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Die Erfindung betrifft eine Drehanodenanordnung, die einen Anodenteller mit einer zentralen Durchgangsbohrung und eine Rotorwelle umfasst.
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Eine derartige Drehanodenanordnung ist beispielsweise aus der
DE 10 2014 207 467 A1 bekannt. Im bekannten Fall ist der Anodenteller mittels einer Polygonverbindung verdrehsicher und mittels einer Schraubverbindung axial gesichert auf einer Rotorwelle gehalten. Die Polygonverbindung umfasst vorzugsweise ein Polygonprofil an der Außenseite der Rotorwelle und ein korrespondierendes Polygonprofil in der Durchgangsbohrung des Anodentellers. Die Rotorwelle ist am anodenseitigen Ende als Lagerbuchse ausgebildet, auf die der Anodenteller axial aufgeschoben ist. Die Schraubverbindung ist als Zentralverschraubung ausgeführt, die entgegen der Drehrichtung der Rotorwelle festgezogen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehanodenanordnung zu schaffen, die auch bei hohen mechanischen und thermischen Beanspruchungen eine höhere Zuverlässigkeit bzw. eine höhere Betriebssicherheit aufweist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Drehanodenanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehanodenanordnung sind jeweils Gegenstand von weiteren Ansprüchen.
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Die Drehanodenanordnung nach Anspruch 1 umfasst einen Anodenteller mit einer zentralen Durchgangsbohrung und eine Rotorwelle wobei der Anodenteller durch einen Flansch über ein Lagersystem verdrehsicher und axial gesichert an die Rotorwelle angebunden ist und der Flansch eine thermische Ausdehnung des Anodentellers in radialer Richtung zulässt.
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Bei der erfindungsgemäßen Drehanodenanordnung wird durch die Anbindung des Anodentellers über einen Flansch sichergestellt, dass die thermische Ausdehnung des Anodentellers nicht blockiert wird. Dadurch führen die innerhalb des Anodentellers auftretenden Spannungen nicht zu einem unsymmetrischen Nachgeben der Befestigung. Damit sind sowohl die mechanische Kopplung des Anodentellers mit der Rotorwelle als auch die thermische Kopplung des Anodentellers mit der Rotorwelle durch den Flansch voneinander entkoppelt.
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Bei einer Ausgestaltung der Drehanodenanordnung umfasst das Lagersystem ein Innenlager und eine Lagerbuchse und der Flansch ist auf der Lagerbuchse verdrehfest angeordnet (Anspruch 2). Vorzugsweise ist der Anodenteller verdrehfest mit dem Flansch verbunden (Anspruch 3).
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Drehanodenanordnung, umfasst das Lagersystem ein stehendes Innenlager und eine auf dem Innenlager rotierende Lagerbuchse, wobei der Flansch auf der Lagerbuchse verdrehfest angeordnet ist (Anspruch 4). Die Entkopplung der mechanischen und der thermischen Kopplung des Anodentellers mit der Rotorwelle werden dadurch nochmals verbessert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Drehanodenanordnung, weist der Flansch eine Verjüngung auf (Anspruch 5). Dadurch wird der Wärmeeintrag in die Verbindung zwischen Anodenteller und Lagersystem reduziert und eine radiale Ausdehnung des thermisch belasteten Anodentellers ermöglicht.
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In vorteilhafter Weise ist der Anodenteller an der Rückseite mit wenigstens zwei Schrauben an die Lagerbuchse geschraubt (Anspruch 6). Alternativ zu einer Verschraubung kann der Anodenteller rückseitig mit der Lagerbuchse verschweißt sein (Anspruch 7).
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Eine besonders gute thermische Anbindung wird bei einer Drehanodenanordnung erreicht, bei der der Anodenteller über eine Kegelfläche, die sowohl in die Lagerbuchse als auch in die zentrale Durchgangsbohrung des Anodentellers eingearbeitet ist, thermisch an das Lagersystem angebunden ist (Anspruch 8). Der für die Montage notwendige Fügespalt wird hierfür mit einem Kontaktmaterial (z. B. Weichlot) gefüllt, das sich während der thermischen Belastung des Anodentellers verflüssigt. Das flüssige Kontaktmaterial tritt in den Fügespalt ein und füllt diesen auf.
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Bei einer Drehanodenanordnung, bei der auf der Unterseite des Anodentellers ein Wärmepuffer angeordnet ist (Anspruch 9), wird auf einfache Weise eine zu hohe thermische Belastung zuverlässig vermieden. Vorzugsweise besteht der der Wärmepuffer zumindest teilweise aus Grafit (Anspruch 9).
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Nachfolgend wird ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Die einzige Figur zeigt eine Drehanodenanordnung in einem Teil-Längsschnitt.
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In der Zeichnung ist eine Drehanodenanordnung dargestellt, die einen Anodenteller 1 mit einer zentralen Durchgangsbohrung 2 und eine Rotorwelle 3 umfasst.
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Der Anodenteller 1 ist durch einen Flansch 4 über ein Lagersystem 5 verdrehsicher und axial gesichert an die Rotorwelle 3 angebunden. Der Flansch 4 ist hierbei derart ausgebildet, dass eine thermische Ausdehnung in radialer Richtung möglich ist. Der Flansch verhält sich damit bei einer Erwärmung wie ein elastisches Element.
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Das Lagersystem 5 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel ein stehendes Innenlager 6 und eine auf dem Innenlager 6 rotierende Lagerbuchse 7, wobei der Flansch 4 auf der Lagerbuchse 7 verdrehfest angeordnet ist. Der Anodenteller 1 ist verdrehfest mit dem Flansch 4 verbunden.
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Die Anbindung des Anodentellers 1 über einen Flansch 4 dient einerseits zur mechanischen Anbindung an das Lagersystem 5, andererseits wird durch eine Verjüngung des Flansches 4 eine radiale Ausdehnung des thermisch belasteten Anodentellers 1 ermöglicht.
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Die mechanische Anbindung des Anodentellers 1 findet in diesem Fall nicht mehr mit einer zentralen Mutter von der Oberseite des Anodentellers 1 her statt, sondern der Anodenteller 1 wird von der entgegengesetzten Richtung, also von der Rückseite her, mit mehreren Schrauben 8 an die Lagerbuchse 7 geschraubt. Anstelle einer Verschraubung kann der Anodenteller 1 mit der Lagerbuchse 7 auch verschweißt werden.
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Durch die Verjüngung des Flansches 4 wird der Wärmeeintrag in die Verbindung zwischen Anodenteller 1 und Lagersystem 5 reduziert.
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Die thermische Anbindung des Anodentellers
1 an das Lagersystem
5 erfolgt über eine Kegelfläche
9, die sowohl in die Lagerbuchse
7 als auch in die zentrale Durchgangsbohrung
2 des Anodentellers
1 eingearbeitet ist. Der für die Montage notwendige Fügespalt wird hierfür, wie beispielsweise in der
WO 2010/061323 A1 beschrieben, mit einem Kontaktmaterial gefüllt, das sich während der thermischen Belastung des Anodentellers
1 verflüssigt. Das flüssige Kontaktmaterial tritt in den Fügespalt ein und füllt diesen auf. Im vorliegenden Fall wird als Kontaktmaterial Weichlot verwendet.
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Bei der Montage des Anodentellers 1 auf das Lagersystem 5 wird hierfür in eine in die Lagerbuchse 7 eingearbeitete Nut 10 ein Ring aus Weichlot eingelegt. Der Ring aus Weichlot wird vor dem Auswuchten des Anodentellers 1 aufgeschmolzen. Durch die entstehenden Fliehkräfte bei rotierendem Anodenteller 1 und durch die kegelige Geometrie wird das verflüssigte Weichlot in den Fügespalt zwischen dem Anodenteller 1 und dem Lagersystem 5 gezogen und durch Kapillarkräfte dort gehalten.
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Zur Sicherung gegen ein Auslaufen des Weichlots weist die Lagerbuchse 7 einen Absatz 11 auf.
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Durch die Auslegung der Kegelfläche 9, über die die Wärme von dem Anodenteller 1 in das Lagersystem 5 (Gleitlager) eingebracht wird, kann genau festgelegt werden, wieviel Wärme an welcher Stelle in das Lagersystem 5 eingebracht wird.
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Dadurch kann die Kühlleistung des Lagersystems 5 gesteigert werden und der Anodenteller 1 mit höheren Leistungen belastet werden. Andererseits kann das Lagersystem 5 vor einer Überhitzung geschützt werden.
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Die Größe und die Lage der Kegelfläche 9 beeinflusst auch den Wärmeübergang von der Lagerbuchse 7 in das Innenlager 6 und von dort in das Kühlmedium. Wenn dieser Wärmeübergang zwischen der Lagerbuchse 7 und dem Innenlager 6 möglichst zentral im tragenden Abschnitt des Lagersystems 5 stattfindet und durch einen Wärmetauscher 12 den Wärmeübergang verbessert wird, kann eine ungleichmäßige Verformung des Lagerspaltes aufgrund thermischer Belastung deutlich verringert werden.
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Um eine zu hohe thermischen Belastung des Anodentellers 1 zu vermeiden, ist auf der Unterseite des Anodentellers 1 ein Wärmepuffer 13 angeordnet, der beispielsweise aus Grafit besteht. Der Wärmepuffer 13 nimmt die während des Betriebs im Anodenteller 1 entstehende Wärme zunächst auf und strahlt diese dann anschließend an die Umgebung ab.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014207467 A1 [0002]
- WO 2010/061323 A1 [0020]
