DE3842034A1 - Drehanoden-roentgenroehre mit fluessigem schmiermittel - Google Patents
Drehanoden-roentgenroehre mit fluessigem schmiermittelInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre mit
mindestens einem Gleitlager, das mit einem flüssigen
Schmiermittel gefüllt ist. Eine solche Röntgenröhre ist
u.a. aus der EP-OS 1 41 476 bekannt. Die Gleitlager zur La
gerung der Drehanode werden dabei durch sogenannte Spiral
rillenlager gebildet, die einen engen Spalt und auf einer
ihrer Lagerflächen ein Muster von Rillen aufweisen. In dem
Lagerspalt, der auf der einen Seite durch eine glatte La
gerfläche und auf der anderen Seite durch die Fläche mit
dem Rillenmuster begrenzt wird, befindet sich das Schmier
mitttel. Die Rillen sind so geformt, daß beim Betrieb der
Drehanoden-Röntgenröhre mit einer vorgegebenen Drehrich
tung das Schmiermittel im Lager bleibt. An das Spiralril
lenlager grenzt eine Oberfläche an, die so präpariert ist,
daß sie von dem Schmiermittel nicht benetzt werden kann,
z.B. durch eine Titanoxid- oder Siliziumoxid-Carbid
schicht.
Bei derartigen Drehanoden-Röntgenröhren kann es insbeson
dere beim Transport passieren, daß Schmiermittteltropfen
aus dem Lager austreten und in den Teil des Vakuumraums
der Röntgenröhre gelangen, der im Betrieb der Röhre einem
starken elektrischen Feld ausgesetzt ist. Diese Schmier
mitteltropfen beeinträchtigen die Hochspannungsfestigkeit
der Röntgenröhre und können zu deren Zerstörung führen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art so aus
zugestalten, daß der Betrieb der Röntgenröhre durch aus
dem Gleitlager ausgetretene Schmiermitteltropfen nicht be
einträchtigt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Oberflächen in dem Öffnungsbereich, über den das Spiral
rillenlager mit dem übrigen Vakuumraum der Röntgenröhre in
Verbindung steht, aus einem Material bestehen, das vom
Schmiermittel benetzbar ist und damit Mischphasen oder
Legierungen bilden kann.
Bei der Erfindung besteht die Oberfläche des Öffnungsbe
reiches, durch den das Schmiermittel hindurchtreten muß,
um aus dem Lager in den übrigen, im Betriebszustand mit
einem elektrischen Feld erfüllten Vakuumraum zu gelangen,
aus einem Material, das vom Schmiermittel benetzbar ist
und damit Mischphasen bildet. Das Schmiermittel kann dabei
also nicht in den im Betriebszustand mit einem elektri
schen Feld erfüllten Raum austreten, weil es auf der Ober
fläche im Öffnungsbereich haften bleibt und in diese
hineindiffundiert. Der Bereich bis zum unter Hochspannung
stehenden Vakuumraum sollte nach Möglichkeit als Labyrinth
ausgebildet sein.
Das Schmiermittel und das Oberflächenmaterial im Öffnungs
bereich müssen aufeinander abgestimmt sein. Als Schmier
mittel von Gleitlagern bei Röntgenröhren eignen sich be
kanntlich Galliumlegierungen. Diese Legierungen bilden mit
vielen Metallen eine Mischphase, d.h. eine neue Legierung,
oft jedoch erst dann, wenn die durch Oxide oder Carbide
passivierten Oberflächen der Metalle zerstört sind. Es
eignen sich daher nur die Metalle, die solche Grenzschich
ten nicht bilden (Edelmetalle) oder bei denen diese Grenz
schichten durch die mit der Konditionierung von Röntgen
röhren verbundenen Pump- und Ausheizprozesse zerstört
werden, beispielsweise Kupfer. Eine bevorzugte Weiterbil
dung sieht daher vor, daß das Schmiermittel aus einer Gal
liumlegierung und die Oberfläche im Öffnungsbereich aus
einem Edelmetall besteht. Ein Schmiermitteltropfen aus
einer Galliumlegierung breitet sich auf einer z.B. ver
goldeten Metallfläche infolge der Benetzung und Legie
rungsbildung aus und diffundiert in das Grundmaterial
hinein, besonders bei erhöhten Temperaturen, jedoch auch
schon bei Raumtemperatur.
Wenn die erfindungsgemäß vorgesehenen, vom Schmiermittel
benetzbaren und damit Mischphasen bildenden Oberflächen
unmittelbar an die Gleitlagerflächen angrenzen würden,
würde das Schmiermittel relativ leicht aus dem Gleitlager
auf diese Flächen übergehen, was einen unerwünschten
Schmiermittelverlust zur Folge hätte. Dieser läßt sich in
weiterer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verringern,
daß die unmittelbar an das Spiralrillenlager angrenzenden
Oberflächen aus einem Material bestehen, das vom Schmier
mittel nicht benetzbar ist und daß sich daran die vom
Schmiermittel benetzbaren und damit Mischphasen bildenden
Oberflächen anschließen. Bei einer Galliumlegierung als
Schmiermittel können nicht benetzbare Oberflächen durch
z.B. Titanoxid-Carbid-Beschichtungen oder Siliziumoxid-
Carbid-Beschichtungen erzeugt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert, die eine erfindungsgemäße Drehanoden-Röntgen
röhre in einem die Drehachse enthaltenden Querschnitt
zeigt.
Die in der Zeichnung dargestellte Röntgenröhre besitzt
einen Metallkolben 1, in dem ein Strahlenaustritts
fenster 2, z.B. aus Beryllium, vorgesehen ist, und der an
einem ersten Isolator 3 die Kathode 4 und an einem zweiten
Isolator 5 die Drehanode 6 trägt. Die Drehanode 6 umfaßt
eine Anodenscheibe 7, von der im Betrieb die Röntgenstrah
lung ausgeht, und die über ein Lager 6 mit dem zweiten
Isolator 5 verbunden ist. Der feststehende Teil des Lagers
umfaßt eine Achse 8 aus einer Molybdänlegierung, die über
einen Trägerkörper 9 aus einer Eisen-Nickel-Kobald-
Legierung (Vacon) mit dem Isolator 5 verbunden ist. Über
den Teil 9 wird die positive Hochspannung für die Dreh
anode zugeführt. Der rotierende Teil 10 des Lagers 6
umfaßt eine zur Achse 8 konzentrische Lagerbuchse 10, die
ebenfalls aus einer Molybdänlegierung besteht und den
Abmessungen der Achse 8 angepaßt ist, so daß zwischen der
Achse 8 und der Buchse 10 nur ein enger Spalt verbleibt,
der wesentlich enger ist als in der Zeichnung dargestellt
und der z.B. 20 µ dick ist.
Das Lager ist ein Gleitlager in Form eines Spiralrillen
lagers. Zu diesem Zweck ist die Achse 8 mit zwei in
axialer Richtung gegeneinander versetzten, fischgrätarti
gen Rillenmustern 11 versehen, die als Radiallager
wirken. Die Achse 8 enthält darüber hinaus eine zylinder
förmige Verdickung 13, deren Stirnflächen ebenfalls mit
einem nicht näher dargestellten Rillenmuster versehen
sind, und daher als Spiralrillenlager für die axiale
Lagerung der Anode 6 wirken. Wegen der Verdickung 13 kann
die Buchse 10 nicht einteilig sein - wie in der Zeichnung
dargestellt - sondern muß aus mindestens zwei Teilen
bestehen, die so miteinanderverbunden sind, daß das
Schmiermittel durch die Verbindungsbereiche nicht austre
ten kann. In dem Zwischenraum zwischen der Achse 8 und der
Buchse 10 befindet sich als Schmiermittel 14 eine Gallium
legierung (GaInSn). Dieses Schmiermittel ist bei Raum
temperatur flüssig und benetzt die Oberflächen der Achse 8
und der Buchse 10, ohne damit Legierungen einzugehen.
Es läßt sich in der Praxis nicht vermeiden, daß aus dem
Lager insbesondere durch stoßartige mechanische Beanspru
chungen Schmiermittel austritt. Wenn dieses in den Teil
des Vakuumraums der Röntgenröhre gelangt, in dem im Be
triebszustand ein starkes elektrisches Feld herrscht, kann
die Röntgenröhre zerstört werden. Da das Lager zur Anoden
scheibe hin hermetisch abgeschlossen ist, kann das
Schmiermittel nur zwischen dem unteren Teil der Achse 8
und der Buchse 10 sowie zwischen der Außenfläche des
Trägerkörpers 9 und der Oberfläche des Rotors 11 hindurch
in diesen Raum gelangen, wobei es mit hoher Wahrschein
lichkeit auf den Isolator 5 trifft und dort Hochspannungs
durchschläge hervorruft.
Dies wird dadurch verhindert, daß die Oberflächen in dem
Öffnungsbereich, durch den hindurch das aus dem Lager aus
tretende Schmiermittel in den übrigen Vakuumraum der Rönt
genröhre gelangt, vergoldet sind. Dies ist durch dick
ausgezogene Linien 14 auf der Außenfläche des Träger
körpers 9 und der ihr zugewandten Fläche der Buchse 10 und
der Innenfläche des Rotors 11 angedeutet. Die das Schmier
mittel bildende Galliumlegierung benetzt vergoldete
Metallflächen und bildet damit bereits bei Raumtemperatur
eine neue Legierung. Ein Schmiermitteltropfen bleibt also
auf diesen Metallflächen im feldfreien Bereich haften und
kann nicht in den vom Feld erfüllten Vakuumraum der Rönt
genröhre austreten. Vorteilhafterweise sind die Ober
flächen im Öffnungsbereich labyrinthartig angeordnet.
Wie sich aus dem Vorstehenden ergibt, muß die Oberfläche
im Öffnungsbereich so beschaffen sein, daß sie leicht von
dem Schmiermittel benetzt werden kann und mit diesem eine
Legierung bildet. Für Gallium als Schmiermittel zählen
dazu die Edelmetalle - u.a. Gold - aber auch andere
Metalle. Allerdings ist die Oberfläche der nicht zu den
Edelmetallen gehörenden Metalle meist durch Oxide oder
Carbide passiviert, so daß ein Galliumtropfen darauf nicht
haften bleibt. Bei einigen dieser Metalle (beispielsweise
bei Kupfer) werden diese Schichten durch die Pump- und
Ausheizprozesse weitgehend zerstört, denen eine Röntgen
röhre vor der ersten Inbetriebnahme unterzogen werden
muß. Auf einer ca. 100°C heißen Kupferoberfläche kommt es
auch zur Benetzung und damit zum Einfangen eines Schmier
mitteltropfens. Die Vergoldung der Innenfläche des Kupfer
rotors 11 könnte also unter der Voraussetzung entfallen,
daß die Kupferoberfläche nicht kontaminiert ist und auf
mindestens 100°C gehalten wird.
Aus dem Lager ausgetretenes Gallium, das auf der vergol
deten Oberfläche des Trägerkörpers 9 haften bleibt, dif
fundiert im Laufe der Zeit auch in den Trägerkörper 9 ein,
der aus einer Eisen-Nickel-Kobalt-Legierung besteht, deren
thermischer Ausdehnungskoeffizient dem des Isolators 5
angepaßt ist. Dieser Trägerkörper nimmt also auch das
ausgelaufene Schmiermittel nach und nach auf, was insbe
sondere den Vorteil hat, daß die teure Goldschicht sehr
dünn sein kann. Würde dieser Trägerkörper ohne Vergoldung
mit dem Schmiermittel in Berührung kommen, würden die auf
der Oberfläche vorhandenen Oxid- oder Carbid-Grenz
schichten ein Haftenbleiben des Schmiermittels verhin
dern. Die Goldschicht muß so auf dem Trägerkörper veran
kert werden, daß die störenden Grenzschichten zerstört
werden, z.B. durch bekannte galvanische Präparationsme
thoden.
Wenn die vom Schmiermittel benetzbaren Oberflächen - und
dazu zählen auch die Oberflächen der Lagerbuchse 10 und
der Achse 8 im unteren Bereich - unmittelbar bis an die
Gleitlager heranreichen würden, dann könnte das Schmier
mittel relativ leicht auch diese Oberflächen benetzen und
würde dabei dem Lager entzogen. Um dieses zu vermeiden,
sind die Oberflächen im unteren Bereich der Achse 8 und
des Lagers 10, wie durch die gepunkteten Linien angedeu
tet, mit einer Schicht versehen, die eine Benetzung durch
das Schmiermittel verhindert. Eine geeignete Schicht be
steht beispielsweise aus Titanoxid-Carbid. Sie verhindert,
daß im normalen Betrieb Schmiermittel aus dem Lager
läuft. Erst wenn gleichwohl durch starke mechanische Stöße
oder dergleichen das Schmiermittel diesen nicht benetz
baren, als kapillar wirksamen Bereich überwunden hat,
trifft es auf die erfindungsgemäße Schicht, an der es
haften bleibt.
Claims (7)
1. Drehanoden-Röntgenröhre mit mindestens einem
Gleitlager, das mit einem flüssigen Schmiermittel gefüllt
ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (15) in dem
Öffnungsbereich, über den das Gleitlager (8, 10, 12) mit dem
übrigen Vakuumraum der Röntgenröhre in Verbindung steht,
aus einem Material bestehen, das vom Schmiermittel
benetzbar ist und damit Mischphasen oder Legierungen
bilden kann.
2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche im Öffnungs
bereich durch auf einen Trägerkörper (a) aufgebrachte
Schichten gebildet werden.
3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus einer
Galliumlegierung und die Oberfläche im Öffnungsbereich aus
einem Edelmetall besteht.
4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche aus Gold
besteht.
5. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 2
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerkörper (9) aus einem
Material besteht, das mit dem Schmiermittel ebenfalls eine
Mischphase oder Legierung bildet.
6. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß die unmitttelbar an das
Spiralrillenlager angrenzenden Oberflächen aus einem
Material bestehen, das vom Schmiermitttel nicht benetzbar
ist und daß sich daran die vom Schmiermittel benetzbaren
und damit Mischphasen bildenden Oberflächen anschließen.
7. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus einer
Galliumlegierung besteht und daß die unmittelbar an das
Spiralrillenlager angrenzenden Oberflächen mit Titanoxid-
Karbid beschichtet sind.
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