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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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Eine kombinierte Isolator- und Leiteranordnung ist für ein Lager bereitgestellt, das zwischen einer Welle und einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Lager einen Innenring, einen Außenring mit gegenüberliegenden ersten und zweiten axialen Enden, und eine Vielzahl von Wälzkörper zwischen den Ringen aufweist, wobei die Welle eine äußere Umfangsfläche und das Gehäuse eine innere Umfangsfläche haben. Die Anordnung umfasst einen ringförmigen Isolator, der auf dem Lageraußenring des Lagers anordenbar ist, der dazu ausgelegt ist, zu verhindern, dass ein elektrischer Strom zwischen dem Außenring und dem Gehäuse fließt, und mindestens eine sich axial erstreckende Befestigungslasche umfasst. Ein elektrischer Leiter hat ein äußeres radiales Ende, ein inneres radiales Ende und mindestens einen Halter, wobei der mindestens eine Halter mit der zumindestens einen Befestigungslasche verbindbar ist, um den Leiter lösbar mit dem Isolator zu verbinden. Das äußere radiale Ende des Leiters und/oder ein Teil des Leiters zwischen den äußeren und inneren Enden ist leitend verbindbar mit dem Gehäuse und das innere radiale Ende des Leiters ist leitend verbindbar mit der Welle, um so einen Leitungsweg zwischen der Welle und dem Gehäuse bereitzustellen.
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Vorzugsweise hat der Isolator eine Mittelachse und eine Vielzahl von Befestigungslaschen, die sich axial entlang der Mittelachse erstrecken und umfänglich um die Mittelachse beabstandet sind, und der Leiter umfasst eine elektrisch leitfähige Scheibe, die mit dem Isolator derart verbunden ist, dass dieser axial benachbart zu dem Lager ist. Die Scheibe hat ein äußeres radiales Ende, das mit Gehäuseinnenfläche verbindbar ist, ein inneres radiales Ende, das eine zentrale Öffnung bildet, um einen Teil der Welle aufzunehmen, und eine Vielzahl an Durchgangslöchern und Haltehaken, die umfänglich um eine Leiter-Mittelachse angeordnet sind. Jedes Durchgangsloch der Scheibe nimmt eine einzelne der Vielzahl an Befestigungslaschen des Isolators auf, und jeder benachbarte Haken geht sperrend mit einer separaten Befestigungslasche in Eingriff, um den Leiter lösbar mit dem Isolator zu verbinden. Zudem wird eine ringförmige, leitfähige Bürstenunteranordnung mit der leitfähigen Scheibe verbunden und umfasst eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Fasern, die umfänglich um die Leiter Mittelachse angeordnet sind und sich radial nach innen von dem inneren Ende der leitfähigen Scheibe erstrecken. Jede leitfähige Faser hat dabei ein inneres Ende, das derart mit der äußeren Fläche der Welle kontaktierbar ist, dass ein Leitungsweg zwischen der Welle und der Scheibe bereitgestellt ist.
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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 eine perspektivische Ansicht auf einer kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die als an einem Lager angebracht gezeigt ist;
- 2 eine Frontalansicht auf die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung;
- 3 eine axiale Querschnittsansicht der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die als an einer Welle und innerhalb eines Gehäuses angebracht gezeigt ist;
- 4 ist eine aufgerissene, vergrößerte axiale Querschnittsansicht eines oberen Teils der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die an einem Lager angebracht ist;
- 5 ist eine aufgerissene, vergrößerte axiale Querschnittsansicht eines oberen Teils eines Isolators;
- 6 ist eine aufgerissene, vergrößerte axiale Querschnittsansicht eines oberen Teils eines Leiters;
- 7 ist eine Ansicht entlang der Linie 7-7 von 2;
- 8 ist eine Ansicht entlang der Linie 8-8 von 2;
- 9A und 9B, zusammen 9, ist jeweils eine aufgerissene, axiale Querschnittsansicht der Komponenten eines Isolators während der Montage an einem Lageraußenring;
- 10A und 10B, zusammen 10, ist jeweils eine aufgebrochene, axiale Querschnittsansicht eines oberen Teils des Isolators und des Leiters während des Verbindens des Leiters mit dem Isolator; und
- 11 ist eine vergrößerte, aufgerissene axiale Querschnittsansicht der kombinierten Isolator- und Leiteranordnung, die als an einer Welle und innerhalb eines Gehäuses angebracht und in Eingriff mit einer Maschinenkomponente gezeigt ist.
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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 Mittelachse 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 1-11 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 leitfähig 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.
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Die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung 10 umfasst im Wesentlichen einen ringförmigen Isolator 12, der um den Lageraußenring 5 herum anordenbar ist, und einen elektrischen Leiter 14, der lösbar mit dem Isolator 12 verbunden ist. Der Isolator 12 ist dazu ausgelegt, zu verhindern, dass ein elektrischer Strom zwischen dem Lageraußenring 5 und dem Gehäuse 3, und zwischen dem Ring 5 und dem Leiter 14 und damit durch das Lager 1 fließt, und umfasst mindestens eine sich axial erstreckende Befestigungslasche 16. Der elektrische Leiter 14 hat ein äußeres radiales Ende 14a, ein inneres radiales Ende 14b, das zur Aufnahme der Welle 2 ausgelegt ist, und mindestens einen Halter 18, wobei der mindestens eine Halter 18 mit der mindestens einen Befestigungslasche 16 in Eingriff steht, um den Leiter 14 lösbar mit dem Isolator 12 zu verbinden.
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Genauer gesagt hat der Leiter 14 mindestens ein Durchgangsloch 20, das radial innerhalb des mindestens einen Halters 18 angeordnet ist, und die mindestens eine Befestigungslasche 16 des Isolators 12 erstreckt sich durch das Loch 20 des Leiters. Der mindestens eine Halter 18 umfasst vorzugsweise einen radialen Haken 22, der ein äußeres radiales Ende 22a, das mit einem Rest des Leiters 14 verbunden ist, und ein freies, inneres radiales Ende 22b, das verriegelnd mit der Befestigungslasche 16 in Eingriff steht, wie unten im Detail beschrieben wird. Ferner ist das äußere radiale Ende 14a des Leiters oder/und ein Teil des Leiters 14 zwischen dem äußeren und dem inneren Ende 14a bzw. 14b leitend mit dem Gehäuse 3 in Eingriff bringbar und das innere radiale Ende 14a des Leiters ist leitend mit der Welle 2 in Eingriff bringbar, um so einen Leitungsweg zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 3 bereitzustellen. Wie hier verwendet, bedeutet der Begriff „leitend in Eingriff bringbar“ die Herstellung eines elektrisch Leitungsweges durch direkten Kontakt von, z.B. Leiteraußenende 14a und Gehäuseinnenfläche 3a, oder durch Kontakt mit einem oder mehreren Zwischenbauteilen oder -elementen 8 (11), so dass elektrischer Strom zwischen den in Eingriff stehenden Elementen, insbesondere dem Leiter 14 und dem Gehäuse 3, fließen kann.
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Vorzugsweise hat der Isolator 12 eine Mittelachse 13 und umfasst einen ringförmigen Körper 24 mit einem radialen Flansch 26, der an das erste axiale Ende 5a des Lageraußenrings 5 anordenbar ist. Die mindestens eine Befestigungslasche 16 hat ein inneres axiales Ende 16a, das einstückig mit dem Flansch 26 ausgebildet ist, und ein freies, äußeres axiales Ende 16b, das von dem inneren Ende 16a entlang der Mittelachse 13 nach außen hin beabstandet ist. Der Leiter 14 hat eine Mittelachse 15 und umfasst vorzugsweise eine leitfähige Scheibe 40 und eine leitfähige Bürstenunteranordnung 42, die mit der Scheibe 40 verbunden ist, wie unten im Detail beschrieben, wobei die Scheibe 40 das mindestens eine Durchgangsloch 20 und den mindestens einen Halter 18/Haken 22 bereitstellt. Vorzugsweise wird der Haken 22 des mindestens einen Halters 18 durch einen integralen Teil der Scheibe 40 bereitgestellt, der vorzugsweise durch Schneiden und Formen der Scheibe 40, wie unten beschrieben, gebildet wird, so dass jeder Haken 22 in Bezug auf einen Rest der leitenden Scheibe 40 elastisch biegbar ist. Wenn der Leiter 14 mit dem Isolator 12 verbunden ist, erstreckt sich die mindestens eine Befestigungslasche 16 durch das mindestens eine Loch 20 des Leiters. Die leitfähige Scheibe 40 an sich ist axial zwischen dem inneren und dem äußeren Ende der Lasche 16a bzw. 16b angeordnet, wobei das innere Ende 22b des Haltehakens 22 vorzugsweise verriegelnd mit einem axial äußeren Abschnitt 16c (4) der Lasche 16 in Eingriff steht, wie unten beschrieben wird.
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Ferner hat der Isolator 12 vorzugsweise eine Mittelachse 13 und eine Vielzahl von Befestigungslaschen 16, am bevorzugtesten drei Laschen 16, die sich axial entlang der Mittelachse 13 erstrecken und in Umfangsrichtung um diese beabstandet sind. In ähnlicher Weise hat der Leiter 14 vorzugsweise eine Mittelachse 15 und eine Vielzahl von Halter 18, am meisten bevorzugt drei Halter 18, die in Umfangsrichtung um die Mittelachse 15 beabstandet sind und sich im Allgemeinen in Richtung der Mittelachse 15 erstrecken. Jeder der mehreren Halter 18 ist mit einer separaten der mehreren Befestigungslaschen 16 des Isolators in Eingriff, um den Leiter 14 lösbar mit dem Isolator 12 zu verbinden.
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Außerdem hat die leitfähige Scheibe 40 ein äußeres radiales Ende 40a, das das äußere Ende 14a des Leiters bildet, ein inneres radiales Ende 40b, das eine zentrale Öffnung 44 zur Aufnahme eines Teils der Welle 2 definiert, und ein erstes und ein zweites axiales Ende 40c bzw. 40d. Die Haltehaken 22 und die Durchgangslöcher 20 sind radial zwischen dem inneren und äußeren Ende 40a, 40b der Scheibe angeordnet, und die Durchgangslöcher 20 erstrecken sich zwischen dem ersten und zweiten axialen Ende 40c, 40d. Die leitfähige Bürstenunteranordnung 42 hat eine Vielzahl von elektrisch leitenden Fasern 46, die in Umfangsrichtung um die Leiter-Mittelachse 15 beabstandet sind und sich vom inneren Ende 40b der leitenden Scheibe 40 radial nach innen erstrecken. Jede leitende Faser 46 ist vorzugsweise aus Kohlenstoff gebildet und hat ein inneres Ende 46a, das mit der Wellenaußenfläche 2a in Kontakt gebracht werden kann, sodass die inneren Faserenden 46a gemeinsam das innere radiale Leiterende 14b bilden. Da die Scheibe 40 so konfiguriert ist, dass sie einen Leitungsweg zwischen der Bürstenunteranordnung 42 und dem Gehäuse 3 bildet, wird jeder Strom oder jede Ladung an der Welle 2 dazu gebracht durch die Anordnung 10 statt durch das Lager 1 zu fließen. Somit dient die kombinierte Isolator- und Leiteranordnung 10 dazu, das Lager 10 zu schützen, sowohl indem ein direkter Stromfluss durch das Lager 1 (d. h. aufgrund des Isolators 12) verhindert wird, als auch ein alternativer Weg für den Strom in der Nähe des Lagers 1 mittels des Leiters 14 bereitgestellt wird. Nachdem oben der Aufbau und die Funktionen grundlegend beschrieben wurden, werden diese und andere Komponenten der Anordnung 10 im Folgenden näher erläutert.
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Bezugnehmend auf die 3-5, 9 und 10 umfasst der ringförmige Körper 24 des Isolators 12 vorzugsweise einen inneren ringförmigen Körper 30, der direkt um den Lageraußenring 5 herum angeordnet ist und den radialen Flansch 26, wie oben beschrieben, bereitstellt, und einen äußeren ringförmigen Körper 32, der um den inneren Körper 30 herum angeordnet ist, wobei jeder Körper 30, 32 vorzugsweise aus einem relativ dünnen metallischen Material gebildet ist. Insbesondere hat der innere ringförmige Körper 30 einen rohrförmigen Abschnitt 34, der um die äußere Umfangsfläche 5c des Lageraußenrings 5 herum anordenbar ist, und der Flansch 26 erstreckt sich von dem rohrförmigen Abschnitt 34 nach radial innen. Der rohrförmige Abschnitt 34 hat gegenüberliegende erste und zweite axiale Enden 34a, 34b und innere bzw. äußere Umfangsflächen 35A, 35B, wobei die innere Umfangsfläche 35A reibschlüssig mit der Außenfläche 5c des Außenrings 5 in Eingriff bringbar ist, um den um das Lager 1 herum angeordneten Isolator 12 zu halten. Der Flansch 26 ist an dem ersten axialen Ende 5a des Lageraußenrings 5 anordenbar und hat ein äußeres radiales Ende 26a, das einstückig mit dem ersten Ende 34a des rohrförmigen Teils 34 ausgebildet ist, und ein inneres radiales Ende 26b. Die eine oder mehreren Befestigungslaschen 16 sind einstückig mit dem inneren Flanschende 26a ausgebildet und erstrecken sich axial vom Rest des Isolators 12 (und damit auch von dem Lagers 1 im eingebauten Zustand) weg. Darüber hinaus ist jede Befestigungslasche 16 vorzugsweise allgemein rechtwinklig und hat eine radial äußere und radial innere Fläche 17A bzw. 17B, sowie eine Öffnung 19, die sich radial zwischen der äußeren und inneren Fläche 17A, 17B erstreckt.
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Ferner umfasst der äußere ringförmige Körper 32 einen rohrförmigen Abschnitt 36, der um den rohrförmigen Abschnitt 34 des inneren ringförmigen Körper 30 herum angeordnet ist, und einen radialen Flansch 38, der sich von dem rohrförmigen Abschnitt 36 nach innen erstreckt. Der rohrförmige Abschnitt 36 hat gegenüberliegende erste und zweite axiale Enden 36a bzw. 36b und innere und äußere Umfangsflächen 37A bzw. 37B. Die innere Umfangsfläche 37A ist reibschlüssig mit der äußeren Umfangsfläche 35B des rohrförmigen Abschnitts 34 des inneren Körpers in Eingriff bringbar, um den äußeren Körper 32 mit dem inneren Körper 30 zu verbinden. Vorzugsweise ist die äußere Umfangsfläche 37B des äußeren Körpers 32 reibschlüssig mit der Gehäuseinnenfläche 3a in Eingriff bringbar, um das Lager 1 und die Anordnung 10 axial zu halten, aber die äußere Fläche 37B kann auch nur an/innerhalb der Gehäuseinnenfläche 3a ohne Reibschluss angeordnet sein. Ferner ist der radiale Flansch 38 an dem zweiten axialen Ende 5b des Lagers anordenbar und hat ein äußeres radiales Ende 38a, das einstückig mit dem zweiten axialen Ende 36b des rohrförmigen Körpers ausgebildet ist, und ein inneres radiales Ende 36b. Somit „umschließt“ der eingebaute Isolator 12 die axialen Enden 5a, 5b und die Außenfläche 5c des Lageraußenrings 5, um das Lager 1 elektrisch vom Gehäuse 3 zu isolieren.
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Vorzugsweise ist jeder der inneren und äußeren Körperabschnitte 30, 32 aus Aluminium gebildet, und eine oder mehrere von der Innenumfangsfläche 35A des inneren Körpers, der Außenumfangsfläche 35B des inneren Körpers, der Innenumfangsfläche 37A des äußeren Körpers oder/und der Außenumfangsfläche 37B des äußeren Körpers sind mit einer Isolierschicht (keine gezeigt) versehen. Am meisten bevorzugt sind die eine oder mehreren isolierenden Schichten jeweils eine eloxierte Aluminiumschicht, d. h., sie werden durch Eloxieren des Metalls des/der Körperabschnitts/e 30 oder/und 32 gebildet. Einer oder beide der inneren und äußeren Körperabschnitte 30, 32 können jedoch aus einem elektrisch isolierenden Material, wie z. B. einem Polymermaterial, einer Keramik usw., gebildet sein.
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Bezugnehmend auf 9 wird der bevorzugte zweiteilige Isolator 12 mit dem obigen Aufbau in der folgenden Weise um den Lageraußenring 5 herum angebracht. Der innere ringförmige Körper 30 wird zunächst um den Lageraußenring 5 angebracht, indem das erste axiale Ende 5a des Lagers in das zweite axiale Ende 34b des rohrförmigen Körperabschnitts 34 eingeführt wird, wie in 9A gezeigt, und dann die Körperinnenfläche 35A um die Ringaußenfläche 5c geschoben wird, bis der Flansch 26 am ersten axialen Ende 5a des Rings anliegt. Dann wird der äußere ringförmige Körper 32 auf dem inneren Körper 30 angebracht, indem das zweite axiale Ende 5b des Lagers in das erste axiale Ende 36a des rohrförmigen Körperabschnitts 36 und dann über das zweite axiale Ende 34b des rohrförmigen Abschnitts 34 des inneren Körpers eingeführt wird, wie in 9A gezeigt. Die innere Fläche 37A des äußeren rohrförmigen Körperabschnitts 36 wird über die äußere Fläche 35B des inneren rohrförmigen Körperabschnitts 34 geschoben, bis der Flansch 38 an dem zweiten axialen Ende 5b des Außenrings anliegt, wobei der äußere Körper 32 durch Reibung, wie oben beschrieben, auf dem inneren Körper 30 gehalten wird.
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Bezugnehmend auf die 1-4, 6-8, 10 und 11 ist die leitfähige Scheibe 40 im Allgemeinen kreisförmig und vorzugsweise aus einem leitenden metallischen Material, am meisten bevorzugt aus Aluminium hergestellt, kann aber auch aus jedem anderen geeigneten Material (z. B. kohlenstoffarmer Stahl) gebildet werden. Das eine oder die mehreren Durchgangslöcher 20 und Haltehaken 22 werden jeweils vorzugsweise durch Schneiden einer allgemein C-förmigen Öffnung in die Scheibe 40 gebildet, um im Allgemeinen rechteckigen radialen Ausschnitt (nicht gezeigt) aus der Scheibe 40 zu bilden, und dann wird jeder Scheibenabschnitt gebogen, um sich vom ersten axialen Ende 40c der Scheibe 40 axial nach außen zu erstrecken. Somit ist jeder Haken 22 elastisch um das Hakenaußenende 22a biegbar, so dass er aufgrund der Elastizität des bevorzugt metallischen Materials im Allgemeinen wie eine Feder wirkt. Vorzugsweise umfasst die Scheibe 40 ferner eine Vielzahl von Befestigungslaschen 48, die in Umfangsrichtung um die Leitermittelachse 15 herum beabstandet sind, wobei jede Befestigungslasche 48 mit der Bürstenunteranordnung 42 in Eingriff steht, um die Bürstenunteranordnung 42 mit der Scheibe 40 zu verbinden. Vorzugsweise wird jede Befestigungslasche 48 durch Schneiden (z. B. durch Stanzen) durch die Scheibe 40 gebildet, um eine rechteckige Lasche 48 und ein Durchgangsloch 50 zu bilden. Jede Lasche 48 ist um einen Bürstenhalter 52 (unten beschrieben) der Bürstenunteranordnung 42 herum gebogen, so dass jede in Eingriff stehende Befestigungslasche 48 im Allgemeinen C-förmig ist, und die Durchgangslöcher 50 stellen Durchgänge für Fluide (z. B. Schmiermittel, Luft usw.) bereit, damit diese durch die leitfähige Scheibe 40 fließen können, um zum und vom Lager 1 zu gelangen.
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Bezugnehmend nur auf die 4 und 6-8 umfasst die leitfähige Bürstenanordnung 42 vorzugsweise den ringförmigen Halter 52, der mit der leitfähigen Scheibe 40 verbunden ist, wie oben beschrieben, und ein offenes inneres radiales Ende 52a mit einer ringförmigen Nut 54 und ein geschlossenes äußeres Ende 52b aufweist. Jede der mehreren leitenden Fasein 46 hat ein äußeres radiales Ende 46b, das innerhalb der Nut 54 angeordnet ist und sich von dem Halter 52 radial nach innen und in Richtung der Welle 2 erstreckt. Genauer gesagt ist der Halter 52 vorzugsweise aus einem leitfähigen metallischen Material (z.B. Aluminium) gebildet und hat eine äußere axiale Basis 56 und zwei einander gegenüberliegende radiale Schenkel 58, so dass der Halter 52 im Allgemeinen C-förmige axiale Querschnitte aufweist. Die Halterschenkel 58 klemmen vorzugsweise die äußeren Enden 46b der leitenden Fasern 46 fest, um die Fasern 46 innerhalb der Nut 54 zu halten. Ferner umfasst die Bürstenunteranordnung 42 vorzugsweise einen kreisförmigen Bügel 60, der in der Haltenut 54 angeordnet ist, und jede der mehreren leitenden Fasern 46 ist um den Bügel 60 herum gebogen. Somit ist jede leitende Faser 46 vorzugsweise im Allgemeinen U-förmig oder V-förmig und hat zwei innere Enden 46a, die mit der Wellenaußenfläche 2a in Kontakt bringbar sind. Jede der leitenden Fasern 46 kann jedoch so angeordnet sein, dass sie sich als ein im Allgemeinen gerader Strang (nicht dargestellt) vom äußeren radialen Ende 46b zum inneren radialen Ende 46a erstreckt.
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Darüber hinaus sind die mehreren leitfähigen Fasern 46 der Bürstenunteranordnung 42 entweder in einem im Allgemeinen durchgängigen Ring von Fasern (nicht dargestellt) oder vorzugsweise als mehrere in Umfangsrichtung beabstandete diskrete Sätze 47 von Fasern 46 angeordnet. Im letzteren bevorzugten Fall werden die Sätze 47 von Fasern 46 vorzugsweise durch Stanzen einer Bürstenanordnung 16 gebildet, die einen durchgängigen Ring von Fasern 46 enthält, so dass die mit der Welle 2 kontaktierbaren Fasersätze 47 durch Sätze 49 von Fasern 46 kürzerer Länge voneinander beabstandet sind. Außerdem ist jede leitende Faser 46 vorzugsweise so bemessen, dass sie einen Durchmesser im Bereich von fünf Mikrometern oder Mikrons (5 µm) bis hundert Mikrons (100 µm) hat. Obwohl jede leitende Faser 46 vorzugsweise aus Kohlenstoff gebildet ist, wie oben beschrieben, können die Fasern 46 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 leitfähige Scheibe 40 und die Bürstenunteranordnung 42 umfasst, wie oben beschrieben und in den Zeichnungsfiguren dargestellt, kann der Leiter 14 alternativ in jeder anderen geeigneten Weise gebildet werden, in der er sowohl mit dem Isolator 12 verbindbar ist als auch in der Lage ist, einen oder mehrere Leitungswege zwischen der Welle 2 und dem Gehäuse 3 bereitzustellen. Beispielsweise kann der Leiter 14 anstelle der Bürstenanordnung 42 einen massiven Ring aus einem leitfähigen Material (nicht dargestellt) umfassen, der an der leitfähigen Scheibe 40 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 leitfähige Scheibe 40 mit einem inneren Ende 40b ausgebildet sein, das mit der Wellenaußenfläche 2a kontaktierbar ist, um einen direkten Leitungsweg zwischen der Welle 2 und der Scheibe 40 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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Bezugnehmend auf 10, wird der Leiter 14 mit dem Isolator 12 verbunden, indem die leitfähige Scheibe 40 mit der daran befestigten Bürstenunteranordnung 42 axial in Richtung des Isolators 12 (der auf dem Lager 1 angebracht ist) verschoben wird, bis das freie axiale Ende 16b jeder Befestigungslasche 16 in ein separates der Scheibendurchgangslöcher 20 eintritt und durch dieses hindurchtritt. Wenn sich die Scheibe 40 weiter in Richtung des Isolators 12 und des Lagers 1 verschiebt, berührt jedes freie Ende 16b der Lasche den benachbarten Haltehaken 22, so dass sich der Haken 22 radial nach außen biegt, wie in 10B dargestellt. Das innere Ende des Hakens 22b gleitet über die Außenfläche 17A der Lasche 16, bis es das Loch 19 der Lasche erreicht, und dann „schnappt“ der Haken 22 nach innen zurück und das Hakenende 22b tritt in das Loch 19 der Befestigungslasche 16 ein, um die Haken 22 innerhalb der Lasche 16 zu verriegeln. An diesem Punkt ist die leitfähige Scheibe 40 und damit der gesamte Leiter 14 lösbar mit dem Isolator 12 verbunden, und wenn der Leiter 14 später von dem Isolator 12 entfernt werden soll, müssen die Haken 22 radial nach außen gebogen werden, um die Scheibe 40 von den Befestigungslaschen 16 zu lösen.
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Die Isolator-/Leiter-Anordnung 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 leitfähige Scheibe 40 und die Bürstenanordnung 42 einen alternativen Weg für jegliche Ladung oder Strom an der Welle 2 bereit, damit dieser durch die leitfähigen Fasern 46 zum Halter 52, durch den Halter 52 und in die leitfähige Scheibe 40 und dann durch das äußere Scheibenende 40a und in das Gehäuse 3 führt. 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 8 (11) der Maschine, die innerhalb des Gehäuses 3 angeordnet ist, wie z. B. einer Feder, einem Stift usw., und entweder einer Fläche der leitenden Scheibe 40, wie in 13 gezeigt, oder/und des ringförmigen Bürstenhalters 52 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 42 und die leitfähige Scheibe 40 des Leiters 14 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.
