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Die Erfindung betrifft eine Dreheinheit einer medizinischen Bildgebungseinrichtung, insbesondere eines Computertomographiegerätes, mit einem hydrostatischen Gleitlager. Weiterhin betrifft die Erfindung eine medizinische Bildgebungseinrichtung, insbesondere ein Computertomographiegerät, mit einer solchen Dreheinheit.
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Ein in der Medizintechnik breit eingesetztes Diagnoseverfahren ist die Computertomographie. In einem solchen Verfahren wird ein zu untersuchender Bereich eines Patienten oder Objekts scheibenweise mit Strahlung bestrahlt und es werden aus verschiedenen Richtungen Aufnahmen des zu untersuchenden Bereichs des Objektes oder Patienten aufgenommen. Eine Bildrekonstruktion aus den gewonnenen Aufnahmen ermöglicht anschließend eine zwei- oder dreidimensionale Darstellung des untersuchten Bereichs und trägt zur Herstellung einer Diagnose bei.
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Die hierfür verwendeten Computertomographiegeräte weisen üblicherweise ein Gestell auf, das sich aus einem stationären und gegebenenfalls aus einem kippbaren Teil zusammensetzt. Das Gestell weist zumindest einen stationären Teil auf und ist als tragende Struktur eines rotierbaren Teils des Computertomographiegerätes ausgebildet, wobei der rotierende Teil ein zumindest einen Detektor und zumindest eine Strahlungsquelle umfassendes Aufnahmesystem aufweist. Dabei umfasst der stationäre Teil einen Stator und der rotierbare Teil einen Rotor. Der Rotor ist im Stator mittels einer Lagerung rotierbar gelagert und beide Teile bilden eine Dreheinheit. Der rotierende Teil des Computertomographiegerätes weist dabei eine im Wesentlichen ringförmige oder zylindrische Form mit einer durchgehenden Zentralöffnung oder einem Tunnel auf und ist um die Symmetrieachse dieser Öffnung oder dieses Tunnels drehbar. Die Strahlungsquelle und der Detektor definieren dabei einen Messbereich, in welchem ein Objekt oder Patient bewegbar positioniert werden kann. Üblicherweise sind der Detektor und die Strahlungsquelle an gegenüberliegenden Seiten der Zentralöffnung diametral angeordnet. Dadurch dreht sich der Detektor zusammen mit der Strahlungsquelle um die Drehachse des rotierenden Teils entlang welcher das Objekt oder der Patient bewegt wird. Zwischen dem Gestell, also dem stationärem Teil und dem rotierenden Teil ist ein Rotationslager ausgebildet, welches die Rotation des rotierbaren Teils bezüglich des stationären Teils ermöglicht. Zusätzlich ist gegebenenfalls die gesamte Dreheinheit aus zumindest Rotationslager, Rotor und Stator kippbar ausgebildet.
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Computertomographische Untersuchungen fordern eine sehr präzise Anordnung des gesamten medizinischen Gerätes, insbesondere des zumindest einen Aufnahmesystems, welches in direktem Zusammenhang mit der Bildqualität steht. Heutige Computertomographiegeräte weisen derzeit ferner Rotationsgeschwindigkeiten von bis zu etwa 240 min-1 (Umdrehungen pro Minute) auf. Dabei sind noch höhere Drehgeschwindigkeiten in Zukunft denkbar, beispielsweise im Bereich von bis zu 400 min-1.
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An dem Rotationslager solcher medizinischen Einrichtungen sind daher hohe mechanischen Anforderungen gestellt. Aus dem Stand der Technik sind überwiegend Dreheinheiten bekannt, die ein Wälzlager in unterschiedlichen Ausführungen, beispielsweise ein Kugellager, zwischen dem Rotor und dem Stator umfassen, wobei die Rotation des Rotors beispielsweise durch einen Treibriemen oder einem Direktantrieb angetrieben wird.
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Ein solches Wälzlager unterliegt jedoch einem gewissen Verschleiß und muss regelmäßig gewartet werden, insbesondere nachgefettet werden, was einen hohen Serviceaufwand bedeutet. Aufgrund des Verschleißes weist ein solches Wälzlager zudem eine begrenzte Lebensdauer auf. Außerdem wird während des Betriebs eines Computertomographiegerätes eine große Wärmeenergie, insbesondere von der Strahlungsquelle, freigesetzt, welche sich ebenfalls negativ auf die Lebensdauer solcher Lager durch Änderung der Kontaktpressung aufgrund der Wärmeleitung und der Materialausdehnung auswirken kann. Ferner sind solche Rotationslager empfindlich gegen Schmutzpartikel, welche, wenn sie im Lager gelangen, die Laufbahn der Wälzkörper zerstören und die Lebensdauer des Lagers zusätzlich verringern. Auch sind solche Lager gegenüber größere Stöße oder Vibrationen empfindlich, so dass die Lager entsprechend, insbesondere beim Transport, mit aufwändigen Schutzmaßnahmen geschützt werden müssen. Darüber hinaus erhöht sich der Geräuschspiegel solcher Lager mit zunehmender Drehzahl drastisch, wodurch Maßnahmen, welche mit hohem Fertigungs- und Montageaufwand verbunden sind, erforderlich sind, um den Geräuschspiegel auf ein nicht störendes Niveau, insbesondere für den Patient und/oder für das Personal, zu bringen.
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Aus dem Stand der Technik sind weiterhin Dreheinheiten bekannt, die ein Luftlager zwischen dem Rotor und dem Stator aufweisen. Solche Luftlagerungen können prinzipiell leiser als solche mit einem Wälzlager betrieben werden und weisen einen geringeren Verschleiß auf. Jedoch benötigen solche Dreheinheiten eine hohe Leistung, um betrieben zu werden. Zudem sind die Dämpfungseigenschaften eines solchen Lagers besonders bei unausgewogenen, schweren Rotoren nicht optimal, so dass der Einsatz von zusätzlichen Schwingungssteuerungseinrichtungen, besonders bei Einrichtungen, welche einen stabilen, zentrischen Rotorlauf voraussetzen, notwendig ist.
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DE 600 27 663 T2 offenbart einen CT-Scanner zum Erlangen eines medizinisch-diagnostischen Bildes eines Objekts, umfassend eine stationäre Gantry, eine sich drehende Gantry und ein Fluidlager, das zwischen die stationäre und die sich drehende Gantry eingefügt ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Dreheinheit für eine medizinische Bildgebungseinrichtung mit einem Stator, einem Rotor und einem Aufnahmesystem, insbesondere für ein Computertomographiegerät, bereitzustellen, welche in Bezug auf die Kühlung des Aufnahmesystems verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Dreheinheit gemäß dem Anspruch 1 und eine medizinische Bildgebungseinrichtung, insbesondere ein Computertomographiegerät, gemäß dem Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß weist die Dreheinheit zumindest einen Stator, zumindest einen Rotor und zumindest einen Teil eines Kreislaufsystems für die Zirkulation eines flüssigen Lagermediums auf. Dabei ist der Rotor durch das Lagermedium bezüglich des Stators hydrostatisch gleitend lagerbar oder gelagert. Der Rotor und der Stator sind derart ausgebildet, dass sie zusammen mit dem Lagermedium eine hydrostatische Gleitlagerung bilden.
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Ferner ist vorgesehen,
- - dass der Rotor und der Stator Kontaktflächen zur thermischen Ankopplung an das Lagermedium aufweisen,
- - dass die Dreheinheit eine passive Kühlung von am Rotor angebrachten Komponenten durch Wärmeleitung zum Lagermedium aufweist,
- - dass die Dreheinheit ein rotierendes Teil aufweist,
- - dass das rotierende Teil ein Aufnahmesystem aufweist,
- - dass das Aufnahmesystem mit einem Rahmen des rotierenden Teils im thermischen Kontakt ist und
- - dass der Rahmen durch Kontaktflächen im thermischen Kontakt mit dem Rotor ist.
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Eine hydrostatische Gleitlagerung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen dem Rotor und dem Stator ein Lagermedium durch zumindest eine Einlassöffnung des Stators oder des Rotors aktiv rein gepresst wird, so dass die Rotor- und Statorflächen durch einen dünnen Lagermedium-Film voneinander getrennt sind. Im Folgenden wird das Volumen zwischen Rotor und Sator als Lagerspalt bezeichnet. Zudem weist der Rotor oder der Stator zumindest eine Auslassöffnung auf, wodurch das Lagermedium aktiv in den Lagerspalt geführt werden kann, so dass eine aktive Schmierung des Lagers durch das Lagermedium erfolgt. Die aktive Schmierung oder Führung des Lagermediums geschieht mittels eines Kreislaufsystems, welches für die Zirkulation des Lagermediums, bevorzugt unter Druck, ausgebildet ist. Zum Kreislaufsystem gehört zumindest ein erstes Teil des Kreislaufsystems, welches Teil der Dreheinheit ist. Dieser Teil umfasst zumindest den Lagerspalt, zumindest eine, bevorzugt statorseitig angeordnete, Einlassöffnung zum Lagerspalt, und zumindest eine, bevorzugt statorseitig angeordnete, Auslassöffnung zum Lagerspalt. Das Kreislaufsystem umfasst weiterhin vorzugsweise einen weiteren Teil, welcher bevorzugt am Stator oder außerhalb des Stators, beispielsweise außerhalb der Dreheinheit, angeordnet und zur Zirkulation, bevorzugt unter Druck, des Lagermediums ausgebildet ist. Der weitere Teil umfasst dabei vorzugsweise ein Druckerzeugungsaggregat.
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Das Kreislaufsystem befindet sich vorzugsweise zumindest teilweise auf dem Stator und/oder zumindest teilweise außerhalb der Dreheinheit. Ein erster Teil des Kreislaufsystems umfasst dabei den Lagerspalt zwischen dem Rotor und dem Stator sowie die durchgehenden Öffnungen zum Lagerspalt. Vorzugsweise ist ein weiterer Teil des Kreislaufsystems mit diesem ersten Teil auf der Dreheinheit verbunden, wobei die Verbindung zwischen den Teilen beispielsweise durch einen Anschluss realisiert ist. Weiterhin weist das Kreislaufsystem Mittel zur Zirkulation des Lagermediums auf, beispielsweise eine oder mehrere Pumpen und/oder einen oder mehrere Kompressoren auf, so dass durch die zumindest eine Einlassöffnung Lagermedium in den Lagerspalt zwischen dem Rotor und dem Stator, bevorzugt unter Druck, zuführbar ist und aus der zumindest einen Auslassöffnung Lagermedium aus dem Lagerspalt vom Drehlager abführbar ist. Das Kreislaufsystem weist vorzugsweise weitere Elemente auf, womit der Durchfluss, die Temperatur und/oder der Druck des Lagermediums messbar sind und/oder veränderbar sind. Solche Elemente sind beispielsweise Ventile, Druck-, Temperatur- und/oder Durchflussmessgeräte. Diese Elemente sind vorzugsweise am Stator oder außerhalb des Stators, beispielsweise außerhalb der Dreheinheit, angeordnet. Dadurch wird ein kontrollierter Durchfluss des Lagermediums durch den Lagerspalt ermöglicht. Ferner ist das Kreislaufsystem vorzugsweise geschlossen und/oder dicht und/oder zumindest teilweise druckfest ausgebildet. Mit einem solchen Kreislaufsystem wird einerseits eine hydrostatische Gleitlagerung zwischen dem Rotor und dem Stator geschaffen und anderseits einen kontrollierten und kontrollierbaren Durchfluss des Lagermediums durch den Lagerspalt ermöglicht.
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Der Durchfluss des Lagermediums durch den Lagerspalt ermöglicht zusätzlich eine passive Kühlung der erfindungsgemäßen medizinischen Dreheinheit. Insbesondere wird eine Kühlung des Rotors und des Stators sowie eine passive Kühlung der am Rotor oder am Stator angebrachten Komponenten durch Wärmeleitung dadurch ermöglicht. Der kontrollierte Durchfluss des Lagermediums zwischen dem Rotor und dem Stator beim Betrieb der medizinischen Einrichtung, vorzugsweise des Computertomographiegerätes, ermöglicht, dass die von der medizinischen Bildgebungseinrichtung und/oder die von der Dreheinheit freigesetzte Wärme zumindest teilweise an das Lagermedium durch den Kontakt des Lagermediums mit der Oberfläche des Rotors und mit der Oberfläche des Stators am Lagermedium abgegeben wird. Durch die Führung des Lagermediums durch den Lagerspalt mittels des Kreislaufsystems kann Wärmeenergie vom Rotationslager abtransportiert werden. Vorzugsweise befindet sich ein Teil des Kreislaufsystems am Stator der Dreheinheit, an einer die Dreheinheit umfassenden medizinischen Bildgebungseinrichtung oder außerhalb der Dreheinheit und/oder der medizinischen Bildgebungseinrichtung, so dass Wärmeenergie bevorzugt vom Drehlager weggeführt oder abtransportiert werden kann. Dadurch kann schließlich die Kühlung auf dem rotierenden Teil der medizinischen Bildgebungseinrichtung, insbesondere des Computertomographiegerätes, kleiner gestaltet werden, wodurch Kosten und vor allem Platz und Gewicht auf dem rotierenden Teil gespart werden.
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Vorteilhafterweise wird das Lagermedium mit hohem Druck zwischen dem Rotor und dem Stator geführt oder gepresst. Das Rotationslager einer solchen Dreheinheit weist infolge dessen keine Kontaktpressung auf, so dass ein Abrieb des Lagers praktisch nicht vorhanden ist. Dadurch dass Rotor und Stator nicht in direktem Kontakt miteinander sind, unterliegen sie kaum dem Abrieb oder dem Verschleiß, wodurch die Lebensdauer des Rotationslagers und der Dreheinheit insgesamt erhöht werden. Durch die hydrostatische Gleitlagerung des Rotors bezüglich des Stators wird somit ein Drehlager und wiederum eine Dreheinheit bereitgestellt, welcher beziehungsweise welche einen sehr geringen Verschleiß aufweisen und wenig Wartung benötigen. Außerdem weist eine solche erfindungsgemäße Dreheinheit einen geringen Reibungskoeffizient auf, wodurch der Rotationsantrieb der erfindungsgemäßen Dreheinheit erheblich reduziert wird, so dass beispielsweise die Antriebsmotoren kleiner dimensioniert werden können oder schnellere Rotationsgeschwindigkeiten erreicht werden können.
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Insbesondere sind der Rotor und der Stator derart ausgebildet und angeordnet, dass im Betrieb der Dreheinheit das zwischen dem Rotor und dem Rotor durchfließende Lagermedium in einem ringförmigen Spalt eingeschlossen ist und im Wesentlichen nur aus dem Rotationslager durch die dafür vorgesehenen Ein- und Auslassöffnungen ein- und austreten kann. Vorzugsweise weist die Dreheinheit dazu zumindest ein Dichtungsmittel auf, welches das Volumen, in dem das Lagermedium zwischen dem Rotor und dem Stator geführt wird, abdichtet. Ein solches Dichtungselement oder Dichtungsmittel umfasst beispielsweise zumindest eine ringförmige Dichtung, die vorzugsweise an den Stirnseiten des Rotors und/oder des Stators angebracht oder angeordnet ist. Ein solches Dichtungselement oder Dichtungsmittel ist derart ausgebildet, dass auch bei Drehung des Rotors im Wesentlichen kein Lagermedium durch das Dichtungselement oder Dichtungsmittel austreten kann. Ein solches Dichtungselement oder Dichtungsmittel ist weiterhin derart ausgebildet, dass der Eintritt von Verschmutzungen aus der Umgebung in das Rotationslager im Wesentlichen vermieden wird.
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Die Dichtungsfunktion eines solchen Dichtungselements oder Dichtungsmittels wird vorteilhafterweise durch eine entsprechende Formung des Stators und/oder des Rotors, insbesondere deren Stirnseiten, unterstützt. Vorteilhafterweise ist ein solches Dichtungselement oder Dichtungsmittel derart ausgebildet, dass es sowohl bei hohen Drehzahlen des Rotors als auch bei hohem Druck des Lagermediums und/oder bei hoher, beispielsweise thermischer oder mechanischer, Belastung der Dreheinheit seine Dichtungsfunktion beibehält oder verbessert.
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Eine erfindungsgemäße Dreheinheit mit einem solchen Rotationslager weist daher den Vorteil auf, dass sie ohne übertriebene sauberere Prozesse, ohne komplizierte Labyrinth-Dichtungen und auch bei nicht optimalen Umgebungsbedingungen, beispielsweise in schmutziger Umgebung, betreibbar ist. Dadurch wird ein Rotationslager geschaffen, welcher gegen Schmutzpartikeln unempfindlich ist. Einerseits können äußere Schmutzpartikel aufgrund des zwischen dem Rotor und dem Stator abgedichteten, durchfließenden Lagermediums in das Rotationslager schwer eindringen. Weiterhin ist eine Schmierung des Rotationslagers nicht notwendig, so dass weniger oder seltener Servicemaßnahmen ausgeführt werden müssen. Außerdem vereinfachen sich die Servicemaßnahmen, so dass weniger Zeit hierfür in Anspruch genommen wird, wodurch Kosten gespart werden. Somit ist eine robuste Dreheinheit geschaffen.
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Weiterhin wird während des Betriebs des Lagers beziehungsweise der Dreheinheit, und das auch bei hohen Drehzahlen, eine erhebliche Reduzierung des Geräuschspiegels erreicht, weil Wälzkörpergeräusche nicht vorhanden sind. Dadurch kann die Anspannung eines Patienten, welche mit Untersuchungen mit einer solchen medizinischen Einrichtung, insbesondere mit einem solchen Computertomographiegerät, verbunden sind, wesentlich reduziert werden, was einen Gewinn sowohl für Patienten als auch für das Personal bedeutet. Weiterhin entfallen dadurch auch zusätzliche Geräuschreduzierungsmaßnahmen, wodurch die Kosten sowie die Fertigungs- und Montageaufwand einer solchen Dreheinheit beziehungsweise einer Bildgebungseinrichtung mit einer solchen Dreheinheit reduziert werden.
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Außerdem ist eine Dreheinheit mit einem solchen Rotationslager und somit eine Bildgebungseinrichtung mit einer solchen Dreheinheit wesentlich unempfindlich gegenüber Stöße und/oder Vibrationen, wodurch beispielsweise der Transport solcher Einrichtungen einfacher, schneller und kostengünstiger wird.
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Schließlich weist eine solche Dreheinheit aufgrund der hydrostatischen Gleitlagerung durch das flüssige Lagermedium sehr gute Dämpfungseigenschaften auf, was insbesondere in einem Computertomographiegerät mit hohen Rotationgeschwindigkeiten und schweren rotierenden Komponenten vorteilhaft ist.
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Dadurch wird insgesamt eine sehr kompakte, nahezu geräuschlose und robuste Dreheinheit bereitgestellt.
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In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das verwendete Lagermedium eine Flüssigkeit wie beispielsweise Öl oder eine Ölmischung. Vorteilhafterweise wird als Lagermedium Öl verwendet, insbesondere ein mineralisches oder ein synthetisches Öl oder eine Mischung davon. Das Lagermedium kann weitere Zusätze oder andere Zusammensetzungen enthalten, wodurch auf die physikalischen Eigenschaften des Lagermediums wie Schmierfähigkeit, Viskosität, Temperatur- und/oder chemische Beständigkeit, Druck- und/oder Temperaturverhalten Einfluss genommen wird. Das flüssige Lagermedium wird durch die zumindest eine Einlassöffnung in das Drehlager zwischen Rotor und Stator gepresst, so dass einen Lagerspalt entsteht, und kann das Drehlager durch die zumindest eine Auslassöffnung verlassen. Das Lagermedium wird anschließend wieder in das Kreislaufsystem der medizinischen Bildgebungseinrichtung eingespeist und/oder zumindest teilweise in einem, bevorzugt druckfesten, Behälter zur späteren Verwendung gespeichert.
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Eine hydrostatische Lagerung mit einem flüssigen Lagermedium weist im Vergleich zu einer Luftlagerung unter anderem den Vorteil auf, bessere Dämpfungseigenschaften aufzuweisen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit Steuerungseinrichtungen zur Unterdrückung von Schwingungen, insbesondere eines unausgewogenen Rotors, zu verwenden. Dies ist besonders bei Computertomographiegeräte vorteilhaft, welche schwere und stark unausgewogene Rotoren aufweisen, welche zumindest ein Aufnahmesystem tragen, das so zentrisch wie möglich rotieren sollte, um eine gute Bildqualität zu gewährleisten. Weiterhin weisen Flüssigkeiten, beispielsweise Öl, eine viel höhere Viskosität als Luft auf. Während bei einem Luftlager nur einen sehr dünnen Lagerspalt erzeugbar ist, ermöglicht eine hydrostatische Lagerung mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, die Erzeugung eines größeren Lagerspalts. Dies ermöglicht wiederum einen höheren Durchfluss der Flüssigkeit durch das Drehlager, womit das Drehlager einfacher zu kühlen ist.
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Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit sieht vor, dass das Kreislaufsystem zumindest einen Kompressor und/oder eine Pumpe umfasst. Damit wird die Zirkulation des Lagermediums ermöglicht. Zudem kann durch die Einstellung der Pumpen- und/oder Kompressorleistung Einfluss auf den Durchfluss des Lagermediums genommen werden. Vorzugsweise werden in diesem Zusammenhang weitere Geräte wie Rückschlag- und/oder Drosselventile verwendet. Bevorzugt sind diese Elemente an dem Teil des Kreislaufsystems angeordnet, welcher sich am Stator oder außerhalb des Stators, vorzugsweise außerhalb der Dreheinheit befindet, so dass Platz auf dem Rotor gespart wird.
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Partikel, die sich aufgrund des Verschleiß des Dichtungsmittels oder des Dichtungselements oder der zeitlich bedingten Degradierung der Oberfläche des Rotors und/oder des Stators bilden oder die während der Montage eingebracht wurden oder die trotz dem Dichtungsmittel trotzdem in das Drehlager gelangen, können einfach durch den Wechsel des Lagermediums oder vorzugsweise durch eine Filterung des Lagermediums eliminiert werden. Wartungsmaßnahmen der erfindungsgemäßen Dreheinheit bestehen daher im Wesentlichen darin, das Lagermedium zu filtern und/oder auszuwechseln.
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Eine noch weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit sieht daher vor, dass das Kreislaufsystem zumindest einen Filter zur Filterung des Lagermediums umfasst. Dadurch kann das Lagermedium permanent, insbesondere auch während des Betriebes, von eventuell vorhandenen Schmutzpartikeln gereinigt werden, wodurch Wartungsmaßnahmen weiter vereinfacht werden und noch seltener durchgeführt werden müssen. Zudem erhöht diese Maßnahme die Lebensdauer des Drehlagers, weil ein möglicher Verschleiß noch weiter verringert beziehungsweise verhindert wird. Bevorzugt ist zumindest ein Filter an dem Teil des Kreislaufsystems angeordnet, welcher sich am Stator oder außerhalb des Stators beziehungsweise der Dreheinheit befindet, so dass Platz auf dem Rotor gespart wird.
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Eine noch weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit sieht vor, dass das Kreislaufsystem zumindest einen Anschluss für einen externen Kühler zur Kühlung des Lagermediums umfasst. Diese zusätzliche Maßnahme ermöglicht eine Verbesserung der Kühlung der Dreheinheit, beziehungsweise des Drehlagers, welche dem Durchfluss des Lagermediums zurückzuführen ist. Dadurch kann mehr Wärmeenergie aus dem Drehlager wegtransportiert werden. Somit ist die Kühlung des Drehlagers und somit der Dreheinheit effizienter. Bevorzugt ist der externe Kühler mit dem Kreislaufsystem an einem Teil des Kreislaufsystems angeschlossen, welcher sich am Stator oder außerhalb des Stators befindet und sich selber am Stator oder außerhalb des Stators, beziehungsweise der Dreheinheit, befindet, so dass Platz auf dem Rotor gespart wird. Dies ermöglicht zudem die passive Kühlung der auf dem rotierenden Teil der Dreheinheit, insbesondere einer medizinischen Einrichtung, angeordneten Komponenten, insbesondere der Strahlungsquelle noch weiter zu verbessern. Dadurch kann die Kühlung auf dem Rotor kleiner gestaltet werden, wodurch höhere Leistungen erreichbar sind. Diese Maßnahmen ermöglichen insbesondere bei einem Computertomographiegerät längere Scanzeiten und somit einen verbesserten Kundennutzen. Bei einer entsprechend gestalteten Kühlung durch den Kühler kann auf die komplette Kühlung auf dem Rotor verzichtet werden, wodurch maximal Platz gespart wird.
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Alternativ sieht eine weitere Ausbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit vor, dass das Kreislaufsystem einen Kühler zur Kühlung des Lagermediums umfasst. Der Kühler ist vorzugsweise im Kreislaufsystem integriert. Eine weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit nach dieser Ausgestaltung sieht vor, dass der Kühler zur Kühlung des Lagermediums zumindest einen Wärmetauscher aufweist und entweder im oder außerhalb des Stators der Dreheinheit angeordnet ist. Bevorzugt ist der Kühler in einem Teil des Kreislaufsystems angeordnet, welcher sich am Stator oder außerhalb des Stators, beziehungsweise der Dreheinheit, befindet, so dass Platz auf dem Rotor gespart wird. Diese Maßnahme hat im Übrigen die gleichen Vorteile wie den zuvor angesprochenen externen Kühler. Ein weiterer Vorteil im Vergleich zu einem externen Kühler besteht darin, dass mögliche Undichtheiten an den Anschlussstellen dadurch verhindert werden.
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Vorzugsweise weist ein solcher externer oder integrierter Kühler zumindest einen, vorzugsweise spiralförmigen, Wärmetauscher auf, wobei der Wärmetauscher bevorzugt am Stator oder außerhalb des Stators oder der Dreheinheit angeordnet ist. Durch einen externen oder internen Kühler, welcher im Kreislaufsystem des Lagermediums integriert ist, wird eine noch bessere Kühlwirkung der medizinischen Bildgebungseinrichtung, insbesondere des Computertomographiegerätes, ermöglicht. Dadurch können höhere Leistungen der Strahlungsquelle länger gehalten werden, wodurch die Scanzeit länger gewählt werden kann, wodurch vielfältigere Untersuchungsmodi ermöglicht werden, die einen höheren Kundennutzen bedeuten.
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Eine noch weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit sieht vor, dass die Kontaktflächen des Rotors und des Stators mit dem Lagermedium derart zueinander rotationssymmetrisch ausgebildet sind, dass die jeweiligen Kontaktflächen mit dem Lagermedium vergrößert sind. Dazu weist zumindest eine der dem Lagerspalt zugewandten Fläche zumindest des Rotors und/oder des Stators eine entsprechende Struktur auf. Dabei können die Strukturen des Rotors und des Stators unterschiedlich ausgestaltet sein, wobei sie derart ausgebildet sind, dass die Drehung dadurch nicht beeinträchtigt wird. Eine solche Struktur erhöht die Fläche, die im Kontakt mit dem Lagermedium ist, wodurch eine bessere thermische Ankopplung des Lagermediums mit der dem Lagerspalt zugewandten Fläche des Rotors und/oder des Stators ermöglicht wird. Dadurch wird zudem eine bessere thermische Kopplung des Stators und des Rotors durch das Lagermedium erreicht, wodurch Wärme vorzugsweise vom Rotor und/oder vom Stator an das Lagermedium effektiv abgegeben und von diesem abtransportiert werden kann.
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Eine noch weitere Weiterbildung der erfindungsgemäßen Dreheinheit sieht vor, dass der Querschnitt der zueinander gewandten Flächen des Rotors und des Stators in Richtung der Rotationsachse der Dreheinheit komplementäre Profile aufweist, wodurch eine Stabilisierung der Dreheinheit in Richtung der Rotationsachse erfolgt. Dies ist besonders vorteilhaft insbesondere bei einem Computertomographiegerät mit einer kippbaren Dreheinheit, weil durch das Kippen zusätzliche Kräfte auf dem Drehlager wirken, die eine Verschiebung entlang der Rotationsachse verursachen können. Durch diese Maßnahme wird einerseits eine mechanische Stabilisierung erreicht und zudem ein gleichmäßigerer und niedrigerer Druck auf die Lagerflächen ausgeübt. In einer bevorzugten Weiterbildung ist der Querschnitt der Kontaktfläche des Rotors und/oder des Stators mit dem Lagermedium in Richtung der Rotationsachse beispielsweise U-, V- oder Zickzack-förmig ausgebildet.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine medizinische Bildgebungseinrichtung mit einer erfindungsgemäßen Dreheinheit. Insbesondere ist die medizinische Bildgebungseinrichtung ein Computertomographiegerät mit einer solchen Dreheinheit. Dies ist besonders vorteilhaft, weil ein Computertomographiegerät, insbesondere seine zumindest eine Strahlungsquelle, eine hohe Wärmeenergie freisetzt, welche die Strahlungsgeometrie des Aufnahmesystems verändert, wodurch die Bildqualität negativ beeinflusst wird. Ein Computertomographiegerät mit einer erfindungsgemäßen Dreheinheit weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass zumindest einen Teil der von der Strahlungsquelle freigesetzten Wärme durch den Durchfluss des Lagermediums abtransportiert wird, wodurch die Bildqualität verbessert wird. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine medizinische Einrichtung, insbesondere ein Computertomographiegerät, mit einer erfindungsgemäßen Dreheinheit, wobei die Dreheinheit kippbar bezüglich der medizinischen Bildgebungseinrichtung, insbesondere bezüglich des stationären Teils der medizinischen Bildgebungseinrichtung, ausgebildet ist.
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Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen medizinischen Bildgebungseinrichtung sieht vor, dass die medizinische Bildgebungseinrichtung ein Kreislaufsystem für die Zirkulation des flüssigen Lagermediums umfasst. Dabei ist zumindest ein Teil des Kreislaufsystems an der Dreheinheit angeordnet während ein weiterer Teil des Kreislaufsystems an der medizinischen Bildgebungseinrichtung angeordnet ist. Zudem sind beide Teile des Kreislaufsystems miteinander verbunden. Vorteilhafterweise befindet sich der weitere Teil des Kreislaufsystems, das mit dem ersten Teil auf der Dreheinheit verbunden ist, außerhalb des Rotors der Dreheinheit, beziehungsweise außerhalb der Dreheinheit. Diese Maßnahme weist den Vorteil auf, Platz und Gewicht zumindest auf dem Rotor, beziehungsweise auf der Dreheinheit, zu sparen mit den bereits oben genannten Vorteilen. Zudem können Teile des Kreislaufsystems, welche nicht auf die Dreheinheit angeordnet sind, dadurch größer und/oder leistungsfähiger dimensioniert werden. Weiterhin sind dadurch Service- oder Reparaturmaßnahmen an den Komponenten des Kreislaufsystems, die auf dem weiteren Teil angeordnet sind, einfacher durchführbar.
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Eine noch weitere Weiterbildung der medizinischen Bildgebungseinrichtung sieht vor, dass das Kreislaufsystem geschlossen ist, also ein geschlossenes System bildet. Das Lagermedium zirkuliert somit vom ersten Teil zum weiteren Teil des Kreislaufsystems und wird sowohl zur Kühlung des Drehlagers als auch zur hydrostatischen Lagerung vom Rotor und Stator verwendet, ohne dass eine große Menge von Lagermedium dafür verbraucht werden muss. Zudem verhindert diese Maßnahme die Verunreinigung des Lagermediums, welches somit länger mit optimalen Eigenschaften verwendbar ist. Somit ist eine sowohl kompakte als auch kostensparende medizinische Bildgebungseinrichtung geschaffen.
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Die für die Dreheinheit genannten Vorteile treffen auch für die medizinische Bildgebungseinrichtung zu.
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Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass dadurch eine Beschränkung der Erfindung auf diese Beispiele erfolgt.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Computertomographiegerätes mit einem hydrostatischen Gleitlager zwischen einem rotierenden, ein Aufnahmesystem aufweisenden Teil und einem stationären Teil des Computertomographiegerätes,
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Computertomographiegerätes mit einem hydrostatischen Gleitlager zwischen einem rotierenden, ein Aufnahmesystem aufweisenden Teil und einem stationären Teil des Computertomographiegerätes sowie ein einen Kühlsystem aufweisendes Kreislaufsystem zur Zirkulation des Lagermediums,
- 3 eine schematische Schnittdarstellung des Querschnittes einer strukturierten Oberfläche der dem Lagermedium zugewandte Flächen eines Rotors und eines Stators einer Dreheinheit eines Computertomographiegerätes, und
- 4 eine weitere schematische Schnittdarstellung des Querschnittes einer strukturierten Oberfläche der dem Lagermedium zugewandte Flächen eines Rotors und eines Stators einer Dreheinheit eines Computertomographiegerätes.
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1 zeigt eine schematische Skizze in Schnittdarstellung eines Teiles eines Computertomographiegerätes 1 umfassend eine Dreheinheit mit einem hydrostatischen Gleitlager 2 zwischen einem rotierenden, ein Aufnahmesystem und einen Rotor 3 aufweisenden Teil und einem stationären Teil umfassend einen Stator 4, des Computertomographiegerätes 1. Dabei ist der rotierende Teil durch ein flüssiges Lagermedium 5 bezüglich des stationären Teils des Computertomographiegerätes 1 hydrostatisch gleitend um die Rotationachse (A) drehbar gelagert. Dabei sind die dem Lagermedium 5 zugewandten Flächen des Rotors 3 und des Stators 4 rotationssymmetrisch ausgebildet. Ferner wird das flüssige Lagermedium 5 mit hohem Druck zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4 derart eingeführt, dass ein Lagerspalt zwischen Rotor 3 und Stator 4 entsteht, in welchem das Lagermedium 5 zur Stirnseiten des Rotationslager hin dicht verschlossen ist und im Wesentlichen nur aus und von den dafür vorgesehenen Öffnungen, die zumindest mit einem Teil eines Kreislaufsystems verbunden sind, entweichen und/oder zugeführt kann. Die dem Lagermedium 5 zugewandten Flächen des Rotors 3 und des Stators 4 haben dadurch im Betrieb keinen Kontakt. Zur seitlichen Abdichtung des Lagerspaltes sind, bevorzugt ringförmige, Dichtungselemente 6 an den Seiten des Rotors 3 vorgesehen. Solche Dichtungselemente 6 umfassen beispielsweise 0-Ringdichtungen, beispielsweise mit einem Vierkantprofil im Querschnitt. Vorzugsweise sind die Dichtungselemente 6 derart ausgebildet, dass sie eine Dichtungsfunktion bei Überdruck und/oder Unterdruck des Lagermediums 5 im Kreislaufsystem haben oder verbessern. Der Stator 4 weist in diesem Beispiel zudem mindestens zwei zum Lagerspalt durchgehende Öffnungen auf, welche Teil des Kreislaufsystems sind und einen Durchfluss des Lagermediums 5 um den Lagerspalt ermöglichen.
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Computertomographiegerätes 1 umfassend eine Dreheinheit mit einem hydrostatischen Gleitlager 2 zwischen einem rotierenden, ein Aufnahmesystem 7 aufweisenden, rotierenden Teil mit einem Rotor 3 und einem stationären Teil umfassend zumindest einen Stator 4 des Computertomographiegerätes 1 sowie ein einen Kühlsystem 9 umfassenden Kreislaufsystem 8 für die Zirkulation des flüssigen Lagermediums 5 zwischen dem Rotor 3 und dem Stator 4, also durch den im Betrieb vorhandenen Lagerspalt. Das Kühlsystem 8 kühlt ein aus dem hydrostatischen Gleitlager kommende Lagermedium 5. Der rotierende Teil umfasst dabei ein aus mehreren Komponenten bestehendes Aufnahmesystem 7, welches mindestens eine Strahlungsquelle und ein Detektor umfasst, wobei in diesem dargestellten Beispiel die Komponenten an einem Rahmen mit einem L-förmigen Querschnitt angeordnet sind. Der rotierende Teil ist um die Achse (A) drehbar gelagert. Die Rotation des rotierenden Teils wird durch einen nicht dargestellten Antrieb angetrieben. Rotor 3 und Stator 4 bilden im Betrieb mit dem durch den Lagerspalt durchfließenden Lagermedium 5 eine hydrostatische Gleitlagerung 2. Das Aufnahmesystem 7 ist mit dem Rahmen des rotierenden Teils im thermischen Kontakt. Zudem ist der Rahmen durch die Kontaktflächen 10 ebenfalls im thermischen Kontakt mit dem Rotor 3. Dadurch ist ein passiver Wärmetransport zwischen den Komponenten des rotierenden Teils, insbesondere des Aufnahmesystems 7 durch den Rahmen und den Rotor 3, mittels Wärmeleitung vorhanden. Diese Wärme kann durch die Kontaktfläche des Rotors 3 mit dem Lagermedium 5 im Lagerspalt zumindest teilweise an dem Lagermedium 5 abgegeben werden. Weiter weist der Stator 4 der Dreheinheit zumindest zwei zum Lagerspalt zwischen Rotor 3 und Stator 4 durchgehende Öffnungen auf. Diese Öffnungen sind mit dem ansonsten dicht ausgebildeten Lagerspalt und mit einem statorseitigem Teil eines Kreislaufsystems 8 für die Zirkulation des Lagermediums 5 verbunden Das Kreislaufsystem 8 umfasst dabei zumindest den zwischen Rotor 3 und Stator 4 im Betrieb vorhandenen Lagerspalt, die zumindest zwei zum Lagerspalt durchgehenden Ein- und Auslassöffnungen sowie einen statorseitigen Teil, der am Stator der Dreheinheit angeordnet ist oder außerhalb der Dreheinheit, vorzugsweise am stationären Teil angeordnet oder der sich dort anordnen lässt. Weiterhin umfasst der statorseitige Teil des Kreislaufsystems 8 wenigstens ein externes oder integriertes Kühlsystem 9 mit wenigstens einem Kühleraggregat zur Kühlung des Lagermediums 5. Der statorseitige Teil des Kühlsystems 8 weist vorzugsweise zudem einen Lagermediumtank 11, eine Pumpe 12 zur Zirkulation des Lagermediums 5 in das Kreissystem, einen Filter 13 zur Filterung des Lagermediums 5 und/oder diverse Mess- und/oder Steuergeräte 14, beispielsweise Druck-, Temperatur und/ oder Durchflussmessgeräte. Das Kreislaufsystem 8 ist derart ausgebildet, dass eine Zirkulation des Lagermediums 5 durch das Kreislaufsystem 8 erfolgt. Dadurch wird Wärmeenergie aus dem rotierenden Teil der Dreheinheit beziehungsweise des Computertomographiegerätes 1, insbesondere aus den Komponenten 7 des rotierenden Teils, effektiv durch das Lagermedium 5 abtransportiert. Es erfolgt eine effektive, passive Kühlung insbesondere des rotierenden Teils der Dreheinheit des Computertomographiegerätes 1. Insbesondere können dadurch die Komponenten des Aufnahmesystems 7 des rotierenden Teils passiv gekühlt werden.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Querschnitts einer strukturierten Oberfläche der dem flüssigen Lagermedium 5 zugewandte Flächen des Rotors 3 und/oder des Stators 4 einer erfindungsgemäßen Dreheinheit eines Computertomographiegerätes 1. Dabei sind die dem Lagermedium 5 zugewandten Flächen derart ausgebildet, dass der Rotor 3 um den Stator 4 drehbar ist, also rotationsymmetrisch. Zwischen Rotor 3 und Stator 4 ist im Betrieb ein Lagerspalt vorhanden, in welchem das Lagermedium 5 durch wenigstens zwei Öffnungen durchgeführt wird und welcher ansonsten, insbesondere zu den Stirnseiten der Dreheinheit hin, dicht ausgebildet ist. Zur seitlichen Abdichtung des Lagerspalts sind Dichtungselemente 6 zwischen Rotor 3 und Stator 4 an den Seiten des Rotors 3 und/oder des Stators 4 vorgesehen. Der Querschnitt der zueinander gewandten Flächen des Rotors 3 und des Stators 4 in Richtung der Rotationsachse A der Dreheinheit ist dabei komplementär, wodurch eine mechanische Stabilisierung der Dreheinheit in Richtung der Rotationsachse erfolgt. In diesem dargestellten Beispiel weist die dem Lagermedium 5 zugewandte Fläche des Rotors 3 einen U oder V Profil auf. Die dem Lagermedium 5 zugewandte Fläche des Stators 4 weist in diesem dargestellten Beispiel einen diesem Profil komplementären Profil auf. Dadurch wird zudem die für den Wärmeaustausch mit dem Lagermedium relevante Fläche im Vergleich zu einem glatten ringförmigen Profil des Rotors 3 und des Stators 4 vergrößert.
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4 zeigt eine weitere schematische Schnittdarstellung des Querschnittes einer strukturierten Oberfläche der dem Lagermedium 5 zugewandte Flächen des Rotors 3 und/oder des Stators 4 einer erfindungsgemäßen Dreheinheit eines Computertomographiegerätes 1. Dabei sind die dem Lagermedium 5 zugewandten Flächen derart ausgebildet, dass der Rotor 3 um den Stator 4 drehbar ist, also rotationsymmetrisch. Zwischen Rotor 3 und Stator 4 ist im Betrieb ein Lagerspalt vorhanden, in welchem das Lagermedium 5 durch wenigstens zwei Öffnungen durchgeführt wird und welcher ansonsten dicht ausgebildet ist. Zur seitlichen Abdichtung des Lagerspalts sind Dichtungselemente 6 zwischen Rotor und Stator an den Seiten des Rotors 3 und/oder des Stators 4 vorgesehen. Der Querschnitt der zueinander gewandten Flächen des Rotors 3 und des Stators 4 in Richtung der Rotationsachse A der Dreheinheit ist dabei komplementär, wodurch eine mechanische Stabilisierung der Dreheinheit in Richtung der Rotationsachse erfolgt. In diesem dargestellten Beispiel weist die dem Lagermedium 5 zugewandte Fläche des Rotors 3 einen Zickzack-förmigen Profil auf. Die dem Lagermedium 5 zugewandte Fläche des Stators 4 weist in diesem dargestellten Beispiel einen diesem Profil komplementären, also ebenfalls Zickzack-förmigen Profil auf. Dadurch wird zudem die für den Wärmeaustausch mit dem Lagermedium relevante Fläche im Vergleich zu einem glatten ringförmigen Profil des Rotors 3 und des Stators 4 vergrößert.
