DE102016010926A1

DE102016010926A1 - Wellenerdungsring

Info

Publication number: DE102016010926A1
Application number: DE102016010926.2A
Authority: DE
Inventors: Roland Lenz; Wilhelm Wunder; Jochen Bantel; Andreas Paul; Matthias Palmer; André Werner
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2017-09-07
Also published as: EP3424134A1; JP2019509007A; WO2017148586A1; US20200295634A1; JP7033538B2; US11070114B2; DE202016009162U1; CN108886296A; CN108886296B

Abstract

Der Wellenerdungsring dient zur Ableitung induzierter Spannungen bzw. elektrischer Ladungen von einem ersten Maschinenelement, vorzugsweise einer Welle, in ein zweites Maschinenelement und hat ein ringförmiges, aus elektrisch leitendem Material bestehendes Gehäuse, das mit dem einen Maschinenelement leitend verbunden ist und mit wenigstens einem Ableitelement in elektrisch leitender Verbindung steht. Es besteht aus einem elektrisch leitenden Material und steht mit dem anderen Maschinenelement in elektrisch leitender Verbindung. Das Ableitelement ist ein zumindest über einen Teil seines Umfanges sich erstreckender scheibenförmiger Ableitkörper.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wellenerdungsring nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Zur Steuerung von elektrischen Antrieben kommen vermehrt Frequenzumrichter zum Einsatz. Sie induzieren jedoch in der Antriebswelle frequenzveränderliche Spannungen. Sie können unter anderem die Motorlager zerstören oder Probleme bezüglich EMV verursachen, wie z. B. unangenehme Störgeräusche im Radio. Die Wellenströme verursachen an den Laufflächen und den Lagerkugeln der Motorlager kleine Schmelzkrater, die dazu führen, dass die Lagerlauffläche mit der Zeit mit Vertiefungen durchsetzt ist und das Motorlager schließlich ausfällt.
Um die elektrischen Ladungen bzw. Spannungen von der Motorwelle abzuleiten, sind Wellenerdungsringe bekannt ( EP 1 872 463 B1 ), die als Ableitelemente Filamente aufweisen, die zwischen zwei Platten befestigt sind und radial nach innen über diese Platten vorstehen. Die Platten und die Filamente werden von einem ringförmigen Gehäuse aufgenommen, das elektrisch leitend mit einem geerdeten Gehäuse verbunden ist. Die Verwendung der leitfähigen Filamente erfordert eine aufwändige und dementsprechend teure Herstellung des Wellenerdungsringes. Im Einsatz besteht zudem die Gefahr, dass sich die Filamente lösen und zu einer Verunreinigung und ggf. zu Schäden des gesamten Systems bis hin zu einem Gesamtausfall des Systems führen. Problematisch ist auch ein Drehrichtungswechsel der Welle, da die Filamente die Drehrichtungsumkehr nur schwierig durch entsprechende Verstellung nachvollziehen können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Wellenerdungsring so auszubilden, dass er bei kostengünstiger und einfacher Herstellung eine zuverlässige Ableitung von elektrischen Ladungen bzw. elektrischen Spannungen vom ersten zum zweiten Maschinenelement gewährleistet.
Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Wellenerdungsring erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Beim erfindungsgemäßen Wellenerdungsring wird das Ableitelement nicht mehr aus einzelnen Filamenten gebildet, sondern durch den scheibenförmigen Ableitkörper. Unter scheibenförmiger Ausbildung ist nicht nur zu verstehen, dass der Ableitkörper einstückig ausgebildet sein muss, sondern auch aus mehreren größeren Abschnitten bestehen kann, die zur Bildung des Ableitkörpers in montiertem Zustand entweder aneinander liegen oder Abstand voneinander haben können. Außerdem wird unter einem scheibenförmigen Ableitkörper ein Bauteil verstanden, das nicht nur eine geringe Dicke aufweisen muss. Der Ableitkörper lässt sich einfach fertigen und einbauen. Da das Ableitelement nicht mehr durch eine Vielzahl von Filamenten gebildet wird, sondern durch zumindest einen Ableitkörper gebildet wird, können sich keine Einzelteile des Ableitelementes lösen. Darum tritt keine oder allenfalls nur sehr geringe, vernachlässigbare Verschmutzung durch den Wellenerdungsring beim Einsatz auf. Sollte der Wellenerdungsring zusammen mit einem Dichtungssystem eingesetzt werden, tritt nicht mehr das Problem auf, dass Abriebteilchen oder gelöste Teilchen des Ableitelementes zu einer Verschmutzung des Dichtungssystems führen, das durch diese Verschmutzungen unter Umständen sogar ausfallen könnte.
Vorteilhaft ist es, wenn der scheibenförmige Ableitkörper als Ableitelement ein in einer Radialebene des Wellenerdungsringes liegendes, elektrisch leitendes PTFE-Element ist, das vorteilhaft eine PTFE-Scheibe ist. Die elektrische Leitfähigkeit entsteht durch entsprechende elektrisch leitfähige Füllstoffe im PTFE. Ein solcher PTFE-Compound ist reibungsarm und verschleißarm. Das PTFE-Element ermöglicht einen vorteilhaften Flächenkontakt mit dem drehenden ersten Maschinenelement oder dem zweiten Maschinenelement. Mit dem PTFE-Element ist ein Drehrichtungswechsel des ersten Maschinenelementes problemlos möglich. Der dem PTFE-Element innewohnende Memoryeffekt hat den Vorteil, dass das PTFE-Element nach seiner Verformung versucht, in seine Ausgangsposition, also die Scheibenform, zurückzukehren. Dies hat den Vorteil, dass das PTFE-Element unter elastischer Verformung seines radial inneren Bereiches am ersten Maschinenelement oder seines radial äußeren Randbereiches am zweiten Maschinenelement anliegen kann, je nach Einbaulage des Wellenerdungsringes. Infolge des Memoryeffektes liegt das PTFE-Element mit entsprechender Rückstellkraft am ersten bzw. am zweiten Maschinenelement an. Dadurch ist stets eine zuverlässige Verbindung mit dem jeweiligen Maschinenelement gewährleistet, so dass die elektrische Ladung bzw. die induzierten Spannungen auf dem ersten Maschinenteil zuverlässig abgeleitet werden können.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass der elastisch gebogene Randbereich des Ableitelementes über seinen Umfang mit randoffenen Aussparungen, vorzugsweise Schlitzen, versehen ist. Sie werden in einer solchen Zahl und/oder Länge angebracht, dass einerseits die Rückstellkraft, mit der dieser Randbereich am ersten oder zweiten Maschinenelement anliegt, ausreichend hoch ist, damit genügend leitfähige Fläche des elektrisch leitfähigen Materials an dem Maschinenelement anliegt, andererseits jedoch so gering ist, dass die Reibung nur minimal ist.
Zur Verbesserung der Ableitung kann es vorteilhaft sein, wenn wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Ableitelemente zu einem Paket zusammengefasst sind. So können beispielsweise mehrere PTFE-Elemente, vorzugsweise PTFE-Scheiben, als bevorzugte Ableitelemente aneinander gesetzt werden.
In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn an einer Seite des Paketes von Ableitelementen ein Federelement anliegt, das zumindest etwa gleiche Form und Größe wie das Ableitelement hat. Das Federelement sorgt dafür, dass die Ableitelemente einwandfreien Kontakt mit dem ersten oder dem zweiten Maschinenelement haben.
Um eine einfache und zuverlässige Befestigung des Ableitelementes zu gewährleisten, kann es von Vorteil sein, wenn das Ableitelement über mehr als seine halbe radiale Breite zwischen einem Klemmelement und einem Grundkörper eingeklemmt ist, der aus elektrisch leitendem Material besteht.
Vorteilhaft ist der Grundkörper innerhalb des Gehäuses angeordnet und elektrisch leitend fest mit ihm verbunden. Dadurch kann die Ableitung der elektrischen Ladung bzw. Spannungen über das Ableitelement und den Grundkörper zum Gehäuse erfolgen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass im Gehäuse mindestens ein weiteres Ableitelement oder mindestens ein weiteres Paket von Ableitelementen angeordnet ist, wobei die Ableitelemente oder Pakete von Ableitelementen durch wenigstens eine Zwischenscheibe voneinander getrennt sind, die aus elektrisch leitendem Material besteht. In diese Falle hat der Wellenerdungsring zwei mit axialem Abstand voneinander liegende Ableitelemente bzw. Pakete von Ableitelementen, wodurch die Ableitung der schädlichen elektrischen Ladungen bzw. Spannungen vom ersten Maschinenteil verbessert werden kann.
Vorteilhaft ist es weiter, wenn das Klemmelement unter Federkraft am Ableitelement anliegt. Dadurch ist sichergestellt, dass das Klemmelement stets fest am Ableitelement anliegt und es sicher hält.
Bei einer bevorzugten und konstruktiv einfachen Ausführung ist der Grundkörper einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet.
Es ist aber auch möglich, dass der Grundkörper Teil einer Buchse ist, die aus elektrisch leitendem Material besteht und fest mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist. Ist dieses erste Maschinenteil in vorteilhafter Weise eine drehende Welle, sitzt die Buchse drehfest auf der Welle.
Vorteilhaft liegt das Ableitelement an der Buchse und am Gehäuse an. Dies ermöglicht eine sehr einfache Ausbildung des Wellenerdungsringes sowie eine zuverlässige Ableitung der elektrischen Ladungen bzw. Spannungen in das zweite Maschinenelement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt das Ableitelement mit seinem radial inneren Bereich auf einem konischen Abschnitt der Buchse auf.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Ableitelement in Richtung auf den konischen Abschnitt der Buchse kraftbelastet ist. Für die Kraftbelastung kann eine Druckfeder, wie eine Wellfeder, eingesetzt werden. Diese Kraftbeaufschlagung hat den Vorteil, dass bei einem eventuellen Verschleiß des Ableitelementes im Anlagebereich zur Buchse die Kraftbelastung dafür sorgt, dass das Ableitelement so weit axial verschoben wird, dass es mit seinem radial inneren Bereich in Kontakt mit dem konischen Abschnitt der Buchse kommt.
Bei einer vorteilhaften Ausbildung ist das Klemmelement, mit dem das Ableitelement verklemmt wird, mit Vorsprüngen versehen, mit denen das Klemmelement gegen das Ableitelement gedrückt wird. Dadurch kann verhindert werden, dass das Ableitelement durch das erste drehende Maschinenelement mitgedreht wird.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn das Klemmelement ein Klemmblech ist, das am Gehäuse befestigt wird, vorzugsweise durch Laserschweißen, wobei die Vorsprünge durch einen Prägevorgang gebildet werden können. Dies trägt zu einer einfachen und kostengünstigen Herstellung bei.
Als Material für die Ableitelemente ist elektrisch leitendes PTFE nur eines der möglichen kompakten Materialien genannt. Eine Beschränkung auf dieses Material ist dadurch aber nicht beabsichtigt. Es kommen für die Ableitelemente alle Materialien in Betracht, mit denen die Spannungen bzw. Ströme und elektrischen Ladungen abgeleitet werden können. Beispiele sind geeignete thermisch beständige, je nach Einsatzfall zusätzlich auch chemisch beständige Kunststoffe, wie z. B. Fluorthermoplaste oder Polyamide, mit elektrisch leitenden Füllstoffen, wie etwa Graphit, Kupferpartikeln und dgl. Weitere Beispiele sind elektrisch leitende Elastomere, wie z. B. Fluorkautschuk mit entsprechenden elektrisch leitfähigen Füllstoffen.
Weiter ist es möglich, Ableitelemente mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung kann auf das Ableitelement aufgebracht sein. Sie kann aber auch eine Folie sein. Die Beschichtung kann auch dazu dienen, die Reibung zu vermindern.
Es ist sogar möglich, das Ableitelement aus einem nicht leitfähigen Material herzustellen und dieses Material mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung zu versehen. Hierbei weist das Ableitelement in vorteilhafter Weise einen elastisch verformbaren scheibenförmigen Grundkörper auf, der aus nicht leitfähigem, aus schlecht leitfähigem oder aus leitfähigem Material bestehen kann. Der Grundkörper ist mit der Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Material versehen. Für den Grundkörper des Ableitelementes wird vorteilhaft Polyfluorcarbon, insbesondere Polytetrafluorethylen, eingesetzt.
Als vorteilhaftes elektrisch leitfähiges Material für die Beschichtung hat sich Silberlack herausgestellt. Er lässt sich einfach auf den Grundkörper aufbringen und weist einen sehr niedrigen spezifischen Widerstand auf.
Vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung den gesamten Grundkörper des Ableitelementes umhüllt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Grundkörper des Ableitelementes in dem Bereich, in dem das Ableitelement am Maschinenelement anliegt, mit Durchbrechungen versehen. Sie sind zumindest teilweise mit elektrisch leitfähigem Material gefüllt. Da die Durchbrechungen den Grundkörper des Ableitelementes durchsetzen, ist sichergestellt, dass auch bei einem entsprechenden Verschleiß des Grundkörpers an seiner Anlageseite am Maschinenelement dennoch eine zuverlässige Ableitung der induzierten Spannungen sichergestellt ist. Das elektrisch leitfähige Material in den Durchbrechungen stellt hierbei sicher, dass unabhängig vom Grad des Verschleißes des Grundkörpers die Spannungen abgeleitet werden können.
Das elektrisch leitfähige Material in den Durchbrechungen ist vorteilhaft zumindest mit derjenigen Beschichtung verbunden, die an der vom Maschinenelement abgewandten Seite des Grundkörpers vorgesehen ist. In diesem Falle muss die dem Maschinenelement zugewandte Seite des Grundkörpers nicht zwingend mit einer Beschichtung versehen sein. Durch das in den Durchbrechungen befindliche elektrisch leitfähige Material, das Kontakt mit dem entsprechenden Maschinenelement hat, wird erreicht, dass dieses Material in den Durchbrechungen die induzierten Spannungen in diejenige Beschichtung ableiten, die auf der vom Maschinenelement abgewandten Seite des Grundkörpers vorhanden ist.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Durchbrechungen mit dem elektrisch leitfähigen Material auch vorgesehen, wenn die mit dem Maschinenelement in Kontakt kommende Seite des Grundkörpers mit der entsprechenden Beschichtung aus elektrisch leitfähigem Material versehen ist.
Damit eine einwandfreie Ableitung der Spannungen gewährleistet ist, sind die Durchbrechungen über den Umfang des Grundkörpers verteilt angeordnet. Diese Verteilung wird so vorgenommen, dass die induzierten Spannungen des Maschinenelementes zuverlässig abgeleitet werden können.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Beschichtung eine elektrisch leitfähige Folie ist. Sie ist ein kostengünstiges Bauteil. Die elektrisch leitfähige Folie kann beispielsweise eine Kupferfolie sein. Solche Folien haben nur geringe Dicken beispielsweise von etwa nur 0,03 mm.
Die elektrisch leitfähige Folie kann fest mit dem Grundkörper verbunden sein, wobei als Verbindungsmittel jedes geeignete Mittel in Betracht kommt, wie beispielsweise ein geeignetes Klebemittel. Die Folie kann aber auch lose am Grundkörper anliegen und durch Aufbringen einer Klemmkraft fest mit dem Grundköper verbunden sein.
Vorteilhaft verläuft die Beschichtung (Folie) von der einen Seite des Grundkörpers über dessen äußeren Rand bis auf die andere Seite des Grundkörpers. Hierbei kann die eine Seite des jeweiligen Grundkörpers vollständig von der Folie bedeckt sein, während sich diese auf der anderen Seite des Grundkörpers nur über einen Teil der Fläche dieser Grundkörperseite erstreckt. Mit diesem kleineren Bereich kann die Folie an einen elektrisch leitfähigen Haltering oder dgl. anliegen, über den die induzierten Spannungen von dem drehenden Maschinenteil abgeleitet werden können.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform liegt die Beschichtung (Folie) zwischen benachbarten Grundkörpern.
Der Anmeldungsgegenstand ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentansprüche, sondern auch durch alle in den Zeichnungen und der Beschreibung offenbarten Angaben und Merkmale. Sie werden, auch wenn sie nicht Gegenstand der Ansprüche sind, als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen näher erläutert. Es zeigen
1 in Ansicht eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
2 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie A-A in 1,
3 in einer Darstellung entsprechend 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
4 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
5 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie D-D,
6 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
7 eine Rückansicht des Wellenerdungsringes gemäß 6,
8 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie F-F in 6,
9 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
10 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie J-J in 9,
11 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
12 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie L-L in 11,
13 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
14 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie N-N in 13,
15 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
16 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie P-P in 15,
17 in einem Axialschnitt eine Hälfte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
18 in einer Darstellung entsprechend 17 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
19 in einem Axialschnitt eine Hälfte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
20 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
21 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie Q-Q in 20,
22 den Wellenerdungsring gemäß 3 in eingebauter Lage im Axialschnitt,
23 in Ansicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
24 die Einbaulage des Wellenerdungsringes gemäß 23 im Axialschnitt,
25 im Axialschnitt eine Hälfte einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
26 den Wellenerdungsring gemäß 25 in einem Teilausschnitt,
27 bis 29 verschiedene Ausführungsformen von Durchbrechungen im Ableitkörper des Wellenerdungsringes gemäß 25,
30 und 31 in Darstellungen entsprechend den 25 und 26 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes.
32 im Axialschnitt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellenerdungsringes,
33 in vergrößerter Darstellung die eine Hälfte des Wellenerdungsringes gemäß 32,
34 in vergrößerter Darstellung einen Schnitt längs der Linie A-A in 32.
Es ist bekannt, dass umrichterbetriebene Wechselstrommotoren schädliche Spannungen auf der Motorwelle 68 (21) induzieren. Überschreitet die Spannung den Widerstand des Schmierstoffes in einem Wellenlager, entladen sich die Spannungen über das Wellenlager, das dadurch stark beansprucht und bei längerem Einsatz beschädigt wird. Mit den Wellenerdungsringen werden die induzierten schädlichen Spannungen in der Motorwelle 68 zuverlässig abgeleitet, so dass die Spannungen nicht mehr über die Wellenlager abgeleitet werden.
Die Wellenerdungsringe können aber nicht nur bei Motoren, sondern beispielsweise auch bei Getrieben eingesetzt werden. Allgemein werden die Wellenerdungsringe dort eingesetzt, wo induzierte Spannungen, Ströme oder elektrische Ladungen von Wellen abgeleitet werden sollen.
Der Wellenerdungsring gemäß den 1 und 2 hat einen äußeren, aus elektrisch leitendem Material bestehenden, ein Gehäuse bildenden Klemmring 1, der im Axialschnitt L-förmigen Querschnitt hat. Der Klemmring 1 umgibt einen inneren Klemmring 2, der ebenfalls aus elektrisch leitendem Material besteht und im Axialschnitt L-förmigen Querschnitt hat. Der äußere Klemmring 1 hat einen zylindrischen Mantel 3, der in einen senkrecht zu ihm verlaufenden Radialflansch 4 übergeht. Der innere Klemmring 2 hat ebenfalls einen zylindrischen Mantel 5, der in einen Radialflansch 6 übergeht. Die beiden Radialflansche 4, 6 weisen mittig eine Durchgangsöffnung 7 für die Welle 68 auf.
Mit den beiden Klemmringen 1, 2, die vorteilhaft aus Metall bestehen, wird ein Ableitelement in Form eines scheibenförmigen Ableitkörpers 8 eingeklemmt. Er besteht aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus einem leitfähigen PTFE. Grundsätzlich kann der Ableitkörper 8 aus jedem geeigneten, elektrisch leitfähigen Material bestehen, mit dem in noch zu beschreibender Weise die induzierten Spannungen von der Welle 68 auf das geerdete Gehäuse 69 (22) abgeleitet werden können. Die bevorzugte Verwendung von leitfähigem PTFE hat den Vorteil, dass dieser kompakte Werkstoff chemisch und thermisch beständig ist und nur eine geringe Reibung aufweist. Der innere Klemmring 2 liegt mit seinem Mantel 5 unter Presssitz an der Innenseite des Mantels 3 des Klemmringes 1 an. Auf diese Weise ist der Ableitkörper 8 zuverlässig zwischen den beiden Radialflanschen 4, 6 der Klemmringe 1, 2 eingeklemmt.
Damit der Ableitkörper 8 beim Einklemmen nicht beschädigt wird, ist der innere Klemmring 2 am Übergang vom Mantel 5 in den Radialflansch 6 außenseitig so abgerundet, dass dieser Übergang Abstand vom Ableitkörper 8 hat.
Der Ableitkörper 8 kann im Bereich zwischen den beiden Radialflanschen 4, 6 zusätzlich noch mit einem Klebemittel, das vorteilhaft elektrisch leitend ist, mit dem Radialflansch 4 und/oder dem Radialflansch 6 verbunden sein.
Der radial innere Bereich 10 des Ableitkörpers 8 steht über den Rand der Durchgangsöffnung 7 vor. Dieser Überstand ist so groß, dass dieser radial innere Bereich 10 des Ableitkörpers 8 unter elastischer Verformung auf der Welle 68 aufliegt.
Aufgrund der elastischen Verformung des Ableitkörpers 8 wird erreicht, dass er flächig auf der Welle 68 aufliegt und damit zuverlässig die Spannungen auf der Welle 68 ableiten kann.
Damit die aufgrund der elastischen Verformung auftretende, radial auf die Welle 68 wirkende Kraft nicht zu hoch ist, sind in diesem elastisch verformten Bereich über den Umfang verteilt angeordnete, randoffene Aussparungen 11 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel als Schlitze ausgebildet sind, die sich bis zum inneren Rand des Ableitkörpers 8 erstrecken. Die Länge der Schlitze 11 wird so gewählt, dass die zwischen den Schlitzen gebildeten Abschnitte 12 des Ableitkörpers 8 einerseits mit ausreichender Radialkraft auf der Welle 68 aufliegen, um die Spannungen sicher abzuleiten, andererseits aber nur mit einer solchen Kraft aufliegen, dass der Verschleiß des Ableitkörpers 8 im Kontaktbereich mit der Welle möglichst klein ist.
Der Wellenerdungsring ist in einen Einbauraum 70 des Gehäuses 69 mit Presssitz so eingesetzt, dass der Mantel 3 des äußeren Klemmringes 1 mit Pressung an der Innenwand 71 des Einbauraumes 70 des Gehäuses 69 anliegt (22). Das Gehäuse 69 selbst ist geerdet. Dadurch kann die Spannung von der Welle 68 über den Ableitkörper 8 und den äußeren Klemmring 1 auf das geerdete Gehäuse 69 abgeleitet werden.
Der Klemmring 1 muss nicht zwingend in einen Einbauraum eingepresst werden, sondern kann beispielsweise über quer abstehende Laschen an einem geerdeten Bauteil befestigt sein. Auch ist es möglich, den Klemmring 1 direkt an ein geerdetes Bauteil anzuschrauben. Das geerdete Bauteil ist lediglich im Ausführungsbeispiel das Motorgehäuse. Die Ableitung kann auch über andere Bauteile erfolgen, die entsprechend geerdet sind.
Diese Ausführungen gelten auch für die weiteren, noch zu beschreibenden Ausführungsbeispiele.
3 zeigt die Möglichkeit, den Ableitkörper 8 im radial inneren Bereich 10 nicht mit Aussparungen zu versehen, wie dies bei der vorigen Ausführungsform der Fall ist. Auch dann ist eine sichere Ableitung der Spannung auf der Welle auf das geerdete Gehäuse zuverlässig möglich. Um die durch die elastische Verformung des Innenbereiches 10 auftretende Radialkraft möglichst gering zu halten, kann die radiale Breite des überstehenden Bereiches 10 entsprechend groß gewählt werden. Im Übrigen entspricht die Ausführungsform gemäß 3 dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2.
Die Verwendung von leitfähigem PTFE für den Ableitkörper 8 hat den Vorteil, dass dieser Werkstoff einen sogenannten Memoryeffekt aufweist. Dies hat zur Folge, dass der elastisch verformte innere Bereich 10 bestrebt ist, wieder in seine Ausgangsposition zurückzukehren. Dadurch ergibt sich eine Rückstellkraft, die einem möglichen Verschleiß dieses inneren Bereiches des Ableitkörpers 8 entgegenwirkt und dadurch eine über die Einsatzdauer konstante zuverlässige Berührung mit der Welle 68 gewährleistet.
Der aus leitfähigem PTFE bestehende Ableitkörper 8 ermöglicht auch einen Drehrichtungswechsel der Welle 68. Es kommt hier nicht zu einem Aufstellen des radial inneren Bereiches 10 des Ableitkörpers 8.
Bei der Ausführungsform gemäß den 4 und 5 werden zwei mit axialem Abstand hintereinander angeordnete Ableitkörper 8 verwendet. Der äußere Klemmring 1 umgibt eine Klemmscheibe 13, die mit ihrem äußeren Rand 14 an der Innenseite des Mantels 3 des Klemmringes 1 anliegen kann. Zwischen der Klemmscheibe 13 und dem Radialflansch 4 des Klemmringes 1 ist der Ableitkörper 8 in der beschriebenen Weise eingeklemmt. Der Ableitkörper 8 ist gleich ausgebildet wie bei der Ausführungsform gemäß den 1 und 2.
Mit dem inneren Klemmring 2 wird im Zusammenspiel mit der Klemmscheibe 13 ein zweiter Ableitkörper 8a eingeklemmt, der vorteilhaft gleich ausgebildet ist wie der Ableitkörper 8. Der zweite Ableitkörper 8a wird zwischen dem Radialflansch 6 des inneren Klemmringes 2 und der Klemmscheibe 13 eingeklemmt. Der Klemmring 2 sitzt mit seinem Mantel 5 in der beschriebenen Weise mit Klemmsitz im äußeren Klemmring 1. Die Klemmscheibe 13 hat wie die beiden Klemmringe 1, 2 die zentrale Durchgangsöffnung 7 für die Welle 68.
Die Klemmscheibe 13 als Zwischenscheibe muss nicht zwingend aus leitfähigem Material bestehen. Die beiden Klemmringe 1, 2 bestehen aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Metall. Beide Ableitkörper 8, 8a bestehen vorteilhaft aus dem leitfähigen PTFE und sind gleich ausgebildet.
Wie bei den vorigen Ausführungsformen sind die Ableitkörper 8, 8a über eine verhältnismäßig große radiale Breite zwischen den Klemmringen 1, 2 und der Klemmscheibe 13 eingeklemmt. Da der geklemmte Bereich vorzugsweise verhältnismäßig groß sein sollte (im Ausführungsbeispiel größer als die halbe Breite), wird zuverlässig sichergestellt, dass die Klemmscheibe 13 nicht mitdreht. Außerdem erfolgt dadurch eine sichere Ableitung der Spannung von der Welle auf das geerdete Gehäuse.
Bei dieser Ausführungsform können die beiden Ableitkörper 8, 8a auch unterschiedlich ausgebildet sein. So kann der eine Ableitkörper 8 mit den Aussparungen 11 und der andere Ableitkörper 8a ohne die Aussparungen ausgebildet sein.
Beim Wellenerdungsring gemäß den 6 bis 8 wird ein Paket von mehreren aneinander liegenden Ableitkörpern 8 eingesetzt. Sie sind gleich ausgebildet und bestehen vorteilhaft aus elektrisch leitendem PTFE. Bevorzugt sind die Ableitkörper mit den Schlitzen als Aussparungen 11 versehen. Die aneinander liegenden Ableitkörper 8 werden in der beschriebenen Weise zwischen den beiden Klemmringen 1 und 2 eingeklemmt.
Zwischen dem Radialflansch 6 des inneren Klemmringes 2 und dem Ableitkörperpaket befindet sich eine Rückstellscheibe 15, die dafür sorgt, dass die elastisch gebogenen inneren Bereiche 10 der Ableitkörper 8 zuverlässig gegen die zu erdende Welle 68 gedrückt werden. Die Rückstellscheibe 15 kann als Federelement ausgebildet sein, das in zuverlässiger Weise dafür sorgt, dass die elastisch gebogenen Bereiche 10 der Ableitkörper 8 einwandfreien Kontakt mit der zu erdenden Welle 68 haben. Die Rückstellscheibe 15 kann sowohl metallisch sein als auch aus Kunststoffen oder Elastomeren bestehen. Wie 8 zeigt, hat die Rückstellscheibe 15 ähnliche Form und Größe wie die Ableitkörper 8.
Die Rückstellscheibe 15 kann, wie in 8 dargestellt, im Vergleich zu den Radialflanschen 4 und 6 der beiden Klemmringe 1, 2 verhältnismäßig dünn sein.
Wie bei den vorigen Ausführungsformen lässt sich der Wellenerdungsring sehr einfach montieren. In den äußeren Klemmring 1 wird das Paket aus Ableitkörpern 8 eingelegt, anschließend die Rückstellscheibe 15 auf das Paket aufgelegt und dann der innere Klemmring 2 in den äußeren Klemmring 1 so weit eingepresst, dass die Ableitkörper 8 zusammen mit der Rückstellscheibe 15 sicher gehalten werden. Der innere Klemmring 2 sitzt in der beschriebenen Weise mit Presssitz im äußeren Klemmring 1.
Wie bei den vorigen Ausführungsformen ist der innere Klemmring 2 so ausgebildet, dass sein Mantel 5 nicht axial über den Mantel 3 des äußeren Klemmringes 1 vorsteht. Die Rückstellscheibe 15 ist vorteilhaft so ausgebildet, dass sie wie die Ableitkörper 8 mit ihrem äußeren Rand an der Innenseite des Mantels 3 des äußeren Klemmringes 1 anliegt und dass ihr radial innerer Bereich 16 in gleicher Weise elastisch gebogen ist wie die inneren Bereiche 10 der Ableitkörper 8.
Die Ausführungsform nach den 9 und 10 unterscheidet sich vom vorigen Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass der Wellenerdungsring zwei Pakete von aneinander liegenden Ableitkörpern 8 aufweist. Das eine Ableitkörperpaket ist zwischen dem Radialflansch 4 des äußeren Klemmringes 1 und der Klemmscheibe 13 und das zweite Paket von Ableitkörpern 8 zwischen der Klemmscheibe 13 und einer weiteren Klemmscheibe 17 eingeklemmt. Sie bildet den inneren Klemmring, der mit Presssitz im äußeren Klemmring 1 sitzt. Auch die Klemmscheibe 17 hat die zentrale Durchgangsöffnung 7 für die Welle 68. Die beiden Pakete von Ableitkörpern 8 sind gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform. Die Klemmscheibe 17 ist so vorgesehen, dass sie die beiden Pakete von Ableitkörpern 8 unter Zwischenlage der Klemmscheibe 13 fest gegen den Radialflansch 4 des äußeren Klemmringes 1 presst. Die Ableitkörper 8 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel gleich ausgebildet wie die Ableitkörper 8 gemäß den 1 und 2. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Ableitkörper 8 innerhalb der Pakete ohne Aussparungen auszubilden. Die Pakete liegen mit ihrem radial äußeren Rand an der Innenwand des Mantels 3 des äußeren Klemmringes 1 an.
Die Klemmscheibe 17 besteht ebenso wie die Klemmscheibe 13 und der äußere Klemmring 1 aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Metall.
Während bei der Ausführungsform gemäß den 6 bis 8 die Rückstellscheibe 15 für das Ableitkörperpaket 8 vorgesehen ist, ist beim Ausführungsbeispiel nach den 9 und 10 eine solche Rückstellscheibe nicht vorgesehen. Sie kann aber selbstverständlich auch bei dieser Ausführungsform an einem, vorteilhaft aber auch an beiden Ableitkörperpaketen 8, vorgesehen sein.
Bei der Ausführungsform nach den 1 bis 10 liegen die Ableitkörper 8, 8a direkt auf der Welle 68 auf. Es besteht aber auch die Möglichkeit, auf der Welle 68 drehfest eine Buchse zu befestigen, auf der die Ableitkörper 8, 8a aufliegen. In diesem Fall besteht die Buchse aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise aus Metall. Solche Buchsen sind bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen.
Bei der Ausführungsform gemäß den 11 und 12 hat der Wellenerdungsring ein im Axialschnitt U-förmiges, ringförmiges Gehäuse 18, das mit Abstand die Welle 68 umgibt. Auf der Welle 68 sitzt drehfest ein im Axialschnitt L-förmiges, ringförmiges Abstützteil 19. Es hat eine zylindrische Buchse 20, die drehfest auf dem Mantel der Welle 68 sitzt. Ihr freies Ende 21 ist vorteilhaft trichterförmig aufgeweitet, so dass das Abstützteil 19 einfach auf die Welle 68 aufgepresst werden kann. An die Buchse 20 schließt ein radial nach außen ragender Ringflansch 22 an.
Das Gehäuse 18 hat einen radial außen liegenden zylindrischen Mantel 23, der an einem Ende in einen radial nach innen gerichteten Ringflansch 24 übergeht. Er verläuft etwa in Höhe des freien Endes 21 der Buchse 20 des Abstützteils 19. Der Ringflansch 24 geht radial innen in einen zylindrischen Mantel 25 über, der mit radialem Abstand die Buchse 20 umgibt und axialen Abstand vom Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 hat.
Der radial nach außen verlaufende Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 liegt innerhalb des Gehäuses 18. Vorteilhaft liegt die Außenseite 26 des Ringflansches 22 zusammen mit der Stirnseite 27 des Mantels 23 des Gehäuses 18 in einer gemeinsamen Radialebene des Wellenerdungsringes. Der Ringflansch 22 hat radialen Abstand vom Mantel 23 des Gehäuses 18, so dass das Abstützteil 19 zusammen mit der Welle 68 problemlos drehen kann.
Der Wellenerdungsring wird mit dem Mantel 23 des Gehäuses 18 in den Einbauraum 70 des Gehäuses 69 eingepresst. Bei der Drehung der Welle steht somit das Gehäuse 18 fest. Sowohl das Gehäuse 18 als auch das Abstützteil 19 bestehen aus elektrisch leitfähigem Material, insbesondere aus Metall.
An der Innenseite 28 des Ringflansches 22 liegt ein Ableitring 29 an, der aus elektrisch leitfähigem Material besteht, vorzugsweise aus leitendem PTFE. Der Ableitring 29 umgibt die Welle 68 und hat rechteckigen Querschnitt. Der Ableitring 29 liegt mit seiner einen ebenen Außenseite 30 flächig an der Innenseite 28 des Ringflansches 22 an. Außerdem liegt der Ableitring 29 mit seiner radial inneren Ringfläche 31 flächig auf der Außenseite des Mantels 25 des Gehäuses 18 auf.
Der Ableitring 29 wird durch wenigstens ein Federelement 32, das im Ausführungsbeispiel eine Wellfeder ist, axial fest gegen den Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 gedrückt. Vorteilhaft drückt das Federelement 32 den Ableitring 29 unter Zwischenlage einer Zwischenscheibe 33 gegen den Ringflansch 22. Die Zwischenscheibe 33 liegt flächig am Ableitring 29 über den größten Teil seiner radialen Breite an, so dass er fest gegen den Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 gedrückt wird. Das Federelement 32 stützt sich mit einem Ende am Ringflansch 24 des Gehäuses 18 ab und übt eine so hohe Federkraft aus, dass der Ableitring 29 ausreichend fest gegen den Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 gedrückt wird.
Der Ableitring 29 besteht vorteilhaft aus einem Material geringer Reibung. Da das Abstützteil 19 drehfest mit der Welle 68 verbunden ist, dreht der Ringflansch 22 des Abstützteils 19 relativ zum Ableitring 29. Ein reibungsarmes Material ist darum im Hinblick auf den Verschleiß von Vorteil.
Bei der beschriebenen Ausführungsform liegt eine Axial-Anordnung vor, während bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 10 eine Radial-Anordnung der Ableitkörper 8, 8a vorhanden ist. Die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen werden von der Welle 68 über das Abstützteil 19, den Ableitring 29 und den Mantel 25 des Gehäuses 18 an das geerdete Gehäuse 69 über den Mantel 23 abgeleitet. Der Ableitring 29 liegt geschützt zwischen dem Gehäuse 18 und dem Ringflansch 22 des Abstützteiles 19. Der Ableitring 29 sowie die Zwischenscheibe 33 haben ausreichenden Abstand vom Mantel 23 des Gehäuses 18, an dessen Ringflansch 24 sich das Federelement 32 axial abstützt. Bei der Montage des Wellenerdungsringes werden das Gehäuse 18 sowie das Abstützteil 19 so in den Aufnahmeraum 70 des Gehäuses 69 und so auf die Welle 68 aufgepresst, dass ein sicherer Kontakt zwischen dem Ableitring 29 und dem Gehäuse 18 sowie dem Abstützteil 19 gewährleistet ist. Das Federelement 32 kann zudem bei einem eventuellen Verschleiß den Ableitring 29 axial nachstellen, so dass ein sicherer Kontakt zwischen ihm und dem Ringflansch 22 sichergestellt ist.
Die Ringflansche 22 und/oder 24 des Abstützteiles 19 und des Gehäuses 18 können abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel auch radial schräg nach außen bzw. innen verlaufen. Der Ableitring 29 ist in diesem Fall entsprechend so angepasst, dass er flächig am Radialflansch 22 des Abstützteiles 19 anliegt.
Auch der Wellenerdungsring gemäß den 13 und 14 ist eine Axial-Anordnung bezüglich des Ableitringes 29. Der Wellenerdungsring hat das Abstützteil 19, das mit der Buchse 20 drehfest auf der Welle 68 sitzt. Das Gehäuse 18 ist gleich ausgebildet wie bei der vorigen Ausführungsform und weist in seinem Ringflansch 24 über den Umfang verteilt angeordnete Öffnungen 34 auf, durch die jeweils ein Stift 35 ragt. Er greift in axiale Bohrungen 36 ein, die in einer Andrückscheibe 37 vorgesehen sind, die mit Radialabstand den inneren Mantel 25 des Gehäuses 18 umgibt. Die Andrückscheibe 37 hat ebenso wie der Ableitring 29 außerdem radialen Abstand vom äußeren Mantel 23 des Gehäuses 18.
Die Andrückscheibe 37 ist in Richtung auf den Ableitring 29 federbelastet. Jeder Stift 35 wird von einer Druckfeder 38 umgeben, die sich mit einem Ende an der Innenseite des Ringflansches 24 des Gehäuses 18 und mit ihrem anderen Ende an der Andrückscheibe 37 abstützt.
Die Andrückscheibe 37 ist so ausgebildet, dass der Ableitring 29 sowohl axial als auch radial Kontakt mit ihr hat. Wie 14 zeigt, liegt der Ableitring 29 mit seiner vom Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 abgewandten Rückseite flächig an der Seitenfläche 39 der Andrückscheibe 37 an.
Über die Seitenfläche 39 steht ein zentraler Ringvorsprung 40 axial vor, auf dessen zylindrischer Außenmantelfläche 41 der Ableitring 29 mit seiner radial inneren Ringfläche 42 aufliegt.
Durch die Druckfedern 38 wird der Ableitring 29 fest gegen den radial nach außen ragenden Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 gedrückt. Da die Druckfedern 38 über den Umfang der Andrückscheibe 37 verteilt angeordnet sind, wird die Andrückscheibe 37 mit ihrer Seitenfläche 39 gleichmäßig gegen die Rückseite des Ableitringes 29 angelegt, so dass dieser fest gegen die Innenseite 28 des Ringflansches 22 gedrückt wird. Die Stifte 35 dienen als Axialführungen für die Andrückscheibe 37 und sind mit einem Kopf 43 an der in einer Radialebene liegenden Außenseite 44 des Ringflansches 24 des Gehäuses 18 befestigt. Auf diese Weise können die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen von der Welle 68 über das drehfest auf ihr sitzende Abstützteil 19, den Ableitring 29, die Andrückscheibe 37, die Stifte 35, die Druckfedern 38 und dem Gehäuse 18 in das geerdete Gehäuse 69 abgeleitet werden. Die entsprechenden Bauteile für die Ableitung der Spannungen bzw. elektrischen Ladungen bestehen aus entsprechend elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Metall. Die Druckfedern 38 dienen auch als Nachstellelemente für den Ableitring 29, falls er an seiner Kontaktfläche mit dem Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 verschleißen sollte.
Der Wellenerdungsring gemäß den 15 und 16 hat eine Buchse 45, die mit einem zylindrischen Abschnitt 46 drehfest auf der Welle 68 sitzt. An den zylindrischen Abschnitt 46 schließt ein konischer Abschnitt 47 an, der sich vom zylindrischen Abschnitt 46 aus konisch nach außen erweitert und am freien Ende in einen radial verlaufenden Ringflansch 48 übergeht. Die Buchse 45 besteht aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Metall.
Zum Einbau des Wellenerdungsringes dient ein im Axialschnitt L-förmiges Gehäuse 49, das mit einem zylindrischen Mantel 50 in den Einbauraum 70 des Gehäuses 69 eingepresst wird. Das freie Ende des Mantels 50 liegt in Höhe des Ringflansches 48 der Buchse 45.
Der Mantel 50 geht in einen radial nach innen gerichteten Ringflansch 51 über, der in Höhe des freien Endes des zylindrischen Abschnittes 46 der Buchse 45 liegt. Der Ringflansch 51 hat eine wesentlich größere radiale Breite als der Ringflansch 48 der Buchse 45. In Axialrichtung gesehen überlappen die beiden Ringflansche 48, 51 einander. Der Ringflansch 51 umgibt mit radialem Abstand den zylindrischen Abschnitt 46 der Buchse 45.
Am konischen Abschnitt 47 der Buchse 45 liegen die Ableitkörper 8 mit ihrem radial inneren Rand an. Sie werden zwischen der Zwischenscheibe 33 und einer Stützscheibe 55 so verklemmt, dass sie aneinander liegen. Aufgrund der Konizität haben die Ableitkörper 8 unterschiedlichen Innendurchmesser.
Die Zwischenscheibe 33 hat im Axialschnitt L-förmigen Querschnitt. Mit einem zylindrischen Mantel 53 übergreift die Zwischenscheibe 33 das Paket von Ableitkörpern 8. Der zylindrische Mantel 53 geht in einen radial nach innen gerichteten Ringflansch 54 über, an dessen von den Ableitkörpern 8 abgewandter Außenseite wenigstens eine Druckfeder 52 angreift, die vorteilhaft eine Wellfeder ist und sich am Ringflansch 51 des Gehäuses 49 axial abstützt. Der Ringflansch 54 umgibt mit Abstand den Übergangsbereich vom zylindrischen Abschnitt 46 zum konischen Abschnitt 47 der Buchse 45. Der Ringflansch 54 erstreckt sich über mehr als die halbe radiale Breite der Ableitkörper 8, so dass diese durch den Ringflansch 54 zuverlässig zusammengedrückt werden können.
Die Stützscheibe 55 liegt in einer Radialebene des Wellenerdungsrings und hat einen Innendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser des Ringflansches 48 der Buchse 45.
Der zylindrische Mantel 53 der Zwischenscheibe 33 hat eine solche axiale Länge, dass er die Stützscheibe 55 sowie das Paket von Ableitkörpern 8 außenseitig umgibt. Die Stützscheibe 55 ist mit ihrem Außenrand an der Innenseite des Mantels 53 der Zwischenscheibe 33 befestigt. Der zylindrische Mantel 53 hat Abstand zur Innenseite des Mantels 50 des Gehäuses 49.
Im Einsatz des Wellenerdungsringes werden die Spannungen von der Welle 68 über die auf ihr drehfest sitzende Buchse 45, die Ableitkörper 8 und die Druckfeder 52 auf das Gehäuse 49 geleitet, das infolge des Presssitzes im Einbauraum 70 des Gehäuses 69 die Spannungen an das geerdete Gehäuse 69 ableitet.
Die Druckfeder 52 sorgt dafür, dass die Ableitkörper 8 mit ihrem radial inneren Bereich 10 stets in ausreichendem Kontakt mit dem konischen Abschnitt 47 der Buchse 45 sind. Die Druckfeder 52 belastet die Einheit aus Zwischenscheibe 33, Ableitkörper 8 und Stützscheibe 55 in axialer Richtung. Die Ableitkörper 8 zentrieren diese Einheit innerhalb des Gehäuses 49.
Der Innendurchmesser der Ableitkörper 8 kann vorteilhaft so gewählt werden, dass er geringfügig größer ist als der jeweilige Außendurchmesser des konischen Abschnittes 47 der Buchse 45. Bei einer solchen Ausbildung der Ableitkörper 8 ist ein sicherer Kontakt zwischen den Ableitkörpern 8 und der Buchse 45 bzw. der Zwischenscheibe 33 sichergestellt. Dadurch lassen sich die Ladungen auf der Welle 68 zuverlässig in das geerdete Gehäuse 69 ableiten. Da die Ableitkörper 8 den Ringflansch 54 der Zwischenscheibe 33 radial nach innen überragen, ist es möglich, dass die überstehenden Bereiche 10 der Ableitkörper 8 elastisch verformt werden, was den Kontakt zwischen den Ableitkörpern 8 und dem konischen Abschnitt 47 der Buchse 45 verbessert.
Bei der Ausführungsform gemäß 17 liegen die Ableitkörper 8, die zu einem Paket zusammengesetzt sind, mit ihrem radial inneren, elastisch verformten Bereich 10 auf einer Buchse 56 auf, die mit einem Zylinderteil 57 drehfest auf der Welle sitzt. Das freie Ende 58 des Zylinderteiles 57 ist vorteilhaft konisch aufgeweitet, was zur einfachen Montage der Buchse 56 auf die Welle dient. Der Zylinderteil 57 geht in einen radial nach außen sich erstreckenden Ringflansch 59 über. Die Buchse 56 besteht aus elektrisch leitendem Material, vorzugsweise aus Metall.
Die Ableitkörper 8 werden mittels einer ringförmigen Klemmscheibe 60 gegen einen Radialflansch 61 eines Gehäuses 62 geklemmt. Es besteht ebenfalls aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus Metall, so dass es die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen von der Welle 68 an das geerdete Gehäuse 69 ableiten kann.
Das Gehäuse 62 hat einen äußeren zylindrischen Mantel 63, mit dem das Gehäuse mit Presssitz im Einbauraum 70 des Gehäuses 69 sitzt. An den zylindrischen Mantel 63 schließt ein radial nach außen gerichteter Ringflansch 64 an, mit dem das Gehäuse 62 in der Einbaulage an einer Stirnseite des Gehäuses 69 anliegt. Der Ringflansch 64 erleichtert den Einbau des Gehäuses 62 in den Einbauraum 70 des Gehäuses 69. Der Mantel 63 geht am anderen Ende in einen radial nach innen verlaufenden Ringflansch 65 über, der in Höhe des konisch erweiterten Endes 58 der Buchse 56 liegt. An den Ringflansch 65 schließt ein radial innerer zylindrischer Mantel 66 an, der in den radial nach innen verlaufenden Radialflansch 61 übergeht. Die beiden Mäntel 63, 66 des Gehäuses 62 liegen koaxial zueinander sowie zur Achse des Wellenerdungsringes. Der Radialflansch 61 hat axialen Abstand vom Ringflansch 59 der Buchse 56. Da die Buchse 56 drehfest mit der Welle verbunden ist, sorgt dieser radiale Abstand dafür, dass die Buchse 56 ungehindert durch das Gehäuse 62 gedreht werden kann.
Das Paket aus Ableitkörpern 8 wird durch die Klemmscheibe 60 gegen den ringförmigen Radialflansch 61 gedrückt. Die Klemmscheibe 60 kann als einfaches Klemmblech ausgebildet sein, das sich in einfacher Weise am zylindrischen Mantel 66 befestigen lässt, vorzugsweise durch Laserschweißen. Die Ableitkörper 8 und die Klemmscheibe 60 liegen mit ihrem äußeren Rand an der der Buchse 56 zugewandten Außenseite des Mantels 66 an. Die Ableitkörper 8 sind untereinander gleich ausgebildet und bestehen vorteilhaft aus elektrisch leitfähigem PTFE.
Damit das Paket aus Ableitkörpern 8 im Einsatz durch die Buchse 56 nicht um seine Achse mitdreht, ist die Klemmscheibe 60 über ihren Umfang mit axial vorstehenden Vorsprüngen 67 versehen, die über den Umfang der Klemmscheibe 60 verteilt angeordnet sind und dafür sorgen, dass die Ableitkörper 8 einwandfrei gegen Drehen gesichert sind. Besteht die Klemmscheibe 60 aus einem Blech, können die Vorsprünge 67 sehr einfach durch eine entsprechende Prägeoperation am Klemmblech vorgesehen werden.
Die Ableitkörper 8 können entsprechend den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 10 ausgebildet sein.
Im Einsatz werden die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen von der Welle 68 über die Buchse 56 von den Ableitkörpern 8 aufgenommen, die diese über das Gehäuse 62 in das geerdete Gehäuse 69 ableiten.
Der Wellenerdungsring gemäß 18 unterscheidet sich von der vorigen Ausführungsform nur dadurch, dass die Klemmscheibe 60 keine axialen Vorsprünge aufweist, die auf das Paket aus Ableitkörpern 8 wirken. Die Klemmscheibe 60 wird so am Mantel 66 des Gehäuses 62 befestigt, dass die Ableitkörper 8 zwischen dem Radialflansch 61 des Gehäuses 62 und der Klemmscheibe 60 so fest axial zusammengedrückt werden, dass die Ableitkörper 8 beim Drehen der Welle nicht durch die Buchse 56 mitgenommen werden.
Die Ausführungsform gemäß 19 entspricht der Ausführungsform gemäß den 11 und 12. Der einzige Unterschied besteht darin, dass der Ableitring 29 zumindest an seinen Berührungsflächen mit einer elektrisch leitenden Beschichtung 72 versehen ist, wobei die Beschichtungen 72 leitend miteinander verbunden sind. Die Beschichtung hat zumindest im Kontaktbereich mit dem Ringflansch 22 des Abstützteiles 19 eine solche Dicke, dass der Ableitring 29 auch bei einer längeren Einsatzdauer des Wellenerdungsringes zuverlässig die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen von der Welle 68 ableiten kann. Vorteilhaft ist der Ableitring 29 von der Beschichtung 72 umgeben. Dann kann der Ableitring selbst aus elektrisch nicht leitendem Material bestehen.
Die 20 und 21 zeigen einen Wellenerdungsring, der grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie die Ausführungsbeispiele gemäß den 1 bis 3. Im Unterschied zu diesen Ausführungsformen sitzt der Klemmring 1 mit seinem zylindrischen Mantel 3 drehfest auf der Welle 68. Der scheibenförmige Ableitkörper 8 liegt in diesem Falle mit seinem radial über die beiden Klemmringe 1, 2 überstehenden Bereich 10 an der Innenwand 71 des Einbauraumes 70 des Gehäuses 69 an. Auch bei einer solchen Ausbildung des Wellenerdungsringes können die Spannungen bzw. elektrischen Ladungen von der Welle 68 über den Klemmring 1 und den Ableitkörper 8 auf das Gehäuse 69 abgeleitet werden.
Der radial überstehende Bereich 10 des Ableitkörpers 8 kann entsprechend der Ausführungsform gemäß den 1 und 2 mit den über den Umfang verteilt angeordneten Aussparungen 11 versehen sein (20), die vorteilhaft durch Schlitze gebildet sind.
Der scheibenförmige Ableitkörper 8 kann aber auch entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 ausgebildet sein, bei dem der radial überstehende Bereich 10 keine derartigen Aussparungen aufweist.
Auch die Wellenerdungsringe gemäß den 4 bis 10 können in gleicher Weise eingebaut werden, wie anhand der Ausführungsform gemäß den 20 und 21 beschreiben worden ist.
Die 23 und 24 zeigen eine alternative Einbausituation zur Einbaulage gemäß 22. In diesem Falle wird der Wellenerdungsring nicht in den Einbauraum 70 des Gehäuses 69 eingepresst, sondern an eine Stirnseite 73 des Gehäuses 69 angeschraubt. Der scheibenförmige Ableitkörper 8 liegt mit seinem radial inneren Bereich 10 unter elastischer Verformung auf der Welle 68 auf. Der Ableitkörper 8 ist zwischen dem Klemmring 1 und dem Klemmring 2 eingeklemmt, der im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 3 keinen außenseitigen zylindrischen Mantel aufweist. Der Klemmring 1 übergreift mit seinem zylindrischen Mantel 3 sowohl den Ableitkörper 8 als auch den Klemmring 2 radial außen. Die Klemmkraft wird mit Hilfe von Klemmschrauben 74 erzeugt, die über den Umfang des Wellenerdungsringes verteilt angeordnet sind. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegen die Klemmschrauben 74 in einem Winkelabstand von 90° voneinander (23). Die Klemmschrauben 74 durchsetzen mit Spiel die beiden Klemmringe 1, 2 sowie den Ableitkörper 8 und sind in Gewindebohrungen 75 in der Gehäusestirnseite 73 geschraubt. Um die Klemmkraft optimal auf die beiden Klemmringe 1, 2 und den zwischen ihnen liegenden Ableitkörper 8 übertragen zu können, sind im Ausführungsbeispiel vier radial verlaufende Klemmlaschen 76 vorgesehen, die ebenfalls mit Spiel von den Klemmschrauben 74 durchsetzt werden und an deren Außenseite die Klemmschrauben 74 mit ihrem Kopf 77 anliegen.
Die Klemmlaschen 76 sind schmale, radial verlaufende Laschen, deren radial äußerer Bereich so abgekröpft ist, dass die Laschen mit einem abgekröpften Randbereich 78 an der Gehäusestirnseite 73 anliegen.
Mit den Klemmschrauben 74 lassen sich die Klemmlaschen 76 mit einer ausreichend hohen Kraft gegen den Klemmring 1 drücken, so dass dieser über den Ableitkörper 8 den inneren Klemmring 2 fest gegen die Gehäusestirnseite 73 drückt.
Diese beispielhafte Einbausituation bietet sich dann an, wenn der Wellenerdungsring nicht in einen Einbauraum eines Gehäuses oder eines Aggregates eingebaut werden kann, sondern außenseitig am Gehäuse oder an einem Aggregat befestigt werden muss.
Die 25 und 26 zeigen eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des Ableitkörpers 8. Er ist entsprechend den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 10 scheibenförmig ausgebildet und in einem aus elektrisch leitendem Material bestehenden Haltering 79 befestigt, der vorteilhaft aus Metall besteht. Wie 25 zeigt, hat der Haltering 79 beispielhaft rechteckigen Umriss. An seiner radial inneren zylindrischen Mantelfläche 80 ist er mit einer mittig liegenden Ringnut 81 versehen, in die der Ableitkörper 8 mit seinem radial äußeren Bereich eingreift und in geeigneter Weise befestigt ist. Der Ableitkörper 8 kann aber auch analog den 1 bis 10 befestigt sein.
Der Ableitkörper 8 hat den scheibenförmigen Grundkörper 82, der vorteilhaft aus PTFE besteht, aber auch aus jedem anderen geeigneten elastischen Material bestehen kann. In der Einbaulage liegt er mit seinem radial inneren Bereich 10 unter elastischer Verformung auf der Welle 68 (22) auf.
Um die induzierten Spannungen in der Motorwelle 68 abzuleiten, ist der Grundkörper 82 des Ableitkörpers 8 von einer Beschichtung 83 aus elektrisch leitendem Material vollständig umgeben. Ein solches Material ist beispielsweise ein Silberlack, der dauerhaft fest auf dem Grundkörper 82 aufgebracht werden kann.
Aufgrund der Beschichtung 83 muss der Grundkörper 82 selbst nicht aus elektrisch leitfähigem Material bestehen. Vorteilhaft ist es aber, wenn auch der Grundkörper 82 aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt ist, vorzugsweise aus einem leitfähigen PTFE. Wie bei den Ausführungsformen gemäß den 1 bis 10 kann der Grundkörper 82 auch aus jedem anderen geeigneten, elektrisch leitfähigen Material bestehen, mit dem die induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 auf das geerdete Gehäuse 69 (22) abgeleitet werden können.
In der Einbaulage liegt der radial innere Bereich 10 des Ableitkörpers 8 in der beschriebenen Weise unter elastischer Verformung und damit unter einer Radialkraft an der Motorwelle 68 an, wodurch eine sichere Ableitung der induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 gewährleistet ist.
Der spezifische Widerstand ρ der Beschichtung 83 ist um ein Mehrfaches kleiner als der spezifische Widerstand ρ des Grundkörpers 82. Durch Aufbringen dieser elektrisch leitfähigen Beschichtung 83 wird die Leitfähigkeit zusätzlich verbessert und dadurch der Widerstand deutlich reduziert.
Eine weitere Widerstandsreduzierung ergibt sich in vorteilhafter Weise dann, wenn im radial inneren Bereich 10 des Ableitkörpers 8 die von der Motorwelle 68 abgewandte Seite 84 der Beschichtung 83 mit der der abzudichtenden Welle zugewandten Seite 85 elektrisch leitend verbunden ist. Dies wird dadurch erreicht, dass der Grundkörper 82 im radial inneren Bereich 10 mit über seinen Umfang verteilt angeordneten Durchbrechungen 86 versehen ist, die mit elektrisch leitfähigem Material 87 zumindest teilweise gefüllt sind. Es ist vorteilhaft das gleiche Material, aus dem die Beschichtung 83 besteht. Über das Material 87 in den Durchbrechungen 86 sind die beiden Seiten 84 und 85 der Beschichtung 83 miteinander verbunden.
Die Durchbrechungen 86 können unterschiedlichste Formen haben. In den 27 bis 29 sind nur beispielhaft mögliche Gestaltungsformen dieser Durchbrechungen dargestellt.
Gemäß 27 haben die Durchbrechungen 86 kreisförmigen Querschnitt. Die Durchbrechungen 86 sind in Umfangsrichtung im radial inneren Bereich 10 des Ableitkörpers 8 mit Abstand hintereinander angeordnet. Dabei haben die Durchbrechungen 86 ausreichenden Abstand von der Stirnseite 88 des Ableitkörpers 8.
Bei der Ausführungsform gemäß 28 sind die Durchbrechungen 86 als längliche, radial verlaufende Schlitze ausgebildet, die zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig mit dem elektrisch leitfähigen Material 87 gefüllt sind. Die schlitzförmigen Durchbrechungen 86 sind über den Umfang des Ableitkörpers 8 ebenfalls gleichmäßig verteilt angeordnet und haben einen ausreichenden Abstand von der Stirnseite 88 des Ableitkörpers 8.
Bei der Ausführungsform gemäß 29 sind die Durchbrechungen 86 wellenförmig ausgebildet und im Wesentlichen radial verlaufend angeordnet. Auch diese Durchbrechungen 86 sind in gleichmäßigen Abständen über den Umfang des Ableitkörpers 8 verteilt angeordnet
Die 27 bis 29 zeigen nur beispielhaft mögliche Gestaltungen der Durchbrechungen 86, ohne dass die dargestellten Formen der Durchbrechungen 86 als beschränkend anzusehen sind. Wichtig ist, dass die Durchbrechungen 86 zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig mit dem elektrisch leitfähigen Material 87 gefüllt sind, wodurch die beiden Seiten 84, 85 der Beschichtung 83 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Bei der beschriebenen Ausführungsform ist die Beschichtung 83 auf dem elastischen Grundkörper 82 aufgebracht und aus einem hochleitfähigen Material hergestellt. Über die Durchbrechungen 86 sind beide Seiten 84, 85 der Beschichtung 83 leitfähig miteinander verbunden.
Die Durchbrechungen 86 sind so am radial inneren Bereich 10 des Ableitkörpers 8 vorgesehen, dass sie im Auflagebereich dieses Bereiches 10 des Ableitkörpers 8 an der Motorwelle 68 liegen. Sollte bei langer Einsatzdauer des Wellenerdungsringes die Beschichtung auf der Seite 85 verschleißen, dann kommt das elektrisch leitfähige Material 87 in den Durchbrechungen 86 in Kontakt mit der Motorwelle 68. Dann können die induzierten Spannungen über das Material 87 in den Durchbrechungen 86, über das Material auf der gegenüberliegenden Seite 84 und von dort in den Haltering 79 abgeleitet werden. Da die Durchbrechungen 86 den Grundkörper 82 durchsetzen, ist die Ableitung der induzierten Spannungen selbst dann sichergestellt, wenn nach einem Abtrag des leitfähigen Materials auf der Seite 85 auch der Grundkörper 82 einem Verschleiß unterliegt. Somit ist in konstruktiv sehr einfacher Weise sichergestellt, dass während der gesamten Lebensdauer des Ableitkörpers 8 die induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 sicher abgeleitet werden können.
Bei einer weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsform kann der Ableitkörper 8 auch ohne die Durchbrechungen 86 versehen sein. In diesem Falle hat der Ableitkörper 8 nur den Grundkörper 82 mit der Beschichtung 83.
Weiter ist es möglich, den Grundkörper 82 nur auf der Seite 84 mit einer Beschichtung 83 zu versehen, während die gegenüberliegende, der Motorwelle 68 zugewandte Seite 85 frei von einer Beschichtung ist. Dafür sind im Grundkörper 82 die Durchbrechungen 86 mit dem leitfähigen Material 87 vorgesehen. In diesem Falle werden die Spannungen von der Motorwelle 68 über die in den Durchbrechungen 86 befindlichen Materialien 87 in die auf der Seite 84 befindliche Beschichtung 83 und von dort in den Haltering 79 abgeleitet. Von hier aus erfolgt die Ableitung in geeigneter Weise in das Gehäuse 69. Der Haltering 79 ist so in den Einbauraum 70 des Gehäuses 69 eingebaut, dass die Ableitung der Spannungen in das geerdete Gehäuse 69 gewährleistet ist. Die Durchbrechungen 86 sind so vorgesehen, dass die Spannungen von der Motorwelle 68 zuverlässig in der beschriebenen Weise abgeleitet werden können. Da der Grundkörper 82 von den Durchbrechungen 86 durchsetzt ist, bleibt der Kontakt des leitfähigen Materials 87 in den Durchbrechungen 86 mit der Motorwelle 68 auch dann bestehen, wenn der Grundkörper 82 in seinem radial inneren, auf der Motorwelle aufliegenden Bereich 10 verschleißen sollte.
Die anhand der 27 bis 29 beispielhaft beschriebenen Formen der Durchbrechungen 86 können am Ableitkörper 8 auch in Kombination miteinander vorgesehen sein.
Die 30 und 31 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der Ableitkörper 8 grundsätzlich gleich ausgebildet ist wie bei der Ausführungsform gemäß den 25 und 26. Der Ableitkörper 8 hat den elastisch verformbaren ringscheibenförmigen Grundkörper 82, der vollständig mit der Beschichtung 83 bedeckt ist. Im radial inneren Bereich 10, mit dem der Ableitkörper 8 auf der Welle 68 aufliegt, sind die Durchbrechungen 86 vorgesehen, die mit dem elektrisch leitfähigen Material 87 zumindest teilweise gefüllt sind. Die Durchbrechungen 86 können eine Ausbildung haben, wie sie anhand des vorigen Ausführungsbeispieles beschrieben worden ist.
Im Unterschied zur vorigen Ausführungsform ist der Grundkörper 82 auf seiner von der Welle 68 abgewandten Seite 84 mit einer Oberflächenstruktur 89 versehen. Sie ist über die gesamte radiale Breite und über den gesamten Umfang des Grundkörpers 82 vorgesehen. Die Oberflächenstruktur 89 kann beispielhaft durch Nuten gebildet sein, die beispielhaft in Radialrichtung aneinander anschließen und sich über den Umfang des Grundkörpers 82 erstrecken. Den 30 und 31 ist zu entnehmen, dass diese Nuten sich beispielsweise etwa über die halbe Dicke des Grundkörpers 82 erstrecken.
Das elektrisch leitfähige Material wird auf der Seite 84 des Grundkörpers 82 so aufgebracht, dass die Oberflächenstruktur 89 zumindest teilweise, vorteilhaft vollständig gefüllt ist und sich eine durchgehende Beschichtung auf der Seite 84 ergibt.
Da die Oberflächenstrukturen 89 durch Vertiefungen in der Seite 84 des Grundkörpers 82 gebildet sind, ist eine besonders gute Ableitung der induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 gewährleistet. Die Durchbrechungen 86 haben eine solche Größe, dass das darin befindliche leitfähige Material 87 auf jeden Fall mit dem in der Oberflächenstruktur 89 befindlichen elektrischen leitfähigen Material in Kontakt ist. Außerdem ist die elektrische Leitfähigkeit durch den Grundkörper 82 mit den elektrisch leitfähig gefüllten Oberflächenstrukturen 89 deutlich verbessert.
Auch diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass der Ableitkörper 8 eine lange Lebensdauer hat, über die hinweg die Ableitung der induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 in hohem Maße sichergestellt ist.
Der Ableitkörper 8 kann, wie anhand der vorigen Ausführungsform beschrieben worden ist, auch ohne die Durchbrechungen 86 ausgebildet sein. Weiter ist es möglich, den Grundkörper 82 an der der Welle 68 zugewandten Seite 86 nicht mit leitfähigem Material zu beschichten, so dass in diesem Falle die Ableitung der Spannung über das leitfähige Material 87 in den Durchbrechungen 86 in der beschriebenen Weise erfolgt.
Der geometrische Querschnitt der Durchbrechungen 86 ist bei den Ausführungsformen gemäß den 25 bis 31 so gewählt, dass sich eine bevorzugte Berührfläche zur rotierenden Welle 68 hin mit dem leitfähigen Material ergibt und über die Laufzeit des Wellenerdungsringes nahezu konstant erhalten bleibt, auch wenn das umgebende Material der Beschichtung und/oder des Grundkörpers 82 verschleißt. Die Befestigung des scheibenförmigen Ableitkörpers 8 kann auch entsprechend den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Hilfe zweier Klemmscheiben bzw. Klemmringe erfolgen, wie beispielhaft anhand der 1 bis 3 erläutert worden ist. Auch kann der Ableitkörper 8 entsprechend der Ausführungsform gemäß den 20 und 21 so eingebaut sein, dass er nicht an der Welle 68, sondern an der Innenwand 71 des Einbauraumes 70 des geerdeten Gehäuses 69 anliegt.
Weiter ist es möglich, den Ableitkörper gemäß den 25 bis 31 beispielsweise paarweise zu verwenden, wie beispielhaft anhand der 4 und 5 erläutert worden ist.
Grundsätzlich ist es möglich, den Ableitkörper gemäß den 25 bis 31 bei sämtlichen Ausführungsformen gemäß den 1 bis 24 einzusetzen.
Die 32 bis 34 zeigen einen Wellenerdungsring, der drei aus elastischem Material bestehende ringscheibenförmige Grundkörper 82 aufweist, die aus PTFE, Elastomeren oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen können. Diese Werkstoffe können leitend, schlecht leitend oder nicht leitend sein. Die Grundkörper 82 sind durch elektrisch leitfähige Folien voneinander getrennt, die die Beschichtungen 83 der Grundkörper 82 bilden. Die Beschichtungen 83 sind ebenfalls ringscheibenförmig ausgebildet und bestehen aus einem elektrisch leitenden Material. In der Einbaulage liegen die Beschichtungen 83 mit ihrem radial inneren Bereich 90 unter einer radialen Vorspannkraft auf der Motorwelle 68 auf.
Die Beschichtungen 83 umgreifen mit ihrem radial äußeren Bereich 91 die beiden endseitigen Grundkörper 82 u-förmig (33). Der mittlere Grundkörper 82 ist auf beiden Seiten vollständig durch die Beschichtungen 83 bedeckt. Der der Motorwelle 68 zugewandte Grundkörper 82 ist an seiner der Motorwelle 68 zugewandten Seite nur in einem schmalen Bereich am äußeren Umfang durch die Beschichtung 83 (Folie) bedeckt. Der von der Motorwelle 68 abgewandte äußere Grundkörper 82 ist hingegen an seiner von der Motorwelle 68 abgewandten Seite nur in einem schmalen Bereich am äußeren Umfang durch die Beschichtung 83 (Folie) bedeckt.
Das Paket aus den Grundkörpern 82 und den dazwischen liegenden Beschichtungen 83 wird am äußeren Rand durch den Haltering 79 zusammengeklemmt, der aus elektrisch leitendem Material besteht. Der Haltering 79 hat etwa u-förmigen Querschnitt und ist so ausgebildet, dass die Grundkörper 82 und die Beschichtungen 83 zusammengedrückt werden. Die Beschichtungen 83 liegen mit ihren die äußeren Ränder der beiden äußeren Grundkörper 82 umschließenden Bereichen am Steg 92 und mit ihren beiden äußeren, radial kurzen Abschnitten an den Schenkeln 93, 94 des Halteringes 79 an.
Der Wellenerdungsring ist so ausgebildet, dass die Grundkörper 82 mit ihrem radial inneren Rand 10 an der Motorwelle 68 anliegen. Die Beschichtungen 83 sind ebenfalls so ausgebildet, dass sie mit ihrem Rand 90 unter radialer Vorspannkraft an der Motorwelle 68 anliegen. Dadurch können die induzierten Spannungen von der Motorwelle 68 über die Beschichtungen 83 auf den als Klemmring dienenden Haltering 79 abgeleitet werden, von dem diese Spannungen dann in der beschriebenen Weise in das nicht dargestellte Gehäuse 69 (22) abgeleitet werden.
Der erzielbare elektrische Widerstand lässt sich über die Zahl der folienartigen Beschichtungen 83 und die Größe der Berührfläche der Beschichtungen 83 mit der Motorwelle 68 einfach einstellen.
Die Grundkörper 82 sind längs ihres inneren Umfanges mit Schlitzen 95 versehen, die sich vorteilhaft vom inneren Rand aus radial erstrecken und gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Zwischen den benachbarten Schlitzen 95 werden Zungen 96 gebildet, die eine zuverlässige Anlage der Grundkörper 82 an der Motorwelle 68 gewährleisten.
Vorteilhaft sind auch die Beschichtungen 83 (Folien) am radial inneren Rand mit Schlitzen 97 versehen, die sich vom radial inneren Rand aus vorteilhaft radial erstrecken. Zwischen den Schlitzen 97 werden Zungen 98 gebildet, die ebenfalls eine einwandfreie Anlage der Beschichtungen 83 an der Motorwelle 68 gewährleisten. Dadurch ist sichergestellt, dass die induzierten Spannungen zuverlässig von der Motorwelle 68 abgeleitet werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Schlitze 95 der Grundkörper 82 in Umfangsrichtung versetzt zu den Schlitzen 97 der Beschichtungen 83 angeordnet sind. Dieser optionale Versatz kann so vorgesehen sein, dass die Schlitze 97 der Beschichtungen 83 mittig zwischen den Schlitzen 95 der Grundkörper 82 liegen, in Radialrichtung gesehen.
Als elektrisch leitfähige Beschichtung 83 können beispielsweise Kupferfolien verwendet werden. Solche Folien haben eine Dicke von beispielsweise nur etwa 0,04 mm, so dass sie auch für Wellenerdungsringe mit kleinen Abmessungen eingesetzt werden können. Auch die Grundkörper 82, die zusammen mit den jeweiligen Beschichtungen 83 die Ableitkörper 8 bilden, haben nur geringe Dicken. So haben beispielsweise aus PTFE bestehende scheibenförmige Grundkörper 83 nur Dicken in der Größenordnung von etwa 0,3 mm.
Auch mit dieser Ausführungsform lassen sich die induzierten Spannungen auf der Motorwelle 68 zuverlässig ableiten. Auch wenn die Grundkörper 82 mit der Zeit verschleißen, sind die elektrisch leitenden Beschichtungen 83 stets in Kontakt mit der Motorwelle 68, so dass während der gesamten Lebensdauer des Wellenerdungsringes eine zuverlässige Ableitung der induzierten Spannungen sichergestellt ist.
Anstelle des beispielhaft beschriebenen Halteringes 79 können die Grundkörper 82 und Beschichtungen 83 auch entsprechend den anderen Ausführungsformen befestigt sein. Wichtig ist der gute Kontakt (sehr geringer elektrischer Widerstand) zum Gehäuse. Der Wellenerdungsring kann abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel auch weniger oder mehr als drei Grundkörper 82 mit der entsprechenden Zahl von Beschichtungen 83 (Folien) aufweisen.
Bei den beschriebenen Ausführungsformen sind die Ableitkörper 8, 8a, 29 vorteilhaft aus einem elektrisch leitenden kompakten Material gefertigt, das chemisch und thermisch beständig ist und nur eine geringe Reibung verursacht. Als bevorzugtes Material kommt hierbei elektrisch leitendes PTFE in Betracht. Die Ableitkörper 8, 8a, 29 können aber auch beispielhaft aus einer Elastomermatrix bestehen, in die elektrisch leitfähige Füllstoffe in ausreichender Menge eingebracht sind. Die Wellenerdungsringe leiten die induzierten Spannungen sicher von der Welle 68 auf das geerdete Gehäuse 69 ab. Wenn mehrere Ableitkörper zu einem Paket zusammengefasst sind, verbessert sich die Ableitfähigkeit der induzierten Spannungen von der Welle 68. Insbesondere wenn die Ableitkörper aus leitfähigem PTFE bestehen, treten im Einsatz der Wellenerdungsringe keine oder nur unbedeutende Verschmutzungen auf. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Wellenerdungsringe zusammen mit Dichtungssystemen eingesetzt werden, mit denen die Welle 68 abgedichtet wird und die durch Verschmutzungen beeinträchtigt würden.
Bei sämtlichen Ausführungsformen, insbesondere bei den Ausführungsformen gemäß den 25 bis 34, werden Widerstandswerte zwischen der Motorwelle 68 und dem geerdeten Gehäuse 69 von deutlich weniger als 1 Ω erreicht. Es sind sogar Widerstandswerte von weniger als 0,01 Ω erreichbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1872463 B1 [0003]

Claims

Wellenerdungsring zur Ableitung induzierter Spannungen bzw. elektrischer Ladungen von einem ersten Maschinenelement, vorzugsweise einer Welle, in ein zweites Maschinenelement, mit einem ringförmigen, aus elektrisch leitendem Material bestehenden Gehäuse, das mit dem einen Maschinenelement leitend verbunden ist und mit wenigstens einem Ableitelement in elektrisch leitender Verbindung steht, das ebenfalls aus einem elektrisch leitenden Material besteht und mit dem anderen Maschinenelement in elektrisch leitender Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) ein zumindest über einen Teil des Umfanges sich erstreckender scheibenförmiger Ableitkörper ist.
Wellenerdungsring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) ein in einer Radialebene des Wellenerdungsringes liegendes, elektrisch leitendes PTFE-Element ist.
Wellenerdungsring nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a) mit einem elastisch gebogenen Randbereich (10) am ersten oder am zweiten Maschinenelement (68, 69) anliegt.
Wellenerdungsring nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastisch gebogene Randbereich (10) des Ableitelementes (8, 8a) über seinen Umfang mit randoffenen Aussparungen (11), vorzugsweise Schlitzen, versehen ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a) mit seinem radial inneren Randbereich (10) unter elastischer Verformung mit dem ersten Maschinenelement (68) elektrisch leitend verbunden ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a) mit seinem radial äußeren Randbereich (10) unter elastischer Verformung mit dem zweiten Maschinenelement (69) elektrisch leitend verbunden ist
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei, vorzugsweise mehr als zwei Ableitelemente (8, 8a) zu einem Paket zusammengefasst sind.
Wellenerdungsring nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass an einer Seite des Paketes von Ableitelementen (8, 8a) ein Federelement (15) anliegt, das zumindest annähernd gleiche Form und Größe wie das Ableitelement hat.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) über mehr als seine halbe radiale Breite zwischen einem Klemmelement (2, 17, 33, 37, 55, 60) und einem Grundkörper (4, 22, 33, 61) eingeklemmt ist, der aus elektrisch leitendem Material besteht.
Wellenerdungsring nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (2) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet und elektrisch leitend fest mit ihm verbunden ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (1) mindestens ein weiteres Ableitelement (8, 8a) oder mindestens ein weiteres Paket von Ableitelementen angeordnet ist und dass die Ableitelemente (8, 8a) oder Pakete von Ableitelementen (8, 8a) durch wenigstens eine Zwischenscheibe (13) voneinander getrennt sind, die aus elektrisch leitendem Material besteht.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (33, 37) unter Federkraft am Ableitelement (8, 8a, 29) anliegt.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (4, 61), einstückig mit dem Gehäuse (1, 62) ausgebildet ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (22) Teil einer Buchse (19) ist, die aus elektrisch leitendem Material besteht und fest mit dem ersten Maschinenteil (68) verbunden ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (29) an der Buchse (19) und am Gehäuse (18) anliegt.
Wellenerdungsring nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8) mit seinem radial inneren Bereich (10) auf einem konischen Abschnitt (47) der Buchse (45) aufliegt.
Wellenerdungsring nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8) in Richtung auf den konischen Abschnitt (47) der Buchse (45) kraftbelastet ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (60) mit Vorsprüngen (67) versehen ist, mit denen das Klemmelement (60) gegen das Ableitelement (8, 8a) gedrückt wird.
Wellenerdungsring nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (60) ein Klemmblech ist, das am Gehäuse (62) befestigt ist, vorzugsweise durch Laserschweißen, und dessen Vorsprünge (67) durch einen Prägevorgang gebildet sind.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) einstückig ausgebildet ist.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) aus mehreren größeren Abschnitten besteht.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8, 8a, 29) aus einem kompakten, elektrisch leitfähigen Material besteht.
Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (8) einen elastisch verformbaren scheibenförmigen Grundkörper (82) aufweist, der mit einer Beschichtung (83) aus elektrisch leitfähigem Material versehen ist.
Wellenerdungsring nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (83) den gesamten Grundkörper (82) umhüllt.
Wellenerdungsring nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (82) in dem Bereich, in dem das Ableitelement (8) am Maschinenelement (68, 69) anliegt, mit Durchbrechungen (86) versehen ist, die mit elektrisch leitfähigem Material (87) gefüllt sind.
Wellenerdungsring nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitfähige Material (87) in den Durchbrechungen (86) zumindest mit der Beschichtung verbunden ist, die an der vom ersten bzw. zweiten Maschinenelement (68, 69) abgewandten Seite (84, 85) des Grundkörpers (82) vorgesehen ist.
Wellenerdungsring nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchbrechungen 86 über den Umfang des Grundkörpers (82) verteilt angeordnet sind.
Wellenerdungsring nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (83) eine elektrisch leitfähige Folie ist.
Wellenerdungsring nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, das die Beschichtung (83) von der einen Seite des Grundkörpers (82) über den äußeren Rand bis auf die andere Seite des Grundkörpers (82) verläuft.
Wellenerdungsring nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Folie (83) zwischen benachbarten Grundkörpern (82) liegt.