DE2724732C3 - Hochvakuumdichte Lageranordnung der Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hochvakuumdichte Lageranordnung der Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Für den Betrieb eines Röntgengenerators mit einer Drehanode ist es erforderlich, daß innerhalb der Röntgenröhre ein Hochvakuum von l,3-10-⁵mb herrscht, wünschenswert sind sogar 1,3 · IO~⁷ mb. Drehanoden in Röntgengeneratoren werden zur Intensitätserhöhung auf das 10- bis 20fache gegenüber konventionellen Generatoren mit fester Anode verwendet. Derartige Generatoren werden zur Erzeugung von Röntgenstrahlen insbesondere für die Herstellung von Beugungsspektren verwendet

Wesentliches Problem bei Röntgengeneratoren mit Drehanoden ist, die Lagerung für die drehbare Anode und deren motorischen Antrieb von außen vakuumdicht zu gestalten, wobei erschwerend hinzukommt, daß Drehzahlen für die Anode in der Größenordnung von 4000 bis 10 000 U/min beherrscht werden müssen. Gleichzeitig ist die Anode eines solchen Röntgengenerators vorzugsweise durch eine Kühlflüssigkeit zu kühlen, welche ebenfalls durch die Lageranordnung der Anode zugeführt und wieder abgeführt werden muß.

Es sind Lageranordnungen für Drehanoden bei Röntgengeneratoren bekannt, bei denen zur Erzielung einer — bisher allerdings nicht befriedigenden — Vakuumdichte in Hochvakuumöl laufende Simmerringe verwendet werden. Im allgemeinen werden zwei Simmerringe verwendet, und zwar ist einer zur Abdichtung gegenüber dem äußeren Luftraum und der andere zur Abdichtung gegenüber dem innen liegenden Hochvakuumraum vorgesehen. Solche Simmerringe müssen geschmiert werden und es ist bekannt, entweder eine Zwangsumlaufschmierung vorzusehen oder eine Eigenschmierung. Nachteilig ist in beiden Fällen, daß bei allmählicher Abnutzung der Simmerringe ein Eindiffundieren von öldampf in den Hochvakuumraum des Röntgengejierators nicht zu vermeiden ist. Durch

so Abreißen des die Simmerringe schmierenden Ölfilms ist nur eine geringe Lebensdauer für die Lageranordnung gegeben (ca. 400 bis 600 Stunden). Die Abdichtung muß dann erneuert werden.

Man hat auch schon bei derartigen mit Simmerringen ausgestatteten Lageranordnungen Mehrkammersysteme mit abgestuftem Vorvakuum vorgesehen. Solche Anordnungen sind baulich außerordentlich aufwendig und sind besonders der Gefahr des Abreißens des Ölfilms der die Kammern abgrenzenden Simmerringe ausgesetzt.

Es ist ferner eine hochvakuumdichte Lageranordnung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art bekannt (US-PS 24 88 200), bei welcher Flüssigkeitsdichtungen mit hochviskosen Dichtflüssigkeiten nach dem Manometerprinzip benutzt werden. Mit derartigen, von sich aus vakuumdichten Dichtungen sind jedoch die heute im Anoden-Kathoden-Raum anzustrebenden Hochvakua 1,3 · 10-⁵ bis 1,3 · 10~⁷ mb) nicht erreichbar, weil das als hochviskose Flüssigkeit in Betracht

so kommende öl nur einen Unterdruck von allenfalls 1,3 ■ 10-⁴ mb erlaubt. Außerdem verbieten auch die bei modernen Röntgengeneratoren zu beherrschenden hohen Drehzahlen der Anode (4000 bis 10 000 U/min) wegen Verspritzungsgefahr der Dichtflüssigkeit die Verwendung von Flüssigkeitsdichtungen.

Die bei dieser Lageranordnung vorgesehenen Kugellager haben selbst keinerlei Dichtungsfunktionen.

Bei einer weiteren gattungsgemäßen hochvakuumdichten Lageranordnung, bekannt aus der DE-AS 23 08 508, ist ein dem Vakuum zugewandtes Drehlager vorhanden, auf dessen Rückseite eine Vorvakuumkammer angeordnet ist. Letztere ist einer mit einer Sperrflüssigkeit enthaltenden Behälter in Verbindung stehenden Kammer nachgeschaltet. Die eigentliche Hochvakuumdichtung wird durch eine Radialabdichtung gebildet, über deren Bauart genaue Hinweise ledoch fehlen und die auch von dem dem Vakuum zugewandten Drehlager getrennt angeordnet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochvakuumdichte Lageranordnung für die Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator zu schaffen, die in ihrer Art einfach ist, den heute hohen Anforderungen hinsichtlich des Unterdrucks im Vakuumraum und der Drehzahl der Drehanode voll genügt, zugleich eine hohe Lebensdauer gewährleistet und das Abtropfen von öl in den Hochvakuumiaum weitestgehend verhindert.

Diese Aufgabe wird bei einer Lageranordnung gemäß ι ο dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit den im Kennzeichen angegebenen Merkmalen gelöst

An sich sind durch zwei Dichtscheiben geschlossene Kugellager, zum Beispiel aus »Wälzlagertechnik« Januar 1968, bekannt. Dort steht indes nur der Staubschutz derartiger Kugellager zur Diskussion. Der Einsatz für eine Druckabdichtung wird als eng begrenzt bezeichnet, das heißt also die Meinung vertreten, daß derartige Kugellager nicht hochvakuumdicht sind.

Nun hat sich aber entgegen dieser Meinung gezeigt, in daß bei Verwendung von mit Dichtscheiben geschlossenen Kugellagern unter Anordnung einer Vorvakuumkammer zwischen den Kugellagern eine vollständig hochvakuumdichte Lageranordnung für den angegebenen Zweck erzielt wird.

Gegenüber den bekannten Lageranordnungen der Drehanode ergeben sich durch die Erfindung folgende Vorteile: Es besteht nicht die Gefahr eines Abdampfens von öl in den Rezipient. Die Lageranordnung hat hinsichtlich ihrer Hochvakuumdichte eine längere Lebensdauer, dadurch ist eine wesentliche Steigerung •der Effizienz einer solchen Röntgenanlage wegen kürzerer Ruhezeiten des Generators ermöglicht. Es ist ein höheres Vakuum erreichbar, wodurch sich die Lebensdauer der Kathode des Röntgengenerators verlängert. Auch sind höhere Drehzahlen für die Drehung der Anode möglich, so daß der jeweilige Röntgengenerator eine verbesserte Leistung hinsichtlich der abgestrahlten Röntgenstrahlung erbringt.

Auch kann der Generator mit einer kontinuierlichen Veränderung bzw. Einstellung der Drehzahl der Anode betrieben werden. Dies ist zumindest bei mit Simmerringen abgedichteten Lageranordnungen für die Drehanode nicht möglich, da die Dichtwirkung von Simmerringen nur für bestimmte Drehzahlen, die auch sofort erreicht werden müssen, tatsächlich gut ist.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Eb zeigt

F i g. 1 schematisch im Schnitt die Lageranordnung für eine Drehanode in einem Röntgengenerator;

F i g. 2 eine nur auf die Lagerteile selbst beschränkte Schnittansicht der Ausführungsform nach F i g. 1 mit Labyrinthdichtungen;

Fig. 3 eine nur auf die Darstellung der Lagerteile beschränkte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform;

F i g. 4 die Ausführungsform nach F i g. 3 mit zusätzlicher Labyrinthdichtung;

F i g. 5 die Ausführungf-form nach F i g. 3 mit zwei Labyrinthdichtungen.

Gemäß Darstellung in F i g. 1 ist mit 1 ein Flansch der Haube des R4ntger>gen£i-ators bezeichnet. In dem Raum links ^von <Jem Flansch 1 innerhalb des Röntgengenerators s-oll 'iochvakuum herrschen. In Fig. 1 rechts van deW Flansch 1 ist Außenluft. In einer öffnung des FlHnsch^s 1 if-t ein äußerer Lagerkörper 2 fest angeordnet, der ds Lugerhülse ausgebildet ist. Konzentrisch innerhalb der Hülse 2 ist über eine unten beschriebene Anordnung ein innerer Lagerkörper 3 gehalten, welcher auf einer Anodenweile 4 angeordnet ist Die Anodenwelle 4 ist an ihrem äußeren, in F i g. 1 nach rechts über den Flansch 1 vorstehenden Ende mit einem Antrieb für die Drehung der Anode verbindbar. An ihrem inneren Ende läuft die Anodenwelle 4 in einen Flansch 5 aus, an dessen Außenrand bei 6 der Anodenkörper aufsetzbar ist. Der dadurch gebildete, aber nicht dargestellte Anodeninnenraum ist entsprechend den Pfeilen von Kühlwasser durchflossen. Dazu ist ein Kühlwasser Zuführ- und Verteilerkörper 7 vorgesehen, der sich als Rohr 8 durch die Anodenwelle 4 hindurch erstreckt, wobei das Kühlwasser in eine Einlaßöffnung 9 eintritt und bei 10 in den Anodeninnenrauru austritt, durch an dem Verteiler 7 vorgesehene Bleche 11 verteilt wird und entsprechend den Pfeilen 12 am Flansch 5 entlang zurückströmt, um über Umfangsschlitze 13 und Spalte 14 zwischen dem Rohr 8 und der Anodenwelle 4 bei 15 nach außen zu strömen.

Die eigentliche vakuumdichte Lageranordnung zwischen der äußeren Lagerhülse 2 und dem inneren auf der Anodenwelle 4 angeordneten Lagerkörper 3 wird durch Kugellager !6, 17, 18 gebildet. Jedes dieser Kugellager besteht aus einem Rillenkugellager mit zwei den Kugelring zwischen den Lagerringen nach außen dicht abschließenden Dichtscheiben 16a. 160; 17a, 176; 18a, 180. Jedes Lager 16,17,18 ist in seinem Innenraum zwischen den jeweiligen Dichtscheiben mit Hochvakuumfett vollständig gefüllt. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform bilden die Lager 16 und 17 die Lager auf der dem Vakuum zugewandten Seite der Lageranordnung während das Lager 18 auf der der Außenluft zugewandten Seite liegt. Zwischen den Lagern 17 und 18 ist eine Kammer 19 gebildet, welche über eine Leitung 20 an ein Vorvakuum angeschlossen ist Die Leitung 20 mündet dazu in eine Öffnung 21 in der äußeren Lagerhülse 2 und ist auf der anderen Seite mit einer Durchlaßbohrung 22 im Flansch 1 verbunden, an welche bei 23 eine Vakuumleitung anschließbar ist.

Für die Aufnahme des inneren Lagers 16 ist am Lagerkörper 3 eine Schulter 24 vorgesehen. Die äußere Lagerhülse 2 weist eine Schulter 25 auf, so daß sich das Lager 16 zwischen den Schultern 24 und 25 befindet. Gehalten wird das Lager durch in die äußere Lagerhüise 2 bzw. in den inneren Lagerkörper 3 eingeschraubte Spannmuttern 26, 27. Zwischen Lager 16 und Schulter 25 ist ein O-Ring 28 vorgesehen. Im übrigen \zl zwischen dem inneren Lagerkörper 3 und dem Flansch 5 der Anodenwelle 3 ebenfalls ein O-Ring 29 angeordnet.

Das innere Lager 17 liegt einerseits an einer weiteren Schulter 30 der äußeren Lagerhülse 2 an. Zwischen Lager 17 und Schulter 30 ist ein O-Ring 31 vorgesehen. An der Außenseite ist das Lager 17 über die Kammer 19 einschließende Abstandsringe 32, 33 an der Innenseite des äußeren Lagers 18 abgestützt. Das äußere Lager 18 ist seinerseits von der Außenseite her durch eine in die äußere Lagerhülse einschraubbare Spannmutter 34 gehalten, so daß die Lager 17 und 18 gemeinsam durch die Spannmutter 34 verspannt sind. Zwischen Spannmutter 34 und Lager 18 bzw. zwischen äußerer Lagerhülse 2 und Lager 18 ist ein O-Ring 35 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist es zweckmäßig, daß der Raum zwischen den beiden innerer Lagern 16 und 17 durch ein Fettpolster 36 ausgefüllt ist.

Wird im Betrieb die Kammer 19 an ein Vorvakuum angelegt, so ist durch die beschriebene Lageranordnung

eine bis zu 10~⁷Torr hochvakuumdichte Durchführung der Anodenwelle 4 durch den Flansch 1 geschaffen.

In der Darstellung der Ausführungsform nach F i g. 2 sind bereits beschriebene Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert. Anstelle der Abstandsringe 32 und 33 in der Kammer 19 sind zu beiden Seiten benachbart der Lager 17 und 18 innerhalb der Kammer 19 Labyrinthdichtungen 41, 42 vorgesehen. Diese Labyrinthdichtungen bestehen jeweils aus einem äußeren, mit der Lagerhülse 2 verbundenen Dichtungsteil 41 a bzw. 42a mit etwa radial nach innen vorstehenden Lamellen sowie aus einem inneren, auf dem Lagerkörper 3 sitzenden Dichtungsleil 41 b bzw. 42ö mit radial nach außen vorstehender Lamelle, wobei an jedem Dichtungsteil ein oder mehrere Lamellen vorgesehen sein können, die mit den Lamellen des anderen Dichlungsieil kämmen. In den Zwischenräumen zwischen den Lamellen ist jeweils ein Fettpolster 43 aus Hochvakuumfett vorgesehen. Die Labyrinthdichtungen 41, 42 erfüllen gleichzeitig die Funktion der Abstandsringe, so daß auch hier die Lager 17 und 18 durch die äußere Spannmutier 34 verspannt sind.

Bei der Ausführungsform nach Fi g. 3 sind bereits in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert. Bei dieser Ausführungsform ist kein inneres Lager 17 vorgesehen. Vielmehr liegen die Abstandsringe 32, 33 in der Kammer 19 unmittelbar an der Schulter 30 des inneren Lagerkörpers 3 an. Zwischen dem Abstandsring 32 und der Schulter 30 ist ein O-Ring 44 angeordnet.

Bei der Ausführungsform nach Fig.4 ist an der Innenseite der Kammer 19 zwischen den Abstandsringen 32, 33 und der Schulter 30 mit O-Ring 45 eine Labyrinthdichtung 46 angeordnet. Diese Labyrinthdichtung 46 weist einen äußeren, an der äußeren Lagerhülse 2 anliegenden Dichtungsteil 46a mit radial nach innen vorstehender Lamelle auf sowie einen inneren, auf dem inneren Lagerkörper 3 angeordneten Dichtungsteil 460 mit radial nach außen vorstehender Lamelle, wobei die

κι Lamellen kämmen und zwischen sich ein Fettpolster 47 haben. Zwischen Labyrinthdichtung 46 und Kugellager 16 ist ein Fettpolster 48 angeordnet, welches dem Fettpolster 36 nach F i g. 1 entspricht. Die übrigen Teile dieser Ausführungsform sind, soweit sie ihrer Funktion

π und Ausbildung bereits vorher beschriebenen Teilen entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals erläutert

Bei der Ausbildung nach F i g. 5 sind beide Seiten der Kammer 19 durch Labyrinthdichtungen 50, 51 gegenüber den Kugellagern 16 bzw. 18 abgedichtet. Die Ausbildungen der Labyrinthdichtungen entsprechen den vorher beschriebenen Ausbildungen. Die äußeren Dichtungsteile 50a und 51a liegen axial aneinander an und entsprechen funktionell den Abstandsringen 32, 33.

>·-> Zwischen dem äußeren Dichtungsteil 50a der Labyrinthdichtung 50 und der Schulter 30 ist ein O-Ring 52 vorgesehen und ein entsprechender O-Ring 53 ist zwischen dem äußeren Dichtungsteil 51a der Labyrinthdichtung 51 und dem Lager 18 angeordnet. Im übrigen

in sind wiederum gleiche bereits beschriebene Teile nicht nochmals erläutert und mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Hochvakuumdichte Lageranordnung der Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator,

a) mit einem in einem Flansch (1) der unter Hochvakuum stehenden Generator-Röhrenhaube angeordneten äußeren als Hülse (2) ausgebildeten Lagerkörper

b) und einem diesem gegenüber drehbar gelagerten inneren mit der Anodenwelle (4) verbundenen Lagerkörper (3),

c) sowie mit einer zentralen Kühlmittel-Durchführung innerhalb des inneren Lagerkörpers (3) für die Zu- und Abführung eines Kühlmittels für die Anode,

d) wobei zwischen zwei axial beabstandeten, durch Kugellager (16, 17, 18) gebildeten Lagerstellen eine Kammer (19) vorgesehen ist, die an ein Vorvakuum angeschlossen bt,

dadurch gekennzeichnet, daß

e) die auf der dem Vakuum und der der Außenluft zugewandten Seite der Lageranordnung jeweils angeordneten Kugellager (16, 17, 18) mindestens ein mit zwei Dichtscheiben (16a, b; Ua, b; 18a, b) geschlossenes Kugellager (16, 17, 18) umfassen,

f) die geschlossenen, in Hochvakuumfett laufenden Kugellager (16, 17, 18) handelsübliche Rillenkugellager mit zwei Dichtscheiben (16a, b; t7a,b;\8a,b)smd.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

g) daß innerhalb der Kammer (19) auf zumindest einer, vorzugsweise beiden, den Kugellagern (17, 18) zugewandten Seiten eine fettgefüllte Labyrinthdichtung (41, 42; 46; 50, 51) angeordnet ist,

h) die je aus einem äußeren mit der Lagerhülse verbundenen Dichtungsteil (41a, 42a; 46a; 50a, 5\a) und einem inneren mit dem inneren Lagerteil (3) verbundenen Dichtungsteil (416, 426; 46b,), welches mit dem äußeren Dichtungsteil kämmt, besteht.

3. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Kugellager mit ihren äußeren Laufringen gegenüber der Lagerhülse (2) durch mindestens einen O-Ring (28, 31, 35) abgedichtet sind.

4. Lageranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossenen Kugellager mit ihren inneren Laufringen gegenüber der Anodenwelle durch mindestens einen O-Ring abgedichtet sind.