CN111492148B - 电绝缘的滚动轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于相对于承载部件(12)转动支承旋转的构件(11)的电绝缘的滚动轴承(100)，其包括具有在内周侧构造的第一滚动体滚道面(5)的金属外圈(1)、具有在外周侧构造的第二滚动体滚道面(6)的金属内圈(2)、多个滚动地布置在第一和第二滚动体滚道面(5、6)之间的金属滚动体(3)、和至少部分施加在外圈(1)和/或内圈(2)和/或滚动体(3)上的绝缘涂层(7)，该绝缘涂层包括至少一个由至少一个非导电的材料构成的绝缘层(9)，其中，至少一个绝缘层(9)的非导电的材料由金属氮氧化物形成，从而在旋转的构件(11)与承载部件(12)之间存在大于200兆欧的电阻。

Description

电绝缘的滚动轴承

技术领域

本发明涉及一种用于相对于承载部件转动支承旋转的构件的电绝缘的滚动轴承，其包括具有在内周侧构造的第一滚动体滚道面的金属外圈、具有在外周侧构造的第二滚动体滚道面的金属内圈、多个滚动地布置在第一和第二滚动体滚道面之间的金属滚动体，和至少部分施加在外圈和/或内圈和/或滚动体上的绝缘涂层，该绝缘涂层包括至少一个由至少一个非导电的材料构成的绝缘层。

背景技术

本发明的使用领域尤其在如下应用中延伸，在这些应用中，旋转的构件、例如轴可相对于承载部件、例如壳体转动支承。在此，在运动逆转的意义下，承载部件也可以例如构造为固定的轴，旋转的构件、例如齿轮相对于固定的轴转动。在此值得注意的类型的滚动轴承包括所有常见的滚动轴承类型，尤其是滚珠轴承、球面滚子轴承、滚柱轴承或圆锥滚子轴承。

如果这种滚动轴承使用在引导电流的或产生电流的应用中，例如具有滚动支承的动子的电动机中，那么大多在设计边缘条件的意义下预设的是，避免旋转的构件相对于承载部件的电流击穿。该目标可以通过按类属的类型的电绝缘的滚动轴承实现。

在本发明的意义下，“电绝缘的滚动轴承”在此理解为如下滚动轴承，在该滚动轴承中，通过滚动轴承的构件的电流流动、即从第一联接构件通过滚动体到内圈并且进一步到第二联接构件的电流流动借助在滚动轴承的区域中的绝缘涂层被抑制，在第一联接构件上布置有外圈；在第二联接构件上布置有内圈。在此，两个联接构件例如是旋转的构件和承载部件。

由EP 0 417 744 A2已知了一种电绝缘的滑动轴承，其绝缘层由弹性聚合物材料的层构成，该绝缘层包围滚动轴承的外圈。弹性聚合物材料的层在此构造为绝缘薄膜，其具有在0.1至2mm之间的厚度和80A至60D的肖氏硬度以及大于100兆欧的电阻。这种外周边的绝缘涂层的施加导致滚动轴承的外部的几何尺寸、尤其是直径的不利的增大，并且也损害了外圈在承载部件中的压配合，其就此与绝缘层的材料特性相关。

由EP 2 815 143 A1已知了用于与本发明相关的按类属的电绝缘的滚动轴承的其他的技术解决方案，其中，之前提到的缺点以如下方式消除，即将绝缘涂层施加到至少一个相互对应的滚动体滚道面上。此外还提出的是，对滚动体进行相应涂层。因为绝缘涂层就此直接布置在滚动轴承的滚动区域中，所以该绝缘涂层在滚动轴承运行时承受机械负载。要说明的是，通过相应设计绝缘涂层和材料选择也获得摩擦特性改进或磨损保护。之前已知的绝缘涂层就此包括由陶瓷氧化物构成的、例如由Al₂O₃、SiO₂、TiO₂或ZrO构成的绝缘层。陶瓷氧化物一方面是电绝缘体，并且另一方面也示出了一定的机械可负载性，其尤其有助于磨损保护。该涂层以薄层的形式施加到滚动体滚道面上，并且就此不损害滚动体的几何尺寸。然而在实践中，陶瓷氧化物的薄层在滚动体滚动表面上的层施加非常昂贵，并且陶瓷氧化物层是易断裂的。

发明内容

因此，本发明的任务是进一步改进一种具有绝缘涂层的电绝缘的滚动轴承，从而以在制造技术上可再生地简单的方式实现有效的电绝缘作用。

根据本发明的用于相对于承载部件转动支承旋转的构件的电绝缘的滚动轴承包括：

-金属外圈，其具有在内周侧构造的第一滚动体滚道面，

-金属内圈，其具有在外周侧构造的第二滚动体滚道面，

-多个滚动地布置在第一和第二滚动体滚道面之间的金属滚动体，

-至少部分施加在外圈和/或内圈和/或滚动体上的绝缘涂层，该绝缘涂层包括至少一个由至少一个非导电的材料构成的绝缘层，其中，

-至少一个绝缘层的非导电的材料由金属氮氧化物形成，从而在旋转的构件与承载部件之间存在大于200兆欧的电阻。

包括至少一个由金属氮氧化物构成的绝缘层的这种绝缘涂层能够实现的是，建立在联接构件、如旋转的构件与承载部件之间的显著的电绝缘。通过这种绝缘涂层的高的机械可负载性，这种绝缘涂层也可以安装在滚动轴承的摩擦学的触点的负载区中。在此实现电绝缘的滚动体的高的使用寿命。此外，绝缘涂层可以在一定程度上以不影响结构空间的方式以优选的薄层工艺施加，从而不需要滚动轴承上的设计改变或在制造范围内对滚动轴承的再加工。

优点尤其是，与作为绝缘层的之前已知的材料的陶瓷氧化物不同地，金属氮氧化物的电气和机械特性和因此还有摩擦特性非常准确地通过氧气与氮气的所给出的比以及用作连接配件的金属来调节。测试表明，由此可以以简单的方式制造具有广泛的电气和机械特征值的电绝缘的滚动轴承。

绝缘涂层包括至少一个绝缘层，其中，可以存在由相同的或不同的成分的金属氮氧化物构成的仅一个绝缘层或多个绝缘层。

优选地，金属氮氧化物的金属成分选自包括Cr、Al、Ta、Si、Ti、V、Zr、Hf、Nb、Mo、La、Ce、Y和W(相应于元素周期表的缩写)的组中的至少一种金属。合适的金属氮氧化物例如是：AlON、SiAlON、CrON。

为了最大化绝缘涂层在金属外圈或内圈上的粘附，根据另一改进本发明的措施提出的是，绝缘涂层与外圈或内圈的金属表面相邻地包括增附剂层。

在此，增附剂层优选由增附剂材料构成，增附剂材料选自如下材料组，材料组包括金属、金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属氧化物、导电的金属氮氧化物、金属硅化物。测试表明，这些金属化合物尤其是能够实现将绝缘涂层更好地粘附在金属表面上。

此外或备选地，这种增附剂层也可以安设在滚动体的区域中以用于将绝缘涂层更好地粘附在滚动体的金属表面上。

可选地，绝缘涂层也可以包括施加到至少一个绝缘层上的覆盖层，以便尤其改进摩擦特性。优选地，这种覆盖层构造为无定形的碳层，尤其构造为含氢的无定形的碳层，或也构造为无氢的无定形的碳层。

根据本发明的优选的实施方式，绝缘层构造有≤10微米的层厚。尤其是在该厚度范围的最大值中实现高程度的电绝缘和同时高的使用寿命，其中，层厚仍然保持足够薄，从而不必进行滚动轴承上的设计改变来赋予该滚动轴承电绝缘特性。

在出现增附剂层和/或覆盖层时优选的是，绝缘涂层的总层厚测定为最大15微米。利用这种布置在滚动轴承的区域内的绝缘涂层，可以产生所要求的至少200兆欧的电阻。

至少一个绝缘层的电阻可以通过用于由金属氮氧化物制成的至少一个绝缘层的材料选择以及通过层厚来改变，以便调节出期望的规格。在此，可以通过改变氧气与氮气的比来改变绝缘层的电阻，其中，氧气部分的提高导致电阻的提高。氮气部分的提高导致绝缘层的易碎性的减小，从而可以使用在滚动轴承的承受滚动负荷的表面的区域中。

此外提出的是，尽可能在所有或一些层(包括可选的增附剂层、至少一个绝缘层以及可选的覆盖层)的周边上借助薄层工艺施加绝缘涂层。在此尤其证实有效的是自身已知的PVD或PACVD法(PVD＝物理气相沉积；PACVD＝离子加强化学气相沉积)。因此，可以执行绝缘涂层从气相的沉积，以便高质量地执行足够薄的层施加。

附图说明

下面与本发明的优选的实施例的描述一起借助附图详细示出改进本发明的另外的措施。其中：

图1示出了穿过电绝缘的形式为滚柱轴承的滚动轴承的纵截面图；并且

图2示出了穿过根据图1的滚动轴承的内部涂层的外圈的示意性的细节截面图。

具体实施方式

根据图1，实施例的电绝缘的滚动轴承100构造为径向轴承，并且基本上由外圈1、内圈2和布置在它们之间的滚动体3构成，滚动体保持在保持架4中。保持架4在此由塑料材料构成，而外圈1、内圈2和滚动体3由调质处理的钢制成，并且因此是取决于材料地导电的。

在金属外圈1的内周侧构造有第一滚动体滚道面5。与之相对应地，在内圈2的外周侧构造有第二滚动体滚道面6。两个滚动体滚道面5和6匹配于滚动体3的造型，滚动体在此构造为滚柱。

在该实施例中，随后描述的绝缘涂层7(也参见图2)施加到第一滚动体滚道面5上。但绝缘涂层7也可以备选地施加到外圈1的外侧上。

滚动体100构造用于相对于承载部件12转动支承旋转的构件11，其中在此，内圈2紧固在旋转的构件11上，并且承载部件12紧固在外圈1上。但在此，在备选的实施方式中也相反地，旋转的构件可以紧固在外圈1上，并且承载部件11紧固在内圈上。

根据图2，在此示例性地借助外圈1描述的绝缘涂层7由首先施加在外圈1的钢材料的金属表面13上的可选的增附剂层8构成，增附剂层在此由增附金属、在此尤其是铬构成。由至少一个非导电的材料(形式为金属氮氧化物)构成的绝缘层9施加到可选的增附剂层8上。作为金属氮氧化物在此示例性地使用SiAlON。在该实施例中，绝缘层9具有8微米的厚度。绝缘涂层7此外包括可选的、施加到至少一个绝缘层9上的由含氢的无定形的碳构成的盖层1，以便改进绝缘涂层7的摩擦学特性。

在该实施例中，优选分别借助薄层工艺由气相沉积出可选的增附剂层8、至少一个绝缘层9和可选的盖层10，其中，针对绝缘涂层7不超过15微米的总层厚。

本发明并不局限于之前描述的实施例。因此例如也可能的是，绝缘涂层7附加地或备选地施加到滚动轴承100的滚动体3上，如在图2中通过附图标记3示出的那样。备选地或附加地，绝缘涂层7同样可以施加到内圈2上、尤其内圈2的滚动体滚道面6上，如在图2中通过附图标记2示出的那样。

自然也可想到具有其他的横截面形状的滚动体3。如果至少一个绝缘层9取决于材料地结合金属基底具有足够的粘附强度，那么可以放弃增附剂层8。至少一个绝缘层9就此直接沉积到外圈1和/或内圈2和/或滚动体3的金属表面13上。

在此，绝缘涂层9也可以布置在外圈1的外周边面上和/或内圈2的内周边面上。

在没有增附剂层8和覆盖层10的情况下形成简单的单层系统。如果应该根据期望的规格改进至少一个绝缘涂层7的摩擦学特性，那么也可以例如通过增附剂层8和/或覆盖层10的附加的沉积构造为两层系统。虽然该实施例针对径向轴承，但根据本发明自然也可以装备其他的滚动轴承类型。

附图标记列表

1 外圈

2 内圈

3 滚动体

4 保持架

5 第一滚动体滚道面

6 第二滚动体滚道面

7 绝缘涂层

8 增附剂层

9 绝缘层

10 覆盖层

11 旋转的构件或承载部件

12 承载部件或旋转的构件

13 金属表面

100 滚动轴承

Claims (7)

1.一种用于相对于承载部件(12)转动支承旋转的构件(11)的电绝缘的滚动轴承(100)，其包括：

-具有在内周侧构造的第一滚动体滚道面(5)的金属外圈(1)，

-具有在外周侧构造的第二滚动体滚道面(6)的金属内圈(2)，

-多个滚动地布置在第一和第二滚动体滚道面(5、6)之间的金属滚动体(3)，

-至少部分施加在外圈(1)和/或内圈(2)和/或滚动体(3)上的绝缘涂层(7)，所述绝缘涂层包括至少一个由至少一种非导电的材料构成的绝缘层(9)，

其特征在于，

-所述绝缘涂层(7)与外圈(1)和/或内圈(2)的金属表面(13)相邻地包括增附剂层(8)，和/或所述绝缘涂层(7)与每个滚动体(3)的金属表面(13)相邻地包括增附剂层(8)，所述增附剂层(8)由增附剂材料构成，所述增附剂材料由导电的金属氮氧化物形成，

-至少一个绝缘层(9)的非导电的材料由金属氮氧化物形成，从而在旋转的构件(11)与承载部件(12)之间存在大于200兆欧的电阻。

2.根据权利要求1所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，金属氮氧化物的金属成分选自包括Cr、Al、Ta、Si、Ti、V、Zr、Hf、Nb、Mo、La、Ce、Y和W的组中的至少一种金属。

3.根据权利要求1或2所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，绝缘涂层(7)包括施加到至少一个绝缘层(9)上的由无定形的碳构成的覆盖层(10)。

4.根据权利要求3所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，至少一个绝缘层(9)具有在＞0并≤10微米的范围内的层厚。

5.根据权利要求1所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，所述绝缘涂层(7)具有在＞0并≤15微米的范围内的总层厚，所述绝缘涂层包括至少一个绝缘层(9)、还有增附剂层(8)和/或覆盖层(10)。

6.根据权利要求1所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，所述绝缘涂层(7)至少部分借助PVD或PACVD法施加。

7.根据权利要求1所述的电绝缘的滚动轴承，

其特征在于，所述绝缘涂层(7)至少施加在金属外圈(1)的第一滚动体滚道面(5)上，和/或至少施加在金属内圈(2)的第二滚动体滚道面(6)上，和/或至少施加在滚动体(3)的金属表面(13)上。

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