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Hochvakuumdichte Lageranordnung der Drehanode
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in einem Drehanoden-Röntgengenerator
Die Erfindung
bezieht sich auf eine hochvakuumdichte Lageranordnung der Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator
mit einem in einem Flansch der Generator-Röhrenhaube angeordneten äusseren, als
Hülse ausgebildeten Lagerkörper und einem diesem gegenüber drehbar gelagerten inneren,
mit der Anodenwelle verbundenen Lagerkörper, sowie mit einer zentralen Kühlmittel-Durchführung
innerhalb des inneren Lagerkörpers für die Zu- und Abführung eines Kühlmittels für
die Anode.
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Für den Betrieb eines Röntgengenerators mit einer Drehanode ist es
erforderlich, dass innerhalb der Röntgenröhre ein -5 Hochvakuum von 1o 5 Torr herrscht,
wünschenswert sind sogar -7 1o Torr. Drehanoden in Röntgengeneratoren werden zur
Intensitätserhöhung auf das 10- bis 2o-fache gegenüber konventionellen Generatoren
mit fester Anode verwendet. Derartige Generatoren werden zur Erzeugung von Röntgenstrahlen
insbesondere für die Herstellung von Beugungsspektren verwendet.
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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 Drahzahlen für die Anode in der
Grössenordnung von 4ooo bis 1o ooo U/min. beherrscht werden müssen. Gleichzeitig
ist die Anode eines solchen Röntgengenerators vorzugsweise durch eine Kühlftissigkeit
zu kühlen, welche ebenfalls durch die Lageranordnung der Anode zugeführt und wieder
abgeführt werden muss.
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Bei bekannten Lageranordnungen für Drehanoden bei Röntgengeneratoren
werden zur Erzielung einer -bisher allerdings
nicht befriedigenden-
Vakuumdichte in Hochvakuumöl laufende Simmerringe verwendet. Im allgemeinen werden
zwei Simmerringe verwendet und zwar einer ist 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 oeldampf in den Hochvakuumraum des Röntgengenerators nicht zu vermeiden ist.
Durch Abreißen des die Simmerringe schmierenden blfilmes ist nur eine geringe Lebensdauer
für die Lageranordnung gegeben (ca. 400 bis 600 Stunden).
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Die Abdichtung muss dann erneuert werden.
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Man hat auch schon bei derartigen mit Simmerringen ausgestatteten
Lageranordnungen r2ehrkammersysteme mit abgestuftem Vorvakuum vorgesehen. Solche
Anordnungen sind baulich ausserordentlich aufwendig und sind besonders der Gefahr
des Abreißens des öl filmes der die Kammern abgrenzenden Simmerringe ausgesetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine vereinfachte und hochvakuumdichte
Lageranordnung für die Drehanode in einem Drehanoden-Röntgengenerator zu schaffen,
welche eine hohe Lebensdauer hat und das Abdampfen von öl in den Hochvakuumraum
des Röntgengenerators weitestgehend verhindert.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einer Lageranordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass auf der dem Vakuum und der der Aussenluft zugewandten
Seite der Lageranordnung
je mindestens ein mit zwei Dichtscheiben
neschlossenes Kugellager angeordnet ist und zwischen den geschlossenen Kugellagern
eine Kammer gebildet ist, die an ein Vorvakuum angeschlossen ist. Geschlossene,
mit seitlich zwischen den Laufringen des Kugellagers angeordneten Dichtscheiben
versehene Kugellager, die den Kugelring überdecken und mit Fett gefüllt sind, sind
an sich bekannt und handelsüblich. Sie werden dort als Rillenkugellager mit zwei
Dichtscheiben bezeichnet (z.B. Firma SKF, Schweinfurt). Es hat sich überraschend
gezeigt, dass bei Verwendung solcher Kugellager unter Anordnung einer Vorvakuumkammer
zwischen den Kugellagern eine vollständig hochvakuumdichte Lageranordnung für den
angegebenen Zweck erzielt wird, ohne dass es der Verwendung von zu schmierenden
Simmerringen bedarf.
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Es ergeben sich folgende entscheidende Vorteile: Es besteht nicht
die Gefahr eines Abdampfens von dl in den Rezipient.
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Die Lageranordnung hat hinsichtlich ihrer Hochvakuumdichte eine erheblich
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.
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Auch kann der Generator mit einer kontinuierlichen Veränderung bzw.
Einstellung der Drehzahl der Anode betrieben werden. Dies war bei mit Simmerringen
abgedichteten Lageanordnungen für die Drehanode bisher nicht möglich, da die Dichtwirkung
von Simmerringen nur für bestimmte Drehzahlen,
die auch sofort erreicht
sein müssen, tatsächlich gut ist.
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Zweckmässige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet. Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden im folgenden
anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch
im Schnitt die Lageranordnung für eine Drehanode in einem Röntgengenerator; Fig.
2 eine nur auf die Lagerteile selbst beschränkte Schnittansicht der Ausführungsform
nach Fig. 1 mit Labyrinthdichtungen; Fig. 3 eine nur auf die Darstellung der Lagerteile
beschränkte Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform; Fig. 4 die Ausführungsform
nach Fig. 3 mit zusätzlicher Labyrinthdichtung; Fig. 5 die Ausführungsform nach
Fig. 3 mit zwei Labyrinthdichtungen.
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Gemäss Darstellung in Fig. 1 ist mit 1 ein Flansch der Haube des Röntgengenerators
bezeichnet. In dem Raum links von dem Flansch 1, innerhalb des Röntgengenerators
soll Hochvakuum herrschen. In Fig. 1 rechts von dem Flansch 1 ist Aussenluft. In
einer Öffnung des Flansches 1 ist ein äusserer Lagerkörper 2 fest angeordnet, der
als Lagerhülse ausgebildet ist. Konzentrisch innerhalb der Hülse 2 ist über eine
unten beschriebene Anordnung ein innerer Lagerkörper 3 gehalten,
welcher
auf einer Anodenwelle 4 angeordnet ist. Die Anodenwelle 4 ist an ihrem äusseren,
in Fig. 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.
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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 1o in
den Anodeninnenraum 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.
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Die eigentliche vakuumdichte Lageranordnung zwischen der äusseren
Lagerhülse 2 und dem inneren auf der Anodenwelle 4 angeordneten Lagerkörper 3 wird
durch Kugellager 16, 17, 18 gebildet. Jedes dieser Kugellager besteht aus einem
Rillenkugel lager mit zwei den Kugelring zwischen den Lagerringen nach aussen dicht
abschliessenden Dichtscheiben 16a, 16b; 17a,17b; 18a,18b .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.
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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.
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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 Lagerhülse 2 bzw. in den inneren Lagerkörper 3 eingeschraubte
Spannmuttern 26, 27. Zwischen Lager 16 und Schulter 25 ist ein 0-Ring 28 vorgesehen.
Im übrigen ist zwischen dem inneren Lagerkörper 3 und dem Flansch 5 der Anodenwelle
3 ebenfalls ein 0-Ring 29 angeordnet.
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Das innere Lager 17 liegt einerseits an einer weiteren Schulter 30
der äusseren Lagerhülse 2 an. Zwischen Lager 17 und Schulter 30 ist ein 0-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.
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Zwischen Spannmutter 34 und Lager 18 bzw. zwischen äusserer Lagerhülse
2 und Lager 18 ist ein 0-Ring 35 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform
ist es zweckmässig, dass der Raum zwischen den beiden inneren Lagern 16 und 17 durch
ein Fettpolster 36 ausgefüllt ist.
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Wird im Betrieb die Kammer 19 an ein Vorvakuum angelegt, so ist durch
die beschriebene Lageranordnung eine bis zu lo Torr hochvakuumdichte Durchführung
der Anodenwelle 4 durch
den Flansch 1 geschaffen.
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In der Darstellung der Ausführungsform nach Fig. 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 41a bzw. 42a mit etwa radial nach innen vorstehenden Lamellen sowie
aus einem inneren, auf dem Lagerkörper 3 sitzenden Dichtungsteil 41b bzw. 42b mit
radial nach aussen vorstehender Lamelle, wobei an jedem Dichtungsteil ein oder mehrere
Lamellen vorgesehen sein können, die mit den Lamellen des anderen Dichtungsteil
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 Spannmutter 34 verspannt sind.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind bereits in Verbindung mit
Fig. 1 beschriebene Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen und werden nicht nochmals
erläutert.
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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 0-Ring 44 angeordnet.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist an der Innenseite der Kammer
19 zwischen den Abstandsringen 32, 33 und der Schulter 30 mit 0-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
46b mit radial nach aussen vorstehender Lamelle, wobei die 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 Fig. 1 entspricht.
Die übrigen Teile dieser Ausführungsform sind, soweit sie ihrer Funktion und Ausbildung
bereits vorher beschriebenen Teilen entsprechen mit gleichen Bezugszeichen versehen
und werden nicht nochmals erläutert.
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Bei der Ausbildung nach Fig. 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.
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Die äusseren Dichtungsteile Soa 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 0-Ring 52 vorgesehen und
ein entsprechender 0-Ring 53 ist zwischen dem äusseren Dichtungsteil 51a der Labyrinthdichtung
51 und dem Lager 18 angeordnet. Im übrigen sind wiederum gleiche bereits beschriebene
Teile nicht nochmals erläutert und mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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L e e r s e i t e