-
Gebiet der Erfindung
-
Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, mit einem Innenring, einem Außenring und dazwischen aufgenommenen Wälzkörpern und einer den Innenring und den Außenring elektrisch leitend verbindenden Strombrücke.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Für bestimmte Anwendungen werden Wälzlager benötigt, die in der Lage sind elektrischen Strom über das Lager abzuleiten, um eine Schädigung von Laufbahnen und/oder Wälzkörpern durch Funkenbildung oder einen Lichtbogen zu vermeiden.
-
Es sind bereits unterschiedliche Maßnahmen vorgeschlagen worden, um ein stromleitendes Lager zu schaffen.
-
In der
DE 199 83 988 B4 wird ein Wälzlager vorgeschlagen, bei dem eine leitende Verbindung (Strompassierungsplatte) zwischen den Lagerringen vorgesehen ist, diese Strompassierungsplatte ist in ihrem Inneren mit einem leitfähigen Schmiermittel gefüllt.
-
Die
DE 10 2007 052 104 A1 schlägt vor, ein Lager mit einem elektrischen Leiter zu versehen, der als Schleifkontakt ausgebildet ist und bei einer Drehung einer Lagerkomponente einen elektrischen Kontakt aufrechterhält.
-
In der
DE 101 52 360 A1 wird eine „Strom-Schutz-Scheibe“ für Wälzlager vorgeschlagen, die einen Spannungsunterschied zwischen Welle und Gehäuse einer elektrischen Maschine abbauen soll. Dazu weist die Scheibe mehrere Gleitkontakte auf, die vorgespannt an einem rotierenden Innenring eines Wälzlagers anliegen. Zusätzlich sind in Umfangsrichtung mehrere Kontakte vorgesehen, die im eingebauten Zustand das Gehäuse berühren.
-
Ein Wälzlager mit einer Strombrücke wird in der
DE 198 24 022 A1 vorgeschlagen. An wenigstens einer Seite des Wälzlagers ist eine Dichtung vorgesehen, die als Strombrücke zur Ableitung des zwischen den beiden Lagerringen auftretenden elektrischen Stroms dient. Die Dichtung besteht aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff.
-
Die meisten bekannten Lösungen sehen eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Außenring und dem Innenring eines Lagers in Form eines Schleifkontakts vor. Allerdings tritt dabei an den Berührstellen prinzipbedingt Verschleiß auf, der unter anderem von der Umfangsgeschwindigkeit, der Werkstoffpaarung und dem Anpressdruck abhängig ist. Ein bestimmter Anpressdruck wird benötigt, damit der gewünschte elektrische Kontakt entsteht. Ein höherer Anpressdruck ist vorteilhaft, da dieser die Leitfähigkeit der Kontaktstelle erhöht, andererseits erhöht sich dadurch auch der Verschleiß.
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das eine elektrisch leitende Strombrücke aufweist, die weniger verschleißanfällig ist.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Strombrücke wenigstens zwei elektrisch leitende Kontaktelemente aufweist, wobei ein erstes Kontaktelement an dem Innenring oder dem Außenring befestigt ist und unter der Wirkung eines Federelements vorgespannt auf dem zweiten, den anderen Lagerring berührenden Kontaktelement aufliegt.
-
Die Erfindung beruht auf der Idee, mehrere „hintereinander“ angeordnete Kontaktelemente vorzusehen, von denen eines die Strombrücke bildet. Wenn dieses Kontaktelement verschlissen ist, übernimmt das zweite Kontaktelement dessen Funktion, so dass nach wie vor die gewünschte Strombrücke hergestellt ist. Selbstverständlich können auch mehr als zwei elektrisch leitende Kontaktelemente jeweils vorgesehen sein, wobei die einzelnen Kontaktelemente vorgespannt auf einem benachbarten Kontaktelement aufliegen. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Strombrücke und damit die Lebensdauer des Wälzlagers beträchtlich erhöht werden, die dann im Wesentlichen lediglich von der Anzahl der Kontaktelemente abhängig ist. Durch die Strombrücke wird eine niederohmige Verbindung geschaffen, so dass die Wälzkörper überbrückt werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager kann das Federelement als Druckfeder oder Spiraldruckfeder ausgebildet sein. Dieses Federelement dient dazu, ein Kontaktelement gegen ein anderes Kontaktelement anzufedern, wodurch eine bestimmte Vorspannung erzeugt wird, die für einen funktionierenden elektrischen Kontakt erforderlich ist. Darüber hinaus sind allerdings auch anders gestaltete Federelemente denkbar, beispielsweise kann das Federelement als Blattfeder oder als Torsionsfeder ausgebildet sein.
-
Gemäß einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wälzlagers kann es vorgesehen sein, dass das Federelement derart an einem ortsfesten Bauteil abgestützt ist, dass es zum Erzeugen einer parallel zur Axialrichtung wirkenden Vorspannkraft ausgebildet ist. Die Vorspannkraft wirkt dabei zumindest näherungsweise parallel zur Axialrichtung, so dass ein Federelement seitlich gegen den anderen Lagerring gedrückt wird. Das Federelement kann allerdings auch so angeordnet sein, dass die Vorspannkraft „schief“ angreift und eine axiale Komponente sowie eine radiale oder in Umfangsrichtung weisende Komponente aufweist.
-
Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass wenigstens ein Kontaktelement an einem Ende einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Vorsprung aufweist, der auf dem Ende des oder eines anderen Kontaktelements aufliegt. Der Vorsprung ist somit an dem freien Ende des Kontaktelements ausgebildet, an dem das Kontaktelement unter dem Einfluss des Federelements gegen den anderen Lagerring gedrückt wird. Lediglich ein Kontaktelement, nämlich das direkt auf dem anderen Lagerring aufliegende Kontaktelement, berührt diesen. Das weitere Kontaktelement liegt auf dem untersten Kontaktelement mit seinem Vorsprung auf, so dass das untere Kontaktelement einerseits durch die Federkraft und andererseits durch die über den Vorsprung des oberen Kontaktelements übertragene Kraft gegen den anderen Lagerring gedrückt bzw. angefedert wird.
-
Das erfindungsgemäße Wälzlager kann mehrere in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnete Kontaktelement aufweisen, wobei der sich in Umfangsrichtung erstreckende Vorsprung eines Kontaktelements jeweils auf einem Ende des benachbarten Kontaktelements aufliegt. Auf diese Weise kann sogar nahezu der gesamte Umfang des Wälzlagers verwendet werden, um eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilt angeordneten Kontaktelementen vorzusehen, wobei ein Kontaktelement jeweils auf einem benachbarten Kontaktelement aufliegt. Es ist auch denkbar, dass zwei oder mehr Gruppen von Kontaktelementen gebildet sind, wobei jede Gruppe wenigstens zwei überlappend angeordnete Kontaktelemente aufweist.
-
Für eine zuverlässige Funktion des erfindungsgemäßen Wälzlagers ist wesentlich, dass beim Auftreten von Verschleiß an dem den Lagerring berührenden Kontaktelement eine Strombrücke durch das auf dem verschlissenen Kontaktelement aufliegende Kontaktelement gebildet ist. Wenn an einem Kontaktelement Verschleiß auftritt, der dazu führt, dass die Strombrücke zwischen dem Innenring und dem Außenring unterbrochen wird, übernimmt das benachbarte Kontaktelement die Funktion des verschlissenen Elements, so dass das benachbarte Kontaktelement eine Strombrücke zwischen dem Innenring und dem Außenring bildet. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine zuverlässige Funktion während einer langen Nutzungsdauer sichergestellt werden kann, indem die Strombrücke nacheinander von mehreren nebeneinander angeordneten Kontaktelementen gebildet wird, wobei jeweils lediglich ein Kontaktelement den Innenring und den Außenring elektrisch leitend miteinander verbindet. Gemäß einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagers kann es vorgesehen sein, dass das zweite Kontaktelement an demselben Ring wie das erste Kontaktelement befestigt ist. Dementsprechend ist das erste Kontaktelement entweder an dem Außenring oder dem Innenring angebracht und liegt vorgespannt an dem anderen Lagerring an. Das zweite Kontaktelement ist an demselben Lagerring wie das erste Kontaktelement angebracht und liegt auf dem anderen (ersten) Kontaktelement auf. Es ist auch denkbar, dass mehr als zwei Kontaktelemente vorhanden sind, wobei jedes Kontaktelement auf einem benachbarten Kontaktelement aufliegt.
-
Im Rahmen der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass das Lager ein Federelement aufweist, das derart angeordnet ist, dass das zweite Kontaktelement mit seinem freien Ende vorgespannt an dem anderen Lagerring anliegt. Dementsprechend wird das erste Kontaktelement durch das Federelement beaufschlagt und drückt das zweite Kontaktelement gegen den Lagerring.
-
Vorzugsweise kann das erste und/oder das zweite Kontaktelement als gebogene, vorzugsweise einen Wendepunkt aufweisende Blattfeder ausgebildet sein. Dementsprechend können die Kontaktelemente im Wesentlichen S-förmig geformt sein, so dass sie mit einem Ende an einem der Lagerringe befestigt sind und mit ihrem entgegengesetzten Ende an dem anderen Lagerring anliegen.
-
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, dass die beiden Kontaktelemente an voneinander beabstandeten Positionen des Außenrings oder des Innenrings befestigt sind und sich an einer dazwischen liegenden Stelle des anderen Lagerrings berühren. Zwischen den Befestigungspositionen der beiden Kontaktelemente kann somit eine Berührstelle gebildet sein, an der ein Kontaktelement auf dem anderen Kontaktelement aufliegt und dieses gegen einen Lagerring anfedert. Die Vorspannkraft kann durch das Federelement erhöht sein, wobei auch beiden Kontaktelementen oder allen Kontaktelementen ein Federelement zugeordnet sein kann.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Lager können die Kontaktelemente auch gestaffelt angeordnet sein, beispielsweise indem Kontaktelemente abwechselnd an beiden Seiten an voneinander beabstandeten Positionen befestigt sind, so dass ein Kontaktelement ein anderes Kontaktelement gegen den Lagerring andrückt.
-
In Übereinstimmung mit der ersten Variante wird beim Auftreten von Verschleiß an dem den Lagerring berührenden Kontaktelement eine Strombrücke durch das auf dem verschlissenen Kontaktelement aufliegende Kontaktelement gebildet. Somit wird ein verschlissenes Kontaktelement automatisch bzw. zwangsläufig durch das auf diesem aufliegende benachbarte Kontaktelement ersetzt, das dann die Strombrücke zwischen den beiden Lagerringen bildet. Vorzugsweise sind wenigstens zwei Kontaktelemente vorgesehen, es können jedoch auch mehr als zwei, z. B. drei, vier oder fünf Kontaktelemente vorgesehen sein, die abwechselnd an einer von zwei Positionen des Lagerrings befestigt sind. Einige oder alle Kontaktelemente können dabei durch ein Federelement beaufschlagt und gegen ein anderes Kontaktelement gedrückt werden.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Wälzlager können auch mehrere Paare oder Gruppen von Kontaktelementen vorgesehen sein, die an in Umfangsrichtung voneinander beabstandeten Positionen des Lagers angeordnet sind.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnung
-
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;
-
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II von 1;
-
3 ein vergrößertes Detail des in 1 gezeigten Wälzlagers;
-
4 einen Schnitt entlang der Linie IV-IV von 1;
-
5 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wälzlagers;
-
6 einen Schnitt durch das in 5 gezeigte Wälzlager entlang der Linie VI-VI;
-
7 ein Detail des in 5 gezeigten Wälzlagers;
-
8 ein Detail des Wälzlagers von 6 im Bereich eines Federelements;
-
9 eine perspektivische Ansicht des in 5 gezeigten Wälzlagers.
-
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
-
Das in 1 in einer Seitenansicht gezeigte Wälzlager 1 umfasst einen Innenring 2, einen Außenring 3 und dazwischen aufgenommene Wälzkörper 4.
-
Bei bestimmten Anwendungen kann der Fall auftreten, dass der Innenring 2 und der Außenring 3 unterschiedliche Spannungspotentiale aufweisen. Es besteht dann die Gefahr der Entstehung von Überschlägen, Lichtbögen oder Funken, wodurch sowohl Laufbahnen der Lagerringe als auch die Wälzkörper beschädigt werden können. Das Lager 1 weist daher eine Strombrücke auf, die den Innenring 2 und den Außenring 3 elektrisch leitend verbindet, wobei die Strombrücke mehrere elektrisch leitende Kontaktelemente 5, 6, 7, 8 aufweist.
-
In der geschnittenen Seitenansicht von 2 erkennt man, dass das Kontaktelement 5 mit einem Ende an dem Außenring 3 befestigt ist. Mit seinem anderen, inneren Ende liegt das Kontaktelement 5 seitlich an dem Innenring 2 an.
-
3 zeigt ein Detail des Wälzlagers 1 von 1 in einem vergrößerten Maßstab. Dort ist dargestellt, dass ein Kontaktelement 5, 6, 7, 8 einen im Wesentlichen rechteckigen oder leicht trapezförmigen Querschnitt aufweist, wobei zwei kurze Seiten in Umfangsrichtung des Innenrings 2 und des Außenrings 3 verlaufen, zwei lange Seiten verlaufen radial zwischen Innenring 2 und Außenring 3.
-
Das Kontaktelement 5 weist an seinem an dem Innenring 2 anliegenden Ende einen Vorsprung 9 auf, der sich an einer Seite des Kontaktelements 5 in Umfangsrichtung erstreckt. In 3 ist eine Fläche 10 gestrichelt dargestellt, die eine Berührfläche zwischen dem Kontaktelement 5 und dem Innenring 2 bildet.
-
Das benachbarte Kontaktelement 6 ist neben dem Kontaktelement 5 angeordnet, wobei zwischen den beiden Kontaktelementen 5, 6 ein schmaler Freiraum 11 gebildet ist, abgesehen von dem inneren Ende des Kontaktelements 6. Dort weist das Kontaktelement 6 einen Vorsprung 12 auf, der identisch zu dem Vorsprung 9 des Kontaktelements 5 ausgebildet ist. Der Vorsprung 12 liegt auf dem Ende des Kontaktelements 5 auf und drückt dieses gegen den Innenring 2. In ähnlicher Weise liegt ein Vorsprung 13 des Kontaktelements 7 auf dem Ende des Kontaktelements 6 auf.
-
4 zeigt einen Schnitt durch das in 1 gezeigte Wälzlager 1 entlang der Linie IV-IV geschnitten.
-
Dort erkennt man, dass die einzelnen Kontaktelemente 5, 6, 7, 8 einander teilweise überlappen, wobei lediglich das Kontaktelement 5 den Innenring 2 berührt. Ein Kontaktelement, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Kontakt 8, wird von einem Federelement 13 beaufschlagt, das in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Spiraldruckfeder ausgebildet ist. Das Federelement 13 stützt sich einerseits an einem ortsfesten Bauteil 14 und andererseits an dem Kontaktelement 8 ab.
-
Da lediglich das Kontaktelement 5 mit seinem inneren Ende, insbesondere mit der Fläche 10, an dem Innenring 2 anliegt, verschleißt lediglich dieser Bereich, wenn Innenring 2 und Außenring 3 gegeneinander verdreht werden. Irgendwann ist der Verschleiß so groß, dass das Kontaktelement 5 nicht mehr als Strombrücke wirken kann, die den Innenring 2 und den Außenring 3 elektrisch leitend miteinander verbindet. In diesem Fall, wenn das an dem Innenring 2 anliegende Ende des Kontaktelementes 5, das den Vorsprung 9 und die gestrichelt dargestellte Fläche 10 umfasst, verschlissen ist, übernimmt automatisch das benachbarte Kontaktelement 6 die Funktion des verschlissenen Kontaktelements 5, so dass das Kontaktelement 6 den Außenring 3 und den Innenring 2 elektrisch leitend miteinander verbindet. Dementsprechend können alle nebeneinander angeordneten Kontaktelemente 5, 6, 7, 8 nacheinander als Strombrücke dienen, wobei bei einem verschlissenen Kontaktelement das nächste, auf dem verschlissenen Kontaktelement aufliegende Kontaktelement die Strombrücke bildet. Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, bei anderen Ausführungsbeispielen können beispielsweise mehr als vier Kontaktelemente vorgesehen sein, ebenso können mehrere über den Umfang verteilt angeordnete Gruppen von Kontaktelementen vorgesehen sein.
-
Die 5–9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei 5 ein Wälzlager 15 in einer Seitenansicht zeigt, 6 zeigt das Lager 15 in einer geschnittenen Ansicht entlang der Linie VI-VI von 5. In Übereinstimmung mit dem ersten Ausführungsbeispiel umfasst das Lager 15 einen Innenring 2, einen Außenring 3 und dazwischen aufgenommene Wälzkörper 4.
-
7 zeigt ein Detail von 5 in einem vergrößerten Maßstab. Zwischen dem Außenring 3 und dem Innenring 2 sind zwei elektrisch leitende Kontaktelemente 16, 17 angeordnet. Das erste Kontaktelement 16 ist an dem Außenring 3 befestigt. Unter der Wirkung eines Federelements 18 liegt es vorgespannt auf dem zweiten, den anderen Lagerring (Innenring 2) berührenden Kontaktelement 17 auf und drückt dieses gegen den Innenring 2. Zusätzlich ist dem zweiten Kontaktelement 17 ein eigenes Federelement 19 zugeordnet, das sich an dem Außenring 3 abstützt.
-
In diesem Ausführungsbeispiel sind die beiden Kontaktelemente 16, 17 als gebogene Blattfedern ausgebildet, die zumindest näherungsweise eine S-Form und damit eine einen Wendepunkt aufweisende Kurvenform aufweisen. 8 zeigt ein Detail der geschnittenen Ansicht von 6. Dort erkennt man, dass das Kontaktelement 16 als Blattfeder ausgebildet ist, wobei ein Endabschnitt den Innenring 2 flächig oder zumindest linienhaft berührt.
-
Die beiden Kontaktelemente 16, 17 sind an voneinander in Umfangsrichtung beabstandeten Positionen des Außenrings 3 befestigt. Sie berühren sich an einer dazwischenliegenden Stelle des anderen Lagerrings, in diesem Fall befindet sich der Berührpunkt somit am Innenring 2. In 7 erkennt man, dass die beiden Kontaktelemente 16, 17 so geformt sind, dass sie im Bereich des Innenrings 2 näherungsweise flächig aufeinanderliegen, wobei durch das Federelement 18 eine Anpresskraft erzeugt wird, durch die das Kontaktelement 16 gegen das Kontaktelement 17 gedrückt wird.
-
Es sind auch andere Ausführungsbeispiele möglich, bei denen die Kontaktelemente als einfache Blattfedern ausgebildet sind.
-
Ebenso können bei anderen Ausführungsbeispielen mehr als zwei Federelemente vorgesehen sein, beispielsweise können drei oder vier Kontaktelemente an dem Innenring 2 oder alternativ an dem Außenring 3 angebracht sein, wobei die Kontaktelemente vorzugsweise abwechselnd an den voneinander beabstandeten Befestigungspunkten des jeweiligen Lagerrings angebracht sind. Wenn an dem am Innenring 2 anliegenden Kontaktelement 17 Verschleiß auftritt, so dass dieses Kontaktelement nicht mehr seine Funktion als Strombrücke erfüllen kann, berührt das nächste bzw. benachbarte Kontaktelement 16 den Innenring 2 und verbindet die beiden Lagerringe elektrisch leitend miteinander.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Wälzlager
- 2
- Innenring
- 3
- Außenring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Kontaktelement
- 6
- Kontaktelement
- 7
- Kontaktelement
- 8
- Kontaktelement
- 9
- Vorsprung
- 10
- Fläche
- 11
- Freiraum
- 12
- Vorsprung
- 13
- Federelement
- 14
- Bauteil
- 15
- Wälzlager
- 16
- Kontaktelement
- 17
- Kontaktelement
- 18
- Federelement
- 19
- Federelement
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 19983988 B4 [0004]
- DE 102007052104 A1 [0005]
- DE 10152360 A1 [0006]
- DE 19824022 A1 [0007]
