(19) |
|
|
(11) |
EP 0 710 976 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
|
02.02.2000 Patentblatt 2000/05 |
(22) |
Anmeldetag: 25.10.1995 |
|
(51) |
Internationale Patentklassifikation (IPC)7: H01J 35/10 |
|
(54) |
Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager
Rotating anode X-ray tube with slide bearing
Tube à rayons X à anode rotative avec palier à glissement
|
(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
|
DE FR GB NL |
(30) |
Priorität: |
03.11.1994 DE 4439143
|
(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
|
08.05.1996 Patentblatt 1996/19 |
(73) |
Patentinhaber: |
|
- Philips Corporate Intellectual Property GmbH
52064 Aachen (DE) Benannte Vertragsstaaten: DE
- Koninklijke Philips Electronics N.V.
5621 BA Eindhoven (NL) Benannte Vertragsstaaten: FR GB NL
|
|
(72) |
Erfinder: |
|
- Vetter, Axel,
c/o Philips
D-22335 Hamburg (DE)
- Bathe, Christoph,
c/o Philips
D-22335 Hamburg (DE)
|
(74) |
Vertreter: Hartmann, Heinrich, Dipl.-Ing. et al |
|
Philips Corporate Intellectual Property GmbH,
Habsburgerallee 11 52064 Aachen 52064 Aachen (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 378 274 US-A- 2 280 886
|
EP-A- 0 438 775 US-A- 3 427 244
|
|
|
|
|
- THE ENGINEERS' DIGEST, Bd. 16, Nr. 1, Januar 1955 Seiten 14-16,
- DATABASE WPI Section Ch, Week 9410 Derwent Publications Ltd., London, GB; Class A18,
AN 94-082266 & US-A-5 292 444 (LUNDBERG R D ET AL) , 8.März 1994
|
|
|
|
Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft eine Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Drehanoden-Röntgenröhre ist aus der EP-A-578
314 (US-A-5 381 456) bzw. aus der EP-A-378 274 (US-A-5,077,775) bekannt. Bei rotierender
Drehanode verteilt sich das Schmiermittel im Rillenmuster so, daß sich ein hydrodynamischer
Schmierfilm ausbildet und die beiden Lagerteile aufeinander "schwimmen". Das Lager
arbeitet dann praktisch verschleißfrei.
[0002] 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 Stillstand der Drehanode oder nach einem Abbremsvorgang des Lagers bei
hohen Temperaturen (bzw. niedriger Schmiermittelviskosität) witgehend aus dem Bereich
des Rillenmusters herausgedrängt wird.
[0003] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Verschleiß zu verringern. Diese
Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.
[0004] Im Normalbetrieb, d.h. bei rotierendem Gleitlager, ist der Feststoffzusatz praktisch
unwirksam. Bei den Start- und Stoppvorgängen jedoch trennt der Feststoff die Lagerflächen
voneinander und vermindert dadurch den Lagerverschleiß.
[0005] 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 Rillenmuster zusetzt.
[0006] 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.
[0007] Die Erfindung wird nachstehend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Die in der
Zeichnung dargestellte Drehanoden-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
gegenüberliegenden Fläche beim Einschalten einer Hochspannung Röntgenstrahlung erzeugt
wird. Die Röntgenstrahlung kann durch ein Strahlenaustrittsfenster 6 im Kolben austreten,
das vorzugsweise aus Beryllium besteht. Die Anodenscheibe 5 ist über ein Gleitlager
mit einem Trägerkörper 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 konzentrisch umschließende Lagerschale 9, die an ihrem unteren Ende
einen Rotor 10 zum Antrieb der am oberen Ende befestigten Anodenscheibe 5 aufweist.
[0008] Die Lagerachse 8 und die Lagerschale 9 bestehen aus einer Molybdän-Legierung (TZM).
Stattdessen kann aber auch Molybdän oder eine Wolfram-Molybdän-Legierung verwendet
werden. Bei der dargestellten Konfiguration ist die Lagerachse 8 der feststehende
und die Lagerschale 9 der rotierende 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.
[0009] 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 Durchmesser zumindest
annähernd dem Durchmesser der Lagerachse 8 im oberen Bereich entspricht und der mit
dem Trägerkörper 7 verbunden ist. Die Innenkontur der Lagerschale ist dem Abschnitt
14 angepaßt.
[0010] Die freien Stirnflächen auf der Ober- und auf der Unterseite des Abschnitts 14 sind
mit einem Rillenmuster versehen, das sich aus Paaren von aufeinander zulaufenden Rillen
zusammensetzt. Vorzugsweise verlaufen die Rillen dabei entsprechend den Bogenstücken
von zwei logarithmischen Spiralen mit entgegengesetztem Umlaufsinn. Hierdurch können
in axialer Richtung wirkende Kräfte aufgenommen werden.
[0011] Der Spalt zwischen der Lagerachse 8 und der Lagerschale 9 ist zumindest im Bereich
des Rillenmusters mit einem flüssigen Schmiermittel gefüllt, vorzugsweise einer Galliumlegierung.
Die Breite des Spaltes kann der Tiefe der Rillen entsprechen und in der Praxis beispielsweise
zwischen 10 µm und 30 µm liegen. Wenn die Drehanode in der vorgeschriebenen Drehrichtung
rotiert, wird das Schmiermittel 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.
[0012] Erfindungsgemäß ist dem Schmiermittel ein Feststoff zugesetzt, der bei den Start-
und Stoppvorgängen die Reibung zwischen der Lagerschale 9 und der Lagerachse verringert.
Im folgenden werden einige dafür geeignete Schmiermittelzusätze genannt:
a) Wolframdiselenid (WSe2) oder Tantaldiselenid (TaSe2). Diese Feststoffe verhindern den Verschleiß dadurch, daß sie mit ihrer lammelaren
Kristallstruktur zwischen 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 Gleitreibungskoeffizient zwischen nicht geschmierten TZM-bzw Molybdän-Lagerflächen
wird durch den Zusatz von Molybdänsulfid auf weniger als ein Zehntel seines Wertes
ohne diesen Fesstoff 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
hergestellt 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 vertriebenen Partikel ist in der
EP-PS 216 278 beschrieben. Diese Partikel haben die Form von Kugeln, deren mittlerer
Durchmesser je nach Wahl der Parameter des Herstellungsprozesses zwischen 10 und 2000
nm betragen 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 American", 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.
[0013] 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 besteht die Gefahr, daß die Rillen
des Rillenmusters von dem Feststoff zugesetzt werden, was die Funktionsfähigkeit des
Lagers im Normalbetrieb (rotierende Drehanode) beeinträchtigen kann.
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 zwischen den Lagerflächen
ein zumindest im Betriebszustand flüssiges Schmiermittel in Form einer Galliumlegierung
befindet,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Schmiermittel ein Feststoff mit niedriger Gleitreibung zugesetzt ist und
daß der Feststoffgehalt zwischen 0,05 und 5 Gew. % liegt.
2. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Wolframoder Tantaldiselenid besteht.
3. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Molybdändisulfid besteht.
4. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus monodispersen Oxidpartikeln besteht.
5. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoff aus Fullerenen besteht.
6. Drehanoden-Röntgenröhre nach Anspruch 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Feststoffgehalt zwischen 0,1 und 2 Gew.%, insbesondere zwischen 0,3 und 1
Gew. % liegt.
1. A rotary-anode X-ray tube, comprising a sleeve bearing with a stationary and a rotatable
bearing portion (8, 9) provided with facing bearing faces, at least one of which is
provided with a groove pattern (11), a lubricant in the form of a gallium alloy which
is liquid at least in the operating condition being present between said bearing faces,
characterized in that a solid having a slow riding friction is added to the lubricant,
and that the solid content is between 0.05 and 5% by weight.
2. A rotary-anode X-ray tube as claimed in Claim 1, characterized in that the solid consists
of tungsten diselenite or tantalum diselenite.
3. A rotary-anode X-ray tube as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the solid
consists of molybdenum disulphide.
4. A rotary-anode X-ray tube as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the solid
consists of monodisperse oxide particles.
5. A rotary-anode X-ray tube as claimed in Claim 1 or 2, characterized in that the solid
consists of fullerenes.
6. A rotary-anode X-ray tube as claimed in the Claims 1 to 5, characterized in that the
solid content is between 0.1 and 2% by weight, notably between 0.3 and 1% by weight.
1. Tube à rayons X à anode rotative avec un palier à glissement qui comprend une pièce
de palier fixe et une pièce de palier rotative (8, 9) avec des surfaces de palier
tournées l'une vers l'autre dont au moins une des surfaces est dotée d'un dessin rainuré
(11), un lubrifiant liquide, du moins à l'état de fonctionnement, se trouvant entre
les surfaces de palier sous la forme d'un alliage de gallium,
caractérisé en ce qu'une matière solide à faible frottement est ajoutée au lubrifiant
et que la teneur en matières solides se situe entre 0,05 et 5% en poids.
2. Tube à rayons X à anode rotative selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que la matière première se compose de diséléniure de tungstène ou
de tantale.
3. Tube à rayons X à anode rotative selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que la matière première se compose de disulfure de molybdène.
4. Tube à rayons X à anode rotative selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que la matière première se compose de particules d'oxyde monodispersées.
5. Tube à rayons X à anode rotative selon l'une des revendications 1 ou 2,
caractérisé en ce que la matière première se compose de charges.
6. Tube à rayons X à anode rotative selon l'une des revendications 1 à 5,
caractérisé en ce que la teneur en matières premières se situe entre 0,1 et 2% en
poids, en particulier entre 0,3 et 1% en poids.