Verfahren und Lager zur Lagerung von drehbaren Geräten, insbesondere eines medizinischen Scanners

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lagerung von drehbaren Geraten, insbesondere eines medizinischen Scanners mit mindestens einem Innenring und mindestens einem Außenring und auf ein Lager insbesondere zur Durchfuhrung des Verfahrens.

Insbesondere bei medizinischen Scannern ist die Gerauschemission ein wichtiges Designkriterium. Wesentliche Gerauschquelle beim Betrieb eines Scanners ist das Walzlager, welches durch einen permanenten Umlauf (Walzkontakt) der Walzkorper kontinuierlich Korperschall erzeugt und auf die Anschlusskonstruktionen übertragt, die diesen als Luftschall (Geräusch) emittieren.

Zur Verringerung der Gerauschemissionen sind Walzlager bekannt, bei denen z. B. die Laufdrahte in eine nicht metallische, vulkanisierte Zwischenschicht eingebettet sind (vgl. DE 10 2005 000 754 B3) oder bei denen die Laufringe in Futterringen aus Elastomer angeordnet sind (vgl. DE 103 31 150 B4) oder bei denen ohne wesentliche Erhöhung der Baugroße Dampfungsmatenal mindestens zwischen einem Laufdraht und einem Lagerring in einem vergrößerten Laufdrahtbett des Lagerringes angeordnet ist (vgl. EP 71 026 Al).

Bei den vorgenannten Lagern wird der Korperschall aus dem Walzkontakt durch zusatzliche Fugen und Kunststoff elemente gedampft. Bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten sind die zuvor beschriebenen Maßnahmen jedoch häufig nicht ausreichend, um den Gerauschpegel des Lagers auf einem ausreichend niedrigen Niveau zu halten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Lagerung und ein Lager für derartige Gerate vorzuschlagen, bei dem die Gerauschemission weiter reduziert werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen 1 und 5 enthalten. Die Unteransprüche 2 - 4 und 6 - 17 enthalten ergänzende Verfahrensvorschläge und Ausführungsformen.

Zur Vermeidung der Körperschallanregung durch den Wälzkontakt wird ein Großwälzlager vorgeschlagen, bei dem der stehende Ring vom drehenden Ring durch das magnetische Feld von mehreren Elektromagneten getrennt wird, so dass im Betrieb kein metallischer Kontakt zwischen beiden Lagerringen vorliegt. Die Elektromagnete sind hierbei sowohl in axialer als auch radialer Richtung der Lagerachse angeordnet, um die abzustützenden Lagerkräfte und Momente aufzunehmen. Die Verteilung der Elektromagnete über den Lagerumfang kann gleichförmig oder der Belastung entsprechend angepasst sein. Das Lager enthält weiterhin optische oder induktive Abstandssensoren, die den Spaltabstand zwischen Außen- und Innenring vorzugsweise optisch, induktiv oder in sonstiger Weise messen und/oder kontrollieren. Eine rechnergest ^p uerte Regelung der Magnete erfolgt so, dass der Spaltabstand konstant gehalten wird. Bei einem erfindungsgemäßen Lager ist weiterhin ein Fanglager vorgesehen, das den rotierenden Ring trägt für den Fall, dass die Stromversorgung der Elektromagnete ausfällt. Dieses Fanglager kann als Gleit- oder Wälzlager ausgebildet sein.

Durch eine entsprechende Anordnung und Ansteuerung der Elektromagnete kann ein Drehmoment auf das Lager aufgebracht werden, welches den jeweiligen Rotor antreibt. Die Elektromagnete können auch dazu genutzt werden, die Steifigkeit des Lagers zu variieren und Schwingungen zu vermeiden. Durch eine Erhöhung des Stromes und damit der Kraft in den Elektromagneten kann die Steifigkeit gezielt erhöht werden. Hierdurch kann insbesondere dann die Eigenfrequenz des Lagers verändert und können somit Resonanzfrequenzen vermieden werden. Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, dass durch die redundante Anordnung von Abstandssensoren und Elektromagneten die Ausfallwahrscheinlichkeit des Magnetlagers soweit reduziert werden kann, dass unter Umständen sogar auf die Fanglager verzichtet werden kann.

Schließlich können erfindungsgemäß auch die Elektromagnete und die Abstandssensoren insbesondere bei der ersten Inbetriebnahme dazu genutzt

werden, das Lager auszuwuchten. Für das Auswuchten wird üblicher Weise ein- oder mehrfach eine Unwucht mit bekannter Masse, bekanntem Achsabstand und bekannter Umfangsposition am Rotor angebracht. In oder mit einer zusätzlichen Wuchteinrichtung wird anschließend die Reaktion, z. B. die Belastung oder Verschiebung des Rotors, gemessen. Nach an sich bekannten Verfahren kann aus diesen Ergebnissen der Ort und die Zusatzmasse bestimmt werden, die an dem Rotor befestigt werden muss, um den Rotor ohne Unwucht zu betreiben. Bei dem erfindungsgemäßen Lager kann nun mit Hilfe der Elektromagnete eine umlaufende Kraft entsprechend der bekannten Masse mit bekanntem Achsabstand und Ort auf den Rotor aufgebracht werden. Die Reaktion des Rotors bei konstanter Drehzahl kann danach durch die Abstandssensoren gemessen werden. Diese Messergebnisse werden dann im Betrieb mit bestimmter umlaufender Kraft zur Auswahl der Zusatzmasse und deren Anbringungsort verwendet.

Für den besonderen Fall, dass während des laufenden Betriebes sich eine Unwucht einstellt, kann diese auch während des laufenden Betriebes initiert durch die Messung mit Hilfe der Steuerung mit umlaufender Magnetkraft kompensiert werden.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 - 5 beispielsweise näher erläutert, wobei jeweils Innenring 1, 10, 11 und Außenring 2, 12, 20 ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt sind.

Es zeigen im Einzelnen:

Fig. 1 Die Anordnung mit den im Außenring 2 angeordneten Elektromagneten 3a, 3b.

Fig. 2 Die Anordnung mit im Innenring 11 angeordneten Elektromagneten 13a, 13b.

Fig. 3 Eine Anordnung entsprechend Fig. 1 mit einem mehrteiligen Innenring 10.

Fig. 4 Eine Anordnung entsprechend Fig. 2 mit einem mehrteiligen Außenring 20.

Fig. 5 Einen Schnitt nach Linie l-l von Fig. 2.

Nach Fig. 1 ist der Außenring 2 als Stator ausgebildet, wobei in den einzelnen Außenringen 2a und 2c die Elektromagnete 3a und im Außenring 2b die Elektromagnete 3b angeordnet sind, die den beiden Axialflächen und der Radialfläche des als Rotor dienenden Innenringes 1 gegenüberliegen. Mit Hilfe dieser Elektromagnete 3a, 3b werden Innenring 1 und Außenring 2 während der Rotation um die gemeinsame Drehachse 8 in einem gleichmäßigem Abstand zueinander gehalten, so dass im Betrieb kein metallischer Kontakt zwischen beiden Lagerringen vorliegt. Zur Kontrolle und Steuerung des Spaltabstandes sind in der Nähe der Elektromagnete 3a, 3b jeweils Abstandssensoren 4a, 4b vorgesehen. Die Fanglager 5a - 5e sind entweder am Außenring 2. 12, 20 oder am Innenring 1, 10, 11 befestigt und besitzen im normalen Betrieb einen geringen Abstand gegenüber der gegenüberliegenden Fläche. Bei Ausfall der Stromversorgung für die Elektromagnete 3a, 3b können diese Fanglager 5a - 5e den jeweils rotierenden Ring tragen. Die Bohrungen 6 und 7 dienen zur Befestigung des jeweiligen Ringes an den nicht dargestellten Anschlusskonstruktionen.

Bei Fig. 2 ist der Innenring 11 als Stator ausgebildet, an dem die Elektromagnete 13a, 13b angeordnet sind. Der Außenring 12 umschließt mit den einzelnen Ringen 12a, 12b u-förmig das äußere Ende des Innenringes 11, wobei in gleicher Weise die Fanglager 5a, 5c und die Abstandssensoren 4a, 4b im Spalt zwischen den beiden Ringen 11 und 12 angeordnet sind.

In Fig. 3 ist der Innenring 10 mehrteilig ausgebildet, wobei zwischen den beiden magnetischen Innenringen 10a, 10c ein amagnetischer Innenring 10b angeordnet ist. Am äußeren Umfang kann dieser Innenring 10b als Gleitelement gegenüber dem Fanglager 5e fungieren, wobei als Gleitlagerwerkstoff Kunststoff oder Bronze verwendet wird.

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Bei der Fig. 4 ist der Außenring 20 mehrteilig ausgebildet, wobei zwischen den magnetischen Außenringen 20a und 20c der amagnetische Außenring 20b sich befindet. Die amagnetischen Ringe 10b, 20b dienen zur magnetischen Isolierung zwischen den benachbarten Ringen 10a, 10c bzw. 20a, 20c. Auch der amagnetischen Außenring 20b kann als Gleitelemente gegenüber dem Fanglager 5d genutzt werden.

In Fig. 5 ist in vergrößerter Darstellung die Anordnung eines Kugellagers mit Kugeln 9 zu sehen, wobei die Kugeln umlaufend in einem Käfig 21 geführt werden. Mit Hilfe der Feder 22 ist ein vorgespannter Käfig 21 vorhanden. Das hat den Vorteil, dass sichergestellt ist, dass das als Wälzlager ausgebildete Fanglager 5c nur dann bewegt wird, wenn das Fanglager 5c tatsächlich belastet wird. Für diesen Fall der Verwendung eines Kugellagers bei der Ausführung nach Fig. 2 kann dort auf das Fanglager 5a verzichtet werden. Von Bedeutung ist hierbei auch, dass zwischen dem Außenring 12b und den Kugeln 9 ein Abstand 23 im normalen Betriebszustand des Lagers eingehalten wird. Falls es zu einem Kontakt in diesem Bereich kommt, verhindert das Kugellager eine übermäßige Reibung.

Bezugszeichenliste

1 Innenring (als Rotor)

2, 2a, 2b, 2c Außenring (als Stator)

3a, 3b Elektromagnet (an 2a, 2b)

4a, 4b Abstandssensor

5a, 5b, 5c, 5d, 5e Fanglager

6 Bohrung (für Befestigung von 2 an Anschlusskonstruktion)

7 Bohrung (für Befestigung von 1 an Anschlusskonstruktion)

8 Drehachse (von 1, 2 etc.)

9 Kugel (von 5c)

10 Innenring (mehrteilig, als Rotor)

10a, 10c Innenring (magnetisch)

10b Innenring (amagnetisch)

11 Innenring (als Stator)

12, 12a, 12b Außenring (als Rotor)

13a, 13b Elektromagnet (an 11)

20 Außenring (mehrteilig, als Rotor)

20a, 20c Außenring (magnetisch)

20b Außenring (amagnetisch)

21 Käfig (für 9)

22 Feder

23 Abstand (zwischen 12b und 9)