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Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine Gantry eines Computertomographiegerätes.
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Computertomographiegeräte ermöglichen die Rekonstruktion von dreidimensionalen Schicht- oder Volumenbildern eines Untersuchungsbereiches für diagnostische Zwecke. Die Rekonstruktion eines Bildes erfolgt dabei auf der Grundlage von Projektionen, die von dem Untersuchungsbereich aus unterschiedlichen Projektionsrichtungen durch Rotation einer Aufnahmevorrichtung gewonnen werden, so dass zur Rekonstruktion eines Bildes Messdaten für Parallelprojektionen aus einem Winkelbereich von mindestens 180 Grad plus Fächerwinkel vorliegen. Zur Realisierung der Rotation der Aufnahmevorrichtung weist das Computertomographiegerät eine Gantry auf, welche einen stationären Drehrahmen und einen über eine Drehlagerungsvorrichtung rotierbar angeordneten Rotor umfasst, auf welchem die Aufnahmevorrichtung gehaltert ist.
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Eine Aufgabe einer Gantry eines Computertomographiegerätes ist insbesondere das Führen von Komponenten einer Aufnahmevorrichtung auf einer Bahn um den Patienten. Diese Bahn ist zweckmäßigerweise eine Kreisbahn und wird vorzugsweise mit hoher Präzession immer wieder abgefahren. Der Rotor, der beispielsweise als Trommel oder als Ringscheibe ausgebildet sein kann, bildet eine tragende Struktur, die zur Halterung der Komponenten der Aufnahmevorrichtung geeignet ist und gewährleistet insbesondere eine geometrisch fixe Zuordnung der Komponenten der Aufnahmevorrichtung. Beispielsweise kann ein Rotor eine Rotorwand in Form einer Ringscheibe und einen am Außenumfang der Rotorwand umlaufenden Halterungsring zur Halterung der Komponenten der Aufnahmevorrichtung aufweisen. Der Rotor wird bislang als Gussteil aus Aluminiumguss oder einer Aluminiumlegierung, beispielsweise AlZn10SiMg, hergestellt.
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Die Wandstärken eines solchen Rotors variieren zwischen 15 und 20mm.
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Eine weitere Aufgabe des Rotors ist insbesondere die Unterstützung einer Kühlung der rotierenden Komponenten, insbesondere einer Strahlenquelle. Die Kühlung kann beispielsweise durch Kühlflächen, durch ein Kühlmittel oder durch Wärmespeicher, beispielsweise massive Aluminiumgussteile, erfolgen.
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Zur Vermeidung von Bewegungsartefakten in dem rekonstruierten Bild, die aufgrund von Patienten- oder Organbewegungen entstehen können, ist man bestrebt, das Zeitfenster zur Erfassung der zur Rekonstruktion benötigten Projektionen durch Wahl von hohen Rotationsgeschwindigkeiten so klein wie möglich zu wählen. Bei den aktuellen Computertomographiegeräten werden Drehzahlen von 210 U/min erreicht.
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Durch Kombination von hoher Drehzahl, großem Rotationsradius und hoher Rotationsmasse stellt der Rotor ein mechanisch hochbelastetes Bauteil dar, das neben der Aufnahme der auftretenden Spannungen auch die Einhaltung der Positionen von Röntgenröhren und Detektor garantieren muss, da Positionsverschiebungen der Komponenten von über 0,15 mm bereits zu einer signifikanten Beeinträchtigung der Bildqualität führen können.
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Wesentliche Hauptanforderungen an den Rotor einer Gantry sind demnach nicht nur eine hohe Festigkeit zur Übertragung der Kräfte, sondern auch eine hohe Steifigkeit, um Verformungen des Rotors und somit die Positionsverschiebungen der Komponenten der Aufnahmevorrichtung unterhalb der zulässigen Grenzen zu halten bei gleichzeitig geringem Gewicht.
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Aus der
DE 10 2008 036 015 B4 ist ein Rotor für ein Computertomographiegerät bekannt, der zumindest abschnittsweise in Differentialbauweise aus balkenartigen Grundelementen hergestellt ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor einer Gantry eines Computertomographiegerätes mit einer hohen Steifigkeit und einer hohen Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht des Rotors derart auszugestalten, dass hohe Rotordrehzahlen ohne Beeinträchtigung der Bildqualität erzeugter Bilder realisierbar sind. Aufgabe der Erfindung ist es außerdem, eine Gantry und ein Computertomographiegerät mit einem solchen Rotor bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch einen Rotor gemäß den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Computertomographiegerät gemäß Anspruch 19 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Rotors sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Rotor für eine Gantry eines Computertomographiegerätes ist zumindest in einem Abschnitt als ein Hohlkörper ausgebildet ist, wobei der Hohlkörper in zumindest einer durch eine Drehachse des Rotors festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt aufweist. Zweckmäßigerweise bildet der Hohlkörper eine tragende Struktur, welche zur Halterung von Komponenten eines Computertomographiegerätes, insbesondere von Komponenten einer Aufnahmevorrichtung, geeignet ist.
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Ein Vollmaterial nimmt mechanische Spannungen, insbesondere bei Biegemomenten, hauptsächlich in einem unmittelbar unter der Oberfläche des Vollmaterials liegenden flächigen Bereich auf, der eine im Verhältnis zur Ausdehnung des Vollmaterials geringe Wandstärke aufweist. Die mittlere „neutrale Faser“ trägt im Verhältnis zu dem flächigen Bereich in geringem Maße zur Steifigkeit- und Festigkeit bei. Durch die Anordnung von Material zu einem Hohlkörper kann eine im Vergleich zu Vollmaterial höhere Steifigkeit- und Festigkeit bei gleichem Materialeinsatz erzielt werden. Ebenso kann auf diese Weise bei gleichbleibender Steifigkeit der Materialeinsatz verringert werden. Der Hohlkörper ist vorzugsweise so ausgebildet, dass genau dort Material eingesetzt ist, wo es zur Aufnahme der bei Rotation des Rotors entstehenden Spannungen benötigt wird. Somit zeichnet sich der als Hohlkörper ausgebildete Rotor gegenüber einem massiv ausgebildeten Rotor durch einen geringen Materialeinsatz und somit durch ein geringes Gesamtgewicht des Rotors aus.
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Aufgrund der erzielten Reduktion des Gewichts und der mit dem Gewicht verbundenen Rotationsmasse, die bei Drehung des Rotors beschleunigt werden muss, sind höhere Drehzahlen des Rotors bei vergleichsweise geringer Dimensionierung des Antriebs realisierbar. Durch die Gewichtsreduktion sind außerdem die Transportkosten für den Rotor deutlich herabsetzt.
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Vorzugsweise weist der Hohlkörper eine Form zumindest eines Segments eines um die Drehachse des Rotors umlaufenden Rings auf. Somit ist ein Hohlkörper, wobei der Hohlkörper in zumindest einer durch die Drehachse des Rotors festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt aufweist, auf konstruktiv einfache Weise realisierbar. Dabei kann der Hohlprofilquerschnitt offen oder geschlossen sein. Ein geschlossener Hohlprofilquerschnitt kann beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig, dreieckförmig oder viereckförmig sein. Ein offener Hohlprofilquerschnitt kann beispielsweise im Wesentlichen U-förmig, V-förmig oder Omega-förmig sein. Eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit des Rotors kann durch einen im Wesentlichen dreieckförmigen Hohlprofilquerschnitt des Hohlkörpers erzielt werden. Bei einem dreieckförmigen Hohlprofilquerschnitt werden die Wände des Hohlkörpers im Wesentlichen lediglich auf Zug und Druck belastet, wodurch eine besonders geringe Wandstärke des Rotors realisierbar ist. Zweckmäßigerweise weist der Hohlkörper eine plane Außenfläche auf. An der planen Außenfläche sind Komponenten des Computertomographiegerätes auf besonders einfache Weise anordbar. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor eine Rotorwand in Form einer Ringscheibe auf. An der Ringscheibe sind Komponenten des Computertomographiegerätes auf besonders einfache Weise anordbar. Zweckmäßigerweise bildet die Rotorwand zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt des Hohlkörpers. Zweckmäßigerweise bildet die Rotorwand zumindest in einem Abschnitt eine plane Außenfläche des Hohlkörpers.
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Vorzugsweise weist der Rotor eine Versteifungsstruktur auf, wobei die Versteifungsstruktur eine Form zumindest eines Segments eines um die Drehachse des Rotors umlaufenden Rings aufweist, wobei der Ring einen in Richtung der Rotorwand offenen Hohlprofilquerschnitt aufweist, wobei die Versteifungsstruktur mit der Rotorwand am Innenumfang und am Außenumfang der Rotorwand so verbunden ist, dass ein Hohlkörper gebildet wird. Somit ist ein Hohlkörper, wobei der Hohlkörper in zumindest einer durch die Drehachse des Rotors festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt aufweist, auf konstruktiv einfache Weise realisierbar.
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Der erfindungsgemäße Rotor zeichnet sich insbesondere durch eine Kombination von einer tragenden Struktur und einem Raumabschluss aus. Dadurch sind Komponenten des Computertomographiegerätes, beispielsweise eine Kühlung, mit geringem Material- und Platzaufwand auf dem Rotor integrierbar. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist im Hohlkörper zumindest ein Hohlraum ausgebildet. Zur weiteren effizienten Materialeinsparung ist eine Kühlmittelführung im Hohlkörper integriert. Durch Integration eines Lüfters im Hohlkörper sind zusätzliche Kühlkanäle und aufwändige Luftabdichtungen zwischen dem rotierenden und stationären Teil vermieden. Dadurch ist die Fehleranfälligkeit der Kühleinrichtung verringert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rotor zumindest ein flächiges Teil auf, wobei das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt des Hohlkörpers bildet. Vorzugsweise weist das zumindest eine flächige Teil eine im Vergleich zur Ausdehnung sehr geringe Wandstärke auf. Zweckmäßigerweise verleiht das zumindest eine flächige Teil dem Hohlkörper Steifigkeit und Festigkeit.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt des Hohlkörpers bildet, eine Krümmung um eine zur Drehachse des Rotors zumindest annähernd parallele Achse auf. Durch eine Krümmung um eine zur Drehachse des Rotors zumindest annähernd parallele Achse ist die Steifigkeit und die Festigkeit des zumindest einen flächigen Teils Somit ist die Steifigkeit und die Festigkeit des Hohlkörpers und damit die Steifigkeit und die Festigkeit des Rotors vorteilhaft erhöht. Darüber hinaus ist damit ein Hohlkörper, wobei der Hohlkörper in zumindest einer durch die Drehachse des Rotors festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt aufweist, auf konstruktiv einfache Weise realisierbar. Es wäre auch denkbar, dass das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt des Hohlkörpers bildet, eine Krümmung in zwei Raumrichtungen aufweist, wodurch die Steifigkeit und Festigkeit des Rotors zusätzlich erhöht ist.
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Zweckmäßigerweise ist die Krümmung des zumindest einen flächigen Teils an bei Rotation des Rotors entstehende Spannungsverläufe lokal angepasst, so dass die Belastung des zumindest einen flächigen Teils durch Biege- und Torsionsspannungen verringert ist, wodurch das zumindest eine flächige Teil im Wesentlichen auf Zug und Druck belastet ist. Auf diese Weise ist bei gleichbleibend hoher Steifigkeit und Festigkeit des Rotors ein zumindest ein flächiges Teil mit vergleichsweise geringer Wandstärke realisierbar, was den Materialeinsatz und das Gesamtgewicht des Rotors deutlich reduziert.
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Vorzugsweise weist der Rotor einen Innenring für eine Drehlagerungsvorrichtung auf. Vorzugsweise bildet das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt des Innenrings. Vorzugsweise weist das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt des Innenrings bildet, eine in Umfangsrichtung des Innenrings umlaufende wellige Struktur auf. Zweckmäßigerweise bildet das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt einer Riemenscheibe für einen Antrieb des Rotors. Vorzugsweise bildet das zumindest eine flächige Teil zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt eines Bunds für eine Halterung eines Schleifrings. Auf diese Weise sind zusätzliche Bauteile und Verbindungen vermieden.
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Zweckmäßigerweise ist der Hohlkörper zumindest in einem Abschnitt aus einem Blech hergestellt. Vorzugsweise ist der Hohlkörper zumindest in einem Abschnitt durch Zugdruckumformen hergestellt. Der geringe Materialeinsatz ermöglicht die Verwendung von Material, welches eine im Vergleich zu Aluminiumlegierung höhere Massedichte aufweist. Vorzugsweise ist der Hohlkörper zumindest in einem Abschnitt aus Stahlblech hergestellt. Dadurch die Materialkosten deutlich herabsetzt. Dabei ist das Stahlblech vorzugsweise kalt verfestigt. Somit ist mit einem vergleichsweise kostengünstigen Material ein Rotor mit hoher Steifigkeit und Festigkeit realisierbar.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:
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1 in einer perspektivischen Ansicht einen Teil einer Gantry eines Computertomographiegerätes mit einem erfindungsgemäßen Rotor und einem stationären Drehrahmen,
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2 in einer weiteren perspektivischer Ansicht den erfindungsgemäßen Rotor in 1,
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3 in perspektivischer Teilansicht ein Ausführungsbeispiel für ein flächiges Teil,
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4 in perspektivischer Teilansicht ein zweites Ausführungsbeispiel für ein flächiges Teil,
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5 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors entlang der Schnittlinie V-V in 2,
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6 in perspektivischer Ansicht einen erfindungsgemäßen Rotor mit einer in den Rotor integrierten Kühlung,
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7 eine geschnittene Teilansicht durch einen Teil einer Gantry eines Computertomographiegerätes mit einem erfindungsgemäßen Rotor und einem stationären Drehrahmen entlang der Schnittlinie VII-VII in 1,
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8 in Draufsicht einen Schnitt in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Rotor mit einer integrierten Riemenscheibe für den Antrieb des Rotors
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9 in Draufsicht einen Schnitt in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Rotor mit einem integrierten Bund und einem am Bund fixierten Schleifring und
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10 in einer perspektivischen Ansicht ein Computertomographiegerät.
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In 1 ist in perspektivischer Ansicht ein Teil einer Gantry 3 eines Computertomographiegerätes 27 gezeigt, wobei die Gantry 3 einen stationären Drehrahmen 4 und einen über eine Drehlagerungsvorrichtung 6 rotierbar angeordneten erfindungsgemäßen Rotor 1 umfasst. Der Rotor 1 ist zumindest in einem Abschnitt als ein Hohlkörper 8 ausgebildet, wobei der Hohlkörper 8 in zumindest einer durch eine Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt aufweist. Ein Beispiel für eine durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegte Halbebene ist eine Halbebene, welche durch die Drehachse 2 des Rotors 1 in 1 begrenzt wird und die Schnittlinie VII-VII umfasst.
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Vorzugsweise bildet der Hohlkörper 8 eine tragende Struktur, welche zur Halterung von einer Komponente 7 einer Aufnahmevorrichtung des Computertomographiegerätes 27 geeignet ist. Der Rotor 1 weist vorzugsweise zumindest ein flächiges Teil 5 auf, wobei das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt des Hohlkörpers 8 bildet. Das zumindest eine flächige Teil 5 weist vorzugsweise zumindest in einem Abschnitt eine Krümmung um eine zur Drehachse 2 des Rotors 1 zumindest annähernd parallele Achse auf. Dabei weist die Krümmung zweckmäßigerweise einen Krümmungsradius zwischen 10 Millimetern und 10 Metern auf.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Hohlkörper 8 eine Form zumindest eines Segments eines um die Drehachse 2 des Rotors 1 umlaufenden Rings auf. Zweckmäßigerweise weist der Hohlkörper 8 eine Form eines um die Drehachse 2 des Rotors 1 umlaufenden Rings auf.
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Der Rotor 1 weist zweckmäßigerweise eine Rotorwand 93 in Form einer Ringscheibe auf. Vorzugsweise weist die Rotorwand 93 eine plane Außenfläche 10 auf. An der planen Außenfläche 10 sind insbesondere Komponenten des Computertomographiegerätes 27, beispielsweise Komponenten 7 der Aufnahmevorrichtung, besonders einfach, beispielsweise durch Punktverbindungen, anordbar. Vorzugsweise weist der Rotor 1 zumindest ein flächiges Teil 5 auf, wobei das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt der Rotorwand 93 bildet. Zweckmäßigerweise ist die Rotorwand 93 zumindest in einem Abschnitt aus Blech hergestellt. Vorzugsweise ist die Rotorwand 93 zumindest in einem Abschnitt durch Zugdruckumformen hergestellt. Vorzugsweise ist die Rotorwand 93 zumindest in einem Abschnitt aus Stahlblech hergestellt. Dabei ist das Stahlblech vorzugsweise kalt verfestigt. Somit ist eine Rotorwand 93 mit einer vergleichsweise geringen Wandstärke realisierbar, wodurch der Materialeinsatz verringert ist.
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In 2 ist in einer weiteren perspektivischen Ansicht der in 1 gezeigte erfindungsgemäße Rotor 1 dargestellt. Der Rotor 1 weist eine Versteifungsstruktur 94 auf, wobei die Versteifungsstruktur 94 eine Form zumindest eines Segments eines um die Drehachse 2 des Rotors 1 umlaufenden Rings aufweist, wobei der Ring einen in Richtung der Rotorwand 93 offenen Hohlprofilquerschnitt aufweist, wobei die Versteifungsstruktur 94 mit der Rotorwand 93 am Innenumfang und am Außenumfang der Rotorwand 93 zu einem Hohlkörper 8 verbunden ist. Ein auf diese Weise gebildeter Hohlkörper 8 weist zweckmäßigerweise in einer durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt auf. Ein Beispiel für eine durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegte Halbebene ist eine Halbebene, welche durch die Drehachse 2 des Rotors 1 in 2 begrenzt wird und die Schnittlinie V-V umfasst. Vorzugsweise weist die Versteifungsstruktur 94 einen im Wesentlichen V-förmigen Hohlprofilquerschnitt auf. Somit weist der Hohlkörper 8 zweckmäßigerweise einen im Wesentlichen dreieckförmigen Hohlprofilquerschnitt auf. Ein im Wesentlichen dreieckförmiger Hohlprofilquerschnitt verleiht dem Hohlkörper 8 eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit.
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Vorzugsweise weist der Rotor 1 zumindest ein flächiges Teil 5 auf, wobei das zumindest eine flächige Teils 5 zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt der Versteifungsstruktur 94 bildet. Zweckmäßigerweise weist das flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt der Versteifungsstruktur 94 bildet, eine Krümmung um zwei im Wesentlichen aufeinander senkrecht stehenden Achsen auf. Vorzugsweise ist eine der Achsen annähernd parallel zur Drehachse 2 des Rotors 1. Zweckmäßigerweise ist die Versteifungsstruktur 94 zumindest in einem Abschnitt aus Blech hergestellt. Vorzugsweise ist die Versteifungsstruktur 94 zumindest in einem Abschnitt durch Zugdruckumformen hergestellt. Vorzugsweise ist die Versteifungsstruktur 94 zumindest in einem Abschnitt aus Stahlblech hergestellt. Dabei ist das Stahlblech vorzugsweise kalt verfestigt. Somit ist eine Versteifungsstruktur 94 mit einer vergleichsweise geringen Wandstärke realisierbar, wodurch der Materialeinsatz verringert ist.
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Die 3 zeigt in perspektivischer Teilansicht ein zumindest ein flächiges Teil 5, welches zumindest in einem Abschnitt eine Krümmung um eine zur Drehachse 2 des Rotors zumindest annähernd parallele Achse aufweist.
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Die 4 zeigt in perspektivischer Teilansicht ein zumindest ein flächiges Teil 5, welches zumindest in einem Abschnitt eine Krümmung um zwei im Wesentlichen zueinander senkrecht stehenden Achsen aufweist. Vorzugsweise ist eine der beiden Achsen annähernd parallel zur Drehachse 2 des Rotors 1. Eine Krümmung, insbesondere eine Krümmung um zwei im Wesentlichen zueinander senkrecht stehenden Achsen verleiht dem zumindest einen flächigen Teil 5 eine besonders hohe Steifigkeit und Festigkeit.
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Das zumindest eine flächige Teil 5 kann ganz unterschiedliche Krümmungen aufweisen. Dabei bietet es sich an, dass die Krümmung des zumindest einen flächigen Teils 5 in Abhängigkeit von bei Rotation des Rotors 1 entstehenden Spannungsverläufen lokal angepasst ist. Auf diese Weise ist es möglich, das zumindest eine flächige Teil 5 an die lokal vorliegenden Erfordernisse hinsichtlich der mechanischen Belastung zu adaptieren.
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Durch Wahl einer entsprechenden Krümmung und Stützung des zumindest einen flächigen Teils 5 kann bewirkt werden, dass die im Rotor 1 auftretenden Spannungen im Wesentlichen durch in dem zumindest einen flächigen Teil 5 verlaufende Zug- und Druckspannungen aufgenommen sind und die Biege- und Torsionsspannungen in dem zumindest einen flächigen Teil 5 minimiert sind. Zweckmäßigerweise ist das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt so ausgerichtet, dass die bei Rotation des Rotors 1 entstehenden Kräftepfade tangential zum zumindest einen flächigen Teil 5 verlaufen. Vorteilhafterweise werden die Kräfte an der Stützung des zumindest einen flächigen Teils 5 im Wesentlichen tangential eingeleitet. Somit kann das flächige Teil 5 die im Rotor 1 entstehenden Kräfte und die mit den Kräften verbundenen Spannungen in verbesserter Form aufnehmen und weiterleiten.
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Auf diese Weise ist die Steifigkeit und Festigkeit des Rotors 1 im Wesentlichen durch die Krümmung und Stützung des zumindest einen flächigen Teils 5 und nur in geringem Maße durch die Wandstärke des zumindest einen flächigen Teils 5 bestimmt. Somit sind bei Erhaltung der Steifigkeit und Festigkeit des Rotors 1 sehr geringe Wandstärken des zumindest einen flächigen Teils 5 realisierbar. Dadurch kann eine erhebliche Reduktion des Gewichts bzw. der Rotationsmasse bewirkt werden. Auf diese Weise sind bei Erhaltung der Steifigkeit und der Festigkeit des Rotors 1 bei vergleichsweise geringer Dimensionierung eines Antriebs des Rotors 1 hohe Rotordrehzahlen realisierbar.
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Räumliche Spannungsverläufe und die zur Minimierung der Biege- und Torsionsspannungen erforderliche Krümmung und Stützung des zumindest einen flächigen Teils 5 können experimentell oder unter Einsatz entsprechender mathematischer Modelle numerisch in Form einer Simulation ermittelt werden.
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In 5 ist eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors 1 entlang der Schnittlinie V-V in 2 gezeigt. Der Hohlkörper 8 weist in zumindest einer durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt auf. Beispielsweise weist der Hohlkörper 8 in einer durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegten Halbebene, welche die Schnittlinie V-V umfasst, einen Hohlprofilquerschnitt auf. Beispielsweise zeigt 5 in zumindest einer durch die Drehachse 2 des Rotors 1 festgelegten Halbebene einen Hohlprofilquerschnitt. Dabei ist der Hohlprofilquerschnitt vorzugsweise im Wesentlichen dreieckförmig. Dabei weist der Hohlkörper 8 zweckmäßigerweise eine erste 9, eine zweite 91 und eine dritte Wand 92 auf, wobei die drei Wände dreieckförmig angeordnet sind. Dabei kann mindestens eine Wand 9, 91 oder 92 zumindest in einem Abschnitt zum Äußeren und/oder zum Innern des Hohlkörpers 8 gewölbt sein. Darüber hinaus kann mindestens eine Wand 9, 91 oder 92 Strukturen zur Versteifung, beispielsweise Sicken, oder Haltemittel für Komponenten aufweisen. Vorzugsweise bilden zwei der drei Wände 9, 91, 92, vorzugsweise die Wand 9 und die Wand 92, zumindest einen Abschnitt einer Versteifungsstruktur 94. Vorzugsweise bildet einer der drei Wände 9, 91, 92, vorzugsweise die Wand 91, zumindest einen Abschnitt einer Rotorwand 93. Durch einen im Wesentlichen dreieckförmigen Hohlprofilquerschnitt kann eine Belastung zumindest einer Wand 9, 91 oder 92 durch Biegespannungen besonders wirkungsvoll minimiert werden. Das zumindest eine flächige Teil 5 bildet vorzugsweise in zumindest einem Abschnitt einen Abschnitt zumindest einer der drei Wände 9, 91, 92. Somit kann auch eine Belastung durch Biegespannungen des zumindest einen flächigen Teils 5 besonders wirkungsvoll minimiert werden. Es wäre aber auch denkbar, dass der Hohlprofilquerschnitt beispielsweise viereckförmig oder kreisförmig oder offen ist. Zweckmäßigerweise ist der Hohlprofilquerschnitt im Wesentlichen konvex. Bei einem konvexen Hohlprofilquerschnitt ist jeder Innenwinkel, der von einem Paar von Wänden des Hohlkörpers 8 gebildet wird, kleiner oder gleich 180 Grad.
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Der Hohlkörper 8 bildet vorzugsweise eine tragende Struktur. Gleichzeitig kann der Hohlkörper einen Raumabschluss bilden. Dadurch kann auf dem Rotor 1 mit geringem Aufwand an Platz und Material zumindest ein Hohlraum 11 ausgebildet werden.
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In 6 ist in perspektivischer Ansicht ein erfindungsgemäßer Rotor 1 gezeigt, wobei in dem Hohlkörper 8 zumindest in einem Abschnitt zumindest ein Hohlraum 11 ausgebildet ist. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, in dem Hohlkörper 8 mehr als einen Hohlraum 11 auszubilden. Auch können die Hohlräume 11 zu unterschiedlichen Zwecken, beispielsweise zur Zuführung oder Abführung eines Kühlmittels oder zur Führung elektronischer oder optischer Leitungen eingesetzt werden. Zur Dämpfung von Vibrationen wäre es denkbar, dass zumindest ein Teil des Hohlkörpers 8 einen Füllstoff mit schwingungsdämpfenden Eigenschaften aufweist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Hohlkörper 8 eine erste Öffnung 12 auf, über die im Betrieb ein Kühlmittel in den Hohlraum 11 hineinströmt, wobei der Hohlkörper 8 ferner eine zweite Öffnung 13 aufweist, über die im Betrieb das Kühlmittel aus dem Hohlraum 11 herausströmt.
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Somit können auf dem Rotor 1 gehalterte Komponenten 7 der Aufnahmevorrichtung mit geringem Materialeinsatz auf konstruktiv einfache Weise gekühlt werden. Vorzugsweise ist das Kühlmittel Luft, wobei im Hohlraum 11 ein Lüfter 14 vorgesehen ist, welcher im Betrieb einen Luftstrom 15 erzeugt, der über die erste Öffnung 12 in den Hohlraum 11 hineinströmt und über die zweite Öffnung 13 aus dem Hohlraum 11 herausströmt. Vorzugsweise ist die zweite Öffnung 13 in einem Abschnitt des Hohlkörpers, beispielsweise einem Abschnitt des Hohlkörpers 8, vorgesehen, welcher eine plane Außenfläche 10 aufweist. Somit können Komponenten 7 der Aufnahmevorrichtung auf einfache Weise auf der planen Außenfläche 10 angeordnet und durch den herausströmenden Luftstrom 15 gekühlt werden. Durch die Integration der Kühlung auf dem Rotor 1 sind aufwändige Luftabdichtungen zwischen dem rotierenden und stationären Teil vermieden, wodurch die Fehleranfälligkeit der Kühleinrichtung verringert ist.
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Durch eine entsprechende Formung des zumindest einen flächigen Teils 5 sind auf dem Rotor 1 auf konstruktiv einfache Weise mechanische Komponenten integrierbar. Dadurch sind zusätzliche Bauteile und Verbindungen vermieden, wodurch die Herstellungskosten und die Fehleranfälligkeit herabgesetzt sind. Darüber hinaus können auf diese Weise nachträgliche spanende Bearbeitungsschritte des flächigen Teils 5 zum Anbringen von Halterungselementen vermieden werden, wodurch die Wandstärke des flächigen Teils 5 und damit der Materialeinsatz verringert ist.
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In 7 ist eine Schnittansicht eines Teils einer Gantry 3 eines Computertomographiegerätes 27 mit einem erfindungsgemäßen Rotor 1 und einem stationären Drehrahmen 4 entlang der Schnittlinie VII-VII in 1 gezeigt, wobei der Rotor 1 in einer Drehlagerungsvorrichtung 6 rotierbar gelagert ist. Der Rotor 1 weist vorzugsweise zumindest ein flächiges Teil 5 auf, wobei das flächige Teil 5 in zumindest einem Abschnitt einen Abschnitt eines Innenrings 16 einer Drehlagerungsvorrichtung 6 bildet. Das zumindest eine flächige Teil 5 weist vorteilhafter Weise in zumindest einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt des Innenrings 16 bildet, eine in Umfangsrichtung des Innenrings 16 umlaufende wellige Struktur 17 auf. Vorzugsweise weist das zumindest eine flächige Teil 5 in zumindest einem Abschnitt, in welchem es einen Abschnitt des Innenrings 16 bildet, Aussparungen auf. Vorzugsweise ist jeweils zwischen zwei benachbarten Wellen der welligen Struktur 17 eine Aussparung vorgesehenen. Zweckmäßigerweise sind die Aussparungen so dimensioniert, dass Wälzkörper der Drehlagerungsvorrichtung 6 in zur Drehachse 2 des Rotors 1 hinführender Radialrichtung in die Aussparungen einsetzbar sind.
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In 8 ist in Draufsicht ein Teil eines Schnitts in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Rotor 1 gezeigt, wobei der Rotor 1 zumindest ein flächiges Teil 5 aufweist, wobei zumindest ein Abschnitt des zumindest einen flächigen Teils 5 zumindest einen Abschnitt einer Riemenscheibe 18 für einen Antrieb des Rotors 3 bildet. Der Rotor 1 weist vorzugsweise ein erstes 5 und ein zweites flächiges Teil 51 auf, welche entlang zumindest eines Segments eines ringförmigen Umfangs so aneinander gefügt sind, dass eine über die Fügestelle hinausragende Lippe 21 des ersten flächigen Teils 5 und eine über die Fügestelle hinausragende Lippe 22 des zweiten flächigen Teils 51 zumindest einen Abschnitt einer Riemenscheibe 18 bilden. Selbstverständlich wäre es auch denkbar eine Riemenscheibe 18 zumindest in einem Abschnitt durch eine rinnenförmige Vertiefung in einem flächigen Teil 5 zu bilden.
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In 9 ist in Draufsicht ein Teil eines Schnitts in Axialrichtung durch einen erfindungsgemäßen Rotor 1 gezeigt, wobei der Rotor 1 zumindest ein flächiges Teil 5 aufweist, wobei das flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt einen Abschnitt eines Bunds 19 für eine Halterung eines Schleifrings 20 bildet. Der Rotor 1 weist vorzugsweise ein erstes 5 und ein zweites flächiges Teil 51 auf, welche entlang zumindest eines Segments eines ringförmigen Umfangs so aneinander gefügt sind, dass eine über die Fügestelle hinausragende Lippe 21 des ersten flächigen Teils 5 zumindest einen Abschnitt eines Bund 19 bildet. An dem Bund 19 ist vorzugsweise ein Schleifring 20 auf konstruktiv einfache Weise, beispielsweise durch Punktverbindungen, anordbar.
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Zweckmäßigerweise ist das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt aus Blech hergestellt. Ebenso wäre es denkbar, das flächige Teil 5 aus Aluminium, Kunststoff oder Verbundwerkstoff herzustellen. Vorzugsweise ist das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt durch Zugdruckumformen hergestellt. Selbst komplexe Krümmungen sowie komplexe Formungen des zumindest einen flächigen Teils 5 lassen sich durch Zugdruckumformen mit geringem Aufwand maschinell herstellen. Der geringe Materialeinsatz ermöglicht die Verwendung von Material, welches eine im Vergleich zu Aluminiumlegierung höhere Massedichte aufweist. Vorzugsweise ist das zumindest eine flächige Teil 5 zumindest in einem Abschnitt aus Stahlblech hergestellt. Dadurch sind die Materialkosten deutlich herabsetzt. Dabei ist das Stahlblech vorzugsweise kalt verfestigt. Auf Grund der hohen Festigkeit von kalt verfestigtem Stahlblech sind besonders dünne Wandstärken des zumindest einen flächigen Teils 5 realisierbar. Somit ist mit einem vergleichsweise kostengünstigen Material ein Rotor 1 mit hoher Steifigkeit und Festigkeit realisierbar. Das Stahlblech weist vorzugsweise eine Dicke von 7 oder weniger, vorzugsweise 0,1 bis 6, vorzugsweise 0,5 bis 5, vorzugsweise 1 bis 4,5 Millimetern auf.
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In 10 ist in perspektivischer Ansicht ein Computertomographiegerät 27 gezeigt, welches eine Gantry 3 aufweist. Der Rotor 1 ist zweckmäßigerweise durch eine Drehlagerungsvorrichtung 6, beispielsweise ein Wälzlager, mit einem stationären Drehrahmen 4 verbunden, so dass der Rotor um eine vorzugsweise horizontale Drehachse 2 rotierbar gelagert ist. Auf dem Rotor 1 sind Komponenten 7 der Aufnahmevorrichtung 2 gehaltert. Darüber hinaus verfügt das Computertomographiegerät 2 über eine Patientenliege 23, eine Recheneinheit 24, eine Eingabeeinheit 25 und eine Ausgabeeinheit 26.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008036015 B4 [0009]
