DE4439143A1

DE4439143A1 - Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager

Info

Publication number: DE4439143A1
Application number: DE4439143A
Authority: DE
Inventors: Axel Vetter; Christoph Bathe
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1994-11-03
Filing date: 1994-11-03
Publication date: 1996-05-09
Also published as: EP0710976B1; DE59507730D1; EP0710976A1; US5619549A; JPH08212949A

Description

Die Erfindung betrifft Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, das einen festen und einen drehbaren Lagerteil mit einander zugewandten Lagerflächen umfaßt, von denen wenigstens eine mit einem Rillenmuster versehen ist, wobei sich zwischen den Lagerflächen ein zumindest im Betriebs zustand flüssiges Schmiermittel befindet. Eine solche Drehanoden-Röntgenröhre ist aus der EP-OS 578 314 (US-Ap 88466) bzw. aus der EP-OS 378 274 (US-PS 5,077,775) bekannt. Bei rotierender Drehanode ver teilt sich das Schmiermittel im Rillenmuster so, daß sich ein hydrodynamischer Schmierfilm ausbildet und die beiden Lagerteile aufeinander "schwimmen". Das Lager arbeitet dann praktisch verschleißfrei.

Obwohl Galliumlegierungen, die bei derartigen Drehanoden- Röntgenröhren im allgemeinen als Schmiermittel verwendet werden, sehr gute Schmiereigenschaften haben, kann es dabei gleichwohl zum Verschleiß der Lagerflächen kommen, nämlich dann, wenn das Schmiermittel nach längerem Still stand der Drehanode oder nach einem Abbremsvorgang des Lagers bei hohen Temperaturen (bzw. niedriger Schmier mittelviskosität) weitgehend aus dem Bereich des Rillenmu sters herausgedrängt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Ver schleiß zu verringern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Schmiermittel ein Feststoff mit niedriger Gleitreibung zugesetzt ist.

Im Normalbetrieb, d. h. bei rotierendem Gleitlager, ist der Feststoffzusatz praktisch unwirksam. Bei den Start- und Stoppvorgängen des Gleitlagers jedoch trennt der Feststoff die Lagerflächen voneinander und vermindert dadurch den Lagerverschleiß.

Als Feststoff ist im Prinzip jeder Trockenschmierstoff geeignet, der weder mit den Lagerflächen noch mit dem Schmiermittel reagiert, der den Gleitreibungskoeffizienten zwischen den Lagerflächen herabsetzt und der das Vakuum in der Röntgenröhre nicht beeinträchtigt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß der Fest stoffgehalt zwischen 0,05 und 5 Gew.%, vorzugsweise zwi schen 0,1 und 2 Gew.-%, insbesondere bei 0,3 und 1 Gew.% liegt. Es empfiehlt sich, den Feststoffgehalt innerhalb der angegebenen Grenzen zu wählen; bei einem niedrigeren Gehalt läßt die Wirksamkeit nach und bei einem höheren Gehalt besteht die Gefahr, daß der Feststoff das Rillenmu ster zusetzt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die in der Zeichnung dargestellte Dreha noden-Röntgenröhre besitzt einen Metallkolben 1, an dem über einen Isolator 2 die Kathode 3 und über einen zweiten Isolator 4 die Drehanode befestigt ist. Die Drehanode umfaßt eine Anodenscheibe 5, auf deren der Kathode 3 ge genüberliegenden Fläche beim Einschalten einer Hochspan nung Röntgenstrahlung erzeugt wird. Die Röntgenstrahlung kann durch ein Strahlenaustrittsfenster 6 im Kolben aus treten, das vorzugsweise aus Beryllium besteht. Die Ano denscheibe 5 ist über ein Gleitlager mit einem Trägerkör per 7 verbunden, der an dem zweiten Isolator 4 befestigt ist. Das Gleitlager umfaßt eine fest mit dem Trägerkörper 7 verbundene Lagerachse 8 und eine die Lagerachse 8 kon zentrisch umschließende Lagerschale 9, die an ihrem unte ren Ende einen Rotor 10 zum Antrieb der am oberen Ende befestigten Anodenscheibe 5 aufweist.

Die Lagerachse 8 und die Lagerschale 9 bestehen aus einer Molybdän-Legierung (TZM). Statt dessen kann aber auch Mo lybdän oder eine Wolfram-Molybdän-Legierung verwendet werden. Bei der dargestellten Konfiguration ist die Lager achse 8 der feststehende und die Lagerschale 9 der rotie rende Lagerteil; es versteht sich aber von selbst, daß die Erfindung auch bei solchen Gestaltungen des Gleitlagers anwendbar ist, bei denen die Lagerachse rotiert und die Lagerschale feststeht.

An ihrem oberen Ende ist die Lagerachse 8 mit zwei in axialer Richtung gegeneinander versetzten Rillenmustern 11 zur Aufnahme radialer Kräfte versehen. Im Anschluß an die Rillenmuster hat die Lagerachse 8 einen mehrere Millimeter dicken Abschnitt 14, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des übrigen Teils der Lagerachse 8. Darunter folgt wiederum ein Abschnitt, dessen Durch messer zumindest annähernd dem Durchmesser der Lagerachse 8 im oberen Bereich entspricht und der mit dem Trägerkör per 7 verbunden ist. Die Innenkontur der Lagerschale ist dem Abschnitt 14 angepaßt.

Die freien Stirnflächen auf der Ober- und auf der Unter seite des Abschnitts 14 sind mit einem Rillenmuster verse hen, das sich aus Paaren von aufeinander zulaufenden Ril len zusammensetzt. Vorzugsweise verlaufen die Rillen dabei entsprechend den Bogenstücken von zwei logarithmischen Spiralen mit entgegengesetztem Umlaufsinn. Hierdurch kön nen in axialer Richtung wirkende Kräfte aufgenommen wer den.

Der Spalt zwischen der Lagerachse 8 und der Lagerschale 9 ist zumindest im Bereich des Rillenmusters mit einem flüs sigen Schmiermittel gefüllt, vorzugsweise einer Galli umlegierung. Die Breite des Spaltes kann der Tiefe der Rillen entsprechen und in der Praxis beispielsweise zwi schen 10 µm und 30 µm liegen. Wenn die Drehanode in der vorgeschriebenen Drehrichtung rotiert, wird das Schmier mittel in den Bereich der Rillenmuster transportiert, in dem die Rillenmuster paarweise zusammenlaufen. Hier baut sich in dem Schmiermittel ein Druck auf, der radial bzw. axial auf das Lager wirkende Kräfte aufnehmen kann, und die Lagerschale 9 "schwimmt" in diesem Zustand auf der Lagerachse 8.

Erfindungsgemäß ist dem Schmiermittel ein Feststoff zu gesetzt, der bei den Start- und Stoppvorgängen die Reibung zwischen der Lagerschale 9 und der Lagerachse verringert. Im folgenden werden einige dafür geeignete Schmiermittel zusätze genannt:

a) Wolframdiselenid (WSe₂) oder Tantaldiselenid (TaSe₂). Diese Feststoffe verhindern den Verschleiß dadurch, daß sie mit ihrer lammelaren Kristallstruktur zwi schen den Lagerteilen und dem Einfluß der tangential wirkenden Scherkräfte in sich selbst abscheren.
b) Molybdändisulfid. Der, Wirkungsmechanismus entspricht demjenigen der unter a) erwähnten Selenide. Der Glei treibungskoeffizient zwischen nicht geschmierten TZM- bzw. Molybdän-Lagerflächen wird durch den Zusatz von Molybdänsulfid auf weniger als ein Zehntel seines Wertes ohne diesen Feststoff herabgesetzt.

Die guten Schmiereigenschaften der unter a) und b) angeführten Zusatzstoffe sind bekannt. So ist in der US-PS 3,427,244 ein sich selbst schmierender Körper beschrieben, der aus einem unter Druck und Temperatur verfestigten Sintergemisch aus drei Komponenten her gestellt ist: 10 bis 30 Gew.% einer Galliumlegierung, 90 bis 70 Gew.% eines festen Schmiermittels, das durch ein Sulfid oder ein Selenid von Wolfram oder Molybdän gebildet wird, und ein Füllmittel aus einem Metallpulver.

c) Monodisperse Oxidpartikel. Dabei handelt es sich um Partikel beispielsweise aus Siliziumdioxid (SiO₂). die Herstellung dieser von der Firma Ernst Merck ver triebenen Partikel ist in der EP-PS 216 278 beschrie ben. Diese Partikel haben die Form von Kugeln, deren mittlerer Durchmesser je nach Wahl der Parameter des Herstellungsprozesses zwischen 10 und 2000 nm betra gen kann. Bei einem Start- oder Stoppvorgang befinden sich diese Mikro-Kugeln zwischen den Lagerflächen der sich relativ zueinander verschiebenden Lagerteile 8,9, so daß diese aufeinander abrollen.
d) Fullerene. Die aus der Zeitschrift "Scientific Ameri can", Okt. 1991, Seiten 32 bis 41 bekannten Fullerene haben Kugelform, wenn sie aus C₆₀ Molekülen bestehen. Es ergibt sich im Hinblick auf die Reibung zwischen den Lagerteilen daher ein ähnlicher Mechanismus wie bei den monodispersen Partikeln.

Wenn der Anteil des Feststoffs in dem Schmiermittel- Feststoffgemisch zwischen 0,05 und 5 Gew.% liegt, ergeben sich brauchbare Ergebnisse; gute Ergebnisse ergeben sich bei einem Feststoffgehalt zwischen 0,1 und 2 Gew.% und optimale Ergebnisse bei einem Gehalt zwischen 0,3 und 1 Gew.-%. Bei niedrigeren Anteilen ergibt sich nur noch eine eingeschränkte Wirksamkeit und bei höheren Anteilen be steht die Gefahr, daß die Rillen des Rillenmusters von dem Feststoff zugesetzt werden, was die Funktionsfähigkeit des Lagers im Normalbetrieb (rotierende Drehanode) beeinträch tigen kann.

Claims

1. Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, das einen festen und einen drehbaren Lagerteil (8, 9) mit einander zugewandten Lagerflächen umfaßt, von denen wenigstens eine mit einem Rillenmuster (11) versehen ist, wobei sich zwi schen den Lagerflächen ein zumindest im Betriebszustand flüssiges Schmiermittel befindet, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmiermittel ein Fest stoff mit niedriger Gleitreibung zugesetzt ist.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schmiermittel eine Galli umlegierung vorgesehen ist.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Wolfram- oder Tantaldiselenid besteht.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Molybdändi sulfid besteht.

5. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus monodisper sen Oxidpartikeln besteht.

6. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Fullerenen besteht.

7. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt zwischen 0,05 und 5 Gew.%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 2 Gew.-%, insbesondere bei 0,3 und 1 Gew.% liegt.