CN108886296A - 轴接地环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于将感应电压或电荷从第一机器元件(68)、优选从轴导出到第二机器元件(69)中的轴接地环,其包括环形的、由导电材料制成的壳体(1),该壳体与其中一个机器元件(68、69)导电连接并且与至少一个导出元件(8)导电连接。该导出元件由导电材料制成并且与另一机器元件导电连接。所述导出元件(8)是至少在其部分圆周上延伸的盘形导出体。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的轴接地环。
背景技术
变频器越来越多地用于控制电驱动装置。但它们在驱动轴中引起频率可变的感应电压。这些感应电压可能会损坏电动机轴承或导致EMV出现问题,如收音机中令人不舒适的噪音。轴电流引起电动机轴承工作面和滚珠上的小熔痕,这导致轴承工作面随着时间推移而产生凹陷并最终使电动机轴承损坏。
为了从电动机轴导出电荷或电压,已知轴接地环(EP 1872463B1),其具有丝线作为导出元件,丝线固定在两个板之间并且径向向内突出于所述板。板和丝线容纳在一个环形壳体中,该壳体与接地壳体导电连接。导电丝线的使用使得轴接地环的制造复杂且相应昂贵。在使用时还存在丝线脱落并导致污染并且可能导致整个系统损伤直至整个系统完全损坏的危险。轴的旋转方向改变也是有问题的,因为丝线很难通过相应调节来实现转向反转。
发明内容
本发明所基于的任务在于,这样构造同类型的轴接地环,使得其可低成本且简单地制造并确保电荷或电压从第一机器元件可靠地导出到第二机器元件。
根据本发明,所述任务在同类型的轴接地环中借助权利要求1的特征部分特征得以解决。
在根据本发明的轴接地环中,导出元件不再由多个单个的丝线构成,而是由盘形导出体构成。“盘形设计”不应仅理解为导出体须构造成一体的,而是也可包括多个较大的区段,这些区段在安装状态中可彼此贴靠或相互间隔开以形成该导出体。另外,术语“盘形导出体”应理解为这样的构件,其并非仅具有小的厚度。导出体可简单地制造和安装。由于导出元件不再由大量丝线构成,而是通过至少一个导出体构成,因此不会有导出元件的小部分脱落。因而在使用期间轴接地环不会产生污染或仅产生非常小的、可忽略的污染。当轴接地环应与密封系统一起使用时,不再出现导出元件的磨损颗粒或脱落部分引起密封系统污染的问题,这种污染甚至可能会导致密封系统损坏。
有利的是,盘形导出体作为导出元件是位于轴接地环径向平面中的导电PTFE元件,其优选是PTFE盘。通过PTFE中的相应导电填料产生导电性。这种PTFE化合物是低摩擦且低磨损的。PTFE元件能实现与旋转的第一机器元件或第二机器元件的有利的表面接触。借助PTFE元件可毫无问题地实现第一机器元件的旋转方向改变。PTFE元件的固有记忆效应具有以下优点:PTFE元件在其变形之后试图返回其初始位置、即盘形形状。这具有以下优点:根据轴接地环的安装位置,PTFE元件可在其径向内部区域的弹性变形下贴靠在第一机器元件上或在其径向外边缘区域的弹性变形下贴靠在第二机器元件上。基于记忆效应,PTFE元件借助相应的复位力贴靠在第一或第二机器元件上。由此始终确保与相应机器元件的可靠连接,从而电荷或感应电压能够可靠地导出到第一机器元件上。
在此有利的可以是,导出元件的弹性弯曲的边缘区域在其圆周上设有边缘敞开的凹口、优选狭缝。它们以这样的数量和/或长度设置,使得一方面使该边缘区域贴靠在第一或第二机器元件上的复位力足够高,以致导电材料有足够的导电表面贴靠在机器元件上,但另一方面又如此之小,使得摩擦最小。
为了改善放电有利的可以是,至少两个、优选多于两个导出元件组合成一组。例如可将多个PTFE元件、优选PTFE盘作为优选的导出元件彼此贴靠地设置。
在此情况下有利的是,弹性元件贴靠在导出元件组的一侧上,该弹性元件具有与导出元件至少大致相同的形状和尺寸。弹性元件确保导出元件与第一或第二机器元件的完美接触。
为了确保导出元件简单且可靠的固定,有利的可以是,导出元件在其一半以上的径向宽度上夹紧在夹紧元件和由导电材料制成的基体之间。
有利的是,基体设置在壳体内并与壳体导电、固定地连接。由此,电荷或电压可经由导出元件和基体导出到壳体上。
在一种有利的扩展方案中规定,在壳体中设置至少一个另外的导出元件或至少一个另外的导出元件组,各导出元件或导出元件组通过至少一个由导电材料制成的垫片彼此分离。在此情况下,轴接地环包括两个以轴向距离彼此间隔开的导出元件或两组导出元件,由此可改善有害电荷或电压从第一机器元件的导出。
进一步有利的是,所述夹紧元件在弹性力作用下贴靠在导出元件上。由此确保夹紧元件始终牢固地贴靠在导出元件上并且可靠地保持导出元件。
在一种优选且结构简单的实施方式中,基体与壳体构造成一体的。
但基体也可以是套筒的一部分,该套筒由导电材料制成并且与第一机器元件固定连接。当第一机器元件有利地是旋转轴时,套筒抗扭地设置在轴上。
有利的是,导出元件贴靠在套筒和壳体上。这能实现轴接地环的非常简单的设计以及电荷或电压的向第二机器元件中的可靠导入。
在另一种有利的实施方式中,导出元件以其径向内部区域靠置在套筒的锥形区段上。
在此有利的是,导出元件被在朝向套筒的锥形区段的方向上力加载。为了该力加载而可使用压缩弹簧、如波形弹簧。所述力加载的优点在于:在导出元件可能在与套筒的接触区域中磨损时,所述力加载确保导出元件这样轴向移动,使得导出元件以其径向内部区域与套筒的锥形区段接触。
在一种有利的实施方式中,用于夹紧导出元件的夹紧元件设有突出部,夹紧元件以这些突出部压靠到导出元件上。由此可防止导出元件随着旋转的第一机器元件一起旋转。
在此有利的是,夹紧元件是夹紧金属板,其优选通过激光焊接固定在壳体上,所述突出部可通过冲压过程形成。这有助于简单且低成本的制造。
导电PTFE作为导出元件的材料仅是可能的紧凑材料的一种。但不应由此局限于该材料。对于导出元件考虑所有可导出电压或电流和电荷的材料。示例包括适合的耐热、根据应用情况也具有耐化学性的塑料、如含氟热塑性塑料或聚酰胺,其含有导电填料、如石墨、铜颗粒等。其它示例有导电弹性体、如含有相应导电填料的氟橡胶。
另外,导出元件可设有导电涂层。涂层可施加到导出元件上。但涂层也可以是箔。涂层也可用于减小摩擦。
导出元件甚至也可由非导电材料制成但该材料设有导电涂层。在此,导出元件优选具有可弹性变形的盘形基体,该基体可由非导电的、导电性差的或导电的材料制成。基体设有由导电材料制成的涂层。多氟烃、尤其是聚四氟乙烯优选用于导出元件的基体。
已表明,银涂料是用于涂层的有利导电材料。它可简单地施加在基体上并且具有极低的电阻率。
有利的是,涂层包覆导出元件的整个基体。
在一种特别优选的实施方式中,导出元件的基体在导出元件贴靠在机器元件上的区域中设有通孔。这些通孔至少部分地填充有导电材料。由于通孔贯穿导出元件的基体,因此即使基体在其于机器元件上的贴靠面上相应磨损也仍可确保感应电压的可靠导出。通孔中的导电材料在此确保无论基体的磨损程度如何均能导出电压。
通孔中的导电材料优选至少与设置在基体的背离机器元件的侧面上的涂层连接。在此情况下,基体的朝向机器元件的侧面并非必须设置涂层。由于通孔中的导电材料与相应的机器元件接触,因此通孔中的该材料可将感应电压导入存在于基体的背离机器元件的侧面上的涂层中。
在一种有利的实施方式中,当基体的与机器元件接触的侧面设有相应的导电材料涂层时,也设置具有导电材料的通孔。
为了确保电压的完美导出,通孔分布地设置在基体的圆周上。该分布如此进行施,使得能够可靠地导出机器元件的感应电压。
特别有利的是,涂层是导电箔。导电箔是低成本构件。导电箔例如可以是铜箔。这些箔仅具有例如约0.03mm的小厚度。
导电箔可与基体固定连接,作为连接介质可考虑任何适合的介质、如适合的粘合剂。但箔也可松动地贴靠在基体上并通过施加夹紧力而与基体固定连接。
有利的是,涂层(箔)从基体的一个侧面越过其外边缘延伸至基体的另一侧面上。在此,相应基体的一个侧面可完全被箔覆盖,而在基体的另一侧面上箔仅覆盖该基体侧面的一部分表面。箔可以以这个较小的区域贴靠在导电的保持环或类似物上,通过该保持环或类似物可将感应电压从旋转的机器元件导出。
在另一种有利的实施方式中,涂层(箔)位于相邻的基体之间。
本申请的技术方案不仅由各个权利要求的技术方案、而且也由附图和说明书中公开的陈述和特征给出。即使它们不是权利要求的技术方案,但只要它们单独或在组合中相对于现有技术是新颖的,则它们对于本发明是必不可少的并被要求保护。
本发明的其它特征由其它权利要求、说明书和附图给出。
附图说明
下面参考附图中所示的一些实施方式详细阐述本发明。附图如下:
图1示出本发明轴接地环的第一种实施方式的视图;
图2示出沿图1中A-A线的剖视图的放大图;
图3示出本发明轴接地环的另一种实施方式的相应于图2的视图;
图4示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图5示出沿D-D线的剖视图的放大图;
图6示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图7示出根据图6的轴接地环的后视图;
图8示出沿图6中F-F线的剖视图的放大图;
图9示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图10示出沿图9中J-J线的剖视图的放大图;
图11示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图12示出沿图11中L-L线的剖视图的放大图;
图13示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图14示出沿图13中N-N线的剖视图的放大图;
图15示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图16示出沿图15中P-P线的剖视图的放大图;
图17示出本发明轴接地环的另一种实施方式的半部的轴向剖视图;
图18示出本发明轴接地环的另一种实施方式的相应于图17的视图;
图19示出本发明轴接地环的另一种实施方式的半部的轴向剖视图;
图20示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图21示出沿图20中Q-Q线的剖视图的放大图;
图22示出处于安装位置中的根据图3的轴接地环的轴向剖视图;
图23示出本发明轴接地环的另一种实施方式的视图;
图24示出根据图23的轴接地环的安装位置的轴向剖视图;
图25示出本发明轴接地环的另一种实施方式的半部的轴向剖视图;
图26示出根据图25的轴接地环的局部剖视图;
图27至图29示出根据图25的轴接地环的导出体中的通孔的不同实施方式;
图30和31示出本发明轴接地环的另一种实施方式的相应于图25和26的视图;
图32示出本发明轴接地环的另一种实施方式的轴向剖视图;
图33示出根据图32的轴接地环的半部的放大图;
图34示出沿图32中A-A线的剖视图的放大图。
具体实施方式
已知变频器控制的交流电动机在电动机轴68(图21)上产生有害感应电压。当该电压穿过轴承中润滑剂的电阻时,该电压将通过轴承放电,由此轴承受到很大负荷并在较长时间使用时会损坏。借助轴接地环能够可靠地导出电动机轴68中的有害感应电压,使得电压不再通过轴承放电。
但轴接地环不仅可用于电动机中,例如也可用于变速器中。总的来说,轴接地环用于感应电压、电流或电荷应从轴导出之处。
根据图1和2的轴接地环具有由导电材料制成、构成壳体的外部夹紧环1,其在轴向剖视图中具有L形横截面。夹紧环1围绕内部夹紧环2,内部夹紧环也由导电材料制成并在轴向剖视图中具有L形横截面。外部夹紧环1具有柱形护套3,该护套过渡到垂直于其延伸的径向凸缘4中。内部夹紧环2也具有柱形护套5,该护套过渡到径向凸缘6中。这两个径向凸缘4、6在中心具有用于轴68的通口7。
借助这两个优选由金属制成的夹紧环1、2夹紧以盘形导出体8形式的导出元件。该导出体由导电材料、优选由导电PTFE制成。原则上,导出体8可由任何适合的导电材料制成,借助其可以以还将描述的方式将感应电压从轴68导出到接地壳体69(图22)。优选使用导电PTFE的优点在于:这种紧凑材料具有耐化学和耐热性并且仅具有低摩擦。内部夹紧环2以其护套5在压配合下贴靠在夹紧环1护套3的内侧上。导出体8以这种方式可靠地夹紧在夹紧环1、2的两个径向凸缘4、6之间。
为了在夹紧时不损坏导出体8,内部夹紧环2在从护套5到径向凸缘6的过渡部上这样倒圆,使得该过渡部与导出体8间隔开。
导出体8在两个径向凸缘4、6之间的区域中还可附加地借助优选导电的粘合剂与径向凸缘4和/或径向凸缘6连接。
导出体8的径向内部区域10突出于通口7的边缘。该突出部如此之大,以致导出体8的径向内部区域10在弹性变形下靠置在轴68上。
基于导出体8的弹性变形而实现:导出体面状地靠置在轴68上并且因此能够可靠地导出轴68上的电压。
为了防止基于弹性变形产生的径向作用于轴68的力过高,在该弹性变形区域中设有分布设置在圆周上的、边缘敞开的凹口11,这些凹口在本实施方式中构造为狭缝,它们延伸至导出体8的内边缘。这样选择狭缝11的长度,使得狭缝12之间的导出体8区段12一方面以足够的径向力靠置在轴68上,以便可靠地导出电压,另一方面却仅以这样的力靠置,使得导出体8在与轴的接触区域中的磨损尽可能小。
轴接地环以压配合这样插入壳体69的安装空间70中,使得外部夹紧环1的护套3压紧地贴靠在壳体69安装空间70的内壁71上(图22)。壳体69本身接地。因此电压可从轴68经由导出体8和外部夹紧环1导出到接地壳体69上。
夹紧环1并非必须被压入安装空间中,而是例如可通过横向突出的接片固定在接地构件上。夹紧环1也可直接拧到接地构件上。接地构件仅在本实施方式中是电动机壳体。所述导出也可通过其它相应接地的构件进行。
这些说明也适用于其它将要说明的实施方式。
图3示出如下可能性,即导出体8在径向内部区域10中未如在前一实施方式中那样设有凹口。即使这样,轴上的电压也能可靠地被导出到接地壳体上。为了尽可能将因内部区域10的弹性变形产生的径向力保持为小,可相应大地选择突出区域10的径向宽度。在其它方面根据图3的实施方式相应于根据图1和2的实施方式。
将导电PTFE用于导出体8的优点在于,该材料具有所谓的记忆效应。因此,弹性变形的内部区域10趋于再次返回其初始位置。由此产生如下复位力,该复位力抵抗导出体8内部区域可能的磨损并由此在使用寿命期间确保与轴68的恒定、可靠接触。
由导电PTFE制成的导出体8也能实现轴68的旋转方向改变。在此,导出体8的径向内部区域10不立起。
在根据图4和5的实施方式中使用两个以轴向距离依次间隔开设置的导出体8。外部夹紧环1围绕一个夹紧盘13,该夹紧盘可以以其外边缘14贴靠在夹紧环1护套3的内侧上。在夹紧盘13和夹紧环1径向凸缘4之间以所描述方式夹紧导出体8。该导出体8与根据图1和2的实施方式构造相同。
内部夹紧环2在与夹紧盘13的共同作用下夹紧第二导出体8a,第二导出体优选与导出体8构造相同。第二导出体8a夹紧在内部夹紧环2径向凸缘6和夹紧盘13之间。夹紧环2以其护套5以所描述方式以压紧配合设置在外部夹紧环1中。夹紧盘13与两个夹紧环1、2一样具有用于轴68的中心通口7。
夹紧盘13作为垫片并非必须由导电材料制成。两个夹紧环1、2由导电材料、优选由金属制成。两个导出体8、8a优选由导电PTFE制成并且构造相同。
如在前述实施方式中那样,导出体8、8a在相对大的径向宽度上夹紧在夹紧环1、2和夹紧盘13之间。因为被夹紧的区域优选应相对大(在本实施方式中大于一半宽度),所以可靠地确保了夹紧盘13不会旋转。另外,由此电压也可靠地从轴导出到接地壳体。
在本实施方式中,两个导出体8、8a也可不同地构造。即一个导出体8可设有凹口11而另一个导出体8a不设置凹口11。
在根据图6至8的轴接地环中使用一组多个彼此贴靠的导出体8。这些导出体构造相同并且优选由导电PTFE制成。优选导出体设有狭缝作为凹口11。彼此贴靠的导出体8以所描述方式夹紧在两个夹紧环1和2之间。
在内部夹紧环2径向凸缘6和导出体组之间设有复位盘15,该复位盘确保将导出体8的弹性弯曲的内部区域10可靠地压靠到待接地的轴68上。复位盘15可构造为弹性元件,其以可靠的方式确保导出体8的弹性弯曲的区域10完美地与待接地的轴68接触。复位盘15既可由金属也可由塑料或弹性体制成。如图8所示,复位盘15具有与导出体8类似的形状和尺寸。
如图8所示,复位盘15与两个夹紧环1、2的径向凸缘4和6相比可相对薄。
如在前述实施方式中那样,轴接地环可非常简单地安装。将导出体8组放入外部夹紧环1中,然后将复位盘15放置到导出体组上并且随后再将内部夹紧环2这样远地压入外部夹紧环1,使得导出体8连同复位盘15一起被可靠保持。内部夹紧环2以所描述方式以压配合设置在外部夹紧环1中。
如在前述实施方式中那样,这样构造内部夹紧环2,使得其护套5不轴向突出于外部夹紧环1的护套3。优选这样构造复位盘15,使得其与导出体8一样以其外边缘贴靠在外部夹紧环1护套3的内侧上,并且其径向内部区域16以与导出体8内部区域10相同方式弹性弯曲。
根据图9和10的实施方式与前一实施方式的区别仅在于:轴接地环包括两组相互贴靠的导出体8。其中一个导出体组夹紧在外部夹紧环1径向凸缘4和夹紧盘13之间,并且第二组导出体8夹紧在夹紧盘13和另一夹紧盘17之间。所述另一夹紧盘构成内部夹紧环,其以压配合设置在外部夹紧环1内。夹紧盘17也具有用于轴68的中心通口7。这两组导出体8与前一实施方式相同地构造。夹紧盘17这样设置,使得其将两组导出体8在中间垫有夹紧盘13的情况下牢固地压靠到外部夹紧环1的径向凸缘4上。导出体8在所示实施方式中与根据图1和2的导出体8构造相同。但组内的导出体8也可不设有凹口。所述组以其径向外边缘贴靠在外部夹紧环1护套3的内壁上。
夹紧盘17也与夹紧盘13和外部夹紧环1一样由导电材料、优选由金属制成。
在根据图6至8的实施方式中设有用于导出体8组的复位盘15,而在根据图9和10的实施方式中未设置这种复位盘。当然也可在该实施方式中在一个、但优选两个导出体8组上设置这种复位盘。
在根据图1至10的实施方式中,导出体8、8a直接贴靠在轴68上。但也可在轴68上抗扭地固定有套筒,导出体8、8a靠置在该套筒上。在此情况下,套筒由导电材料、如金属制成。在下述实施方式中设置这种套筒。
在根据图11和12的实施方式中,轴接地环具有在轴向剖视图中为U形的环形壳体18,该壳体间隔开地围绕轴68。在轴向剖视图中为L形的环形支撑部件19抗扭地设置在轴68上。该支撑部件具有柱形套筒20,其抗扭地设置在轴68的护套上。该套筒的自由端部21优选漏斗状扩宽,使得支撑部件19能够被简单地压装在轴68上。径向向外突出的环形凸缘22连接在套筒20上。
壳体18具有位于径向外部的柱形护套23,该护套在一个端部上过渡到径向向内定向的环形凸缘24中。该环形凸缘24大致延伸到支撑部件19套筒20自由端部21的高度中。所述环形凸缘24径向向内过渡到柱形护套25中,该护套间隔开径向距离地围绕套筒20并且与支撑部件19的环形凸缘22具有轴向距离。
支撑部件19的径向向外延伸的环形凸缘22位于壳体18内。有利的是,环形凸缘22的外侧26与壳体18护套23的端面27一起位于轴接地环的一个共同的径向平面中。环形凸缘22与壳体18护套23具有径向距离,因此支撑部件19可毫无问题地与轴68一起旋转。
轴接地环被以壳体18护套23压入壳体69的安装空间70中。因此在轴旋转时壳体18固定不动。壳体18和支撑部件19均由导电材料、尤其是金属制成。
导出环29贴靠在环形凸缘22内侧28上,该导出环由导电材料、优选导电PTFE制成。导出环29围绕轴68并具有矩形横截面。导出环29以其一个平坦外侧30面状贴靠在环形凸缘22内侧28上。另外,导出环29以其径向内环形表面31面状靠置在壳体18护套25外侧上。
导出环29被至少一个弹性元件32(其在本实施方式中是波纹弹簧)沿轴向牢固地压靠到支撑部件19的环形凸缘22上。有利的是,弹性元件32在中间垫有垫片33的情况下将导出环29压靠到环形凸缘22上。垫片33面状贴靠在导出环29的绝大部分径向宽度上,从而导出环被牢固地压靠到支撑部件19的环形凸缘22上。弹性元件32以一个端部支撑在壳体18的环形凸缘24上并且施加如此高的弹性力,使得导出环29足够牢固地被压靠到支撑部件19的环形凸缘22上。
导出环29优选由低摩擦材料制成。由于支撑部件19抗扭地与轴68连接,因此支撑部件19的环形凸缘22相对于导出环29旋转。低摩擦材料因而在磨损方面是有利的。
在所述实施方式中存在轴向布置,而在根据图1至10的实施方式中则存在导出体8、8a的径向布置。电压或电荷从轴68经由支撑部件19、导出环29和壳体18护套25经由护套23导出到接地壳体69上。导出环29受保护地位于壳体18和支撑部件19环形凸缘22之间。导出环29以及垫片33与壳体18护套23具有足够的距离,弹性元件32轴向支撑在壳体的环形凸缘24上。在安装轴接地环时,将壳体18和支撑部件19这样压入壳体69的容纳空间70中并压到轴68上,使得确保在导出环29和壳体18以及支撑部件19之间的可靠接触。另外,在可能的磨损情况下弹性元件32还可轴向调节导出环29,从而确保导出环与环形凸缘22之间的可靠接触。
支撑部件19的环形凸缘22和/或壳体18的环形凸缘24也可不同于所示实施方式而径向倾斜向外或向内延伸。导出环29在此情况下相应地调整,使得其面状贴靠在支撑部件19的径向凸缘22上。
根据图13和14的轴接地环也是参照导出环29的轴向布置。该轴接地环具有支撑部件19,该支撑部件19以套筒20抗扭地设置在轴68上。壳体18与前一实施方式构造相同并且在其环形凸缘24中具有分布设置在圆周上的开口34,各一个销35分别穿过这些开口。销嵌入设置在压盘37中的轴向孔36内,所述压盘37径向间隔开地围绕壳体18的内护套25。另外,压盘37也与导出环29一样与壳体18的外护套23具有径向距离。
压盘37在导出环29的方向上被弹簧加载。每个销35被一个压缩弹簧38围绕,所述压缩弹簧38的一端支撑在壳体18环形凸缘24的内侧上并且以其另一端支撑在压盘37上。
这样构造压盘37,使得导出环29不仅沿轴向而且也沿径向与其接触。如图14所示,导出环29以其背离支撑部件19环形凸缘22的后侧面状贴靠在压盘37的侧表面39上。
中央环形突出部40沿轴向突出于侧表面39,导出环29以其径向内环形表面42靠置在该中央环形突出部的柱形外周面41上。
压缩弹簧38将导出环29牢固地压靠到支撑部件19的径向向外突出的环形凸缘22上。由于压缩弹簧38分布地设置在压盘37的圆周上,因此压盘37以其侧表面39均匀地贴靠在导出环29的后侧上,从而导出环被牢固地压靠到环形凸缘22的内侧28上。销35用作压盘37的轴向导向装置并且以头部43固定在壳体18环形凸缘24的位于径向平面中的外侧44上。电压或电荷以这种方式可从轴68经由抗扭地位于其上的支撑部件19、导出环29、压盘37、销35、压缩弹簧38和壳体18被导出到接地壳体69中。用于导出电压或电荷的相应构件由相应的导电材料、优选由金属制成。如果导出环29在其与支撑构件19环形凸缘22的接触表面上应产生磨损,则压缩弹簧38也用作导出环29的调节元件。
根据图15和16的轴接地环具有套筒45,该套筒以柱形区段46抗扭地设置在轴68上。柱形区段46与锥形区段47连接,该锥形区段47从柱形区段46起向外锥形扩宽并在自由端部上过渡到径向延伸的环形凸缘48中。套筒45由导电材料、优选由金属制成。
为了安装轴接地环,使用轴向剖视图为L形的壳体49,该壳体以柱形的护套50被压入壳体69的安装空间70中。护套50的自由端部位于套筒45环形凸缘48的高度中。
护套50过渡到径向向内定向的环形凸缘51中,该环形凸缘位于套筒45柱形区段46自由端部的高度中。环形凸缘51具有比套筒45环形凸缘48大得多的径向宽度。沿轴向方向看,两个环形凸缘48、51相互重叠。环形凸缘51径向间隔开地围绕套筒45的柱形区段46。
导出体8以其径向内边缘贴靠在套筒45的锥形区段47上。这些导出体8这样夹紧在垫片33和支撑盘55之间,使得它们彼此贴靠。基于锥度,导出体8具有不同内径。
垫片33在轴向剖视图中具有L形横截面。借助柱形护套53,垫片33跨接导出体8组。柱形护套53过渡到径向向内定向的环形凸缘54中,至少一个压缩弹簧52作用在环形凸缘54的背离导出体8的外侧上,所述压缩弹簧优选是波纹弹簧并且轴向支撑在壳体49的环形凸缘51上。环形凸缘54间隔开地围绕从套筒45的柱形区段46到锥形区段47的过渡区域。环形凸缘54在导出体8一半以上的径向宽度上延伸,从而导出体能够被环形凸缘54可靠地压缩。
支撑盘55位于轴接地环的径向平面中并且其内径大于套筒45环形凸缘48的外径。
垫片33的柱形护套53具有这样的轴向长度,使得其在外侧围绕支撑盘55和导出体8组。支撑盘55以其外边缘固定在垫片33护套53的内侧上。柱形护套53与壳体49护套50的内侧具有间隔。
在使用轴接地环时,电压从轴68经由抗扭地设置其上的套筒45、导出体8和压缩弹簧52传导到壳体49上,该壳体基于在壳体69安装空间70中的压配合将电压导出到接地壳体69上。
压缩弹簧52确保导出体8以其径向内部区域10始终与套筒45的锥形区段47充分接触。压缩弹簧52沿轴向方向加载由垫片33、导出体8和支撑盘55构成的单元。导出体88使该单元在壳体49内对中。
优选可这样选择导出体8的内径,使得其略大于套筒45锥形区段47的相应外径。在导出体8的这种设计中确保了在导出体8与套筒45或垫片33之间的可靠接触。由此,轴68上的电荷能够可靠地被导入接地壳体69中。由于导出体8径向向内突出于垫片33的环形凸缘54,因此导出体8的突出区域10可弹性变形,这改善了导出体8与套筒45锥形区段47之间的接触。
在根据图17的实施方式中,组成一组的导出体8以其径向内部的弹性变形的区域10靠置在套筒56上,该套筒以柱形部分57抗扭地配合在轴上。柱形部分57的自由端部58优选锥形扩宽,这有利于套筒56简单地安装在轴上。柱形部分57过渡到径向向外延伸的环形凸缘59中。套筒56由导电材料、优选由金属制成。
借助环形夹紧盘60将导出体8夹紧到壳体62的径向凸缘61上。壳体也由导电材料、尤其是金属制成,因此,壳体可将电压或电荷从轴68导出到接地壳体69上。
壳体62具有外部柱形护套63,借助该护套,壳体62以压配合设置在壳体69的安装空间70中。柱形护套63连接径向向外定向的环形凸缘64,借助该环形凸缘,壳体62在安装位置中贴靠在壳体69的端面上。环形凸缘64便于将壳体62安装到壳体69的安装空间70中。护套63在另一端部上过渡到径向向内延伸的环形凸缘65中,该环形凸缘65位于套筒56锥形扩宽端部58的高度中。环形凸缘65与径向内部柱形护套66连接,该护套过渡到径向向内延伸的径向凸缘61中。壳体62的两个护套63、66彼此同轴并且同轴于轴接地环的轴线。径向凸缘61与套筒56环形凸缘59具有轴向距离。由于套筒56抗扭地与轴连接,该轴向距离确保套筒56可不受壳体62妨碍地旋转。
导出体8组被夹紧盘60压靠到环形径向凸缘61上。夹紧盘60可构造为简单的夹紧金属板,其可以以简单的方式、优选通过激光焊接固定在柱形护套66上。导出体8和夹紧盘60以其外边缘贴靠在护套66朝向套筒56的侧上。导出体8彼此构造相同并且优选由导电PTFE制成。
为了使导出体8组在使用中不由于套筒56而围绕其轴线一起旋转,夹紧盘60在其圆周上设有轴向突出的突出部67,这些突出部分布设置在夹紧盘60上并确保实现导出体8完美地防旋转固定。如果夹紧盘60由金属板制成,则突出部67可非常简单地通过相应的冲压操作设置在夹紧金属板上。
导出体8可相应于根据图1至10的实施方式构造。
在使用时,来自轴68的电压或电荷经套筒56被导出体8吸收,导出体将该电压或电荷通过壳体62导入接地壳体69中。
根据图18的轴接地环与前一实施方式的区别仅在于,夹紧盘60没有作用于导出体8组上的轴向突出部。夹紧盘60这样固定在壳体62的护套66上,使得导出体8沿轴向如此牢固地压紧在壳体62径向凸缘61和夹紧盘60之间,以致导出体8在轴旋转时不会被套筒56带动。
根据图19的实施方式相应于根据图11和12的实施方式。唯一的区别在于,导出环29至少在其接触表面上设有导电涂层72,该涂层72彼此导电连接。涂层至少在与支撑部件19环形凸缘22的接触区域中具有这样的厚度,使得导出环29即使在轴接地环的长时间使用下也能可靠地从轴68导出电压或电荷。有利的是,导出环29被涂层72包围。因此,导出环本身可由非导电材料制成。
图20和21示出一种轴接地环,其基本上与根据图1至3的实施方式相同地构造。与这些实施例不同的是,夹紧环1以其柱形护套3抗扭地设置在轴68上。盘形导出体8在此情况下以其径向突出于两个夹紧环1、2的区域10贴靠在壳体69安装空间70的内壁71上。即使在轴接地环的这种设计中,电压或电荷也可从轴68经由夹紧环1和导出体8被导出到壳体69上。
导出体8的径向突出区域10可相应于图1和2的实施方式设有分布设置在圆周上的凹口11(图20),这些凹口优选由狭缝构成。
但盘形导出体8也可相应于根据图3的实施方式构造,在根据图3的实施方式中,径向突出区域10不具有这种凹口。
根据图4至10的轴接地环也可以与参照根据图20和21的实施方式所描述的相同方式进行安装。
图23和24示出替代根据图22的安装位置的一种安装情况。在此情况下,轴接地环没有被压入壳体69的安装空间70中,而是被拧到壳体69的端面73上。盘形导出体8以其径向内部区域10在弹性变形下靠置在轴68上。导出体8夹紧在夹紧环1和夹紧环2之间,不同于根据图1至3的实施方式,夹紧环2没有外侧柱形护套。夹紧环1以其柱形护套3在径向外侧跨接导出体8和夹紧环2。借助夹紧螺钉74产生夹紧力,该夹紧螺钉分布地设置在轴接地环的圆周上。在所示实施方式中,夹紧螺钉74彼此以90°角距间隔开(图23)。夹紧螺钉74具有间隙地贯穿两个夹紧环1、2以及导出体8并被拧入壳体端面73中的螺纹孔75中。为了使夹紧力最佳地传递到两个夹紧环1、2和位于它们之间的导出体8上,在本实施方式中设置四个径向延伸的夹紧接片76,夹紧螺钉74也具有间隙地贯穿它们并且夹紧螺钉74以其头部贴靠在夹紧接片的外侧上。
夹紧接片76是窄的径向延伸接片,其径向外部区域这样弯折,使得接片以弯折的边缘区域78贴靠在壳体端面73上。
夹紧接片76可借助夹紧螺钉74以足够大的力压靠到夹紧环1上,使得夹紧环1通过导出体8将内部夹紧环2牢固地压靠在壳体端面73上。
当轴接地环不能安装在壳体或机组的安装空间中、而只能固定在壳体或机组外侧上时,这种示例性安装情况是适合的。
图25和26示出导出体8的一种特别有利的实施方式。该导出体相应于根据图1至10的实施方式构造成盘形的并且固定在由导电材料、优选由金属制成的保持环79中。如图25所示,保持环79例如具有矩形轮廓。保持环在其径向内侧的柱形周面80上设有中心环形槽81,导出体8以其径向外部区域嵌入该环形槽中并以适合的方式固定。但导出体8也可类似于图1至10固定。
导出体8具有盘形基体82,其优选由PTFE制成、但也可由任何其它适合的弹性材料制成。在安装位置中,导出体以其径向内部区域10在弹性变形下靠置在轴68上(图22)。
为了将电动机轴68中的感应电压导出,导出体8的基体82完全被由导电材料制成的涂层83包围。这种材料例如是银涂料,其可永久牢固地施加到基体82上。
基于涂层83,基体82本身无须由导电材料制成。但有利的是,基体82也由导电材料、优选由导电PTFE制成。与根据图1至10的实施方式一样,基体82也可由任何其它适合的导电材料制成,借助该基体可将感应电压从电动机轴68导出到接地壳体69上(图22)。
在安装位置中,导出体8的径向内部区域10以所描述方式在弹性变形下并且因此以径向力贴靠在电动机轴68上,由此确保从电动机轴68可靠地导出感应电压。
涂层83的电阻率ρ比基体82的电阻率ρ小几倍。通过施加这种导电涂层83进一步改善了导电性并由此显著降低了电阻。
有利的是以下述方式进一步降低电阻,即,在导出体8的径向内部区域10中涂层83的背离电动机轴68的侧面84与朝向待密封的轴的侧面85导电连接。这如此实现,即基体82在径向内部区域10中设有分布设置在其圆周上的通孔86,这些通孔至少部分地填充导电材料87。制造涂层83的材料优选与导电材料87相同。涂层83的两个侧面84和85通过通孔86中的材料87彼此连接。
通孔86可具有不同的形状。在图27至29中仅示例性示出通孔的可能设计形状。
根据图27,通孔86具有圆形横截面。通孔86沿圆周方向依次间隔开地设置在导出体8的径向内部区域10中。在此,通孔86与导出体8的端面88具有足够的距离。
在根据图28的实施方式中,通孔86构造为细长的、径向延伸的狭缝,它们至少部分、优选完全被导电材料87填充。狭缝状通孔86也均匀地分布设置在导出体8的圆周上并且与导出体8的端面88具有足够的距离。
在根据图29的实施方式中,通孔86构造成波浪形并且基本上径向延伸地设置。这些通孔86也以均匀间隔分布设置在导出体8的圆周上。
图27至29仅示例性示出通孔86的可能设计,但所示的通孔86形状不应被视为限制性的。重要的是,通孔86至少部分、优选完全被导电材料87填充,由此涂层83的两个侧面84、85彼此导电连接。
在所描述的实施方式中,涂层83被施加到弹性基体82上并且由高导电性能材料制成。通过通孔86,涂层83的两个侧面84、85彼此导电连接。
通孔86这样设置在导出体8的径向内部区域10上,使得它们位于导出体8该区域10在电动机轴68上的靠置区域中。当侧面85上的涂层在轴接地环的长时间使用中磨损时,通孔86中的导电材料87将与电动机轴68接触。由此感应电压可通过通孔86中的材料87经由相对置侧面84上的材料并从那里导入保持环79中。由于通孔86贯穿基体82,因此即使基体82在侧面85上的导电材料损耗后受到磨损,仍可确保感应电压的导出。因此,以结构上非常简单的方式确保在导出体8的整个寿命期间能够可靠地将感应电压从电动机轴68导出。
在另一种(未示出的)实施方式中,导出体8也可不具有通孔86。在此情况下,导出体8仅包括设有涂层83的基体82。
此外,基体82可仅在侧面84上设有涂层83,而相对置的、朝向电动机轴68的侧面85则不具有涂层。为此,在基体82中设置具有导电材料87的通孔86。在此情况下,电压从电动机轴68经由通孔86中的材料87到达侧面84上的涂层83并从那里导入保持环79中。从保持环出发以适合的方式导入壳体69中。保持环79这样安装在壳体69的安装空间70中,使得确保电压导出到接地壳体69中。这样设置通孔86,使得电压能够可靠地从电动机轴68以所描述方式导出。由于通孔86贯穿基体82,因此即使基体82可能在其径向内部的、靠置在电动机轴10上的区域10中磨损,通孔86中的导电材料87也仍与电动机轴68保持接触。
参考图27至29示例性描述的通孔86各形状也可彼此组合地设置在导出体8上。
图30和31示出一种实施方式,在其中导出体8基本上与根据图25和26的实施方式相同地构造。导出体8具有可弹性变形的环形盘形基体82,其完全被涂层83覆盖。在径向内部区域10中(导出体8以该区域靠置在轴68上)设有通孔86,这些通孔至少部分地填充导电材料87。通孔86可具有如已经参考前一实施方式所描述的设计。
与前一实施方式不同的是,基体82在其背离轴68的侧面84上设有表面结构89。该表面结构设置在基体82的整个径向宽度上和整个圆周上。表面结构89例如可由凹槽构成,这些凹槽例如沿径向方向彼此邻接并且在基体82的圆周上延伸。由图30和31可见,这些凹槽例如大约在基体82的一半厚度上延伸。
导电材料这样施加在基体82的侧面84上,使得至少部分、优选完全填充表面结构89并在侧面84上形成连续的涂层。
由于表面结构89由基体82侧面84中的凹陷构成,因此确保感应电压特别好地从电动机轴68导出。通孔86的尺寸使得位于其中的导电材料87在任何情况下都与位于表面结构89中的导电材料接触。此外,通过具有填充导电材料的表面结构89的基体82显著改善了导电性。
该实施方式的突出之处也在于,导出体8具有长的使用寿命,在整个使用寿命期间高度确保从电动机轴68导出感应电压。
如已经参考前一实施方式所描述的那样,导出体8也可不具有通孔86。另外,基体82可在朝向轴68的侧面86上不涂覆导电材料,从而在此情况下电压通过通孔86中的导电材料87以所描述方式导出。
在根据图25至31的实施方式中这样选择通孔86的几何横截面,使得通过导电材料形成与旋转轴68接触的优选接触表面并且在轴接地环的使用寿命期间保持几乎恒定,即使周围的涂层和/或基体82材料磨损。盘形导出体8的固定也可相应于前述实施方式借助两个夹紧盘或夹紧环实现,如参考图1至3所说明的那样。导出体8也可相应于根据图20和21的实施方式这样安装,使得导出体8不贴靠在轴68上,而是贴靠在接地壳体69的安装空间70的内壁71上。
此外,根据图25至31的导出体例如可成对地使用,如参考图4和5所说明的那样。
原则上,根据图25至31的导出体8可用于根据图1至24的所有实施方式中。
图32至34示出一种轴接地环,其包括由弹性材料制成的三个环形盘形基体82,它们可由PTFE、弹性体或其它适合的材料制成。这些材料可以是导电的、导电性差的或不导电的。基体82通过导电箔彼此分离,导电箔构成基体82的涂层83。涂层83也构造成环形盘形的并由导电材料制成。在安装位置中,涂层83以其径向内部区域90在径向预紧力下靠置在电动机轴68上。
涂层83以其径向外部区域91U形包围两个端侧的基体82(图33)。中间的基体82在两侧完全被涂层83覆盖。朝向电动机轴68的基体82在其朝向电动机轴68的侧面上仅在外圆周上的窄区域中被涂层83(箔)覆盖。远离电动机轴68的外侧基体82相反在其背离电动机轴68的侧面上仅在外圆周上的窄区域中被涂层83(箔)覆盖。
由基体82和它们之间的涂层83构成的组在外边缘上通过保持环79夹紧,该保持环由导电材料构成。保持环79具有大致U形的横截面并且这样构造,使得压缩基体82和涂层83。涂层83以其包围两个外侧基体82外边缘的区域贴靠在保持环79的腹板92上并且以其两个外侧的径向短区段贴靠在保持环的腿部93、94上。
这样构造轴接地环,使得基体82以其径向内边缘10贴靠在电动机轴68上。涂层83也这样构造,使得涂层以其边缘90在径向预紧力下贴靠在电动机轴68上。因此,感应电压可从电动机轴68经由涂层83导出到用作夹紧环的保持环79上,之后电压从保持环以所描述方式导入未示出的壳体69(图22)中。
可通过箔状涂层83的数量和涂层83与电动机轴68的接触表面的尺寸简单地调节可实现的电阻。
基体82沿其内圆周设有狭缝95,这些狭缝优选从内边缘起径向延伸并且均匀地分布设置在圆周上。在相邻的狭缝95之间形成舌片96,所述舌片确保基体82可靠地贴靠在电动机轴68上。
有利的是,涂层83(箔)也可在径向内边缘上设有狭缝97,这些狭缝从径向内边缘起优选径向延伸。在狭槽97之间形成舌片98,所述舌片也确保涂层83完美地贴靠在电动机轴68上。由此确保感应电压可靠地从电动机轴68导出。
有利的是,基体82的狭缝95在圆周方向上与涂层83的狭缝97错开设置。可这样设置可选的错开,使得涂层83的狭缝97沿径向方向看位于基体82狭缝95的中间。
作为导电涂层83例如可使用铜箔。这种箔的厚度例如仅约为0.04mm,因此它们也可用于小尺寸的轴接地环。基体82(其与相应涂层83一起构成导出体8)也仅具有小的厚度。因而例如由PTFE制成的盘形基体83仅具有数量级约为0.3mm的厚度。
借助该实施方式也能够可靠地将电动机轴68上的感应电压导出。即使基体82随时间磨损,导电涂层83也总是与电动机轴68接触,从而在轴接地环的整个寿命期间确保感应电压的可靠导出。
代替示例性描述的保持环79,基体82和涂层83也可相应于其它实施方式固定。重要的是与壳体的良好接触(极低的电阻)。与所示实施方式不同,轴接地环也可具有少于或多于三个基体82连同相应数量的涂层83(箔)。
在所描述的实施方式中,导出体8、8a、29优选由导电的紧凑材料制成,该材料耐化学且耐热并且仅引起小的摩擦。优选材料在此考虑导电PTFE。但导出体8、8a、29例如也可由弹性体基质制成,在其中加入足够量的导电填料。轴接地环将感应电压可靠地从轴68导出到接地壳体69上。当多个导出体组合成一组时,可提高将感应电压从轴68导出的能力。尤其是当导出体由导电PTFE制成时,在使用轴接地环时没有或没有明显的污染。这在轴接地环与密封系统组合使用时尤为有利,轴68利用该密封系统密封并且不会受到污染影响。
在所有实施方式中、尤其是在根据图25至34的实施方式中在电动机轴68和接地壳体69之间实现显著小于1Ω的电阻值。甚至可实现小于0.01Ω的电阻值。
Claims (18)
1.用于将感应电压或电荷从第一机器元件、优选从轴导出到第二机器元件中的轴接地环,该轴接地环包括环形的、由导电材料制成的壳体,该壳体与其中一个机器元件导电连接并且与至少一个导出元件导电连接,该导出元件也由导电材料制成并且与另一机器元件导电连接,其特征在于,所述导出元件(8、8a、29)是至少在部分圆周上延伸的盘形导出体。
2.根据权利要求1所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a、29)是位于轴接地环径向平面中的导电的PTFE元件。
3.根据权利要求1或2所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a)以弹性弯曲的边缘区域(10)贴靠在第一或第二机器元件(68、69)上,优选该边缘区域在其圆周上设有边缘敞开的凹口(11)、优选狭缝(11)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a)以其径向内边缘区域(10)在弹性变形下与第一机器元件(68)导电连接或以其径向外边缘区域(10)在弹性变形下与第二机器元件(69)导电连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的轴接地环,其特征在于,至少两个、优选多于两个导出元件(8、8a)组合成一组,优选弹性元件(15)贴靠在导出元件(8、8a)组的一侧上,该弹性元件具有与导出元件至少大致相同的形状和尺寸。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a、29)在其一半以上的径向宽度上夹紧在夹紧元件(2、17、33、37、55、60)和由导电材料制成的基体(4、22、33、61)之间,优选所述夹紧元件设置在壳体(1)内并与壳体导电地固定连接,优选基体与所述壳体(1、62)一体构造。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的轴接地环,其特征在于,在所述壳体(1)中设置至少一个另外的导出元件(8、8a)或至少一个另外的导出元件组,并且各导出元件(8、8a)或导出元件(8、8a)组通过至少一个由导电材料制成的垫片(13)彼此分离。
8.根据权利要求6或7所述的轴接地环,其特征在于,所述夹紧元件(33、37)在弹性力作用下贴靠在导出元件(8、8a、29)上。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述基体(22)是套筒(19)的一部分,该套筒由导电材料制成并且与第一机器元件(68)固定连接。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(29)贴靠在套筒(19)上和壳体(18)上。
11.根据权利要求9或10所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8)以其径向内部区域(10)靠置在套筒(45)的锥形区段(47)上并且优选被在朝向套筒(45)的锥形区段(47)的方向上力加载。
12.根据权利要求6至11中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述夹紧元件(60)设有突出部(67),夹紧元件以这些突出部压靠到导出元件(8、8a)上。
13.根据权利要求12所述的轴接地环,其特征在于,所述夹紧元件(60)是夹紧金属板,该夹紧金属板——优选通过激光焊接——固定在壳体(62)上,并且该夹紧金属板的突出部(67)通过冲压过程形成。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a、29)一体构造或包括多个较大的区段。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8、8a、29)由紧凑的导电材料制成。
16.根据权利要求1至14中任一项所述的轴接地环,其特征在于,所述导出元件(8)具有可弹性变形的盘形的基体(82),该基体设有——优选包覆整个基体(82)的——由导电材料制成的涂层(83)。
17.根据权利要求16所述的轴接地环,其特征在于,所述基体(82)在导出元件(8)贴靠在机器元件(68、69)上的区域中设有通孔(86),优选所述通孔分布设置在基体(82)的圆周上并且填充有导电材料(87),优选所述导电材料至少与设置在基体(82)的背离第一或第二机器元件(68、69)的侧面(84、85)上的涂层连接。
18.根据权利要求16或17所述的轴接地环,其特征在于,所述涂层(83)是导电箔,该导电箔优选从基体(82)的一个侧面越过外边缘延伸至基体(82)的另一侧面上并且优选位于相邻的基体(82)之间。
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