DE102015117512A1

DE102015117512A1 - Gleitlager

Info

Publication number: DE102015117512A1
Application number: DE102015117512.6A
Authority: DE
Inventors: Martin Müller-Brodmann; Stefan Henss
Original assignee: Federal Mogul Deva GmbH
Current assignee: Federal Mogul Deva GmbH
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-10-16
Also published as: DE102015117512B4; WO2017063807A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gleitlager 2 mit einem Lagerelement aus einem elektrisch isolierenden Material, wobei in dem Lagerelement mindestens ein Einlegelement 12, 14, 16 aus einem elektrisch leitfähigen Material eingebracht ist, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen mindestens einem Bereich einer Gleitfläche 6 des Lagerelements und mindestens einem Bereich einer Trägerfläche 10 des Lagerelements gebildet wird.

Description

Die Erfindung betrifft Gleitlager und insbesondere Gleitlager aus isolierendem Material mit elektrisch leitfähigen Einlegelementen.
Stand der Technik
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 1900950 A2 ist bereits ein Kunststoffgleitlager bekannt, das durch seinen Aufbau als elektrischer Isolator wirkt. Die nachstehend beschriebene vorliegende Erfindung kann beispielsweise bei derartigen Lagern eingesetzt werden.
Zusammenfassung
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Geleitlager bereitgestellt, das ein Lagerelement aus einem elektrisch isolierenden Material umfasst, wobei in dem Lagerelement mindestens ein Einlegeelement aus einem elektrisch leitfähigen Material eingebracht ist, sodass eine elektrisch leitfähige Verbindung aus mindestens einem Bereich einer Gleitfläche des Lagerelements und mindestens einem Teil einer Befestigungsfläche des Lagerelements gebildet wird.
In einer Basisversion umfasst das Lager lediglich ein Element aus dem Lagermaterial selbst, das besondere Gleiteigenschaften aufweist. Das Lagerelement aus einem elektrisch isolierenden Material würde ein Lagergehäuse und eine Welle aus jeweils elektrisch leitfähigen Materialien voneinander isolieren. Durch das Einlageelement aus einem elektrisch leitfähigen Material kann eine elektrische Verbindung zwischen einem elektrisch leitfähigen Material erzeugt werden. Herkömmlicherweise würde hier ein getrennter Schleifkontakt oder ein Lager aus Metall eingesetzt werden. Durch das Einlageelement aus einem elektrisch leitfähigen Material kann hier die Notwendigkeit eines gesonderten Schleifkontakts entfallen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei einer Kombination von elektrisch leitenden und elektrisch isolierenden Gleitlagern eine Stromübertragung zwischen gelagerten und ungelagerten Elementen möglich ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Lagerelement hülsenförmig ausgeführt. Eine Gleitfläche ist dabei bevorzugt als eine Innenfläche des Lagerelements ausgeführt und die Befestigungsfläche ist bevorzugt eine Außenfläche des Lagerelements. Damit wird ein klassisches Gleitlager zur Lagerung einer Achse oder einer Welle beschrieben. In einer Grundform umfasst das Gleitlager lediglich das Material, das auch die Gleitfläche bildet.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gleitfläche des Lagerelements mit einer Gleitschicht versehen. Die Gleitschicht umfasst dabei ein Material, das ebenfalls nicht leitend ist. Diese Ausführung kann ebenfalls so verstanden werden, dass das Gleitlager eine Schicht umfasst, die keine Gleitschicht bildet, sondern die Gleitschicht stabil trägt bzw. stützt.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers umfasst die Gleitschicht ein elektrisch leitfähiges Material. Diese Ausführung ist darauf gerichtet, dass die Gleitschicht ein gesondertes Element umfasst, das leitfähig ist. Diese Ausführung ist nicht darauf gerichtet, dass die gesamte Leitschicht einheitlich aus einem leitfähigen Stoff gebildet ist. Diese Ausführung ist auf eine Gleitschicht gerichtet, in die elektrisch leitfähige Materialien eingebracht wurden, um eine an sich nicht leitfähige Gleitschicht wie PTFE mit einer Leitfähigkeit zu versehen.
Es ist insbesondere vorgesehen, zusätzlich zu einer elektrischen Leitfähigkeit eine Wärmeleitfähigkeit zu erreichen, um beispielsweise erhöhte Temperaturen, die z. B. aufgrund von Gleitreibung auftreten können, über das Lager an eine eventuell gekühlte Lagerhalterung abführen zu können.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das Lagerelement mit mindestens einer Ausnehmung versehen, in der das mindestens eine Einlegelement aufgenommen ist. Diese Ausführungsform betrifft ein Gleitlager, in das Öffnungen eingebracht oder eingearbeitet wurden, die die jeweiligen Einlege bzw. Einlegelemente aus einem elektrisch leitfähigen Material aufnehmen. Es ist vorgesehen, die Einlegelemente direkt bei der Herstellung des Gleitlagers einzuarbeiten oder in Öffnungen einzusetzen, die bei der Herstellung des Gleitlagers freigelassen oder hineingebohrt bzw. gefräst bzw. geschnitten wurden.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das Lagerelement mit mehreren kreisförmigen Ausnehmungen versehen. Im Querschnitt kreisförmige Ausnehmungen bzw. Öffnungen können besonders einfach durch Bohren hergestellt werden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Ausnehmungen über den Umfang des Lagerelements hinweg gleichmäßig auf einem Umfangskreis angeordnet. Die Bohrungen erstrecken sich bei dieser Ausführung radial und auf einer Kreislinie, die senkrecht zu einer Rotationssymmetrieachse des hülsenförmigen Lagers liegt.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das mindestens eine Einlegelement so bemessen, dass es eingesetzt über die Gleitfläche des Lagerelements herausragt. Das mindestens eine Einlegelement kann ebenfalls so bemessen sein, dass es eingesetzt über die Befestigungsfläche des Lagerelements herausragt. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das mindestens eine Einlegelement so bemessen, dass es eingesetzt über die Gleitfläche des Lagerelements herausragt. Dadurch kann das mindestens eine Einlegelement permanent mit der Welle bzw. Achse und der Halterung des Gleitlagers in Kontakt stehen und einen elektrischen Kontakt sicherstellen. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das mindestens eine Einlegelement so ausgeführt, dass es elastisch verformbar ist und so bei dem Betrieb des Gleitlagers gegen die Gleitfläche bzw. das gelagerte Element und die Halterung des Lagers drücken kann, um einen elektrischen Kontakt zwischen diesen Elementen sicherzustellen.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleitlagers ist das mindestens eine Einlegelement aus Graphit gebildet. Graphit hat den Vorteil, dass es einen recht guten elektrischen Leiter darstellt und gleichzeitig als Feststoffschmiermittel dient. Bei Graphit kann davon ausgegangen werden, dass ein eventuell entstehender Abrieb die Funktionsfähigkeit des Lagers nicht nachteilig beeinflussen wird.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gleitschicht aus Faserverbundmaterial gefertigt. Dabei bezieht sich die vorliegende Erfindung insbesondere auf Gleitlager, wie sie in der vorstehend genannten europäischen Patentanmeldung EP 1900950 A2 offenbart sind. Dabei sind Festschmierstoffgefüllte Faserverstärkte Epoxidharzgleitschichten bevorzugt. In bevorzugten Ausführungen werden die Festschmierstoffgefüllte Faserverstärkte Epoxidharzgleitschichten durch eine glasfaserverstärkte Tragschicht gestützt.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das elektrisch isolierende Material ein Faserverbundmaterial oder ist aus einem Faserverbundmaterial hergestellt. Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Trägerschicht, die die Gleitschicht mechanisch stabilisiert, aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt. Die Trägerschicht aus einem Faserverbundmaterial bildet dabei die Befestigungsfläche, mit der das Lager in einem Lagerträger befestigt bzw. angebracht werden kann. Damit betrifft die vorliegende Erfindung in einer Ausführung ein Kunststoffgleitlager mit einem Faserverbundträger und einer Faserverbund-Gleitschicht, das eine elektrische Verbindung zwischen Lagerträger und gelagertem Elemente ermöglicht.
Bei einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Einlegelement in den Faserverbundwerkstoff eingewickelt. Das Einlegeelement kann hier als Draht ausgeführt sein, der zusammen mit den Fasern des Faserverbundwerkstoffs bei dessen Herstellung mit eingewickelt wird, oder kann als ein Pfosten ausgeführt sein, der beim Wickeln des Faserverbundwerkstoffs seitlich umwickelt wird. Um zu vermeiden, dass ein Loch in die Gleitschicht aus Faserverbundwerkstoff gebohrt werden muss, können bei deren Herstellung auch gleich Löcher freigelassen werden. Es ist ebenfalls möglich, die elektrisch leitfähigen Einlegeelemente direkt beim Herstellen des Faserverbundwerkstoffs mit einzuwickeln. So können im Querschnitt rautenförmige Einlegelemente in Form eines Pfostens in ein Faserverbundwerkstück eingelegt und eingewickelt werden, wenn die Filamente des Faserverbundwerkstoffs gekreuzt gewickelt werden, wobei die Einlegelemente jeweils zwischen den Fasern liegen. Bei einer Kreuzwicklung können im Querschnitt rautenförmige Einlegeelemente relativ einfach eingewickelt werden. Bei einer gekreuzten Wicklung wird eine ungerade Anzahl von Einlegeelementen bevorzugt. Wenn eine ungerade Anzahl von Einlegeelementen verwendet wird, die jeweils abwechselnd links und rechts umfahren werden, liegen die Faserbündel automatisch nach zwei Umläufen wieder übereinander. Dies kann mit jeweils zwei weiteren Faserbündeln kombiniert werden, die neben den Einlegeelementen in Umfangsrichtung bzw. parallel verlaufen. Aus einer solchen Kombination kann man eine Faserumwicklung schaffen, die überall im Wesentlichen eine gleichmäßige Stärke aufweist.
Bei einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Einlegelement mindestens einen Draht aus leitfähigem Material, der in dem Faserverbundwerkstoff eingebettet ist. Dies beschreibt eine andere Möglichkeit, ein Einlegeelemente in das Kunststoffgleitlager einzubringen. Hierbei wird ein sehr leifähiges Material wie Kupfer oder ein Draht aus Lagerbronze oder ein Kohlefaserbündel in den Faserverbundwerkstoff eingelegt. Dabei sollte darauf geachtet werden, dass der leitfähige Draht auch in direktem Kontakt mit der Glutfläche steht, um einen elektrischen Kontakt zu dem gelagerten Element zu ermöglichen. Hier sollte der Draht eine gegenüber den restlichen Materialien des Gleitlagers leicht erhöhte Festigkeit aufweisen, um auch bei einem Verschleiß eine gute elektrische Verbindung zu dem gelagerten Element aufrechterhalten zu können. Vorzugsweise wird der Draht zuerst mit in die Gleitschicht eingewickelt, wobei ein Rest des Drahtes nach außen geführt wird. In einem zweiten Schritt kann dieser Draht ebenfalls in einen Faserverbundwerkstoff der Trägerschicht eingearbeitet werden, wobei hier ebenfalls darauf zu achten ist, dass nach außen ein Kontakt besteht. Der Draht kann entweder außen an dem Lager herausgeführt werden, um direkt mit einem zugehörigen Kontakt versehen zu werden, oder er kann außen an der Trägerschicht herausgeführt werden, um direkt mit einem Lagerträger bzw. Lagergehäuse in elektrischem Kontakt zu stehen.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Draht aus leitfähigem Material sowohl in dem elektrisch isolierenden Material als auch in die Gleitschicht aus Faserverbundmaterial eingewickelt. Dabei kann ein einzelner durchgehender Draht verwendet werden, der in beiden Elementen, d. h. der Trägerschicht sowie der Gleitschicht, eingelegt ist um insgesamt eine einzelne durchgehende Verbindung zwischen der Gleitfläche und der Trägerfläche zu erzeugen. Im Vergleich zu einer Lösung mit Pfosten mit relativ großem Durchmesser und großer Dicke sollte hier ein Material mit einer höheren Leitfähigkeit als Graphit verwendet werden, wie Kupfer oder Silber, um auch bei geringeren Querschnitten und einer größeren Länge des Leiters noch eine ausreichende Leitfähigkeit zur Verfügung stellen zu können. Zusätzlich zu bzw. anstelle von Graphit kann ebenfalls Molybdändisulfit in den pfostenförmigen Einlegelementen eingesetzt werden. In dem Graphit und/oder Molybdändisulfid können auch feinst verteilte Weichmetalle z. B. Aluminium, Kupfer, Blei, Silber, Keramikpartikel oder Kunststoffe wie z. B. PTFE (Teflon) in den pfostenförmigen Einlegelementen eingesetzt werden.
Bei einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das mindestens eine Einlegelement aus einem elektrisch leitfähigen Material in das elektrisch isolierende Material oder die Gleitschicht eingewickelt. Hier erstreckt sich das Einlegelement aus einem elektrisch leitfähigen Material jeweils nur in der Trägerschicht oder der Gleitschicht. Diese Ausführung ist darauf gerichtet, dass lediglich die Trägerschicht oder die Gleitschicht mit einem Draht versehen ist, der der jeweiligen Schicht eine elektrische Leitfähigkeit verleiht, während die andere Schicht jeweils nicht elektrisch leitend ist. Die elektrische Verbindung zwischen dem Lagergehäuse und dem gelagerten Element wird hierbei durch ein zweites Einlegeelement erreicht, das sich jeweils nur durch die Trägerschicht oder die Gleitschicht erstreckt und die elektrische Verbindung vollendet. Hier kann beispielsweise ein Graphitpfosten in der Trägerschicht oder der Gleitschicht eingesetzt werden, der mit dem in das jeweils andere Element eingelegten Draht in Verbindung steht und so die elektrische Verbindung vervollständigt. Diese Ausführung ist auf eine gemischte Lösung gerichtet, bei dem zwei verschiedene Einlegeelemente verwendet werden, um entweder eine ununterbrochene Gleitschicht oder eine ununterbrochene Trägerschicht zu erreichen. Hier kann je nach Anwendung das passende Einlegelement für das Lagergehäuse und/oder für das gelagerte Element gewählt werden. Es können so auch elektrische Verbindungen erreicht werden, wenn das Lagergehäuse und/oder das gelagerte Element nicht mit Pfosten- bzw. Drahtelementen kompatibel sind.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das Gleitlager ein hülsenförmiges Gleitlager, das 3 bis 24, bevorzugt 4 bis 18, weiter bevorzugt 6 bis 12, und noch weiter bevorzugt 8 bis 10 Einlegelementen aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist. Die Einlegelemente sind auf einem Kreis angeordnet. Die Einlegelemente sind bevorzugt äquidistant angeordnet und liegen weiter bevorzugt auf einem Kreis in der Mittel der Axiallänge der Gleitschicht. Diese Anordnung ist gewählt, da die elektrisch leitfähigen Einlegelemente eine geringere Gleit- bzw. Lagerfähigkeit aufweisen als das Material der Gleitschicht. Die Einlegelemente sind damit in einem Bereich mit einer zu erwartenden geringsten Beanspruchung angeordnet.
Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gleitschicht elektrisch leitfähig und die Einlegelemente befinden sich in Öffnungen, die sich in Radialrichtung durch das Lagerelement bis zur Gleitschicht erstrecken. Die Öffnungen erstrecken sich jedoch nicht bis zu einer Gleitfläche der Gleitschicht. Bei dieser Ausführung wurde die Leitfähigkeit der Gleitschicht durch einen eingelegten leitfähigen Draht erreicht. Die Pfosten stellen hierbei lediglich die Verbindung zwischen den leitfähigen Elementen in der Gleitschicht zu dem Lagergehäuse bereit. Es ist hier besonders einfach, die Löcher von außen in die Trägerschicht und so weit in die Gleitschicht zu bohren bzw. zu fräsen, um einen elektrischen Kontakt herzustellen.
Bei noch einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gleitschicht nicht elektrisch leitfähig und die pfostenförmigen Einlegeelemente befinden sich in Öffnungen, die sich in Radialrichtung durch die Gleitschicht erstrecken. Die Öffnungen und die pfostenförmigen Einlegeelemente erstrecken sich jedoch nicht bis zu einer Trägerfläche der Trägerschicht. Diese Ausführung ist vor allem für Pfosten gedacht, die sich nur im Bereich der Lauffläche erstrecken. Bevorzugt sind derartige Pfosten aus Graphit gefertigt. Die Gleitlager können, wenn sie in einem Lagergehäuse eingespannt werden, nicht die Pfosten aus einem Material wie Graphit zerstören, da diese durch die Trägerschicht geschützt sind.
Bei noch einer zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verlaufen die mehreren kreisförmigen Ausnehmungen parallel zueinander verlaufen. Dies ermöglicht die Nutzung der vorliegenden Erfindung bei Lager mit kleinen Durchmessern. Hier können die Pfosten auch parallel zueinander eingesetzt werden, was den Fertigungsaufwand erheblich verringert, da das Lager beim Bohren der Löcher bzw. Öffnungen nicht andauernd umgespannt werden muss.
Bei noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Gleitschicht eine Dicke zwischen 0,5 mm und 2 mm auf. Eine Wandstärke der Trägerschicht beträgt bevorzugt zwischen 4 und 10 mm. Die Einlegelemente weisen vorzugsweise einen Durchmesser zwischen 4 mm und 12 mm auf.
Bei noch einer weiteren zusätzlichen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weisen die Einlegelemente an der Trägerfläche einen Überstand von ca. 0,1 mm auf und/oder die Einlegelemente weisen an der Gleitfläche einen Überstand von ca. 0,3 mm auf. Dadurch kann ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen dem gelagerten Element und dem Lagergehäuse sichergestellt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beispielhaften Ausführungen verdeutlicht, die schematisch ein Wellenlager mit innen liegender Gleitfläche darstellen.
1 und 2 stellen eine grundlegende Ausführung eines erfindungsgemäßen leitfähigen Kunststofflagers dar.
3 und 4 zeigen eine weiterentwickelte Ausführung eines erfindungsgemäßen leitfähigen Kunststofflagers mit Gleitschicht und Trägerschicht.
5 bis 8 zeigen eine weiterentwickelte Ausführung eines erfindungsgemäßen leitfähigen Kunststofflagers mit Gleitschicht und Trägerschicht mit verschiedenen leitfähigen Einlegelementen.
9 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers aus einem Faserverbundmaterial, bei dem die Fasern um die Einlegelemente herum gelegt sind.
10 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers aus einem Faserverbundmaterial, bei dem die Einlegelemente einen Draht umfassen, der sowohl in der Gleitschicht als auch in der Trägerschicht eingelegt ist.
11 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers, bei dem parallel verlaufende Öffnungen bzw. parallel verlaufende Einlegelemente verwendet werden.
Sowohl in den Figuren als auch in der Beschreibung werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um auf gleiche oder ähnliche Elemente Bezug zu nehmen.
Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
1 zeigt ein einfaches Gleitlager 2 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Das Lager ist als Gleitlager 2 aus einem Stück einer Gleitschicht 4 mit einer Gleitfläche 6 und einer Befestigungs- bzw. Lagerfläche 10 aufgebaut. Die Oberfläche der Innenfläche dient als Gleitfläche 6. Das Lager 5 ist aus einem elektrisch isolierenden Material gefertigt. Hier und im Weiteren werden lediglich Beispiele eines zylindrischen bzw. hülsenförmigen Radiallagers verwendet, es sollte jedoch klar sein, dass sich die genannten Bauformen auch auf andere Lagerformen wie Axiallager, Kegellager, usw. anwenden lassen.
In diesem Beispiel sind über den Umfang des Lagerelements bzw. des Gleitlagers 2 hinweg in regelmäßigen Abständen Ausnehmungen eingebracht. Die Ausnehmungen sind hier in der Form von zylindrischen Durchgangslöchern von der Außenfläche bzw. Trägerfläche 8 bis zur Innenfläche, d. h. der Gleitfläche 6, ausgebildet. In diese Ausnehmungen wird dann ein elektrisch leitfähiges Material in der Form von pfostenförmigen Einlegelementen 12 eingebracht. Die Einlegelemente 12 können einstückig geformt und passgenau für die Ausnehmungen gefertigt sein. Vorzugsweise wird das Einlegelement 12 so lang gebildet, dass es nach dem Einsetzen über die Innenfläche bzw. Gleitfläche 6 und/oder die Außenfläche bzw. Trägerfläche 10 des Gleitlagers 2 hinaus vorsteht.
2 zeigt das Lager im Bereich der Einlegelemente im Querschnitt.
Das Material des Lagerelements bzw. der Gleitschicht 4 kann zunächst ein beliebiges isolierendes Material sein, beispielsweise ein keramischer Werkstoff oder ein Kunststoffmaterial. Bevorzugte Kunststoffmaterialien sind Polymere und insbesondere Faserverbundwerkstoffe, bei denen verstärkende Fasern in ein Polymermaterial eingebettet sind. Als Fasermaterial kommen beispielsweise Glasfasern in Frage.
Als mögliches Material für die elektrisch leitfähigen Einlegelemente 12 bietet sich Graphit an. Damit wird sowohl eine leitende Verbindung zwischen Innen- und Außenseite des Lagers erreicht als auch gleichzeitig ein schmierendes Material in das Lager eingebracht, das die Gleiteigenschaften des Gleitlagers 2 verbessern kann. Ebenso sind aber andere leitfähige Festschmierstoffe denkbar. Alternativ kann auch ein leitfähiges Material mit geringeren Schmiereigenschaften gewählt werden. Es ist auch denkbar, mehrere Materialien miteinander zu kombinieren, so dass beispielsweise ein Teil der Einlegelemente 14 aus Graphit gebildet ist und ein weiterer Teil aus anderen Materialien.
In dem Beispiel aus 1 sind mehrere Ausnehmungen und Einlegelemente gezeigt. Alternativ kann aber auch nur eine einzelne leitende Verbindung mit einer Ausnehmung eingebracht werden oder die Zahl der Einlegelemente vergrößert oder verringert werden.
Auch die Lage der Einlegelemente 14 ist nicht festgelegt. Während im gezeigten Beispiel eine regelmäßige Anordnung auf einem einzigen Umfangskreis gezeigt ist, könnten auch Ausnehmungen und entsprechende Einlegelemente auf mehreren Umfangskreisen, gleichmäßig über die Umfangsfläche verteilt oder unregelmäßig verteilt, eingebracht sein.
Durch einzelne Einlegelemente 14 können auch sehr spezielle Anforderungen erfüllt werden, beispielsweise Lagerelemente, die nur in einem bestimmten Bereich elektrisch leitfähig sind. So könnten die leitfähigen Einlegelemente auf eine Hälfte oder einen beliebigen anderen Abschnitt des Zylinderumfangs beschränkt werden. All diese Variationen können ebenso auf die folgenden Ausführungsformen angewandt werden.
Die Größe der Einlegelemente richtet sich dabei nach der gewünschten Leitfähigkeit, dem zur Verfügung stehenden Platz und die Materialeigenschaften des Materials der Einlegelemente.
2 zeigt einen Schnitt durch das Lager senkrecht zu einer Achse einer als gelagertes Element dienenden Welle 20. Der Schnitt verlauft durch die axiale Mitte des Lagers. Das Gleitlager umfasst nur eine Gleitschicht 4, die Löcher aufweist, in die in Radialrichtung Einlegelemente 14 eingebracht sind. Außen wird das Lager in einem Lagergehäuse 18, wie einem Lagerschild, gehalten. Hier umfasst das Lager lediglich eine Hülse aus einem gleitfähigen Material.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei 4 wiederum das Lager im Querschnitt im Bereich der Einlegelemente zeigt. Während die Ausnehmungen und Einlegelemente im Wesentlichen der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform entsprechen, ist das Lagerelement 2 hier aus zwei Schichten aufgebaut. Die innere Schicht bildet eine Gleitschicht 4 und die äußere Schicht bildet die Tragschicht 8, die dem Lager eine feste Montage- bzw. Trägerfläche 10 bereitstellt. Die Trägerfläche 10 ist in 4 in einem Lagergehäuse 18, wie beispielsweise einem Lagerschild, aufgenommen. Auf diese Weise können die Materialien des Lagers optimal an ihre Aufgaben angepasst werden. Vorzugsweise befindet sich außen eine Tragschicht 8 mit hoher Festigkeit und Beständigkeit, während innen eine Gleitschicht 4 auf eine Gleitfläche 6 mit entsprechenden tribologischen Eigenschaften aufgebracht ist. Wieder können eine oder beide Schichten aus einem Faserverbundwerkstoff oder generell einem Polymer aufgebaut sein. Neben Fasern können insbesondere in der Gleitschicht 4 Festschmierstoffe enthalten sein, um ein selbstschmierendes Lager zu erreichen. Die relativen Größenverhältnisse der Zeichnung sollen nur beispielhaft sein. Die Gleitschicht 4 kann wesentlich dünner als die Tragschicht ausgebildet sein.
In dieser zweischichtigen Ausführungsform sind ebenfalls Ausnehmungen und leitfähige Einlegelemente 12 gezeigt, wobei die Ausnehmungen wiederum durchgehend von der Außen- bzw. Trägerfläche 10 bis auf die Innen- bzw. Gleitfläche 6 des Lagerelements 2 führen. Wie im ersten Beispiel könnten die Einlegelemente aus Graphit oder einem anderen elektrisch leitfähigen Material bestehen.
5 und 6 zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform mit einem zweischichtigen Lagerelement. Der Aufbau des Lagerelements kann wie in dem Beispiel aus 3 sein, beispielsweise mit zwei verschiedenen Faserverbundwerkstoffen, also mit einer inneren Gleitschicht 4 und äußeren Tragschicht 8. Allerdings sind hier die Ausnehmungen nicht durchgehend bis zur Innenfläche ausgeführt, sondern nur durch die Tragschicht 8 hindurch bis an die Gleitschicht 4 oder in die Gleitschicht 4 hinein. Die Öffnungen enden hier auf jeden Fall unterhalb der Gleitfläche 6.
Um ebenfalls eine leitfähige Verbindung zwischen Innen- und Außenfläche des Lagerelements herzustellen, soll also in diesem Fall die innere Gleitschicht 4 des Lagerelements ebenfalls elektrisch leitfähig sein. Dies könnte beispielsweise durch Verwendung eines leitfähigen Materials für die Gleitschicht oder durch das Einbringen von leitfähigen Fasern 16 bzw. Drähten 16 in einen Faserwerkstoff erreicht werden. Hier sind lediglich die leitfähigen Drähte bzw. die drahtförmigen Einlegeelemente 16 dargestellt, die in der Gleitschicht 4 verlaufen. Auf diese Weise wird auch ein Aufbau möglich, bei dem eine Leitfähigkeit von der gesamten Innenfläche, aber nur zu gewünschten Bereichen auf der Außenfläche, erreicht wird. Beispielsweise könnten wieder Ausnehmungen nur in einem begrenzten Sektor der äußeren Umfangsfläche vorliegen. Die übrigen Bereiche der Außenfläche des Lagerelements bleiben dann durch das isolierende Material der Tragschicht elektrisch isoliert.
7 und 8 zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform mit einem zweischichtigen Lagerelement. Der Aufbau des Lagers ist im Wesentlichen umgekehrt zu dem Aufbau des Lagers der 5 und 6. Der Aufbau des Lagerelements kann wie in dem Beispiel aus 3 sein, beispielsweise mit zwei verschiedenen Faserverbundwerkstoffen, also mit einer inneren Gleitschicht 4 und äußeren Tragschicht 8. Allerdings sind hier die Ausnehmungen nicht durchgehend bis zur Außen- bzw. Trägerfläche 10 ausgeführt, sondern nur durch die Gleitschicht 4 hindurch bis an die Trägerschicht 8 oder in die Trägerschicht 8 hinein.
Um ebenfalls eine leitfähige Verbindung zwischen der Gleitfläche 6 und der Trägerfläche 10 des Lagerelements herzustellen, soll also in diesem Fall die Trägerschicht 8 des Lagerelements ebenfalls elektrisch leitfähig sein. Dies könnte beispielsweise durch Verwendung eines leitfähigen Materials für die Trägerschicht 8 oder durch das Einbringen von leitfähigen Fasern 16 bzw. Drähten 16 in einen Faserwerkstoff erreicht werden. Hier sind lediglich die leitfähigen Drähte bzw. die drahtförmigen Einlegeelemente 16 dargestellt, die in der Trägerschicht 8 verlaufen. Die Fasern des Faserverbundwerkstoffs wurden zur besseren Übersichtlichkeit in den 1–8 und 10 und 11 nicht dargestellt. Auf diese Weise wird ein Aufbau möglich, bei dem eine Leitfähigkeit von der gesamten Außen- bzw. Trägerfläche 10, aber nur in gewünschten Bereichen auf der Gleitfläche 6, erreicht wird. Beispielsweise könnten wieder Ausnehmungen nur in einem begrenzten Sektor der inneren Umfangsfläche vorliegen. Die übrigen Bereiche der Innen- bzw. Gleitfläche 6 des Lagerelements bleiben dann durch das isolierende Material der Gleitschicht 4 elektrisch isoliert.
9 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers aus einem Faserverbundmaterial, bei dem die Fasern um die Einlegelemente herum gelegt sind. In 9 werden rautenförmige Einlegelemente 14 verwendet. Diese rautenförmigen Einlegelemente werden von den Fasern eines Faserverbundwerkstoffs umschlossen. Bei einer Kreuzwicklung bzw. gekreuzten Wicklung können sich zwischen den Fasern rautenförmigen Bereiche ergeben, in denen rautenförmigen Einlegelemente 14 untergebracht werden können. Es ist ebenfalls vorgesehen, weitere Fasern in Umfangsrichtung einzulegen, die hier aber nicht dargestellt sind, um ein Übereinanderliegen der Fasern in den Kreuzungsbereichen auszugleichen. Die optional parallel in Umfangsrichtung verlaufenden Fasern wurden nicht dargestellt, um die Figur nicht unübersichtlicher zu machen. Ansonsten entspricht die Ausführung von 9 dem Gleitlager, das in den 3 und 4 dargestellt ist.
10 stellt eine Ausführungsform eines zweischichtigen Gleitlagers dar. Der Aufbau des Lagerelements umfasst zwei verschiedene Faserverbundwerkstoffe mit einer inneren Gleitschicht 4 und äußeren Tragschicht 8.
Um ebenfalls eine leitfähige Verbindung zwischen der Gleitfläche 6 und der Trägerfläche 10 des Lagerelements herzustellen, soll hier sowohl die innere Gleitschicht 4 des Lagerelements als auch die Trägerschicht 8 elektrisch leitfähig sein. Dies wird durch Verwendung der drahtförmigen Einlegelemente 16 erreicht, die sowohl in der Gleitschicht 4 als auch in der Trägerschicht 8 verlaufen. Idealerweise verlaufen die drahtförmigen Einlegeelemente 16 ohne Unterbrechung über eine Grenzlinie zwischen Gleit- und Trägerschicht. Auf diese Weise wird ein Aufbau möglich, bei dem eine Leitfähigkeit von der gesamten Innenfläche und der gesamten Trägerfläche erreicht wird. Die Bereiche der Gleit- oder der Trägerfläche, bei denen keine Drähte an der Oberfläche liegen bleiben, werden dann durch das isolierende Material der Gleit- oder Trägerschicht elektrisch isoliert.
11 zeigt eine Ausführung eines Gleitlagers, bei dem parallel verlaufende Öffnungen bzw. parallel verlaufende Einlegelemente verwendet werden. Die Ausführung der 11 entspricht im Wesentlichen der Ausführung der 3 und 4. Im Unterschied zu den 3 und 4 werden hier parallel verlaufende Öffnungen zum Unterbringen der Einlegelemente verwendet. Diese Ausführung kann schneller hergestellt werden, da es für das Bohren der Öffnungen nicht notwendig ist, das Lager zu drehen. Es ist ebenfalls möglich, alle Öffnungen an einer einzelnen Bohrstation gleichzeitig zu bohren. Durch den Einsatz von schräg geschnittenen Einlegelementen kann zudem der Verschnitt des Materials gering gehalten werden.
Während auch hier Graphit als Material für die Einlegelemente in Frage kommt, sind diesmal die Schmiereigenschaften weniger relevant, so dass auch andere leitfähige Materialien bevorzugt sein können.
Es ist ebenfalls vorgesehen, anders geformte Einlegelemente, wie streifenförmige Einlegelemente, zu verwenden.
Es ist ebenfalls beabsichtigt, andere Orte für die Einlagen zu wählen oder diese nur auf eine Hälfte bzw. einen bestimmten, sehr eingeschränkten Bereich zu begrenzen.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf andere Lagerelemente, wie Axiallager Kugelkopflager, Kragen/Bundgleitlager, nur Ring/Scheibe, Gleitplatten und dergleichen, anwendbar und soll nicht auf die dargestellten Ausführungen von Radiallagern eingeschränkt werden.
Für die Stopfen kommen prinzipiell alle Werkstoffe in Betracht, die eine elektrische Leitfähigkeit haben.
Bezugszeichenliste

2: Gleitlager
4: Gleitschicht
6: Gleitfläche
8: Trägerschicht
10: Trägerfläche
12: Einlegeelement, pfostenförmig
14: Einlegeelement, rautenförmig
16: Einlegelement, Drahtförmig
18: Lagergehäuse
20: gelagertes Element, Welle
22: Fasern eines Faserverbundmaterials

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1900950 A2 [0002, 0014]

Claims

Gleitlager (2), umfassend: ein Lagerelement aus einem elektrisch isolierenden Material, wobei in dem Lagerelement mindestens ein Einlegelement (12, 14, 16) aus einem elektrisch leitfähigen Material eingebracht ist, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen mindestens einem Bereich einer Gleitfläche (6) des Lagerelements und mindestens einem Bereich einer Trägerfläche (10) des Lagerelements gebildet wird.
Gleitlager (2) nach Anspruch 1, wobei das Lagerelement hülsenförmig ist, wobei die Gleitfläche (6) bevorzugt eine Innenfläche des Lagerelements bildet und wobei die Befestigungsfläche vorzugsweise eine Außenfläche des Lagerelements bildet.
Gleitlager (2) nach Anspruch 2, wobei die Gleitfläche (6) des Lagerelements mit einer Gleitschicht (4) versehen ist.
Gleitlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gleitschicht (4) ein elektrisch leitfähiges Material umfasst.
Gleitlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement mit mindestens einer Ausnehmung versehen ist, in der das mindestens eine Einlegelement (12, 14, 16) aufgenommen ist.
Gleitlager (2) nach Anspruch 5, wobei das Lagerelement mit mehreren kreisförmigen Ausnehmungen versehen ist.
Gleitlager (2) nach Anspruch 6, wobei die Ausnehmungen über den Umfang des Lagerelements hinweg gleichmäßig auf einem Umfangskreis angeordnet sind.
Gleitlager (2) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei das mindestens eine Einlegelement (12, 14, 16) so bemessen ist, dass es eingesetzt über die Gleitfläche (6) des Lagerelements herausragt.
Gleitlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Einlegelement (12, 14, 16) aus Graphit gebildet ist.
Gleitlager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Lagerelement zumindest teilweise aus einem Faserverbundwerkstoff gefertigt ist.
Gleitlager (2) nach Anspruch 10, wobei das Lagerelement aus einem elektrisch isolierenden Material und/oder die Gleitschicht (4) aus Faserverbundmaterial hergestellt sind.
Gleitlager (2) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Einlegelement (12, 14, 16) in den Faserverbundwerkstoff eingewickelt ist.
Gleitlager (2) nach Anspruch 10, 11 oder 12, wobei das Einlegelement (12, 14, 16) mindestens einen Draht aus leitfähigem Material umfasst, der in dem Faserverbundwerkstoff eingebettet ist.
Gleitlager (2) nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, wobei der Draht aus leitfähigem Material sowohl in dem elektrisch isolierenden Material als auch in die Gleitschicht (4) aus Faserverbundmaterial eingewickelt ist.
Gleitlager (2) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei das mindestens eine Einlegelement (12, 14, 16) aus einem elektrisch leitfähigen Material in das elektrisch isolierende Material und/oder die Gleitschicht (4) eingewickelt ist.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Gleitlager ein hülsenförmiges Gleitlager ist, das 3 bis 24, bevorzugt 4 bis 18, weiter bevorzugt 6 bis 12, und noch weiter bevorzugt 8 bis 10 Einlegelemente (12, 14, 16) aus einem elektrisch leitfähigen Material aufweist, die auf einem Kreis angeordnet sind.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleitschicht (4) elektrisch leitfähig ist und wobei sich die Einlegeelemente in Öffnungen befinden, die sich in Radialrichtung durch das Lagerelement bis zur Gleitschicht (4) erstrecken.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Gleitschicht (4) nicht elektrisch leitfähig ist und wobei sich die Einlegelemente in Öffnungen befinden, die sich in Radialrichtung durch die Gleitschicht (4) erstrecken.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mehreren kreisförmigen Ausnehmungen parallel zueinander verlaufen.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Dicke der Gleitschicht (4) zwischen 0,5 mm und 2 mm beträgt und/oder wobei die Wandstärke einer Trägerschicht (8) zwischen 4 mm und 10 mm beträgt und/oder wobei die Einlegelemente (12, 14) einen Durchmesser zwischen 4 mm und 12 mm aufweisen.
Gleitlager (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Einlegelemente (12, 14) an der Trägerfläche (10) einen Überstand von ca. 0,1 mm aufweisen und/oder wobei die Einlegelemente (12, 14) an der Gleitfläche (6) einen Überstand von ca. 0,3 mm aufweisen.