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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Lager, insbesondere Erdungsvorrichtungen, um elektrisch Strom oder eine Ladung daran zu hindern, ein Lager zu durchfließen.
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Lager, die in elektrischen Maschinen, wie beispielsweise Motoren, Generatoren oder ähnlichen Vorrichtungen, verwendet werden, können beschädigt werden, wenn ein elektrischer Strom oder eine Ladung durch das Lager fließt, wobei dies insbesondere für die Lagerlaufbahnen schädlich ist. Vorrichtungen, wie zum Beispiel Erdungsbürsten, wurden entwickelt, um dem Strom einen alternativen Weg zu bieten und dadurch den Strom am Durchfließen des Lagers zu hindern. Diese Vorrichtungen weisen oft eine Vielzahl an leitenden Fasern auf, die umfänglich um die gesamte Außenfläche der Welle angeordnet sind, um einen relativ massiven Ring aus Fasern zu bilden, sodass der Strom zwischen der Welle und dem Gehäuse durch die Fasern hindurchfließt. Andere Vorrichtungen oder Mechanismen sind bereitgestellt, um das Lager elektrisch zu isolieren, um so den Strom am Durchfließen des Lagers zu hindern, und können isolierende Beschichtungen oder Beläge aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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In einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung eine kombinierte elektrische Isolator- und Leiteranordnung für ein Lager, die zwischen einer Welle und einem Gehäuse anordenbar ist, wobei das Lager einen Innenring, einen Außenring mit einer äußeren Umfangsfläche und gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Enden und eine Vielzahl von Wälzkörpern zwischen den Ringen aufweist und das Gehäuse eine innere Umfangsfläche hat. Die Anordnung umfasst einen ringförmigen Isolator, der um den Außenring herum anordenbar ist und dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass ein elektrischer Strom zwischen dem Außenring und dem Gehäuse fließt. Ein elektrischer Leiter hat mindestens einen Halter, der lösbar mit dem Isolator in Eingriff steht, um den Leiter mit dem Lager zu verbinden, ein äußeres radiales Ende und ein inneres radiales Ende. Das äußere radiale Ende des Leiters oder/und ein Teil des Leiters zwischen den äußeren und den inneren Enden ist leitend mit dem Gehäuse in Eingriff bringbar und das innere radiale Ende des Leiters ist leitend mit der Welle in Eingriff bringbar, um einen elektrischen Leitungsweg zwischen der Welle und dem Gehäuse bereitzustellen.
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Vorzugsweise umfasst der Leiter eine elektrisch leitende Scheibe, die mit dem Isolator so verbunden ist, dass sie sich axial neben dem Lager befindet. Die Scheibe hat eine Mittellinie, ein äußeres radiales Ende, das mit der inneren Oberfläche des Gehäuses in Eingriff bringbar ist, ein inneres radiales Ende, das eine zentrale Öffnung zur Aufnahme eines Teils der Welle definiert, und mindestens einen und vorzugsweise eine Vielzahl von bogenförmigen Clips, die den mindestens einen Halter bereitstellen. Jeder Clip greift in eine ringförmige Nut des Isolators ein, um die Scheibe lösbar mit dem Lager zu verbinden. Eine ringförmige, leitende Bürstenunteranordnung ist mit der leitenden Scheibe verbunden und umfasst eine Mittellinie und eine Vielzahl von elektrisch leitenden Fasern, wobei die leitenden Fasern in Umfangsrichtung um die Mittellinie herum beabstandet sind und sich vom inneren Ende der leitenden Scheibe radial nach innen erstrecken. Jede leitende Faser hat ein inneres Ende, das mit der Außenfläche der Welle in Kontakt bringbar ist, um einen Leitungsweg zwischen der Welle und der Scheibe bereitzustellen.
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Figurenliste
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Die vorangegangene Zusammenfassung sowie die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, können besser verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den angehängten Figuren gelesen werden. Um die Erfindung zu illustrieren, zeigen die schematischen Figuren, Ausführungsbeispiele, die derzeit bevorzugt sind. Selbstverständlich ist die Erfindung jedoch nicht auf die gezeigten, genauen Anordnungen und die Ausgestaltungen beschränkt. Die Figuren zeigen:
- 1 ist eine perspektivische Ansicht einer kombinierten Isolator- und Leiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, die als auf einem Lager angebracht gezeigt wird;
- 2 ist eine Ansicht auf die Vorderseite der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung;
- 3 ist eine seitliche Ansicht der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung;
- 4 ist eine axiale Querschnittsansicht der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die als auf einer Welle und in einem Gehäuse angeordnet gezeigt wird;
- 5 ist eine aufgerissene, vergrößerte axiale Querschnittsansicht eines Teils der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die durch einen Halter des Leiters hindurch aufgenommen ist;
- 6 ist eine aufgerissene, noch vergrößerte Ansicht eines oberen Teils von 5;
- 7 ist eine noch stärker vergrößerte Ansicht eines Teils von 6;
- 8 ist eine aufgerissene, stärker vergrößerte Ansicht eines oberen Abschnitts von 4;
- 9 ist eine aufgerissene, vergrößerte Ansicht des Teils der Anordnung aus 7, die den vom Isolator getrennten Leiter während eines Installationsvorgangs zeigt; und
- 10 ist eine aufgerissene, axiale Querschnittsansicht der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die als in einer alternativen Anwendung angebracht gezeigt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Eine bestimmte Terminologie wird in der folgenden Beschreibung der Einfachheit halber verwendet und sind nicht einschränkend. Die Wörter „innen“, „nach innen“ und „außen“, „nach außen“ beziehen sich auf Richtungen hin zu bzw. weg von einer bestimmten Mittellinie oder einem geometrischen Mittelpunkt eines beschriebenen Elements, wobei die jeweilige Bedeutung leicht aus dem Kontext der Beschreibung ersichtlich ist. Ferner sollen die hier verwendeten Begriffe „verbunden“ und „gekoppelt“ jeweils direkte Verbindungen zwischen zwei Elementen ohne dazwischen liegende andere Elemente und indirekte Verbindungen zwischen Elementen, bei denen ein oder mehrere andere Elemente dazwischen liegen, umfassen. Die Terminologie umfasst die oben ausdrücklich erwähnten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen in Detail, in denen gleiche Zahlen zur Kennzeichnung gleicher Elemente verwendet werden, ist in den 1-10 eine kombinierte elektrische Isolator- und Leiteranordnung 10 für ein Lager 1 dargestellt, das zwischen einer um eine Mittelachse Ac drehbaren Welle 2 und einem Gehäuse 3 angeordnet ist. Das Lager 1 hat einen Innenring 4, einen Außenring 5 mit gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Enden 5a bzw. 5b und einer Außenfläche 5c, sowie eine Vielzahl von Wälzkörpern 6, die zwischen den Ringen 4 und 5 angeordnet sind. Die Welle 2 hat eine äußere Umfangsfläche 2a, die von der Welle 2 selbst oder von einer Hülse oder einem anderen Bauteil (nicht dargestellt), das auf der Welle 2 angebracht ist, bereitgestellt wird, wobei zumindest die Fläche 2a, vorzugsweise die gesamte Welle 2 und/oder Hülse/Bauteil, elektrisch leitend ist. Außerdem hat das Gehäuse 3 eine innere Umfangsfläche 3a, die eine Bohrung 7 definiert, die eine Fläche des Hauptgehäuses 3 selbst oder ein ringförmiges Bauteil sein kann, das innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist. Vorzugsweise sind das Lager 1, die Welle 2 und das Gehäuse 3 Bestandteile eines Motors oder einer anderen elektrischen Maschine (z. B. eines Generators) oder einer anderen Maschine mit rotierenden Bauteilen, die möglicherweise elektrische Ladung akkumulieren oder einen elektrischen Strom übertragen können. Im Allgemeinen umfasst die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung 10 einen ringförmigen Isolator 12, der um den Lageraußenring 5 herum anordenbar ist, und einen elektrischen Leiter 14 mit mindestens einem Halter 16, der lösbar mit dem Isolator 12 in Eingriff steht, um den Leiter 14 mit dem Lager 1 zu verbinden.
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Insbesondere ist der Isolator 12 im Allgemeinen rohrförmig oder zylindrisch, hat eine Mittellinie 13 und vorzugsweise eine ringförmige Nut 18, die sich umfänglich um die Mittellinie 13 herum erstreckt, und ist dazu ausgelegt, einen elektrischen Strom daran zu hindern, zwischen dem Lageraußenring 5 und dem Gehäuse 3 sowie zwischen dem Ring 5 und dem Leiter 14 und damit durch das Lager 1 hindurch zu fließen. Das heißt, der Isolator 12 ist entweder aus einem elektrisch isolierenden Material geformt oder hat eine oder mehrere elektrisch isolierende Schichten, wie unten beschrieben wird. Der Leiter 14 hat eine Mittellinie 15 (koaxial zur Isolatormittellinie 13), ein äußeres radiales Ende 14a und ein inneres radiales Ende 14b, wobei der mindestens eine Halter 16 vorzugsweise am äußeren radialen Ende 14a des Leiters angeordnet ist, und dieses bereitstellt. Vorzugsweise weist der Leiter 14 eine Vielzahl von Haltern 16 auf, die jeweils an dem äußeren radialen Ende 14a angeordnet und in Umfangsrichtung um die Mittellinie 15 beabstandet sind, wobei jeder Halter 16 leitend mit der inneren Gehäuseoberfläche 3a in Eingriff bringbar ist, um einen separaten Leitungsweg zwischen dem Rest des Leiters 14 und dem Gehäuse 3 bereitzustellen.
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Alternativ oder zusätzlich ist ein Teil des Leiters 14, zwischen dem äußeren und dem inneren radialen Ende 14a bzw. 14b, leitend mit dem Gehäuse 3 in Eingriff bringbar, z. B. durch Kontakt mit einer radialen Schulter 3b (10) des Gehäuses 3 oder einem Bauteil 7 (10) der Maschine (z. B. einer Feder, einem Stift usw.). Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „leitend eingreifbar“, dass ein elektrischer Leitungsweg durch direkten Kontakt oder durch Kontakt mit einem oder mehreren dazwischenliegenden Bauteilen oder Elementen hergestellt wird, so dass elektrischer Strom zwischen den eingreifenden Elementen, insbesondere dem Leiter 14 und dem Gehäuse 3, fließen kann. Des Weiteren umfasst jeder Halter 16 vorzugsweise einen bogenförmigen Clip 20 mit einem ersten Schenkelabschnitt 22, der mit einem Rest des Leiters 14 verbunden ist, und einem zweiten Schenkelabschnitt 24, der in Bezug auf den ersten Schenkelabschnitt 22 auslenkbar ist und ein freies Ende 24a aufweist, das innerhalb der ringförmigen Nut 18 des Isolators angeordnet ist, wie unten erläutert wird.
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Wenn die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung 10 auf einem Lager 1 montiert wird, das anschließend zwischen einer Welle 2 und einem Gehäuse 3 angeordnet wird, ist das äußere radiale Ende 14a des Leiters 14 vorzugsweise leitend mit dem Gehäuse 3 in Eingriff, vorzugsweise mit der Innenfläche 3a und am meisten bevorzugt durch den Eingriff der mehreren Halter 16, wie oben besprochen, und/oder ein Zwischenabschnitt des Leiters 14 ist derart in Eingriff, wie oben besprochen. Das innere radiale Ende 14b des Leiters 14 steht leitend in Eingriff mit der Wellenaußenfläche 2a, vorzugsweise durch eine bevorzugte Vielzahl von leitenden Fasern 26, wie weiter unten beschrieben. Als solcher stellt der Leiter 14 einen elektrischen Leitungsweg zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 3 bereit und hat die Funktion, Strom oder Ladung an der Welle 2 vom Lager 1 weg zu leiten. Somit dient die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung 10 dazu, das Lager 1 zu schützen, indem sie sowohl einen direkten Stromfluss durch das Lager 1 (d.h. aufgrund des Isolators 12) verhindert, als auch einen alternativen Weg für den Strom in der Nähe des Lagers 1 mittels des Leiters 14 bereitstellt. Nachdem oben der allgemeine Aufbau und die Funktionen beschrieben wurden, werden diese und andere Komponenten der Anordnung im Folgenden näher erläutert.
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Weiterhin bezugnehmend auf 1-10, umfasst der Isolator 12 vorzugsweise einen Isolierring 30, der mit dem ersten axialen Ende 5a des Lageraußenrings 5 verbunden ist, vorzugsweise, wie unten beschrieben, daran angeformt ist und die Verbindungsnut 18 bereitstellt, und einen rohrförmigen Isolatorkörper 32, der um den Außenring 5 herum angeordnet und mit dem Isolierring 30 verbunden ist. Der Isolierring 30 ist aus einem isolierenden Material gebildet, vorzugsweise aus glasgefülltem Nylon und am meisten bevorzugt aus PA66-GF35, kann aber auch aus jedem anderen geeigneten Material gebildet sein.
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Bezugnehmend auf die 4-10 ist der Isolierring 30 im Allgemeinen kreisförmig und hat ein inneres axiales Ende 30a, das gegen das erste axiale Ende 5a des Lageraußenrings angeordnet ist, ein gegenüberliegendes äußeres axiales Ende 30b und eine innere Umfangsfläche 34, die eine Bohrung 30c definiert. Weiterhin hat der Ring 30 einen ersten äußeren Umfangsflächenabschnitt 36, der im Allgemeinen mit der Außenringaußenfläche 5c bündig ist, einen zweiten, radial größeren äußeren Umfangsflächenabschnitt 38 und eine radiale Anschlagfläche 37, die sich zwischen dem ersten und zweiten Umfangsflächenabschnitt 36, 38 erstreckt. Mehrere bogenförmige Auskragungen 39 (8) erstrecken sich von dem ersten äußeren Oberflächenabschnitt 36 radial nach außen und sind benachbart zu dem inneren axialen Ende 30a angeordnet, wobei jeder Vorsprung 39 innerhalb einer Nut 42 des rohrförmigen Körpers 32 anordenbar ist, wie unten beschrieben. Ferner erstreckt sich die ringförmige Nut 18 vorzugsweise radial nach innen von dem zweiten äußeren Oberflächenabschnitt 38, wie in den Zeichnungen dargestellt, kann sich aber alternativ auch radial nach außen von der inneren Umfangsfläche 34 erstrecken (Aufbau nicht dargestellt). Außerdem weist der Ring 30 ferner eine Fase 30d auf, die sich zwischen dem äußeren axialen Ende 30b und dem zweiten Außenflächenabschnitt 38 erstreckt.
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Noch immer Bezug nehmend auf die 4-10 ist der rohrförmige Isolatorkörper 32 im Allgemeinen kreiszylindrisch und hat gegenüberliegende innere und äußere Umfangsflächen 33 bzw. 35 und gegenüberliegende erste und zweite axiale Enden 32a bzw. 32b. Der Isolatorkörper 32 besteht vorzugsweise aus Aluminium und weist mindestens eine Oxidationsschicht auf einer oder beiden Umfangsflächen 33, 35 auf, die vorzugsweise durch Eloxieren gebildet wird, kann aber alternativ auch aus einem geeigneten isolierenden Material (z. B. einem starren Polymer oder einer Keramik) oder einem anderen eloxierten metallischen Material gebildet werden. Die innere Umfangsfläche 33 des Körpers 32 ist um die Außenfläche 5c des Lageraußenrings 5 herum anordenbar, und die äußere Umfangsfläche 35 ist vorzugsweise reibschlüssig mit der Gehäuseinnenfläche 3a in Eingriff bringbar, um das Lager 1 und die Anordnung 10 axial zu halten, aber die äußere Fläche 35 kann auch nur an/innerhalb der Gehäuseinnenfläche 3a ohne Reibschluss angeordnet sein.
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Ferner hat der rohrförmige Körper 32 einen radialen Flansch 40, der sich vom zweiten axialen Ende 30b des Körpers nach innen erstreckt und an das zweite axiale Ende 5b des Außenrings anordenbar ist. Der Körper 32 ist so bemessen, dass das erste axiale Ende 32a axial nach außen von dem ersten axialen Ende 5a des Außenrings beabstandet ist, wenn er auf dem Außenring 5 installiert ist, so dass sich ein Teil 33a der Innenfläche 33 über das erste Ende 5a des Außenrings hinaus erstreckt. Eine ringförmige Nut 42 erstreckt sich von der inneren Oberfläche 33 radial nach außen und befindet sich in der Nähe des ersten axialen Endes 5a des Außenrings. Wenn der Isolator 12 um den Lageraußenring 5 herum angebracht ist, ist der Abschnitt 33a der Innenfläche 33 des rohrförmigen Körpers um den ersten Außenflächenabschnitt 36 des Rings 30 herum angeordnet, das erste axiale Ende 32a des rohrförmigen Körpers anliegend an der radialen Anschlagfläche 37 des Rings und die mehreren Auskragungen des Rings 39 innerhalb der ringförmigen Nut 42 des rohrförmigen Körpers angeordnet.
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Unter Bezugnahme auf die 5 und 8 wird mit dem obigen Aufbau der bevorzugte zweiteilige Isolator 12 in der folgenden Weise um den Lageraußenring 5 herum angebracht. Der Isolatorkörper 32 wird zunächst um den Lageraußenring 5 herum angeordnet, indem das zweite axiale Ende 5b des Lagers in das erste axiale Ende 32a des rohrförmigen Körpers 32 eingeführt wird und dann die innere Oberfläche 33 des Körpers um die äußere Oberfläche 5c des Rings herum geschoben wird, bis der Flansch 40 an dem zweiten Ende 5b des Rings anliegt und das erste axiale Ende 32a des Isolatorkörpers von dem ersten axialen Ende 5a des Lagers beabstandet ist. Dann wird der Isolierring 30 auf den Lageraußenring 5 angebracht, indem das innere axiale Ende 30a des Rings in das erste axiale Ende 32a des rohrförmigen Körpers eingeführt wird, bis das innere axiale Ende 30a des Isolierrings an dem ersten axialen Ende 5a des Lagerrings anliegt. An diesem Punkt werden die Auskragungen 39 des Isolierrings ( ) in der Nut 42 des rohrförmigen Körpers angeordnet und das erste Ende 32a des rohrförmigen Körpers stößt an die Ringanschlagfläche 37. Vorzugsweise wird der Isolierring 30 dann an den Lageraußenring 5 angeformt (z. B. durch Anwendung von Wärme), um den Isolator 12 fest um das Lager 1 zu halten.
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Wiederum Bezug nehmend auf 1-10 umfasst der Leiter 14 vorzugsweise eine elektrisch leitende Scheibe 50, die mit dem Isolator 12 verbunden ist (d.h. durch den/die Halter 16), so dass sie axial an das Lager 1 angrenzt, und eine Bürstenunteranordnung 52, die mit der Scheibe 50 verbunden ist und eine Vielzahl von leitenden Fasern 26 bereitstellt, die mit der Welle 2 in Kontakt bringbar sind, wie oben beschrieben. Genauer gesagt hat die leitende Scheibe 50 eine Mittellinie 51, ein äußeres radiales Ende 50a, das die Halter 16 bereitstellt, ein inneres radiales Ende 50b, das eine zentrale Öffnung 54 zur Aufnahme eines Teils der Welle 2 definiert, sowie ein erstes und ein zweites axiales Ende 50c bzw. 50d, die einander gegenüberliegen. Ferner hat die leitende Bürstenunteranordnung 52 eine Mittellinie 53, und die leitenden Fasern 26 sind in Umfangsrichtung um die Mittellinie 53 herum beabstandet und erstrecken sich vom inneren Ende 50b der leitenden Scheibe 50 radial nach innen. Jede leitende Faser 26 ist vorzugsweise aus Kohlenstoff gebildet und hat ein inneres Ende 26a, das mit der äußeren Oberfläche 2a der Welle in Kontakt bringbar ist, um einen Leitungsweg zwischen der Welle 2 und der Scheibe 50 bereitzustellen. Da die Scheibe 50 dazu ausgelegt ist, einen Leitungsweg zwischen der Bürstenunteranordnung 52 und dem Gehäuse 3 bereitzustellen, wird jeder Strom oder jede Ladung auf der Welle 2 derart geleitet, dass er durch die Anordnung 10 und nicht durch das Lager 1 fließt.
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Genauer gesagt ist die leitende Scheibe 50 im Allgemeinen kreisförmig und besteht vorzugsweise aus einem leitenden metallischen Material, am meisten bevorzugt aus Aluminium, kann aber auch aus jedem anderen geeigneten Material (z. B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet werden. Die Halter 16 werden vorzugsweise durch eine Vielzahl integraler bogenförmiger Abschnitte (nicht angegeben) der leitenden Scheibe 50 bereitgestellt, die sich vom äußeren Scheibenende 50a nach außen und im Allgemeinen axial vom zweiten axialen Ende 50d erstrecken. Die bogenförmigen Abschnitte sind jeweils so gebogen, dass sie einen Clip 20 bilden, deren erster und zweiter Schenkelabschnitt 22, 24 durch einen zentralen Scharnierabschnitt 25 verbunden sind, wobei der zweite Schenkelabschnitt 24 um den Scharnierabschnitt 25 allgemein radial nach außen biegbar ist, wenn der Leiter 14 auf dem Isolator 12 angeordnet wird, wie unten beschrieben wird. Vorzugsweise weist die Scheibe 50 einen kreisförmigen Flansch 55 auf, der sich axial vom inneren radialen Ende 50b der Scheibe und vom zweiten axialen Ende 50d weg und damit in Richtung des Lagers 1 erstreckt. Ferner umfasst die leitende Scheibe 50 vorzugsweise eine Vielzahl von Befestigungslaschen 58, die in Umfangsrichtung um die Mittellinie 51 herum beabstandet sind, wobei jede Befestigungslasche 58 mit der Bürstenunteranordnung 52 in Eingriff steht, um die Unteranordnung 52 mit der Scheibe 50 zu verbinden.
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Vorzugsweise ist die leitende Scheibe 50 aus einem gestanzten metallischen Material, vorzugsweise Aluminium, wie oben beschrieben, geformt, das zunächst gestanzt wurde, um die zentrale Öffnung 54, die das innere Ende 50b definiert, die Vielzahl von Halteabschnitten, die um das äußere Ende 50a herum beabstandet sind, und eine Vielzahl von rechteckigen Laschen 58 und benachbarte Durchgangslöcher 59 zu bilden. Die Durchgangslöcher 59 stellen Durchgänge für Fluide (z. B. Schmiermittel, Luft usw.) bereit, die durch die leitende Scheibe 50 fließen, um zum und vom Lager 1 weg zu gelangen. In einem anschließenden Umformvorgang werden dann die äußeren bogenförmigen Abschnitte gebogen, um die Clips 20 herzustellen, und die Laschen 58 werden um einen Halter 60 (unten beschrieben) der Bürstenunteranordnung 52 gebogen, so dass jede in Eingriff stehende Befestigungslasche 58 im Allgemeinen C-förmig ist.
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Unter Bezugnahme auf die 7 und 9 wird die leitende Scheibe 50 mit dem Isolator 12 verbunden, indem die Scheibe 50 axial in Richtung des auf dem Lager 1 angeordneten Isolators 12 verschoben wird, bis das freie Ende 24a jedes zweiten Schenkelabschnitts 24 des Clips die Fase 30d des Isolatorrings 30 berührt. Wenn die Scheibe 50 weiter in Richtung des Lagers 1 vorgeschoben wird, biegt sich der zweite Schenkelabschnitt 24 jedes Clips 20 um den Scharnierabschnitt 25, um sich radial nach außen zu verschieben, während das freie Ende 24a entlang der Fase 30d gleitet, und gleitet dann axial entlang eines Teils des zweiten Außenflächenabschnitts 38 des Rings, bis er nach innen in die Nut 18 „einschnappt“. An diesem Punkt ist der Leiter 14 lösbar oder entfernbar mit dem Isolator 12 verbunden. Danach kann der Leiter 14 vom Isolator 12 (und damit vom Lager 1) entfernt werden, indem die Scheibe 50 vom Isolator 12 weggezogen wird, um die Clips 20 aus der Nut 18 und dann vom Isolatorring 30 zu lösen.
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Bezugnehmend auf die 1, 2, 4-6 und 10 umfasst die leitende Bürstenunteranordnung 52 vorzugsweise den ringförmigen Halter 60, der mit der leitenden Scheibe 50 verbunden ist, wie oben beschrieben. Wie in 6 am besten dargestellt, hat der ringförmige Halter 60 ein offenes inneres radiales Ende 60a mit einer ringförmigen Nut 62 und ein geschlossenes äußeres Ende 60b. Jede der mehreren leitenden Fasern 26 hat ein äußeres radiales Ende 26b, das in der Nut 62 angeordnet ist und sich von dem Halter 60 radial nach innen und in Richtung der Welle 2 erstreckt. Genauer gesagt hat der Halter 60 eine äußere axiale Basis 64 und zwei gegenüberliegende radiale Schenkel 66, so dass der Halter 60 allgemein C-förmige axiale Querschnitte aufweist. Die Haltebeine 66 klemmen vorzugsweise gegen die äußeren Enden 26b der leitenden Fasern 26, um die Fasern 26 in der Nut 62 zu halten.
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Ferner umfasst die Bürstenunteranordnung 52 vorzugsweise einen kreisförmigen Bügel 68, der in der Haltenut 62 angeordnet ist, und jede der mehreren leitenden Fasern 26 ist um den Bügel 68 gebogen. Als solche ist jede leitende Faser 26 vorzugsweise allgemein U-förmig oder V-förmig und hat zwei innere Enden 18a, die mit der Wellenaußenfläche 2a kontaktierbar sind. Jede der leitenden Fasern 26 kann jedoch so angeordnet sein, dass sie sich als ein im Allgemeinen gerader Strang (nicht dargestellt) vom äußeren radialen Ende 18b zum inneren radialen Ende 18a erstreckt.
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Darüber hinaus sind die Vielzahl der leitenden Fasern 26 der Bürstenunteranordnung 52 entweder in einem im Allgemeinen kontinuierlichen Ring von Fasern (nicht dargestellt) oder vorzugsweise als mehrere in Umfangsrichtung beabstandete diskrete Sätze 28 von Fasern 26 angeordnet. Im letzteren bevorzugten Fall werden die Sätze 28 von Fasern 26 vorzugsweise durch Stanzen einer Bürstenunteranordnung 52 gebildet, die einen kontinuierlichen Ring von Fasern 26 enthält, so dass die mit der Welle 2 kontaktierbaren Fasersätze 28 durch Sätze 29 von Fasern 26 kürzerer Länge beabstandet sind. Außerdem ist jede leitende Faser 26 vorzugsweise so bemessen, dass sie einen Durchmesser im Bereich von fünf Mikrometern oder Mikron (5 µm) bis hundert Mikron (100 µm) aufweist. Obwohl jede leitende Faser 26 vorzugsweise aus Kohlenstoff gebildet ist, wie oben beschrieben, können die Fasern 26 alternativ aus jedem geeigneten elektrisch leitenden Material hergestellt werden, wie z. B. einem metallischen Material, einem leitenden Polymer usw.
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Obwohl der Leiter 14 vorzugsweise die leitende Scheibe 50 und die Bürstenunteranordnung 52, wie oben beschrieben und in den Zeichnungsfiguren dargestellt, umfasst, kann der Leiter 14 alternativ in jeder anderen geeigneten Weise ausgebildet sein, die sowohl mit dem Isolator 12 verbindbar ist als auch einen oder mehrere Leitungswege zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 3 bereitstellen kann. Beispielsweise kann der Leiter 14 anstelle der Bürstenunteranordnung 52 einen massiven Ring aus einem leitenden Material (nicht dargestellt) umfassen, der an der leitenden Scheibe 50 befestigt ist und leitend mit der Welle 2 in Eingriff bringbar ist, wobei der Ring entweder eine durchgehende innere Umfangskontaktfläche oder eine Vielzahl von bogenförmigen Kontaktflächenabschnitten aufweist, die durch sich radial nach innen erstreckende Auskragungen bereitgestellt werden. Als weitere Alternative kann die leitende Scheibe 50 mit einem inneren Ende 50b ausgebildet sein, das mit der Wellenaußenfläche 2a kontaktierbar ist, um einen direkten Leitungsweg zwischen der Welle 2 und der Scheibe 14 bereitzustellen. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung umfasst diese und alle anderen geeigneten Konstruktionen des Leiters 14, die fähig sind im Allgemeinen wie hierin beschrieben zu funktionieren.
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Die vorliegende Isolator- und Leiteranordnung 10 schützt ein Lager 1 effektiver vor Schäden durch elektrischen Strom als bisher bekannte Anordnungen. Der Isolator 12 verhindert effektiv, dass sich eine Spannungsdifferenz zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 3 über das Lager 1 hinweg aufbaut, so dass verhindert wird, dass elektrischer Strom durch den Innen- und Außenring 4, 5 und die Wälzkörper 6 fließt. Um weiterhin sicherzustellen, dass kein elektrischer Strom durch das Lager 1 fließt, stellen die leitende Scheibe 50 und die Bürstenanordnung 52 einen alternativen Weg für jegliche Ladung oder Strom an der Welle 2 bereit, damit dieser durch die leitenden Fasern 26 zum Halter 60, durch den Halter 60 und in die leitende Scheibe 50 und dann durch Clips 20 und in das Gehäuse 3 führt.
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Zusätzliche oder alternative Leitungswege in das Gehäuse 3 können durch axialen Kontakt zwischen einem Teil des Gehäuses 3 (z. B. einer radialen Schulter) oder eines Bauteils 7 der Maschine, die innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist, wie z. B. einer Feder, einem Stift usw., und entweder einer Fläche der leitenden Scheibe 50, wie in 13 gezeigt, oder/und des ringförmigen Halters 60 bereitgestellt werden. Auf diese Weise wird jede Ladung oder jeder Strom an der Welle 2 im Bereich des Lagers 1 sowohl von dem Isolator 12 daran gehindert durch das Lager 1 zu fließen, als auch umgelenkt, um durch die Bürstenunteranordnung 52 und die leitende Scheibe 50 zu fließen. Ferner kann die Anordnung 10 von einem Hersteller oder Händler am Lager 1 montiert werden, sodass ein Lager 1 mit einer kombinierten Isolator- und Leiteranordnung 10 einem Kunden oder Endbenutzer als komplette Anordnung geliefert werden kann, die bereit ist, auf einer Welle 2 und in einem Gehäuse 3 angebracht zu werden.
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Der Fachmann wird verstehen, dass Änderungen an den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden können, ohne von dem breiten erfinderischen Konzept abzuweichen. Es versteht sich daher, dass diese Erfindung nicht auf die besonderen Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern es beabsichtigt ist, Modifikationen innerhalb des Geistes und des Rahmens der vorliegenden Erfindung, die allgemein in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzudecken.
