DE102013223172A1 - engine assembly - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung (1), umfassend ein erstes Maschinenteil (2) und ein zweites Maschinenteil (3), wobei zwischen den beiden Maschinenteilen (2, 3) eine elektrische Potentialdifferenz vorliegt und wobei zwischen den beiden Maschinenteilen (2, 3) ein Isolator (4) angeordnet ist. Um bei guter Isolationseigenschaft eine einfache Herstellung und kostengünstige Realisierung einer solchen Maschinenanordnung zu ermöglichen, sieht die Erfindung vor, dass der Isolator zumindest teilweise aus einem Material (B) besteht, das bei Raumtemperatur (T = 20°C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen kann.The invention relates to a machine assembly (1), comprising a first machine part (2) and a second machine part (3), wherein between the two machine parts (2, 3) has an electrical potential difference and wherein between the two machine parts (2, 3) Insulator (4) is arranged. In order to enable a simple production and cost-effective implementation of such a machine arrangement with good insulation property, the invention provides that the insulator consists at least partially of a material (B), which at room temperature (T = 20 ° C) may have a pourable consistency.
Description
Die Erfindung betrifft eine Maschinenanordnung, umfassend ein erstes Maschinenteil und ein zweites Maschinenteil, wobei zwischen den beiden Maschinenteilen eine elektrische Potentialdifferenz vorliegt und wobei zwischen den beiden Maschinenteilen ein Isolator angeordnet ist.The invention relates to a machine assembly, comprising a first machine part and a second machine part, wherein an electric potential difference exists between the two machine parts and wherein an insulator is arranged between the two machine parts.
Maschinenanordnungen dieser Art sind gelegentlich in der Praxis anzutreffen. Beispielsweise sei ein Wälzlager eines Schienenfahrzeugs genannt, wobei im Falle einer elektrisch angetriebenen Lokomotive generell damit zu rechnen ist, dass durch das Rad-Lager ein Stromdurchgang erfolgt, was die Gebrauchsdauer des Lagers negativ beeinflusst. In diesem Falle ist es bekannt, an geeigneter Stelle zwischen dem Lager bzw. dem Bauteil, das das Lager lagert, und der Lageraufnahme einen Isolator anzuordnen. Eine hier bekannte Möglichkeit besteht darin, die Lagerringe mit einer Isolationsschicht zu versehen (z. B. aus Aluminiumoxid). Es ist auch möglich, nichtleitende Wälzkörper aus keramischem Material einzusetzen. Machine arrangements of this type are occasionally encountered in practice. For example, a rolling bearing of a rail vehicle may be mentioned, wherein in the case of an electrically driven locomotive it is generally to be expected that a current will pass through the wheel bearing, which adversely affects the service life of the bearing. In this case, it is known to arrange an insulator at a suitable location between the bearing or the component which supports the bearing and the bearing receptacle. One possibility known here is to provide the bearing rings with an insulating layer (eg of aluminum oxide). It is also possible to use non-conductive rolling elements of ceramic material.
Andere relevante Einsatzgebiete einer gattungsgemäßen Anordnung sind beispielsweise Anwendungen, in denen Frequenzumrichter zum Einsatz kommen. Auch hier kann es erforderlich sein, eine entsprechende Isolation vorzusehen. Other relevant fields of application of a generic arrangement are, for example, applications in which frequency converters are used. Again, it may be necessary to provide appropriate isolation.
Nachteilig ist, dass die erforderlichen Maßnahmen mitunter relativ hohe Kosten verursachen. The disadvantage is that the necessary measures sometimes cause relatively high costs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Maschinenanordnung der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, bei der bei gegebener guter Isolationseigenschaft eine einfache Herstellung und eine kostengünstige Realisierung der Maschinenanordnung möglich ist. Des weiteren soll eine hohe mechanische Stabilität der Anordnung und insbesondere des Isolators möglich sein. The invention has for its object to propose a machine assembly of the generic type, in which, given a good insulation property, a simple production and a cost-effective implementation of the machine arrangement is possible. Furthermore, a high mechanical stability of the arrangement and in particular of the insulator should be possible.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus einem Material besteht, das bei Raumtemperatur (T = 20°C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen kann. Hierbei ist insbesondere an Beton, speziell an Mineralguss, gedacht. The solution of this object by the invention is characterized in that the insulator at least partially, preferably completely, consists of a material which at room temperature (T = 20 ° C) may have a pourable consistency. This is especially intended for concrete, especially mineral cast.
Das zum Einsatz kommende Material besteht bevorzugt aus Füllstoffen und Binder und gegebenenfalls aus Additiven. Dabei weist der Füllstoff vorzugsweise einen Gewichtsanteil zwischen 80 % und 95 % auf, wobei der Binder vorzugsweise einen Gewichtsanteil zwischen 5 % und 20 % aufweist. Alle Bestandteile des Material haben zusammen 100 Gew.-%. The material used is preferably made of fillers and binders and optionally of additives. In this case, the filler preferably has a weight fraction between 80% and 95%, wherein the binder preferably has a weight fraction between 5% and 20%. All components of the material together have 100% by weight.
Der Binder kann aus einem Harz und einem Härter bestehen. Das Harz ist dabei bevorzugt ein Epoxydharz (mit Epoxid- und Hydroxylgruppen); bewährt haben sich auch Phenolharze, ungesättigte Polyesterharze, Silikonharze, Polyurethan-Gießharze und Melamin/Formaldehyd-Harze. Der Härter kann ein aminischer Härter sein. Die Aushärtung der Harze kann kalt oder warm erfolgen.The binder can consist of a resin and a hardener. The resin is preferably an epoxy resin (with epoxy and hydroxyl groups); Phenol resins, unsaturated polyester resins, silicone resins, polyurethane casting resins and melamine / formaldehyde resins have also proven successful. The hardener can be an amine hardener. The curing of the resins can be cold or warm.
Der Füllstoff kann aus organischem Material bestehen, wobei in diesem Falle besonders an Holz, Lignin, Graphit, Bambusfasern, Kokosfasern, Baumwollfasern, Kunststofffasern, Fließ, Sisal, Hanf, Flachs und/oder geschäumten Kunststoff (insbesondere Polystyrol) gedacht ist. Der Füllstoff kann aber auch aus anorganischem Material bestehen, insbesondere aus Marmor, Granit, Basalt, Kalkstein, Glas, Keramik, Lavastein, Zeolith, Blähbeton, Feinsteinzeug, gebrannter Keramik, Sand, insbesondere Quarzsand, und/oder Ton. The filler may consist of organic material, in which case particularly wood, lignin, graphite, bamboo fibers, coconut fibers, cotton fibers, plastic fibers, flow, sisal, hemp, flax and / or foamed plastic (in particular polystyrene) is intended. The filler may also consist of inorganic material, in particular of marble, granite, basalt, limestone, glass, ceramics, lava stone, zeolite, expanded concrete, porcelain stoneware, fired ceramics, sand, especially quartz sand, and / or clay.
Der Füllstoff kann eine kugelförmige oder mehreckige Formung aufweisen. Hierbei können Kugeln, Hohlkugeln und mehreckige Strukturen vorgesehen werden. Die Partikel, aus denen der Füllstoff besteht, können massiv oder hohl sein.The filler may have a spherical or polygonal shape. Here, balls, hollow spheres and polygonal structures can be provided. The particles that make up the filler can be solid or hollow.
Die Füllstoffe können geordnet oder ungeordnet, d. h. gerichtet oder nicht gerichtet, eingebracht werden.The fillers may be ordered or disordered, d. H. directed or not directed introduced.
Vorzugsweise sind dem Material Verstärkungsfasern beigegeben, wobei die Verstärkungsfasern aus Kokosmaterial, Baumwollmaterial oder Glas bestehen können, um die Druckfestigkeit des Bauteils zu erhöhen. Solche Verstärkungsfasern können auch als Matten, Körbe und ähnliche Elemente ausgeführt sein, wie sie auch bei normalem Beton verwendet werden.Preferably, the reinforcing fibers are added to the material, wherein the reinforcing fibers of coconut material, cotton material or glass can be made to increase the compressive strength of the component. Such reinforcing fibers may also be embodied as mats, baskets and similar elements as are used in normal concrete.
In das Material kann auch ein Gewebe eingelagert sein. Das Gewebe kann dabei gestrickt, gehäkelt, gewebt oder gewickelt sein. Es können kurze und lange Fasern vorgesehen werden. Damit ist generell eine geordnete Struktur herstellbar. Als weitere Möglichkeit sei das Einbringen sog. Nanotubes genannt.A fabric can also be incorporated in the material. The fabric can be knitted, crocheted, woven or wound. Short and long fibers can be provided. This generally produces an ordered structure. Another option is to introduce so-called nanotubes.
Aber auch ungeordnete Strukturen können realisiert werden, indem Späne, los beigemischte Fasern bzw. Partikel aus den oben genannten Materialien eingemischt werden. But even disordered structures can be realized by shaving chips, loosely mixed fibers or particles are mixed in from the above materials.
Das Material weist bevorzugt eine Leitfähigkeit von weniger als 10–6 S/m (Siemens pro Meter), besonders bevorzugt von weniger als 10–8 S/m, auf.The material preferably has a conductivity of less than 10 -6 S / m (Siemens per meter), more preferably less than 10 -8 S / m.
Neben der Leitfähigkeit kann auch der elektrische Widerstand von Bedeutung sein. Daher sieht die Erfindung weiterbildungsgemäß vor, dass das Material derartig gewählt und/oder ausgebildet ist, dass beim Anlegen einer Gleichspannung von 1.000 V ein Widerstand von mindestens 10 MΩ gegeben ist, bevorzugt von mindestens 50 MΩ.In addition to the conductivity and the electrical resistance can be important. Therefore, the invention provides further development that the Material is selected and / or formed such that when applying a DC voltage of 1000 V, a resistance of at least 10 MΩ is given, preferably of at least 50 MΩ.
Der Isolator weist bevorzugt eine hohlzylindrische Gestalt auf. The insulator preferably has a hollow cylindrical shape.
Eines der Maschinenteile ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ein Wälzlager. Das andere Maschinenteil ist in diesem Falle insbesondere ein Lagerträger. One of the machine parts is according to a preferred embodiment of the invention, a rolling bearing. The other machine part is in this case, in particular, a bearing carrier.
Eine weitere Fortbildung sieht vor, dass in dem Isolator zumindest ein Kanal angeordnet ist, der zum Durchleiten eines Schmiermittels und/oder eines Temperierfluids ausgebildet ist. Es können also integrierte Kühl- und Schmierkanäle im Isolator angeordnet sein.A further development provides that in the insulator at least one channel is arranged, which is designed for passing a lubricant and / or a tempering fluid. It can therefore be arranged integrated cooling and lubrication channels in the insulator.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass in dem Isolator zumindest ein Hohlraum angeordnet ist, in dem ein das Schwingungsverhalten des Isolators beeinflussendes Element angeordnet ist, insbesondere Sand, oder mindestens eine Metallkugel oder ein aktiv angesteuertes Dämpfungselement. Die genannten Bauteile sind in diesem Falle also mit Schwingungsreduzierungsmaßnahmen versehen, wobei in den genannten Hohlräumen passive oder aktive Schwingungsreduzierungselemente angeordnet sind.Furthermore, it can be provided that at least one cavity is arranged in the insulator, in which an element influencing the vibration behavior of the insulator is arranged, in particular sand, or at least one metal ball or an actively actuated damping element. The components mentioned are thus provided in this case with vibration reduction measures, wherein passive or active vibration reduction elements are arranged in said cavities.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung werden somit elektrische Isolationselemente in kostengünstiger Weise bereitgestellt.With the proposed embodiment thus electrical insulation elements are provided in a cost effective manner.
Beton ist ein Gemisch aus Zement, Gesteinskörnung und Anmachwasser; gegebenenfalls sind auch Betonzusatzstoffe und Betonzusatzmittel enthalten. Der Zement dient als Bindemittel, um die anderen Bestandteile zusammenzuhalten. Die Festigkeit des Betons entsteht durch Auskristallisierung der Klinkerbestandteile des Zements unter Wasseraufnahme. Concrete is a mixture of cement, aggregate and mixing water; where appropriate, concrete admixtures and concrete admixtures are also included. The cement serves as a binder to hold the other ingredients together. The strength of the concrete is created by crystallization of the clinker constituents of the cement under water absorption.
Dem Beton können Fasern aus Kunststoff oder Glas zugesetzt werden, um Faserbeton zu erhalten.Plastic or glass fibers may be added to the concrete to obtain fiber concrete.
Mineralguss (auch Polymerbeton genannt) enthält im Unterschied zu normalem Beton ein Polymer, also ein Kunststoffmaterial, als Bindemittel, das die Gesteinskörnung zusammenhält. Zement wird im Mineralguss, falls überhaupt, nur als Füllstoff eingesetzt und übernimmt keine Bindewirkung. Die am weitesten verbreitete Polymermatrix für Mineralguss ist ungesättigtes Polyesterharz. Mineral casting (also called polymer concrete) contains, in contrast to normal concrete, a polymer, ie a plastic material, as a binder that holds the aggregate together. Cement is used in mineral casting, if at all, only as a filler and takes no binding effect. The most widely used polymer matrix for mineral casting is unsaturated polyester resin.
Mineralguss hat in seinem Anwendungsbereich deutlich bessere mechanische und chemische Eigenschaften als Zement-Beton. Die Gelierzeit dieser Harze kann durch die Menge der verwendeten Katalysatoren und Härter eingestellt werden. Bevorzugt kommt als Polymer, also als Bindemittel, Epoxydharz zum Einsatz, um ein gutes schwingungsdämpfendes Verhalten zu generieren.Mineral casting has significantly better mechanical and chemical properties than cement concrete in its field of application. The gelling time of these resins can be adjusted by the amount of catalysts and hardeners used. Epoxy resin is preferably used as the polymer, ie as a binder, in order to generate a good vibration-damping behavior.
In vorteilhafter Weise ergibt sich so folgendes:
Das Isolationselement ist sehr druckresistent und dennoch relativ leicht, da die Dichte von Mineralguss nur bei ca. einem Drittel derjenigen von Stahl liegt. Advantageously, the following results:
The insulating element is very resistant to pressure and yet relatively light, because the density of mineral casting is only about one third of that of steel.
Das Gießen bietet konzeptionsbedingt eine größere Formvielfalt als andere Fertigungsverfahren und eröffnet so andere Konstruktionswege und -lösungen. Somit ist ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit möglich, was die geometrische Ausgestaltung des Isolators anbelangt. Due to its design, casting offers a greater variety of shapes than other manufacturing processes, opening up new design paths and solutions. Thus, a high degree of design freedom is possible, as far as the geometric design of the insulator.
Das vorgeschlagene Material weist des weiteren eine hohe Steifigkeit auf, so dass Kräfte bei geringen Verformungen aufgenommen werden können. The proposed material further has a high rigidity, so that forces can be absorbed at low deformations.
Somit ist eine kostengünstige Herstellung der vorgeschlagenen Isolationselemente möglich. Dies gilt nicht nur mit Blick auf das Material selber, das sehr viel günstiger ist als beispielsweise Stahl, sondern auch mit Blick auf die Herstellung der Teile, die in einfacher Weise durch Urformen gestaltet werden können; eine aufwändige mechanische Bearbeitung ist demgemäß zumindest über Strecken hinweg vermeidbar.Thus, a cost-effective production of the proposed insulation elements is possible. This is true not only with regard to the material itself, which is much cheaper than, for example, steel, but also with regard to the manufacture of the parts which can be easily shaped by prototyping; a complex mechanical processing is accordingly avoidable, at least over distances.
Generell können alle Materialien für die Umsetzung der vorgeschlagenen Idee zum Einsatz kommen, die „kalt“ gegossen werden können, d. h. Materialien, die bei Raumtemperatur (20 °C) eine gießfähige Konsistenz aufweisen können.In general, all materials can be used for the implementation of the proposed idea, which can be poured "cold", d. H. Materials that can have a pourable consistency at room temperature (20 ° C).
Die Erfindung schafft also druckresistente und kostengünstige Isolatoren aus Mineralguss für den Einsatz als elektrische Isolierung von Maschinen. The invention thus provides pressure-resistant and cost-effective mineral cast insulators for use as electrical insulation of machines.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die einzige Figur zeigt in einer Seitenansicht eine Maschinenanordnung mit Lagerträger und Wälzlager. In the drawing, an embodiment of the invention is shown. The single FIGURE shows a side view of a machine assembly with bearing carrier and roller bearings.
In der Figur ist eine Maschinenanordnung
Wesentlich ist, dass zwischen dem ersten Maschinenteil
Erfindungsgemäß besteht der Isolator
Demgemäß ist vorliegend der Isolator als hülsenförmiges, d. h. hohlzylindrisches Formteil ausgebildet, das den Lageraußenring
Vorstellbar ist auch, dass einer der Lagerringe selber aus dem Material B gefertigt wird, womit der angestrebte Effekt erreicht werden kann.It is also conceivable that one of the bearing rings itself is made of the material B, whereby the desired effect can be achieved.
Je nach Anwendungsfall kann die Formung des Isolators
Die Dicke bzw. Wandstärke des Isolators
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Maschinenanordnung engine assembly
- 22
- erstes Maschinenteil first machine part
- 33
- zweites Maschinenteil second machine part
- 44
- Isolator insulator
- 55
- Lageraußenring Bearing outer ring
- 66
- Lagerinnenring Bearing inner ring
- 77
- Wälzkörper rolling elements
- 88th
- Welle wave
- BB
- Material (Mineralguss / Polymerbeton) Material (mineral casting / polymer concrete)
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