DE102016217366A1 - Lagerring mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung - Google Patents

Lagerring mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung sowie Verfahren zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagerring für eine elektrische Maschine, umfassend eine zumindest teilweise an einem Grundkorpus (1) des Lagerrings ausgebildete elektrisch isolierende Beschichtung (2), wobei die elektrisch isolierende Beschichtung (2) aus einem thermisch gespritzten Kunststoff ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung (2) zumindest teilweise auf einem Grundkorpus (1) eines Lagerrings, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung (2) durch thermisches Spritzen eines Kunststoffs ausgebildet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des thermischen Spritzens zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung (2) aus einem Kunststoff auf einem Grundkorpus (1) eines Lagerrings.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Lagerring mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung sowie ein Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung und die Verwendung eines thermischen Spritzprozesses zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung. Das Anwendungsgebiet der Erfindung erstreckt sich vornehmlich auf Wälzlager für elektrische Maschinen, insbesondere für Fahrzeuge und Windkraftanlagen.
  • Allgemein ist bekannt, dass ein elektrischer Stromdurchgang durch ein Lager zu einer Beschädigung des Lagers führen kann. Es besteht daher ein Bedarf an elektrisch isolierenden Lagern, insbesondere an elektrisch isolierenden Lagerringen.
  • Die DE 10 2013 104 186 A1 offenbart einen Lagerring, mit einem Korpus, der eine elektrisch isolierende Beschichtung aus einer Keramikschicht mit Poren und einen Kunststoff zum Verfüllen der Poren und Beschichten der Keramikschicht aufweist. Dabei besitzen die Poren in der Keramikschicht einen Anteil von 10 bis 50%.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Lagerring für eine elektrische Maschine weiterzuentwickeln, und insbesondere die Isolationseigenschaften des Lagerrings gegenüber Wechselspannungen zu erhöhen.
  • Ein erfindungsgemäßer Lagerring für eine elektrische Maschine umfasst eine zumindest teilweise an einem Grundkorpus des Lagerrings ausgebildete elektrisch isolierende Beschichtung, die aus einem thermisch gespritzten Kunststoff ausgebildet ist. Mit anderen Worten besteht die elektrisch isolierende Beschichtung aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, der durch ein Oberflächenbeschichtungsverfahren gemäß dem thermischen Spritzen auf den Grundkorpus des Lagerrings aufgebracht wird. Somit befindet sich keine weitere Beschichtung auf dem Grundkorpus des Lagerrings, insbesondere keine Keramikschicht. Der elektrisch isolierende Kunststoff kann beispielsweise ein Polyetheretherketon (PEEK) oder ein Polyphthalamid (PPA) sein. Polyetheretherketon weist eine Dielektrizitätszahl von 3, wobei die Dielektrizitätszahl von Polyphthalamid 4 beträgt. Eine derart geringe Dielektrizitätszahl wirkt sich positiv auf die Isolationseigenschaften der elektrisch isolierenden Beschichtung bei Wechselspannungen aus. Zur elektrischen Isolation verwendete Keramiken weisen in der Regel eine deutlich höhere Dielektrizitätszahl von 8 bis 9 auf.
  • Die erfindungsgemäße elektrisch isolierende Beschichtung mit Kunststoff bringt gegenüber dem einleitend beschriebenen Stand der Technik somit einen deutlich höheren kapazitiven Widerstand, so dass damit die Isolationsleistung steigt und somit der erfindungsgemäße Lagerring eine verbesserte Isolation gegen hochfrequente Ströme in einem Lager, insbesondere einem Kugel- oder Rollenlager, ermöglicht. Es wird darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß der Wert der Dielektrizitätszahl aufgrund der elektrisch isolierenden Beschichtung mit Kunststoff günstiger als bei der aus dem Stand der Technik bekannten Verbundschicht aus Keramik und Kunststoff ist.
  • Die elektrischen Isolationseigenschaften bei Wechselspannungen sind nicht nur von der Dielektrizitätszahl des Beschichtungsmaterials, sondern auch von der Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung abhängig. Die elektrisch isolierende Beschichtung weist vorzugsweise eine Schichtdicke von 0,05 bis 1 mm auf. Je nach Anwendungsfall kann die Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung variieren.
  • Bevorzugt umfasst die elektrisch isolierende Beschichtung zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel. Beispielsweise umfasst der elektrisch isolierende Kunststoff Verstärkungsfasern oder Verstärkungspartikel aus Carbon und/oder Glas und/oder Aramid. Ferner sind auch andere Verstärkungselemente bzw. Verstärkungsstoffe denkbar.
  • Insbesondere wird der Grundkorpus des Lagerrings mittels Flammspritzen beschichtet. In der Technik wird zwischen Drahtflammspritzen und Pulverflammspritzen unterschieden. Beim Drahtflammspritzen wird ein drahtförmiger Spritzwerkstoff durch eine Brenngas-Sauerstoff-Flamme abgeschmolzen, wobei Druckluft den aufgeschmolzenen Spritzwerkstoff, insbesondere den elektrisch isolierenden Kunststoff verdüst und auf den als Substrat vorgesehenen Grundkorpus schleudert. Demgegenüber basiert das Pulverflammspritzen auf dem gleichen Funktionsprinzip wie das Drahtflammspritzen, mit dem Unterschied, dass der Beschichtungswerkstoff, insbesondere der elektrisch isolierende Kunststoff nicht drahtförmig sondern pulverförmig ausgebildet ist.
  • Bevorzugt wird der Grundkorpus des Lagerrings mittels Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF), insbesondere unter Verwendung eines Pulvers als Spritzwerkstoff beschichtet. Beim Hochgeschwindigkeitsflammspritzen erfolgt eine kontinuierliche Kraftstoffverbrennung unter hohem Druck innerhalb einer wasser- oder luftgekühlten Brennkammer. Der in der Brennkammer erzeugte Druck eines brennenden Kraftstoff-Sauerstoff-Gemisches realisiert zusammen mit einer Expansionsdüse die hohe Geschwindigkeit des Gasstrahls. Der Spritzwerkstoff wird axial in die Brennkammer oder radial im Bereich der Expansionsdüse zugeführt, wodurch die Spritzpartikel auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden, um dichte Spritzschichten mit hervorragenden Hafteigenschaften auf dem Grundkorpus zu erzeugen.
  • Vorzugsweise ist mit Ausnahme von den Laufflächen für die Wälzkörper an der gesamten Oberfläche des Grundkorpus des Lagerrings die elektrisch isolierende Beschichtung ausgebildet. Bevorzugt ist die elektrisch isolierende Beschichtung auf einer Außenseite des Grundkorpus, auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen des Grundkorpus, auf einer jeweiligen zwischen der Außenseite und jeder Seitenfläche ausgebildeten Verrundung des Grundkorpus und auf einer jeweiligen von jeder Seitenfläche zu einer Innenseite des Grundkorpus verlaufenden Fase des Grundkorpus aufgebracht. Ferner bevorzugt sind beide Lagerringe eines Wälzlagers zumindest teilweise oder vollständig mit der elektrisch isolierenden Beschichtung beschichtet. Mithin ist es auch denkbar den Innenring des Wälzlagers zu beschichten.
  • Nach einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung zumindest auf einem Teil des Grundkorpus des Lagerrings wird das thermische Spritzen, insbesondere das Flammspritzen zum Aufschmelzen und Befördern des elektrisch isolierenden Kunststoffs auf den Grundkorpus verwendet. Üblicherweise werden Kunststoffe durch Spritzgießen verarbeitet. Jedoch wäre für die Erzeugung einer elektrisch isolierenden Beschichtung durch Spritzgießen für jede Bauform und jede Schichtdicke eine Spritzgussform notwendig.
  • Vorzugsweise wird die elektrisch isolierende Beschichtung zum Verfüllen zumindest oberflächlicher Poren mit einem Harz oder einem Polymer versiegelt.
  • Bevorzugt wird die elektrisch isolierende Beschichtung mechanisch bearbeitet. Insbesondere wird die elektrisch isolierende Beschichtung durch Schleifen oder Polieren mechanisch bearbeitet, um vorzugsweise die Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung einzustellen.
  • Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beiden Figuren näher dargestellt. Es zeigen
  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Lagerrings mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, und
  • 2 eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung eines Grundkorpus mit einer erfindungsgemäßen elektrisch isolierenden Beschichtung.
  • Gemäß 1 weist ein erfindungsgemäßer Lagerring für eine – hier nicht dargestellte – elektrische Maschine einen Grundkorpus 1 auf, an dem eine elektrisch isolierende Beschichtung 2 aus einem thermisch gespritzten Kunststoff ausgebildet ist. Mithin wird der Kunststoff insbesondere durch Flammspritzen direkt auf den Grundkorpus 1 gespritzt, um die elektrisch isolierende Beschichtung 2 zu erzeugen. Die elektrisch isolierende Beschichtung 2 ist auf einer Außenseite 3 des Grundkorpus 1, auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen 4a, 4b des Grundkorpus 1, auf einer jeweiligen zwischen der Außenseite 3 und jeder Seitenfläche 4a, 4b ausgebildeten Verrundung 5a, 5b des Grundkorpus 1 und auf einer jeweiligen von jeder Seitenfläche 4a, 4b zu einer Innenseite 6 des Grundkorpus 1 verlaufenden Fase 7a, 7b des Grundkorpus 1 aufgebracht.
  • Nach 2 weist ein erfindungsgemäßer Grundkorpus 1 eine elektrisch isolierende Beschichtung 2 aus einem thermisch gespritzten Kunststoff auf, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung 2 zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel 8 umfasst. Zur Einstellung einer gleichmäßigen Schichtdicke der elektrisch isolierenden Beschichtung 2 wurde die elektrisch isolierende Beschichtung 2 mechanisch bearbeitet. Ferner wurde die elektrisch isolierende Beschichtung 2 zum Verfüllen – hier nicht dargestellter – Poren versiegelt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Grundkorpus
    2
    elektrisch isolierende Beschichtung
    3
    Außenseite
    4a, 4b
    Seitenfläche
    5a, 5b
    Verrundung
    6
    Innenseite
    7a, 7b
    Fase
    8
    Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013104186 A1 [0003]

Claims (9)

  1. Lagerring für eine elektrische Maschine, umfassend eine zumindest teilweise an einem Grundkorpus (1) des Lagerrings ausgebildete elektrisch isolierende Beschichtung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) aus einem thermisch gespritzten Kunststoff ausgebildet ist.
  2. Lagerring nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) auf einer Außenseite (3) des Grundkorpus (1), auf zwei gegenüberliegenden Seitenflächen (4a, 4b) des Grundkorpus (1), auf einer jeweiligen zwischen der Außenseite (3) und jeder Seitenfläche (4a, 4b) ausgebildeten Verrundung (5a, 5b) des Grundkorpus (1) und auf einer jeweiligen von jeder Seitenfläche (4a, 4b) zu einer Innenseite (6) des Grundkorpus (1) verlaufenden Fase (7a, 7b) des Grundkorpus (1) aufgebracht ist.
  3. Lagerring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften Verstärkungsfasern und/oder Verstärkungspartikel (8) umfasst.
  4. Lagerring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) eine Schichtdicke von 0,05 bis 1 mm aufweist.
  5. Verfahren zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung (2) zumindest teilweise auf einem Grundkorpus (1) eines Lagerrings, wobei die elektrisch isolierende Beschichtung (2) durch thermisches Spritzen eines Kunststoffs ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkorpus (1) des Lagerrings mittels Flammspritzen beschichtet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) zum Verfüllen zumindest oberflächlicher Poren mit einem Harz oder Polymer versiegelt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Beschichtung (2) mechanisch bearbeitet wird.
  9. Verwendung des thermischen Spritzens zur Herstellung einer elektrisch isolierenden Beschichtung (2) aus einem Kunststoff auf einem Grundkorpus (1) eines Lagerrings.
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