DE102016211616A1

DE102016211616A1 - Erdung einer Welle

Info

Publication number: DE102016211616A1
Application number: DE102016211616.9A
Authority: DE
Inventors: Kurt Engelen; Georg Tenckhoff; Alejandro Martin Barrios
Original assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Wind Power Antwerpen NV; ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2016-06-28
Filing date: 2016-06-28
Publication date: 2016-09-08
Also published as: US20170369012A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Getriebe mit einer drehbar gelagerten ersten Komponente (101), einer drehfesten zweiten Komponente (105) und einer dritten Komponente (107); wobei erste Komponente (101) eine radial verlaufende Fläche aufweist; und wobei die dritte Komponente (107) in der zweiten Komponente (105) fixiert ist. Die dritte Komponente (107) gegen die Fläche verspannt ist; wobei die dritte Komponente (107) die Fläche und die zweite Komponente (105) elektrisch leitfähig miteinander verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Elektrische Ströme können in Lagern Auskohlungen und Funkenüberschlag verursachen. Die Folge sind Beschädigungen des Lagers, die schließlich zum Ausfall führen können.
Um Stromflüsse in einem Lager zu vermeiden, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Lösungen bekannt, die einen Potenzialausgleich herstellen. Hierzu zählen Karbonbürsten, Wellenerdungsringe und Teleskopbürsten. Diese sind geeignet, Ströme im Bereich weniger Milliampere bis zu mehreren Ampere zu vermeiden.
Neuere Untersuchungen haben jedoch zu der Erkenntnis geführt, dass auch sehr geringe Ströme, d. h. Ströme im Mikroampere-Bereich Lagerschäden verursachen können. Derartige Ströme scheinen verantwortlich zu sein für die Entstehung sogenannter White Etching Cracks (WEC).
Die eingangs beschriebenen Mittel sind nicht geeignet, Ströme in Mikroampere-Bereich zu vermeiden, wenn sie in öliger Umgebung eingesetzt werden. Durch das Öl entsteht ein isolierender Film, der einen vollständigen Potenzialausgleich verhindert. Dieses Problem wird größer, je schneller sich das zu erdende Lager dreht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Unzulänglichkeiten und Nachteile zu umgehen. Insbesondere soll die Beschädigung von Lagern durch White Etching Cracks vermieden werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Getriebe nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
Das Getriebe umfasst eine drehbar gelagerte erste Komponente, eine drehfeste zweite Komponente und eine dritte Komponente. Insbesondere ist die erste Komponente relativ zu der zweiten Komponente drehbar. Vorzugsweise ist die erste Komponente darüber hinaus drehbar in der zweiten Komponente gelagert. So handelt es sich etwa bei der zweiten Komponente um ein Gehäuse des Getriebes.
Die erste Komponente weist eine radial verlaufende Fläche auf. Dies ist eine Fläche, die orthogonal zu einer Drehachse der ersten Komponente ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist die radial verlaufende Fläche eben. Bei der Fläche handelt es sich um einen Teil der Oberfläche der ersten Komponente. Insbesondere kann es sich bei um eine Teilfläche einer größeren Fläche handeln.
Die dritte Komponente ist in der zweiten Komponente fixiert. Vorzugsweise handelt es sich um eine starre Fixierung, die weder einen translatorischen, noch einen rotatorischen Freiheitsgrad zulässt. Bei einer starren Fixierung ist mindestens ein Teil der dritten Komponente relativ zu der zweiten Komponente feststehend angebracht.
Erfindungsgemäß ist die dritte Komponente so gegen die Fläche verspannt, dass durch die dritte Komponente eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Fläche und der zweiten Komponente zustande kommt. Da es sich bei der Fläche um eine Fläche der ersten Komponente handelt, kommt mithin auch eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente zustande.
Durch die elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente findet ein Potenzialausgleich statt. Da die Fläche, gegen welche die dritte Komponente verspannt ist, radial verläuft, ist es möglich, die dritte Komponente nahe der Drehachse der ersten Komponente anzuordnen. Dies führt zu einer Verringerung der Relativgeschwindigkeit, mit der die Fläche an der dritten Komponente abgleitet. Dies wiederum verhindert, dass sich zwischen der Fläche und der ersten Komponente ein isolierender Ölfilm bildet, der einem Potentialausgleich einen erhöhten ohmschen wiederstand entgegensetzt.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist die erste Komponente elektrisch leitend mit mindestens einem Teil eines Lagers, etwa eines Wälzlagers, verbunden. Insbesondere kann die erste Komponente mittels des Lagers drehbar – etwa in der zweiten Komponente – gelagert sein. Dies bedingt eine Fixierung der ersten Komponente in einem Innenring und einem Außenring des Lagers. Die Fixierung erfolgt dabei elektrisch leitend. Infolge des Potenzialausgleichs zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente findet auch ein Potenzialausgleich mit dem Lager statt.
Die Fläche ist in einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung rotationssymmetrisch zu der Drehachse der ersten Komponente. Hierdurch gleitet die dritte Komponente während der Drehung der ersten Komponente kontinuierlich an der Fläche ab.
Die erste Komponente ist bevorzugt als eine Welle weitergebildet. Alternativ handelt es sich bei der ersten Komponente um eine Achse. Weiterbildungsgemäß ist die Fläche Teil einer Stirnfläche der Welle.
Die Stirnfläche einer Welle ist definiert als Fläche, welche die Welle in axialer Richtung begrenzt. Die Welle weist zwei Stirnflächen auf. Eine Stirnfläche einer lässt sich definieren als die Menge aller Punkte der Oberfläche der Welle, die sich durch Axialprojektion, d. h. durch Parallelprojektion in axialer Richtung, auf eine radial verlaufende, d. h. orthogonal zu der Drehachse der Welle ausgerichtete ebene Fläche projizieren lassen.
Die dritte Komponente ist bevorzugt mit einem elektrischen Kontakt weitergebildet. Dieser Kontakt ist gegen die radial verlaufende Fläche der ersten Komponente verspannt.
Bevorzugt ist die dritte Komponente darüber hinaus mit einer Feder weitergebildet. Die Feder ist gegen den Kontakt verspannt, so dass eine Federkraft auf den Kontakt wirkt. Dies führt zu der oben beschriebenen Verspannung des Kontakts gegen die Fläche.
Der Kontakt kann etwa als eine Kugel ausgestaltet sein. Insbesondere lässt sich als dritte Komponente ein handelsüblicher Kugelstößel verwenden.
In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung besteht der Kontakt mindestens teilweise aus gehärtetem Stahl. Gehärteter Stahl entsteht etwa durch Umwandlungshärtung, Ausscheidungshärtung oder Kaltverfestigung. Die Verwendung von gehärtetem Stahl wird erst ermöglicht durch die Verspannung des Kontakts gegen eine radial verlaufende Fläche. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ergibt sich ein verbessertes Verschleißverhalten.
Die dritte Komponente kann bezüglich der ersten Komponente konzentrisch oder exzentrisch angeordnet sein. Bei einer konzentrischen Anordnung stimmt eine Mittelachse der dritten Komponente, vorzugsweise eine Symmetrieachse, gegenüber der die dritte Komponente rotationssymmetrisch ist, mit der Drehachse der ersten Komponente überein. Die Fläche der ersten Komponente, gegen welche die dritte Komponente verspannt ist, hat in diesem Fall bevorzugt die Form eines Kreises. Insbesondere kann die Fläche punktförmig sein. Eine konzentrische Anordnung der dritten Komponente hat den Vorteil, dass der durch die Reibung zwischen der dritten Komponente und der genannten Fläche auftretende Verschleiß minimiert wird.
Bei einer exzentrischen Anordnung der dritten Komponente verläuft eine Mittelachse der dritten Komponente, vorzugsweise die Symmetrieachse, gegenüber der die dritte Komponente rotationssymmetrisch ist, in einem Abstand zu der Drehachse der ersten Komponente, der von Null verschieden ist. Die Fläche der ersten Komponente, gegen welche die dritte Komponente verspannt ist, hat in diesem Fall bevorzugt die Form eines Kreisrings. Durch die exzentrische Anordnung der dritten Komponente wird vermieden, dass sich in Folge von Korrosion der Übergangswiderstand zwischen der ersten Komponente und der dritten Komponente vergrößert.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
1 eine geerdete Welle.
Die in 1 dargestellte Welle 101 ist um eine Drehachse 103 drehbar gelagert. In 1 weiterhin dargestellt ist ein Getriebegehäuse 105. An dem Getriebegehäuse 105 ist ein Mittel 107 zur Erdung der Welle 101 angebracht. Das Mittel 107 ist mit dem Getriebegehäuse 105 elektrisch leitend verbunden. Weiterhin weist das Mittel 107 einen elektrisch leitfähigen Stift 109 auf. Dieser wird mit einer Feder 111 belastet und gegen die Welle 101 gedrückt, so dass eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen der Welle 101 und dem Getriebegehäuse 105 zustande kommt.
Das Mittel 107 mit dem Stift 109 und der Feder 111 ist bezüglich der Drehachse 103 der Welle 101 um einen radialen Abstand 113 versetzt angeordnet. Dies bewirkt einen Selbstreinigungseffekt der elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen dem Stift 109 und der Welle 101.
Der Abstand 113 ist gegenüber einem Radius der Welle 101 gering. So kann etwa der Abstand 113 weniger als 20%, weniger als 15%, weniger als 10% oder weniger als 5% des Radius der Welle 101 betragen.
Bezugszeichenliste

101: Welle
103: Drehachse
105: Getriebegehäuse
107: Mittel zu Erdung der Welle
109: Stift
111: Feder
113: axialer Abstand

Claims

Getriebe mit einer drehbar gelagerten ersten Komponente (101), einer drehfesten zweiten Komponente (105) und einer dritten Komponente (107); wobei erste Komponente (101) eine radial verlaufende Fläche aufweist; und wobei die dritte Komponente (107) in der zweiten Komponente (105) fixiert ist; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente (107) gegen die Fläche verspannt ist; und wobei die dritte Komponente (107) die Fläche und die zweite Komponente (105) elektrisch leitfähig miteinander verbindet.
Anordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (101) elektrisch leitend mit mindestens einem Teil eines Lagers verbunden ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche zu einer Drehachse (103) der ersten Komponente (101) rotationssymmetrisch ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Komponente (101) um eine Welle handelt; wobei die Fläche Teil einer Stirnfläche der Welle ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente (107) einen elektrischen Kontakt (109) aufweist; wobei der Kontakt (109) gegen die Fläche verspannt ist.
Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente (107) eine Feder (111) aufweist; wobei die Feder (111) gegen den Kontakt (109) verspannt ist.
Getriebe nach einem der vorhergehenden zwei Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt (109) mindestens teilweise aus gehärtetem Stahl besteht.
Getriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Komponente (107) konzentrisch zu der ersten Komponente (101) angeordnet ist.
Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche die Form eines Kreises hat.
Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 7; dadurch gekennzeichnet, die dritte Komponente () exzentrisch zu der ersten Komponente (101) angeordnet ist.
Getriebe nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche die Form eines Kreisrings hat.