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QUERVERWEIS
ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese
Patentanmeldung beansprucht die Priorität aus der Französischen
Patentanmeldung Nr. 04 50905, eingereicht am 11. Mai 2004, auf deren
gesamten Inhalt hier Bezug genommen ist.
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HINTERGRUND
ZU DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur mechanischen Kraftübertragung,
und insbesondere eine Vorrichtung, die gegeneinander oder in dem
Raum drehbar bewegliche Elemente erfordert. Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann auf dem Gebiet der medizinische
Bildgebung verwendete werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Ein Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise dazu verwendet werden,
radiographische oder radioskopische Untersuchungen bzw. Anwendungen
durchzuführen.
Darüber
hinaus betrifft ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung eine Röntgenvorrichtung
und insbesondere eine bewegliche Röntgenvorrichtung.
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Es
existieren bekannte bewegliche Röntgenvorrichtungen,
die bewegliche Elemente aufweisen, die den Vorrichtungen ein Rotieren
in unterschiedliche Richtungen um einen Patient ermöglichen.
Diese beweglichen Elemente ermöglichen
auf diese weise ein Ausrichten eines Röntgenstrahls, um einen vorgegebenen
Bereich eines zu untersuchenden Objekts zu analysieren, beispielsweise
den Körper
eines Patienten. In einem Beispiel ist das Ausrichten des Röntgenstrahls
insofern von Vorteil, dass dieser sich sehr genau fluchtend mit
der Richtung des zu analysierenden Blutgefäßes ausrichten lässt.
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Es
existieren bekannte Vorrichtungen, die mehrere Antriebseinheiten
aufweisen, um bewegliche Elemente räumlich zu bewegen. Jede dieser
Antriebseinheiten weist wenigstens einen Motor, einen Riemen und
ein Untersetzungsgetriebe auf. Im Allgemeinen ist das Untersetzungsgetriebe
an einem beweglichen Element befestigt und über den Riemens mit dem Motor
verbunden. Diese Antriebseinheiten beschränken die maximale Drehzahl
des Elektromotors, so dass sich die beweglichen Elemente der Vorrichtung
mit einer begrenzten Geschwindigkeit bewegen. Beispielsweise ist
in einer radiographischen Vorrichtung eine hohe Geschwindigkeit,
die möglicherweise
die Präzision
der Bewegung des Strahls verschlechtert, für ein Ausrichten des Röntgenstrahls nicht
erforderlich.
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Allerdings
sind die Bewegungen der beweglichen Elemente der Vorrichtung mit
solchen Antriebseinheiten nicht so genau wie es wünschenswert wäre. Jedes
Element der Röntgenvorrichtung
bringt beispielsweise eine zusätzliche
Toleranz oder Spiel zwischen sich selbst und den Elementen ein,
an denen es befestigt ist. Da die Antriebseinheit wenigstens drei
Elemente aufweist, sind zahlreiche Toleranzen zwischen diesen Ele mente
vorhanden. Diese Toleranzen reduzieren die Gesamtpräzision der
Vorrichtung deutlich. Bewegungen der beweglichen Elemente der Vorrichtung
werden durch diese Toleranzen daher möglicherweise häufig verfälscht ausgeführt.
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Außerdem ist
mit einer vorgegebenen Anzahl von Elementen und dem Erfordernis
einer Minimierung der Toleranzen der Zusammenbau der Antriebseinheiten
häufig
schwierig.
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Darüber hinaus
sind die Motoren und die Untersetzungsgetriebe, die die Antriebseinheit
umfassen, massive Elemente, die ein Verlegen von Kabeln und Stromversorgungsleitungen
in die Vorrichtung hinein erschweren. Um die Elemente elektrisch
miteinander zu verbinden, verlaufen die Kabel typischerweise um
das Untersetzungsgetriebe und die Motoren herum. Es ist daher schwierig
die unterschiedlichen Elemente der Vorrichtung unter Verwendung von
Kabeln zusammenzusetzen. Manchmal müssen im Innern der Vorrichtung
entlang spezieller Elemente Räume
für den
Durchgang der Kabel vorgesehen sein. Die massive Bauweise der Motoren
bildet dementsprechend eine weiteres Problem für den Zusammenbau.
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Außerdem müssen die
Kabel um den Motor verlaufen, und dieser oder das Untersetzungsgetriebe
können
Probleme eines raschen Verschleißes dieser Kabel aufwerfen.
In einer derartigen Konfiguration werden die Kabel möglicherweise
geknickt, wenn sich die Vorrichtung in speziellen Positionen befindet.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist Hohlmotoren auf, über die die Elemente der Vorrichtung
miteinander schwenkbar verbunden sind. Die Hohlmotoren enthalten
jeweils einen ringförmigen Rotor,
der an einem beweglichen Element der Vorrichtung befestigt ist,
und einen an einem feststehenden Element der Vorrichtung befestigten
ringförmigen
Stator. Im Allgemeinen ist der Stator so angeordnet, das er den
Rotor umgibt. Die Hohlmotoren begrenzen damit die Toleranzen in
der Vorrichtung, da lediglich die innerhalb des Motors bestehende
Toleranz eine Wirkung auf die allgemeine Präzision der Vorrichtung ausüben kann.
Diese Toleranz ist außerdem
sehr gering, z.B. im Bereich eines Millimeters.
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Außerdem ermöglichen
die Motoren, da der Rotor und der Stator ringförmig sind, eine Verlegung von
Kabeln innerhalb des Motors. Ein Zusammenbau der über Kabel
verbundenen Elemente ist somit leichter durchzuführen, da es nicht mehr erforderlich ist,
massive Elemente der antreibenden Vorrichtungen und die Position
der Drehgelenkelemente zu umgehen.
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Außerdem verlaufen
die Kabel durch die Mitte des Motors und die Gefahr eines Knickens
während
der Drehung des Motors ist daher reduziert. Die Hohlmotoren begrenzen
auf diese Weise den Verschleiß der
Kabel.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Röntgenographievorrichtung, zu
der gehören:
Mittel zur Bereitstellung einer Strahlungsquelle, z.B. eine Röntgenröhre die
einen Röntgenstrahl
entlang einer Emissionsrichtung emittiert; Mittel zum Erfassen der
emittierten Strahlung nach dem Durchlaufen eines zu untersuchenden
Objekts, z.B. ein Röntgendetektor,
der geeignet angeordnet ist, um dem Emitter gegenüber zu liegen
und sich in der Emissionsrichtung zu befinden; wenigstens ein bewegliches
Element, wobei das wenigstens eine bewegliche Element sich relativ
zu einem Referenzelement um eine Drehachse in Drehung versetzen lässt, wobei
das wenigstens eine bewegliche Element eine räumliche Bewegung des Mittel
zur Bereitstellung einer Strahlungsquelle und des Mittels zum Erfassen
zur Verfügung
stellt; wenigstens ein Hohlmotor der einen ringförmigen Stator und einen ringförmigen Rotor
enthält,
wobei der hohle Abschnitt des Motors an der Achse des Motors ausgerichtet
ist und die Motorachse umgibt, und die Motorachse mit der Rotationsachse übereinstimmt,
um die sich die beweglichen Elemente in Drehung versetzen lassen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Ein
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung
in Verbindung mit den beigefügten
Figuren verständlicher.
Diese Figuren dienen lediglich einer Veranschaulichung eines Beispiels
und beschränken
in keiner Weise den Schutzumfang der Erfindung:
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1a zeigt
eine perspektivische schematische Ansicht einer Röntgenvorrichtung
der vaskulären
Bauart;
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1b zeigt
eine schematische Seitenansicht einer vaskulären Vorrichtung;
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1c zeigt
in einer schematischen Ansicht eine Drehgelenkverbindung einer basierend
auf einem Hohlmotor hergestellten Vorrichtung; und
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2 zeigt schematische Ansichten einer Mammographievorrichtung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1a zeigt
in einer räumlichen
Ansicht eine Röntgenvorrichtung.
Im Einzelnen ist die Vorrichtung 1 als eine Vorrichtung
der vaskulären
Bauart bekannt, die Mittel zur Bereitstellung einer Strahlungsquelle,
gewöhnlich
ist dies eine Röntgenröhre 2,
sowie Mittel zum Erfassen der Strahlung, z.B. einen Röntgendetektor 3,
enthält.
Die Röhre 2 emittiert
einen Röntgenstrahl 4 entlang
einer Emissionsrichtung 5. Die Röhre 2 und der Detektor 3 sind
jeweils an entgegengesetzten Enden eines C-förmigen Arms 6 angekoppelt
oder befestigt. Der Detektor 3 ist der Röhre 2 gegenüberliegend
und in Richtung der Emissionsrichtung 5 an dem Arm 6 befestigt,
um den Röntgenstrahl
entgegen zu nehmen. Der Arm 6 ist ferner über einen
Zwischenarm 8 mit einer L-förmigen Säule 7 verbunden. Ein
innerhalb des Detektors 3 angeordneter Kollimator kann
den von der Röhre 2 abgestrahlten
Röntgenstrahl 4 formen.
Dieser Kollimator könnte
auf diese Weise die Breite des Strahls 4 modifizieren.
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An
einem Rahmen 11 ist eine Liege oder ein Tisch 9 befestigt,
auf dem ein Patient 10 ruht. Die Liege 9 ist innerhalb
des C-förmigen
Arms 6 so positioniert, dass sich die Röhre 2 unterhalb der
Liege 9 und der Detektor 3 oberhalb der Liege 9 befindet.
Unabhängig
von der Art der durchgeführten
Untersuchung behalten die Röhre 2 und
der Detektor 3 immer diese räumliche Konfiguration bei.
Auf diese Weise gibt der Detektor 3 nachdem er einen Strahl 4 entgegengenommen
hat, der einen Bereich des Körpers
des Patienten durchquert hat, elektrische Signale ab, die der Intensität des entgegengenommenen
Strahls entsprechen. Diese elektrischen Signale können anschließend über nicht
gezeigte Drahtverbindungen an einen Rechner 12 übermittelt
werden. Die elektrischen Signale ermöglichen dem Rechner 12 ein
Bild zu erzeugen, das dem untersuchten Körperbereich entspricht. Das
Bild kann beispielsweise in einer radioskopischen Untersuchung über einen
an den Rechner 12 angeschlossenen Bildschirm betrachtet
werden, oder in einer radiographischen Untersuchung ausgedruckt
werden, oder auf einem geeigneten Medium gespeichert werden.
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Um
Untersuchungen beliebiger Bereiche des Körpers des Patienten 10 zu
ermöglichen,
lässt sich der
Strahl 4 in einer Vielzahl von Richtungen um den Patienten
herum ausrichten. Im Allgemeinen kann ein Benutzer oder Arzt die
Position der Röhre 2 und des
Detektors 3 modifizieren. Die L-förmige Säule 7, der Zwischenarm 8 und
der C-förmige
Arm 6 sind sämtliche
relativ zueinander um drei Achse schwenkbar. Die L-förmige Säule 7 ist über einen
ersten Hohlmotor 13 drehgelenkig mit dem Boden verbunden (der
mit dem feststehenden Rahmen 11 verbun den sein kann). Der
Motor 13 ermöglicht
auf diese Weise der Säule 7 um
eine vertikale Achse 14 zu rotieren. In einem Ausführungsbeispiel
kann die Säule 7 sich
um den Patienten 10 um einen Winkel 15 im Bereich
von 320° bis
350° drehen.
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Der
Zwischenarm 8 ist ferner mittels eines zweiten Hohlmotors 16 schwenkbar
an der Säule 7 befestigt.
Der zweite Motor 16 ermöglicht
auf diese Weise dem Zwischenarm 8 ein Drehen um eine horizontale
Achse 17, die senkrecht zu einer Stirnfläche der
Säule 7 verläuft. In
einem Ausführungsbeispiel kann
sich der Zwischenarm 8 um einen Winkel 19 im Bereich
von 320° bis
350° um
die Achse 17 drehen.
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Der
C-förmige
Arm 6 kann um ein Verbindungselement 18 gleiten.
Dementsprechend kann der Arm 6 um eine Achse 20 rotieren,
die durch die Mitte einer Scheibe verläuft, die durch zwei nebeneinander
angeordnete C-förmige
Arme definiert ist. Die Achse 20 verläuft im Falle der gezeigten
Position außerdem
senkrecht zu der Achse 17 und zu der Achse 14.
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Durch
Kombination der Drehbewegungen um die drei Achsen 14, 17 und 20 kann
das Strahlenbündel 4 sämtliche
Emissionrichtungen der Röntgenstrahlen
beschreiben, die in einer Kugelfläche enthalten sind. Mittels
der Motoren 13 und 16 und des Verbindungselements 18 ist
der Strahl 4 daher in der Lage, jeden Bereich des Patienten
in einer Vielzahl möglicher
Ausrichtungen zu durchqueren.
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Die
Vorrichtung 1 der vaskulären Bauart, wie sie beschrieben
ist, weist einen C-förmigen
Arm 6 auf. Allerdings kann der Arm 6 in einer
Abwandlung eine andere Gestalt, beispielsweise eine U-Form aufweisen.
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1b zeigt
eine Seitenansicht einer Vorrichtung 1 ohne die Liege 9 für den Patienten 10. 1a und 1b zeigen
Hohlmotoren 13 bzw. 16, die die drehgelenkige
Verbindung der L-förmigen Säule 7 und
des Zwischenarms 8 ermöglichen.
Insbesondere zeigen 1a und 1b, dass
der Motor 13 einen an dem feststehenden Boden befestigten
ringförmigen
Stator 21 aufweist. Der Motor 13 enthält ebenfalls
einen ringförmigen
Rotor 22, der mit der beweglichen Säule 7 verankert ist.
Der Motor 13 ermöglicht
auf diese Weise die Rotation der Säule 7 um die Achse 14 gegenüber dem
Boden. Eine Achse des Motors 13 entspricht der Achse des
Stators 21 und des Rotors 22 und ist außerdem mit
der Achse 14 identisch.
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1b zeigt
ferner, dass der Motor 16 einen ringförmigen Stator 23 enthält, der
an der Säule 7 befestigt
ist, die in Bezug auf den Zwischenarm 8 beweglich ist.
Der Motor 16 enthält
einen ringförmigen Rotor 24,
der an dem Zwischenarm 8 befestigt ist. Der Rotor 16 ermöglicht auf
diese Weise die Rotation des C-förmigen
Arms 6 bezüglich
der Säule 7 um
die Achse 17. Eine Achse des Motors 16, die der
Achse des Stators 23 und des Rotors 24 entspricht,
stimmt außerdem
mit der Achse 17 überein.
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Auf
diese Weise ist ein Rotor, um Elemente der Vorrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
Erfindung im Wesentlichen drehgelenkig zu verbinden, an einem ersten
Element angebracht, das bezüglich
eines zweiten Elements in Drehrich tung beweglich ist, während ein
Stator an diesem zweiten Element starr befestigt ist.
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In
einer Abwandlung ist es möglich,
mehr als zwei Hohlmotoren der Bauart der Motoren 13 oder 16 zu
benutzen, um die Anzahl der Freiheitsgrade der Vorrichtung 1 weiter
zu erhöhen.
Ein Erhöhen
der Freiheitsgrade dieses Systems vereinfacht die Bewegung der Röhre 2 und
des Detektors 3. Auf diese Weise wird es ermöglicht,
eine genaue vorgegebene Position auf mehreren unterschiedlichen
Wegen zu verwirklichen.
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1c zeigt
eine Schnittansicht des Hohlmotors 16, von der Seite her
gesehen. Der Hohlmotor 16 ermöglicht die Rotation des Zwischenarms 8 bezüglich der
L-förmigen
Säule 7 um
die Achse 17. 1c zeigt, dass der Stator 23 und
der Rotor 24, die an dem Arm 8 bzw. der Säule 7 befestigt
sind, beide ringförmig
und daher hohl sind. Der durch die Gestalt des Stators 23 und
des Rotors 24 gebildete Hohlraum ist an der Achse 17 ausgerichtet
und um die Achse 17 angeordnet. Der Stator 23 des
Motors 16 umgibt hier den Rotor 24, jedoch ist
es ohne Weiteres möglich,
ein Ausführungsbeispiel
eines Motors 16 in Betracht zu ziehen, bei dem der Rotor 24 den Stator 23 umgibt.
Der funktionale Betrieb der Motoren 13 und 16 kann über ein
motorisch angetriebenes Kugellager erfolgen.
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In
einem Ausführungsbeispiel
weist der ringförmige
Stator 23 einen Durchmesser 26 im Bereich zwischen
300 bis 500 mm auf. Der Durchmesser 26 entspricht dem Durchmesser
des Motors 16. Der Durchmesser des Rotors 24 selbst
ist kleiner als der Durchmesser des Stators 23, da der
Rotor innerhalb des Stators 23 aufgenommen ist. Je größer der Durchmesser
des Stators 23 und des Rotors 24 ist, um so größer ist
selbstverständlich
die Steigerung des durch den Hohlmotor 16 hervorgebrachten
Drehmoments.
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Außerdem ermöglicht die
Ringgestalt des Motors 16 einen Verlauf von Kabeln oder
Leitungen 25 durch diesen hindurch. Diese Art des durchquerenden
Verlaufs von Kabeln oder Leitungen vereinfacht den Zusammenbau von
Elementen der Vorrichtung. Es ist nicht erforderlich, spezielle
Kanäle
um den Motor 16 herum vorzusehen, um das Durchführen von
Kabeln oder Leitungen 25, die (nicht gezeigte) Elemente
miteinander verbinden, zu verwirklichen.
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Da
es ermöglicht
ist, die Kabel oder Leitungen im Wesentlichen durch die Mitte der
Motoren hindurch zu verlegen, ist außerdem deren Drehmomentbelastung
während
einer Rotation des Arms 8 erheblich reduziert. Dementsprechend
ist die Gefahr des Brechens der Kabel oder Leitungen 25 vermindert und
deren Langlebigkeit erhöht.
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In
einem Ausführungsbeispiel
kann der Motor 16 ein berührungsfreier oder bürstenloser
Gleichstrommotor sein. Dementsprechend besteht zwischen dem Rotor 24 und
dem Stator 23 keine Berührung.
Die Berührungsfreiheit
ermöglicht
insbesondere eine Steigerung der Lebensdauer des Motors 16.
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Zwischen
dem Motor 16 und einem antreibenden Element des Arms 8 ist
kein Zwischenelement vorhanden. Der Motor 16 bildet selbst
das antreibende Element des Arms B. Das Gangunter setzungsverhältnis eines
derartigen Motors ist daher gleich 1. Der Arm 8 lässt sich
daher sehr genau mit Elementen steuern, zwischen denen eine minimal Toleranz
besteht.
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Im
Allgemeinen wird eine störungssichere Bremse
verwendet, um die Rotation der Motoren 13 oder 16 zu
beenden. Da darüber
hinaus eine Rückkopplungsregelung
der Position des Motors verwirklicht ist, ist es möglich, die
Motoren 13 oder 16 sehr genau in einer von einem
Benutzer gewünschten Lage
anzuhalten. In einer Abwandlung ist die verwendete Bremse eine Bremse,
die eine Scheibe aufweist.
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Die
Beschreibung des Motor 13 ähnelt der hier detailliert
abgegebenen Beschreibung des Motors 16. Ein Unterschied
besteht hinsichtlich der an den Motoren 13 und 16 drehgelenkig
angebrachten Komponenten. Wie offenbart sind die schwenkbaren Elemente
wie die Motoren 13 und 16 und die Achsen 14, 17 und 20 senkrecht
zueinander angeordnet.
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2a und 2b zeigen
ein Ausführungsbeispiel
einer Mammographievorrichtung 27. Zu der Mammographievorrichtung 27 gehören Mittel
zur Bereitstellung einer Strahlungsquelle, z.B. eine Röntgenröhre 28,
und Mittel zum Erfassen der Strahlung, z.B. ein Röntgendetektor 29.
Die Röhre 28 und
der Detektor 29 sind beide an einem Träger 30 befestigt, der
seinerseits über
einen Hohlmotor 32 mit einem feststehenden Ständer 31 verbunden
ist. Der Motor 32 ermöglicht
es dem Arm 30, relativ zu dem Ständer 31 um eine zum
Boden 36 parallel verlaufende Achse 33 zu schwenken.
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Die
Angelpunkte der Mammographievorrichtung 27 sind sehr ähnlich ausgebildet
wie jene der Vorrichtung 1 der vaskulären Bauart. Ein Stator 34 des
Motors 32 ist an einem feststehenden Element befestigt,
das hier dem Ständer 31 entspricht,
während
ein ringförmiger
Rotor 35 des Motors 32 an einem beweglichen Element
befestigt ist, das hier dem Arm 30 entspricht.
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2b zeigt
eine Seitenansicht der Mammographievorrichtung 27. 2b zeigt,
das der Motor 32 es dem Träger 30 ermöglicht,
um die Achse 33 zu rotieren, die hier senkrecht gegenüber der
Ebene der Zeichnung verläuft.
Weiter kann eine Bremse für den
Motor 32 vorgesehen sein.
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Unabhängig davon,
ob es sich um die Vorrichtung 1 der vaskulären Bauart
oder um die Mammographievorrichtung 27 handelt, begrenzt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung die Anzahl der verwendeten Elemente, da lediglich
einer der Motoren eine Drehgelenkverbindung zwischen zwei Elementen
vorsieht. Die Präzision
dieser Vorrichtung ist daher erhöht,
während
die Risiken eines problematischen Zusammenbaus reduziert sind. Da
der Gleichstrommotor nur geringe Reibung aufweist, ist die Reibung
zwischen den Elementen reduziert. Die Regelung/Steuerung der Bewegungen
und deren Reproduzierbarkeit ist daher optimiert. Da die Hohlmotoren unmittelbar
an dem drehgelenkig zu befestigenden Verbindungselement angeordnet
sind, kann auf die oben erwähnten
Antriebseinheiten verzichtet werden. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung löst
daher das Problem des raschen Verschleißes, sowie die mit der Präzision und
dem Zusammenbau verbundenen Proble me. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
steigert daher die Präzision
einer derartigen Vorrichtung, während
gleichzeitig der Zusammenbau der zugehörigen Elemente erleichtert wird.
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Ein
Röntgenvorrichtung 1, 27 weist
Hohlmotoren 13, 16, 32 auf, die einem
beweglichen Element 7 oder 8, das sich relativ
zu einem Referenzelement 8 oder 7 dreht, Drehgelenkverbindungen
zur Verfügung
stellen. Jeder der Motoren enthält
einen Rotor 22, 24, 35, der an dem beweglichen
Element befestigt ist, sowie einen an dem Referenzelement befestigten
Stator 21, 23, 34. Die Achse dieser Motoren fällt mit
der Achse 14, 17, 33, um die sich das
bewegliche Element in Rotation versetzen lässt, zusammen. Die Motoren
erleichtern einen Zusammenbau der Elemente der Vorrichtung, indem
sie ein Durchführen
von Kabeln oder Leitungen 25 durch die Hohlmotoren hindurch
ermöglichen.
Die Drehgelenkverbindungen ermöglichen
eine unmittelbare Kraftübertragung
zwischen den beweglichen und den Referenzelementen.
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Der
Fachmann kann vielfältige
Modifikationen an der Struktur/Vorgehensweise und/oder der Funktion
und/oder den Ergebnissen und/oder Schritten der offenbarten Ausführungsbeispiele
und deren äquivalenten
Ausführungsformen
vornehmen oder vorschlagen, ohne von dem Gegenstand und Schutzumfang
der Erfindung abzuweichen.