Drehanoden-Röntgenröhre mit einem Gleitlager

Beschreibung

[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.

Ansprüche

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.

Claims

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.

Revendications

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.

Zeichnung