DE102017108887A1 - Protective element and bearing assembly with this - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Schutzelement (02) zum Schutz eines mechanischen Lagers vor Beschädigung durch elektrische Entladung. Das Schutzelement (02) ist als eine elastische Scheibe ausgebildet und besteht aus einem Verbundwerkstoff, der Kohlenstofffasern (16) umfasst. Das Schutzelement (02) umfasst weiterhin eine erste Kontaktfläche (11), die axial an einem ersten Scheibenradius angeordnet ist und eine zweite Kontaktfläche (12), die axial an einem zweiten Scheibenradius angeordnet ist. Die erste Kontaktfläche (11) ist an einem ersten Lagerring (03; 04) unmittelbar anlegbar. Die zweite Kontaktfläche (12) ist an einem zweiten Lagerring (03; 04) unmittelbar anlegbar. Die Kontaktflächen (11, 12) sind elektrisch leitfähig ausgebildet und bilden zusammen mit den im Verbundwerkstoff befindlichen Kohlenstofffasern (16) einen elektrischen Pfad. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Lageranordnung (01), die das Schutzelement (02) umfasst. The present invention initially relates to a protective element (02) for protecting a mechanical bearing from damage by electrical discharge. The protective element (02) is formed as an elastic disc and consists of a composite material comprising carbon fibers (16). The protective element (02) further comprises a first contact surface (11) which is arranged axially at a first disc radius and a second contact surface (12), which is arranged axially at a second disc radius. The first contact surface (11) can be applied directly to a first bearing ring (03, 04). The second contact surface (12) can be applied directly to a second bearing ring (03, 04). The contact surfaces (11, 12) are electrically conductive and form an electrical path together with the carbon fibers (16) located in the composite material. Furthermore, the invention relates to a bearing assembly (01) comprising the protective element (02).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schutzelement zum Schutz eines mechanischen Lagers vor Beschädigung durch elektrische Entladung. Die Erfindung betrifft außerdem eine Lageranordnung mit diesem Schutzelement.The present invention relates to a protective member for protecting a mechanical bearing from damage by electrical discharge. The invention also relates to a bearing assembly with this protective element.
Bei elektrischen Maschinen die mechanische Lager aufweisen, kommt es regelmäßig zu sprunghaften Stromübergängen über die Lagerteile, was zu Schäden an diesen führt. Es sind Lagerschutzringe bekannt, die in mechanischen Lagern einsetzbar sind, die mittels am Umfang verteilter Kohlefaserbürsten elektrische Spannung/Ströme ableiten können. Eine Schutzfunktion gegenüber eindringendem Schmutz oder ähnlichem bieten diese Lagerschutzringe nicht, womit auch die elektrische Leitfähigkeit eingeschränkt wird.In electrical machines have the mechanical bearings, it regularly leads to sudden power transitions over the bearing parts, resulting in damage to these. There are known bearing protection rings that can be used in mechanical bearings that can derive electrical voltage / currents by means of circumferentially distributed carbon fiber brushes. A protective function against penetrating dirt or the like does not offer these bearing protection rings, which also the electrical conductivity is limited.
In der
Die
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, ein vereinfachtes Schutzelement zur Verfügung zu stellen, welches ein mechanisches Lager vor elektrischen Entladungen schützt. Weiterhin soll das Schutzelement einfach einbaubar sein und einen Lagerraum vor Schmutz schützen.The object of the present invention, starting from the prior art, is to provide a simplified protective element which protects a mechanical bearing from electrical discharges. Furthermore, the protective element should be easy to install and protect a storage room from dirt.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch ein Schutzelement gemäß dem beigefügten Anspruch 1. Weiterhin erfolgt die Lösung durch eine Lageranordnung gemäß dem Anspruch 4.According to the invention, the object is achieved by a protective element according to the appended claim 1. Furthermore, the solution is carried out by a bearing assembly according to claim 4.
Das erfindungsgemäße Schutzelement dient dem Schutz eines mechanischen Lagers vor Beschädigung durch elektrische Entladung, wobei das Schutzelement in das mechanische Lager einbaubar ist. Das Schutzelement besteht aus einem Verbundwerkstoff. Verbundwerkstoffe bestehen bekanntermaßen aus zwei oder mehr Materialien. Bevorzugt ist der Verbundwerkstoff, aus dem das Schutzelement besteht, ein Faserverbundwerkstoff. Faserverbundwerkstoffe sind bekanntermaßen eine Kombination aus Teilchen oder Fasern die in einer weiteren Komponente, der Matrix, eingebettet sind. Der Verbundwerkstoff des Schutzelements weist Kohlenstofffasern auf. Das Schutzelement ist als eine elastische Scheibe ausgebildet, die eine erste und eine zweite Kontaktfläche aufweist. Die elastische Scheibe umfasst die Kohlenstofffasern und ist demnach elektrisch leitfähig. Die erste Kontaktfläche ist axial an einem ersten Scheibenradius und die zweite Kontaktfläche ist axial an einem zweiten Scheibenradius angeordnet. Die erste Kontaktfläche ist axial unmittelbar an einem ersten Lagerring anlegbar, wodurch ein Kontakt zwischen Schutzelement und erstem Lagerring aufgebaut wird. Die zweite Kontaktfläche ist axial unmittelbar an einem zweiten Lagerring anlegbar, wodurch ein Kontakt zwischen Schutzelement und zweitem Lagerring aufgebaut wird. Die beiden Kontaktflächen sind elektrisch leitfähig ausgebildet. Zusammen mit den im Verbundwerkstoff befindlichen Kohlenstofffasern bilden die Kontaktflächen einen elektrischen Pfad aus, über den elektrische Ströme fließen können. Somit kann der Stromdurchgang über beispielsweise im Lager befindliche Wälzkörper vermieden werden.The protective element according to the invention serves to protect a mechanical bearing against damage by electrical discharge, wherein the protective element can be installed in the mechanical bearing. The protective element consists of a composite material. Composites are known to consist of two or more materials. The composite material of which the protective element is made is preferably a fiber composite material. Fiber composites are known to be a combination of particles or fibers embedded in another component, the matrix. The composite of the protective element comprises carbon fibers. The protective element is formed as an elastic disc having a first and a second contact surface. The elastic disc comprises the carbon fibers and is therefore electrically conductive. The first contact surface is axially at a first disk radius and the second contact surface is arranged axially at a second disk radius. The first contact surface is axially directly on a first bearing ring can be applied, whereby a contact between the protective element and the first bearing ring is constructed. The second contact surface is axially directly on a second bearing ring can be applied, whereby a contact between the protective element and the second bearing ring is constructed. The two contact surfaces are electrically conductive. Together with the carbon fibers in the composite, the contact surfaces form an electrical path through which electrical currents can flow. Thus, the passage of current can be avoided, for example, in the bearing located rolling elements.
Bevorzugt sind die beiden Kontaktflächen auf der gleichen axialen Seite des Schutzelements ausgebildet, wobei die Kontaktflächen zueinander beanstandet sind. Die Kontaktflächen sind als oberflächliche Bereiche ausgebildet.Preferably, the two contact surfaces are formed on the same axial side of the protective element, wherein the contact surfaces are spaced apart. The contact surfaces are formed as superficial areas.
Die Kontaktflächen sind vorzugsweise aus Kohlenstofffasern gebildet, damit die elektrische Leitfähigkeit sichergestellt ist. Alternativ bevorzugt bestehen die Kontaktflächen aus einem anderen Material, welches elektrisch leitfähig ist. Die Kontaktflächen sind bevorzugt polyamidfrei ausgebildet.The contact surfaces are preferably formed of carbon fibers, so that the electrical conductivity is ensured. Alternatively, preferably, the contact surfaces of a different material, which is electrically conductive. The contact surfaces are preferably formed polyamide-free.
Die Matrix des Verbundwerkstoffs besteht bevorzugt aus einem Kunststoff. Besonders bevorzugt besteht die Matrix aus Polyamid. Alternativ bevorzugt besteht die Matrix aus PET, PPA, PPS, PEEK oder Polyimid.The matrix of the composite material is preferably made of a plastic. Particularly preferably, the matrix consists of polyamide. Alternatively, preferably, the matrix consists of PET, PPA, PPS, PEEK or polyimide.
In einer Ausführungsform besteht der Verbundwerkstoff aus einer Kunststoffmatrix mit eingebetteten Kohlenstofffasern sowie einem weiteren leitfähigen Füllstoff. Der Füllstoff ist bevorzugt ein Metall. Alternativ bevorzugt ist der Füllstoff ein Grafit. Der elektrisch leitfähige Füllstoff dient der Optimierung der Funktionalität der Stromableitung. Grafit bietet den Vorteil, dass es im Falle des Gleitkontakts aufgrund seiner Schichtstruktur eine verminderte Reibung aufweist. Ebenso wird durch den Verbundwerkstoff mit dem weiteren Füllstoff die thermische Leitfähigkeit erhöht, so dass bei auftretenden Reibungen die Wärme besser abgeführt werden kann.In one embodiment, the composite material consists of a plastic matrix with embedded carbon fibers and another conductive filler. The filler is preferably a metal. Alternatively, the filler is a graphite. The electrically conductive filler serves to optimize the functionality of the current dissipation. Graphite has the advantage that it has a reduced friction in the case of the sliding contact due to its layer structure. Likewise, the thermal conductivity is increased by the composite material with the further filler, so that when friction occurs, the heat can be better dissipated.
Bevorzugt sind die Kohlenstofffasern in der Matrix dermaßen eingebracht, dass sich ein durchgehender elektrischer Pfad ausbilden kann. Besonders bevorzugt sind die Kohlenstofffasern durchgehend radial im Schutzelement ausgerichtet.Preferably, the carbon fibers are incorporated in the matrix so that a continuous electrical path can form. Particularly preferably, the carbon fibers are continuously aligned radially in the protective element.
Vorzugsweise weist das Schutzelement mindestens eine dritte Kontaktfläche auf, mit der das Schutzelement mit einem weiteren Bauteil in Kontakt stehen kann. Bevorzugt ist das weitere Bauteil ein Lagerbauteil. Die dritte Kontaktfläche liegt der ersten Kontaktfläche axial gegenüber.Preferably, the protective element has at least one third contact surface, with which the protective element can be in contact with another component. Preferably, the further component is a bearing component. The third contact surface lies axially opposite the first contact surface.
Durch den elastischen Aufbau des Schutzelements, aufgrund des gewählten Verbundwerkstoffs, hat das Schutzelement den Vorteil einer federnden Komponente, die das selbsttätige Nachstellen des Schutzelements bei Verschleiß ermöglicht. Auftretender Verschleiß wird demnach automatisch kompensiert. Auch die Höhe der axialen Kraft des Schutzelements ist durch die Elastizität desselben bestimmbar, wobei die Elastizität von dem gewählten Verbundwerkstoff abhängig ist.Due to the elastic structure of the protective element, due to the selected composite material, the protective element has the advantage of a resilient component that allows the automatic adjustment of the protective element in case of wear. Occurring wear is therefore automatically compensated. The amount of the axial force of the protective element is determined by the elasticity of the same, wherein the elasticity of the selected composite material is dependent.
Vorzugsweise ist ein metallisches Zusatzelement im oder am Schutzelement angeordnet, dass die axiale Kraft des Schutzelements bestimmt. Beispielsweise ist das Zusatzelement ein Federelement.Preferably, a metallic additional element is arranged in or on the protective element that determines the axial force of the protective element. For example, the additional element is a spring element.
Ein Vorteil des Schutzelements ist, neben dem Schutz vor elektrischer Entladung, der zusätzlich Schutz gegenüber einem eindringenden Medium, insbesondere Schmutz. Dadurch ist das mechanische Lager bei eingebautem Schutzelement gegen Verschmutzungen geschützt. Auch ist das Schutzelement nicht durch Verschmutzungen und/oder Fett beeinflussbar, so dass die Stromableitung dauerhaft auch bei korrosiven Umgebungsbedingungen sichergestellt ist.An advantage of the protective element is, in addition to protection against electrical discharge, the additional protection against an ingress of medium, especially dirt. As a result, the mechanical bearing is protected against dirt when the protective element is installed. Also, the protective element can not be influenced by soiling and / or grease, so that the current dissipation is permanently ensured even in corrosive environmental conditions.
Ein weiterer Vorteil ist die einfache Herstellung und Montage des Schutzelements in einem mechanischen Lager. Vorteilhaft ist auch, dass die eingesetzten Kohlenstofffasern die Reibung im mechanischen Lager gegenüber anderen Materialien, wie Kunststoff oder Metall, verringern.Another advantage is the ease of manufacture and assembly of the protective element in a mechanical bearing. It is also advantageous that the carbon fibers used reduce the friction in the mechanical bearing compared to other materials, such as plastic or metal.
Die Geometrie des Schutzelements, wie Größe oder Durchmesser, kann entsprechend des einzustellenden Übergangswiderstands sowie des geforderten Reibmoments angepasst werden.The geometry of the protective element, such as size or diameter, can be adjusted according to the transition resistance to be set and the required friction torque.
In einer Ausführungsform können die erste Kontaktfläche und die zweite Kontaktfläche als eine gemeinsame Kontaktfläche ausgebildet sein, die durchlaufend axial an dem Schutzelement ausgebildet ist.In one embodiment, the first contact surface and the second contact surface may be formed as a common contact surface, which is continuously formed axially on the protective element.
Die erfindungsgemäße Lageranordnung umfasst einen ersten Lagerring und einen zweiten Lagerring, wobei beide Lagerringe um eine gemeinsame Achse relativ zueinander rotierbar sind. Zwischen den Lagerringen sind Wälzkörper angeordnet. Weiterhin umfasst die Lageranordnung ein Schutzelement, welches dem zuvor beschriebenen Schutzelement entspricht. Das Schutzelement dient dem Schutz der Lagerringe und insbesondere der Wälzkörper vor Beschädigung durch elektrische Entladung. Die erste Kontaktfläche des Schutzelements liegt an dem ersten Lagerring an. Die zweite Kontaktfläche des Schutzelements liegt an dem zweiten Lagerring an.The bearing assembly according to the invention comprises a first bearing ring and a second bearing ring, wherein both bearing rings are rotatable relative to each other about a common axis. Rolling elements are arranged between the bearing rings. Furthermore, the bearing arrangement comprises a protective element, which corresponds to the protective element described above. The protective element serves to protect the bearing rings and in particular the rolling elements from damage by electrical discharge. The first contact surface of the protective element abuts against the first bearing ring. The second contact surface of the protective element abuts against the second bearing ring.
Bevorzugt ist die erste Kontaktfläche des Schutzelements an dem ersten Lagerring drehfest axial befestigt und die zweite Kontaktfläche des Schutzelements liegt an dem zweiten Lagerring axial an, so dass das Schutzelement mit diesem Bereich an dem zweiten Lagerring entlang gleiten kann. Alternativ bevorzugt ist die zweite Kontaktfläche des Schutzelements an dem zweiten Lagerring drehfest axial befestigt und die erste Kontaktfläche des Schutzelements liegt an dem ersten Lagerring axial an. Demnach ist das Schutzelement entweder an dem ersten oder an dem zweiten Lagerring drehfest befestigt und liegt an dem jeweils anderen Lagerring an.Preferably, the first contact surface of the protective element on the first bearing ring rotatably axially fixed and the second contact surface of the protective element is located on the second bearing ring axially, so that the protective element can slide with this area on the second bearing ring along. Alternatively preferably, the second contact surface of the protective element on the second bearing ring rotatably axially fixed and the first contact surface of the protective element is located on the first bearing ring axially. Accordingly, the protective element is attached to either the first or on the second bearing ring rotatably and abuts the other bearing ring.
Vorzugsweise ist der erste Lagerring ein Außenring des Lagers und der zweite Lagerring ein Innenring des Lagers. Alternativ bevorzugt ist der erste Lagerring ein Innenring und der zweite Lagerring ein Außenring des Lagers.Preferably, the first bearing ring is an outer ring of the bearing and the second bearing ring is an inner ring of the bearing. Alternatively preferably, the first bearing ring is an inner ring and the second bearing ring is an outer ring of the bearing.
In einer Ausführungsform ist das Schutzelement zwischen dem ersten Lagerring und einem Gehäusebauteil o.ä. angeordnet bzw. eingespannt, wobei die erste Kontaktfläche an dem ersten Lagerring und die dritte Kontaktfläche an dem Gehäusebauteil anliegt.In one embodiment, the protective element between the first bearing ring and a housing component o.ä. arranged or clamped, wherein the first contact surface bears against the first bearing ring and the third contact surface on the housing component.
Vorzugsweise ist das Schutzelement mit einer Vorspannkraft an den Lagerringen angeordnet, so dass ein anhaltender mechanischer und elektrischer Kontakt besteht.Preferably, the protective element is arranged with a biasing force on the bearing rings, so that there is a sustained mechanical and electrical contact.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lageranordnung mit Schutzelement; -
2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Lageranordnung mit Schutzelement.
-
1 a sectional view of a first embodiment of a bearing arrangement according to the invention with protective element; -
2 a sectional view of a second embodiment of the bearing assembly with protective element.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Lageranordnungbearing arrangement
- 0202
- Schutzelementprotection element
- 0303
- AußenlagerringOuter bearing ring
- 0404
- InnenlagerringInner bearing ring
- 0505
- --
- 0606
- Wälzkörperrolling elements
- 0707
- RingbahnRingbahn
- 0808
- WälzkörperkäfigRolling Element
- 0909
- Gehäusecasing
- 1010
- --
- 1111
- erste Kontaktflächefirst contact surface
- 1212
- zweite Kontaktflächesecond contact surface
- 1313
- dritte Kontaktflächethird contact surface
- 1414
- Federelementspring element
- 1515
- --
- 1616
- KohlenstofffaserCarbon fiber
- 1717
- KunststoffmatrixPlastic matrix
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |