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Vakuumabdichtung für Drehwellen Die Erfindung betrifft eine Vakuumabdichtung
für eine Drehwelle einer Röntgenröhre oder verschiedener anderer Ein.-ichtuncen.
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Bisher hat man eine Drehwelle hermetisch abgedichtet, indein man ein
weiches nachgiebiges Abdichtungsmaterial wie Gu..lmi gleitbar um die Drehwelle herum
anbrachte. Besonders bei hohen Drehzahlen wurde jedoch das Abdichtungsmaterial in
ziemlich kurzer Zeit abgenutzt, was zu einer Beschädigung der luftdichten Abdichtung
führte.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vakuumabdichtung zu schaffen, in
welcher keine körperliche Berührung, d.h.
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Festkörper-zu Festkörper-Beruhrung an der Stelle stattfindet, wo Abnutzung
und Reibung unvermeidbar sind, so daß die Vorrichtung mit minimalen Energieverlusten
arbeitet.
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Gesäß der Erfindung wird eine Flüssigkeit gegen eine befestigte Stand
oder den Boden einer ringförmigen Aussparung, die in einem Flansch der Drehwelle
ausgebildet ist, durch Zentrifugalwirkung gepresst, so daß die Flüssigkeit eine
kreisförmige Trennwand bildet, ohne daß eine Festkörper-Festkörperberührung vorhanden
wäre, die zu einer Herabsetzung des Drehmomentes führen wUrde.
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Die Erfindung wird nachstehend mit bezug auf die Zeichnungen beispielsweise
näher erläutert.
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Figur 1 stellt einen teilweise geschnittenen Aufriß einer Vakuumabdichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dar; Figur 2 zeigt einen Schnitt längs
der Linie II-II der Figur 1, Figur 3 ist eing vergrößerte Ansicht eines Teils der
Figur 1 mit Darstelltzg der in Betrieb befindlichen
Ein-ichtung
und Figuren zeigen ähnliche Ansichten wie Figur 1, von 4 - 7 denen jede eine abgewandelte
Ausführung,sforder Erfindung beinhaltet.
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In einer rotierenden Antikathoden-Röntgenröhre ist beispielsweise
eine Drehwelle 3 einer Antikathode in eine zylindrischen Stutzen 2 gelagert, der
mit einem luftdichten Vakuumgehäuse 1 verbunden ist, welches die darin enthaltene
Antikathode aufweist. Die Drehwelle 3 ist mittels Kugellagern oder dergleichen,
die nicht dargestellt sind, in dem zylindrischen Stutzen 2 gelagert und über eine
Antriebsscheibe am Ende der Welle 3 mit einem Elektromotor verbunden. Der Zylinderstutzen
2 weist einen ringförinigen Hohlraum 4 auf, der so ausgebildet ist, daß er zur Umfang
fläche der Drehwelle 3 hin offen ist. Ein Mantel 5 umgibt den ringförmigen Hohlraum
bzw. Ringkanal 4 derart, daß Kühlwasser hindurchfließen kann. Die Drehwelle 3 hat
einen scheibenföniiigen Flansch 6, dessen Umfangsteil im Ringkanal 4 angeordnet
ist und ringsherum eine Anzahl Flügel 7 tragt.
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An jeder Seite des Flansches 6 hat die Drehwelle konische Flansche
8. Der Ringkanal 4 ist mit einer Flüssigkeit 9, wie Quecksilber oder Vakuwnpumpenoel
mit niedrigem Dampfdruck und geringer Viskosität gefüllt.
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In Betrieb dreht sich die Drehwelle 3 mit hoher Drehzahl und die Flüssigkeit
9 zirkuliert im Boden des Ringkanals 4 (Figuren 1 und 2) zusammen mit den sich drehenden
Flansch 6, weil die Flüssigkeit 9 mit de Flansch 6 in 3eflthrung steht und von den
Flügeln 7 vorwärts Gedruckt wird. Daraus ergibt sich, daß die Flüssigkeit 9 aufgrund
der in radialer Richtung wirkenden Zentrifugalkraft gegen den Boden des Ringkanals
4 gedrückt wird.
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Wenn die Drehwelle 3 mit zunehmend größerer Drehzahl rotiert, wird
die Flüssigkeit 9 längs des Bodens des Ringkanals 4 verteilt, bis sie eine ringförmige
Gestaut annimmt und zusammen mit dec Flansch 6 innerhalb des Ringkanals 4 zirkuliert,
wodurch eine Trennwand gebildet wird, die den Umfangsteil des Flansches 6 mit dem
Boden des Ringkanals 4 verbindet.
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enn das Gehäuse 1 evakuiert ist, entsteht eine Differenz a im Flüssigkeitsspiegel
an der Innenseite und der Außenseite des Flansches 6, wie in Figur 6 dargestellt
ist.
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Angenommen, die Dichte der Flüssigkeit 9 sei #, der Radius des Flansches
6 sei r und die Winkelgeschwindigkeit des Flansches sei , so wirkt eine Zentrifugalkraft
Fj F = 3 rt32 auf die Flüssigkeit 9, so daß die Flüssigkeit gegen
den
Boden des Ringkanals 4 gedrückt wird. Wenn die Flüssigkeit 9 aus Quecksilber besteht,
der Fdius r 5 cm beträgt und die Drehzahl bei 2.500 UpM liegt, beträgt trägt die
Zentrifugalkraft F ungefähr 548.200 cm/sec.
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Dies ist ungefähr 355 mal so groß wie die Erdbeschleunigung (980 cm/sec.2)
weswegen die Differenz a im Spiegel der Flüssigkeit 9 etwa 2,1 mm betragen wird.
Wenn als Flüssigkeit 9 Oel verwendet wird, ist die Differenz des Spiegels der Flüssigkeit
9 etwa 30 mm.
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Während der Drehung der Welle 3 und speziell während des Anlaufens
und des Abstoppens fließt die Flüssigkeit 9 im Ringkanal 4 längs des zylindrischen
Stutzens 2, wie durch die Pfeile in Figur 5 gezeigt ist, dann weiter zur Drehwelle
3 und nthrt dann längs des Umfangsteils der konischen Flansche 8 in den Ringkanal
4 durch Wirkung der Zentrifugalkraft zurück. Auf diese Weise bleibt die Flüssigkeit
9 imrner im Ringkanal 4 ohne sich über den ganzen Raum innerhalb des zylindrischen
Stutzens 2 zu verteilen. Da die durch die Reibung der strömenden Flüssigkeit entwickelte
Wärme durch das durch den Mantel 5 fließende Wasser absorbiert wird, besteht keine
Gefahr, daß der Dampfdruck der Flüssigkeit mit der Temperatur übertrieben erhöht
wird.
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Figur 4 zeigt eine andere Ausführungsforin gemäß der Erfindung, bei
welcher die Drehwelle 3 in vertikaler Stellung angeordnet ist und eine Flüssigkeit,
wie Quecksilber oder Hochvakuumpurnpenoel den Ringkanal 4 füllt, wie durch die strichpunktierte
Linie 9 gezeigt ist. Wenn die Drehwelle 3 rotiert, wird die Flüssigkeit 9 durch
die Flügel 7 längs des Ringkanals 4 in Zirkulationsbewegung gebracht, wodurch aufgrund
der Zentrifugalwirkung eine, durch eine feste Linie dargestellte Trennwand gebildet
wird. Die Trennwand verbindet nunmehr den Boden des Ringkanals 4 und den Umfangsabschnitt
des Flansches 6. Da die Oberseite des Flansches 6 gegenüber der unteren Seite isoliert
ist, entsteht ein Spiegelunterschied a der Flüssigkeit auf der Atmosphärenseite
gegenüber der Vakuumseite.
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Figur 5 zeigt noch eine andere Ausführung, gemäß welcher der Flansch
6 keine Flügel 7 trägt. Wenn die Drehwelle 3 mit hoher Drehzahl rotiert, zirkuliert
die Flüssigkeit 9, die mit dem Flansch 6 in Berührung steht mit diesen, wodurch
der gesamte Umfang des Flansches 6 mit dem Boden des Ringkanals 4 verbunden ist,
Gemäß
den Ausführungen der Figuren 6 und 7 ist der UmSangsteil des Flansches 10, der an
der Drehwelle 3 vorgesehen ist, nach innen umgebogen oder abgewinkelt, wodurch ein
Ringkanal 11 gebildet wird, der zur Drehwelle 3 hin offen ist und mt der Flüssigkeit
9 gefüllt ist. Weiterhin ist ein kreisförmiger Scheibenflansch 12 am zylindrischen
Stutzen 2 derart vorgesehen, daß der Umfangsabschnitt dieses Flansches 12 sich innerhalb
des Ringkanals 11 befindet. Wenn die Drehwelle 7 rotiert, zirkuliert die Flüssigkeit
9 mit der Welle 3 und wird aufgrund der Zentrifugalkraft, wie in den Zeichnungen
dargestellt, in engen Kontakt mit dem-Boden des Ringkanals 11 gebracht, so daß der
ganze Umfangsteil des Flansches 12 in die Flüssigkeit 9 eingetaucht ist. Daraus
ergibt sich, daß die Räume an beiden Seiten der Flansche 10 und 12 gegeneinander
isoliert sind. Die Figuren 6 und 7 zeigen weitere Ausbildungen gemäß der Erfindung,
bei denen die Drehwelle 3 jeweils in horizontaler und vertikaler Stellung angeordnet
ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich gemaß der Erfindung,
daß die Flüssigkeit gegen die stationäre Wand bzw. den Stutzen oder den Boden des
ringförmigen Kanals gedrückt wird, der im Flansch der DrenT;enle 3 vorgesehen ist,
und zwar aufgrund der Ze-itrifugaikraft so caP die
Flüssigkeit eine
kreisför;2ii3e Trennwand bildet, in welche die Drehwelle oder der äußere Umfang
des Flansches eintaucht, um eine luftdichte Abdichtung zu schaffen. Da die Flüssigkeit
9 aufgrund der auf sie wirkenden Zentrifugalkraft eine sehr große Ptadialbeschleunigung
hat, ist es möglich den Spiegelunterschied a der Flüssigkeit an der Innenseite und
der Außenseite der Trennwand herabzusetzen. Dies ermöglicht, die Größe und das Gewicht
des Abdichtungsteils auf ein Minimum zu reduzieren. Da die Vorrichtung gemäß der
Erfindung jegliche Berührung zwischen zwei Festkörpern vermeidet, ist auch die Gefahr
ausgeschaltet, daß die Abdichtung an jenem Teil abgenutzt wird, was weiterhin jegliche
Leckverluste der Flüssigkeit ausschaltet. Darüberhinaus ist die Vorrichtung gemäß
der Erfindung sehr vorteilhaft, da der Energieverlust aufgrund der Reibungswirkung
der strö;nenden Flüssigkeit extrem niedrig ist, mit dein Effekt, daß das erforderliche
Drehmoment für das Drehen der Drehwelle herabgesetzt werden kann.