NL7903580A - Draaianode roentgenbuis met axiaal-magneetlager en radiaal-glijlager. - Google Patents

Description

* $ N.V. Philips1 Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

8.5.1979 1 PHN 9k%3

Draaianode röntgenbuis met axiaal-magneetlager en radiaal-glijlager.

De uitvinding beeft betrekking op een röntgenbuis voorzien van een om een as draaibare, met een door een buiten de buis opgestelde motor-stator aangedreven motorrotor , verbonden draaianode die axiaal en radiaal gelagerd is met 5 behulp van een lagerstelsel»

Een dergelijke röntgenbuis is in het bijzonder geschikt voor toepassing als stralingsbron in apparaten voor medische röntgendiagnostiek.

Uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 2.293*527 ^ is een röntgenbuis van de in de aanhef genoemde soort bekend waarbij het lagerstelsel is voorzien van twee kogellagers. Om slijtage van de kogellagers in een dergelijke röntgenbuis zoveel mogelijk te beperken', wordt de anode slechts dan geroteerd als de röntgenbuis straling uitzendt.

^ Ondanks deze maatregel is de levensduur van röntgenbuis kort, omdat de kogellagers een korte levensduur hebben* Dit wordt in het bijzonder veroorzaakt doordat, een deel van de warmte die tijdens bedrijf in de anode wordt ontwikkeld door de lagers wordt afgevoerd, waarbij de gemiddelde tempera- 20 tuur van de kogellagers kan oplopen tot circa 300°C. Bovendien moeten de kogellagers in vacuüm functioneren. Onder dergelijke omstandigheden kunnen kogellagers niet afdoende worden gesmeerd, met als verder gevolg dat kogellagers moeten worden toegepast die om vastlopen te voorkomen een vol- 7903580 ^ ί 8.5.1979 2 ΡΗΝ 9443 * doend grote speling vertonen. Hierdoor is de werking van de röntgenbuis allerminst geluidsarm, hetgeen voor een patiënt zeer hinderlijk is tijdens een onderzoek in een apparaat dat is uitgerust met een dergelijke röntgenbuis. De levens-5 duur van de kogellagers wordt extra bekort, omdat de buis-stroom door de lagers wordt geleid hetgeen vonkerosie veroorzaakt.

Het doel van de uitvinding is om een draaianode röntgenbuis te verschaffen die eenvoudig van konstruktie 10 is en waarbij genoemde bezwaren zijn ondervangen. Een röntgenbuis volgens de uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat het lagerstelsel is voorzien van een axiaal-magneetla-ger en van tenminste één radiaal-glijlager waarvan onderling samenwerkende metalen draagvlakken niet substantieel 15 worden aangetast door een de draagvlakken moleculair bevochtigende laag bestaande uit een vloeibaar metaal of een vloeibare metaallegering waarvan de dampdruk bij 300°C lager -5 , 2 - is dan 10 N/m . Onder moleculaire bevochtiging van de < draagvlakken door deze laag dient hier te worden verstaan 20 e en bevochtiging waarbij tussen de metaalatomen in het draagvlak en de atomen in genoemde laag een direkte wisselwerking is·. Een dergelijke bevochtiging is dermate goed, dat de draagvlakken onder belasting van het lager in de röntgenbuis volledig van elkaar gescheiden zijn, waarbij 25 "vreten" (vastlassen aan elkaar) voorkomen is. Omdat verder zowel bij stilstand als bij rotatie van het lager het vloeibaar metaal of de vloeibare metaallegering niet uit het lager wordt gestuwd, is vastlopen van het lager voorkomen en zijn zowel slijtage als lawaaiproduktie van de röntgenbuis 30 gering. Tijdens bedrijf kan zowel de buisstroom als de warmte die in de anode wordt ontwikkeld goed door het lager worden geleid, omdat metalen relatief goede electriciteits-en warmtegelêidingseigenschappen bezitten. Het lager kan daarom gedurende lange tijd - bijvoorbeeld een werkdag - in 35 · continu bedrijf zijn waarbij de buisstroom naar behoefte kan worden in- en uitgeschakeld. Behalve een lange levensduur, een geringe lawaaiproduktie en goede electriciteits-en warmtegeleidingseigenschappen bezit het radiaal-glijla- 7903580 'i#· 8*5.1979 3 PHN 9443 \ *> -f ger volgens de uitvinding, dat niets anders dan een een as nauw omsluitende bus behoeft te zijn bovendien een erg eenvoudige en daarmee, goedkope konstruktie.

Opgemerkt wordt dat uit het Franse octrooischrift 5 nr. 919·839 lagersteisel bekend is dat is voorzien van een axiaal-magneetlager en van twee radiaal-glijlagers. De glijlagers* omvatten een met een lager-stator verbonden la-gerbus die een te lageren as omsluit, waarbij als smeermiddel olie, vet of water wordt toegepast. Dergelijke glijla-10 gers zijn echter niet geschikt om te worden toegepast in röntgenbuizen omdat bij daar gebruikelijke toerentallen de genoemde smeermiddelen - ten gevolge van hun lage oppervlaktespanning - uit het lager worden gestuwd, waardoor dit kan vastlopen. Ook zou bij toepassing van dergelijke glijlagers 15 noch de buisstroom noch de in de anode ontwikkelde warmte door de lagers kunnen worden geleid, omdat de genoemde smeermiddelen zowel voor electriciteit als voor warmte isolatoren zijn.

Een voorkeursuitvoering van een röntgenbuis vol-20 gens de uitvinding heeft als kenmerk, dat het axiaal-magne et lager is voorzien van een lager-stator met een door buiten de buis opgestelde magneten magnetiseerbaar magneet-juk dat is voorzien van coaxiaal verlopende, ringvormige gegroefde poolvlakken die spleten insluiten met coaxiaal ^ verlopende overeenkomstig gegroefde poolvlakken van een ci-lindervqrmige, met de draaianode verbonden lager-rotor die met het magneetjuk van de lager-stator een gesloten magnetische keten vormt waarbinnen de motor-stator en de motor-rotor zijn opgesteld. Omdat de de draaianode aandrijvende ‘ on * elektromotor die de motor-stator en -rotor omvat, omsloten is door een gesloten magnetische keten, worden door in deze motor vloeiende wisselstromen opgewekte strooivelden afge— schermd. Hierdoor worden storingen op de elektronenbundel binnen de buis en op andere apparatuur buiten de buis tegen-35 gegaan.

Een röntgenbuis volgens de uitvinding met een kompakte bouw heeft als kenmerk, dat het axiaal-magneetla-ger de motor-stator en de motor-rotor omvat, waarbij de mo- 7903580 8.5.1979 4 phn 9443

''V

Si tor-stator is voorzien van een magneetjuk met een coaxiaal verlopend, ringvormig gegroefd poolvlak dat een spleet insluit met een coaxiaal verlopend overeenkomstig gegroefd poolvlak van de motor-rotor. De magnetische keten van de 5 motor wordt hier tevens gebruikt als magnetische keten van een axiaal-magneetlager, hetgeen zowel een dergelijke keten als een magneet voor magnetisatie daarvan bespaart.

De uitvinding wordt in het navolgende bij wijze van voorbeeld, aan de hand van de tekening nader toege-10 licht. In de tekening toont:

Fig. 1 een langsdoorsnede van een röntgenbuis volgens de uitvinding,

Fig. 2 een langsdoorsnede van een röntgenbuis volgens de uitvinding met een elektromotor die tevens als 15 axiaal-magneetlager voor de draaianode dient en

Fig. 3 een dwarsdoorsnede volgens de lijn III-III van de in Fig. 2 getoonde röntgenbuis,

Fig. 1 toont een röntgenbuis volgens de uitvinding met een een draaianode 1 dragende as 2 di§ gelagerd is 20 met behulp van een lagerstelsel dat een axiaal-magneetlager 3 en twee radiaal-glijlagers 4 en 5 bevat. Het glijlager 4 bestaat uit een de as 2 nauw omsluitende lagerbus 6 die is bevestigd in een metalen beker 7 die aan de van het lager 4 - ' afgekeerde zijde is voorzien van een pen 8 waarop de buis- 25 spanning kan worden aangesloten. De metalen beker 7 is met behulp van een isolator 9 van dichtgesinterd Al^O^ verbonden met een roestvrij stalen buiswand 10. Het glijlager 5 bestaat uit een de as 2 nauw omsluitende lagerbus 11 die met behulp van een isolator 12 van dichtgesinterd Al^O^ ver-30 bonden is met de buiswand 10. Zowel de as 2 als de lagerbus-sen 6 en 11 bestaan bij voorkeur uit een van de metalen W en Mo of uit een legering van ¥ en Mo. Tussen de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 worden lagerspleten ingesloten die zijn gevuld met een als smeermiddel dienende laag bestaande uit 35 Ga of een Ga-legering waarvan het smeltpunt ligt bij een temperatuur beneden 25°C, zoals bijvoorbeeld de twee binaire entektische samenstellingen 76 Ga - 24 In en 92 Ga -8 Sn, die bij 16,5°C respectievelijk 20,0°C smelten (met de 790358®

Vs 8.5.19-79 5 PHN 9hh?> getallen voor de cliemische symbolen worden gewlclitsprocenten aangeduid). Ook geschikt is de ternaire entektische samenstelling 62 Ga - 25 In - 13 Sn die bij 5°C smelt. De genoemde laag bestaande uit Ga of uit een Ga-legering bevoch-5 tigt de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 moleculair, waarmee bedoeld is dat tussen de metaalatomen in de laag en de me-taalatomen van de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 een direk-te wisselwerking mogelijk is. Dit betekent dat tussen de laag Ga of Ga-legering en de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 ^ noch een oxydelaag van bet metaal van de as of de lagerbussen, nocb een oxydelaag van Ga of van een van de componenten van de Ga-legering aanwezig is. Een dergelijke bevochtiging kan bijvoorbeeld worden gerealiseerd door de as 2, de lagerbussen 6 en 11 en het Ga of de Ga-legering in een 15 reducerende omgeving - bijvoorbeeld in H^-gas - enige tijd te verhitten op 800°C. Eventueel aanwezige oxyden worden dan gereduceerd. ¥orden daarna in dezelfde omgeving - eventueel bij een lagere temperatuur - de lagerdelen en het Ga of de Ga-legering met elkaar in kontakt gebracht, dan ont-20 * staat de gewenste moleculaire bevochtiging. Deze bevochtiging is zo goed, dat de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 in rust en tijdens bedrijf in de röntgenbuis volledig van elkaar gescheiden zijn waarbij "vreten" (vastlassen aan elkaar) van de draagvlakken voorkomen is en het Ga of de Ga-25 legering niet uit het lager wordt gestuwd. De as 2 is ter plaatse van de lagerbussen 6 en 11 voorzien van spiraal-groeven 13 waardoor het Ga of de Ga-legering nog extra in het lager gestuwd wordt. Hierdoor krijgen de lagers k en 5 een extra grote dynamische stabiliteit.

30 ,

Omdat de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 - die vervaardigd zijn van een van de metalen ¥ en Mo of van een legering van ¥ en Mo - niet substantieel worden aangetast door Ga of Ga-legering en omdat een magneetlager in het algemeen en dus ook het axiaal-magneetlager 3 in het bijzonder 35 zonder mechanisch kontakt tussen stilstaande en roterende delen werkt, bezitten de lagers 3, ^ en 5 en daarmee de röntgenbuis een grote levensduur, zodat de draaianode 1 gedurende langere tijd - bijvoorbeeld een werkdag - continu 7903580 ·»t 8.5. T979 6 PHN 944-3 kan roteren, waarbij naar believen de buisstroom kan worden in- en uitgeschakeld. De buisstroom wordt ingeschakeld door een hoogspanning aan te sluiten tussen de pen 8 en een ka-thode-inrichting 14. Vanuit de kathode-inrichting 14 worden 5 dan elektronen versneld die in de draaianode 1 een bundel röntgenstralen opwekken die door een in de buiswand aangebracht venster 15 de buis kan verlaten. '

Opgemerkt wordt dat de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 ook van een metaal dat gemakkelijker dan ¥ of Mo te ^ bewerken is, zoals bijvoorbeeld staal, vervaardigd kunnen worden. In dat geval kunnen de lagers 4 en 5 echter niet gesmeerd worden met Ga of Ga-legeringen omdat andere metalen dan ¥ en Mo substantieel worden aange-tast door Ga, hetgeen de levensduur van de lagers 4 en 5 bekort. ¥orden de as 2 en de lagerbussen 6 en 11 van staal vervaardigd dan is smering wel mogelijk met bijvoorbeeld een legering met als samenstelling 49 Bi - 18 Pb - 12 Sn - 21 Iw. Omdat deze le-: , gering echter bij 58°C smelt kan het lager alleen roteren als de temperatuur ervan hoger is dan 58 °C. Dit betekent 20 · dat bij gebruik van een röntgenbuis met dergelijke lagers deze voordat de rotatie van de draaianode 1 kan worden gestart moet worden voorverwarmd hetgeen bij de in het vóórgaande genoemde materiaalcombinaties niet nodig is.

Het axiaal-magneetlager 3 is voorzien van een la-25 ger-stator 20 met een door een buiten de buis opgestelde ringvormige permanente magneet 21 magnetiseerbaar magneet-juk 22 met coaxiaal met de as 2 verlopende poolvlakken 23 die voorzien zijn van ringvormige groeven 24. De poolvlakken 23 sluiten spleten in met coaxiaal met de as 2 verlo-30 pende poolvlakken 25 van de aan de as 2 bevestigde cilindervormige lager-rotor 26. De poolvlakken 25 zijn door ringvormige groeven 27 op overeenkomstige wijze als de poolvlakken 23 gegroefd, die daarom ten gevolge van aantrekkende krachten veroorzaakt door de permanente magneet 35 21 recht tegenover elkaar gericht worden. Hiermee is de as 2 axiaal gelagerd.

Het magneetjuk 22 van de lager-stator 20 en de lager-rotor 26 vormen een gesloten magnetische keten, waar- 7903580 8.5.1979 7 PHN 9443 binnen een motor-stator 28 en een met de lager-rotor 26 verbonden motor-rotor 29 zijn opgesteXd. Door de motor-stator 28 die daartoe is aangesloten of een wisselstroom-bron 30 wordt tijdens bedrijf een roterend magneetveld op-5 gewekt waardoor de motor-rotor 29 wordt aangedreven. Door de genoemde gesloten magnetische keten worden door de wisselstromen in de motor-stator 28 veroorzaakte strooivelden afgeschermd, waardoor storingen.op de elektronenbundel binnen de buis en op apparatuur buiten de buis zijn tegenge-10 gaan.

Fig. 2 en fig. 3 in dwarsdoorsnede volgens de lijn III-III in fig. 2 tonen een röntgenbuis volgens de uitvinding met een elektromotor die tevens als axiaal-mag- neetlager dient voor de draaianode, waarbij voor overeen-15 komstige onderdelen dezelfde verwijzingscijfers zijn gebruikt als in fig. 1. Het axiaal-magneetlager 3 omvat motor-stator 35 motor-rotor 36, waarbij de motor-stator 35 is voorzien van een magneetjuk 37 met een coaxiaal met de as 2 verlopend poolvlak 38 dat voorzien is van ringvormige 20 groeven 39· Het poolvlak 38 sluit een spleet in met een coaxiaal met de as 2 verlopend poolvlak 40 van de aan de as 2 bevestigde cilindervormige motor-rotor 36, dat door ringvormige groeven 41 op een overeenkomstige wijze als het poolvlak 38 gegroefd is. De motor-stator 37 is voorzien van 25 een aantal, het poolvlak 38 in sektoren verdelende openin- gen 42 waarin magneetspoelen 43 zijn aangebracht die zijn aangesloten op een wisselstroombron 44. Tijdens bedrijf worden door de wisselstromen door de magneetspoelen 43 in het magneetjuk 37 en de motor-rotor 36 roterende magneet-30 velden opgewekt die niet alleen de motor-rotor 36 aandrijven, maar die ook de poolvlakken 38 en 40 met de erin aangebrachte groeven 39 en 41 recht tegenover richten, zodat de draaianode 1 tevens axiaal gelagerd is.

oc Omdat na uitschakelen van de wisselstromen niet 00 alleen de aandrijving van de draaianode 1 maar ook diens lagering wegvalt, is de röntgenbuis voorzien van twee als vanglagers dienende kogellagers 45. De kogellagers 45 lage- 79 0 3580 ---------------------------- -------------------------- 8.5·1979 8 PHN 9443 y< ren de as 2 als het axiaal-magneetlager 3 niet bekrachtigd is zodanig, dat de poolvlakken 38 en 40 van de motor-sta-tor 35 en de motor-rotor 36 elkaar niet raken.

5 10 15 20 25 30 35 79 0 3 5 8 0 _______________________________________

Claims (5)

1. 8.5.1979 3 PHN 9kh3
2. 1. Röntgenbuis voorzien van een om een as draaibare, met een door een buiten de buis opgestelde motor—stator aangedreven motor-rotor verbonden draaianode die axiaal en radiaal gelagerd is met behulp van een lagerstelsel, met 5 het kenmerk, dat het lagerstelsel is voorzien van een axiaal-magneetlager en van tenminste één radiaal-glijlager waarvan onderling samenwerkende metalen draagvlakken niet substantieel worden aangetast door een de draagvlakken moleculair bevochtigende laag bestaande uit een vloeibaar me-113 taal of een vloeibare metaallegering waarvan de dampdruk bij 300°C lager is dan 10 ^ N/m2.
3. 2. Röntgenbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het axiaal-magneetlager is voorzien van een lager-sta-tor met een door buiten de buis opgestelde magneten magne-35 tiseerbaar magneetjuk dat is voorzien van coaxiaal verlopende, ringvormige gegroefde poolvlakken die spleten insluiten met coaxiaal verlopende overeenkomstig gegroefde poolvlakken van een cilindervormige, met de draaianode verbonden lager-rotor die met het magneetjuk van de lager-sta-20 tor een gesloten magnetische keten vormt waarbinnen de mo~ tor-stator en de motor-rotor zijn opgesteld. 3» Röntgenbuis volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het axiaal-magneetlager de motor-stator en de motor-rotor omvat, waarbij de motor-stator is voorzien van een 7903580 ψ/ - «? - 8.5.1979 /0 ΡΗΝ 9443 magneetjuk met een coaxiaal verlopend, ringvormig gegroefd poolvlak dat een spleet insluit met een coaxiaal verlopend ' overeenkomstig gegroefd poolvlak van de motor-rotor.
4. 4. Röntgenbuis volgens conclusie 1, 2 of 3» roet liet 5 kenmerk, dat de onderling samenwerkende draagvlakken van het radiaal-glijlager in hoofdzaak bestaan uit een van de metalen ¥ en Mo of uit een legering van ¥ en Mo, waarbij de de draagvlakken bevochtigende laag bestaat uit Ga of een Ga-legering waarvan het smeltpunt ligt bij een temperatuur 10 die lager is dan 25 °C.
5. 5. Röntgenbuis volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat althans één van de onderling samenwerkende draagvlakken van het radiaal-glijlager is voorzien van spi-raalgroeven. 15 20 25 30 <r * 7903580 .........„_________________________________zz:::: 35