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Technisches Gebiet
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Die Erfindung befasst sich mit der Verbesserung von Stromableitungsanordnungen, wie sie in Wälzlagern eingesetzt werden.
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Werden Wälzlager betrieben, kann nicht ausgeschlossen werden, dass sich die drehenden Bauteile des Wälzlagers elektrostatisch aufladen. Kommt es zu einer plötzlichen Entladung dieser elektrostatischen Aufladung, können Beschädigungen des Wälzlagers nicht ausgeschlossen werden, weil solche Entladungsströme in der Lage sind, Laufbahnen des Wälzlagers, beispielsweise infolge von Pittings, dauerhaft zu schädigen.
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Daher ist man dazu übergegangen, den Stromdurchgang durch das Wälzlager dadurch zu begrenzen, dass man Wälzkörper aus Keramik verwendet und/oder man die Laufbahnen der Wälzlager mit einer Keramikschicht versieht. Sind nämlich die Wälzlager durch die entsprechenden keramischen Isolatoren für den Strom nicht überwindbar, sind Beschädigungen des Wälzlagers durch plötzliche Stromentladungen gebannt.
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Da keramische Wälzkörper und/oder keramische Schichten auf Wälzlagern außerordentlich teuer und sehr empfindlich sind, haben sich keramische Wälzkörper bzw. keramische Schichten auf Wälzlagern zum Schutz vor Stromdurchgang durch Wälzlager nicht so richtig durchgesetzt.
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Vielmehr versucht man in der Praxis den umgekehrten Weg zu gehen, indem man nicht durch den Einsatz von isolierenden Materialien versucht, den Strom vom Durchgang durch die Wälzlager abzuhalten, sondern durch das Vorsehen irgendwelcher Leiter zwischen den Lagerringen die Möglichkeit zu schaffen, dass der Strom zwischen den Lagerringen und nicht über die Wälzkörper und die Laufbahnen abgeleitet wird.
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So wird in DE 10 2014 2024719 A1 eine den elektrischen Strom leitende Scheibe vorgesehen, deren äußerer Rand in einer Nut im äußeren Lagerring festgelegt ist und so eine leitfähige Verbindung zwischen äußerem Lagerring und der Scheibe herstellt. Der andere Rand der Scheibe ist mit einer leitfähigen Bürste versehen, welche während des Betriebs des Wälzlagers am inneren Lagerring anläuft.
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Ähnlich ist es auch bei
KR 20180103802 A. Dort wird allerdings eine Klammer verwendet, deren erster Kontaktabschnitt mit der als Kontaktbereich dienenden inneren Mantelfläche des äußeren Lagerrings und deren zweiter Kontaktabschnitt mit der ebenfalls als Kontaktabschnitt dienenden äußeren Mantelfläche des inneren Lagerrings in einer den Strom leitenden Verbindung stehen, indem ein schrägverlaufender Mittelabschnitt die beiden Kontaktabschnitte auch elektrisch verbindet. Ist der innere Lagerring dieser Anordnung der drehende Lagerring, kann während des Betriebs dieses Wälzlagers nicht ausgeschlossen werden, dass sich der innere Lagerring relativ zum äußeren, stehenden Lagerring bewegt, indem sich der innere Lagerring in der Lastzone des Wälzlagers dem äußeren Lagerring nähert und sich gegenüber der Lastzone vom äußeren Lagerring leicht entfernt. Liegt die Klammer zwischen den beiden Lagerringen, verändert sich -wie leicht nachzuvollziehen ist- durch die betriebsbedingten Relativbewegungen des inneren Lagerrings gegenüber dem äußeren Lagerring auch die Vorspannung der Klammer zwischen den beiden Lagerringen und mit ihr auch die Reibung zwischen den Lagerringen. Diese Reibungsveränderung hat zur Folge, dass der Energieeinsatz zum Betrieb derartiger Wälzlager leicht erhöht ist.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine reibungsreduzierte Stromableitungsanordnung für ein radiales Wälzlager anzugeben.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgegangen wird bei der Stromableitungsanordnung von einemradialem Wälzlager mit einer stromleitenden Klammer, die einen ersten, einen zweiten Kontaktabschnitt aufweist, wobei der erste Kontaktabschnitt der Klammer mit einem Kontaktbereich eines von zwei zum Wälzlager gehörenden Lagerrings und der zweite Kontaktabschnitt der Klammer, mit einem Kontaktbereich des anderen der beiden Lagerringe des Wälzlagers in einer den elektrischen Strom leitenden Verbindung stehen.
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Ist der erste Kontaktabschnitt der Klammer selbsthaltend und den elektrischen Strom leitend an oder in einem der beiden Lagerringe festgelegt, und weist die Klammer wenigstens einen freischwingenden Endbereich auf, der tangential am anderen Lagerring anliegt, steht eine äußerst betriebssichere Stromableitungsanordnung zur Verfügung, die durch den tangentialen Anlauf des freischwingenden Endbereichs kaum Reibung verursacht.
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Die Betriebssicherheit der Stromableitung ist verbessert, wenn die Klammer einen weiteren freischwingenden Endbereich aufweist, der ebenfalls tangential am anderen Lagerring anliegt. Insbesondere muss durch den doppelten Anlauf von Endbereichen am jeweiligen Lagerring nicht befürchtet werden, dass die Stromableitung über die Klammer unterbrochen wird.
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Liegen die jeweils freischwingenden Endbereiche vorgespannt am anderen Lagerring an, muss ein Abheben der Endbereiche vom anderen Lagerring nicht befürchtet werden.
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Kostengünstig und einfach ist es, wenn die Klammer einstückig aus Feststahl gebildet ist.
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Mitdrehende Massen sind reduziert, wenn der andere Lagerring der drehende der beiden Lagerringe ist.
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Besondere Vorkehrung für den Anlauf der jeweiligen Endbereiche müssen nicht getroffen werden, wenn zum anderen Lagerring ein Flansch gehört und dass zumindest ein freischwingender Endbereich den anderen Lagerring über den Flansch tangential kontaktiert.
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Ist zumindest der Werkstoff an der Oberfläche des Flansches ein hochleitender Werkstoff, werden der Übergangswiderstand erniedrigt und damit die Stromableitung über die Klammer verbessert. Werkstoffe, die diese Eignung haben, sind -ohne darauf beschränkt zu sein- Edelmetalle und Edelmetalllegierungen.
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Ist der Flansch montierbar mit dem jeweiligen Lagerring verbunden, kann dieser Flansch genutzt werden, um das Handlung zu vereinfachen. Ist es erforderlich, den Übergangswiderstand am Flansch zu erniedrigen, muss zur Herstellung einer bloß partiellen Beschichtung der gesamte Lagerring bewegt werden, was aufwändig ist. All diese aufwändigen Schritte sind überflüssig, wenn ein separater Ring vorgesehen und mit dem jeweiligen Lagerring verbunden wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Ring gegenüber einem Flansch, der direkt vom Lagerring bereitgestellt wird, wesentlich kleiner ausgebildet ist, was die Bearbeitung erleichtert. Die geringe Größe eines Rings schließt auch ein, dass der Ring nicht notwendig beschichtet werden muss. Vielmehr kann der Ring insgesamt auch aus einem hochleitenden Werkstoff, wie zum Beispiel Karbon, gefertigt werden.
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Figurenliste
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Es zeigen:
- 1; 1a; 1b eine Seitenansicht eines Wälzlagers in zwei Varianten;
- 2 eine Frontansicht eines Wälzlagers gemäß 1a;
- 3 eine Frontansicht eines Wälzlagers gemäß 1 b;
- 4 eine weitere Variante eines Wälzlagers und
- 5 noch eine Variante.
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Wege zum Ausführen der Erfindung
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Die Erfindung soll nun anhand der Figuren näher erläutert werden.
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In 1 ist ein Wälzlager 1 gezeigt, was einen inneren Lagerring 2, einen äußeren, den inneren Lagerring 2 koaxial im radialem Abstand A umgebenden Lagerring 3 umfasst. Ohne auf die Ausführungsform Kugellager festgelegt zu sein, rollen auf von beiden Lagerringen 2, 3 bereitgestellten, aber nicht näher bezeichneten Laufbahnen Wälzkörper 4 in der Form von Kugeln ab.
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In dem inneren Lagerring 2 ist eine Bohrung 5, in welche eine Welle 6 drehfest eingebracht ist. Die hergestellte körperliche Verbindung zwischen der drehenden Welle 6 und dem drehenden inneren Lagerring 2 ist so beschaffen, dass sie gleichzeitig auch eine den Strom leitende Verbindung bildet, so dass beispielsweise elektrisches Potential auf der Welle 6 gleichzeitig auch am inneren Lagerring 2 ansteht.
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Auch sind die beiden Lagerringe 2, 3 über eine aus Metall gebildeten Klammer 7 elektrisch leitend verbunden. Damit am inneren Lagerring 2 anstehendes elektrisches Potential nicht über die aus Stahl gebildeten Wälzkörper 4 auf den anderen, äußeren Lagerring 3 übertragen wird, ist der über die Klammer 7 realisierte Stromweg im Vergleich zu dem Stromweg über die Wälzkörper 4 wesentlich niederohmiger ausgebildet.
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Im Einzelnen ist der Stromweg zwischen den beiden Lagerringen 2, 3 über die Klammer 7 so realisiert, dass diese an der Innenmantelfläche 8 des äußeren Lagerrings 3 anliegt und von dort zu einem am inneren Lagerring 2 vorgesehenen Flansch 9 geführt ist und an diesem anliegt. Zur Verbesserung der Verbindung zwischen Klammer 7 und äußerem Lagerring 3 ist in die Innenmantelfläche 8 eine die Klammer 7 aufnehmende Nut 10 eingebracht. Diese Nut 10 stellt auch sicher, dass Wanderungen der Klammer 7 während des Betriebs des Wälzlagers 1 entlang der Drehachse DA unterbleiben.
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Die beiden 1a und 1b, welche im Grunde nur Varianten eines ansonsten gleichen Wälzlagers 1 zeigen, unterscheiden sich ausschließlich in der Gestaltung des Flansches 9. Während in der Ausbildung gemäß 1a der Flansch 9 von der Umfangsfläche 10.1 des inneren Lagerrings 2 gebildet ist, wird in der Ausbildung gemäß 1b der Flansch 9 zwar auch von einer Umfangsfläche 10b zur Verfügung gestellt. Diese Umfangsfläche 10b ist aber nicht Teil des inneren Lagerrings 2, sondern eines separaten Rings 11, der mit dem inneren Lagerring 2 körperlich und stromleitend verbunden ist. Muss beispielsweise ein niedriger Übergangswiderstand zwischen Klammer 7 und innerem Lagerring 2 geschaffen werden, kann dieses beispielsweise durch eine entsprechende Edelmetallbeschichtung der jeweiligen Umfangsflächen 10a, 10b erreicht werden. Da die Lagerringe 2, 3 mitunter erhebliche, in den Meterbereich gehende Bauteile sind, ergeben sich bei der Verwendung von kleinen Ringen 11 Handlungsvorteile.
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Wie die Klammer 7 die beiden Lagerringe 2, 3 gemäß 1a bzw. 1b genau kontaktiert, wird im Zusammenhang mit den 2 und 3 erörtert, wobei sich 2 auf die Ausführungsform gemäß 1a und 3 sich auf die Ausführungsform gemäß 1b bezieht.
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So ist in 2 die Kammer 7, welche in allen Fig. dieser Anmeldung zur besseren Darstellung besonders dick gezeichnet ist, in die Innenmantelfläche 8 des äußeren Lagerrings 3 drehfest angeordnet, indem die aus Federstahl gebildete Klammer 7 -angedeutet durch die Pfeile P- sich nach radial außen drückt und sich an der Innenmantelfläche 8 abstützt. Dabei haben -wie 2 deutlich offenbart- die Innenmantelfläche 8 und die Klammer 7 einen umfänglichen Überdeckungsbereich von ca. 355°, wobei im Zusammenhang mit dieser Anmeldung dieser Überschneidungsbereich klammerseitig als erster Kontaktabschnitt 12.1 und von Seiten der Innenmantelfläche 8 als Kontaktbereich 13.1 bezeichnet ist. Da die Klammer 7 nicht geschlossen ist, gibt es zwei offene Enden 14.1, 14.2, wobei an dem einem offenen Ende 14.1 die Klammer 7 durch einen geraden, freischwingenden Endbereich 15 verlängert ist. Würde man gedacht auf der Drehachse DA den Schnittpunkt von X- und Y- Achse eines Koordinatensystems anordnen, würde der gerade Endbereich 15 im dritten und vierten Quadranten verlaufen. Dieser gerade Endbereich 15 läuft unter leichter Vorspannung nach radial innen tangential am Flansch 9 bzw. der von diesem bereitgestellten Umfangsfläche 10a des inneren Lagerrings 2 an und bildet somit dort einen zweiten Kontaktabschnitt 12.2 aus, welcher anliegend, leicht gleitend mit dem jeweiligen Kontaktbereich 13.2 des Flansches 9 am inneren Lagerring 2 in einer stromleitenden Verbindung steht.
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Die Ausführungsform entsprechend 1b bzw. 3 unterscheidet sich in der Ausführungsform gemäß 1a bzw. 2 dadurch, dass der innere Lagerring 2 durch einen Ring 11 axial verlängert und dass im Vergleich zum Lagerringdurchmesser LRD des inneren Lagerrings 2, der Durchmesser RD des Rings 11 kleiner ist (1b). Auch ist bei der Ausführung nach 1b bzw. 3 der Umfangsabstand zwischen den freien Enden 14.1, 14.2 der Klammer 7 größer dem Umgangsabstand zwischen den freien Enden 14.1, 14.2 der Klammer 7 entsprechend der Ausführung gemäß 1a bzw. 2. Dies hat zur Folge, dass dort der an das freie Ende 14.1 anschließende gerade Endbereich 15 tangential an einem von einem Ring 11 bereitgestellten Flansch 9 bzw. ab der von diesem bereitgestellten Umfangsfläche 10b anläuft und in insofern dort der zweite Kontaktabschnitt 12.2 der Klammer 7 mit dem Kontaktbereich 13.2 am Ring 11 eine stromleitende Verbindung eingeht.
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Mit 4 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt.
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Der grundsätzliche Aufbau dieses Wälzlagers 1 unterscheidet sich nicht vom Wälzlageraufbau entsprechend 1b bzw. 3, denn auch das Wälzlager 1 nach 4 hat zwei Lagerringe 2, 3 und einen Ring 11, der insofern den inneren Lagerring 2 axial verlängert (1b). Die Klammer 7 gemäß 4 hat einen ersten Kontaktabschnitt 12.1, der auch hier gerundet ausgebildet ist und welcher die Klammer 7 im ebenfalls gerundeten Kontaktbereich 13.1 des äußeren Lagerrings 2 drehfest festlegt. Wie der Darstellung gemäß 4 unschwer entnehmbar ist, bilden der erste Kontaktabschnitt 12.1 der Klammer 7 und der Kontaktbereich 13.1 im inneren Lagerring 2 einen Überschneidungsbereich in einem Winkelumfang von etwa 320°. Dies bedeutet, dass in Fig, 4 die freien Enden 14.1, 14.2 der Klammer 7 dort den größten aller bisher in dieser Anmeldung gezeigten Abstände in Umfangsrichtung einhalten. Außerdem gehen von jedem der beiden freien Enden 14.1 und 14.2 der Klammer 7 jeweils ein gerader freischwingender Endbereich 15 aus und kontaktieren mit den zweiten Kontaktabschnitten 12.2 tangential entsprechend Kontaktbereiche 13.2, die auch hier von der Umfangsfläche 10b des Rings 11 bereitgestellt wird.
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Diese doppelte Kontaktierung über die beiden Endbereiche 15 stellt sicher, dass auch durch extreme, in X- oder Y- Richtung verlaufende und durch Doppelpfeile angedeutete Relativbewegungen von innerem Lagerring 2 oder Welle 4 gegenüber dem äußeren Lagerring 3 eine Stromableitung über die Klammer 7 nicht unterbrochen wird.
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In ähnlicher Weise wirkt auch die Ausführungsform gemäß 5, bei der allerdings die beiden, von jedem Ende 14.1, 14.2 nach radial innen verlaufenden Endbereiche 15 zueinander einen rechten Winkel einschließen.
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Um den Übergangswiderstand gering zu halten, können die Umfangsflächen 10a, 10b mit hochleitenden Beschichtungen versehen sein. Hier bieten sich Beschichtung etwa aus Edelmetall oder Edelmetalllegierungen an. Auch kann Vollmaterial verwendet werden, wenn die Klammer 7 mit einem kleinen, montierbaren Ring 11 aus beispielsweise Carbon in Kontakt steht.
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Die Erfindung ist nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Patentansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Sofern die Patentansprüche und die vorstehende Beschreibung ‚erste‘ und ‚zweite‘ Merkmale definieren, so dient diese Bezeichnung der Unterscheidung zweier gleichartiger Merkmale, ohne eine Rangfolge festzulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wälzlager
- 2
- innerer Lagerring
- 3
- äußerer Lagerring
- 4
- Wälzkörper
- 5
- Bohrung
- 6
- Welle
- 7
- Klammer
- 8
- Innenmantelfläche
- 9
- Flansch
- 10
- Umfangsfläche
- 11
- Ring
- 12.1.; 12.2
- Kontaktabschnitt
- 13.1, 13.2
- Kontaktbereich
- 14.1, 14.2
- Ende
- 15
- Endbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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