DE102009014753A1

DE102009014753A1 - Lagerring mit einer elektrischen Isolierung sowie Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE102009014753A1
Application number: DE102009014753A
Authority: DE
Inventors: Gudrun Martin; Sergej Dr. Schwarz; Frank Steinhauer
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-09-30
Also published as: CN102395804A; US20120008890A1; BRPI1010285A2; WO2010108481A1; EP2411690A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eine elektrische Isolierung aufweisenden Lagerrings für ein Wälzlager, sowie einen beispielsweise mittels des Verfahrens hergestellten Lagerring für ein Wälzlager, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Bereitstellen eines Korpus (2) des Lagerrings (1), Aufbringen einer mehrlagigen, das Korpus (2) des Lagerrings (1) mindestens abschnittsweise umgebenden Isolationsschicht (4) durch Umwickeln des Korpus (2) des Lagerrings (1) mit einem von einem Harz umgebenen Trägermaterial (8), zur Ausbildung der elektrischen Isolierung. Das Verfahren und der beispielsweise mittels des Verfahrens hergestellte Lagerring sind dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht (4) einen Zusatzstoff (10, 11, 12, 13) enthält, der die elektrischen, insbesondere die dielektrischen, und/oder die mechanischen Eigenschaften der elektrischen Isolierung verbessert. Erfindungsgemäß wird damit ein Lagerring bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Lagerrings angegeben, wobei der Lagerring insbesondere zur Abschirmung von Wechselströmen geeignet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung eines eine elektrische Isolierung aufweisenden Lagerrings für ein Wälzlager, einen Lagerring nach Anspruch 15 bzw. 16 sowie ein Wälzlager nach Anspruch 17.
Aus der Praxis ist die Forderung bekannt, einen Stromdurchtritt durch ein Lager zu unterbinden, da anderenfalls eine sogenannte Elektrokorrosion auftritt, die das Lager beschädigt. Die Forderung nach einem stromisolierten Lager tritt insbesondere im Zusammenhang mit elektrischen Motoren, Generatoren oder Radsatzlagern für beispielsweise Schienenfahrzeuge auf.
Aus dem Stand der Technik bekannte stromisolierte Lager sind insbesondere darauf ausgelegt, einen Durchtritt von Gleichstrom durch das Lager zu unterdrücken. Hierzu ist an einem der Lagerringe eine Isolierung, insbesondere eine elektrisch isolierende Beschichtung, aufgebracht, so dass eine hohe elektrische Durchbruchsfeldstärke erforderlich wird, um einen Stromdurchgang durch das Lager zu ermöglichen.
DE 1 243 944 B beschreibt eine Phosphatschicht als elektrische Isolierung auf einer äußeren Fläche des Korpus eines Lagerrings eines Wälzlagers. Die Phosphatschicht wird dabei nasschemisch aufgetragen.
DE 101 37 785 A1 beschreibt ein Verfahren zur Ausbildung einer elektrischen Isolierung eines Lagerrings für ein Wälzlager, wobei eine gesprühte oder gespritzte Keramik-Schicht auf eine Fläche eines Korpus des Lagerrings ausgebracht wird.
DE 101 61 820 A1 und DE 10 2007 000 436 T5 beschreiben ebenfalls keramische Schichten als elektrische Isolierung eines Lagerrings.
Es ist ferner bekannt, einen eine elektrische Isolierung aufweisenden Lagerring eines Wälzlagers derart herzustellen, dass das Korpus des Lagerrings bereitgestellt wird und auf einen Haltedorn fixiert wird. Zur Ausbildung der elektrische Isolierung ist eine Isolationsschicht vorgesehen, die das Korpus des Lagerrings mindestens abschnittsweise, beispielsweise an der äußeren Mantelfläche des Korpus, umgibt, wobei die Isolationsschicht mehrlagig ausgebildet ist und durch ein Umwickeln des Korpus des Lagerrings mit einem von einem Harz umgebenen, faden- oder bandförmigen Trägermaterial, speziell einem Glasfaden von ca. 50 bis 100 μm Durchmesser, der in beispielsweise Phenolharz getaucht wurde, hergestellt ist. Unmittelbar vor dem Umwickeln wird dabei der Glasfaden durch das Harz geführt, so dass der gewickelte Glasfaden außen mit dem Harz benetzt ist. Nach dem Verfestigen des Harzes entsteht eine mehrlagige Schicht, die aus Glasfasern besteht, die in dem Harz angeordnet sind.
Die nach den vorgenannten Verfahren ausgebildeten Lagerringe weisen als elektrische Isolierung im wesentlichen homogene Schichten auf, die eine hohe Durchbruchsfeldstärke erforderlich machen, so dass die elektrischen Isolierungen insbesondere für die Abschirmung von Gleichstrom geeignet sind.
Für die elektrische Abschirmung gegenüber Wechselströmen sind die nach den genannten Verfahren hergestellten Lagerringe jedoch nur begrenzt geeignet. Insbesondere treten bei Wechselströmen kapazitive, frequenzabhängige Widerstände auf, für die eine hochohmige homogene Beschichtung unter Umständen ein nur wenig geeigneter Widerstand darstellt.
Speziell der Einsatz von schnell schaltbaren Bipolartransistoren macht einen hochdynamischen Betrieb von drehzahlveränderlichen Antrieben möglich. Dabei ändern sich die im Bereich der Wälzlager auftretenden Spannungen bzw. Ströme ebenfalls hochdynamisch, so dass neuartige Typen von Wechselströmen auftreten, die eine eigens abgestimmte elektrische Isolierung erforderlich machen. Insbesondere tritt durch ein Zusammenwirken einer Gleichtaktspannung und einer Maschinenkapazität im EHD-Betrieb eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Lagerringen des Wälzlagers auf, die zu einem impulsförmigen Strom führt, sobald es zu einer Entladung kommt (sog. EMD-Strom, Electric Discharge Machining-Strom): Hierbei treten Stromstärken von bis zu 3 Ampere bei Frequenzen bis zu einigen MHz auf. Weiter treten Wirbelströme auf, wenn ein Erdungsstrom zwischen dem Gehäuse und der Erdung fließt, der einen magnetischen Ringfluss um die in dem Lager gelagerte Welle und damit einen Wirbelstrom in den Lagerringen verursacht. Typische Stromstärken liegen hier ebenfalls bei ca. einigen Ampere bei Frequenzen von einigen hundert Kilohertz. Ebenfalls können sogenannte Rotorerdströme auftreten, wenn der in dem Wälzlager gelagerte Rotor geerdet ist und die Erdungsimpedanz geringer ist als die Impedanz des Gehäuses, in dem das Wälzlager aufgenommen ist. Die Stromstärke bzw. die Frequenzen der Rotorerdströme liegen in dem für die Wirbelströme angegebenen Bereich. Weiter können zwischen diversen Kapazitäten Restströme auftreten, deren Einfluss schwer abschätzbar ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere für die Abschirmung von Wechselströmen geeigneten Lagerrings für ein Wälzlager anzugeben.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen beispielsweise nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellten Lagerring nach Anspruch 14 oder 15 dadurch gelöst, dass die Isolationsschicht einen Zusatzstoff enthält, der die elektrischen, insbesondere die dielektrischen, und/oder die mechanischen Eigenschaften der elektrischen Isolierung verbessert.
Aufgrund des Zusatzstoffes in der Isolationsschicht lassen sich die elektrischen Eigenschaften der elektrischen Isolierung so einstellen, dass der Lagerring insbesondere auch eine gegenüber Wechselströmen verbesserte Isolationswirkung zeigt. Der Zusatzstoff ist dabei als gegenüber dem umgebenden Harz bzw. dem Trägermaterial abgegrenzte, feste Phase vorhanden und kann bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dem noch flüssigen Harz zugesetzt sein bzw. auf das das Trägermaterial benetzende, noch flüssige Harz aufgetragen, beispielsweise aufgesprüht, worden sein.
Die stoffliche Ausgestaltung des Zusatzstoffes in der Isolationsschicht, speziell die Wahl des Materials für den Zusatzstoff, stellt einen Freiheitsgrad dar, der zur Ausbildung einer insbesondere gegenüber Wechselströmen optimierten Isolation genutzt werden kann. Alternativ oder ergänzend hierzu stellt die geometrische Ausgestaltung des Zusatzstoffes einen weiteren Freiheitsgrad dar. Beispielsweise kann der Zusatzstoff als Pulver vorliegen oder als Fäden, die in der Isolationsschicht angeordnet sind. Weiter ist es möglich, den faden- oder bandförmigen Träger der Harzschicht aus dem Material des Zusatzstoffes auszubilden. Schließlich bietet sich die Möglichkeit, einen Gradienten sei es der stofflichen Ausbildung oder der geometrischen Ausgestaltung des Zusatzstoffes vorzusehen. Beispielsweise kann nach der Oberfläche des Korpus des Lagerrings der Zusatzstoff als Partikel aus einem ersten Material und in einem Abstand von der Oberfläche des Korpus des Lagerrings als Faden aus dem gleichen oder einem weiteren Material vorliegen, so dass ein Gradient senkrecht zu der Oberfläche des Korpus des Lagerrings entsteht.
Eine derartige Gestaltungsfreiheit der Ausbildung der Isolationsschicht wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 ermöglicht, indem der Zusatzstoff beispielsweise dem Harz zugesetzt wird, durch das das faden- oder bandförmige Trägermaterial geführt wird, bevor das mit dem Harz benetzte Trägermaterial um das Korpus des Lagerrings gewickelt wird. Auch wird es möglich, das Material des Trägermaterials aus dem Zusatzstoff zu wählen, so dass anstelle von oder ergänzend zu Glasfasern Fäden oder Bänder aus dem Zusatzstoff von dem Harz benetzt werden.
Vorzugsweise ist hinsichtlich des Verfahrens vorgesehen, dass verwendete der Zusatzstoff eine relative Dielektrizitätskonstante von weniger als ca. 3 sowie einen sehr geringen dielektrischen Verlustfaktor aufweist. Damit wird ein Lagerring hergestellt, der in der Isolationsschicht einen Zusatzstoff aufweist, der eine relative Dielektrizitätskonstante von weniger als ca. 3 sowie einen sehr geringen dielektrischen Verlustfaktor aufweist. Aufgrund der geringen Dielektrizitätskonstanten und des sehr geringen dielektrischen Verlustfaktors eignet sich der Lagerring insbesondere zur elektrischen Abschirmung gegenüber Wechselströmen im Bereich von einigen hundert Kilohertz bis einigen Megahertz und damit für einen Bereich, in dem die eingangs genannten ECD-, Wirbel- oder Erdungsströme auftreten.
Als Material für den Zusatzstoff ist beispielsweise PTFE vorgesehen, dessen relative Dielektrizitätskonstante in dem angegebenen Bereich ca. 2,1 beträgt und dessen dielektrischer Verlustfaktor tan(δ) weniger als 0,0001 beträgt. Damit bildet sich eine elektrisch isolierende Schicht mit einer Kapazität aus, die geringer als die Erdungskapazität des Wälzlagers bzw. des Gehäuses ist, so dass insbesondere die Rotorerdströme nicht mehr den Weg durch das Wälzlager, sondern den Weg durch die Erdung nehmen.
Der Zusatzstoff, beispielsweise das PTFE, kann als Partikel bzw. Faser in der Isolationsschicht vorgesehen bzw. alternativ oder ergänzend hierzu als Material für das Trägermaterial, so dass das Trägermaterial entweder ausschließlich oder ergänzend zu Glasfasern PTFE-Fasern umfasst. Die Partikel bzw. die Fasern können dabei dem Harz zugesetzt sein, das das Trägermaterial umgibt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff eine Keramik, insbesondere eine oxidische oder nitridische Keramik, umfasst. Die Keramik stellt dabei die dielektrischen Eigenschaften der Isolationsschicht über einen weiten Bereich ein. Bei Verwendung einer Keramik mit temperaturunabhängigen dielektrischen Eigenschaften ändert sich die elektrische Isolation auch bei Betrieb des Wälzlagers nur wenig.
Vorzugsweise ist hinsichtlich der Auswahl der Keramik vorgesehen, dass die relative Dielektrizitätskonstante der Keramik einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Verlauf aufweist.
Alternativ hierzu kann für einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Verlauf der relativen Dielektrizitätskonstanten der Keramik vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Keramik als Mischung von mindestens zwei keramischen Teilkomponenten ausgebildet ist, wobei die Mischung der mindestens zwei keramischen Teilkomponenten einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Verlauf der relativen Dielektrizitätskonstante aufweist. Die beiden keramischen Teilkomponenten können so gewählt werden, dass die erste Teilkomponente einen ersten Stoff umfasst, der einen mit der Tempe ratur zunehmenden Verlauf der dielektrischen Eigenschaften aufweist, und die zweite Teilkomponente einen Stoff umfasst, der einen mit der Temperatur abnehmenden Verlauf der dielektrischen Eigenschaft. Durch die Mischung der beiden Teilkomponenten der Keramik, speziell durch die stoffliche Auswahl der Teilkomponenten bzw. der Auswahl des Mischungsverhältnisses der Teilkomponenten, wird sichergestellt, dass die sich ergebende Mischung eine Keramik ausbildet, deren relative Dielektrizitätskonstante einen weitgehend temperaturunabhängigen Verlauf aufweist. Speziell bieten sich Teilkomponenten wie TiO₂, Ba₂Ti₉O₂₀ oder MgTiO₃ an, die jeweils einen linearen Verlauf der dielektrischen Eigenschaften mit der Temperatur aufweisen.
Bei der Durchführung des Verfahrens wird als Zusatzstoff eine Keramik bzw. eine keramische Teilkomponente mit den oben angegebenen Eigenschaften verwendet, die als Partikel oder Fasern in der Isolationsschicht vorgesehen sind und beispielsweise dem Harz als Pulver zugefügt werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff ein makromolekulares Material mit einem hohen Anteil an Sauerstoff-Atomen pro Molekül und einem geringen Flammpunkt aufweist. In der Isolationsschicht des Lagerringes weist das makromolekulare Material aufgrund des hohen Anteils an Sauerstoff-Atomen pro Molekül und aufgrund des geringen Flammpunktes den Vorteil auf, in Gegenwart von elektrisch leitenden, insbesondere metallischen Körnern in der Isolationsschicht eine Ausbreitung eines Durchschlags durch die gesamte Isolationsschicht zu unterdrücken. Bildet sich ein Spannungsdurchschlag durch die Isolationsschicht, verdampfen die Makromoleküle und reagieren mit den metallischen Körnern zu Reaktionsprodukten wie Wasser oder Kohlendioxid, wobei bei der chemischen Umsetzung die Energie des elektrischen Durchschlags absorbiert wird. Der elektrische Durchschlag erzeugt damit einen Hohlraum in der Isolationsschicht, ohne die Isolationsschicht vollständig zu durchsetzen, so dass die Isolationsschicht in ihrer isolierenden Wirkung erhalten bleibt.
Als makromolekulares Material mit einem hohen Anteil an Sauerstoff-Atomen pro Molekül mit einem geringen Flammpunkt ist vorzugsweise die Verwendung von einem Zellstoff, insbesondere von Wolle oder Papier, vorgesehen, so dass bei der Durchführung des Verfahrens vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Zusatzstoff den Zellstoff, insbesondere die Wolle oder das Papier, umfasst. Der Zellstoff kann dem flüssigen Harz zugesetzt sein, beispielsweise, indem Partikel von Papier oder Wolle in das Harzeingeführt sind. Alternativ oder ergänzend hierzu ist vorgesehen, dass der Zellstoff, speziell die Wolle oder das Papier, als Trägermaterial, ggf. als zusätzliches Trägermaterial zu beispielsweise Glasfasern, vorgesehen ist.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff die mechanische Dämpfung der Isolationsschicht verbessert. Bei der Durchführung des Verfahren ist hierzu vorgesehen, dass als einziger oder weiterer Zusatzstoff ein Material verwendet wird, das ein gutes Dämpfungsverhalten bezüglich mechanischer Schwingungen aufweist. Das Material ist als Partikel oder Faser in der elektrischen Isolationsschicht vorgesehen bzw. alternativ oder ergänzend hierzu als Zugabe zu dem Harz.
Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Zusatzstoff ein Polyurethan umfasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der eine oder weitere Zusatzstoff Bleipartikel oder Bleifäden umfasst. Bleipartikel bzw. Bleifäden, beispielsweise in Form von Fasern oder als Material des Trägermaterials, erhöhen die Haltbarkeit der Isolationsschicht gegenüber hochenergetischer, insbesondere radioaktiver Strahlung. Die Bleipartikel bzw. Fasern aus Blei können dem Harz zugesetzt sein, alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass das Trägermaterial Fäden aus Blei, ggf. zusätzlich zu anderen Fäden, insbesondere zusätzlich zu Glasfasern, als Trägermaterial umfasst.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der mindestens eine Zusatzstoff als Partikel oder Faden ausgebildet ist, die dem Harz zugesetzt sind. Während der Ausbildung der mehrlagigen Isolationsschicht lässt sich durch eine gezielte Zugabe der Partikel oder Fäden in das Harz leicht ein Gradient innerhalb der Isolationsschicht erzeugen. Zusätzlich lassen sich Partikel oder Fäden als Zugabe zu dem Harz leicht mengenmäßig steuern und kontrollieren und reduzieren die Menge des Harzes, die erforderlich ist, um eine Isolationsschicht einer bestimmten Dicke auszubilden.
Alternativ oder ergänzend zu der Ausbildung des mindestens einen Zusatzstoffes als Partikel oder Faden ist vorzugsweise vorgesehen, dass der mindestens eine Zusatzstoff als Material mindestens eines Teils des Trägermaterials ausgewählt ist. Damit können sowohl das Trägermaterial als auch der in dem Harz aufgenommene Zusatzstoff aus dem gleichen Material oder verschiedenen Materialen bestehen. Insbesondere ist es möglich, anstelle der Glasfasern oder zusätzlich zu den Glasfasern den Zusatzstoff sowohl als Dielektrikum als auch zur mechanischen Stabilisierung der Isolationsschicht zu wählen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines nach einer bevorzugten Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Lagerrings eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
Vorab sei festgestellt, dass 1 nur ein stark schematisiertes Ausführungsbeispiel darstellt; insbesondere sind die Größenverhältnisse der einzelnen Teile untereinander nicht maßstäblich. Ebenso wenig sind aufeinanderfolgende Lagen durch eine scharfe Grenzfläche voneinander getrennt.
1 zeigt einen Lagerring 1, der als Außenring eines nicht weiter dargestellten Wälzlagers vorgesehen ist, wobei der Lagerring 1 ein Korpus 2 aufweist, an dessen äußerer Mantelfläche 3 eine als mehrlagige Isolationsschicht 4 ausgebildete elektrische Isolierung aufgetragen ist.
Die Isolationsschicht 4 umfasst eine erste Lage 5, die unmittelbar auf die äußere Mantelfläche 3 als Oberfläche des Korpus 2 aufgebracht ist, eine zweite Lage 6, die in größtmöglichen Abstand von der äußeren Mantelfläche 3 angeordnet ist, und eine dritte Lage 7, die im wesentlichen mittig zwischen der ersten Lage 5 und der zweiten Lage 6 angeordnet ist.
Jede der Lagen 5, 6, 7 ist aus einem Trägermaterial 8 und einer das Trägermaterial 8 umgebenden festen Harzmatrix 9, vorliegend Phenolharz, ausgebildet. Als Material des Trägermaterials 8 dienen PTFE-Fäden, die lagenweise jeweils von rechts nach links bzw. von links nach rechts um das Korpus 2 gewickelt sind, so dass sich in Draufsicht auf die Mantelfläche 3 ein Kreuzmuster ergibt.
Zur Verbesserung der mechanischen sowie elektrischen Eigenschaften, insbesondere zur Herstellung einer möglichst guten Isolierung bei Wechselspannung, ist das Material des Trägermaterials 8 als PTFE bereitgestellt worden. Die PTFE-Fäden des Trägermaterials 8 sind damit ein erster, in der Harzmatrix 9 und damit in der Isolationsschicht 4 aufgenommener Zusatzstoff 10 ausgebildet.
Als weiteren, zweiten Zusatzstoff 11 umfasst die Isolationsschicht 4 PTFE-Partikel, die in der ersten Lage 5 mit einer höheren Konzentration als in der zweiten Lage 6 angeordnet sind, so dass in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche 2 ein Gradient entsteht.
Die PTFE-Fäden 10 des Trägermaterials 8 sowie die PTFE-Partikel 11 weisen im Bereich von einigen Hundert Kilohertz bis ca. einige Megahertz eine relative Dielektrizitätskonstante von weniger als ca. 3 auf sowie einen nur sehr geringen dielektrischen Verlustfaktor.
Als weiteren, dritten Zusatzstoff 12 weist die Isolationsschicht 4 Fäden aus Zellstoff, insbesondere aus Baumwolle bzw. aus Papier, auf. Die Konzentration der Fäden aus Zellstoff 12 ist in der ersten Lage 5 höher als in der zweiten Lage 6, so dass ebenfalls ein Gradient in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche 3 ausgebildet wird. Die zu dem Korpus 2 hin zunehmende Konzentration der Fäden 12 aus Zellstoff trägt dem Umstand Rechnung, ein Durchbrechen der Isolationsschicht 4 durch einen elektrischen Durchschlag ausgehend von der Mantelfläche 3 des Korpus 2 zu verhindern. Hierzu wirken mit den Fäden 12 aus Zellstoff elektrisch leitende Körner, die bildlich nicht dargestellt sind, zusammen, deren Volumendichte ebenfalls zu der Mantelfläche 3 des Korpus 2 hin zunimmt.
Als weiteren, vierten Zusatzstoff 14 umfasst die Isolationsschicht 4 Kugeln aus einem Polyurethan, das in der Isolationsschicht 4 mit im wesentlichen konstanter Volumendichte vorgesehen ist.
Der Lagerring 1 ist derart hergestellt worden, dass das Korpus 2 mit der Oberfläche 3 bereitgestellt wurde. Anschließend wurde die Isolationsschicht 4 durch mehrfaches Umwickeln der Oberfläche 3 hergestellt. Hierzu wurden die PTFE-Fäden des Trägermaterials 8 in das Harz eingeführt und lagenweise auf das Korpus 2 aufgewickelt.
Zur Zuführung des ersten Zusatzstoffes 10 in die Isolationsschicht 4 wurde PTFE als Material für die Fäden des Trägermaterials 8 ausgewählt.
Zur Zuführung der weiteren Zusatzstoffe 11, 12, 13 wurde dem noch flüssigen Harz 9 PTFE-Partikel 11, Zellstoff-Fäden 12 sowie Polyurethan-Kugeln 13 jeweils als Pulver zugesetzt, die jeweils an dem Harz 9 haften und mit dem Harz 9 außen an den PTFE-Fäden des Trägermaterials 8 angelagert werden. Bei dem Umwickeln der Oberfläche 3 verbindet das Harz 9 benachbarte Wicklungen des PTFE-Fadens unter Ausbildung der Harzmatrix 9, in der die Zusatzstoffe 11, 12 und 13 aufgenommen sind.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war als Trägermaterial 8 ein PTFE-Faden vorgesehen, der innerhalb einer jeden Lage 5, 6, 7 mehrfach um die Oberfläche 3 des Korpus 2 gewickelt wurde. Es versteht sich, dass das Trägermaterial 8 kein im wesentlichen eindimensionaler Faden mit annähernd runden Querschnitt zu sein braucht. Das Trägermaterial auch einem abgeflachten Querschnitt aufweisen, beispielsweise also als Band vorliegen. Weiter kann das Trägermaterial auch als im wesentlichen zweidimensionales Gewebe bzw. Gespinst ausgebildet sein. Es versteht sich weiter, dass das Trägermaterial 8 auch aus verschiedenen Materialien bestehen kann; beispielsweise können Glasfasern zusätzlich oder anstelle der PTFE-Fasern vorgesehen sein. Ebenfalls kann anstelle von PTFE als Material für das Trägermaterial 8 beispielsweise eine Keramik, insbesondere ein Zuschnitt aus einer keramischen Folie, vorgesehen sein.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wiesen der zweite Zusatzstoff 11 und der dritte Zusatzstoff 12 jeweils einen Gradienten in der Konzentration in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche 3 des Korpus 2 auf. Es versteht sich, dass die jeweiligen Zusatzstoffe 10, 11, 12, 13 auch einen Gradienten entlang der Oberfläche 3 aufweisen können. Beispielsweise kann die Zahl der Windungen pro Flächeneinheit des als Trägermaterial 8 gewählten ersten Zusatzstoffes 10 entlang der Oberfläche 3 in einer Richtung hin zunehmen. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Konzentration der als Partikel oder Fäden vorliegenden Zusatzstoffe 11, 12, 13 entlang der Oberfläche 3 einen Gradienten aufweisen.
Die Erfindung wurde vorstehend anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben, bei dem die Harzmatrix 9 aus einem Phenolharz ausgebildet war. Es versteht sich, dass anstelle des Phenolharzes auch ein Epoxydharz bzw. eine Mischung aus Phenol- und Epoxydharz vorgesehen sein kann.

1: Lagerring
2: Korpus des Lagerrings 1
3: Oberfläche des Korpus 2
4: Isolationsschicht
5: erste Lage
6: zweite Lage
7: dritte Lage
8: Trägermaterial
9: Harzmatrix
10: erster Zusatzstoff
11: zweiter Zusatzstoff
12: dritter Zusatzstoff
13: vierter Zusatzstoff

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 1243944 B [0004]
- DE 10137785 A1 [0005]
- DE 10161820 A1 [0006]
- DE 102007000436 T5 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines eine elektrische Isolierung aufweisenden Lagerrings für ein Wälzlager, wobei das Verfahren die Schritte umfasst Bereitstellen eines Korpus (2) des Lagerrings (1), Aufbringen einer mehrlagigen, das Korpus (2) des Lagerrings (1) mindestens abschnittsweise umgebenden Isolationsschicht (4) durch Umwickeln des Korpus (2) des Lagerrings (1) mit einem von einem Harz umgebenen Trägermaterial (8), zur Ausbildung der elektrischen Isolierung, wobei die Isolationsschicht (4) einen Zusatzstoff (10, 11, 12, 13) enthält, der die elektrischen, insbesondere die dielektrischen, und/oder die mechanischen Eigenschaften der elektrischen Isolierung verbessert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff (10, 11) eine relative Dielektrizitätskonstante von weniger als ca. 3 sowie einen sehr geringen dielektrischen Verlustfaktor aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff (10, 11) PTFE umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff eine Keramik, insbesondere eine oxidische oder nitridische Keramik, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Dielektrizitätskonstante der Keramik einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Verlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Keramik als Mischung von mindestens zwei keramischen Teilkomponenten ausgebildet ist, wobei die Mischung der mindestens zwei keramischen Teilkomponenten einen im wesentlichen temperaturunabhängigen Verlauf der relativen Dielektrizitätskonstante aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff (12) ein makromolekulares Material mit einem hohen Anteil an Sauerstoff-Atomen pro Molekül und einem geringen Flammpunkt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das der Zusatzstoff (12) einen Zellstoff, insbesondere Wolle oder Papier, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der einzige oder weitere Zusatzstoff (13) die mechanische Dämpfung der Isolationsschicht verbessert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zusatzstoff (13) ein Polyurethan umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder weitere Zusatzstoff Bleipartikel oder Bleifäden umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzstoff (11, 12, 13) als Partikel oder Fasern ausgebildet ist, die dem Harz zugesetzt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zusatzstoff (10) als Material mindestens eines Teils des Trägermaterials (8) ausgewählt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konzentration, eine stoffliche Ausgestaltung und/oder eine geometrische Ausgestaltung des Zusatzstoffes (11, 12) einen Gradienten in der Isolationsschicht (4) aufweist.
Lagerring (1) für ein Wälzlager, wobei der Lagerring (1) ein Korpus (2) mit einer das Korpus (2) des Lagerrings (1) mindestens abschnittsweise umgebenden Isolationsschicht (4) zur Ausbildung einer elektrischen Isolierung umfasst, gekennzeichnet durch einen in der elektrischen Isolationsschicht (4) angeordneten Zusatzstoff (10, 11, 12, 13) mit den Eigenschaften nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
Lagerring für ein Wälzlager, insbesondere Lagerring (1) nach Anspruch 15, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14.
Wälzlager mit mindestens einem Lagerring (1) gemäß Anspruch 15 oder 16.