EP0378273A2

EP0378273A2 - Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, insbesondere Spiralrillenlager

Info

Publication number: EP0378273A2
Application number: EP90200048A
Authority: EP
Inventors: Axel Vetter
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH; Philips Gloeilampenfabrieken NV; Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 1989-01-12
Filing date: 1990-01-09
Publication date: 1990-07-18
Anticipated expiration: 2010-01-09
Also published as: EP0378273A3; EP0378273B1; US5068885A; JP2851097B2; DE3900729A1; JPH02227947A; DE59009164D1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, insbesondere einem Spiralrillenlager, zur axialen Lagerung der Drehanode, das wenigstens zwei Lagerflächenpaare zur Aufnahme von in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Axialkräften aufweist, von denen jedes zwei auf relativ zueinander drehbaren Lagerteilen befindliche, über ein Schmiermittel zusammenwirkende Lagerflächen aufweist, wobei das Spiralrillenlager über wenigstens eine Öffnung mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre in Verbindung steht. Dadurch, daß im Bereich zwischen den Lagerflächenpaaren ein Schmiermittelreservoir vorgesehen ist, das mit dem Schmiermittel in den Lagerflächenpaaren in Verbindung steht und daß in dem feststehenden Lagerteil ein Kanal vorgesehen ist, der das Schmiermittelreservoir mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre verbindet, wird erreicht, daß das Lager bei einem eventuellen Schmiermittelverlust nicht beschädigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, insbesondere einem Spiralrillenlager, zur axialen Lagerung der Drehanode, das wenigstens zwei lagerflächenpaare zur Aufnahme von in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Axialkräften aufweist, von denen jedes zwei auf relativ zueinander drehbaren Lagerteilen befindliche, über ein Schmiermittel zusammenwirkende Lagerflächen umfaßt, wobei das Gleitlager über wenigstens eine Öffnung mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre in Verbindung steht.
Eine solche Röntgenröhre mit einem Spiralrillenlager ist aus der EP-OS 141 476 bekannt. In der Praxis läßt sich nicht vermeiden, daß Schmiermitteltropfen aus dem Lager austreten. Da die Schmiermittelmenge solcher Lager begrenzt ist, kann dieser Schmiermittelverlust zu einer Zerstörung des Lagers führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehanoden-Röntgenröhre der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine Beschädigung des Lagers im Falle eines Schmiermittelverlustes weitgehend unterbunden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Bereich zwischen den Lagerflächenpaaren ein Schmiermittelreservoir vorgesehen ist, das mit dem Schmiermittel in den Lagerflächenpaaren in Verbindung steht und daß ein Kanalsystem vorgesehen ist, das das Schmiermittelreservoir mit dem Vakuumraum das Röntgenröhre verbindet. Im Falle eines Schmiermittelverlustes strömt aus dem Schmiermitttel reservoir Schmiermittel in die Lagerflächenflächenpaare hinein. Ohne das Kanalsystem wäre dies nicht möglich, weil das Hineinströmen die Bildung eines Hohlraums im Schmiermittelreservoir voraussetzt. Diese Hohlraumbildung (Kavitation) wird aber normalerweise durch die Oberflächenspannung des Schmiermittels verhindert. Erst der Kanal ermöglicht diese Hohlraumbildung und gestattet das Nachströmen aus der Schmiermittelreservoir in den belasteten Bereich der Lagerflächenpaare.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Drehanoden-Röntgenröhre nach der Erfindung und
Fig. 2 einen Teil einer solchen Röhre.

Die in Fig. 1 dargestellte Drehanoden-Röntgenröhre besitzt einen Metallkolben 1, an dem über einen ersten Isolator 2 die Kathode 3 und über einen zweiten Isolator 4 die Drehanode befestigt ist. Die Drehanode besitzt eine Anodenscheibe 5, auf deren der Kathode 3 gegenüberliegenden Fläche beim Einschalten einer Hochspannung Röntgenstrahlung erzeugt wird, die durch ein Strahlenaustrittsfenster 6 im Kolben 1, das vorzugsweise aus Beryllium besteht, austritt. Die Anodenscheibe 5 ist über ein Lager mit einem Trägerkörper 7 verbunden, der an dem zweiten Isolator 4 befestigt ist. Wie sich insbesondere aus Fig. 2 ergibt, umfaßt das Lager eine fest mit dem Trägerkörper 7 verbundene Lagerachse 8 und eine die Lagerachse 8 konzentrisch umschließende Lagerschale 9, die an ihrem unteren Ende einen Rotor 10 zum Antrieb der Anodenscheibe 5 aufweist, die am oberen Ende der Lagerschale 9 befestigt ist. Die Lagerachse 8 und die Lagerschale 9 bestehen aus Wolfram, Molybdän oder einer Wolfram-Molybdänlegierung (TZM).
An ihrem oberen Ende ist die Achse 8 mit zwei in axialer Richtung gegeneinander versetzten, fischgrätartigen Rillenmustern 11 versehen. Die Rillen sind nur wenige µm tief und die Flächen der Rillen stehen zu den dazwischenliegenden Flächen vorzugsweise im Verhältnis 1 : 1. Der Zwischenraum zwischen den Rillenmustern 11 und der Lagerschale 9 ist mit einem flüssigen Schmiermittel gefüllt, vorzugsweise einer Galliumlegierung (GaInSn). Die mit den Rillenmustern 11 versehenen Flächen der Achse 8 und die ihnen gegenüberliegenden Flächen der Lagerschale 9 bilden somit ein Spiralrillenlager, das die radialen Lagerkräfte aufnimmt.
Im Anschluß an das untere der beiden Rillenmuster 11 hat die Lagerachse 12 einen mehrere Millimeter dicken Abschnitt 12, dessen Durchmesser wesentlich größer ist als der Durchmesser des übrigen Teiles der Lagerachse 8; darunter folgt ein Abschnitt, dessen Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Lagerachse 8 im oberen Bereich und der mit dem Trägerkörper 7 verbunden ist. Die Innenkontur der Lagerschale 9 ist der Außenkontur der Achse 8 angepaßt; infolgedessen kann die Lagerschale nicht einteilig ausgebildet sein, wie in der Zeichnung dargestellt, sondern sie muß aus mindestens zwei Teilen bestehen, die im Bereich des Abschnitts 12 auf geeignete Weise so miteinander verbunden sind, daß das Schmiermittel durch die Verbindungsbereiche nicht austreten kann.
Die untere Stirnfläche des Abschnitts 12 ist mit einem fischgrätartigen Muster 13 von Rillen versehen und bildet zusammen mit einer dazu parallelen Fläche der Lagerschale 9 ein Lagerflächenpaar, das axial nach oben gerichtete Kräfte auf die Drehanode aufnehmen kann. Die obere Stirnfläche 14 des Abschnitts 12 ist mit einem gleichartigen Rillenmuster versehen. Es bildet zusammen mit der gegen überliegenden parallelen Fläche der Lagerschale 9 ein Lagerflächenpaar, das nach unten gerichtete axiale Kräfte auf die Drehanode aufnimmt.
Das Lager 8, 9 ist zur Anodenscheibe 5 hin geschlossen; nur im unteren Abschnitt grenzt der Schmiermittelfilm an den Vakuumraum an. Damit die an die Lagerflächen angrenzenden Flächen nicht vom Schmiermittel benetzt werden und dem Lager dadurch Schmiermittel entziehen, sind die Oberflächen in dem Öffnungsbereich des Lagers mit einer vom Schmiermittel nicht benetzbaren Schicht versehen, beispielsweise Titanoxid, wie aus der EP-OS 141 476 bekannt. Trotzdem läßt sich nicht vermeiden, daß durch stoßartige mechanische Beanspruchung des Lagers Schmiermittel austreten kann. Vergegenwärtigt man sich, daß der Schmiermittelspalt wesentlich kleiner ist als in der Zeichnung dargestellt und typischerweise in der Größenordnung von 20 µm liegt, dann wird deutlich, daß schon beim Austritt einer kleinen Schmiermittelmenge ein relativ großer Teil des im Lagerbereich enthaltenen Schmiermittels verlorengeht, was zu einer Verringerung der Tragkraft und zu einer Beschädigung des Lagers - insbesondere in den Start- oder den Stopp-Phasen - führen kann.
Um solche Beschädigungen zu vermeiden, ist zwischen der äußeren Mantelfläche des Abschnitts 12 und der gegenüberliegenden und dazu konzentrischen Fläche der Lagerschale 9 ein relativ großer Spalt vorgesehen, der ein Schmiermittelreservoir 15 umschließt. Bei einer Dicke des Abschnitts 12 von z.B. 6 mm und einem Durchmesser dieses Abschnittes von 50 mm genügt ein Spalt von nur 0,5 mm, um ein Schmiermittelreservoir von rund 500 mm³ zu bilden, das groß ist im Vergleich zur Schmiermittelmenge im radialen bzw. axialen Spiralrillenlager (70 mm³ bzw. 50 mm³). Da das Schmiermittel in dem Schmiermittelreservoir 15 von der Rotationsachse 16 den größten Abstand hat, bewirken die bei rotierender Drehanode erzeugten Zentrifugalkräfte, daß das Schmiermittel im normalen Betrieb in dem Reservoir verbleibt.
Wenn Schmiermittel aus dem Lager ausgetreten ist - im allgemeinen aus dem Bereich der unteren Stirnfläche 13 des Abschnitts 12 der Lagerachse - wird bei rotierender Anode zwar ein Sog von dem in diesem Lagerflächenpaar verbliebenen Schmiermittel auf das im Schmiermittelreservoir 15 vorhandene Schmiermittel ausgeübt, doch kann das Schmiermittel aus dem Schmiermittelreservoir nicht ohne weiteres in den entleerten Zwischenraum zwischen dem genannten Lagerflächenpaar einströmen. Dies würde nämlich ein Auseinanderreißen des Schmiermittelfilms oder eine Hohlraumbildung im Bereich des Schmiermittelreservoirs erfordern, die durch die Oberflächenspannung des Schmiermittels verhindert wird.
Um das Nachströmen des Schmiermittels gleichwohl zu ermöglichen, ist in den Abschnitt 12 der Lagerachse 8 ein Kanal 17 gebohrt, der das Schmiermittelreservoir 15 mit dem Öffnungsbereich verbindet, so daß das vom Schmiermittelreservoir abgewandte Ende dieses Kanals mit dem Vakuumraum in der Röntgenröhre in Verbindung steht. Im Falle eines Schmiermittelverlustes entleert sich das zunächst im Kanal 17 enthaltene Schmiermittel in das Schmiermittelreservoir 15 hinein, und danach kann sich das Vakuum bis in den Schmiermittelbereich 15 hinein ausdehnen und dort einen Hohlraum bilden. Der Kanal 17 bewirkt also, daß sich alle Lagerstellen automatisch mit der benötigten Schmiermittelmenge versorgen.
Der Durchmesser des Kanals sollte möglichst groß sein, jedoch nur so groß - beispielsweise 0,6 mm - daß die Kapillarkräfte das Schmiermittel noch festhalten und es nicht in den Vakuumraum der Drehanoden-Röntgenröhre abfließen lassen. Dies darf auch während der Rotation der Drehanode nicht geschehen. Deshalb verbietet sich ein radial nach außen gerichteter Kanal durch die Lagerschale 9 hindurch, weil die Zentrifugalkräfte das Schmiermittel im Betrieb durch den Kanal hindurch nach außen drücken könnten. Bei dem vom Schmiermittelreservoir aus nach innen gerichteten Kanal 17 besteht diese Gefahr nicht. Um bei einem Schmiermittelverlust ein schnelleres Nachströmen aus dem Schmiermittelreservoir zu ermöglichen, kann es zweckmäßig sein, mehrere Kanäle 17 vorzusehen - symmetrisch zur Rotationsachse und gleichmäßig auf den Umfang verteilt.
Wenn durch einen Lastwechsel die Anodenscheibe 5 nach unten verschoben wird, verkleinert sich der Schmiermittelspalt des anodenseitigen Spiralrillenlagers 14. Dies führt dort zu einem höheren Druckaufbau und in dessen Folge zu einer Pumpwirkung, wodurch Schmiermittel an den Außen- und Innenrand dieses Lagers angesaugt wird. Das Schmiermittel kommt dabei aus dem gegenüberliegenden Spiralrillenlager 13. Dieser Schmiermitteltransport durch die engen Lagerspalte würde hohe Unterdrücke hervorrufen, die zum Zerreißen des Schmierfilms (Kavitation) führen können. Durch einen Kanal 18, der etwa den gleichen Durchmesser hat wie der Kanal 17 und der das von der Öffnung des Lagers abgewandte Spiralrillenlager 14 an dessen Innenkante mit dem Schmiermittelreservoir 15 verbindet, lassen sich solche Kavitationen bzw. starke Schmiermittelströme über die Lagerfläche hinweg vermeiden. Denn das Schmiermittel wird dabei dem Innenrand des Lagers 14 vom Reservoir 15 über die Bohrung 18 zugeführt. Der Kanal 17 hat eine ähnliche Funktion für die entgegengesetzte axiale Bewegung, wenn er im Bereich des Innenrandes des axialen Spiralrillenlagers 13 endet.
Beim Ausführungsbeispiel steht der innere Teil des Lagers - die Lagerachse 8 - fest, während der äußere Teil - die Lagerschale 9 - rotiert; die Öffnung des Lagers ist von der Anodenscheibe abgewandt. Stattdessen könnte aber auch der innere Teil rotieren und der äußere Teil feststehen; dabei wäre die Öffnung des Lagers der Anodenscheibe zugewandt. Die Kanäle 17 und 18 könnten dann ebenfalls in dem inneren Teil verlaufen und müßten vom Schmiermittelreservoir aus nach innen gerichtet sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel wurde von einem Lager ausgegangen, dessen mit Spiralrillen versehener Teil Querschnitt die Form eines umgekehrten T hat. Stattdessen kann dieser Teil aber auch einen rechteckigen Querschnitt haben; d.h., die Spiralrillen können auf den Stirn- und Mantelflächen einer zylinderförmigen Lagerachse aufgebracht sein. Das Schmiermittelreservoir befindet sich dabei auf der Mantelfläche zwischen den beiden dort angebrachten radialen Spiralrillenlagern. Um eine Verbindung mit den axialen Spiralrillenlagern auf den Stirnflächen herzustellen - das Schmiermittel kann dorthin praktisch nicht über die radialen Lager transportiert werden - muß ein System von Kanälen vorhanden sein, das die Kanten der Lagerachse mit dem Schmiermittelreservoir verbindet. Außerdem muß das Schmiermittelreservoir über mehrere Kanäle - also ebenfalls ein Kanalsystem - mit dem Vakuumraum verbunden sein, wobei die Eintrittsöffnung dichter an der Rotationsachse liegen muß als das Reservoir. Die beiden erwähnten Kanalsysteme können einen Teil ihrer Kanäle gemeinsam haben.
Vorstehend wurde davon ausgegangen, daß die axiale und die radiale Lagerung durch getrennte Lager erfolgt. Die Erfindung ist jedoch auch bei Spiralrillenlagern anwendbar, die - wie an sich aus der EP-OS 141 476 bekannt - so geformt sind, daß die Lagerflächenpaare nicht nur axial gerichtete, sondern auch radial gerichtete Kräfte aufnehmen können.

Claims

1. Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager, insbesondere einem Spiralrillenlager, zur axialen Lagerung der Drehanode, das wenigstens zwei Lagerflächenpaare zur Aufnahme von in entgegengesetzten Richtungen wirkenden Axialkräften umfaßt, von denen jedes zwei auf relativ zueinander drehbaren Lagerteilen befindliche, über ein Schmiermittel zusammenwirkende Lagerflächen aufweist, wobei das Gleitlager über wenigstens eine Öffnung mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre in Verbindung steht,
dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich zwischen den Lagerflächenpaaren (13,14) ein Schmiermittelreservoir (15) vorgesehen ist, das mit dem Schmiermittel in den Lagerflächenpaaren in Verbindung steht und daß ein Kanalsystem (17) vorgesehen ist, der das Schmiermittelreservoir (15) mit dem Vakuumraum der Röntgenröhre verbindet.

2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere zur Rotationsachse (16) symmetrisch angeordnete und gleichmäßig über den Umfang des Lagers verteilte Kanäle (17) vorgesehen sind.

3. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittelreservoir (15) einen größeren Abstand von der Rotationsachse hat als das Lagerflächenpaar und durch einen zur Rotationsachse (16) symmetrischen Bereich mit vergrößertem Abstand zwischen dem feststehenden (8) und dem rotierenden Lagerteil (9) gebildet wird.

4. Drehanoden-Röntgenröhre nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein zusätzlicher Kanal vorgesehen ist, der das von der Öffnung abgewandte Lagerflächenpaar in seinem vom Schmiermittelreversoir (15) entfernten Bereich mit diesem verbindet.