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Kugelgewindetrieb: Präzise, auch wenn es im CT rund geht

Kugelgewindetrieb
Kugelgewindetrieb im CT verstellt die Blende präzise – trotz der Fliehkraft

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Damit die Strahlen der Röntgenquelle im CT genau dosiert werden können, muss die Blende im Gerät exakt verstellbar sein. Im Blendensteller ist daher ein präziser Miniatur-Kugelgewindetrieb verbaut, der auch bei hohen Beschleunigungen die Anforderungen erfüllt.

Steffen Kopp
August Steinmeyer, Albstadt

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 – des Blendenstellers.

Bei der Konstruktion des Blendenstellers müssen – neben dem Blendengewicht von 1,2 kg – auch die hohen Fliehkräfte berücksichtigt werden. „Wir mussten eine Lösung finden“, erinnert sich Elger Matthes, Entwicklung und Produktmanagement bei Steinmeyer Mechatronik, „die den rotationsbedingten Vibrationen und starken Beschleunigungen quer zur Bewegungsrichtung standhält.“ Die hohen Anforderungen an Betriebs- und Patientensicherheit sowie Zuverlässigkeit und Lebensdauer in der Medizintechnik galt es ebenfalls zu berücksichtigen. „Das verlangte einen besonders stabilen Aufbau mit minimalen Fehlermöglichkeiten“, so Matthes weiter.

Das Dresdner Unternehmen Steinmeyer Mechatronik ist Teil der weltweit agierenden Steinmeyer Gruppe. In Dresden werden sehr genaue Positionierlösungen für optische und feinmechanische Systeme hergestellt. Wenn Projekte spezielle Anforderungen mit sich bringen, die mit Standardprodukten nicht erfüllt werden können, starten die Positionierexperten individuelle Sonderprojekte. Der robuste und zuverlässige Blendensteller der Röntgenquelle ist als innovatives und auf die Anwendung zugeschnittenes Konzept in einem solchen Projekt entstanden, mit mehreren tausend Stück hergestellt worden und hat sich inzwischen in der Praxis bewährt.

Einfacher Aufbau macht den Blendensteller langlebig

Die Verstelleinheit misst 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. Der einfache Aufbau macht den hochpräzisen Blendensteller besonders robust, langlebig und zuverlässig. Die Kugelgewindetriebe selbst wurden in Baden-Württemberg entwickelt: Steinmeyer ist auf die Entwicklung und Produktion präziser Kugelgewindetriebe für verschiedene Branchen spezialisiert.

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. Folgerichtig wird 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 eng 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.

Für die Medizintechnik war der geringe Geräuschpegel wichtig

Für die Laufeigenschaften des Kugelgewindetriebs sorgt die Optislite-Technologie des Herstellers. Sie reduziert die Oberflächenrauheit der Spindellaufbahn und beseitigt Unregelmäßigkeiten fast vollständig. Im Vergleich zu Standardspindeln verbessert das Verfahren die Oberflächengüte Rz um 60 %. Gleichzeitig nimmt der Materialtraganteil Rmr (c) um 70 % zu. Das Ergebnis sind merklich verbesserte Laufeigenschaften und ein reduzierter Geräuschpegel bei hohen Drehzahlen. Unter anderem diese geringe Geräuschentwicklung der geschliffenen Kugelgewindetriebe ist für den Einsatz in der Medizintechnik sehr interessant. Doch durch Optislite verbessert sich auch die Schmierwirkung, und die Gleichmäßigkeit des Leerlaufdrehmoments steigt.

„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 sehr feinfühlig einstellen und gewährleisten die hohe Positioniergenauigkeit des Blendenstellers, die unidirektional bei ± 1,4 µm liegt, bidirektional bei ± 2,5 µm. Das ist mit ein Grund dafür, dass sich die Blendensteller in der Praxis bewähren konnten.

www.steinmeyer-mechatronik.de/produkte/sonderbaugruppen/blendensteller/


Über den Hersteller

Die August Steinmeyer GmbH & Co. KG mit Sitz im baden-württembergischen Albstadt gehört zur Steinmeyer-Gruppe mit rund 680 Mitarbeitern. 1920 als feinmechanische Werkstätten gegründet, spezialisierte sich das Unternehmen zunächst auf die Herstellung von Mikrometern. Seit den 1960er Jahren werden in Albstadt präzise Kugelgewindetriebe produziert.

www.steinmeyer.com


Kontakt zum Hersteller:

August Steinmeyer GmbH & Co. KG
Riedstraße 7
D-72458 Albstadt
Tel.: +49 (0) 7431 1288–0
E-Mail: info@steinmeyer.com

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