WO2011128180A1 - Vorrichtung zur lagerung und zum antrieb eines kippbaren teils einer gantry eines computertomographiegerätes und computertomographiegerät - Google Patents

Vorrichtung zur lagerung und zum antrieb eines kippbaren teils einer gantry eines computertomographiegerätes und computertomographiegerät Download PDF

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WO2011128180A1
WO2011128180A1 PCT/EP2011/054286 EP2011054286W WO2011128180A1 WO 2011128180 A1 WO2011128180 A1 WO 2011128180A1 EP 2011054286 W EP2011054286 W EP 2011054286W WO 2011128180 A1 WO2011128180 A1 WO 2011128180A1
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electromagnets
bearing
relative
radial
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Johann Kalenyak
Hans-Jürgen Müller
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • F16C2316/00—Apparatus in health or amusement
    • F16C2316/10—Apparatus in health or amusement in medical appliances, e.g. in diagnosis, dentistry, instruments, prostheses, medical imaging appliances

Definitions

  • the invention relates to an apparatus for storing and driving a tiltable about a tilt axis part of the tilt axis having a gantry Computertomographiegerä- tes relative to a base of the gantry of the Computertomogra ⁇ phieologis.
  • the invention also relates to a computer-to ⁇ mographie réelle comprising such a device.
  • Third generation computed tomography devices include a gantry having a stationary portion and a portion rotatable about a system axis of the gantry relative to the stationary portion.
  • the rotatable member is in the form of a drum, are arranged on the components of the computer tomography device as Rönt ⁇ genstrahlen provoke, the X-ray detector, a control-system etc. that rotate during operation of the computerized device to a along the system axis is arranged in a measuring field patient.
  • a fully populated drum reaches a mass of approximately 800 kg to 900 kg and rotates in operation at a rotational speed of up to 240 rpm.
  • the tilt angle is maximum approx. +/- 30 ° from the starting position.
  • the rotatable part and the stationary part of the gantry are tilted in this case generally relative to a base of the gantry. Tilting must be accurate to within an hour.
  • rolling bearings or plain bearing bushes are used for supporting the stationary and rotatable part relative to the base of the gantry, which is subject to a certain degree of wear. gen and regularly maintained, for example, be re Müs ⁇ sen.
  • the drive includes, for example, one with a
  • the invention has for its object to provide a device and a computed tomography device of the type mentioned above such that the storage and the drive of a tiltable about a tilt axis part of a gantry of a Computerto ⁇ mographieuzes is improved relative to a base of the gantry of the computed tomography device.
  • this object is achieved by a pre ⁇ direction for storage and for driving a tiltable about a tilting portion of a tilt axis of the comprehensive gantry of a computed tomography device relative to a base of the
  • Gantry of the computer tomography device comprising means for magnetically supporting the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry and means for electromagnetically driving the tiltable part of the gantry relative to the gantry's pedestal.
  • the magnetic bearing Due to the magnetic bearing of the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry, mechanical contact no longer occurs between bearing parts.
  • the magnetic bearing is friction and wear, so that after smear ⁇ or greasiness as with rolling bearings is not necessary.
  • the means for magnetically supporting the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry at least form a radial bearing and at least one thrust bearing with respect to the tilting axis.
  • the means for magnetic mounting of the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry at least one permanent magnets, at least one solenoid having a coil and / or at least one element of a ferro ⁇ magnetic material and the means for electromagnetic drive of the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry at least one coil having
  • Electromagnet The radial and axial bearings can be realized in principle as purely passive magnetic bearings with a corresponding arrangement of permanent magnets and elements made of a ferromagnetic material on the tiltable part and the base of the gantry relative to each other, wherein either the repulsive or attractive occurring between permanent magnets Forces or the attractions between permanent magnets and ferromagnetic materials are exploited.
  • the radial and axial bearings also have coils on comprehensive electromagnets for Stability of the magnetic bearings capitalization by varying the current flowing through the coils of the electromagnets currents to vary the magnetic field and thus the currently active forces in the respective magnetic ⁇ camp.
  • a corresponding Re ⁇ gelung is required which ensures that each benö- preferential support forces are available.
  • the means for electromagnetic driving of the tilting portion of the gantry relative to the sta- tionary part of the gantry are for generating an electromagnetic ⁇ tables rotating field for tilting the tiltable member relative to the base
  • the gantry required and must be controlled accordingly.
  • the means for electromagnetic ⁇ rule drive can also permanent magnets
  • the radial bearing and / or the means for electromagnetic drive a first radially outer annular radial arrangement of permanent magnets, electromagnets and / or elements of a ferromagnetic material, which the base of the
  • Gantry and a second radially inner annular radial arrangement of permanent magnets, electromagnets and / or elements of a ferromagnetic material, which is associated with the tiltable part of the gantry, wherein there is an annular radial bearing gap between the first and the second annular radial arrangement.
  • the at least one thrust bearing has at least one first annular axial arrangement of permanent magnets, electromagnets
  • a variant of the invention provides that the device or assembly comprising means for magnetic bearing and means for electromagnetic drive of the tiltable member relative to the base of the gantry measuring means for determining the change in the width of the annular radial bearing gap and / or the annular thrust bearing gap ,
  • the widths of the bearing gap must be substantially constant or to be kept.
  • the breadth of a Gerspaltes is virtually the control variable in the regulation of the La ⁇ ger concept.
  • the width is preferably determined without contact with the measuring means.
  • the width is usually determined at least at two, preferably offset by approximately 90 ° relative zueinan- offset points of the annular bearing gaps.
  • the width of the bearing gap need not always be the same throughout the bearing gap, moreover konstrutechnischsbe ⁇ dingt. Rather, the bearing gap may have a kind of profile, so that different widths of the bearing gap result at different points of the bearing gap. In such a case, the width of the bearing gap is determined in each case at a certain point of the bearing gap and used for control.
  • the measuring means comprise at least one Hall sensor and / or an inductively or capacitively operating sensor.
  • the determination of the change in the width of the radial bearing gap and / or of the axial bearing gap is based on influencing the inductance of the coil of one or more electromagnets.
  • a change in position of the internal radial arrangement of permanent magnets, electric magnets and / or elements made of a ferromagnetic material of the tiltable part of the gantry relative to the external radial arrangement influences the inductances of the electromagnets of the external radial arrangement.
  • current and voltage values on the electromagnet of the external radial arrangement change, which changes are evaluated to determine the width of the respective bearing gap.
  • An embodiment of the invention provides that the radial bearing are arranged in a first plane and the means for electromagnetic drive of the tiltable part of the gantry relative to the base of the gantry in a second, offset in the direction of the tilting axis relative to the first plane level , Another embodiment of the invention provides that the means for the electromagnetic drive of the tiltable part of the gantry are integrated relative to the base of the gantry in the radial bearing.
  • Electromagnets and the second radially inner annular radial Radialan extract permanent magnets and / or elements of a ferromagnetic material, wherein a group of electromagnets of the first radial arrangement is so controlled and is controlled that an electromagnetic rotary ⁇ field for electromagnetic tilting of the tiltable part of the gantry is produced.
  • Electromagnets wherein a group of electromagnets of the first and / or the second radial arrangement is controllable and is controlled such that an electromagnetic rotary field is generated for the electromagnetic drive of the tiltable part of the gantry.
  • the electromagnets provided for the electromagnetic drive and / or for the magnetic bearing are the first and / or the second Radial arrangement grouped in segments.
  • the electric ⁇ magnets can be grouped into two or more segments.
  • provided for the electromagnetic drive electromagnets can in three each about 60 ° of the radial bearing covering segments be grouped, which are each ⁇ wells separated by a also a 60 ° angle covering Seg ⁇ ment, grouped in the envisaged for magnetic storage electromagnets are.
  • the electromagnets provided for the electromagnetic drive and the electromagnets provided for magnetic bearing alternately cover each one another 45 ° angle of the radial bearing, so that four segments for the drive and four segments for the bearing are present. Further segmentations are also possible.
  • the device has at least one magnetic brake.
  • the magnetic brake environmentally summarizes at least one in the direction of the tilt axis ⁇ movable flange and at least one with the
  • the flange may, for example, be annular and guided by one or more feather keys in the direction of the tilt axis.
  • the flange at tilting of the tiltable part of the gantry by the magnetic field of at least one electromagnet generally is maintained free of engagement by the magnetic fields of several solenoids of the magnetic brake, so it entfal ⁇ tet no braking effect.
  • the flange interacts with the radial bearing and / or with the means for the electromagnetic drive, that the flange by the magnetic field of at least one Permanentmagne ⁇ th, usually by the magnetic fields of several permanent magnets of the radial bearing and / or the means for electromag ⁇ netic drive is pressed against a braking surface.
  • a further embodiment of the invention provides that the device or the structural unit has a roller bearing as supporting stock.
  • the support bearing assumes the support function, so that damage to the device can be avoided.
  • the device may be associated with an uninterruptible power supply (UPS).
  • UPS uninterruptible power supply
  • the object underlying the present invention is also achieved by a computed tomography device having at least one device as described above.
  • FIG. 1 shows a computed tomography device
  • FIG 2 is a sectional view of a first embodiment of a bearing and drive unit of the Computertomo ⁇ graphieologis of FIG 1,
  • FIG. 5 shows a sectional view of a second embodiment of a storage and drive unit of the computer tomography device of FIG. 1
  • the computer tomography device 1 shown in FIG. 1 comprises a gantry 2 with a stationary part 3 and a part 4 rotatable about a system axis S.
  • the rotatable part 4 has an x-ray system which has an x-ray source 6 and an x-ray detector 7, which are arranged on the rotatable part 4 opposite to each other.
  • the computed tomography apparatus 1 further includes a Pati ⁇ ducks lying 9 for supporting a patient P to be examined.
  • the patient bed 9 comprises a lying base 10, on which a patient support plate 11 provided for the actual storage of the patient P is arranged.
  • the patient support plate 11 is so relative to the lying base 10 in the direction of the system axis S adjustable that they together with the patient P in the opening 12 of the gantry 2 for receiving 2D X-ray proj etationen of the patient P, z. B. in a spiral scan, can be introduced.
  • X-ray projections or the reconstruction of slice images, 3D images or a 3D data set based on the measurement data or the measurement signals of the 2D X-ray projections is performed with an image computer 13 of the computed tomography device 1, which slice images or 3D images on a display device 14 are presentable.
  • the gantry 2 further comprises in the case of the present ⁇ execution of the invention a stand 5 to which the stationary part 3 and the rotatable part 4 of the gantry 2 are arranged at ⁇ .
  • the stationary part 3 and the rotatable part 4 of the gantry 2 are tilted together relative to the base 5 about a tilting axis K in the directions of the double arrow a. bar or swiveling.
  • the tilting axis K of the gantry 2 is arranged at right angles to the system axis S and extends substantially horizontally.
  • FIG. 15 An embodiment of such a bearing and drive unit 15, which has means for magnetic bearing and means for electromagnetic drive of the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base 5 is schematically illustrated in a sectional view in FIG.
  • the means for magnetic bearing and the means for electromagnetic drive may in principle comprise permanent magnets, electromagnets and / or elements of a ferromagnetic material.
  • the bearing and drive unit 15 comprises a first annular carrier element 16, which is or is arranged on the base 5, and a second annular carrier element 17, which is arranged on a bearing journal 43 of the stationary part 3 or will.
  • the bearing pin 43 is fixedly connected to the stationary part 3.
  • a second such journal is located on the opposite side of the stationä ⁇ ren part 3, which is not shown in the figures, wherein the tilting axis K extends, inter alia, through the two journals.
  • annular support elements 16, 17 means of the magnetic bearing, and means for electromagnetic drive are arranged, which form in the case of the present exporting ⁇ approximately example of the invention, two magnetic axial bearings 18, 19 and a magnetic radial bearing 20, wherein integrated in the latter, the electromagnetic drive is , 3 shows the view of the section through the radial bearing 20 in the direction of the arrows III from FIG. 2.
  • the radial bearing 20 and the means for electromagnetic drive integrated in the radial bearing 20 have, in the case of the exemplary embodiment of the invention shown in FIG. radially discloselie ⁇ ing annular radial assembly 21 of electromagnets 22, each comprising at least one coil not explicitly shown.
  • the radial bearing 20 and the integrated into the radial bearing 20 means for electromagnetic drive on a second radially inner ringförmi ⁇ ge radial arrangement 23 of permanent magnets 24.
  • 50% of the electromagnets 22 of the magnetic bearing and 50% of the electromagnets 22 serve the electromagnetic drive of the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base 5.
  • every second electromagnet 22 of Radially outer annular radial arrangement 21 for generating an electromagnetic rotary field is provided, which electromagnets 22 are controlled by not explicitly shown in FIG 3 control means such that in cooperation ⁇ to the permanent magnet 24 of the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base.
  • the two ⁇ te radial arrangement may in particular also comprise elements of a ferromagnetic material or permanent magnets and elements of a ferromagnetic material.
  • the radially outer annular radial arrangement 21 can menten of a ferromagnetic material and / or permanent magnets and the radially inner annular radial ⁇ arrangement 23 electromagnets, wherein, as already described, every second electromagnet is provided for generating an electromagnetic rotary field to drive with appropriate control in cooperation with the elements from a ferromagnetic material and / or the permanent magnet to enable the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base 5 for the tilting movement in rotation.
  • the remaining electromagnets serve in cooperation with the elements of a ferromagnetic material and / or the permanent magnet in turn the magnetic bearing of the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base 5.
  • the required for the generation of the rotating field elektri ⁇ cal energy and the control and regulating signals if necessary, for example, be transmitted to the stationary part 4 via slip rings.
  • a further alternative embodiment of the radial bearing 20 provided with means for electromagnetic drive is that both the radially outer annular radial arrangement 21 and the radially inner annular radial arrangement 23 electromagnets, wherein at least a part of the electromagnets of the first and the second radial arrangement for the magnetic bearing are provided and a group of electromagnets of the first and / or the second radial arrangement can be controlled such that an electromagnetic rotary field for the electromagnetic drive of the stationary part 3 and the rotatable part 4 of
  • Gantry 2 is generated. Also in this case it may be necessary to transmit the electrical energy required and, if the command and control signals ⁇ for example via slip rings to the stationary part 4 for generating the rotating field.
  • the electromagnets 22 provided for the electromagnetic drive and those provided for the magnetic bearing NEN electromagnets 22 of the radial bearing 20 can also be grouped into segments. 4 shows such a segmentation in a further development of the embodiment of the invention shown in FIG.
  • electromagnets 22 are in three, each arranged a 60 ° angle covering segments 25, wherein there is also a 60 ° angle is between each segment 25th
  • the electromagnets 22 arranged in these intermediate segments 45 are intended for magnetic storage.
  • Other segment arrangements with other angles are also possible.
  • Such a segmentation is also possible for the described ⁇ alternative embodiments of the provided with means for electrical drive radial bearing.
  • the bearing and drive unit 15 has two thrust bearings 18 and 19.
  • the thrust bearing 18 has in the case of the present embodiment of the invention ei ⁇ ne first annular axial assembly 26 of electromagnet 30 and possibly of permanent magnets and / or elements of a ferromagnetic material, which are fixed to the first annular support member 16 and the base. 5 assigned.
  • the electromagnets 22 of the first axial arrangement 26 cooperate with an annular flange 27 made of a ferromagnetic material which is fixed to the support element 17 and is associated with the stationary part 3 and the part rotierba ⁇ ren. 4
  • the construction of the thrust bearing 19 corresponds to the construction of the thrust bearing 18.
  • the thrust bearing 19 also includes a first ringför ⁇ -shaped axial arrangement 28 of electromagnet 30 and, if necessary, of permanent magnets and / or elements of a ferromagnetic material, which ring on the first Carrier element 16 are attached and the stand 5 are assigned.
  • the electromagnets 22 of the first axial assembly 28 also cooperate with the annular flange 27.
  • the thrust bearings 18 and 19 move the stationary part 3 and the rotatable part 4 relative to the base 5 in the direction of the tilting axis K in a floating state.
  • the width of the radial bearing gap 31 and at least the width of one of the axial bearing gaps 32 and 33 must always be determined.
  • the width of a bearing gap does not have to be determined directly, but rather can be calculated from the radial or axial position of the annular support element 17. Giving way to the width of a Lagerspal ⁇ tes from its desired width from the width must again be adjusted to the desired length by appropriate control of the coil currents of the respective relevant electromagnets.
  • the width of the radial bearing gap 31 for determining the width of the radial bearing gap 31, there are two Hall sensors 34 arranged radially offset by approximately 90 ° from each other, of which only one is shown in FIG. Due to the defined and known structure of the bearing and drive unit 15, the width of the radial bearing gap 31 can be determined from the measured values of the Hall sensors 34 by a control and regulation unit and used to control and regulate the coil currents of the electromagnets relevant for the radial bearing.
  • the widths of the axial bearing gaps 32 and 33 are determined.
  • an arrangement of Hall sensors 35 is shown. At least two derarti ⁇ ger arrays of Hall sensors 35 to about 90 ° relative to one another radially offset for recording measured values present are preferred.
  • the width of the axial bearing gap 32 and the width of the axial bearing gap 33 can be determined by a control and regulation unit and used to control and control the coil currents of the electromagnets relevant for the axial bearing.
  • the determination of the widths of the bearing gaps 31 to 33 takes place without additional sensors only by evaluating the changes of current and voltage values of electromagnets.
  • the inductances of the electromagnets relevant for the magnetic bearing are influenced, as a result of which
  • the bearing and drive unit 15 further includes a magnetic ⁇ brake 36.
  • the magnetic brake 36 comprises a movable in the direction of the tilting axis K, annular flange
  • the flange 37 is fixed to the support member 17 and thus associated with the stationary part 3.
  • the An ⁇ order of the flange 37 on the support member 17 is such that it is guided by at least one, in the direction of the tilting axis K extending key 39 in the direction of the tilt axis K.
  • the electromagnets 38 are connected to the carrier element 16 and thus assigned to the base 5.
  • a brake ring 40 and a ring 40 with a brake pad 41 is the electromagnet
  • the magnetic ⁇ brake 36 in the case of the present embodiment arranged relative to the radial bearing 20 such that the flange 37 is still in the magnetic field of the permanent magnet 24th
  • the radial bearing 20 and the thrust bearings 18, 19 offset the carrier element 17 for magnetic bearing in a floating state relative to the carrier element 16.
  • An additional rotation of the Rinele ⁇ Mentes 17 relative to the support member 16 about the tilt axis K. takes place with the aid of electromagnetic driving means described what are presently integ in the radial bearing 20 ⁇ riert.
  • the electromagnets 38 of the magnetic brake 36 are operated such that they hold the flange 37 at a certain distance from the brake ring 40 by generating a corresponding magnetic field.
  • the electromagnets 38 are de-energized.
  • the flange 37 is then attracted by the permanent magnets 24 of the radial bearing 20 and against the
  • the magnetic brake 36 can be released again by the electromagnets 38 and their coils again acted upon in accordance with current who ⁇ .
  • the bearing ⁇ and drive unit 15 shown schematically in Figure 1 has been described.
  • the computed tomography device 1 requires at least a second bearing unit 115.
  • This bearing unit 115 does not necessarily have drive means and a magnetic brake.
  • the storage unit at least includes a magne ⁇ schematic radial bearing and at least one magnetic Axialla ⁇ ger.
  • the storage unit 115 may also be constructed as the storage and drive unit 15.
  • FIG 5 showing a sectional view of a second embodiment of a bearing and drive unit 215, which differs from the bearing and drive unit 15 to the effect differs in that the radial bearing 200 and the electromagnetic on ⁇ drive unit 300 separated from each other and relative to each other in the direction of the tilt axis K are arranged offset.
  • Au ⁇ ßerdem has the bearing and drive unit 215, a Stützla ⁇ ger 400th
  • the other components of the bearing and drive unit 215 correspond in construction and function, if necessary, with the dimensions of the bearing and drive unit 215 adapted dimensions of the components of the bearing and drive unit 15, which are why they are provided with the same reference numerals.
  • the radial bearing 200 is disposed in the case of the shown in Figure 5 from ⁇ guide of the invention in a first plane El and has as the means for electromagnetic
  • An ⁇ operating comprehensive radial bearing 20 has a radially outer annular radial arrangement 21 of electromagnet 22 and a radially inner annular radial arrangement 23 of permanent magnets 24.
  • the electromagnetic drive unit 300 is disposed in an offset in the direction of the tilt axis K relative to the plane El level E2 and also has a radially convincelie ⁇ constricting annular radial arrangement 321 of electromagnet 22 and a radially inner ring-shaped radial array 323 of permanent magnets 24.
  • all the electromagnets 22 and permanent magnets 24 of the radial bearing 200 are provided for the magnetic bearing.
  • all electromagnets 22 and permanent magnets 24 of the electromagnetic drive unit 300 are provided for electromagnetic drive.
  • the bearing and drive unit 215 also has a support bearing 400 in the form of a conventional rolling element. camp on.
  • the support bearing 400 takes over the support function in the storage and drive unit 215, for example, if in the case of a power failure, the magnetic field generated by the electromagnet te ⁇ is too weak. In this way, damage to the magnetic bearing of the storage and drive unit 215 is avoided.
  • the width of the gap 120 between the arranged to the support member 16 supporting bearing 400 and the support member 17 is smaller than the Radi ⁇ allagerspalt 121 and smaller than the drive nip 123. touched In normal operation of the annular Suele ⁇ ment 16 Fortified support bearing 400, the annular Collinsele ⁇ ment 17 not. Only in case of failure, the support bearing 400 touches the annular support member 17 and takes over the Tragfunk ⁇ tion, whereby damage to the radial bearing 200 and the electromagnetic drive unit 300 is avoided.
  • the magnetic brake 36 is otherwise constructed such that the flange 37 is attracted in case of power failure of the permanent magnet 24 and thus pressed against the brake pad 41, whereby a fixation takes place.
  • the device and the computer tomography apparatus may comprise an uninterruptible Stromversor ⁇ supply 124, as indicated in Fig. 1 A support bearing is then, as for the storage and drive unit
  • the storage and drive unit 215 can replace the storage and drive unit 15 and / or the storage unit 115.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (15, 215) zur Lagerung und zum Antrieb eines um eine Kippachse (K) kippbaren Teils (3, 4) einer die Kippachse (K) umfassenden Gantry (2) eines Computertomographiegerätes (1) relativ zu einem Standfuss (5) der Gantry (2) des Computertomographiegerätes (1), aufweisend Mittel (22, 24, 27, 30) zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuss (5) der Gantry (2) und Mittel (22, 24) zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuss (5) der Gantry (2). Die Erfindung betrifft ausserdem ein Computertomographiegerät (1), das eine derartige Vorrichtung (15, 215) umfasst.

Description

Beschreibung
Vorrichtung zur Lagerung und zum Antrieb eines kippbaren Teils einer Gantry eines Computertomographiegerätes und
Computertomographiegerät
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung und zum Antrieb eines um eine Kippachse kippbaren Teils einer die Kippachse aufweisenden Gantry eines Computertomographiegerä- tes relativ zu einem Standfuß der Gantry des Computertomogra¬ phiegerätes. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerto¬ mographiegerät, das eine solche Vorrichtung umfasst.
Computertomographiegeräte der dritten Generation weisen eine Gantry mit einem stationären Teil und einem relativ zu dem stationären Teil um eine Systemachse der Gantry rotierbaren Teil auf. Der rotierbare Teil hat die Form einer Trommel, an der Komponenten des Computertomographiegerätes wie die Rönt¬ genstrahlenquelle, der Röntgenstrahlendetektor, ein Steue- rungssystem etc. angeordnet sind, welche sich im Betrieb des Computertomographiegerätes um einen längs der Systemachse in einem Messfeld angeordneten Patienten drehen. Eine komplett bestückte Trommel erreicht bei einem System mit nur einer Röntgenstrahlenquelle und einem Röntgenstrahlendetektor eine Masse von ca. 800 kg bis 900 kg und rotiert im Betrieb mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von bis zu 240 U/min.
Für bestimmte Untersuchungen ist es erforderlich, das Rönt- gensystem um eine rechtwinklig zu der Systemachse angeordne- te, im Wesentlichen horizontal verlaufende Kippachse zu kip¬ pen bzw. zu schwenken. Der Kippwinkel beträgt maximal ca. +/- 30° aus der Ausgangslage heraus. Der rotierbare Teil und der stationäre Teil der Gantry werden dabei in der Regel relativ zu einem Standfuß der Gantry gekippt. Die Kippung muss präzi- se bis auf Winkelminuten genau erfolgen können. Gegenwärtig werden Wälzlager oder Gleitlagerbuchsen zur Lagerung des stationären und rotierbaren Teils relativ zu dem Standfuß der Gantry verwendet, welche einem gewissen Verschleiß unterlie- gen und regelmäßig gewartet, z.B. nachgeschmiert werden müs¬ sen. Der Antrieb umfasst beispielsweise einen mit einem
Schneckengetriebe zusammenwirkenden Motor. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Computertomographiegerät der eingangs genannten Art derart anzugeben, dass die Lagerung und der Antrieb eines um eine Kippachse kippbaren Teils einer Gantry eines Computerto¬ mographiegerätes relativ zu einem Standfuß der Gantry des Computertomographiegerätes verbessert ist.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Vor¬ richtung zur Lagerung und zum Antrieb eines um eine Kippachse kippbaren Teils einer die Kippachse umfassenden Gantry eines Computertomographiegerätes relativ zu einem Standfuß der
Gantry des Computertomographiegerätes aufweisend Mittel zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry und Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Stand- fuß der Gantry.
Durch die magnetische Lagerung des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry treten keine mechanischen Berührungen mehr zwischen Lagerteilen auf. Die magnetische Lagerung ist reibungs- und verschleißfrei, so dass ein Nach¬ schmieren oder ein Nachfetten wie bei Wälzlagern nicht nötig ist .
Vorzugsweise sind die Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der
Gantry und die Mittel zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry in einer Einheit, insbesondere einer Baueinheit, kombiniert. Nach einer Variante der Erfindung bilden die Mittel zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry wenigstens ein Radiallager und wenigstens ein Axiallager in Bezug auf die Kippachse aus. Nach einer weiteren Variante der Erfindung umfassen die Mittel zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry wenigstens einen Perma- nentmagneten, wenigstens einen eine Spule aufweisenden Elektromagneten und/oder wenigstens ein Element aus einem ferro¬ magnetischen Material und die Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry wenigstens einen eine Spule aufweisenden
Elektromagneten. Das Radial- und das Axiallager können prinzipiell als rein passive Magnetlager unter entsprechender Anordnung von Permanentmagneten und Elementen aus einem ferro- magnetischen Material auf dem kippbaren Teil und dem Standfuß der Gantry relativ zueinander realisiert werden, wobei entwe- der die zwischen Permanentmagneten auftretenden abstoßenden oder anziehenden Kräfte oder die Anziehungskräfte zwischen Permanentmagneten und ferromagnetischen Materialien ausgenutzt werden. Bevorzugt weisen das Radial- und das Axiallager aber auch Spulen umfassende Elektromagnete auf, um zur Stabi- lisierung der Magnetlager durch Variation der durch die Spulen der Elektromagnete fließenden Ströme das Magnetfeld und damit die aktuell wirkenden Kräfte in dem jeweiligen Magnet¬ lager verändern zu können. Hierzu ist eine entsprechende Re¬ gelung erforderlich, die dafür sorgt, dass die jeweils benö- tigten Lagerkräfte zur Verfügung stehen.
Die in der Regel mehreren, jeweils wenigstens eine Spule auf¬ weisenden Elektromagnete der Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem statio- nären Teil der Gantry sind zur Erzeugung eines elektromagne¬ tischen Drehfeldes zum Kippen des kippbaren Teils relativ zu dem Standfuß der Gantry erforderlich und müssen hierzu entsprechend angesteuert werden. Die Mittel zum elektromagneti¬ schen Antrieb können im Übrigen auch Permanentmagnete
und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material aufweisen . Nach einer Ausführungsform der Erfindung weisen das Radiallager und/oder die Mittel zum elektromagnetischen Antrieb eine erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung von Permanentmagneten, Elektromagneten und/oder Elementen aus ei- nem ferromagnetischen Material, welche dem Standfuß der
Gantry zugeordnet ist, und eine zweite radial innenliegende ringförmige Radialanordnung von Permanentmagneten, Elektromagneten und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material, welche dem kippbaren Teil der Gantry zugeordnet ist, auf, wobei sich zwischen der ersten und der zweiten ringförmigen Radialanordnung ein ringförmiger Radiallagerspalt befindet .
Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das wenigstens eine Axiallager wenigstens eine erste ringförmige Axialanordnung von Permanentmagneten, Elektromagneten
und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material, welche dem Standfuß der Gantry zugeordnet ist, und wenigstens eine zweite ringförmige Axialanordnung von Permanentmagneten, Elektromagneten und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material oder ein ringförmiges Element aus einem ferro- magnetischen Material, welche bzw. welches dem kippbaren Teil der Gantry zugeordnet ist, auf, welche wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Axialanordnung oder welche wenigs¬ tens eine erste Axialanordnung und welches ringförmiges Ele¬ ment aus einem ferromagnetischen Material unter Einschluss eines ringförmigen Axiallagerspalts axial in Richtung der Kippachse relativ zueinander versetzt sind. Eine Variante der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung bzw. die Baueinheit aus Mitteln zur magnetischen Lagerung und Mitteln zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils relativ zu dem Standfuß der Gantry Messmittel zur Ermittlung der Änderung der Weite des ringförmigen Radiallagerspalts und/oder des ringförmigen Axiallagerspalts aufweist. Um eine funktionelle und störungsfreie magnetische Lagerung realisie¬ ren zu können, müssen die Weiten der Lagerspalte im Wesentlichen konstant sein bzw. gehalten werden. Die Weite eines La- gerspaltes ist quasi die Regelgröße bei der Regelung der La¬ gerkräfte. Die Weite wird dabei vorzugsweise berührungslos mit den Messmitteln bestimmt. Die Weite wird in der Regel mindestens an zwei, vorzugsweise um ca. 90° relativ zueinan- der versetzten Stellen der ringförmigen Lagerspalte bestimmt. Die Weite eines Lagerspaltes muss im Übrigen konstruktionsbe¬ dingt nicht über den ganzen Lagerspalt immer gleich sein. Vielmehr kann der Lagerspalt eine Art Profil aufweisen, so dass sich an verschiedenen Stellen des Lagerspaltes verschie- dene Weiten des Lagerspaltes ergeben. In einem solchen Fall wird die Weite des Lagerspaltes jeweils an einer bestimmten Stelle des Lagerspaltes ermittelt und zur Regelung verwendet.
Vorzugsweise weisen die Messmittel wenigstens einen Hall- Sensor und/oder einen induktiv oder kapazitiv arbeitenden Sensor auf.
Gemäß einer Variante der Erfindung erfolgt im Falle der Verwendung von Elektromagneten für die magnetische Lagerung die Ermittlung der Änderung der Weite des Radiallagerspalts und/oder des Axiallagerspalts basierend auf der Beeinflussung der Induktivität der Spule eines oder mehrerer Elektromagne- te . So beeinflusst beispielsweise eine Positionsänderung der innenliegenden Radialanordnung von Permanentmagneten, Elekt- romagneten und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material des kippbaren Teils der Gantry relativ zu der außenliegenden Radialanordnung die Induktivitäten der Elektromag- nete der außenliegenden Radialanordnung. Dadurch ändern sich Strom- und Spannungswerte an den Elektromagneten der außen- liegenden Radialanordnung, welche Änderungen zur Ermittlung der Weite des jeweiligen Lagerspalts ausgewertet werden.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Radiallager in einer ersten Ebene und die Mittel zum elektromagne- tischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry in einer zweiten, in Richtung der Kippachse relativ zu der ersten Ebene versetzten Ebene angeordnet sind . Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry relativ zu dem Standfuß der Gantry in das Radial- lager integriert sind.
Nach einer ersten solchen Variante der Integration weisen die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung
Elektromagnete und die zweite radial innenliegende ringförmi- ge Radialanordnung Permanentmagnete und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material auf, wobei eine Gruppe von Elektromagneten der ersten Radialanordnung derart ansteuerbar ist und angesteuert wird, dass ein elektromagnetisches Dreh¬ feld zum elektromagnetischen Kippen des kippbaren Teils der Gantry erzeugt wird.
Nach einer zweiten solchen Variante der Integration weisen die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung Permanentmagnete und/oder Elementen aus einem ferromagneti- sehen Material und die zweite radial innenliegende ringförmi¬ ge Radialanordnung Elektromagnete auf, wobei eine Gruppe von Elektromagneten der zweiten Radialanordnung derart ansteuerbar ist und angesteuert wird, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry erzeugt wird.
Nach einer weiteren Variante der Erfindung weisen die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung und die zweite radial innenliegende ringförmige Radialanordnung
Elektromagnete auf, wobei eine Gruppe von Elektromagneten der ersten und/oder der zweiten Radialanordnung derart ansteuerbar ist und angesteuert wird, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils der Gantry erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die zum elektromagnetischen Antrieb und/oder die zur magnetischen Lagerung vorgesehenen Elektromagnete der ersten und/oder der zweiten Radialanordnung jeweils in Segmenten gruppiert. Die Elektro¬ magnete können jeweils in zwei oder mehr Segmenten gruppiert sein. Beispielsweise können die zum elektromagnetischen Antrieb vorgesehenen Elektromagnete in drei jeweils ca. 60° des Radiallagers abdeckenden Segmenten gruppiert sein, die je¬ weils durch ein ebenfalls einen 60°-Winkel abdeckendes Seg¬ ment voneinander getrennt sind, in dem zur magnetischen Lagerung vorgesehene Elektromagnete gruppiert sind. Bei einer Vier-Segmentanordnung decken die zum elektromagnetischen Antrieb vorgesehenen Elektromagnete und die zur magnetischen Lagerung vorgesehenen Elektromagnete abwechselnd jeweils ei¬ nen 45°-Winkel des Radiallagers ab, so dass vier Segmente für den Antrieb und vier Segmente für die Lagerung vorhanden sind. Weitere Segmentierungen sind ebenfalls möglich.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung wenigstens eine Magnetbremse aufweist. Vorzugsweise um- fasst die Magnetbremse wenigstens einen in Richtung der Kipp¬ achse beweglichen Flansch und wenigstens einen mit dem
Flansch zusammenwirkenden Magneten. Der Flansch kann beispielsweise ringförmig ausgeführt und durch eine oder mehrere Passfedern in Richtung der Kippachse geführt sein.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Flansch bei Kippbewegungen des kippbaren Teils der Gantry durch das Magnetfeld wenigstens eines Elektromagneten, in der Regel durch die Magnetfelder mehrerer Elektromagnete der Magnetbremse eingriffsfrei gehalten, so dass er keine Bremswirkung entfal¬ tet. Zur Fixierung des kippbaren Teils der Gantry wirkt der Flansch hingegen derart mit dem Radiallager und/oder mit den Mittel zum elektromagnetischen Antrieb zusammen, dass der Flansch durch das Magnetfeld wenigstens eines Permanentmagne¬ ten, in der Regel durch die Magnetfelder mehrerer Permanentmagnete des Radiallagers und/oder der Mittel zum elektromag¬ netischen Antrieb gegen eine Bremsfläche gepresst wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung bzw. die Baueinheit ein Wälzlager als Stütz- lager aufweist. Im Falle eines Stromausfalls übernimmt das Stützlager die Tragfunktion, so dass Beschädigungen der Vorrichtung vermieden werden. Alternativ oder auch zusätzlich kann der Vorrichtung eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) zugeordnet sein.
Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computertomographiegerät aufweisend we- nigstens eine vorstehend beschriebene Vorrichtung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten schematischen Zeichnungen dargestellt. Es zeigen: FIG 1 ein Computertomographiegerät,
FIG 2 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer Lager- und Antriebseinheit des Computertomo¬ graphiegerätes aus FIG 1,
FIG 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeile III des
Schnitts aus FIG 2,
FIG 4 eine Ansicht in Richtung der Pfeile III des
Schnitts aus FIG 3 für eine alternative Ausfüh¬ rungsform und
FIG 5 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform einer Lager- und Antriebseinheit des Computertomo- graphiegerätes aus FIG 1.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente durchwegs mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht zwingend maßstabsgetreu. Auf das Computertomographiegerät 1 wird im
Folgenden und ohne Einschränkung der Allgemeinheit nur insoweit eingegangen als es zum Verständnis der Erfindung für erforderlich erachtet wird. Das in FIG 1 gezeigte Computertomographiegerät 1 umfasst eine Gantry 2 mit einem stationären Teil 3 und mit einem um eine Systemachse S rotierbaren Teil 4. Der rotierbare Teil 4 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein Röntgensystem auf, welches eine Röntgenstrahlenquelle 6 und einen Röntgenstrahlendetektor 7 umfasst, die an dem rotierbaren Teil 4 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Im Betrieb des Computertomographiegerätes 1 geht von der Röntgenstrahlenquelle 6 Röntgenstrahlung 8 in Richtung des Röntgenstrahlendetektors 7 aus, durchdringt ein Messobjekt und wird vom Röntgenstrahlendetektor 7 in Form von Messdaten bzw. Messsignalen erfasst. Das Computertomographiegerät 1 weist des Weiteren eine Pati¬ entenliege 9 zur Lagerung eines zu untersuchenden Patienten P auf. Die Patientenliege 9 umfasst einen Liegensockel 10, an dem eine zur eigentlichen Lagerung des Patienten P vorgesehene Patientenlagerungsplatte 11 angeordnet ist. Die Patienten- lagerungsplatte 11 ist derart relativ zu dem Liegensockel 10 in Richtung der Systemachse S verstellbar, dass sie zusammen mit dem Patienten P in die Öffnung 12 der Gantry 2 zur Aufnahme von 2D-Röntgenproj ektionen von dem Patienten P, z. B. in einem Spiralscan, eingeführt werden kann. Die rechnerische Verarbeitung der mit dem Röntgensystem aufgenommenen 2D-
Röntgenproj ektionen bzw. die Rekonstruktion von Schichtbildern, 3D-Bildern oder eines 3D-Datensatzes basierend auf den Messdaten bzw. den Messsignalen der 2D-Röntgenproj ektionen erfolgt mit einem Bildrechner 13 des Computertomographiegerä- tes 1, welche Schichtbilder oder 3D-Bilder auf einer Anzeigevorrichtung 14 darstellbar sind.
Die Gantry 2 umfasst im Falle des vorliegenden Ausführungs¬ beispiels der Erfindung außerdem einen Standfuß 5, an dem der stationäre Teil 3 und der rotierbare Teil 4 der Gantry 2 an¬ geordnet sind. Der stationäre Teil 3 und der rotierbare Teil 4 der Gantry 2 sind zusammen relativ zu dem Standfuß 5 um eine Kippachse K in die Richtungen des Doppelpfeils a verkipp- bar bzw. verschwenkbar. Die Kippachse K der Gantry 2 ist rechtwinklig zu der Systemachse S angeordnet und verläuft im Wesentlichen horizontal. Um den stationäre Teil 3 und den ro¬ tierbare Teil 4 der Gantry 2 relativ zu dem Standfuß 5 um die Kippachse K kippen zu können, ist in dem Standfuß 5 wenigs¬ tens einseitig eine in FIG 1 schematisch angedeutete Lager¬ und Antriebseinheit 15 angeordnet.
Eine Ausführungsform einer solchen Lager- und Antriebseinheit 15, welche Mittel zur magnetischen Lagerung und Mittel zum elektromagnetischen Antrieb des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5 aufweist, ist in einer Schnittdarstellung in FIG 2 schematisch veranschaulicht. Die Mittel zur magnetischen Lagerung und die Mittel zum elektromagnetischen Antrieb können grundsätzlich Permanentmagnete, Elektromagnete und/oder Elemente aus einem fer- romagnetischen Material umfassen.
Die Lager- und Antriebseinheit 15 umfasst im Falle des vor- liegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ein erstes ringförmiges Trägerelement 16, welches am Standfuß 5 angeordnet ist bzw. wird, und ein zweites ringförmiges Trägerelement 17, welches an einem Lagerzapfen 43 des stationären Teils 3 angeordnet ist bzw. wird. Der Lagerzapfen 43 ist fest mit dem stationären Teil 3 verbunden. Ein zweiter solcher Lagerzapfen befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des stationä¬ ren Teils 3, welcher in den Figuren nicht dargestellt ist, wobei die Kippachse K unter anderem durch die beiden Lagerzapfen verläuft.
An den ringförmigen Trägerelementen 16, 17 sind Mittel zur magnetischen Lagerung und Mittel zum elektromagnetischen Antrieb angeordnet, welche im Falle des vorliegenden Ausfüh¬ rungsbeispiels der Erfindung zwei magnetische Axiallager 18, 19 und ein magnetisches Radiallager 20 bilden, wobei in letzterem der elektromagnetische Antrieb integriert ist. FIG 3 zeigt die Ansicht des Schnitts durch das Radiallager 20 in Richtung der Pfeile III aus FIG 2. Das Radiallager 20 und die in das Radiallager 20 integrierten Mittel zum elektromagnetischen Antrieb weisen im Falle des in FIG 3 gezeigten Aus- führungsbeispiels der Erfindung eine erste, radial außenlie¬ gende ringförmige Radialanordnung 21 von Elektromagneten 22 auf, welche jeweils wenigstens eine nicht explizit gezeigte Spule umfassen. Des Weiteren weisen das Radiallager 20 und die in das Radiallager 20 integrierten Mittel zum elektromag- netischen Antrieb eine zweite radial innenliegende ringförmi¬ ge Radialanordnung 23 von Permanentmagneten 24 auf. Im Falle des in FIG 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung dienen 50% der Elektromagnete 22 der magnetischen Lagerung und 50% der Elektromagnete 22 dem elektromagnetischen Antrieb des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5. Vorliegend ist jeder zweite Elektromagnet 22 der radial außenliegenden ringförmigen Radialanordnung 21 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfeldes vorgesehen, welche Elektromagnete 22 durch in FIG 3 nicht explizit gezeigte Steuermittel derart angesteuert werden, dass in Zu¬ sammenwirken mit den Permanentmagneten 24 der stationäre Teil 3 und der rotierbare Teil 4 relativ zu dem Standfuß 5 gekippt bzw. geschwenkt werden kann. Die übrigen Elektromagnete 22 dienen in Zusammenwirken mit den Permanentmagneten 24 der magnetischen Lagerung des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5, wobei der stationäre Teil 3 und der rotierbare Teil 4 relativ zu dem Standfuß 5 in einen Schwebezustand infolge der Magnetfelder versetzt wer¬ den .
An Stelle der Permanentmagnete 24 kann insbesondere die zwei¬ te Radialanordnung auch Elementen aus einem ferromagnetischen Material oder Permanentmagnete und Elementen aus einem ferro- magnetischen Material aufweisen.
Nach einer alternativen Ausführungsform des mit Mitteln zum elektromagnetischen Antrieb versehenen Radiallagers 20 kann die radial außenliegende ringförmige Radialanordnung 21 Ele- menten aus einem ferromagnetischen Material und/oder Permanentmagnete und die radial innenliegende ringförmige Radial¬ anordnung 23 Elektromagneten aufweisen, wobei, wie bereits zuvor beschrieben, jeder zweite Elektromagnet zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfeldes vorgesehen ist, um bei entsprechender Ansteuerung mit Strom in Zusammenwirken mit den Elementen aus einem ferromagnetischen Material und/oder den Permanentmagneten den stationären Teil 3 und den rotierbaren Teil 4 relativ zu dem Standfuß 5 für die Kippbewegung in Drehung zu versetzen. Die übrigen Elektromagnete dienen in Zusammenwirken mit den Elementen aus einem ferromagnetischen Material und/oder den Permanentmagneten wiederum der magnetischen Lagerung des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5. Bei dieser Variante müssen die für die Erzeugung des Drehfeldes erforderliche elektri¬ sche Energie sowie die Steuerungs- und Regelungssignale, ggf. beispielsweise über Schleifringe auf den stationären Teil 4 übertragen werden. Eine weitere alternative Ausführungsform des mit Mitteln zum elektromagnetischen Antrieb versehenen Radiallagers 20 besteht darin, dass sowohl die radial außenliegende ringförmige Radialanordnung 21 als auch die radial innenliegende ringförmige Radialanordnung 23 Elektromagnete aufweist, wobei zumin- dest ein Teil der Elektromagnete der ersten und der zweiten Radialanordnung für die magnetische Lagerung vorgesehen sind und eine Gruppe von Elektromagneten der ersten und/oder der zweiten Radialanordnung derart ansteuerbar ist, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetisches Antrieb des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 der
Gantry 2 erzeugt wird. Auch in diesem Fall kann es erforderlich sein, die für die Erzeugung des Drehfeldes erforderliche elektrische Energie sowie ggf. die Steuerungs- und Regelungs¬ signale z.B. über Schleifringe auf den stationären Teil 4 zu übertragen.
Die für den elektromagnetischen Antrieb vorgesehenen Elektromagneten 22 sowie die für die magnetische Lagerung vorgesehe- nen Elektromagnete 22 des Radiallagers 20 können auch jeweils in Segmenten gruppiert werden. FIG 4 zeigt eine derartige Segmentierung in Weiterentwicklung des in FIG 3 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Im Falle des in FIG 4 ge- zeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung sind die zum An¬ trieb vorgesehenen Elektromagnete 22 in drei, jeweils einen 60°-Winkel abdeckenden Segmenten 25 angeordnet, wobei sich zwischen jedem Segment 25 ebenfalls ein 60°-Winkel befindet. Die in diesen Zwischensegmenten 45 angeordneten Elektromagne- te 22 sind für die magnetische Lagerung vorgesehen. Andere Segmentanordnungen mit anderen Winkeln sind ebenfalls möglich. Eine derartige Segmentierung ist auch für die beschrie¬ benen alternativen Ausführungsformen des mit Mitteln zum elektrischen Antrieb versehenen Radiallagers möglich.
Wie bereits erwähnt weist die Lager- und Antriebseinheit 15 zwei Axiallager 18 und 19 auf. Das Axiallager 18 weist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung ei¬ ne erste ringförmige Axialanordnung 26 von Elektromagneten 30 und ggf. von Permanentmagneten und/oder von Elementen aus einem ferromagnetischen Material auf, welche an dem ersten ringförmigen Trägerelement 16 befestigt sind und dem Standfuß 5 zugeordnet sind. Die Elektromagneten 22 der ersten Axialanordnung 26 wirken mit einem ringförmigen Flansch 27 aus einem ferromagnetischen Material zusammen, der an dem Trägerelement 17 befestigt ist und dem stationären Teil 3 und dem rotierba¬ ren Teil 4 zugeordnet ist.
Der Aufbau des Axiallagers 19 entspricht dem Aufbau des Axi- allagers 18. Das Axiallager 19 weist auch eine erste ringför¬ mige Axialanordnung 28 von Elektromagneten 30 und ggf. von Permanentmagneten und/oder von Elementen aus einem ferromagnetischen Material auf, welche an dem ersten ringförmigen Trägerelement 16 befestigt sind und dem Standfuß 5 zugeordnet sind. Die Elektromagnete 22 der ersten Axialanordnung 28 wirken ebenfalls mit dem ringförmigen Flansch 27 zusammen. Die Axiallager 18 und 19 versetzen das stationäre Teil 3 und das rotierbare Teil 4 relativ zu dem Standfuß 5 in Richtung der Kippachse K in einen Schwebezustand. Um einen störungsfreien Betrieb der Magnetlager gewährleisten zu können, müssen stets die Weite des Radiallagerspaltes 31 und wenigstens die Weite eines der Axiallagerspalte 32 und 33 ermittelt werden. Hierzu sind im Falle des vorliegenden Aus¬ führungsbeispiels der Erfindung Messmittel in Form von Hall- sensoren vorgesehen. Die Weite eines Lagerspaltes muss dabei nicht direkt ermittelt werden, vielmehr kann diese aus der radialen bzw. axialen Position des ringförmigen Trägerelements 17 berechnet werden. Weicht die Weite eines Lagerspal¬ tes von ihrer Sollweite ab, muss die Weite wieder auf die Sollweite durch eine entsprechende Regelung der Spulenströme der hierfür relevanten Elektromagnete einstellt werden. Im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels der Erfindung sind zur Bestimmung der Weite des Radiallagerspaltes 31 zwei um ca. 90° radial versetzt zueinander angeordnete Hallsenso- ren 34 vorgesehen, von denen in FIG 2 nur einer dargestellt ist. Aus den Messwerten der Hallsensoren 34 kann aufgrund des definierten und bekannten Aufbaus der Lager- und Antriebeseinheit 15 die Weite des Radiallagerspaltes 31 durch eine Steuerungs- und Regelungseinheit ermittelt und zur Steuerung- und Regelung der Spulenströme der für die radiale Lagerung relevanten Elektromagnete verwendet werden.
In entsprechender Weise werden die Weiten der Axiallagerspalte 32 und 33 ermittelt. In FIG 2 ist eine Anordnung von Hall- sensoren 35 gezeigt. Bevorzugt sind wenigstens zwei derarti¬ ger Anordnungen von Hallsensoren 35 um ca. 90° relativ zueinander radial versetzt zur Aufnahme von Messwerten vorhanden. Aus den Messwerten der Hallsensoren 35 können die Weite des Axiallagerspaltes 32 sowie die Weite des Axiallagerspaltes 33 durch eine Steuerungs- und Regelungseinheit ermittelt und zur Steuerung- und Regelung der Spulenströme der für die axiale Lagerung relevanten Elektromagnete verwendet werden. Alternativ erfolgt die Ermittlung der Weiten der Lagerspalte 31 bis 33 ohne zusätzliche Sensorik nur durch die Auswertung der Änderungen von Strom- und Spannungswerten von Elektromagneten. In Folge einer Lageänderung des ringförmigen Träger- elementes 17 relativ zu dem ringförmigen Trägerelement 16 werden die Induktivitäten der für die magnetische Lagerung relevanten Elektromagnete beeinflusst, wodurch sich die
Strom- und Spannungswerte an den relevanten Elektromagneten ändern. Durch die Auswertung dieser Strom- und Spannungswerte können jeweils die Weiten der Lagerspalte ermittelt und für die Steuer- und Regelung der Spulenströme der relevanten Elektromagnete verwendet werden.
Im Falle des in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiels weist die Lager- und Antriebseinheit 15 des Weiteren eine Magnet¬ bremse 36 auf. Vorliegend umfasst die Magnetbremse 36 einen in Richtung der Kippachse K beweglichen, ringförmigen Flansch
37 aus einem ferromagnetischen Material und eine ringförmige Anordnung von mit dem Flansch 37 zusammenwirkenden Elektromagneten 38. Der Flansch 37 ist an dem Trägerelement 17 befestigt und somit dem stationären Teil 3 zugeordnet. Die An¬ ordnung des Flansches 37 an dem Trägerelement 17 ist derart, dass er durch wenigstens eine, in Richtung der Kippachse K verlaufende Passfeder 39 in Richtung der Kippachse K geführt wird. Die Elektromagnete 38 sind an dem Trägerelement 16 an- und somit dem Standfuß 5 zugeordnet. Ein Bremsring 40 bzw. ein Ring 40 mit einem Bremsbelag 41 ist den Elektromagneten
38 in Richtung auf den Flansch 37 zu vorgelagert. Die Magnet¬ bremse 36 ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels derart relativ zu dem Radiallager 20 angeordnet, dass sich der Flansch 37 noch in dem Magnetfeld der Permanentmagneten 24 befindet.
Im Betrieb der Lager- und Antriebseinheit 15 versetzen das Radiallager 20 und die Axiallager 18, 19 das Trägerelement 17 zur magnetischen Lagerung in einen Schwebezustand relativ zu dem Trägerelement 16. Eine zusätzliche Drehung des Trägerele¬ mentes 17 relativ zu dem Trägerelement 16 um die Kippachse K erfolgt mit Hilfe der beschriebenen elektromagnetischen Antriebsmittel, welche vorliegend in das Radiallager 20 integ¬ riert sind. In dieser Situation werden die Elektromagnete 38 der Magnetbremse 36 derart betrieben, dass sie durch Erzeu- gung eines entsprechenden Magnetfeldes den Flansch 37 in einem bestimmten Abstand von dem Bremsring 40 halten. Zur Fixierung bzw. Arretierung des Trägerelementes 17 relativ zu dem Trägerelement 16 werden die Elektromagnete 38 stromlos geschaltet. Der Flansch 37 wird daraufhin von den Permanent- magneten 24 des Radiallagers 20 angezogen und gegen den
Bremsbelag 41 des Bremsrings 40 gepresst. Die Magnetbremse 36 kann wieder gelöst werden, indem die Elektromagnete 38 bzw. deren Spulen wieder entsprechend mit Strom beaufschlagt wer¬ den .
Vorstehend wurde die in FIG 1 schematisch dargestellte Lager¬ und Antriebseinheit 15 beschrieben. Um den stationären Teil 3 und den rotierbaren Teil 4 um die Kippachse K schwenken zu können, benötigt das Computertomographiegerät 1 wenigstens eine zweite Lagereinheit 115. Diese Lagereinheit 115 muss nicht notwendigerweise Antriebsmittel und eine Magnetbremse aufweisen. Die Lagereinheit weist aber wenigstens ein magne¬ tisches Radiallager und wenigstens ein magnetisches Axialla¬ ger auf. Die Lagereinheit 115 kann aber auch wie die Lager- und Antriebseinheit 15 aufgebaut sein. In diesem Fall erfol¬ gen der Antrieb für die Kipp- bzw. Schwenkbewegung des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 um die Kippachse K sowie die Fixierung des stationären Teils 3 und des rotierba¬ ren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5 beidseitig. Entspre- chende mit der Lager- und Antriebseinheit 15 und der La¬ gereinheit 115 verbundene Steuer- und Regelungsmittel in Form einer mit einer entsprechenden Software betriebenen Recheneinheit 42 sind in FIG 1 schematisch veranschaulicht. Die Kippung des stationären Teils 3 und des rotierbaren Teils 4 relativ zu dem Standfuß 5 erfolgt bevorzugt in einem Win¬ kelbereich von +/- 30° um die Kippachse K aus der in FIG 1 gezeigten Ausgangslage heraus. FIG 5 zeigte eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Lager- und Antriebseinheit 215, welche sich von der Lager- und Antriebseinheit 15 dahingehend unterschei- det, dass das Radiallager 200 und die elektromagnetische An¬ triebseinheit 300 voneinander getrennt und in Richtung der Kippachse K relativ zueinander versetzt angeordnet sind. Au¬ ßerdem weist die Lager- und Antriebseinheit 215 ein Stützla¬ ger 400 auf. Die übrigen Komponenten der Lager- und Antriebs- einheit 215 entsprechen in Aufbau und Funktion ggf. mit an die Bauform der Lager- und Antriebseinheit 215 angepassten Abmessungen den Komponenten der Lager- und Antriebseinheit 15, weshalb diese mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Das Radiallager 200 ist im Falle des in FIG 5 gezeigten Aus¬ führungsbeispiels der Erfindung in einer ersten Ebene El angeordnet und weist wie das Mittel zum elektromagnetischen An¬ trieb umfassende Radiallager 20 eine radial außenliegende ringförmige Radialanordnung 21 von Elektromagneten 22 und ei- ne radial innenliegende ringförmige Radialanordnung 23 von Permanentmagneten 24 auf.
Die elektromagnetische Antriebseinheit 300 ist in einer in Richtung der Kippachse K relativ zu der Ebene El versetzten Ebene E2 angeordnet und weist ebenfalls eine radial außenlie¬ gende ringförmige Radialanordnung 321 von Elektromagneten 22 und eine radial innenliegende ringförmige Radialanordnung 323 von Permanentmagneten 24 auf. Im Unterschied zu dem Mittel zum elektromagnetischen Antrieb umfassenden Radiallager 20 sind alle Elektromagnete 22 und Permanentmagnete 24 des Radiallagers 200 für die magnetische Lagerung vorgesehen. Des Weiteren sind alle Elektromagnete 22 und Permanentmagnete 24 der elektromagnetischen Antriebsein- heit 300 zum elektromagnetischen Antrieb vorgesehen.
Wie bereits erwähnt weist die Lager- und Antriebseinheit 215 zudem ein Stützlager 400 in Form eines konventionellen Wälz- lagers auf. Das Stützlager 400 übernimmt die Tragfunktion in der Lager- und Antriebseinheit 215, wenn beispielsweise im Falle eines Stromausfalls das von den Elektromagneten erzeug¬ te Magnetfeld zu schwach wird. Auf diese Weise wird auch eine Beschädigung der Magnetlager der Lager- und Antriebseinheit 215 vermieden. Um diesen Zweck zu erfüllen ist die Weite des Spaltes 120 zwischen dem an dem Trägerelement 16 angeordneten Stützlager 400 und dem Trägerelement 17 kleiner als der Radi¬ allagerspalt 121 und kleiner als der Antriebsspalt 123. Im normalen Betrieb berührt das an dem ringförmigen Trägerele¬ ment 16 befestigte Stützlager 400 das ringförmige Trägerele¬ ment 17 nicht. Erst im Fehlerfall berührt das Stützlager 400 das ringförmige Trägerelement 17 und übernimmt die Tragfunk¬ tion, wodurch eine Beschädigung des Radiallagers 200 und der elektromagnetischen Antriebseinheit 300 vermieden wird.
Die Magnetbremse 36 ist im Übrigen derart konstruiert, dass der Flansch 37 bei Stromausfall von den Permanentmagneten 24 angezogen und somit gegen den Bremsbelag 41 gepresst wird, wodurch eine Fixierung erfolgt.
Zusätzlich oder alternativ kann die Vorrichtung bzw. das Computertomographiegerät eine unterbrechungsfreie Stromversor¬ gung 124 aufweisen, wie dies in FIG 1 angedeutet ist. Ein Stützlager ist dann, wie für die Lager- und Antriebseinheit
15 sowie für die Lagereinheit 115 gezeigt nicht notwendig, da die Strom- und Spannungsversorgung für die Magnetlagerung bei einem Netzausfall durch die unterbrechungsfreie Stromversor¬ gung 124 sichergestellt wird.
Wie bereits erwähnt kann die Lager- und Antriebseinheit 215 die Lager- und Antriebseinheit 15 und/oder die Lagereinheit 115 ersetzen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (15, 215) zur Lagerung und zum Antrieb eines um eine Kippachse (K) kippbaren Teils (3, 4) einer die Kipp- achse (K) umfassenden Gantry (2) eines Computertomographiege¬ rätes (1) relativ zu einem Standfuß (5) der Gantry (2) des Computertomographiegerätes (1), aufweisend
- Mittel (22, 24, 27, 30) zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) und
- Mittel (22, 24) zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2 ) .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Mittel (22, 24, 27, 30) zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) wenigstens ein Radiallager (20, 200) und wenigstens ein Axial¬ lager (18, 19) in Bezug auf die Kippachse (K) ausbilden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Mittel (22, 24, 27, 30) zur magnetischen Lagerung des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) wenigstens einen Permanentmagneten (24), wenigs- tens einen eine Spule aufweisenden Elektromagneten (22, 30) und/oder wenigstens ein Element aus einem ferromagnetischen Material und die Mittel (22, 24) zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) wenigstens einen eine Spule aufweisenden Elektromagneten (22) umfassen.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der das Radiallager (20, 200) und/oder die Mittel (22, 24) zum elektromagne¬ tischen Antrieb eine erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung (21, 321) von Permanentmagneten, Elektromagneten (22) und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material, welche dem Standfuß (5) der Gantry (2) zugeordnet ist, und eine zweite radial innenliegende ringförmige Radial- anordnung (23, 323) von Permanentmagneten (24), Elektromagneten und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material, welche dem kippbaren Teil (3, 4) der Gantry (2) zugeordnet ist, aufweisen, wobei sich zwischen der ersten und der zwei- ten ringförmigen Radialanordnung (21, 23) ein ringförmiger Radiallagerspalt (31, 121) befindet.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der das wenigstens eine Axiallager (18, 19) wenigstens eine erste ringförmige Axialanordnung (26, 28) von Permanentmagneten,
Elektromagneten (30) und/oder Elementen aus einem ferromagne- tischen Material, welche dem Standfuß (5) der Gantry (2) zu¬ geordnet ist, und wenigstens eine zweite ringförmige Axialan¬ ordnung von Permanentmagneten, Elektromagneten und/oder Ele- menten aus einem ferromagnetischen Material oder ein ringförmiges Element (27) aus einem ferromagnetischen Material, wel¬ che bzw. welches dem kippbaren Teil (3, 4) der Gantry (2) zugeordnet ist, aufweist, welche wenigstens eine erste (26) und wenigstens eine zweite Axialanordnung oder welche wenigstens eine erste Axialanordnung (26) und welches ringförmige Ele¬ ment (27) aus einem ferromagnetischen Material unter Ein- schluss eines ringförmigen Axiallagerspalts (32, 33) axial in Richtung der Kippachse (K) relativ zueinander versetzt sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, welche Messmittel (34, 35) zur Ermittlung der Änderung der Weite des Radiallagerspalts (31, 121) und/oder des Axiallagerspalts (32, 33) auf¬ weist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Messmittel wenigstens einen Hall-Sensor (34, 35) und/oder einen induktiv oder kapazitiv arbeitenden Sensor aufweisen.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei der im Falle der Verwendung von Elektromagneten (22, 30) für die magnetische Lagerung die Ermittlung der Änderung der Weite des Radiallagerspalts (31, 121) und/oder des Axiallagerspalts (32, 33) basierend auf der Beeinflussung der Induktivität der Spule eines oder mehrerer Elektromagnete (22, 30) erfolgt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei dem das Radiallager (200) in einer ersten Ebene (El) und die Mittel
(22, 24) zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) in einer zweiten, in Richtung der Kippachse (K) relativ zu der ersten Ebene (El) versetzten Ebene (E2) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, bei der die Mittel (22, 24) zum elektromagnetischen Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) relativ zu dem Standfuß (5) der Gantry (2) in das Radiallager (20) integriert sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung (21) Elektromagnete (22) und bei der die zweite radial innenliegende ringförmige Radialanordnung (23) Permanentmagnete (24) und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material aufweisen, wobei eine Gruppe von Elektromagneten (22) der ersten Radialanordnung (21) derart ansteuerbar ist, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetisches Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) erzeugt wird.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung (21) Permanentmag¬ nete und/oder Elementen aus einem ferromagnetischen Material und bei der die zweite radial innenliegende ringförmige Radi¬ alanordnung (23) Elektromagnete aufweisen, wobei eine Gruppe von Elektromagneten der zweiten Radialanordnung derart ansteuerbar ist, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetisches Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) erzeugt wird.
13. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die erste, radial außenliegende ringförmige Radialanordnung (21) und die zweite radial innenliegende ringförmige Radialanordnung (23) Elekt¬ romagnete aufweisen, wobei eine Gruppe von Elektromagneten der ersten und/oder der zweiten Radialanordnung (21, 23) derart ansteuerbar ist, dass ein elektromagnetisches Drehfeld zum elektromagnetisches Antrieb des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) erzeugt wird.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die zum elektromagnetischen Antrieb und/oder die zur magneti- sehen Lagerung vorgesehenen Elektromagnete der ersten
und/oder der zweiten Radialanordnung (21, 23) jeweils in Segmenten (25, 45) gruppiert sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, welche we- nigstens eine Magnetbremse (36) aufweist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Magnetbremse (36) wenigstens einen in Richtung der Kippachse (K) bewegli¬ chen Flansch (37) und wenigstens einen mit dem Flansch (37) zusammenwirkenden Magneten (38) aufweist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Flansch (37) durch das Magnetfeld wenigstens eines Elektromagneten (38) bei Kippbewegungen des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) ohne Bremswirkung ist und bei der der Flansch (37) zur Fixierung des kippbaren Teils (3, 4) der Gantry (2) durch das Magnetfeld wenigstens eines Permanentmagneten (24) des Radialla¬ gers (20, 200) und/oder der Mittel zum elektromagnetischen Antrieb gegen eine Bremsfläche (41) gepresst wird.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, welche ein Wälzlager als Stützlager (400) aufweist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, welcher eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (124) zugeordnet ist .
20. Computertomographiegerät (1) aufweisend wenigstens Vorrichtung (15, 215) nach einem der Ansprüche 1 bis 19
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