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Die Erfindung betrifft ein CT-System zur Erzeugung tomographischer Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes, zumindest aufweisend eine Gantry mit einem rotierbaren Träger zur Aufnahme von Komponenten des CT-Systems, und ein Kühlsystem zum Kühlen der auf der Gantry befestigten Komponenten mit mindestens einem luftführenden Kanal.
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Die auf der Gantry eines CT-Systems angeordneten Systemkomponenten produzieren im Betrieb zwischen 12kW und 17kW Wärme. Beispielsweise wird in einer Röntgenröhre des CT-Systems bei der Erzeugung von Röntgenstrahlung ein Großteil der eingesetzten Energie in Wärme umgewandelt. Diese Wärme muss zum Schutz der Systemkomponenten, insbesondere eines Strahler-Detektor-Systems, aus der Gantry abgeführt werden. Dazu ist es notwendig, die Systemkomponenten auf dem rotierenden Träger jederzeit mit ausreichend Kühlluft zu versorgen.
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DE 10 2005 041 538 B4 offenbart eine Gantry eines Computertomographen, umfassend einen Tragkörper und einen Tragring zur Lagerung eines rotierbaren Drehwagens, wobei der Tragring einen Kühlkanal zur Zuführung eines Kühlmittels zu dem Drehwagen aufweist.
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DE 10 2005 041 542 B4 offenbart eine Gantry eines Computertomographen, umfassend einen um eine Achse drehbaren Drehwagen und einen um den Drehwagen angeordneten Tragring mit einem umlaufenden Kühlkanal.
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DE 103 04 661 A1 offenbart ein Kühlsystem für eine Gantry einer Computertomographie-Anlage.
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DE 601 31 117 T2 offenbart ein Gerät zum Lenken von Kühlflüssigkeit zu einer Lagerbaugruppe zur Reduzierung der Wärmebelastung der Röntgenröhrenlager, die durch von der Anode während des Betriebes abgegebene Wärme verursacht wird.
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Es ist bekannt, einzelne Komponenten mit zusätzlichen, auf dem rotierenden Träger angebrachten Lüftern zu kühlen. Diese Lüfter reagieren jedoch sehr anfällig auf die Beschleunigungen bei der Rotation des Trägers. Daher wird aus Zuverlässigkeitsgründen, um Wartungsarbeiten zu vermeiden, oftmals auf diese zusätzlichen Lüfter verzichtet. In diesem Fall kann jedoch die gleichmäßige Luftversorgung der Komponenten über den Umfang der Gantry betrachtet nicht immer gewährleistet werden. Daher kann es im Stillstand des Trägers zu Temperaturproblemen kommen, da die Abwärme nicht ausreichend abgeführt wird.
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Weiterhin ist es bekannt, durch Leitbleche in den Zuluftkanälen und eine Anpassung der Luftauslässe aus dem Zuluftkanal zu den Komponenten den Druck lokal zu korrigieren, um einen möglichst gleichmäßigen Druck im Zuluftkanal zu erzeugen und so eine möglichst gleichmäßige Kühlung entlang des Umfangs der Gantry zu gewährleisten.
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Bei einer ungleichmäßigen Kühlung entlang des Umfangs, insbesondere beim Betrieb der Gantry im Stillstand, ist es zudem notwendig, die Gantrykühlung mit einer höheren Leistung zu betreiben. Damit wird jedoch auch ein höheres Geräuschniveau erzeugt.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Kühlsystem für eine Gantry eines CT-Systems zu schaffen, welches eine gleichmäßige und zuverlässige Kühlung der Gantry und der darauf befindlichen Systemkomponenten, vor allem auch im Stillstand des Trägers, ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.
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Die Erfinder haben erkannt, dass durch eine Unterteilung des Zuluftkanals in mehrere Segmente, welche einzeln luftgeführt werden und bei welchen somit der Druck einzeln eingestellt werden kann, ein gleichmäßiger Druck im Zuluftkanal erreicht werden kann. Der gleichmäßige Druck ermöglicht wiederum eine gleichmäßige und positionsunabhängige Kühlung der Systemkomponenten entlang des Umfangs der Gantry. Dies ist auch im Stillstand des Trägers gewährleistet. Die einzelnen Segmente des Zuluftkanals werden zentral mit Kühlluft versorgt und sind dadurch voneinander entkoppelt, sodass keine Wechselwirkungen zwischen den Segmenten auftreten. Die Segmente des Zuluftkanals sind über die zu kühlenden Komponenten mit dem Abluftkanal verbunden.
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Durch die Segmentierung des Zuluftkanals lässt sich für alle Bereiche entlang des Umfangs der Gantry einfach und zuverlässig ein Druck und Volumenstrom einstellen. Dadurch kann der Druck in den einzelnen Segmenten aneinander angepasst werden, sodass eine gleichmäßige beziehungsweise einheitliche Druckverteilung entsteht. Die Kühlung der Systemkomponenten entlang des Umfangs der Gantry ist im Stillstand des Trägers somit nicht mehr positionsabhängig. Folglich ist die Kühlung auch im Stillstand des Trägers zuverlässig.
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Weiterhin kann das Kühlsystem mit weniger Leistung betrieben werden, wodurch das Geräuschniveau gegenüber der bekannten Lösung mit Leitblechen in den Zuluftkanälen gesenkt wird.
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Demgemäß schlagen die Erfinder vor, ein CT-System zur Erzeugung tomographischer Aufnahmen eines Untersuchungsobjektes, insbesondere eines Patienten, zumindest aufweisend eine Gantry mit einem rotierbaren Träger zur Aufnahme von Komponenten des CT-Systems, und ein Kühlsystem zum Kühlen der auf der Gantry befestigten Komponenten mit mindestens einem luftführenden Kanal, dahingehend zu verbessern, dass ein luftführender Zuluftkanal des Kühlsystems in mindestens zwei Segmente unterteilt ist, um eine gleichmäßige Druckverteilung im Zuluftkanal zu gewährleisten, wobei die mindestens zwei Segmente nicht innerhalb des luftführenden Zuluftkanals miteinander verbunden sind.
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Das CT-System umfasst ein Gantrygehäuse, in dem die Gantry angeordnet ist. Dabei umfasst die Gantry einen rotierbaren Träger, auf welchem mehrere Systemkomponenten des CT-Systems angeordnet sind. Diese Systemkomponenten sind vor allem mindestens ein Strahler-Detektor-System sowie weitere elektronische Bauteile.
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Das Kühlsystem umfasst mindestens einen luftführenden Kanal. Ein luftführender Kanal ist als Zuluftkanal zum Transport der kalten Frisch- beziehungsweise Kühlluft ausgebildet. Ein weiterer luftführender Kanal ist als Abluftkanal zum Abtransport der bei der Kühlung der Systemkomponenten erwärmten Luft ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist der Zuluftkanal des Kühlsystems in mindestens zwei Segmente unterteilt. In einer Ausführungsform ist der Zuluftkanal in genau zwei Segmente unterteilt. In einer anderen Ausführungsform ist der Zuluftkanal in mehr als zwei, beispielsweise drei, vier oder fünf, Segmente unterteilt.
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Bevorzugt sind die mindestens zwei Segmente jeweils einzeln luftgeführt, das heißt voneinander entkoppelt. Mit anderen Worten sind die Luftströme in den Segmenten untereinander nicht verbunden, sodass keine Wechselwirkungen hierzwischen auftreten. Dabei sind die Segmente des Zuluftkanals vorzugweise parallelgeschaltet, das heißt der gesamte Zuluftstrom wird auf die mehreren Segmente aufgeteilt.
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Die Segmente sind mit einer gemeinsamen Zuluftversorgung verbunden. Vorteilhafterweise weisen die Segmente jeweils mindestens eine Einströmöffnung auf, durch welche die Zuluft in die einzelnen Segmente strömt. In einer Ausführungsform weist ein Segment genau eine Einströmöffnung auf. Andere Ausführungsformen sehen Segmente mit mehr als einer Einströmöffnungen, beispielsweise zwei oder mehr, auf.
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Der Druck und damit auch der Volumenstrom in den Segmenten sind bevorzugt jeweils über die Größe der Einströmöffnungen einstellbar. Dabei gilt zum einen, je größer die Einströmöffnung ist, umso größer ist der Volumenstrom im Segment. Und zum anderen gilt, je geringer die Strömungsgeschwindigkeit in den Segmenten, umso größer ist der Druck. Vorteilhafterweise werden also, um den Druck zu verringern, die Einströmöffnungen verkleinert, und umgekehrt.
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Die Strömungsgeschwindigkeit der Luft in den Segmenten ist unmittelbar hinter der/den Einströmöffnung(en) am größten. Bei einem Segment mit lediglich einer Einströmöffnung nimmt die Strömungsgeschwindigkeit beim Durchströmen durch das Segment ab, sodass der Druck mit zunehmender Entfernung zur Einströmöffnung zunimmt.
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Bei einer Ausführungsform eines Segmentes mit zwei Einströmöffnungen können die Einströmöffnungen gegenüberliegend an dem Segment angeordnet sein. Beispielsweise sind die Einströmöffnungen jeweils an den gegenüberliegenden Enden, also in Strömungsrichtung betrachtet an einem vorderen und einem hinteren Ende des Segmentes, angeordnet. Ein derartiges Segment ist beispielsweise C-förmig ausgebildet. Die Einströmöffnungen sind vorzugsweise jeweils an den Enden der C-Schenkel ausgebildet. Die Luft strömt dann von den beiden C-Schenkeln aufeinander zu, sodass an der Stelle, wo die entgegengesetzten Luftströme aufeinandertreffen, die Strömungsgeschwindigkeit am niedrigsten und der Druck am größten ist.
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In einer weiteren Ausführungsform können auch mehrere Einströmöffnungen eines Segmentes nebeneinander angeordnet sein.
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Die Form der einzelnen Segmente ist vorteilhafterweise unterschiedlich ausgeführt, insbesondere sind die Segmente unterschiedlich in der Gantry angeordnet. Dabei können Form und Verlauf der Segmente anhand von Strömungssimulationen zur Erreichung der gewünschten Druckverhältnisse angepasst werden. Eine Ausführungsform des Zuluftkanals sieht vor, dass die Segmente zumindest teilweise konzentrisch zueinander angeordnet sind.
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Die mindestens zwei Segmente sind vorteilhafterweise über die zu kühlenden Komponenten mit dem Abluftkanal verbunden. Nachdem die Zuluft durch die Einströmöffnungen in die einzelnen Segmente gelangt, strömt sie durch eine Vielzahl von Lufteinlässen aus dem Zuluftkanal in die Gantry, wo sie die Systemkomponenten durchströmt und kühlt. Von dort gelangt die erwärmte Abluft durch Luftauslässe in den Abluftkanal.
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Die Lufteinlässe in die Systemkomponenten auf der Gantry sind vorteilhafterweise über die gesamte Länge der einzelnen Segmente angeordnet. Dabei kann ein Lufteinlass mehr als einem Segment zugeordnet sein, das heißt die Luft aus mehreren Segmenten kann durch einen gemeinsamen Lufteinlass in eine Systemkomponente einströmen. Durch die verbesserte und vereinfachte Druckeinstellung kann der Druck entlang des Umfangs der Gantry auf einen gleichmäßigen Wert eingestellt werden, sodass die Luft stets mit gleichbleibendem Druck aus den Segmenten in den rotierenden Teil der Gantry strömt.
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Zwischen den Segmenten sind vorteilhafterweise luftundurchlässige Trennwände angeordnet, welche die Segmente voneinander abtrennen. Dabei wird zusätzlich durch die Trennwände vorteilhafterweise die Steifigkeit der Struktur des gesamten Zuluftkanals erhöht.
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Das Gantrykühlsystem kann unterschiedlich ausgebildet werden. In einer Ausführungsform weist das Kühlsystem eine Luftkühlung auf. Hierbei wird die warme Abluft an die Umgebung des CT-Systems, beispielsweise einen Untersuchungsraum, abgegeben, sodass die Abluft von einer Klimaanlage des Gebäudes wieder gekühlt wird. Der Kühlkreislauf ist somit offen. In einer anderen Ausführungsform weist das Kühlsystem eine Wasserkühlung auf. Der Kühlkreislauf ist in dieser Ausführung geschlossen. Die warme Abluft wird beispielsweise mittels einer Kälteanlage wie einem Wärmetauscher wieder gekühlt.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Merkmale dargestellt sind. Es werden folgende Bezugszeichen verwendet:
- 1
- Träger;
- 2.1
- Lufteinlass;
- 2.2
- Luftauslass;
- 3
- Gantryinnenraum;
- 4
- Leitblech;
- 5
- Trennwand;
- 6
- Einströmöffnung;
- A
- Abluftkanal;
- C1
- CT-System;
- C2
- erste Röntgenröhre;
- C3
- erster Detektor;
- C4
- zweite Röntgenröhre (optional);
- C5
- zweiter Detektor (optional);
- C6
- Gantrygehäuse;
- C7
- Patient;
- C8
- Patientenliege;
- C9
- Systemachse;
- C10
- Rechen- und Steuereinheit;
- Prg1 bis Prgn
- Computerprogramme;
- Z
- Zuluftkanal;
- Z1.1, Z1.2 bis Z4
- Segmente des Zuluftkanals.
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Es zeigen im Einzelnen:
- 1: eine schematische Darstellung eines CT-Systems mit Recheneinheit,
- 2: eine schematische Darstellung eines Gantrygehäuses,
- 3: eine schematische Darstellung des Gantrygehäuses gemäß der 2 entlang einer Schnittebene A-A,
- 4: eine schematische Darstellung der Luftführung in der Gantry gemäß der 2 entlang einer Schnittebene B-B,
- 5: eine schematische Darstellung der Gantry gemäß der 2 mit erfindungsgemäßer Luftführung entlang der Schnittebene B-B,
- 6: eine schematische Darstellung der Gantry gemäß der 2 mit einer weiteren erfindungsgemäßen Luftführung entlang der Schnittebene B-B, und
- 7: eine schematische Darstellung der Gantry gemäß der 2 mit noch einer weiteren erfindungsgemäßen Luftführung entlang der Schnittebene B-B.
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Die 1 zeigt ein beispielhaftes CT-System C1. Das CT-System C1 umfasst ein Gantrygehäuse C6, in dem sich eine hier nicht näher dargestellte Gantry mit einem rotierbaren Träger befindet, an dem eine erste Röntgenröhre C2 mit einem gegenüberliegenden ersten Detektor C3 befestigt ist. Optional ist ein zweite Röntgenröhre C4 mit einem zweiten gegenüberliegenden Detektor C5 vorgesehen. Weiterhin weist das CT-System C1 noch ein Kühlsystem zum Abtransport der Abwärme der elektrischen Komponenten aus dem Gantrygehäuse C6 auf, siehe 2 bis 7.
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Ein Patient C7 befindet sich auf einer in Richtung der Systemachse C9 verschiebbaren Patientenliege C8, mit der er während der Abtastung mit der Röntgenstrahlung kontinuierlich oder sequentiell entlang der Systemachse C9 durch ein Messfeld zwischen den Röntgenröhren C2 und C4 und den jeweils zugeordneten Detektoren C3 und C5 geschoben werden kann. Dieser Vorgang wird durch eine Rechen- und Steuereinheit C10 mit Hilfe von Computerprogrammen Prg1 bis Prgn gesteuert.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines bekannten beispielhaften Gantrygehäuses C6. Durch das Gantrygehäuse C6 und die auf dem Träger angebrachte Röntgenröhre C2 verläuft eine Schnittebene A-A. Weiterhin sind noch die luftführenden Kanäle des Kühlsystems des CT-Systems gezeigt. Das bereits bekannte Kühlsystem umfasst einen Zuluftkanal Z zum Einführen von kalter Frischluft. Weiterhin umfasst das Kühlsystem einen Abluftkanal A zum Abtransport der von den Systemkomponenten auf dem Träger 1 erwärmten Luft.
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In der 3 ist eine schematische Querschnittsdarstellung entlang der Schnittebene A-A durch das an sich bekannte Gantrygehäuse C6 gezeigt. Die Schnittebene A-A verläuft durch die auf einem rotierbaren Träger 1 der Gantry angeordnete Röntgenröhre C2. Die Luft strömt durch einen Luftauslass 2.1 aus dem Zuluftkanal Z in die Systemkomponenten, unter anderem also auch in die hier gezeigte Röntgenröhre C2, und durchströmt diese. Im weiteren Verlauf strömt die nun erwärmte Luft durch Luftauslässe 2.2 aus den Systemkomponenten in den Abluftkanal A hinein. Beim Durchströmen der Röntgenröhre C2 nimmt die Luft deren Abwärme auf und kühlt diese somit ab. Der Verlauf der kälteren Zuluft ist hier als gestrichelte Pfeile symbolisch dargestellt und der Verlauf der wärmeren Abluft als durchgezogene Pfeile.
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Die 4 zeigt eine schematische Darstellung der Luftführung in der Gantry gemäß der 2 entlang einer Schnittebene B-B. Die Schnittebene B-B schneidet das Gantrygehäuse C6 parallel zu einer Ebene senkrecht zur Systemachse C9 und verläuft gemäß der 3 zwischen dem Zuluftkanal Z und dem Abluftkanal A. Im Bereich des Lufteintritts in den Zuluftkanal Z ist der Abluftkanal A in einer anderen Zeichenebene als der Zuluftkanal Z angeordnet und daher gestrichelt dargestellt. Zur besseren Übersicht ist auf eine Darstellung der zu kühlenden Systemkomponenten auf dem Träger verzichtet. Das beispielhaft gezeigte und aus dem Stand der Technik bekannte Kühlsystem weist eine Luftkühlung auf.
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In dieser Darstellung sind weiterhin die Lufteinlässe 2.1 aus dem Zuluftkanal Z in die Systemkomponenten gezeigt. Die Lufteinlässe 2.1 sind hier gleichmäßig beabstandet und entlang des gesamten Umfangs der Gantry angeordnet. Zur lokalen Druckkorrektur und zum Erreichen einer möglichst gleichmäßigen Kühlung entlang des Umfangs der Gantry sind in dem Zuluftkanal Z zwischen den Lufteinlässen 2.1 mehrere Leitbleche 4 angeordnet.
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Die 5 bis 7 zeigen jeweils eine schematische Darstellung der Gantry gemäß der 2 entlang der Schnittebene B-B mit unterschiedlichen Ausführungen der erfindungsgemäßen Luftführung. Grundsätzlich entsprechen die Gantry und das Kühlsystem der 5 bis 7 der in der 4 gezeigten Ausführungsform. Im Folgenden wird daher nur auf die Unterschiede zum Stand der Technik und auf die erfindungswesentlichen Details eingegangen. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Erfindungsgemäß ist der Zuluftkanal Z in mehrere Segmente Z1 bis Z4 unterteilt. Die einzelnen Segmente Z1 bis Z4 sind durch luftundurchlässige Trennwände 5 voneinander abgetrennt. Alle Segmente Z1 bis Z3 sind unabhängig voneinander ausgebildet, das heißt, nicht miteinander verbunden. In den Ausführungen der 5 bis 7 sind die Segmente Z1 bis Z4 jeweils unterschiedlich ausgebildet.
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Die Segmente Z1 bis Z4 weisen jeweils mindestens eine Einströmöffnung 6 auf, durch welche die kalte Zuluft in die Segmente Z1 bis Z4 einströmt. Die Zuluft strömt parallel durch die Segmente Z1 bis Z3. Der Druck in den Segmenten Z1 bis Z4 wird einzeln eingestellt. Hierzu kann die Größe der Einströmöffnung(en) 6 variiert werden.
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In der in der 5 gezeigten Ausführungsform ist der Zuluftkanal Z in drei Segmente Z1, Z2 und Z3 unterteilt. Die beiden Segmente Z1 und Z2 sind annähernd C-förmig ausgebildet und teilweise konzentrisch angeordnet. Das dritte, mittlere Segment Z3 ist annähernd kegelstumpfförmig ausgebildet.
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Beide C-förmigen Segmente Z1 und Z2 weisen an den Enden der C-Schenkel jeweils eine Einströmöffnung 4 auf, durch welche die kalte Zuluft hineinströmt. Das kegelstumpfförmige kleinste Segment Z3 weist lediglich eine Einströmöffnung 6 auf. Durch das Einstellen der Größen der Einströmöffnungen 6 wird über die gesamte Länge der Segmente Z1 bis Z3 ein nahezu gleichmäßiger Druck erreicht, sodass die Luft entlang des gesamten Umfangs der Gantry mit gleichmäßigem Druck in den gekühlten Systemkomponenten strömt in die Systemkomponenten positionsunabhängig kühlt. Diese Kühlung ist sowohl während der Rotation des Trägers als auch im Stillstand gewährleistet.
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In der 6 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftführung gezeigt. Der Zuluftkanal Z ist hier in vier Segmente Z1 bis Z4 unterteilt. Es ist ein äußerstes C-förmiges Segment Z1 sowie zwei spiegelbildlich angeordnete, gebogene Segmente Z2 und Z3 und ein mittleres, kegelstumpfförmiges Segment Z4 ausgebildet. Das Segmente Z1 weist zwei Einströmöffnungen 6 auf, das heißt, jeweils eine Einströmöffnung 6 an einem Ende der c-Schenkel. Die weiteren Segmente Z2 bis Z4 weisen lediglich eine Einströmöffnung 6 auf.
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In das äußerste, C-förmige Segment Z1 strömt die Luft von den beiden gegenüberliegenden Enden hinein. Hierdurch entstehen in einem mittleren Bereich des Segmentes Z1, hier gegenüber der Einströmöffnungen 6, starke Verwirbelungen, wenn die Luftströme aufeinanderstoßen. Dadurch ist es in diesem Segment Z1 schwieriger, einen gleichmäßigen Druck einzustellen, als in den restlichen Segmenten Z2 bis Z4.
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Eine weitere Ausführungsform zeigt die 7. Hier ist das C-förmige Segment Z1 mit einer weiteren Trennwand 5 in zwei Segmente Z1.1 und Z1.2 unterteilt. Die beiden Segmente Z1.1 und Z1.2 sind getrennt und unabhängig voneinander einstellbar.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
