DE3922279A1

DE3922279A1 - Lager und das lager verwendende roentgenroehre mit drehanode

Info

Publication number: DE3922279A1
Application number: DE3922279A
Authority: DE
Inventors: Takeshi Nishioka; Tsutomu Shikanai; Hitoshi Marumo
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-07-06
Filing date: 1989-07-06
Publication date: 1990-01-11
Anticipated expiration: 2009-07-07
Also published as: JPH02126544A; JP2907866B2; DE3922279C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager und eine das Lager verwendende Röntgenröhre mit Drehanode, und insbesondere ein Lager, das einen stabilen Schmierzustand bei Bedingungen hoher Temperatur und Vakuum aufrecht erhalten kann.

Es wird auf den Stand der Technik Bezug genommen.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht eines üblichen Kugellagers (3). Das Kugellager (3) ist zwischen einer Lageraufnahmefläche (1) und einer umlaufenden Welle (2) angeordnet. Das Kugellager (3) umfaßt einen inneren Laufring (4), einen äußeren Laufring (5) und eine Anzahl Kugeln (6), die drehbar zwischen dem inneren Laufring (4) und dem äußeren Laufring (5) liegen. Die Reibungsflächen des inneren Laufringes (4) und des äußeren Laufringes (5) sowie die Kugeln (6) sind mit einem (nicht dargestellten) Schmiermittel beschichtet.

Wird eine Vorrichtung, wie ein derartiges Kugellager (3), bei hoher Temperatur und Vakuum eingesetzt, so wird das Kugellager (3) auf eine hohe Temperatur erhitzt. Um unter diesen Bedingungen eine gute Schmierung zu erzielen, werden Blei (Pb) und Silber (Ag) üblicherweise als Schmiermittel verwendet.

Wird Blei als Schmiermittel an den Reibungsflächen des Kugellagers (3) verwendet, so steigt die Verdampfungsrate des Bleis mit sich erhöhender Temperatur des Kugellagers (3) an. Infolgedessen kann bei Verwendung von Blei ein hohes Vakuum nicht aufrecht erhalten werden. Wird Silber als Schmiermittel verwendet, so werden die Reibungsbedingungen des Kugellagers (3) kritischer, wenn das Kugellager (3) bei hohen Temperaturen mit hoher Drehzahl umläuft, da Silber hart ist. Infolgedessen kann eine stabile Schmierung nicht immer aufrecht erhalten werden und die Lebensdauer des Kugellagers (3) kann sich bei Verwendung von Silber verkürzen.

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Röntgenröhre mit Drehanode, entsprechend dem Stand der Technik, darstellt. Ein Vakuumgefäß (10) enthält eine Kathode (11) zur Aussendung von Elektronen, einen an dieser befestigten Rotor (13) und eine am Rotor (13) befestigte Fanganode (14). Die Kathode (11) und die Fanganode (14) sind einander zugewandt. Die umlaufende Welle (12) wird drehbar über zwei Kugellager (15 a, 15 b) durch einen Trägerschacht (16) gehalten. Jedes der Kugellager (15 a, 15 b) umfaßt einen inneren Laufring (17), einen äußeren Laufring (18) und eine Anzahl Kugeln (19), die drehbar zwischen dem inneren Laufring (17) und dem äußeren Laufring (18) liegen. Ein (nicht dargestellter) Magnetfelderzeuger ist außerhalb des Vakuumgefäßes (10) angebracht, um ein rotierendes Magnetfeld zu erzeugen, das die umlaufende Welle (12) zusammen mit dem Rotor (13) in Drehung versetzt, womit die Fangelektrode (14) gedreht wird.

Treffen Elektronen, die von der Kathode (11) der mit Drehanode ausgestatteten Röntgenröhre emittiert werden, die Fanganode (14), so werden Röntgenstrahlen erzeugt, die die Fanganode (14) und das Innere des Vakuumgefäßes (10) erhitzen. Werden die Fanganode (14) und das Vakuumgefäß (10) auf hohe Temperaturen erhitzt, so werden die Kugellager (15 a, 15 b) infolge von Strahlungswärme und Wärmeleitung von der umlaufenden Welle (12) ebenfalls erhitzt. Um die Kugellager (15 a, 15 b) gegen ein Festfressen und Abnützung als Folge der Erhitzung zu schützen, sind die Reibungsflächen (17, 18) des inneren und äußeren Laufringes und die Kugeln (19) der Kugellager (15 a, 15 b) mit dem Schmiermittel beschichtet. Da die Lager bei hoher Temperatur und Vakuum verwendet werden, kann eine Ölschmierung nicht erfolgen. Daher wird ein festes Schmiermittel, wie beispielsweise das vorausgehend erwähnte Blei und Silber, verwendet.

Um die Leistung der Röntgenröhre mit Drehanode zu erhöhen, sollen die auf die Fangelektrode (14) auftreffenden Elektronen vermehrt werden. Dabei wird die Fanganode (14) stärker erhitzt und erhöht die Temperaturen der Kugellager (15 a, 15 b). Um zu verhindern, daß die Fangelektrode (14) sich lokal erhitzt und infolge zusammenprallender Elektronen schmilzt, muß die Fangelektrode (14) mit hoher Drehzahl umlaufen.

Steigt die Temperatur der Fangelektrode (14) als Folge der erhöhten Leistung an, so erhöht sich die Verdampfungsrate von Blei, falls dieses als Schmiermittel der Reibungsflächen der Kugellager (15 a, 15 b) verwendet wird, so daß ein hohes Vakuum nicht immer aufrecht erhalten werden kann. Wird dabei Blei als Schmiermittel verwendet, so kann es bis zu etwa 300°C einsatzfähig sein, aber nicht mehr, falls die Temperatur auf etwa 400°C ansteigt, da der Dampfdruck von Blei hoch ist.

Wird andererseits Silber als Schmiermittel verwendet, so kann die Reibung der Kugellager (15 a, 15 b) sich erhöhen, da Silber hart ist, so daß eine stabile Schmierung nicht immer aufrecht erhalten wird und sich die Lebensdauer der Lager verkürzt.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, verwenden die bekannten Lager Blei und Silber als Schmiermittel für die Reibungsflächen, die hohen Temperaturen und einem Vakuum ausgesetzt sind. Da Blei und Silber die Qualität des Vakuums erniedrigen oder die Reibung erhöhen, wird eine stabile Schmierung nicht aufrecht erhalten. Ferner kann eine Röntgenröhre mit Drehanode, die Blei oder Silber als Schmiermittel für die Reibungsflächen seiner Lager verwendet, bei steigender Temperatur eine Verringerung in der Güte des Vakuums oder eine Erhöhung des Vakuums verursachen und die Schmierung der Lager verschlechtern.

Zur Lösung dieser Probleme liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lager zu schaffen, das bei den Bedingungen von hoher Temperatur und Vakuum eine stabile Schmierung aufrecht erhalten kann, sowie eine Röntgenröhre mit Drehanode, die bei steigender Leistung eine stabile Schmierung aufrecht erhalten kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Lager vor, das mit einem Schmiermittel beschichtet ist, das bei hohen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck aufweist.

Die Erfindung sieht ferner eine Röntgenröhre mit Drehanode vor, die eine Kathode zur Aussendung von Elektronen in einem Vakuumgefäß umfaßt, eine Fanganode, mit welcher die von der Kathode ausgesandten Elektroden zur Erzeugung von Röntgenstrahlen zusammentreffen, einen fest mit der Fanganode verbundenen Rotor, und eine Anzahl Lager, um die Fanganode drehbar zu lagern. Reibungsflächen von zumindest einem der Lager, das sich in der Nachbarschaft der Fanganode befindet, sind mit Schmiermittel beschichtet, das bei hohen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck hat. Die Reibungsflächen der Lager können mit Schmiermittel beschichtet sein, dessen Hauptkomponente aus mindestens einem Element aus Zinn, Aluminium und Indium ist. Das Ausgangsmaterial mindestens eines der Lager kann Keramik sein.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, sind die Reibungsflächen der erfindungsgemäßen Lager, die für die Röntgenröhre mit Drehanode verwendet werden, mit Schmiermittel beschichtet, das bei hohen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck aufweist. Das Schmiermittel kann Zinn (Sn), Aluminium (Al) oder Indium (In) sein. Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, haben diese Werkstoffe einen niedrigen Dampfdruck im Vergleich zu Blei (Pb), das üblicherweise als Schmiermittel verwendet wird, so daß sie eine stabile Schmierung selbst bei hohen Temperaturen oberhalb 350°C und im Vakuum ohne Verschlechterung der Vakuumgüte aufrecht erhalten können.

Da Zinn (Sn) und Indium (In) geringere Schmelzpunkte als Blei (Pb) haben, werden sie bei einer Temperaturerhöhung leicht verflüssigt, um bei Bedingungen von hoher Temperatur und Vakuum die Reibung zu verringern und eine stabile Schmierung aufrecht zu erhalten.

Obgleich Aluminium (Al) einen verhältnismäßig hohen Schmelzpunkt hat und kaum verflüssigt wird, ist es ausreichend weich im Vergleich zu Silber (Ag), das ebenfalls üblicherweise als Schmiermittel verwendet wird. Eher ist das Schmiervermögen von Aluminium zufriedenstellend. Die gleichen Wirkungen und Effekte sind durch Legierungen erzieltbar, dessen Hauptbestandteile mindestens ein Element aus Zinn, Aluminium und Indium enthalten.

Die aufgeführten und weitere Aufgabenstellungen, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich im einzelnen aus der nachfolgenden Einzelbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines bekannten Lagers;

Fig. 2 eine Schnittansicht, die schematisch eine Röntgenröhre mit Drehanode gemäß dem Stand der Technik darstellt;

Fig. 3 eine Darstellung der Schmelzpunkte und Dampfdrücke von Zinn, Aluminium, Indium, Platin, Blei und Silber;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Lagers;

Fig. 5 eine Schnittansicht, die schematisch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre mit Drehanode darstellt;

Fig. 6 eine Schnittansicht, die schematisch eine Röntgenröhre mit Drehanode gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung darstellt; und

Fig. 7, 8 und 9 Schnittansichten, die jeweils schematisch Röntgenröhren mit Drehanode gemäß weiteren Ausführungen der Erfindung darstellen.

Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert, in denen die gleichen Bauteile wie beim Stand der Technik mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Fig. 4 ist eine Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Kugellagers. In der Figur umfaßt ein Kugellager (3) einen inneren Laufring (4), einen äußeren Laufring (5) und eine Anzahl Kugeln (6), die drehbar zwischen dem inneren Laufring (4) und dem äußeren Laufring (5) liegen. Das Lager (3) ist zwischen einer Lageraufnahmefläche (1) und einer umlaufenden Welle (2) angeordnet. Der innere Laufring (4) und der äußere Laufring (5), sowie die Kugeln (6) bestehen aus Siliziumnitrid. Die Oberfläche einer jeden Kugel (6) ist mit einem Zinnüberzug (7 a) als Schmiermittel zwischen den Reibungsflächen des inneren Laufringes (4) und des äußeren Laufringes (5) und der Kugeln (6) beschichtet. Ferner ist die Lageraufnahmefläche (1) mit einem Zinnüberzug (7 b) als Schmiermittel gegenüber dem eingesetzten äußeren Laufring (5) beschichtet.

Die Zinnüberzüge (7 a, 7 b), die die Oberflächen der Kugeln (6) und der Lageraufnahmefläche (1) abdecken, sind aus weichem Metall, so daß sie im festen und flüssigen Zustand Schmierfähigkeit haben. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hat Zinn einen niedrigen Schmelzpunkt und einen niedrigen Dampfdruck, so daß es bei hoher Temperatur und Vakuum im geschmolzenen Zustand sein kann, ohne die Vakuumgüte als Folge einer Verdampfung zu verschlechtern. Das Zinn kann eine stabile Schmierung aufrecht erhalten, selbst wenn das Lager mit hoher Drehzahl umläuft.

Obgleich die Oberflächen der Kugeln (6) und der Lageraufnahmeflächen (1) in der dargestellten Ausführungsform mit Zinnüberzügen (7 a, 7 b) beschichtet sind, können eine Außenfläche (4 a) des inneren Laufringes (4) und eine Innenfläche (5 a) des äußeren Laufringes (5) mit Zinn beschichtet sein, oder eine Außenfläche (5 b) des äußeren Laufringes (5) kann mit dem Zinn beschichtet sein. Es ist möglich, nur die Kugeln (6) mit dem Zinn zu beschichten.

Die Erfindung eignet sich nicht nur für Lager ohne Käfige, sondern auch für Lager mit Käfigen, für Rollenlager und Gleitlager zur Beschichtung ihrer Reibungsflächen mit dem Zinn zur Aufrechterhaltung einer stabilen Schmierung unter den Bedingungen von hoher Temperatur und Vakuum.

Selbst wenn der Zinnüberzug (7 a), der die Oberfläche jeder Kugel (6) abdeckt, infolge hoher Temperaturen verflüssigt wird, werden die Reibungsflächen des inneren Laufringes (4) und des äußeren Laufringes (5) sowie der Kugeln (6) nicht durch Korrosion beschädigt, da der innere Laufring (4) und der äußere Laufring (5) sowie die Kugeln (6) aus Siliziumnitrid bestehen.

Bei der vorstehenden Ausführungsform sind die Oberflächen der Kugeln (6) und die Lageraufnahmefläche (1) mit den Zinnüberzügen (7 a, 7 b) abgedeckt. Es ist auch möglich, die Oberflächen der Kugeln (6) und der Lageraufnahmefläche (1) mit irgendeinem Element aus Aluminium oder Indium zu beschichten. Ähnlich wie Zinn zeigen Aluminium und Indium gemäß Fig. 3 einen niedrigen Dampfdruck, verglichen mit Blei, das üblicherweise als Schmiermittel für Lager verwendet wird. Daher verschlechtern Aluminium und Indium nicht die Vakuumgüte bei hohen Temperaturen infolge von Verdampfung, und sie können eine gute Schmierung aufrecht erhalten, selbst wenn die Lager mit hoher Drehzahl umlaufen.

Wie Tabelle 1 angibt (die die Meßwerte bei Raumtemperatur aufführt) , ist Aluminium (Al) ein weiches Metall, das eine geringe Zugfestigkeit und große Dehnung, verglichen mit Silber (Ag) aufweist, das üblicherweise als Schmiermittel für Lager verwendet wird. Daher verschlechtert Aluminium bei hohen Temperaturen nicht die Vakuumgüte. Ferner wird Aluminium kaum verflüssigt. Selbst im festen Zustand zeigt Aluminium gute Scnmierfähigkeit und kann die Schmierung mit niedriger Reibung aufrecht erhalten.

Gemäß verschiedenen, durch die Erfinder ausgeführten Versuchen sind Zugfestigkeit und Schmierfähigkeit in enger Beziehung zueinander, d.h. je geringer die Zugfestigkeit, desto besser ist das Schmiervermögen. Dies kann ausgehend von dem Umstand verstanden werden, daß das Blei (Pb) eine geringe Zugfestigkeit hat, um eine gute Schmierung zu zeugen, während Silber (Ag) eine große Zugfestigkeit aufweist, um gemäß Tabelle 1 eine schlechte Schmierung aufzuweisen.

Obgleich der innere Laufring (4) und der äußere Laufring (5) und die Kugeln (6) des Kugellagers (3) bei der Ausführungsform aus Siliziumnitrid hergestellt wurden, können sie jeweils aus Siliziumcarbid, Aluminiumoxid oder Zirkon bestehen. Diese Werkstoffe haben ausgezeichneten Korrosionswiderstand, so daß sie besonders wirksam sind, falls sie mit Zinn (Sn) und Indium (In) kombiniert werden, die im geschmolzenen Zustand verwendet werden.

Tabelle 1

Fig. 5 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine erfindungsgemäße Röntgenröhre mit Drehanode darstellt. Wie aus der Figur hervorgeht, enthält ein Vakuumgefäß (10) eine Kathode (11) zur Aussendung von Elektronen, eine umlaufende Welle (12), einen an der umlaufenden Welle (12) befestigten Rotor (13) und eine am Rotor (13) befestigte Fanganode (14). Die Kathode (11) und die Fanganode (14) sind einander zugewandt. Die umlaufende Welle (12) wird drehbar über zwei Kugellager (15 a, 15 b) durch einen Halteschacht (16) gelagert. Jedes der Kugellager (15 a, 15 b) umfaßt einen inneren Laufring (17), einen äußeren Laufring (18) und eine Anzahl Kugeln (19), die drehbar zwischen dem inneren Laufring (17) und dem äußeren Laufring (18) angeordnet sind. Ein (nicht dargestellter) Magnetfelderzeuger ist außerhalb des Vakuumgefäßes (10) angeordnet und erzeugt ein umlaufendes Magnetfeld, das den Rotor (13) in Drehung versetzt, womit die umlaufende Welle (12) und die Fanganode (14) gedreht werden. Eine derartige Anordnung ist die gleiche wie bei der bekannten, in Fig. 2 dargestellten Röntgenröhre mit Drehanode.

Der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15) in der Nachbarschaft der Fangelektrode (14) bestehen aus Siliziumnitrid. Der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15 b), das gegenüber der Fangelektrode (14) angeordnet ist, bestehen aus Werkzeug-Schnellstahl (SKH-4). Die Oberfläche jeder Kugel (19) des Kugellagers (15) ist zur Schmierung mit einem Zinnüberzug (20 a) überzogen, während die Oberfläche einer jeden Kugel (19) des Kugellagers (15 b) zur Schmierung mit einem Bleiüberzug (20 c) überzogen ist.

Bei der erfindungsgemäßen Röntgenröhre mit Drehanode sendet die Kathode (11) Elektronen aus. Die Elektronen treffen auf die mit hoher Drehzahl umlaufende Fanganode (14) und erzeugen Röntgenstrahlen. Infolge des Aufeinanderprallens von Elektronen wird die Fanganode (14) auf eine hohe Temperatur erhitzt und infolge von Wärmestrahlung und Wärmeleitung von der umlaufenden Welle (12) werden die Kugellager (15 a, 15 b) ebenfalls auf hohe Temperaturen erhitzt.

Dabei wirken der Zinnüberzug (20 a), der die Oberfläche jeder Kugel (19) des Kugellagers (15 a) überzieht, und der Bleiüberzug (20 c), der die Oberfläche einer jeden Kugel (19) des Kugellagers (15 b) überzieht, als Schmiermittel. Da das Kugellager (15 a) näher an der Fanganode (14) liegt als das Kugellager (15 b), wird das Kugellager (15 a) stärker erhitzt als das Kugellager (15 b).

Besonders bei einer Röntgenröhre großer Leistung ist die Temperatur ihres Lagers 400°C oder höher. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, hat der Zinnüberzug (20 a) an jeder Kugel (19) des Kugellagers (15 a) einen niedrigen Dampfdruck und einen niedrigen Schmelzpunkt, so daß der Zinnüberzug (20 a) verflüssigt wird und eine gute Schmierung mit niedriger Reibung bis zu hohen Temperaturen liefert, ohne die Vakuumgüte im Vakuumgefäß (10) als Folge von Verdampfung zu verschlechtern.

Da der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15 a) aus Siliziumnitrid bestehen, werden die Reibungsflächen des inneren Laufringes (17) und des äußeren Laufringes (18) sowie die Kugel (19) des Kugellagers (15 a) nicht als Folge von Korrosion beschädigt, selbst wenn der Zinnüberzug (20 a) bei hohen Temperaturen verflüssigt wird.

Der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) sowie die Kugeln (19) des Kugellagers (15), das gegenüberliegend der Fanganode (14) angeordnet ist, bestehen aus Werkzeug-Schnellstahl (SKH-4), und die Oberfläche einer jeden Kugel (19) ist mit dem Bleiüberzug (20 c) überzogen. Daher kann eine vorgegebene Spannung von außen über das Kugellager (15 b) und die umlaufende Welle (12) an die Fanganode (14) angelegt werden.

Selbst wenn die Kugellager (15 a, 15 b) mit hoher Drehzahl bei hohen Temperaturen in Drehung versetzt werden, wobei mehr Elektronen bei erhöhter Leistung mit der Fanganode (14) zusammentreffen, kann eine stabile Schmierung aufrecht erhalten werden.

Obgleich bei der dargestellten Ausführungsform die Oberflächen der Kugeln (19) des neben der Fangelektrode (14) liegenden Kugellagers (15 a) mit dem Zinnüberzug (20 a) überzogen sind, können eine Außenfläche des inneren Laufringes (17) und eine Innenfläche des äußeren Laufringes (18) des Kugellagers (15 a) mit dem Zinn überzogen sein.

Obgleich die Oberflächen der Kugeln (19) des Kugellagers (15 a) bei der Ausführungsform mit dem Zinnüberzug (20 a) beschichtet wurden, können sie mit Aluminium oder Indium beschichtet sein. Ähnlich wie Zinn haben Aluminium und Indium gemäß Fig. 3 einen niedrigen Dampfdruck, verglichen mit Blei, das allgemein als Schmiermittel verwendet wird, so daß sie die Vakuumgüte infolge einer Verdampfung bei hohen Temperaturen nicht verschlechtern. Zusätzlich haben sie ein ausgezeichnetes Schmiervermögen, so daß sie die Schmierung selbst bei hohen Drehzahlen aufrecht erhalten können.

Da Indium ähnlich wie Zinn einen niedrigen Schmelzpunkt hat, schmilzt Indium und liefert eine gute Schmierung bei geringer Reibung. Es ist ebenfalls möglich, Gallium zu verwenden, das einen Schmelzpunkt aufweist, der im Vergleich zu jenem von Zinn und Indium drastisch niedrig ist und das ebenfalls einen niedrigen Dampfdruck hat.

Wie Tabelle 1 zeigt, ist Aluminium (Al) ein Weichmetall, das eine niedrigere Zugfestigkeit und eine größere Dehnung als Silber (Ag) aufweist, das üblicherweise als Schmiermittel verwendet wird. Daher verschlechtert Aluminium aus den vorausgehend aufgeführten Gründen bei hohen Temperaturen nicht die Vakuumgüte. Ferner hat Aluminium selbst in seinem festen Zustand eine Schmierfähigkeit, so daß es die Schmierung mit geringer Reibung aufrecht erhalten kann.

Obgleich der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15 a) bei der dargestellten Ausführungsform aus Siliziumnitrid gefertigt wurden, können sie aus jedem Werkstoff aus Siliziumcarbid, Aluminiumoxid und Zirkon hergestellt sein, die eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit haben.

Obgleich der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15 b) aus Werkzeug-Schnellstahl (SKH-4) gefertigt wurden und die Oberfläche einer jeden Kugel mit dem Bleiüberzug (20) bei der dargestellten Ausführungsform beschichtet wurde, können der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) des Kugellagers (15 b) aus anderem Metall bestehen und die Oberfläche jeder Kugel kann mit einem festen Schmiermittel, wie Silber, überzogen sein.

Fig. 6 ist eine Schnittansicht, die schematisch eine Röntgenröhre mit Drehanode, entsprechend einer weiteren Ausführung der Erfindung, darstellt. Wie in der Figur angegegeben ist, enthält ein Vakuumgefäß (10) eine Kathode (11) zur Aussendung von Elektronen, eine umlaufende Welle (12), einen an der umlaufenden Welle (12) befestigten Rotor (13) und eine am Rotor (13) befestigte Fanganode (14). Die Kathode (11) und die Fanganode (14) sind einander zugewandt. Die umlaufende Welle (12) wird drehbar durch einen Trägerschacht (16) mittels zweier Kugellager (15 a, 15 b) gelagert. Jedes der Kugellager (15 a, 15 b) umfaßt einen inneren Laufring (17), einen äußeren Laufring (18) und eine Anzahl Kugeln (19), die drehbar zwischen dem inneren Laufring (17) und dem äußeren Laufring (18) liegen. Ein (nicht dargestellter) Magnetfelderzeuger ist außerhalb des Vakuumgefäßes (19) angeordnet und erzeugt ein umlaufendes Magnetfeld, das den Rotor (13) in Drehung versetzt und somit die Welle (12) und die Fanganode (14) dreht.

Eine derartige Anordnung ist die gleiche wie bei der in Fig. 5 dargestellten Röntgenröhre mit Drehanode.

Die Oberfläche jeder Kugel (19) der Kugellager (15 a, 15 b) ist mit einem Zinnüberzug (20 a) zur Schmierung der Reibungsflächen des inneren Laufringes (17) und des äußeren Laufringes (18) sowie der Kugeln (19) überzogen. Eine Lageraufnahmefläche (16 a) des Trägerschachtes (16) ist mit einem Zinnüberzug (20 b) zur Schmierung bezüglich einer Gleitbewegung einer Außenseite (18 a) des äußeren Laufringes (18) überzogen. Eine derartige Gleitbewegung wird durch eine axiale Dehnung oder ein Zusammenziehen des Rotors (13) infolge von Temperaturänderungen verursacht.

Die Kathode (11) sendet Elektronen aus. Die Elektronen treffen auf die mit hoher Drehzahl umlaufende Fangelektrode (14) und erzeugen Röntgenstrahlen. Infolge des Zusammentreffens der Elektronen wird die Fanganode (14) auf eine hohe Temperatur erhitzt und infolge Wärmestrahlung und Wärmeleitung von der umlaufenden Welle (12) und vom Trägerschacht (16) werden die Kugellager (15 a, 15 b) ebenfalls auf hohe Temperaturen erhitzt.

Dabei zeigen die Überzüge (20 a, 20 b), die die Oberflächen der Kugeln (19) des Kugellagers (15 a) und der Lageraufnahmefläche (16 a) abdecken, eine gute Schmierung im festen und flüssigen Zustand. Wie aus Fig. 3 hervorgeht, haben die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) einen niedrigen Schmelzpunkt und einen niedrigen Dampfdruck, so daß sie bei hohen Temperaturen geschmolzen sein können, aber die Vakuumgüte in dem Vakuumgefäß (10) nicht infolge der Verdampfung verschlechtern und somit eine gute Schmierung ergeben.

Selbst wenn zur Erhöhung der Leistung die Elektronen, die mit der Fangelektrode (14) zusammenstoßen, vermehrt werden und die Kugellager (15 a, 15 b) bei hohen Temperaturen mit größerer Drehzahl umlaufen, können die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) eine stabile Schmierung aufrecht erhalten.

Obgleich die Oberflächen der Kugeln (19) und der Lageraufnahmefläche (16 a) bei der Ausführungsform mit Zinnüberzügen (20 a, 20 b) beschichtet wurden, können eine Außenfläche (17 a) des inneren Laufringes (17) und eine Innenfläche (18 b) des äußeren Laufringes (18) mit dem Zinn beschichtet sein. Ferner kann eine Außenfläche (18 a) des äußeren Laufringes (18) mit dem Zinn überzogen sein. Schließlich kann das Zinn eine Umfangsfläche der umlaufenden Welle (12) und eine Innenfläche (17) des inneren Laufringes (17) überziehen.

Obgleich die Oberflächen der Kugeln (19) der Kugellager (15 a, 15 b) und der Lageraufnahmefläche (16 a) bei der Ausführungsform mit Zinnüberzügen (20 a, 20 b) mit den Zinnüberzügen (20 a, 20 b) beschichtet wurden, können die Oberflächen der Kugeln (19) der Kugellager (15 a, 15 b) und die Lageraufnahmefläche (16 a) des Trägerschachtes (16) mit Aluminium oder Indium beschichtet sein, um die gleiche zufriedenstellende Schmierung zu ergeben.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die Lager einer Röntgenröhre mit Drehanode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Bei dieser Ausführungsform sind die Oberflächen jeder Kugel (19) der Kugellager (15 a, 15 b) mit einem Molybdänüberzug (21 a) beschichtet, der ein feuerfestes Metall ist. Anschließend wird die Oberfläche des Molybdänüberzuges (21 a) mit einem Zinnüberzug (21 a) beschichtet. Eine Außenfläche (17 a) eines inneren Laufringes (17) und eine Innenfläche (18 b) eines äußeren Laufringes (18) werden jeweils mit einem Molybdänüberzug (21) beschichtet. Zwischen einer Lageraufnahmefläche (6 a) eines Trägerschachtes (16) und der Außenfläche (18 a) des äußeren Laufringes (18) sind Molybdänüberzüge (21 c) mit einem Zinnüberzug (20 b) zwischen den Molybdänüberzügen (21 c) angebracht. Die übrige Ausbildung gemäß Fig. 7 ist die gleiche wie jene nach Fig. 5.

Die Molybdänüberzüge (21 a, 21 b, 21 c), die die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) abdecken, haben eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, so daß eine Korrosion infolge der Zinnüberzüge (20 a, 20 b), die bei hohen Temperaturen geschmolzen sind, verhindert wird.

Obgleich die Ausführungsform Molybdän als feuerbeständiges Metall verwendet, können andere feuerbeständige Metalle, wie beispielsweise Wolfram, verwendet werden.

Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung, die die Lager einer Röntgenröhre mit Drehanode gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung darstellt.

Bei dieser Ausführungsform ist jede Kugel (19) mit einem Zinnüberzug (20 a) beschichtet. Eine Innenfläche (18 a) eines äußeren Laufringes (18) ist mit Abschirmplatten (22 a, 22 b) versehen, die sich oberhalb und unterhalb der Kugeln (19) befinden. Zwischen den oberen und unteren äußeren Laufringen (18) ist eine Hülse (23) angeordnet und legt sich gegen einen Zinnüberzug (20 b), der eine Lageraufnahmefläche (16 a) des Trägerschachtes (16) abdeckt. Die Abschirmplatten (22 a, 22 b) und die Hülse (23) der Ausführungsform hindern die geschmolzenen Zinnüberzüge (20 a, 20 b), sich auszubreiten. Dabei werden die geschmolzenen Zinnüberzüge (20 a, 20 b) an einer Ausbreitung als Folge der Drehung der Kugellager (15 a, 15 b) gehindert und sie werden daran gehindert, sich am Rotor (13) etc., anzulegen, womit eine Unwucht der Drehung verhindert wird. Infolgedessen wird die Fanganode (14) gegen Schwingungen geschützt.

Andere Werkstoffe, wie Indium, das zum Schmelzen kommt, können mit der vorausgehend aufgeführten Anordnung verwendet werden.

Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung, die Lager einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einer Röntgenröhre mit Drehanode angibt.

Bei dieserAusführungsform ist ein Heizelement (24) als Heizvorrichtung um eine Umfangsfläche (16 a) des Trägerschaftes (16) angeordnet. Die übrige Anordnung ist die gleiche wie in Fig. 6.

Das Heizelement (24) wird zum Erhitzen der Zinnüberzüge (20 a, 20 b) eingeschaltet. Wird die Röntgenröhre mit Drehanode angehalten, so können sich die Temperaturen der geschmolzenen Zinnüberzüge (20 a, 20 b) erniedrigen und die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) erstarren. Dabei haften die mit den Zinnüberzügen (20 a, 20 b) bedeckten Oberflächen an den Seiten, die den mit Zinn überzogenen Flächen gegenüber liegen. Infolgedessen wird das erforderliche Drehmoment zum erneuten Anfahren der Röntgenröhre mit Drehanode groß. Dieser Nachteil wird durch das Heizelement (24) beseitigt, das die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) erhitzt, um ein Haften der Zinnüberzüge (20 a, 20 b) zu verhindern.

Die Anordnung dieser Ausführungsform ist wirksam bei Verwendung anderer Werkstoffe, wie beispielsweise Indium, das zum Schmelzen kommt.

Obgleich die Ausführungsform das Heizelement (24) als Heizvorrichtung verwendet hat, können andere Vorrichtungen als Heizvorrichtung eingesetzt werden, wenn sie die Zinnüberzüge (20 a, 20 b) über ihre Schmelzpunkte beim Anhalten der Röntgenröhre mit Drehanode erhitzen können. Die Positionierung der Heizvorrichtung ist nicht auf die in Fig. 9 angegebene beschränkt.

In den in den Fig. 7 bis 9 gezeigten Ausführungsformen können die Oberflächen der Kugeln (19) der Kugellager (15 a, 15 b) und die Lageraufnahmefläche (16 a) des Trägerschachtes (16) anstelle von Zinn mit Aluminium oder Indium beschichtet sein, um eine ähnliche Schmierung zu ergeben. Der innere Laufring (17) und der äußere Laufring (18) und die Kugeln (19) der Kugellager (15 a, 15 b) können aus irgendeinem Werkstoff aus Siliziumnitrid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid und Zirkon gefertigt werden.

Das in Fig. 4 gezeigte Kugellager (3) kann ähnlich wie irgendeine der Ausführungen nach den Fig. 7 bis 9 ausgebildet sein, um die gleiche Wirkung desselben zu erzielen.

Zinn, Aluminium und Indium müssen nicht notwendigerweise einzeln verwendet werden. Beispielsweise können Zinn und 1 bis 10% Blei zur Verbesserung des Schmiervermögens gemischt werden, da Blei weicher als Zinn alleine ist. Selbst wenn das gesamte Blei verdampft, wird die Vakuumgüte nicht verschlechtert, da die Bleimenge sehr gering ist und das verbleibende Zinn eine ausreichende Schmierung aufrecht erhalten kann. Aluminium und Indium können ebenfalls mit anderen Werkstoffen gemischt werden. Die Werkstoffe für die Mischung sind nicht auf Blei begrenzt. Beispielsweise können Zinn, Aluminium und Indium miteinander vermischt werden.

Wie vorausgehend beschrieben wurde, kann durch Verwendung eines Schmiermittels, das bei hohen Temperaturen (etwa 350°C oder mehr) einen niedrigen Dampfdruck aufweist, bei hoher Temperatur und Vakuum eine ausgezeichnete Schmierung erzielt werden.

Die erfindungsgemäßen Lager können bei Bedingungen von hoher Temperatur und Vakuum eine stabile Schmierung aufrecht erhalten und haben eine lange Lebensdauer.

Die erfindungsgemäße Röntgenröhre mit Drehanode, die derartige erfindungsgemäße Lager verwendet, hält eine gute Schmierung aufrecht, selbst wenn ihre Leistung erhöht wird, und sie hat eine vergrößerte Nutzungsdauer.

Verschiedene Abänderungen sind für den Fachmann nach Kenntnisnahme der Lehre der Erfindung möglich und werden im Rahmen der Ansprüche von der Erfindung mitumfaßt.

Claims

1. Lager zur Verwendung unter Bedingungen hoher Temperatur und Vakuum, gekennzeichnet durch eine Reibungsfläche, die infolge der Drehung einer Welle (2) einer Reibung unterliegt, und ein Schmiermittel (7 a; 7 b; 20 a; 20 b), das über der Reibungsfläche aufgebracht ist und bei hohen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck aufweist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des Schmiermittels bei einer Temperatur von 400°C geringer als 1,33 · 10^-8 mbar (1 · 10^-8 Torr) ist.

3. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen fest ist und eine Zugfestigkeit von weniger als 98 N/mm² (10 kg/mm²) bei Raumtemperatur hat.

4. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen geschmolzen ist.

5. Schmiermittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel ein weiches Metall oder eine weiche Legierung ist.

6. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial des Lagers eine Keramik ist.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik aus Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid, oder Aluminiumoxid oder Zirkon besteht.

8. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsfläche des Lagers mit einem feuerbeständigen Metall vorab überzogen ist und anschließend die Oberfläche des feuerbeständigen Metalls mit dem Schmiermittel beschichtet ist, wobei eine Reibungsfläche, die auf der mit dem feuerbeständigen Metall und dem Schmiermittel überzogenen Reibungsfläche gleitet, mit einem feuerbeständigen Metall beschichtet ist.

9. Lager nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Abschirmung (22 a, 22 b), die in der Nachbarschaft der Reibungsfläche angeordnet ist, die mit dem Schmiermittel überzogen ist.

10. Lager nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (24) zum Erhitzen der mit dem Schmiermittel (20 a, 20 b) überzogenen Reibungsfläche.

11. Röntgenröhre mit umlaufender Anode, die eine Kathode zur Aussendung von Elektronen in einem Vakuumgefäß aufweist, eine Fanganode, mittels welcher die von der Kathode ausgesandten Elektronen zwecks Erzeugung von Röntgenstrahlen zusammenprallen, einen fest mit der Fanganode verbundenen Rotor und eine Anzahl Lager zur drehbaren Lagerung der Fanganode, gekennzeichnet durch: eine Reibungsfläche von mindestens einem der Lager, die in der Nachbarschaft der Fanganode liegen, und ein Schmiermittel (7 a, 7 b, 20 a, 20 b), das über die Reibungsfläche aufgebracht ist und bei hohen Temperaturen einen niedrigen Dampfdruck hat.

12. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des Schmiermittels bei Temperaturen von 400 µC geringer als 1,33 · 10^-8 mbar (1 · 10^-8 Torr) ist.

13. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen fest ist und bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von weniger als 98 N/mm² (10 kg/m²) aufweist.

14. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen geschmolzen ist.

15. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus einem weichen Metall oder einer weichen Legierung besteht.

16. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial des Lagers eine Keramik ist.

17. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik aus Siliziumnitrid oder Siliziumcarbid oder Aluminiumoxid oder Zirkon besteht.

18. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsfläche des Lagers mit dem feuerbeständigen Metall vorab beschichtet ist und anschließend die Oberfläche des feuerbeständigen Metalls mit dem Schmiermittel überzogen wird, und daß eine Reibungsfläche, die auf der Reibungsfläche gleitet, die mit dem feuerbeständigen Metall und dem Schmiermittel überzogen ist, mit einem feuerbeständigen Metall überzogen ist.

19. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine Abschirmung (22 a, 22 b), die in der Nachbarschaft der Reibungsfläche liegt, die mit dem Schmiermittel (20 a) überzogen ist.

20. Röntgenröhre mit Drehanode nach Anspruch 11, ferner gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (24) zum Erhitzen der Reibungsfläche, die mit dem Schmiermittel (20 a, 20 b) beschichtet ist.

21. Lager zur Verwendung unter Bedingungen von hoher Temperatur und Vakuum, gekennzeichnet durch eine Reibungsfläche, die infolge der Drehung einer Welle einer Reibung unterliegt, und ein Schmiermittel (7 a, 7 b, 20 a, 20 b), dessen Hauptkomponente Zinn oder Aluminiumoxid oder Indium ist, und das Schmiermittel die Reibungsfläche abdeckt.

22. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck des Schmiermittels bei einer Temperatur von 400°C geringer als 1,33 · 10^-8 mbar (1 · 10^-8 Torr) ist.

23. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen fest ist und bei Raumtemperatur eine Zugfestigkeit von weniger als 98 N/mm² (10 kg/mm²) hat.

24. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel bei hohen Temperaturen geschmolzen ist.

25. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel aus einem weichen Metall oder einer weichen Legierung besteht.

26. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsmaterial des Lagers eine Keramik ist.

27. Lager nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramik aus Siliziumnitrid oder Siliziumkarbid, oder Aluminiumoxid oder Zirkon besteht.

28. Lager nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Reibungsfläche des Lagers vorab mit einem feuerbeständigen Metall beschichtet ist und anschließend die Oberfläche des feuerbeständigen Metalls mit dem Schmiermittel abgedeckt wird, und daß eine Reibungsfläche, die auf der mit dem feuerbeständigen Metall und der mit Schmiermittel beschichteten Reibungsfläche gleitet, mit dem feuerbeständigen Metall überzogen ist.

29. Lager nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Abschirmung (22 a, 22 b), die in der Nachbarschaft der Reibungsfläche liegt, die mit dem Schmiermittel (20 a) beschichtet ist.

30. Lager nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Heizvorrichtung (24) zum Erhitzen der Reibungsfläche, die mit dem Schmiermittel (20 a, 20 b) beschichtet ist.

31. Röntgenröhre mit einer Drehanode, die eine Kathode zur Aussendung von Elektronen in einem Vakuumgefäß aufweist, eine Fanganode, mit welcher die aus der Kathode ausgesandten Elektronen zwecks Erzeugung von Röntgenstrahlen zusammentreffen, einen fest mit der Fanganode verbundenen Rotor und einer Anzahl von Lagern zur drehbaren Lagerung der Fanganode, gekennzeichnet durch eine Reibungsfläche mindestens eines der Lager, das sich in der Nachbarschaft der Fanganode befindet, und ein Schmiermittel (7 a, 7 b, 20 a, 20 b), dessen Hauptbestandteil aus Zinn oder Aluminium oder Indium besteht, und das Schmiermittel die Reibungsfläche abdeckt.