DE10333542B3

DE10333542B3 - Drehlageranordnung eines Großlagers und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE10333542B3
Application number: DE10333542A
Authority: DE
Inventors: Georg Walberer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2003-07-23
Filing date: 2003-07-23
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2023-07-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehlageranordnung eines Großlagers und das Herstellungsverfahren hierzu, bestehend aus einem ersten Bauelement aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile dient, wobei das erste Bauelement eine auf diesem ersten Bauelement aufgeschweißte ersten rotationssymmetrische Lauffläche für Wälzkörper zur Lagerung des zweiten Bauelementes und das zweite Bauelement eine auf diesem zweiten Bauelement aufgeschweißte zweite rotationssymmetrische Lauffläche für die Wälzkörper aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehlageranordnung eines Großlagers, vorzugsweise zur Verwendung in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiegerät, bestehend aus einem ersten Bauelement aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile dient. Des weiteren betrifft die Erfindung auch das Herstellungsverfahren für eine solche Drehlageranordnung eines Großlagers.
Drehlageranordnungen sind allgemein bekannt, wobei hierbei meist die beiden gegeneinander drehbar zu konstruierenden Teile derart gestaltet werden, dass in einem ersten und einem zweiten hierzu rotierbarem Bauelement jeweils Lagersitze vorgesehen werden, in welche die diversen handelsüblichen beziehungsweise auch in Sonderanfertigung hergestellten Lager, bestehend aus den Lagerringen, welche die Laufflächen für dazwischen angeordnete Wälzkörper aufweisen, eingefügt werden. Diese Lagerringe werden aus Rohren, Stangen oder geschmiedeten, gewalzten beziehungsweise gepressten Rohlingen hergestellt. Nach dem Drehen dieser Ringe folgt eine Erwärmung der Ringe mit anschließendem Abschrecken in einem Öl-/Salzbad zum Härten und Anlassen. Danach werden die Seitenflächen der Ringe, der Außendurchmesser des Außenrings und die Bohrung des Innenrings geschliffen und meist die Laufbahnen außerdem noch gehont.
Diese Art der Fertigung ist für große Stückzahlen und kleine bis mittlere Baugrößen effektiv und wirtschaftlich durchzuführen, jedoch stößt die Wirtschaftlichkeit der Fertigung solcher Lager bei sehr großen Lagerdurchmessern an ihre Grenzen. Insbesondere bei medizinischen Diagnose- und/oder Thera piegeräten, welche Lageröffnungen benötigen, durch die problemlos ein Patient hindurch geschoben werden muss, also bei Durchmessern von mehr als einem Meter, ist diese Herstellungsweise nicht wirtschaftlich. Es wurden daher Versuche unternommen andere Varianten für den Aufbau eines Wälzlagers mit großem Durchmesser zu finden.

Beispielsweise wird in der Offenlegungsschrift DE 1 962 776 A ein Wälzlager beschrieben, welches durch insgesamt vier sogenannte Drahtlaufringe aufgebaut ist, die bezüglich ihrer Herstellung etwas günstiger als komplette Wälzlager mit Außenringen sind. Jedoch besteht auch hierbei die Notwendigkeit, die Lagerstelle zunächst mechanisch vorzubearbeiten, um die entsprechenden Drahtringe in der notwendigen Passgenauigkeit einzusetzen.

Eine weitere Möglichkeit zum Aufbau der Lagerung eines Computer-Tomographen wird in der Patentschrift US 6,337,894 B1 dargestellt. Diese Schrift zeigt die Lagerung der Gantry eines Computer-Tomographiegerätes, wobei jedoch ebenfalls separate Elemente zur Lagerung der Wälzkörper in vorgedrehte Lagersitze notwendig sind. Somit ist auch der dort gezeigte Aufbau eines Großlagers entsprechend aufwendig.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Drehlageranordnung für ein Großlager zu finden, welche auf besonders einfache und wirtschaftliche Weise hergestellt werden kann. Des weiteren soll auch das Herstellungsverfahren für diese Drehlageranordnung angegeben werden.

Diese oben genannte Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand untergeordneter Ansprüche.

Der Erfinder hat erkannt, dass es wirtschaftlich wesentlich günstiger ist, bei Großlagerungen, insbesondere bei Großlagerungen für medizinische Diagnose- und/oder Therapiegeräte, wie beispielsweise Computer-Tomographen oder PET-Geräten, die Lagerlauffläche direkt in die einzelnen Träger zu integrieren, indem eine Lauffläche aus hochfestem Material auf die Träger direkt auftragsgeschweißt wird und anschließend mit der für eine Lagerlauffläche notwendigen Toleranz- und Oberflächengüte gefräst und/oder vorgedreht und fertig bearbeitet, vorzugsweise geschliffen, wird. Hierdurch werden vorteilhaft die Fertigungstoleranzen der Lagersitze im Innen- und Außenring, sowie bei der Fertigung des Lagers selbst, auf die Fertigungstoleranz der Kugellaufbahnen beziehungsweise deren Oberflächen reduziert. Die hierbei erforderlichen engen Toleranzen können zudem in den relativ stabil ausgebildeten Trägern, auf denen die Laufflächen auftragsgeschweißt sind, mit weniger Aufwand und größerer Prozesssicherheit eingehalten werden als in dünnwandigen Lagerringen, die anschließend in die Lagersitze eingesetzt werden müssen.

Des weiteren kann die Geometrie der Wälzkörperlaufbahnen, im Gegensatz zu den bekannten „serienmäßigen" Wälzlagern, genau auf die Anforderungen und asymmetrischen Belastungen des jeweiligen Anwendungszweckes eingestellt werden.

Weiterhin ergibt sich vorteilhaft auch, dass die sonst notwendigen Sitze für Simmerringe oder Druckringe, zur Halterung der Lagerringe, entfallen können und damit aufwendige Arbeitsschritte erspart werden.

Die Ausbildung der Laufflächen kann auf die jeweiligen Anforderungen angepasst werden, so dass sich beispielsweise im Schnitt halbrunde Laufflächen für Kugellager, wie Rillenkugellager, Pendelkugellager, Axial-Rillenkugellager oder Schrägkugellager, ergeben. Andererseits können auch ebene Laufflächen erzeugt werden, für die Anwendung mit Spindellager, Pendelrollenlager, Zylinderrollenlager, Kegelrollenlager oder Axial-Pendelrollenlager.

Demgemäß schlägt der Erfinder vor, die an sich bekannte Drehlageranordnung eines Großlagers, vorzugsweise zur Verwendung in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiegerät, bestehend aus einem ersten Bauelement aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile dient, dahingehend zu verbessern, dass bei der Herstellung dem ersten und/oder zweiten Bauelement je eine der späteren Lauffläche der Wälzkörper entsprechende Kontur eingeprägt wird, auf die eine oder mehrere hochfeste Lagen auftragsgeschweißt und anschließend zur Bildung einer rotationssymmetrischen Lauffläche für Wälzkörper zur Lagerung des zweiten Bauelementes bearbeitet wird.

Die Aufbringung der Laufflächen kann besonders vorteilhaft durch eine Plasmaauftragsschweißung geschehen, da diese bezüglich der thermischen Belastung des Bauteils besonders günstig ist.

Das erste Bauelement und/oder das zweite Bauelement kann beispielsweise aus Guss, vorzugsweise Grauguss (GGG), oder auch aus einem Aluminium-Guss bestehen.

Andererseits besteht auch die Möglichkeit, diese Bauelemente als Schweißkonstruktion auszubilden, wobei es allerdings besonders vorteilhaft ist, diese vor der Aufbringen der Lagerlauffläche – zur Vermeidung von Verspannungen – auszuglühen.

Insbesondere bei Guss-Konstruktionen kann auf vorteilhafte Weise die Kontur bereits im Guss im Bereich der Lauffläche so gestaltet werden, dass sie im wesentlichen der späteren Kontur der Lauffläche entspricht. Bei Schweißkonstruktionen ist es notwendig, diese entsprechende Kontur durch spanabhebende Arbeiten auszubilden.

Die aufgeschweißte Lauffläche sollte eine mechanische Nachbearbeitung durch Fräsen, Drehen, Schleifen und/oder Honen erfahren.

Zur Positionierung von Wälzkörpern, die an sich in ihrem Aufbau den bekannten Wälzkörpern aus serienmäßigen Lagern entsprechen, kann ein Lagerkäfig verwendet werden, der nach dem Einsetzen der Wälzkörper angebracht wird.

In einer besonderen Ausführung der erfindungsgemäßen Drehlageranordnung ist auch vorgesehen, dass je Bauelement zwei koaxiale Laufflächen vorgesehen sind, wobei hierdurch die speziellen, jedoch an sich bekannten Ausbildungen von Pendelkugellager oder Pendelrollenlager möglich sind. Es ist darauf hinzuweisen, dass alle an sich bekannten Arten des Aufbaus von Wälzlagern durch den erfindungsgemäßen Aufbau einer Drehlageranordnung nachzubilden sind.

Besonders vorteilhaft ist der Einsatz der oben beschriebenen Drehlageranordnung in Tomographie-Geräten, vorzugsweise in Computer-Tomographie-Geräten oder PET-Geräten oder auch in Strahlentherapiegeräten, welche besonders große Durchmesser für die Drehlageranordnungen benötigen.

Bezüglich des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens für eine Drehlageranordnung eines Großlagers, vorzugsweise zur Verwendung in einem medizinischen Diagnose- und/oder Therapiegerät, mit einem ersten Bauelement aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile dient, schlägt der Erfinder vor, dass bei der Herstellung dem ersten und/oder zweiten Bauelement je eine der späteren Lauffläche der Wälzkörper entsprechende Kontur eingeprägt wird, auf die eine oder mehrere hochfeste Lagen auftragsgeschweißt und anschließend zur Bildung einer glatten rotationssymmetrischen Lauffläche für Wälzkörper zur Lagerung des zweiten Bauelementes bearbeitet wird.

Die Laufflächen können – wie bereits beschrieben – durch Plasmaauftragsschweißung aufgebracht werden und sollten anschließend mechanisch bearbeitet, beispielsweise gefräst, gedreht, geschliffen und/oder gehont werden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles mit Hilfe der Figuren näher beschrieben, wobei in den Figuren die folgenden Bezugszeichen verwendet werden: 1: Computer-Tomographiegerät; 2: Patientenliege; 3: Messeinheit; 4: Gantry; 5: Röntgenröhre; 6: Detektor; 7: Patient; 8: Öffnung; 9: Magnetträger; 10: Gantryträger; 11: Lagerstelle am Magnetträger; 12: Lagerstelle am Gantryträger; 13: Magnetträger-seitige Lagerlauffläche; 14: Gantryseitige Lagerlauffläche.
Die Figuren zeigen im einzelnen:
1: Darstellung eines an sich bekannten Computer-Tomographiegerätes;
2: Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Magnetträger und darin rotierenden Gantryträger eines Computer-Tomographiegerätes.
Die 1 zeigt ein an sich bekanntes Computer-Tomographiegerät 1 mit einer axial verfahrbaren Patientenliege 2, der eigentlichen Messeinheit 3 des Computer-Tomographiegerätes 1 mit der innerhalb der Abdeckung liegenden Gantry 4, auf welcher die Röntgenröhre 5 und der Detektor 6 befestigt sind. Aufgrund der notwendigen großen Öffnung 8 zum Durchschieben eines Patienten ergeben sich – wie bereits oben gesagt – für die Drehlagerung des Gantry 4 relativ große Dimensionen, die nicht mehr mit einfachen und preisgünstig erwerbbaren Lagern aus Serien oder Sonderfertigungen von Lagerherstellern gebildet werden können.
Innerhalb der Messeinheit 3 befindet sich der in der 2 im Schnitt dargestellte Magnetträger 9, in dem mit Hilfe der Lagerstellen 11 und 12 der Gantryträger 10 rotierbar gelagert ist. In einer Art „Lupe" ist eine vergrößerte Ansicht beider Träger 9 und 10 im Bereich einer Lagerstelle dargestellt. Die „Lupe" zeigt die Grauguss-Körper der Träger 9 und 10, die im Bereich der Lagerstellen 11 und 12 bereits eine Kontur aufweisen, die der späteren Lauffläche in etwa entspricht. Auf diese Grundkontur sind durch Plasmaauftragsschweißungen hochfeste Materialschichten als Lagerlaufflächen 13 und 14 aufgebracht worden, die anschließend durch spanabhebende Bearbeitung auf die notwendige Oberflächengüte einer Lagerlauffläche gebracht wurden.
In dem dargestellten Beispiel handelt es sich um ein einfaches Kugelrollenlager, in welches zwischen den Laufflächen 13 und 14 eine Vielzahl von Kugeln eingebracht werden, die später durch einen einzusetzenden Lagerkäfig in ihrer relativen Position zueinander fixiert werden und so eine weitgehend spielfreie Lagerung des Gantryträgers 10 bewirken.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Drehlageranordnung eines Großlagers, bestehend aus einem ersten Bauelement (9) aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement (10) aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile (5, 6) dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung dem ersten und/oder zweiten Bauelement (9, 10) je eine der späteren Lauffläche (13, 14) der Wälzkörper entsprechende Kontur eingeprägt wird, auf die eine oder mehrere hochfeste Lagen auftragsgeschweißt und anschließend zur Bildung einer rotationssymmetrischen Lauffläche (13, 14) für Wälzkörper zur Lagerung des zweiten Bauelementes bearbeitet wird.
Drehlageranordnung gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (13, 14) durch Plasmaauftragsschweißung aufgebracht sind.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (9) und/oder das zweite Bauelement (10) aus Guss, vorzugsweise Grauguss, besteht.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauelement (9) und/oder das zweite Bauelement (10) eine Schweißkonstruktion ist.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeschweißte Lauffläche (13, 14) eine mechanische Nachbearbei tung, vorzugsweise durch Fräsen, Drehen, Schleifen und/oder Honen, erfahren hat.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen den Laufflächen (13, 14) ein Lagerkäfig zur Positionierung der Wälzkörper befindet.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (13, 14) in ihrer Kontur der Kontur der Wälzkörper angepasst sind.
Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass je Bauelement (9, 10) zwei koaxiale Laufflächen vorgesehen sind.
Tomographiegerät, vorzugsweise CT-Gerät oder PET-Gerät, oder Strahlentherapie-Gerät, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Drehlageranordnung gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche aufweist.
Herstellungsverfahren für eine Drehlageranordnung eines Großlagers, mit einem ersten Bauelement (9) aus Metall, welches zumindest teilweise als Träger für statische Teile einer Vorrichtung dient, und einem zweiten Bauelement (10) aus Metall, welches als Träger für relativ zum ersten Bauelement rotierende Teile dient, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung dem ersten und/oder zweiten Bauelement (9, 10) je eine der späteren Lauffläche (13, 14) der Wälzkörper entsprechende Kontur eingeprägt wird, auf die eine oder mehrere hochfeste Lagen auftragsgeschweißt und anschließend zur Bildung einer rotationssymmetrischen Lauffläche (13, 14) für Wälzkörper zur Lagerung des zweiten Bauelementes bearbeitet wird.
Verfahren gemäß dem voranstehenden Patentanspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (13, 14) durch Plasmaauftragsschweißung aufgebracht werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (13, 14) nach der Auftragsschweißung mechanisch bearbeitet werden.
Verfahren gemäß einem der voranstehenden Patentansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Laufflächen (13, 14) gefräst, gedreht, geschliffen und/oder gehont werden.