieb des Radialgleitlagers ist die Öffnung mittels des Verschlußteils verschlossen.

Es ist unerwünscht, wenn derartige Gleitlager Schmiermittel verlieren. Dies gilt insbesondere, wenn als Schmiermittel Flüssigmetall verwendet wird, so wie dies bei Gleitlagern der Fall ist, die in Röntgenröhren zur Lagerung der Dreh­ anode Verwendung finden. Als Flüssigmetall finden dann in der Regel Gallium-, Indium- oder Zinnlegierungen Verwendung, die bereits bei Raumtemperatur flüssig sind und bei denen es sich um hochreaktive Substanzen handelt. Da sich im Falle von Röntgenröhren das Gleitlager im Inneren des Vaku­ umgehäuses befindet, ist aus dem Gleitlager austretendes Flüssigmetall besonders schädlich, da Flüssigmetalltröpf­ chen, wenn sie den Anodenbereich verlassen, die Hochspan­ nungsfestigkeit der Röntgenröhre gefährden können.

Bei Radialgleitlagern der eingangs genannten Art besteht insbesondere auch die Gefahr, daß die im Betrieb des Radial­ gleitlagers auftretenden Fliehkräfte das Schmiermittel aus dem zwischen der Bodenfläche der Bohrung und der Stirnfläche des Lagerzapfens befindlichen Bereich radial nach außen zie­ hen, so daß sich in dem genannten Bereich ein Vakuum bildet. Falls das Verschlußteil die Öffnung nicht völlig dicht ver­ schließt, kann sich in dem genannten Bereich durch eintre­ tendes Gas (bzw. Restgas im Falle der Verwendung des Radial­ gleitlagers in einer Röntgenröhre) ein Gaspolster bildet. Dehnt sich dieses Gaspolster aus, beispielsweise durch die im Betrieb des Radialgleitlagers auftretende Erwärmung auf Betriebstemperatur, so kann es das Schmiermittel aus dem La­ gerspalt hinausdrücken. Es kann dann einerseits ein Schmier­ mittel-Mangel mit allen bekannten Folgen entstehen. Anderer­ seits kann in unerwünschter Weise Schmiermittel aus dem Ra­ dialgleitlager austreten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radialgleitla­ ger der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Ge­ fahr des Verlustes von Flüssigmetall zumindest vermindert ist.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein Ra­ dialgleitlager mit einem in der eine Bodenfläche aufweisenden Bohrung eines Außenteiles aufgenommenen Lagerzapfen, der eine der Bodenfläche gegenüberliegend angeordnete Stirnflä­ che aufweist, wobei sich zwischen dem Außenteil und dem La­ gerzapfen ein mit einem flüssigen Schmiermittel gefüllter Lagerspalt und sich zwischen der Bodenfläche und der Stirn­ fläche ein mit dem Schmiermittel gefüllter Raum befindet, wobei das Außenteil eine sich durch die Bodenfläche er­ streckende, mittels eines Verschlußteiles verschlossene Einfüllöffnung für Schmiermittel aufweist, und wobei die Bodenfläche und/oder die Stirnfläche mit Pumprillen versehen ist, die bei Drehung von Außenteil und Lagerzapfen relativ zueinander Schmiermittel derart radial einwärts fördern, daß ein zwischen dem Verschlußteil und der Öffnung vorhandener Dichtspalt über seinen gesamten Umfang von dem Schmiermittel überdeckt ist.

Im Falle des erfindungsgemäßen Radialgleitlagers bewirken also die vorzugsweise als Spiralrillen ausgebildeten Pump­ rillen einen Druckaufbau in radialer Richtung, und zwar von außen nach innen. Dieser durch die Pumprillen erzeugte Druck wirkt dem Druckaufbau durch die im Betrieb des Radialgleit­ lagers auftretenden Fliehkräfte entgegen und stellt sicher, daß zwischen der Bodenfläche der Bohrung und der Stirnfläche des Lagerzapfens eine Schmiermittelmenge verbleibt, die aus­ reichend groß ist, daß das bodenflächenseitige Ende des zwi­ schen der Öffnung und dem Verschlußteil vorliegenden Dicht­ spaltes über seinen gesamten Umfang mit Schmiermittel be­ deckt ist. Es wird so erreicht, daß durch einen möglicher­ weise undichten Stopfen kein Gas in den Raum zwischen der Bodenfläche des Außenteiles und der Stirnfläche des Lager­ zapfens eindringen kann.

Der durch die Pumprillen bewirkte Druckaufbau kann an die durch die maximale Betriebsdrehzahl des Radialgleitlagers bestimmten Fliehkräfte und die Abmessungen des Verschluß­ teils angepaßt werden, indem Parameter wie z. B. die Tiefe der Pumprillen, der Tangentenwinkel der Pumprillen, die An­ zahl der Pumprillen, der Abstand zwischen der Stirnfläche des Lagerzapfens und der Bodenfläche der Bohrung usw. geeig­ net gewählt werden.

Aus der EP 0 666 585 A1 ist eine Drehanodenröntgenröhre mit einem Gleitlager bekannt, das einen feststehenden und einen drehbaren Lagerteil umfaßt, von deren einander zugewandten Oberflächen eine ein Rillenmuster aufweist, wobei die einan­ der zugewandten Oberflächen einen mit einem Schmiermittel gefüllten Lagerspalt bilden. Um Gaseinschlüsse aus dem La­ gerbereich abführen zu können, ist in wenigstens einem der beiden Lagerteile in einem Bereich außerhalb des Rillenmu­ sters ein Filterkörper vorgesehen, über den der Lagerspalt mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre in Verbindung steht.

Aus der EP 0 578 314 A1 ist ein Gleitlager für eine Drehan­ odenröntgenröhre bekannt, von dessen relativ zueinander in eine Drehrichtung drehbaren Lagerflächen wenigstens eine mit einem Muster von Rillen versehen ist.

In Conner, J. O.; Boyed, J.: Standard Handbook of Lubrifica­ tion Engineering, McGraw Hill, New York 1968 sind Spiralril­ lengleitlager und Entwurfsbeispiele von Spiralrillengleitla­ gern beschrieben.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn sowohl das vorzugsweise als Stopfen ausgeführte Verschlußteil als auch die Öffnung rotationssymmetrisch zur Mittelachse des Radialgleitlagers ausgebildet sind, da es dann leicht möglich ist, die Pump­ wirkung der Pumprillen so zu bemessen, daß im Betrieb des Radialgleitlagers der Durchmesser eines eventuell von Schmiermitteln freien Bereichs zwischen der Stirnfläche des Lagerzapfens und der Bodenfläche der Bohrung geringer als der Durchmesser des bodenflächenseitigen Endes des zwischen dem Verschlußteil und der Öffnung vorliegenden Dichtspaltes ist.

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

Fig. 1 in teilweise geschnittener Darstellung eine Dre­ hanoden-Röntgenröhre mit einem erfindungsgemäßen Gleitlager für die Drehanode, welches als Schmiermit­ tel Flüssigmetall enthält,

Fig. 2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt durch das Gleitlager der Röntgenröhre gemäß Fig. 1, und

Fig. 3 in vergrößerter Darstellung die Stirnfläche des La­ gerzapfens des in dem Flüssigmetall-Gleitlager gemäß den Fig. 1 und 2 enthaltenen erfindungsgemäßen Ra­ dialgleitlagers.

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 Ka­ thodenbecher 4 eine in Fig. 1 nicht sichtbare Glühwendel enthält.

Um die drehbare Lagerung der Drehanode zu gewährleisten, ist ein insgesamt mit 7 bezeichnetes Gleitlager vorgesehen, das als inneres Lagerteil einen fest mit dem Vakuumkolben 2 ver­ bundene Lagerzapfen 6 aufweist. An dem äußeren, im Betrieb der Röntgenröhre rotierenden Lagerteil 8 ist der Anodentel­ ler 5 der Drehanode 1 fest angebracht.

Wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, weist der Lagerzapfen 6 einen ersten, im wesentlichen zylin­ drischen Abschnitt 6a auf, an den sich ein zweiter Abschnitt in Form eines radial auswärts gerichteten Flansches 6b an­ schließt. Der Lagerzapfen 6 ist in der einseitig, und zwar an ihrem dem Anodenteller 5 benachbarten Ende durch einen Boden 20 geschlossene Bohrung des aus zwei Teilen 8a und 8b zusammengesetzten äußeren Lagerteiles 8 derart aufgenommen, daß ein zylindrisches Lagerflächenpaar mit der Lagerfläche 9 des Lagerzapfens 6 und der Lagerfläche 10 des äußeren Lager­ teiles 8 zur Übertragung von in bezug auf die Mittelachse M der Drehanode 1 radiale Kräfte vorgesehen sind, die das er­ findungsgemäße Radialgleitlager bilden. Außerdem sind zwei kreisringförmige Lagerflächenpaare mit den zu dem Lagerzap­ fen 6 gehörigen Lagerflächen 11 und 12 und den zu dem äuße­ ren Lagerteil 8 gehörigen Lagerflächen 13 und 14 zur Über­ tragung von bezüglich der Mittelachse M axial gerichteten Kräften vorgesehen sind.

Der Lagerzapfen 6 weist einen dritten, im wesentlichen zy­ lindrischen Abschnitt 6c auf, der sich durch den in dem Teil 8b des äußeren Lagerteiles 8 vorgesehenen Bereich der Boh­ rung des äußeren Lagerteiles 8 erstreckt.

Der sich zwischen den Lagerflächen 9, 11 und 12 des Lager­ zapfens 6 und den Lagerflächen 10, 13 und 14 des äußeren La­ gerteiles 8 befindliche Lagerspalt ist in aus den Fig. 2 und 3 nicht ersichtlicher Weise mit einem flüssigen Schmier­ mittel, und zwar einem Metall, das bereits bei Raumtempera­ tur flüssig ist, gefüllt. Bei diesem Flüssigmetall kann es sich um eine Gallium und/oder Indium und/oder Zinn enthal­ tenden Legierung halten.

Im Bereich der Lagerflächen können in an sich bekannter Wei­ se spiralförmige Rillen vorgesehen sein, deren Orientierung so gewählt ist, daß sie im Betrieb des Gleitlagers eine För­ derwirkung entfalten, die das Flüssigmetall im Lagerinneren hält. Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels ist beispielsweise die zu dem Lagerzapfen 6 gehörige Lagerfläche 9 in zwei sich jeweils über den gesamten Umfang des Lager­ zapfens erstreckende ringförmigen Zonen mit V-förmigen Ril­ len versehen. Zur Veranschaulichung dieser Zonen ist in den Fig. 1 und 2 jeweils eine V-förmige Rille angedeutet. Au­ ßerdem sind die ebenfalls zu dem Lagerzapfen 6 gehörigen kreisringförmigen Lagerflächen 11 und 12 in aus den Figuren nicht ersichtlicher Weise mit spiralförmigen Rillen verse­ hen.

Gemäß Fig. 2 sind die beiden mit V-förmigen Rillen versehe­ nen Zonen der Lagerfläche 9 durch eine Nut 15 voneinander getrennt. Eine Nut trennt ebenfalls die dem Flansch 6b be­ nachbarte Zone von der Lagerfläche 11. Diese Nut ist mit 16 bezeichnet.

An dem äußeren Lagerteil 8 ist mit Hilfe von Schrauben, es sind in Fig. 2 nur die mit 17 bezeichneten Mittellinien zweier Schrauben dargestellt, der Rotor 18 eines zum Antrieb der Drehanode 1 vorgesehenen Elektromotors verbunden. Der Rotor 18 wirkt mit einem schematisch angedeuteten Stator 19 zusammen, der im Bereich des Rotors 18 auf die Außenwand des Vakuumkolbens aufgesetzt ist, und bildet mit diesem einen elektrischen Kurzschlußläufermotor, der bei Versorgung mit einem entsprechenden Strom die Drehanode 1 rotieren läßt.

Durch den Boden 20 des äußeren Lagerteiles 8 erstreckt sich eine durch ein Verschlußteil in Form eines kegeligen Stop­ fens 21 verschlossene, entsprechend kegelige Öffnung 22, die mit dem Lagerspalt in Verbindung steht und während des Fer­ tigungsprozesses des Gleitlagers 7 zur Befüllung des Gleit­ lagers 7 mit Flüssigmetall dient.

Der Stopfen 21 und die Öffnung 22 sind in einer solchen Wei­ se kegelig ausgeführt, daß der Stopfen 21 von außen in die Öffnung 22 eingesetzt werden kann. Außerdem sind der Stopfen 21 und die Öffnung 22 rotationssymmetrisch in bezug auf die Mittelachse M des Gleitlagers 7 ausgebildet.

Um zu verhindern, daß im Falle eventueller Undichtigkeiten Restgas aus dem Vakuumkolben 2 der Röntgenröhre durch den zwischen dem Stopfen 21 und der Wandung der Öffnung 22 be­ findlichen Dichtspalt in das Gleitlager 7 eintreten kann, wenn das zwischen der Stirnfläche 23 des Lagerzapfens 6 und der Bodenfläche 24 der Bohrung des äußeren Lagerteiles 8 in­ folge der im Betrieb der Röntgenröhre auftretenden Flieh­ kräfte radial nach außen gezogen wird, ist die Stirnfläche 23 des Lagerzapfens 6 in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise mit Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n versehen, die durch Stege 26 ₁ bis 26 _n voneinander getrennt sind.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels handelt es sich bei den Begrenzungslinien der Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n um logarithmische Spiralen. Es sind aber auch andere als log­ arithmische Spiralen möglich.

Die Länge der Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n ist derart bemessen daß im Zentrum der Stirnfläche 23 ein kreisförmiger Mittelsteg 27 stehenbleibt, dessen Durchmesser d kleiner ist als der Durchmesser D des zwischen dem Stopfen 21 und der Öffnung 22 vorliegenden Dichtspaltes an seinem der Bodenfläche benach­ barten Ende.

Die Anzahl n der Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n, im Falle des darge­ stellten Ausführungsbeispieles gilt n = 9, die Tiefe der Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n, der Tangentenwinkel α der Pumprillen 25 ₁ bis 25 _n sowie der Abstand zwischen der Stirnfläche 23 des Lagerzapfens 6 und der Bodenfläche 23 sind so gewählt, daß durch die resultierende Pumpwirkung der Pumprillen si­ chergestellt ist, daß bei Betriebsdrehzahl des Gleitlagers 7 Flüssigmetall entgegen der Fliehkraftwirkung derart radial einwärts gefördert wird, daß der Durchmesser eines verblei­ benden zentralen, mit Flüssigmetall ausgefüllten Bereiches größer als der Durchmesser D ist, und zwar selbst dann, wenn sich außerhalb dieses zentralen Bereiches im Betrieb infolge Fliehkraftwirkung ein ringförmiger, von Flüssigmetall freier Bereich ausbilden sollte.

Auf diese Weise ist der Eintritt von Restgas durch den zwi­ schen dem Stopfen 21 und der Wandung der Öffnung 22 befind­ lichen Dichtspalt ausgeschlossen, da das Flüssigmetall im Betrieb eine das der Bodenfläche 23 benachbarte Ende des Dichtspaltes verschließende Barriere darstellt.

Bei dem Tangentenwinkel α handelt es sich übrigens in der aus Fig. 3 ersichtlichen Weise um den Winkel zwischen der zum jeweils betrachteten Punkt der Spirale gehörigen Tangen­ te und derjenigen Gerade, die den zum jeweils betrachteten Punkt gehörigen verlängerten Ortsvektor rechtwinklig schnei­ det. Der Tangentenwinkel ist im Falle einer logarithmischen Spiralen für beliebige Punkte der Spirale gleich.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels sind die Pumprillen an der Stirnfläche des Lagerzapfens vorgesehen, was fertigungstechnisch vorteilhaft sein kann. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, die Bodenfläche mit Pump­ rillen zu versehen.

Wenn vorstehend von der Bohrung des äußeren Lagerteiles 8 die Rede ist, so bedeutet dies nicht, daß diese notwendiger­ weise durch Bohren hergestellt ist. Vielmehr kommt außer Bohren auch jedes andere geeignete Herstellungsverfahren zur Herstellung der Bohrung in Frage.

Im Falle des beschriebenen Ausführungsbeispiels steht das innere Lagerteil fest, während das äußere rotiert. Auch der umgekehrte Fall ist im Rahmen der Erfindung möglich.

Claims (4)

1. Radialgleitlager mit einem in der eine Bodenfläche (24) aufweisenden Bohrung eines Außenteiles (8) aufgenommenen La­ gerzapfen (6), der eine der Bodenfläche (24) gegenüberliegend angeordnete Stirnfläche (23) aufweist, wobei sich zwischen dem Außenteil (8) und dem Lagerzapfen (6) ein mit einem flüs­ sigen Schmiermittel gefüllter Lagerspalt und sich zwischen der Bodenfläche (24) und der Stirnfläche (23) ein mit dem Schmiermittel gefüllter Raum befindet, wobei das Außenteil (8) eine sich durch die Bodenfläche (24) erstreckende, mit­ tels eines Verschlußteiles verschlossenen Einfüllöffnung (22) für Schmiermittel aufweist, und wobei die Bodenfläche (24) und/oder die Stirnfläche (23) mit Pumprillen (25 ₁ bis 25 _n) versehen ist, die bei Drehung von Außenteil (8) und Lagerzap­ fen (6) relativ zueinander Schmiermittel derart radial ein­ wärts fördern, daß ein zwischen dem Verschlußteil und der Öffnung (22) vorhandener Dichtspalt über seinen gesamten Um­ fang von dem Schmiermittel überdeckt ist.

2. Radialgleitlager nach Anspruch 1, dessen Pumprillen (25 ₁ bis 25 _n) als Spiralrillen ausgebildet sind.

3. Radialgleitlager nach Anspruch 1 oder 2, dessen Verschluß­ teil und Öffnung (22) rotationssymmetrisch zur Mittelachse (M) des Radialgleitlagers ausgeführt sind.

4. Radialgleitlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Verschlußteil als Stopfen (21) ausgeführt ist.