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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lageranordnung zum Schutz eines Lagers vor schädlichen Stromdurchgängen.
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Speziell in schnell rotierenden Lagern können elektrische Lagerströme, beispielsweise bei magnetischer Asymmetrie, auftreten. Diese Lagerströme verursachen durch Stromdurchgang an Wälzlagerkomponenten eine Elektroerosion an den Maschinenelementen bzw. an den Wälzlagerkomponenten. Beispielsweise kommt es an Wälzkörpern zu einer Riffelbildung bzw. Lagerprofilierung. Auch Schädigungen der Wälzkörperlaufbahnen können auftreten, wodurch es zu einem vorzeitigen Lagerausfall kommen kann. Eine weitere Schadensart in Lagern aufgrund von Stromdurchgängen sind sogenannte „white etching cracks“ (WEC), bei welchen eine Gefügeveränderung des Werkstoffes auftritt.
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Es sind Dichtungen bekannt, die elektrisch leitfähig sind, um zwei zueinander bewegliche Bauteile zu erden oder um einen Potenzialausgleich zwischen Maschinenelementen zu ermöglichen.
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Möglichkeiten um Lagerströme abzuleiten sind beispielsweise der Einsatz von Erdungsbürsten. Zur Vermeidung von Lagerströmen kommen beispielsweise elektrisch isolierende Keramikbeschichtungen oder Keramikwälzkörper zur Anwendung. Bei der Verwendung von auf den Dichtungen aufgebrachten elektrisch leitfähigen Folien kann es zum Zerreißen der Folien durch mechanische Einflüsse kommen. Auch die Stromableitung über Dichtungen mit elektrisch leitfähigen Elastomeren ist generell in Erwägung gezogen worden. Diese weisen aufgrund der jeweils gewählten Materialzusammensetzung jedoch nur eine geringe elektrische Leitfähigkeit auf, besitzen eine geringere Elastizität oder verschleißen schnell. Die elektrische Leitfähigkeit von elastischen Dichtungen ist von der Füllstoffart und dem Füllstoffgehalt des Elastomers abhängig.
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Aus der
DE 33 40 458 C1 ist ein Erdungsring für einen rohrförmigen Messwertaufnehmer bekannt, der weiterhin eine Dichtungsfunktion aufweist. Der Erdungsring umfasst einen Dichtungsring mit einer Graphitfolie und eine auf der Graphitfolie angeordnete Metallfolie. Weiterhin umfasst der Erdungsring einen Erdungsleiter, der an dem Dichtungsring angeschlossen ist.
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In der
US 2013/0005158 A1 ist eine Stromsteuerungsbürstenanordnung beschrieben. Ein axialer Knopf und ein radialer Wellenerdungsring weisen elektrisch leitfähige Filamente auf, über welche elektrische Ströme abgeleitet werden können.
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Die
US 2015/0256054 A1 zeigt einen Erdungsring, an welchem Bürsten aus einem elektrisch leitfähigen Material angeordnet sind. Die elektrisch leitfähigen Bürsten können eine Welle kontaktieren wodurch Ströme ableitbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom genannten Stand der Technik darin, eine verbesserte Lageranordnung bereitzustellen, welche Kugellagerschäden aufgrund von Stromdurchgängen im Lager vermeidet, wobei die Lagerströme über einen elektrisch leitenden Pfad sicher und dauerhaft abgeleitet werden sollen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe durch eine Lageranordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Die erfindungsgemäße Lageranordnung dient dem Ableiten von elektrischen Lagerströmen. Die Lageranordnung umfasst einen ersten Lagerring und einen zu dem ersten Lagerring koaxial angeordneten zweiten Lagerring. Die beiden Lagerringe rotieren zueinander um eine gemeinsame Achse. Weiterhin umfasst die Lageranordnung eine Lagerscheibe und eine der Lagerscheibe gegenüberliegend angeordnete Schleuderscheibe. Die beiden Scheiben sind radial zwischen den Lagerringen angeordnet, wobei die Lagerscheibe an dem ersten Lagerring und die Schleuderscheibe an dem zweiten Lagerring drehfest angeordnet ist. Die Schleuderscheibe ist gegenüber der Lagerscheibe axial innenliegend angeordnet, d.h. die Schleuderscheibe ist wälzkörpernah und die Lagerscheibe wälzkörperfern angeordnet. Weiterhin umfasst die Lageranordnung ein Carbon-Vlies, welches axial zwischen den beiden Scheiben angeordnet ist. Das Carbon-Vlies kann auch aus einem anderen elektrisch leitfähigen Stoff ausgebildet sein. Entlang des ersten Lagerrings, der Lagerscheibe, dem Carbon-Vlies, der Schleuderscheibe und dem zweiten Lagerring oder anders herum ist ein elektrisch leitfähiger Pfad bzw. eine Strompfad ausgebildet, über den schädliche Lagerströme abgeleitet werden können. Somit vermeidet die erfindungsgemäße Lageranordnung vorteilhafterweise Lagerschäden, welche durch Stromdurchgänge im Lager entstehen. Es erfolgt eine gezielte Stromdurchführung.
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Die Lagerscheibe und die Schleuderscheibe bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material.
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Der erste Lagerring ist bevorzugt ein Außenlagerring und der zweite Lagerring ein Innenlagerring. Alternativ kann der erste Lagerring ein Innenlagerring und der zweite Lagerring ein Außenlagerring sein.
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Die Lagerscheibe und die Schleuderscheibe sind vorzugsweise starr ausgebildet. Alternativ ist zumindest eine der beiden Scheiben zumindest teilweise flexibel ausgebildet.
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Während der Rotation wird das Carbon-Vlies dynamisch beansprucht, sodass es flexibel gestaltet sein muss. Damit das Carbon-Vlies während der Rotation der beiden Lagerringe zueinander seine Position zwischen den beiden Scheiben hält, sind die Scheiben so aufgebaut, dass das Carbon-Vlies zwischen den Scheiben eingeklemmt ist. Beispielsweise kann zumindest eine der beiden Scheiben im Bereich des Vliessitzes gewellt ausgebildet sein. Alternativ kann zumindest eine der beiden Scheiben am Ende des Vliessitzes teilweise abgewinkelt ausgebildet sein, sodass das Carbon-Vlies vor dem Verrutschen geschützt ist.
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Besonders bevorzugt ist die Schleuderscheibe an einem drehenden Innenlagerring angeordnet, sodass bei einer Rotation zwischen den Lagerringen befindliches Schmiermittel zu dem Außenlagerring in das Lagerinnere geschleudert wird.
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Ebenso dient die Lageranordnung dem Abdichten eines Raumes zwischen Maschinenelementen, besonders bevorzugt zur Abdichtung eines Wälzlagerraumes, welcher sich zwischen dem Außenlagerring und einem demgegenüber um eine Achse rotierbaren Innenlagerring erstreckt. Die Abdichtung erfolgt durch die Rotation der Lagerringe zueinander, wobei die Schleuderscheibe am Innenlagerring drehfest befestigt ist. Alternativ können die beiden Scheiben zur Abdichtung Dichtlippen aufweisen.
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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;
- 2 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 3 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 4 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 5 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform der Lageranordnung;
- 6 eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 7 eine Schnittansicht einer siebten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 8 eine Schnittansicht einer achten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 9 eine Schnittansicht einer neunten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 10 eine Schnittansicht einer zehnten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 11 eine Schnittansicht einer elften Ausführungsform der Lageranordnung;
- 12 eine Schnittansicht einer zwölften Ausführungsform der Lageranordnung;
- 13 eine Schnittansicht einer dreizehnten Ausführungsform der Lageranordnung;
- 14 eine Schnittansicht einer vierzehnten Ausführungsform der Lageranordnung.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung. Die Lageranordnung umfasst einen Außenlagerring 01, einen zum Außenlagerring 01 rotierbaren und koaxial angeordneten Innenlagerring 02 sowie zwischen den Lagerringen 01, 02 angeordnete Wälzkörper (nicht gezeigt). Die Wälzkörper werden durch einen Wälzkörperkäfig 03 gehalten, der zwischen den beiden Lagerringen 01, 02 angeordnet ist. Beide Lagerringe 01, 02 weisen an ihren gegenüberliegenden Flächen jeweils eine Nut 04 auf. Weiterhin umfasst die Lageranordnung eine Lagerscheibe 06 und eine Schleuderscheibe 07 sowie ein zwischen den beiden Scheiben 06, 07 angeordnetes elektrisch leitfähiges Carbon-Vlies 08. Die beiden Scheiben 06, 07 sind radial zwischen den beiden Lagerringen 01, 02 angeordnet, wobei sie sich axial gegenüber liegen. Die Schleuderscheibe 07 liegt lagernah und die Lagerscheibe 06 lagerfern. Beide Scheiben 06, 07 bestehen aus einem elektrisch leitfähigen Material. Die Lagerscheibe 06 ist an dem Außenlagerring 01 drehfest in dessen Nut 04 angeordnet, wobei ein fester Sitz der Lagerscheibe 06 durch eine entsprechend der Nut 04 gebogene Form des radial außenliegenden Randes der Lagerscheibe realisiert ist. Die Schleuderscheibe 07 ist drehfest in der Nut 04 des rotierbaren Innenlagerrings 02 befestigt, wobei das radial innenliegende Ende der Schleuderscheibe 07 entsprechend der Nut 04 geformt ist. Verschiedene Formen des Sitzes der beiden Scheiben 06, 07 in den jeweiligen Nuten 04 sind denkbar. Die Schleuderscheibe 07 ist in ihrer radialen Erstreckung dreifach abgewinkelt ausgebildet. Das Carbon-Vlies 08 ist in einem Bereich der Scheiben 06, 07 angeordnet, in welchem sich die beiden Scheiben 06, 07 axial parallel gegenüberliegen bzw. axial überdecken. In dem Bereich, in welchem das Carbon-Vlies 08 angeordnet ist, sind die beiden Scheiben 06, 07 vorzugsweise orthogonal zur Rotationsachse ausgerichtet. Das Carbon-Vlies 08 ist zwischen den beiden Scheiben 06, 07 eingeklemmt. Die Lagerscheibe 06 ist an ihrem radial innenliegenden Ende geradlinig ausgebildet. Die Schleuderscheibe 07 erstreckt sich an ihrem radial außenliegenden Ende schräg abgewinkelt in Richtung des Wälzlagerkäfigs 03, um bei Rotation das Schmiermittel dorthin zu führen. Über den Außenlagerring 01, die Lagerscheibe 06, das Carbon-Vlies 08, die Schleuderscheibe 07 und den Innenlagerring 02 verläuft ein elektrischer Strompfad, über den Lagerströme abgeleitet werden können. Der elektrische Strom ist in beide Strompfadrichtungen ableitbar.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 1 weist die Lagerscheibe 06 der in der 2 gezeigten Lageranordnung eine abgewandelte Form auf. Die Lagerscheibe 06 ist an ihrem radial innenliegenden Ende abgewinkelt, sodass der Endabschnitt, parallel zur Rotationsachse in Richtung des Wälzlagerkäfigs 03 verläuft. Durch das Abwinkeln des Endabschnittes der Lagerscheibe 06 wird das Verrutschen der Carbon-Vlies 08 verhindert, sodass die Ausbildung des elektrischen Strompfades gesichert ist.
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3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 1 weist die Schleuderscheibe 07 der in der 3 gezeigten Lageranordnung eine abgewandelte Form auf. Die Schleuderscheibe 07 weist an ihrer axial außenliegenden Fläche einen axial verlaufenden Vorsprung 09 auf, der beabstandet zur Lagerscheibe 06 ist. An dem Vorsprung 09 liegt das Carbon-Vlies 08 zumindest teilweise an, wobei der Vorsprung 09 den Sitz des Carbon-Vlieses 08 sichert.
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4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 oder 3 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 3 weist die Lagerscheibe 06 der in der 4 gezeigten Lageranordnung einen Vorsprung 09 auf. Der Vorsprung 09 erstreckt sich axial in Richtung der Schleuderscheibe 07, wobei er diese nicht kontaktiert. Der Vorsprung 09 ist radial oberhalb des Carbon-Vlieses 08 ausgebildet. Durch den Vorsprung 09 wird das Carbon-Vlies 08 am Verrutschen gehindert.
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5 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 oder 4 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 4 weist die Lagerscheibe 06 der in der 5 gezeigten Lageranordnung anstelle eines Vorsprungs 09 eine Wölbung 11 auf. Die Wölbung 11 erstreckt sich axial in Richtung der Schleuderscheibe 07, wobei sie diese nicht kontaktiert. Die Wölbung 11 ist radial oberhalb des Carbon-Vlieses 08 ausgebildet. Durch die Wölbung 11 wird das Carbon-Vlies 08 am Verrutschen gehindert.
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6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 oder 5 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 5 weist die Schleuderscheibe 07 der in der 6 gezeigten Lageranordnung eine sich axial in Richtung der Lagerscheibe 06 erstreckende Wölbung 11 auf. Die Wölbung 11 ist radial oberhalb des Carbon-Vlieses 08 ausgebildet. Durch die Wölbung 11 wird das Carbon-Vlies 08 am Verrutschen gehindert.
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7 zeigt eine siebte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 oder 5 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 5 weist die Lagerscheibe 06 der in der 7 gezeigten Lageranordnung die Wölbung 11 auf, welche sich axial in Richtung der Schleuderscheibe 07 erstreckt und radial unterhalb des Carbon-Vlieses 08 ausgebildet ist. Durch die Wölbung 11 wird das Carbon-Vlies 08 am Verrutschen gehindert.
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8 zeigt eine achte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 oder 6 gezeigten Lageranordnung gleicht. Abweichend zu 6 weist die Schleuderscheibe 07 der in der 8 gezeigten Lageranordnung die Wölbung 11 auf, welche sich axial in Richtung der Lagerscheibe 06 erstreckt und radial unterhalb des Carbon-Vlieses 08 ausgebildet ist. Durch die Wölbung 11 wird das Carbon-Vlies 08 am Verrutschen gehindert.
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9 zeigt eine neunte Ausführungsform der Lageranordnung, welche eine Kombination aus der in 5 gezeigten Lagerscheibe 06 und der in 8 gezeigten Schleuderscheibe 07 darstellt.
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Die in 10 gezeigte Ausführungsform stellt eine Kombination der in 2 gezeigten Lagerscheibe 06 und der in 6 gezeigten Schleuderscheibe 07 dar.
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11 zeigt eine elfte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 gezeigten Lageranordnung gleicht. Die in 11 gezeigte Lageranordnung weist abweichend eine mehrfach gewellte Lagerscheibe 06 auf. Die Lagerscheibe 06 ist im Bereich des Carbon-Vlieses 08 gewellt, sodass das Carbon-Vlies 08 festgeklemmt wird.
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12 zeigt eine zwölfte Ausführungsform der Lageranordnung, welche zunächst der in 1 und 11 gezeigten Lageranordnungen gleicht. Die in 12 gezeigte Lageranordnung weist abweichend eine mehrfach gewellte Schleuderscheibe 07 auf. Die Schleuderscheibe 07 ist im Bereich des Carbon-Vlieses 08 gewellt, sodass das Carbon-Vlies 08 eingeklemmt wird.
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13 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lageranordnung, welche eine Kombination der in 11 gezeigten Lagerscheibe 06 und der in 12 gezeigten Schleuderscheibe 07 darstellt. Die mehrfach gewellten Scheiben 06, 07 sind parallel ausgereichtet, sodass die Wölbungen 11 in die gleiche axiale Richtung verlaufen. Das Carbon-Vlies 08 wird zwischen den Scheiben 06, 07 eingeklemmt.
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14 zeigt eine weitere Ausführungsform der Lageranordnung, welche genauso wie die in 13 gezeigte Lageranordnung eine Kombination der in 11 gezeigten Lagerscheibe 06 und der in 12 gezeigten Schleuderscheibe 07 darstellt. Die mehrfach gewellten Scheiben 06, 07 sind gegensinnig ausgerichtet, sodass die Wölbungen 11 in unterschiedliche axiale Richtung verlaufen. Das Carbon-Vlies 08 wird zwischen den Scheiben 06, 07 eingeklemmt.
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Weitere Kombinationen der verschiedenen Ausführungsformen sind möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Außenlagerring
- 02
- Innenlagerring
- 03
- Wälzkörperkäfig
- 04
- Nut
- 05
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- 06
- Lagerscheibe
- 07
- Schleuderscheibe
- 08
- Carbon-Vlies
- 09
- Vorsprung
- 10
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- 11
- Wölbung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3340458 C1 [0005]
- US 2013/0005158 A1 [0006]
- US 2015/0256054 A1 [0007]
