DE102013224886B4

DE102013224886B4 - Lagerung eines Rotors einer Gantry eines bildgebenden medizintechnischen Geräts

Info

Publication number: DE102013224886B4
Application number: DE102013224886.5A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Müller; Georg Wittmann
Original assignee: Siemens Healthcare GmbH
Current assignee: Siemens Healthineers Ag De
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2033-12-05
Also published as: CN104703373B; DE102013224886A1; CN104703373A

Abstract

Gantry (2) eines bildgebenden medizintechnischen Geräts (1), aufweisend einen Stator (3), einen Rotor (4), eine an dem Rotor montierte Abtasteinheit, ein hydrodynamisches Fluidlager, das einen Zwischenraum (17) zwischen dem Stator (3) und dem Rotor (4) aufweist und mit dem der Rotor (4) bezüglich des Stators (3) gelagert ist, und ein in und/oder an einem unteren Bereich des Rotors (4) angeordnetes zusätzliches Stützlager (22).

Description

Die Erfindung betrifft eine Gantry eines bildgebenden medizintechnischen Geräts, aufweisend einen Stator, einen Rotor, eine an dem Rotor montierte Abtasteinheit, ein hydrodynamisches Fluidlager, das einen Zwischenraum zwischen dem Stator und dem Rotor aufweist und mit dem der Rotor bezüglich des Stators gelagert ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum hydrodynamischen Lagern eines Rotors bezüglich eines Stators einer Gantry eines bildgebenden medizintechnischen Geräts, wobei ein eine Abtasteinheit aufweisender Rotor, ein Stator und ein hydrodynamisches Fluidlager derart angeordnet werden, dass ein Zwischenraum zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildet wird und der Rotor bezüglich des Stators gelagert ist.
In Computertomographie-Anlagen werden mit Hilfe eines Röntgenverfahrens dreidimensionale Schichtbilder vom Inneren eines Untersuchungsobjekts erzeugt. Hierzu werden mittels einer Abtasteinheit, welche eine in der Regel um das Aufnahmeobjekt rotierende Röntgenquelle und ein Bildaufnahmesystem aufweist, zweidimensionale Röntgenschnittbilder erzeugt, aus denen ein dreidimensionales Schichtbild rekonstruiert wird. Die genannten Funktionselemente sind um eine Systemachse drehbar in einem Gantrygehäuse gelagert, welches ringförmig um einen Untersuchungsobjekt-Aufnahmeraum angeordnet ist. Die Gesamtanordnung aus Abtasteinheit, Lager und Gantrygehäuse wird im Folgenden Gantry genannt.
Die Röntgenquelle, das Bildaufnahmesystem sowie deren Steuerungssysteme, welche in der Gantry angeordnet sind, sind üblicherweise in einer Trommel (englisch: Drum) genannten trommelartigen Vorrichtung montiert, die mit einem Rotor verbunden ist oder selbst den Rotor bildet, wobei die Trommel in Drehungen um die Systemachse versetzt wird, um Röntgenaufnahmen des Aufnahmeobjekts aus allen Richtungen zu erhalten.
Eine bestückte Trommel erreicht in der Regel ein Gewicht von ca. 800 bis 900 kg (bei einem Single-Source System, also einem System mit einer Röntgenquelle).
Zur Aufnahme der Röntgenbilder dreht sich die Röntgenquelle in der Regel während einer radiologischen Aufnahme permanent um den Untersuchungsobjekt-Aufnahmeraum im Gantrygehäuse mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von bis zu 240 Umdrehungen pro Minute.
Ein wichtiges Ziel ist es, die Patienten, möglichst kurz der Röntgenstrahlung auszusetzen, um die Strahlungsexposition gering zu halten. Dafür muss jedoch eine möglichst kurze Rotationsdauer, also eine möglichst hohe Drehfrequenz der Strahlungsquelle und damit der Drum erreicht werden.
Zudem muss die gesamte Dreheinheit um die Längsachse um einen Winkel von 30° nach vorne und nach hinten gekippt werden können.
Aufgrund der bei der Drehung der Trommel bzw. des Rotors anfallenden Reibung kommt es zu einer Wärmeentwicklung und zu mechanischem Verschleiß, der üblicherweise mittels Lagerung der Gantry bzw. des Rotors im Gantrygehäuse minimiert wird. Das dafür verwendete Lager wird auch Rotationslager genannt und ist eine wichtige Komponente für die Gantry. Herkömmlich werden für diese Komponente Wälzlager verwendet. Dabei treten jedoch folgende Anforderungen auf, die zu erfüllen sind: Wie bereits erwähnt, werden moderne CT-Systeme in einem Drehzahl- und Belastungsbereich betrieben, der zu Ausfällen aufgrund von Verschleiß führen kann. Die Wälzlager müssen gewartet werden. Dies geschieht normalerweise durch Nachschmieren. Ferner unterliegen auch die Wälzlager einem gewissen Verschleiß, der die Lebensdauer des Systems ungünstig beeinflusst. Außerdem wird bei zunehmender Drehzahl der Geräuschpegel so hoch, dass er insbesondere für den Patienten störend wirkt und durch zusätzliche Maßnahmen reduziert werden muss. Des Weiteren sind die Wälzlager empfindlich gegen Schmutzpartikel, die die Laufbahnen der Kugeln zerstören und somit die Laufzeit bzw. die Lebensdauer der Lager verringern. Abgesehen davon müssen die Lager beim Transport besonders geschützt werden, da größere Stöße oder andauernde Vibrationen die Lager beschädigen oder gar zerstören können.
Um das hohe Geräuschniveau der Lager bei hoher Drehzahl zu verringern und so auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren, muss ein hoher Fertigungs- und Montageaufwand betrieben werden. Die Lebensdauer der Lager ist außerdem durch die Kontaktpressung und den Abrieb der Lager begrenzt. Wie bereits erwähnt, verringert auch Schmutz, der in die Lager eindringt und damit die Kontaktpressung punktuell erhöht, die Lebensdauer. Ein Ansatz zur Lösung dieses Problems besteht darin, dass beim Aufbau und Einsatz der Wälzlager auf saubere Prozesse geachtet wird und Dichtungen bzw. Labyrinthdichtungen zur Abdichtung der Wälzlager gegen Schmutzpartikel eingesetzt werden. Zur Minimierung des Verschleißes werden ferner die Wälzlager in regelmäßigen Abständen nachgefettet, was allerdings einen hohen Serviceaufwand bedeutet. Um den oben genannten Gefahren beim Transport zu begegnen, werden in der Logistik entsprechende Schutzmaßnahmen getroffen, z.B. spezielle und aufwändige Verpackungen verwendet und geeignete Transportvorschriften beachtet.
Alternativ kommen in modernen Computertomographiesystemen auch sogenannte Luftlager zum Einsatz (siehe DE 10 2008 049 050 A1 und 3 und 4). Dabei ist zwischen dem rotierenden Element und dem Stator ein Luftspalt vorgesehen, in den vor dem Start der Drehbewegung des Rotors in Radialrichtung durch poröse Axialflächen (z.B. aus Graphit) Druckluft geleitet wird. Ist ein bestimmter Mindestdruck im Luftlagerspalt erreicht, schwebt das rotierende Element auf einem Luftpolster bzw. einem Luftfilm, was zu einer starken Minimierung der Reibung zwischen Rotor und Stator führt. Erst dann wird die Rotation des Rotors gestartet. Aus der kontaktlosen Rotation ergibt sich Wartungsfreiheit (es muss kein Schmierstoff ausgetauscht werden, der Verschleiß ist minimal), eine geringe Geräuschentwicklung sowie eine reduzierte Wärmeentwicklung bei der Rotation des Rotors bzw. der Trommel.
Allerdings muss aufgrund der recht hohen Kompressibilität von Luft ein hoher Druck zwischen Rotor und Stator erreicht werden. Hierzu muss der Luftspalt zwischen Rotor und Stator sehr schmal (etwa 1/1000 mm) gehalten werden. Ein kleinerer Luftspalt kann also, allgemein gesagt, eine höhere Last tragen. Dieser schmale Spalt bewirkt jedoch, dass die Anordnung anfällig gegen Temperaturänderungen wird, wie sie während des Betriebs des Computertomographiesystems immer auftreten. Aufgrund der Ausdehnung von für die Anordnung verwendeten Werkstoffen kann es bei einer temperaturbedingten Ausdehnung des Rotors sogar zu einem Verklemmen des Rotors im Stator kommen. Zur Lösung dieser Schwierigkeit wird in DE 10 2008 049 050 A1 , wie in 3 und 4 gezeigt, eine derart spezielle Form für den Stator gewählt, dass der Spalt zwischen Rotor und Stator im Ruhezustand im Außenbereich der Lagerfläche größer ist als im Zentralbereich der Lagerfläche. Dehnt sich der Rotor bei höherer Temperatur nach außen hin aus, wird gerade ein etwa gleichbleibend breiter Spalt zwischen Stator und Rotor erreicht.
Nachteilig ist, dass das Optimum eines gleichbleibend breiten Spalts bzw. optimalen überall gleich schmalen Spalts bei diesem Luftlager nur bei einer bestimmten Temperatur, üblicherweise der Betriebstemperatur erreicht wird.
Des Weiteren muss das Luftlager auch ständig mit Druckluft versorgt werden, um die Kontaktlosigkeit des Rotors gegenüber dem Stator aufrechtzuerhalten. Dafür müssen aufwändige Apparaturen zur Luftzufuhr, zum Aufrechterhalten des Luftdrucks sowie zur Steuerung der Luftversorgungseinrichtung bereitgestellt werden. Der geringere Wartungsaufwand für das Lager sowie die weitgehende Reibungs- und Verschleißfreiheit des Lagers werden also durch einen Mehraufwand für die Peripherieeinheiten und Versorgungseinheiten zur Aufrechterhaltung der Lagerfunktion des Luftlagers erkauft.
DE 600 27 663 T2 und JP 002001170039 A offenbaren jeweils einen CT-Scanner zum Erlangen eines medizinisch-diagnostischen Bildes eines Objekts, wobei der genannte CT-Scanner Folgendes umfasst: eine stationäre Gantry, eine sich drehende Gantry, die drehbar auf der stationären Gantry aufliegt, um um das Objekt herum gedreht zu werden, und ein Fluidlager, das zwischen die stationäre und die sich drehende Gantry eingefügt ist, wobei das genannte Fluidlager eine Fluidbarriere schafft, die die sich drehende Gantry von der stationären Gantry trennt.
DE 10 2010 015 061 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Lagerung und zum Antrieb eines rotierbaren Teils einer eine Systemachse aufweisenden Gantry eines Computertomographiegerätes relativ zu einem stationären Teil der Gantry des Computertomographiegerätes, aufweisend Mittel zur magnetischen Lagerung des rotierbaren Teils der Gantry relativ zu dem stationären Teil der Gantry und Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des rotierbaren Teils der Gantry relativ zu dem stationären Teil der Gantry.
US 2012 / 0 027 183 A1 offenbart ein Bildgebungssystem, aufweisend einen Drehrahmen, der sich entlang einer Achse um den zu untersuchenden Bereich dreht, einen zweiten Rahmen und eine Stützvorrichtung, die den Drehrahmen drehbar mit dem zweiten Rahmen verbindet.
JP 002001276041 A offenbart einen Lagermechanismus für eine Röntgenstrahlenquelle, der aus einem hydrodynamischen Gleitlager besteht, das mit einem flüssigen Metallschmiermittel geschmiert ist, und innerhalb des Vakuumgefäßes der Röntgenstrahlenquelle gedreht werden kann. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gantry-Lagerung für ein Computertomographiesystem sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Lagers derart zu schaffen, dass einerseits möglichst hohe Wartungsfreiheit der Lager sowie geringer Verschleiß in jeder Betriebsphase erreicht wird, aber andererseits der Aufwand zum Aufrechterhalten des Betriebs des Lagers möglichst gering ist.
Diese Aufgabe wird zum einen durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß Patentanspruch 1 und zum anderen durch ein Verfahren zum hydrodynamischen Lagern eines Rotors bezüglich eines Stators einer Gantry gemäß Patentanspruch 15 gelöst.
Erfindungsgemäß weist die Gantry ein in und/oder an einem unteren Bereich des Rotors angeordnetes zusätzliches Stützlager auf.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zusätzliches Stützlager in und/oder an einem unteren Bereich des Rotors angeordnet.
Das Stützlager ist, anders ausgedrückt, von der Systemachse betrachtet in Lotrichtung auf bzw. an einer zur Systemachse parallelen Mittellinie zwischen Rotor und Stator oder in einem zu der Mittellinie in Umfangsrichtung des Rotors benachbarten Bereich angeordnet.
Die Verwendung des zusätzlichen Stützlagers führt dazu, dass der Verschleiß des hydrodynamischen Fluidlagers beim Anfahren des Computertomographiesystems aufgrund des Kontakts des Rotors mit dem Stator im Ruhezustand minimiert wird, weil das Stützlager den Rotor im Ruhezustand derart lagert und abstützt, dass die Reibung zwischen Rotor und Stator minimiert wird.
Das erfindungsgemäße bildgebende medizintechnische Gerät weist unter anderem die eine Abtasteinheit aufweisende erfindungsgemäße Gantry mit dem beschriebenen hydrodynamischen Fluidlager auf.
Die Abtasteinheit (auch Scansystem genannt) umfasst beispielsweise eine Bestrahlungseinheit zum Bestrahlen eines zu untersuchenden Objekts und eine Sensor- oder Aufnahmeeinheit, auf die die einzelnen Röntgenbilder projiziert werden. Die genannten Einheiten sind an einem sich drehenden Element, einem Rotor oder einer Trommel montiert, die relativ zu einem feststehenden Element, einem Stator rotiert. Der Rotor ist bezüglich des Stators mittels des genannten hydrodynamischen Fluidlagers gelagert.
Alternativ kann auch die Sensor- oder Aufnahmeeinheit feststehend sein und sich ringförmig um die Systemachse erstrecken und nur die Röntgenquelle am Rotor befestigt sein. Die Aufnahmeeinheit kann sich in diesem Fall zum Beispiel über den ganzen Innenumfang des Stators erstrecken. Dreht sich der Rotor während der Bestrahlung durch die sich mit dem Rotor mitdrehende Röntgenquelle, so werden die Projektionen über die ganze ringförmige Aufnahmefläche der feststehenden Aufnahmeeinheit verteilt aufgenommen.
Weitere, besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren, wobei die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein können.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Stützlager derart dimensioniert, dass der Rotor im Ruhezustand derart gelagert ist, dass der Rotor den Stator nicht berührt. Insbesondere ist das Stützlager derart dimensioniert, dass es während der Anlaufphase oder der Auslaufphase des Rotors den Rotor stützt, so dass der Rotor den Stator nicht berührt.
Somit wird die Reibung zwischen Rotor und Stator minimiert.
Das Stützlager kann zum Beispiel ein Wälzlager bzw. insbesondere ein Kugellager sein. Insbesondere können dabei die Walzen und/oder Kugeln am Rotor oder am Stator drehbar gelagert sein und das jeweilige andere Komponenten weist eine geeignete Lagerfläche auf, an der die Walzen bzw. Kugeln abrollen, oder es sind sowohl am Rotor als auch am Stator Walzen und/oder Kugeln gelagert und entsprechend weisen beide Komponenten mit den Walzen und/oder Kugeln zusammenwirkende Lagerflächen auf.
Der Kontaktbereich des Rotors mit dem Stator im Ruhezustand befindet sich um eine Mittellinie unter dem Rotor, d.h. um eine Mittellinie, welche sich aus der Schnittgeraden zwischen einer aus der Systemachse und der Lotrichtung gebildeten Halbebene und einer senkrecht zu der Halbebene orientierten, die Rotorlagerfläche berührenden Tangentialebene ergibt. Die Mittellinie verläuft also senkrecht unter der Rotationsachse parallel zu der Rotationsachse des Rotors bzw. zur Systemachse. Es ist somit gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sinnvoll, dass mindestens zwei Stützlager in Axialrichtung hintereinander an oder in einem festgelegten Abstand zu einer in Axialrichtung verlaufenden Mittellinie unter dem Rotor in Axialrichtung angeordnet sind, um ein Kippen der Rotationsachse des Rotors in der Startphase oder der Auslaufphase zu verhindern. Der festgelegte Abstand sollte derart sein, dass die Stützlager möglichst weit auseinander angeordnet sind, um eine stabile Rotorlage zu gewährleisten. Eine Zahl anzugeben, ist nicht möglich, da es von der sehr unterschiedlichen Geometrie der Gantry-Aufbauten bzw. den mechanischen Konzepten abhängt.
Alternativ können mindestens zwei Stützlager unter dem Rotor rechts und links der unter dem Rotor verlaufenden Mittellinie angeordnet sein. Diese sind noch ausreichend nah an der Resultierenden der auf den Rotor wirkenden Schwerkraft anzubringen, um die Belastung der Lagerflächen der Stützlager und damit den Verschleiß aufgrund der auf sie senkrecht gerichteten Kraftkomponente bzw. Druckkomponente (Normalkraft bzw. Normaldruck) gering zu halten. Werden die Lager zu weit entfernt von der Mittellinie angebracht, wird die Normalkraft bzw. der entsprechende Normaldruck auf die Lager sehr hoch, so dass es zu erhöhtem Verschleiß des Lagers bzw. Lagerbauelemente kommen kann. Die Lager sollten so weit von der Mittellinie entfernt angebracht sein, um eine stabile Endlagerung des Rotors zu gewährleisten (die Lager müssen technisch entsprechend so ausgelegt werden).
Das hydrodynamische Fluidlager kann derart ausgestaltet sein, dass der Stator und der Rotor einander zugewandte Lagerflächen, aufweisen. Die Lagerflächen sind dahingehend optimiert, dass sie die zwischen Rotor und Stator bei der Rotation des Rotors auftretende Reibung verringern. Das im Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Stator, zwischen den Lagerflächen, positionierte Fluid wird dazu eingesetzt, damit Rotor und Stator während der Rotation des Rotors durch das Fluid getrennt werden.
Ein Vorteil eines hydrodynamischen Lagers besteht darin, dass ausgetretenes Fluid dem Zwischenraum drucklos zuführbar ist. Das bedeutet, dass im Gegensatz zu einem hydrostatischen Lager der für die Lagerung des Rotors nötige Druck nicht durch eine gesonderte Einrichtung aufgebaut werden muss. Vielmehr wird der nötige Druck durch die Rotation des Rotors und den bei der Rotation unter dem Rotor entstehenden Schmierkeil selbst aufgebaut. Das Fluid kann dem Lager zum Beispiel in einem oberen Bereich des Lagers, in dem ein niedrigerer Druck herrscht, zugeführt werden. Zuführungen des Fluids geschehen im Niederdruckbereich des Lagers. Es gibt auch Fluidsteuerungen, die gezielt mit etwas Druck das Medium zuführen. Die Zuführung funktioniert ganz drucklos, wenn der Fluidraum immer gefüllt und abgeschlossen ist.
Weil während des Betriebs keine mechanische Berührung von Rotor und Stator vorliegt, kann ein geringeres Laufgeräusch erreicht werden. Ferner ermöglicht diese Art der Lagerung einen verschleißfreien Dauerbetrieb. Der niedrigere Reibungskoeffizient des hydrodynamischen Fluidlagers erlaubt ferner einen kleiner dimensionierten bzw. schwächer ausgelegten Rotationsantrieb. Umgekehrt kann bei einem unverändert starken Rotationsantrieb ein schwererer Rotor bzw. ein Rotor mit größerem Durchmesser eingesetzt werden.
Aufgrund der bei der hydrodynamischen Lagerung im Betrieb entstehenden hohen Drücke kann es vorkommen, dass ein Teil des Fluids aus dem Lager austritt und dem Lager wieder drucklos zurückgeführt werden muss. Daher kann, insbesondere im Fall des hydrodynamische Lagers, die Anordnung vorzugsweise weiterhin eine Rückführung für ausgetretenes Fluid, welche derart eingerichtet ist, dass mit ihr aus dem Zwischenraum ausgetretenes Fluid in den Zwischenraum drucklos rückführbar ist, aufweisen.
Die Rückführung kann ebenfalls so angeordnet sein, das Fluid zum Beispiel dem oberen Bereich des Lagers, in dem ein niedrigerer Druck herrscht, zugeführt wird, z.B. an der oben genannten Zuführung. Zuführungen des Fluids geschehen im Niederdruckbereich des Lagers. Es gibt auch Fluidsteuerungen, die gezielt mit etwas Druck das Medium zuführen. Die Zuführung funktioniert drucklos, wenn der Fluidraum immer gefüllt und abgeschlossen ist.
Bevorzugt ist der Zwischenraum zwischen Rotor und Stator in Axialrichtung nach außen hin durch in Umfangsrichtung des Zwischenraums verlaufende Dichtungen abgedichtet.
Dies hat den Vorteil, dass durch die Dichtwirkung ein höherer Druck im Zwischenraum erreicht werden kann und damit beispielsweise ein schwerer Rotor gelagert werden kann. Die Dichtungen verhindern insbesondere, dass sowohl im Ruhezustand als auch im Betrieb größere Mengen an Fluid aus dem Zwischenraum bzw. dem Lager austreten.
Die Dichtungen verhindern zudem, dass die Lager gegen die Verschmutzung durch Fremdpartikel abgeschlossen bzw. geschützt sind, was einen Verschleiß durch diese Schmutzpartikel verhindert. Die Abgeschlossenheit des Lagers ermöglicht auch eine hohe Verfügbarkeit bei widrigen Umgebungsbedingungen.
Das Fluid kann zum Beispiel ein Schmiermittel oder ein Gleitmittel sein. Es kann insbesondere Öl, eine ölige Substanz oder ein ölhaltiges Schmiermittel aufweisen. Das Fluid kann auch zusätzlich ein Additiv enthalten.
Öl bzw. der durch das Öl erzeugte Ölfilm hat sehr gute Dämpfungseigenschaften und ermöglicht damit einen besonders ruhigen Lauf des Rotors. Die Verwendung eines Öls erhöht auch die mechanische Belastbarkeit des Lagers, was insbesondere für Lager mit großem Durchmesser und hohem Gewicht vorteilhaft ist.
Andere Ausgestaltungen des Fluids können auch eine Emulsion, oder eine Suspension umfassen. Die Emulsion bzw. Suspension kann wiederum ein Öl, eine ölige Substanz oder ein ölhaltiges Schmiermittel als Bestandteil oder auch ausschließlich enthalten.
Alternativ kann das Fluid auch ein Gas oder Gasgemisch sein.
Eine Möglichkeit der Anordnung der Dichtungen besteht darin, dass die Dichtungen am Stator montiert sind.
Eine andere Möglichkeit der Anordnung der Dichtungen besteht darin, dass die Dichtungen am Rotor montiert sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Dichtungen, z.B. abwechselnd, sowohl am Stator als auch am Rotor montiert.
Das hydrodynamische Fluidlager kann beispielsweise als Außenlager ausgebildet sein. Damit ist gemeint, dass sich der Stator innen d.h. im Inneren der Anordnung aus Stator und Rotor befindet und der Rotor außen um den Stator rotiert.
Alternativ kann das hydrodynamische Fluidlager als Innenlager ausgebildet sein. In diesem Fall befindet sich der Stator außen um den Rotor herum. Der Rotor dreht sich also innerhalb des vom Stator bzw. der Lagerfläche des Stators gebildeten Innenkreises bzw. Innenzylinders.
Um Kippmomente zu kompensieren und die Lagerfläche zu vergrößern, kann der Rotor in den beiden axialen Randbereichen des Rotors bevorzugt konisch ausgebildet sein und die Innenfläche des Stators ebenfalls, korrespondierend zu der Form des Rotors in den beiden Randbereichen des Rotors in Axialrichtung, an die konische Form angepasst sein. Die aus dieser speziellen Form resultierende größere Lagerfläche verringert die Belastung pro Fläche, also den Druck, der auf dem Schmiermittel und den Lagerflächen lastet. Dies führt zu noch besseren Ergebnissen hinsichtlich der Reduktion der Reibung, des Verschleißes, des Wartungsaufwands und der Steigerung der maximalen Drehzahl des Rotors. Eine möglichst hohe Drehzahl des Rotors ist sehr wünschenswert, da somit, wie bereits erwähnt, die Bestrahlungszeit des Patienten reduziert werden kann und dadurch die Strahlungsbelastung des Patienten vorteilhaft reduziert werden kann.
Um die Reibung und damit den Verschleiß noch weiter zu verringern und die Kippmomente noch besser kompensieren zu können, kann der Rotor in Axialrichtung derart ausgebildet ist, dass der Zwischenraum in Axialrichtung zickzackförmig verläuft. Ein weiterer Vorteil dieser speziellen Ausgestaltung besteht darin, dass eine bessere Abdichtung erreicht werden kann. Beispielsweise kann die Abdichtung eine Art Labyrinthdichtungseffekt nutzen, wobei diese Ausprägung an den äußeren Rändern optimiert ist. Der Druck innerhalb des Fluids könnte von einem hydrostatischen zu einem hydrodynamischen Zustand wechseln und die Geschwindigkeit des Fluids könnte sich auch dementsprechend gemäß dem Gesetz von Bernoulli verändert. Diese Eigenschaften können bei einer Labyrinthdichtung eine erhöhte Dichtigkeit bewirken.
Um eine möglichst stabile Abstützung und Lagerung des Rotors beim Anfahren und Herunterfahren des Computertomographen zu erzielen, kann es sinnvoll sein, dass die Dichtungen in Axialrichtung zwischen den Stützlagern angeordnet sind, so dass die Stützlager außerhalb des Dichtungsraums liegen. Somit können die Stützlager weit außen im axialen Randbereich des Zwischenraums angeordnet werden und es wird verhindert, dass es in dieser Phase zu einem auf den Rotor wirkenden Kippmoment kommt, bzw. ein solches auf den Rotor wirkendes Kippmoment wird durch die Anordnung der Stützlager weit außen kompensiert. Darüber hinaus lassen sich die außen liegenden Stützlager leicht warten oder austauschen, da sie leicht zugänglich sind.
Alternativ können die Dichtungen derart angeordnet werden, dass die Stützlager in Axialrichtung zwischen den Dichtungen positioniert sind, so dass sich die Stützlager innerhalb des abgedichteten Zwischenraums befinden. Nun erfolgt eine Schmierung der Stützlager mittels des im Zwischenraum befindlichen Schmiermittels. Ein Nachschmieren der zum Beispiel als Kugellager bzw. Wälzlager ausgebildeten Stützlager ist bei dieser Ausgestaltung nicht mehr nötig.
Auch eine Kombination dieser Varianten ist möglich, mit Stützlagern zwischen und außerhalb eines Dichtungsraums.
In Spezialfällen kann es von großem Vorteil sein, dass das hydrodynamische Fluidlager in Axialrichtung des Rotors nur abschnittsweise verläuft. Die Lager bilden in diesem Fall beispielsweise zwei Lagerringe, die in Axialrichtung voneinander beabstandet sind.
Dies kann zum Beispiel bei einem Außenlager der Fall sein, bei dem der Rotor außen um den Stator herumläuft. Sind in axialer Richtung Teile des Stators ausgespart und damit auch Teile des Lagers ausgespart, kann der Röntgenstrahl einer am Rotor montierten Röntgenbestrahlungseinrichtung direkt durch diese Aussparung bzw. auf das nur durch eine Kunststoffverblendung abgedeckte Untersuchungsobjekt gerichtet sein, und somit ist eine Detektion, die nicht durch die Absorption eines Teils des Spektrums der Strahlung durch den Stator gestört wird, direkt im Bereich zwischen den Lagerringen möglich. In einem solchen Fall wären beispielsweise mindestens vier Dichtringe nötig. Zwei Dichtringe wären nötig, um die beiden sich ergebenden Zwischenräume nach außen hin abzudichten, und zwei Dichtringe, um die beiden Zwischenräume nach innen hin, d.h. zum Bestrahlungsraum hin abzudichten. Auch sollte jeweils an den beiden getrennten ringartigen Lagerabschnitten jeweils eine Zuführung bzw. Rückführung für das aus dem Lager ausgetretene Fluid eingerichtet sein.
In dem Spezialfall eines Außenlagers, aber auch, wenn ein Innenlager einen sehr kleinen Durchmesser aufweist, kann es notwendig sein, dass in Axialrichtung an den Rotor eine Trommel (Drum) angeflanscht ist, deren Durchmesser sich von dem des Rotors unterscheidet. Meist wird der Durchmesser der Trommel größer als der des Lagers sein, um ausreichend Raum für den zu untersuchenden Patienten in der Trommel bereitzustellen.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Dabei sind in den verschiedenen Figuren gleiche Komponenten mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Computertomographiesystems nach dem Stand der Technik,
2 einen schematischen Querschnitt eines Lagers mit Wälzlagern für eine Gantry nach dem Stand der Technik.
3 einen schematischen Querschnitt eines Luftlagers für eine Gantry nach dem Stand der Technik bei einer Ausgangstemperatur im Ruhezustand.
4 einen schematischen Querschnitt eines Luftlagers für eine Gantry nach dem Stand der Technik bei einer Temperatur im Betriebszustand.
5 einen schematischen Querschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager im Ruhezustand des Rotors gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
6 einen schematischen Querschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager im laufenden Betrieb bei drehendem Rotor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
7 einen schematischen Längsschnitt durch die Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager der 5 und 6,
8 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
9 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
10 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
11 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung.

1 zeigt eine allgemeine schematische Darstellung eines Computertomographiesystems, um dessen allgemeinen Aufbau zu verdeutlichen. Die Anordnung umfasst eine Gantry 2 mit einem stationären Teil 3 und mit einem um eine Systemachse 5 rotierbaren Teil 4. Der rotierbare Teil 4 weist eine Abtasteinheit (Röntgensystem) auf, welche eine Röntgenstrahlquelle 6 und einen Röntgenstrahlendetektor 7 umfasst, die an dem rotierbaren Teil 4 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Betrieb des Computertomographiesystems 1 geht von der Röntgenstrahlenquelle 6 Röntgenstrahlung 8 in Richtung des Röntgenstrahlendetektors 7 aus, durchdringt ein Messobjekt P, zum Beispiel einen Patienten P, und wird vom Röntgenstrahldetektor 7 in Form von Messdaten bzw. Messsignalen erfasst.
In 1 ist ferner eine Patientenliege 9 zur Lagerung eines Patienten P zu sehen. Die Patientenliege 9 umfasst einen Liegensockel 10, an dem eine zur eigentlichen Lagerung des Patienten P vorgesehene Patientenlagerungsplatte 11 angeordnet ist. Die Patientenlagerungsplatte 11 ist relativ zu dem Liegensockel 10 in Richtung der Systemachse 5 derart verstellbar, dass sie zusammen mit dem Patienten P in die Öffnung 12 der Gantry 2 zur Aufnahme von 2D-Röntgenprojektionen von dem Patienten P eingeführt werden kann. Die rechnerische Verarbeitung der mit der Abtasteinheit aufgenommenen 2D-Röntgenprojektionen bzw. die Rekonstruktion von Schichtbildern, 3D-Bildern oder eines 3D-Datensatzes basierend auf den Messdaten bzw. Messsignalen der 2D-Röntgenprojektionen erfolgt mit einem Bildrechner 13 des Computertomographiegerätes 1, wobei die Schichtbilder oder 3D-Bilder auf einer Anzeigevorrichtung 14 darstellbar sind.
Damit der unter anderem mit der Abtasteinheit versehene rotierbare Teil 4 relativ zu dem stationären Teil 3 der Gantry rotieren kann, ist eine Lagerung des rotierbaren Teils 4 erforderlich. Hierzu ist herkömmlich eine in 2 schematisch veranschaulichte Lagerung 15, z.B. in Form von Wälzlagern 15a, 15b, 15c, 15d, vorgesehen. Das Lager besteht z.B. aus vier einzelnen Segmenten 15a, 15b, 15c, 15d, die zusammen eine reibungsarme Rotation des rotierbaren Teils 4 gewährleisten sollen.
3 zeigt eine Rotor-Stator-Anordnung, wie sie in der Druckschrift DE 10 2008 049 050 A1 bereits beschrieben worden ist, im Ruhezustand bei einer Ausgangstemperatur T1. Bei diesem Computertomographiesystem wurde die Gantry-Lagerung als Luftlager ausgeführt.
Die Anordnung weist einen Stator 3, einen Rotor 4 und einen zwischen dem Stator und dem Rotor ausgebildeten Zwischenraum 17 auf. An dem Rotor ist das Röntgensystem mit der Bestrahlungseinheit sowie der Detektionseinheit (nicht gezeigt) montiert. In den Zwischenraum 17 zwischen Rotor 4 und Stator 3 wird Druckluft mit hohem Druck geleitet. Ist ein ausreichend hoher Druck erreicht, so verliert der Rotor 4 den direkten Kontakt mit dem Stator 3, so dass sich der Rotor 4 praktisch reibungsfrei drehen kann. Um den Druck in dem Luftlager aufrechtzuerhalten, muss im Betrieb des Computertomographiesystems dem Zwischenraum ständig Druckluft zugeführt werden. Um einen dauerhaften und störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, werden für diese spezielle Art der Lagerung Versorgungseinheiten (nicht gezeigt) zur Zufuhr der Druckluft benötigt. Da die in der Anordnung herrschende Temperatur von dem Betriebszustand abhängt, und die zum Bau der Gantry 2 verwendeten Materialien unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, könnte es bei einem bei der Ausgangstemperatur T1 im Ruhezustand überall gleich breiten Spalt, d.h. einem in Radialrichtung um den ganzen Umfang der Lagerfläche konstanten Abstand zwischen Rotor 4 und Stator 3 bei einer Temperaturänderung zu einem Kontakt zwischen den Lagerflächen 16,16a von Rotor 4 und Stator 3 im Außenbereich 19, ja sogar zu einem Blockieren des Rotors kommen. Dagegen würde sich eventuell der Spalt 17 im Mittelbereich 18 bei einer erhöhten Temperatur derart vergrößern, dass dort die tragende Wirkung des Luftspalts verloren ginge.
Um diesem Problem zu begegnen, wird nach dem Stand der Technik der Radius r (φ) des Stators 3 bzw. die Krümmung der Statorlagerfläche 16a derart variiert, dass die Dicke des Spalts 17, d.h. der Zwischenraum zwischen Stator 3 und Rotor 4 nach außen hin, d.h. mit größerer Entfernung von der Mittelebene 20 bzw. dem Zentralabschnitt 18 der Anordnung zum Bereich 19 hin zunimmt. Dies führt dazu, dass im Ruhezustand bei einer Temperatur T1 der Spalt 17 im Bereich 18 um die Mittelebene 20 kleiner ist als im weiter außen liegenden Bereich 19. Diese spezielle Ausbildung des Abstandsprofils zwischen Stator und Rotor erlaubt es, dass sich der Rotor 4 bei höherer Temperatur nach außen hin ausdehnen kann, ohne dass es zu einem Kontakt zwischen den Lagerflächen 16,16a des Rotors 4 und des Stators 3 oder gar einem Blockieren des Rotors 4 kommt. Bei Betriebstemperatur ist die Breite des Luftspalts 17 überall ungefähr gleich. 4 zeigt das Luftlager im Betriebszustand bei Temperatur T2. Der sich bei einer höheren Temperatur vergrößernde Radius des Rotors ist mit RROT (T2) bezeichnet.
In den 5 bis 7 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Gantry dargestellt.
5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer Gantry 2 mit einem hydrodynamischen Fluidlager im Ruhezustand gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Gantry weist einen Stator 3, einen Rotor 4, ein hydrodynamisches Fluidlager mit einen Zwischenraum 17 sowie einem Fluid 21 auf, das sich in dem Zwischenraum 17 befindet und als Schmiermittel dient. Zusätzlich sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel zwei Stütz- oder Hilfslager 22 im unteren Bereich der Gantry 2, also dem von der Systemachse 5 aus betrachtet in Lotrichtung liegenden Bereich der Gantry angeordnet. Die Stützlager 22 können beispielsweise als Wälzlager insbesondere als Kugellager ausgebildet sein.
Im Ruhezustand stützen die Stütz- oder Hilfslager 22 den Rotor 4 ab, so dass die Lagerfläche des Rotors 4 die Lagerfläche des Stators 3 im unteren Bereich des Lagers bzw. der Gantry 2 auch im Ruhezustand nicht berührt. Weiterhin gewährleisten die Stützlager neben ihrer Stützfunktion auch, dass der Rotor 4 beim Anfahren des Rotors reibungsarm gelagert ist. Dadurch wird beim Übergang vom Ruhezustand in den Rotationszustand des Rotors verhindert, dass die Laufflächen des Rotors 4 und des Stators 3 aufgrund von Reibung, z.B. Gleitreibung oder Mischreibung verschleißen. Genauer gesagt, wirkt vorteilhaft nur Rollreibung zwischen den Kugeln des Kugellagers und den Lagerflächen 16, 16a, wobei die Rollreibung durch ein spezielles Schmiermittel oder das im Zwischenraum 17 zum Einsatz kommende Fluid 21 weiter herabgesetzt wird.
Auf die gleiche Weise verhindern die Stützlager 22 im Übergang vom Rotationszustand in den Ruhezustand einen direkten Kontakt der Lauffläche des Rotors 4 mit der Lauffläche des Stators 3 und gewährleisten gleichzeitig selbst eine reibungsarme Lagerung des Rotors 4, so dass auch in diesem Fall Gleitreibung zwischen der Lauffläche des Stators 3 und der Lauffläche des Rotors 4 vermieden werden kann und der Verschleiß in Folge von Reibung in dieser Übergangsphase stark verringert werden kann. Im Ruhezustand ist der Mittelpunkt bzw. die Längsachse (Rotationsachse) des Rotors 4 bezüglich der Zentralposition des Lagers d.h. der Systemachse 5 der Gantry 2 nach unten (d.h. in Richtung der Schwerkraft) versetzt (in 5 übertrieben dargestellt).
Die Versetzung bzw. die Dezentrierung der Rotorachse kann ermittelt werden und für die verschiedenen Drehzahlen eingespeichert werden, damit man immer weiß, wo die Achse liegt. Ist die Mittenauswanderung nicht größer als z.B. 0,1mm (Radius), muss man nichts dergleichen unternehmen. Der Rotor 4 ruht in diesem Zustand auf den Stützlagern 22. Die Stützlager 22 befinden sich im Eingriff mit der Lauffläche des Rotors 4. Die Stützlager 22 verhindern eine noch weitergehende Versetzung der Längsachse des Rotors nach unten hin, d.h. eine weitere Verschiebung des Rotors von der Systemachse weg in Lotrichtung.
Auch im Übergangszustand zwischen dem Ruhezustand und dem Rotationszustand befindet sich im unteren Bereich des Lagers zwischen der Lauffläche des Rotors 4 und der Lauffläche des Stators 3 noch nicht so viel Fluid bzw. Schmiermittel 21, dass die Reibung vollständig verschwunden wäre, falls keine Stützlager 22 vorhanden wären. Es würde ohne Stützlager in einer solchen Phase des Anfahrens des Rotors 4 Mischreibung auftreten. Diese lässt sich anschaulich so verstehen, dass das Fluid 21 zwar die Vertiefungen in der Lauffläche des Rotors 4 und der Lauffläche des Stators 3 vollständig auffüllt und somit verhindert, dass sich die beiden Laufflächen in diesen Unebenheiten bildlich gesprochen mikroskopisch miteinander „verhaken“, es wird also in diesem Zustand eine Art Haftreibung oder auch intensive Gleitreibung verhindert.
Jedoch würden sich die Laufflächen in den Bereichen, die über die Vertiefungen hervorstehen und daher nicht von dem in den Vertiefungen befindlichen Fluid 21 benetzt sind, sehr wohl noch berühren. Daher käme es auch in diesem Zustand nach wie vor zu einer beträchtlichen Reibung zwischen den beiden Laufflächen des Rotors und des Stators, was zu einer Temperaturerhöhung, einem verstärkten Verschleiß und einer erhöhten Geräuschentwicklung bei hohen Drehzahlen des Rotors 4 führen würde, falls die beiden Laufflächen des Rotors 4 und des Stators 3 nicht, wie in 3 gezeigt, durch die Stützlager 22 voneinander räumlich getrennt wären. Zusätzlich kann eine Rückführung 25 für ausgetretenes Fluid 21 vorgesehen sein, wobei die Rückführung 25 derart eingerichtet ist, dass mit ihr aus dem Zwischenraum 17 ausgetretenes Fluid 21 in den Zwischenraum 17 drucklos rückführbar ist.
6 zeigt einen Querschnitt des hydrodynamischen Fluidlagers für ein Computertomographiesystem gemäß dem Ausführungsbeispiel, das in 5 gezeigt ist, im Rotationszustand. Im Rotationszustand baut sich aufgrund der Drehbewegung des Rotors im unteren Bereich des Lagers zwischen der Lauffläche des Stators 3 und der Lauffläche des Rotors 4 ein starker Druck auf. Es bildet sich ein sogenannter Schmierkeil aus. Dieser hebt den Rotor 4 derart entgegen der Lotrichtung an, dass der Rotor 4 nicht mehr im Eingriff mit den Stützlagern 22 steht. Die Lauffläche des Rotors 4 und die Lauffläche des Stators 3 berühren sich nun auch ohne den Eingriff der Stützlager 22 nicht mehr. Somit ist die Reibung zwischen der Lauffläche des Rotors 4 und der Lauffläche des Stators 3 stark herabgesetzt. Dies führt dazu, dass im Rotationszustand auch ohne den Eingriff der Stützlager 22 ein stärkerer Verschleiß vermieden werden kann.
Die Rotationsachse des Rotors ist während der Rotation bezüglich der Systemachse etwas nach unten und horizontal ganz leicht gegen die Drehrichtung (in diesem Fall horizontal nach links) versetzt. Dieser Effekt ist allerdings gering und lässt sich auch zuverlässig bestimmen. Auch wenn der Rotor somit leicht exzentrisch angeordnet ist, verläuft die Rotation bei konstanter Drehzahl um eine in diesem Zustand bezüglich ihrer Lage und Orientierung konstante Rotationsachse völlig gleichmäßig.
Beim Herunterfahren des Computertomographiesystems nimmt die Drehzahl des Rotors 4 wieder ab und damit einhergehend auch der Druck, mit dem der Rotor 4 gegen die Schwerkraft angehoben wird. Die Stützlager 22 kommen wieder mit dem Rotor 4 in Eingriff und verhindern auch beim Abbremsen der Rotation des Rotors, dass der Rotor 4 mit dem Stator 3 in Kontakt kommt.
Allerdings kann während der Rotation des Rotors 4 der im unteren Bereich unter dem Rotor 4 zwischen der Lauffläche des Rotors 4 und der Lauffläche des Stators 3 herrschende Druck auf das Fluid 21 derart hoch sein, dass das Fluid 21 teilweise an den Dichtungen vorbei aus dem Zwischenraum 17 herausgedrückt wird. Es muss in einem solchen Fall anschließend dem Lager bzw. dem Zwischenraum 17 zwischen Rotor 4 und Stator 3 wieder zugeführt werden.
7 zeigt einen schematischen Längsschnitt durch die Gantry (in einer die Systemachse 5 enthaltenen senkrechten Ebene) mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß den 5 und 6. Dabei sind nur die für die Erfindung wesentlichen Teile der Gantry schematisch dargestellt, d.h. der Schnitt ist zum zentralen Bereich des Patiententunnels sowie nach außen hin jeweils abgebrochen. Der Stator 3 befindet sich im Außenbereich des Lagers und umgibt den Rotor 4, der sich im Zentrum des Lagers um die Systemachse 5 dreht. Eine derartige zentrale Anordnung des Rotors innerhalb des Stators nennt man Innenlager. Die Stützlager 22 sind am Stator 3 montiert und ragen in den Zwischenraum 17 zwischen dem Stator 3 und dem Rotor 4 hinein, um den Rotor 4 in der Anlaufphase und der Auslaufphase des Rotors zu stützen, so dass ein stärkerer Verschleiß aufgrund von Haftreibung oder Gleitreibung bzw. Mischreibung zwischen der Lauffläche des Stators 3 und der Lauffläche des Rotors 4 vermieden werden kann. In den Randbereichen des Zwischenraums in Axialrichtung betrachtet befinden sich Dichtungen 23, um den Zwischenraum 17 nach außen hin abzudichten, so dass möglichst wenig Fluid 21 oder überhaupt kein Fluid 21 aus dem Zwischenraum austreten kann.
8 veranschaulicht einen entsprechenden Schnitt (wie in 7) einer Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel. Zwar ist auch diese Ausführungsform als Innenlager ausgebildet, jedoch ist an den Rotor 4 eine Trommel 24 (englisch drum) angeflanscht, die die Bestrahlungseinheiten und Detektionseinheiten bzw. die Abtasteinheit (nicht gezeigt) umfasst bzw. an der die Bestrahlungseinheiten und Detektionseinheiten montiert sind.
Weiterhin sind Dichtungen 23 eingezeichnet, die das Lager nach außen hin abdichten.
In dieser Ausführungsform kann das Lager, das den Stator 3 und den Rotor 4 umfasst, in Radialrichtung mit einem kleineren Durchmesser ausgebildet sein. Die Trommel 24 kann einen geeigneten von dem Durchmesser des Rotors 4 abweichenden Durchmesser aufweisen. Vorteilhaft ist insbesondere ein im Vergleich zum Durchmesser des Rotors 4 größerer Durchmesser der Trommel 24, da somit ausreichend Platz für die Abtasteinheiten sowie für den Patienten geschaffen wird.
9 zeigt wieder einen entsprechenden Schnitt (wie in 7) einer Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem noch anders gearteten Ausführungsbeispiel. In diesem Fall ist das hydrodynamischen Fluidlager als Außenlager ausgebildet. Das bedeutet, dass der Rotor 4 um den Stator 3 herum ausgebildet ist und sich um den Stator 3 herum dreht. In dieser Ausführungsform ist zusätzlich eine Trommel 24 an den Rotor 4 angeflanscht, wobei die Trommel 24 die Bestrahlungseinheiten und Detektionseinheiten umfasst. Auch bei dieser Ausführungsform ist das Lager mit Dichtungen 23 versehen, um das Austreten des Fluids 21 zu vermeiden bzw. zu beschränken.
Allerdings ist auch eine Ausführungsform mit einem Außenlager denkbar, bei der am Rotor 4 direkt die Bestrahlungseinheiten und die Detektionseinheiten montiert sind. In diesem Fall kann der Stator 3 mit einer Aussparung sowohl in Axialrichtung als auch in Umfangsrichtung ausgestaltet sein, um eine direkte Bestrahlung des Patienten, der sich im Inneren der Anordnung befindet, ohne Absorption durch Metallelemente oder ähnliches, beispielsweise nur durch eine Kunststoffverblendung hindurch, zu gewährleisten.
Beispielsweise kann das Lager in diesem Fall als zwei von einer sich in Axialrichtung erstreckenden Aussparung getrennte Ringlager ausgebildet sein.
10 zeigt ebenfalls einen entsprechenden Schnitt (wie in 7) einer Gantry 2 mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel mit einer speziellen Form eines Stators 3 und eines Rotors 4. Gemäß dieser Ausführungsform sind der Stator 3 sowie der Rotor 4 in Axialrichtung konisch, d.h. sich nach außen hin verjüngend dargestellt. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht sowohl eine vergrößerte Lagerfläche als auch einen verbesserten Schutz gegen Kippmomente, die auf den Rotor 4 wirken. Die vergrößerte Lagerfläche führt zu einer Herabsetzung des auf die Lagerflächen wirkenden Drucks und somit für verbesserte Gleiteigenschaften sowie geringeren Verschleiß der Lagerflächen. Zudem tritt bei geringerem Druck auch weniger Fluid, das anschließend wieder ersetzt oder zurückgeführt werden muss, aus dem Zwischenraum 17 aus. Die Stützlager 22 befinden sich in dieser Ausführungsform in Axialrichtung jenseits der Dichtungen 23, d.h. außerhalb des von den Dichtungen 23 abgedichteten Zwischenraums 17, der von den Lagerflächen 16, 16a des Stators 3 und des Rotors 4 des hydrodynamischen Fluidlagers gebildet wird. Somit sind sie leicht erreichbar, um Wartungsarbeiten, wie zum Beispiel das Austauschen von Stützlagern vornehmen zu können, da die Stützlager gemäß dieser Ausführungsform außerhalb des von den Dichtungen abgeschlossenen Zwischenraums angeordnet sind.
11 zeigt ebenfalls einen entsprechenden Schnitt (wie in 7) einer Gantry mit einem hydrodynamischen Fluidlager gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel. Gemäß dieser Ausführungsform sind der Stator 3 sowie der Rotor 4 in Axialrichtung in Zickzackform ausgebildet. Eine solche Ausgestaltung ermöglicht sowohl eine noch weiter vergrößerte Lagerfläche als auch einen verbesserten Schutz gegen Kippmomente. Bei dieser Ausführungsform sind die Stützlager in Axialrichtung betrachtet zwischen den beiden Dichtungen 23 angeordnet. Zwar erschwert das den Ausbau bzw. Austausch eines Stützlagers, allerdings werden die Stützlager, da sie innerhalb des Zwischenraums immer vom Fluid 21 umgeben sind, ständig geschmiert, was Nachschmieren nicht nötig macht und somit den Wartungsaufwand verringert.
Die in den vorherigen Beispielen gezeigten Stützlager 22 können sowohl bei hydrodynamischen Lagern als auch bei hydrostatischen Lagern verwendet werden. Im letzteren Fall dient das Stützlager als Schutz vor einer Kollision des Rotors mit dem Stator bei einem Defekt, zum Beispiel einem Ausfall einer Versorgungseinrichtung. Ferner kann zum Beispiel der Druck, mit dem das Fluid im Fall des hydrostatischen Lagers zugeführt wird, im Fehlerfall reduziert sein. In diesem Fall dient das Stützlager dazu, den Kontakt zwischen Rotor und Stator zu verhindern.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen hydrodynamischen Fluidlagern lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass die betreffende Komponente aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten bestehen, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Gantry (2) eines bildgebenden medizintechnischen Geräts (1), aufweisend einen Stator (3), einen Rotor (4), eine an dem Rotor montierte Abtasteinheit, ein hydrodynamisches Fluidlager, das einen Zwischenraum (17) zwischen dem Stator (3) und dem Rotor (4) aufweist und mit dem der Rotor (4) bezüglich des Stators (3) gelagert ist, und ein in und/oder an einem unteren Bereich des Rotors (4) angeordnetes zusätzliches Stützlager (22).
Gantry (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (22) derart dimensioniert ist, dass der Rotor (4) im Ruhezustand derart gelagert ist, dass der Rotor (4) den Stator (3) nicht berührt.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützlager (22) derart dimensioniert ist, dass während der Anlaufphase oder der Auslaufphase der Rotation des Rotors (4) der Rotor derart abgestützt wird, dass der Rotor den Stator (3) nicht berührt.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stützlager (22) in einem festgelegten Abstand zu einer in Axialrichtung verlaufenden Mittellinie (20) unter dem Rotor (4) in Axialrichtung angeordnet sind.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Stützlager (22) unter dem Rotor (4) rechts und links der Mittellinie (20) angeordnet sind.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum (17) in Axialrichtung nach außen hin durch in Umfangsrichtung des Zwischenraums (17) verlaufende Dichtungen (23) abgedichtet ist, so dass ein Dichtungsraum ausgebildet ist.
Gantry (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (23) am Stator (3) und/oder am Rotor (4) montiert sind.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass axiale Randbereiche des Rotors konisch ausgebildet sind und der Stator (3) zu der Form des Rotors (4) korrespondierend ausgebildet ist.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) in Axialrichtung derart ausgebildet ist, dass der Zwischenraum (17) in Axialrichtung zickzackförmig verläuft.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungen (23) in Axialrichtung zwischen den Stützlagern (22) angeordnet sind, so dass die Stützlager (22) außerhalb des Dichtungsraums liegen.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Stützlager (22) in Axialrichtung zwischen den Dichtungen (23) angeordnet ist, so dass das Stützlager (22) innerhalb des Dichtungsraums angeordnet ist.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das hydrodynamische Fluidlager in Axialrichtung des Rotors (4) nur abschnittsweise verläuft.
Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Axialrichtung an den Rotor (4) eine Trommel (24) angeflanscht ist, deren Durchmesser sich von dem Durchmesser des Rotors (4) unterscheidet.
Bildgebendes medizintechnisches Gerät (1) mit Gantry (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zum hydrodynamischen Lagern eines Rotors (4) bezüglich eines Stators (3) einer Gantry (2) eines bildgebenden medizintechnischen Geräts (1), wobei ein eine Abtasteinheit aufweisender Rotor (4), ein Stator (3) und ein hydrodynamisches Fluidlager derart angeordnet werden, dass ein Zwischenraum (17) zwischen dem Stator (3) und dem Rotor (4) ausgebildet wird und der Rotor (4) bezüglich des Stators (3) gelagert ist, und wobei in und/oder an einem unteren Bereich des Rotors (4) ein zusätzliches Stützlager (22) angeordnet wird.