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August Steinmeyer Präzise Positionierlösung für Computertomographen

| Autor / Redakteur: Steffen Kopp* / Sandra Häuslein

In einem Computertomographen (CT) wirken enorme Kräfte auf die Röntgenquelle und damit auch auf die Blende, die den Röntgenstrahl auf die minimal notwendige Strahlendosis einstellt. Eine hochgenaue Positionierlösung muss diesen standhalten. Im Fokus steht dabei ein Miniatur-Kugelgewindetrieb.

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In CT-Geräten müssen einzelne Komponenten präzise und zuverlässig arbeiten.
In CT-Geräten müssen einzelne Komponenten präzise und zuverlässig arbeiten.
(Bild: ©andrey_orlov - stock.adobe.com)
  • Hohe Anforderungen an Blendensteller: Betriebs- und Patientensicherheit sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer
  • Miniatur-Kugelgewindetrieb bildet zusammen mit einem Schrittmotor das Antriebssystem des Blendenstellers
  • Eigenschaften in in umfangreichen Tests nachgewiesen und geprüft

Während einer CT-Aufnahme in einem Computertomographen rotiert die Röntgenquelle im Inneren des Ringtunnels mehrmals pro Sekunde um den Patienten. Infolge der hohen Beschleunigungen wirken dabei enorme Kräfte mit einem Vielfachen der Erdanziehung auf die Röntgenquelle und damit auch auf die Blende, die den Röntgenstrahl auf die minimal notwendige Strahlendosis einstellen. Die korrekte Justierung dieser Röntgenblende erfolgt mithilfe einer speziellen Verstelleinheit – dem sogenannten Blendensteller.

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Blendensteller für CT-Gerät konstruieren

Bei der Konstruktion des Blendenstellers müssen daher – neben dem Blendengewicht von 1,2 kg – auch die hohen Fliehkräfte berücksichtigt werden. „Wir mussten eine Lösung finden, die den rotationsbedingten Vibrationen und starken Beschleunigungen quer zur Bewegungsrichtung standhält und dabei den hohen Anforderungen an Betriebs- und Patientensicherheit sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer in der Medizintechnik gerecht wird. Das verlangte einen besonders stabilen Aufbau mit minimalen Fehlermöglichkeiten“, erinnert sich Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik. Das Dresdner Unternehmen entwickelt gemeinsam mit seinen Kunden neuartige, auf die jeweilige Anwendung perfekt zugeschnittene Positionierkonzepte – so auch den robusten und zuverlässigen Blendensteller der Röntgenquelle, von dem sich seit vielen Jahren mehrere tausend Stück in der Praxis bewähren.

Miniatur-Kugelgewindetrieb Herzstück der Verstelleinheit

Die Verstelleinheit misst gerade einmal 140 mm in der Länge, 80 mm in der Breite und 25 mm in der Höhe. Herzstück der kompakten Konstruktion ist ein geschliffener Miniatur-Kugelgewindetrieb. Er bildet zusammen mit einem Schrittmotor das Antriebssystem des Blendenstellers, den eine Profilschiene und ein Inkremental-Encoder komplettieren.

Entwickler und Hersteller des Kugelgewindetriebs ist die August Steinmeyer GmbH & Co. KG. Das Unternehmen ist auf die Entwicklung und Produktion hochgenauer Kugelgewindetriebe spezialisiert. Bei der Entwicklung arbeitet das Unternehmen eng mit seinen Kunden zusammen – so auch im Fall der Miniatur-Kugelgewindetriebe für den Blendensteller von Steinmeyer Mechatronik. Da beide Unternehmen zur Steinmeyer Gruppe gehören, waren die Wege besonders kurz, was die Zusammenarbeit zusätzlich begünstigte.

Was steckt hinter der Optislite-Technologie?

Mit der Optislite-Technologie minimiert Steinmeyer die Oberflächenrauheit der Spindellaufbahn und beseitigt Unregelmäßigkeiten nahezu vollständig. Im Vergleich zu Standardspindeln soll das Verfahren die Oberflächengüte Rz um 60 Prozent verbessern. Gleichzeitig soll der Materialtraganteil Rmr(c) um 70 Prozent zunehmen. Das Ergebnis sind laut Steinmeyer verbesserte Laufeigenschaften und ein reduzierter Geräuschpegel bei hohen Drehzahlen.

Spielfreier Miniatur-Kugelgewindetrieb der Genauigkeitsklasse P3

Bei der Entwicklung der Verstelleinheit war allen Beteiligten schnell klar, dass nur mit einem geschliffenen Kugelgewindetrieb die gewünschten Werte an Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Steifigkeit erreicht werden würden. Daher wurde ein speziell auf diese Anwendung ausgelegter, spielfreier Miniatur-Kugelgewindetrieb der Genauigkeitsklasse P3 in den Blendenstellern verbaut. Da die Verstellung der Blende nur eine vergleichsweise geringe Belastung für den Miniatur-Kugelgewindetrieb bedeutet, kommt er mit drei Kugelumläufen aus.

August Steinmeyer stimmte auch das verwendete Schmiermittel sowie die Art der Schmierung mit Steinmeyer Mechatronik ab. So wird für den Kugelgewindetrieb in der Verstelleinheit die Lebensdauerschmierung „Longtime“ verwendet. Ein spezieller Abstreifer war nicht erforderlich, da die Abdichtung über das Gesamtsystem erfolgt.

Eigenschaften der Positionierlösung in Test geprüft

„Da für den Einsatz im Blendensteller der Röntgenquelle neben einer hohen Belastbarkeit vor allem eine lange Lebensdauer und eine enorme Zuverlässigkeit essenziell sind, wurden speziell diese Eigenschaften von uns in umfangreichen Tests nachgewiesen und geprüft“, erklärt Wolfgang Klöblen, Entwicklungsleiter bei August Steinmeyer.

„Der geschliffene Miniatur-Kugelgewindetrieb hat seinen Preis, ist in der Summe aber dennoch günstiger als eine aus mehreren Teilen bestehende Kompromisslösung“, erklärt Elger Matthes. Die langlebigen Kugelgewindetriebe lassen sich extrem feinfühlig einstellen und gewährleisten die hohe Positioniergenauigkeit des Blendenstellers (unidirektional ± 1,4 µm, bidirektional unidirektional ±2,5 µm). Mittlerweile sind mehrere tausend Blendensteller von Steinmeyer Mechatronik erfolgreich in CT-Geräten im Einsatz.

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Dieser Artikel ist zuerst erschienen auf unserem Schwesterportal www.konstruktionspraxis.vogel.de.

* Steffen Kopp, Leitung Miniatur- & Luft- und Raumfahrt-Kugelgewindetriebe bei der August Steinmeyer GmbH & Co. KG.

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