DE102022123382A1

DE102022123382A1 - Wellenerdungsring

Info

Publication number: DE102022123382A1
Application number: DE102022123382.0A
Authority: DE
Inventors: Joachim Reichert
Original assignee: Kaco GmbH and Co KG
Current assignee: Kaco GmbH and Co KG
Priority date: 2022-09-13
Filing date: 2022-09-13
Publication date: 2024-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement, insbesondere einen Wellenerdungsring (10), mit einem Maschinenteil (1, 2, 4) und einem Ableitelement (3) zur Ableitung induzierter Spannungen, wobei das Ableitelement (3) eine Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des Maschinenteils (1, 2, 4) elektrisch leitend kontaktiert und mit einem zweiten Maschinenelement (2) elektrisch leitend verbindbar ist, so dass das Maschinenteil (1, 2, 4) und das zweite Maschinenelement (2) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des Maschinenteils (1, 2, 4) zur Gewährleistung einer zuverlässigen Spannungsableitung mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ableiten von induzierten Spannungen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Maschinenelement, insbesondere einen Wellenerdungsring, mit einem Maschinenteil und einem Ableitelement zur Ableitung induzierter Spannungen, wobei das Ableitelement eine Oberfläche des Maschinenteils elektrisch leitend kontaktiert und mit einem zweiten Maschinenelement elektrisch leitend verbindbar ist, so dass das Maschinenteil und das zweite Maschinenelement elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Baugruppe mit einem Maschinenelement sowie ein Verfahren zum Ableiten induzierter Spannungen.
Maschinenelemente werden in ganz verschiedenen Bereichen der Technik eingesetzt und sie stellen Grundbauteile für Maschinen und Anlagen dar. Zur Steuerung der oftmals elektrischen Antriebe entsprechender Maschinen und Anlagen kommen vermehrt Frequenzumrichter zum Einsatz. Diese haben sich in der Praxis zwar bewährt, allerdings können die Frequenzumrichter mitunter in einem Maschinenteil, vorzugsweise einer Antriebswelle, frequenzveränderliche Spannungen induzieren, die sich in vielerlei Hinsicht negativ auswirken können. Zunächst kann es aufgrund der induzierten Spannungen zu Wellenströmen kommen, die die Kugellager der Antriebswelle schädigen können, indem sie an den Laufflächen und den Lagerkugeln der Kugellager kleine Schmelzkrater verursachen, die im schlimmsten Fall sogar zu einem Ausfall des Lagers führen können. Neben Lagerungen können auch Getriebeverzahnungen geschädigt werden. Wie bei Kugellagern können dabei aufgrund der induzierten Spannungen ebenfalls Schmelzkrater an den Verzahnungen entstehen. Darüber hinaus können die induzierten Ströme bspw. im Automobilbereich auch zu unangenehmen Störgeräuschen im Radio führen.
Um die elektrischen Ladungen bzw. Spannungen von dem Maschinenteil bzw. der Antriebswelle abzuleiten, so dass diese insbesondere die Lager nicht schädigen können, sind Maschinenelemente in Form von Wellenerdungsringen bekannt. Ein solcher Wellenerdungsrings ist exemplarisch in der EP 1 872 463 B1 beschrieben.
Wellenerdungsringe weisen in der Regel ein Ableitelement auf, welches eine Oberfläche des Maschinenteils elektrisch leitend kontaktiert und mit einem zweiten Maschinenelement elektrisch leitend verbindbar ist. Bei dem zweiten Maschinenelement kann es sich bspw. um ein Wellengehäuse handeln. Ladungen und Spannungen können somit bspw. von dem Maschinenteil über das Ableitelement in das zweite Maschinenelement abgeleitet werden, so dass es nicht zu einer Entladung im Bereich der Lagerung des Maschinenteils oder den Verzahnungen eines Getriebes kommt.
Weiterhin kann es sich auch bei dem Maschinenteil um ein Wellengehäuse handeln und das Ableitelement kann auf der anderen Seite mit dem zweiten Maschinenelement, bspw. einer Antriebswelle, elektrisch leitend verbindbar sein. In beiden Fällen kommt es durch das Ableitelement zu einer elektrischen Verbindung zwischen dem Maschinenteil und dem zweiten Maschinenelement und damit zur Ableitung von Spannungen und Ladungen.
Zwar haben sich solche Wellenerdungsringe in der Praxis durchaus bewährt, allerdings ist es zur Gewährleistung einer sicheren Ableitung von Ladungen und Spannungen auch erforderlich, dass ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem Maschinenteil und Ableitelement besteht. In einem trockenen Milieu kann dies oftmals dadurch erreicht werden, dass das Ableitelement mit einem gewissen Druck gegen die Oberfläche des Maschinenteils gedrückt wird. Gerade beim Nasslauf kann es jedoch auch trotz eines entsprechenden Anpressdrucks dazu kommen, dass kein ausreichender elektrischer Kontakt mehr zwischen dem Maschinenteil und dem Ableitelement aufrechterhalten bleiben kann. Denn bereits kleine Oberflächenunebenheiten auf der von dem Ableitelement kontaktierten Oberfläche des Maschinenteil können dazu führen, dass sich ein dünner Fluidfilm bildet, der das Maschinenteil elektrisch von dem Ableitelement zumindest teilweise isoliert.
Ausgehend von diesem Problem stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein Maschinenelement anzugeben, mit welchem sich eine zuverlässige Ableitung von Ladungen und Spannungen, insbesondere auch im Nasslauf, sicherstellen lässt. Weiterhin stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein entsprechendes Verfahren zur Ableitung induzierter Ladungen und Spannungen anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei einem Maschinenelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die mit dem Ableitelement in Kontakt stehende Oberfläche des Maschinenteils zur Gewährleistung einer zuverlässigen Spannungsableitung mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist.
Eine verringerte Oberflächenrauheit führt zu einem besseren Kontakt zwischen dem Maschinenteil und dem Ableitelement, was insofern eine zuverlässige Ableitung von Ladungen und Spannungen sicherstellt. Gerade im Nasslauf kann sich aufgrund der glatten Oberfläche kein bzw. nur ein sehr dünner Film auf bzw. an dem Maschinenteil bilden, der somit keine bzw. nur eine sehr eingeschränkte isolierende Wirkung hat. Insofern kann auch im Nasslauf eine zuverlässige Kontaktierung und damit eine zuverlässige Ableitung von Ladungen und Spannungen erreicht werden.
Sofern das Maschinenteil als drehbares Rotationselement ausgestaltet und das zweite Maschinenelement bspw. als gegenüber dem Maschinenteil als feststehendes Gehäuse ausgestaltet ist, kann es im Nasslauf, bspw. unter Öl, zur Abdichtung des Maschinenteils mittels eines Radialwellendichtrings sogar erforderlich sein, dass das Maschinenteil zumindest im Bereich des Wellendichtrings eine gewisse Oberflächenrauheit aufweist. Dies geht damit einher, dass der Radialwellendichtring seine volle Dichtwirkung nur entfalten kann, wenn sich ein gewisser Fluidfilm auf der Oberfläche gebildet hat, was bei einem Wellenerdungsring gerade hinderlich ist. Die Erfindung schlägt insofern vor, gerade im Kontaktbereich zwischen Maschinenteil und Ableitelement eine geringere Rauheit vorzusehen, als im übrigen Bereich des Maschinenteils und insbesondere im Bereich eines Wellendichtrings.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die mit dem Ableitelement in Kontakt stehende Oberfläche poliert, insbesondere hochglanzpoliert, ist. Durch Polieren der Oberfläche des Maschinenteils zumindest in dem Bereich, in dem das Ableitelement mit dem Maschinenteil in Kontakt steht, können geringe Materialmengen des Maschinenteil wie Rauhigkeitsspitzen abgetragen und die Oberfläche so geglättet werden. Um die Oberfläche entsprechend zu polieren, kann auf verschiedene Fertigungs- bzw. Veredelungsverfahren zurückgegriffen werden, wie bspw. Polierschleifen, Polierläppen oder Polierhonen. Zudem sind auch elektrolytische Polierverfahren oder eine Bearbeitung mittels Laser möglich. Eine hochglanzpolierte Oberfläche zeichnet sich dahingehend durch eine noch geringere Rauheit aus, was mit einem noch besseren Kontakt, jedoch auch mit einem höheren Fertigungsaufwand einhergeht.
In diesem Zusammenhang ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die mit dem Ableitelement in Kontakt stehende Oberfläche spiegelnd ausgestaltet ist. Da durch die Politur die Rauheit der Oberfläche sukzessive abnimmt und glatter wird, weist diese im Querschnitt auch ein einheitlicheres Profil als eine unpolierte Oberfläche auf. Daher werden auch auf die Oberfläche auftreffende Lichtstrahlen von einer glatten Oberfläche weniger stark gestreut als von einer raueren Oberfläche und bei einer bestimmten Glätte wird die Oberfläche im polierten Bereich sogar spiegelnd bzw. glänzend. Die Oberfläche ist dann als spiegelnd anzusehen, wenn auf einen kleinen Bereich der Oberfläche aus einer Richtung auftreffende Lichtstahlen im Wesentlichen in derselben Richtung reflektiert werden und es insofern nur zu einer geringen Streuung kommt.
Im Hinblick auf die Rauheit der mit dem Ableitelement in Kontakt stehenden Oberfläche hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn diese eine mittlere Rautiefe von weniger als 1 µm, bevorzugt von weniger als 0,5 µm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 µm, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 µm, insbesondere von weniger als 0,025 µm aufweist. Die mittlere Rautiefe entspricht dem Mittelwert mehrerer, bspw. von fünf, Einzelrautiefen, so dass die angegebenen Werte für die mittlere Rautiefe insofern nicht ausschließen, dass auch teilweise größere Einzelrautiefen vorhanden sind. Vorteilhaft liegen aber auch die Einzelrautiefen unterhalb der angegebenen Maximalwerte. Vorteilhaft ist insofern auch die maximale Einzelrautiefe gering und liegt unterhalb der angegebenen Werte. Teilweise kann es jedoch auch noch tolerabel sein, wenn die maximale Rautiefe weniger als dem dreifachen, bevorzugt weniger als dem doppelten, besonders bevorzugt weniger als dem 1,5-fachen, insbesondere weniger als dem 1 ,2-fachen der mittleren Rautiefe entspricht. Insofern kann ein möglichst homogenes Höhenprofil gewährleistet werden. Die verschiedenen Rauheiten lassen sich über verschiedene Polierverfahren, so wie diese vorstehen bereits genannt wurden, ggf. mit zusätzlichen kleinen Polierkörnern aufweisenden Polierpasten, erreichen, wobei für die Rauheit nicht nur die Art des Polierverfahrens, sondern auch die Dauer des Verfahrens maßgeblich ist. Zur Abdichtung eines Maschinenteils in Form eines Rotationselements mittels eines Radialwellendichtringes sind üblicherweise mittlere Mindestrautiefen von über 1 µm erforderlich.
Im Hinblick auf das Maschinenteil hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieses als Rotationselement, insbesondere als Welle oder als auf eine Welle aufbringbare Hülse, ausgestaltet ist. Das Maschinenteil kann insofern drehbar sein, insbesondere um eine Längsachse. Über das Ableitelement können in dem ersten Maschinenteil induzierte Spannungen und Ladungen in das zweite Maschinenelement abgeleitet werden.
In diesem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement feststehend gegenüber dem Rotationselement angeordnet ist. Das Ableitelement kann mit dem zweiten Maschinenelement drehfest verbunden sein und das Maschinenteil nach Art eines Gleitkontaktes kontaktieren. Das zweite Maschinenelement kann insofern als feststehendes Gehäuse, insbesondere als Wellengehäuse, ausgestaltet sein. Das Maschinenteil kann im Gehäuse drehbar gelagert sein.
Im Hinblick auf das Maschinenteil hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieses als auf eine Welle aufbringbare Hülse ausgestaltet ist. Durch die Hülse ist es nicht erforderlich, die Oberfläche der Welle zur Verbesserung einer Kontaktierung mit dem Ableitelement zu bearbeiten, sondern es genügt eine Bearbeitung der Oberfläche der Hülse. Die Hülse kann insofern deutlich kürzer sein als die Welle. Weiterhin lässt sich die Hülse bei einer Oberflächenbearbeitung deutlich einfacher handhaben als eine Welle, so dass sich insofern auch das die Rauheit verringernde Verfahren bei der Hülse einfacher durchführen lässt. Zudem wird über die Hülse eine einfache Nachrüstlösung geschaffen, so dass sich auch bereits im Betrieb befindliche Wellen auf einfache Weise mit einem Wellenerdungsring mit einer verbesserten Kontaktierung im Sinne der Erfindung nachrüsten lassen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hülse als Hülsenadapter für unterschiedliche Wellendurchmesser ausgestaltet ist. Durch die Ausgestaltung als Hülsenadapter kann für Wellen mit einem unterschiedlichen Wellendurchmesser im Wesentlichen dasselbe Maschinenelement bzw. derselbe Wellenerdungsring verwendet werden und es muss lediglich der Innendurchmesser der Hülse angepasst werden. Es ist insofern möglich, dass mehrere Hülsen zur Anpassung an verschiedene Wellendurchmesser vorgesehen sind, wobei die Hülsen unterschiedliche Innendurchmesser aufweisen. Die Hülsen können denselben Außendurchmesser aufweisen, so dass eine Änderung der weiteren Komponenten des Maschinenelements bzw. des Wellenerdungsrings nicht erforderlich ist. Die verschiedenen Hülsen können als Set bereitgestellt werden und es kann in Abhängigkeit des Wellendurchmessers die Hülse mit dem passenden Innendurchmesser ausgewählt und diese dann auf der Welle montiert werden. Insgesamt kann durch die Adapterfunktion der Hülse bzw. durch die verschiedenen Hülsengrößen eine Vereinfachung der Anpassung an verschiedene Wellen erreicht werden.
In konstruktiver Hinsicht kann die Hülse zylinderförmig bzw. hohlzylinderförmig ausgestaltet sein, so dass sich die Welle mittig durch die Hülse erstrecken kann. Um die Hülse drehfest mit der Welle zu verbinden, kann diese auf die Welle aufgepresst oder bspw. auch auf die Welle aufgeschrumpft sein. Da die Hülse nicht zum mechanischen Antrieb weiterer Komponenten dient und insofern nur sehr geringe Scherkräfte zwischen Hülse und Welle auftreten, sind zusätzliche Element, die eine höhere Drehmomentübertragung gewährleisten, wie bspw. Passfedern, nicht erforderlich. Grundsätzlich besteht aber die Möglichkeit in besonderen Anwendungsfällen Maßnahmen zur Gewährleistung höherer Drehmomentübertragung zu ergreifen. In Ausnahmefällen, wie bspw. unter Einsatz flüssiger Medien, kann es erforderlich sein, eine statische Abdichtung zwischen Welle und Hülse vorzusehen. Diese Abdichtung kann bspw. über geeignete Abdichtmassen oder Klebstoffe erfolgen.
Im Hinblick auf die Hülse hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement die äußere Mantelfläche der Hülse kontaktiert. Das Ableitelement muss insofern nicht direkt mit der Welle in Kontakt stehen, sondern diese nur indirekt über die Hülse kontaktieren. Es genügt daher, wenn die äußere Mantelfläche der Hülse zumindest teilweise mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist. Das Ableitelement kann bei einer Drehung der Welle und damit auch einer Drehung der Hülse auf der Mantelfläche der Hülse abgleiten und einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen den Komponenten sicherstellen. In einer alternativen Ausgestaltung kann auch vorgesehen sein, dass das Ableitelement eine Stirnfläche der Hülse kontaktiert. Mit Stirnflächen werden die Flächen bezeichnet, die senkrecht zur Längsachse der Hülse angeordnet sind. Bei dieser Ausgestaltung muss die Hülse jedoch in der Regel höher bzw. eine größere Wandstärke aufweisen, um eine ausreichende Kontaktfläche bereitzustellen. Eine Kontaktierung einer Stirnfläche kann sich aber bspw. anbieten, sofern sich diese Fläche einfacher mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeiten lassen sollte als die Mantelfläche. Wenn die Mantelfläche der Hülse kontaktiert werden soll, kann die Wandstärke der Hülse geringer als ein Drittel, bevorzugt geringer als ein Fünftel, besonders bevorzugt geringer als ein Siebtel, ganz besonders bevorzugt geringer als ein Zehntel des Wellendurchmessers sein.
Um eine elektrische Verbindung zwischen Ableitelement und Welle sicherzustellen, hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Hülse aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Die induzierten Ladungen und Spannungen können insofern über die Hülse und das Ableitelement zum zweiten Maschinenelement abgeleitet werden. Bevorzugt sind die Hülse und die Welle aus demselben oder zumindest auch einem ähnlichen Material, insbesondere aus Stahl, hergestellt. Die Legierungen können sich jedoch unterscheiden.
Die Hülse kann zudem oder alternativ zumindest teilweise mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen sein. Bevorzugt weist die Hülse eine Beschichtung zumindest im Bereich der Kontaktierung zwischen Ableitelement und Hülse auf. Bei Einsatz einer elektrisch leitfähigen Beschichtung kann die Hülse aus einem elektrisch leitenden oder einem nicht elektrisch leitenden Material bestehen. Wird für die Hülse ein nicht elektrisch leitendes Material gewählt, so muss sichergestellt werden, dass mittels der leitfähigen Beschichtung eine leitende Verbindung zwischen Welle und Ableitelement sichergestellt ist. Dies kann bspw. mittels vollständiger Ummantelung der Hülse mit der leitenden Beschichtung erzielt werden.
Im Hinblick auf die Ableitung von Ladungen und Spannungen über die Hülse hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn auch die innere Mantelfläche der Hülse mit einem die die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist. Insofern kann der Kontaktwiderstand zwischen Welle und Hülse gering gehalten und eine zuverlässige leitende Verbindung sichergestellt werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass sowohl die Oberfläche der Welle, zumindest im Kontaktbereich mit der Hülse, als auch die Hülse sowohl auf der Innen- als auch auf der Außenseite mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist. Im Hinblick auf mögliche Verfahren sowie vorteilhafte Rauheiten wird auf die obenstehenden Ausführungen zur mit dem Ableitelement in Kontakt stehenden Oberfläche verwiesen.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Hülse und das Ableitelement als vormontierte Baueinheit ausgestaltet sind. Diese Ausgestaltung kann eine Montage des Wellenerdungsrings auf der Welle deutlich vereinfachen. Denn der Wellenerdungsring kann sich dann als Ganzes auf die Welle aufschieben lassen. Weiterhin können auch die Hülse und das nachfolgend noch näher beschriebene Ableitgehäuse als vormontierte Baueinheit ausgestaltet sein, insbesondere zusammen mit dem Ableitelement. Dies gestaltet die Montage noch einfacher und die Montage des Wellenerdungsrings selbst und die Montage des dann vormontierten Wellenerdungsrings auf der Welle können in zwei voneinander unabhängigen Schritten durchgeführt werden. Das Ableitgehäuse und die Hülse können dieselbe Breite aufweisen. Bei dieser Ausgestaltung kann der Wellenerdungsring im Grunde ganz ähnlich wie ein Wellenlager auf einfache Weise auf der Welle montiert werden. Ferner kann ein Deckring, bevorzugt zwei Deckringe, vorgesehen sein, die den Wellenerdungsring in axialer Richtung verschließen. Die Deckringe können insofern an deren radialen Außenseiten mit dem Ableitgehäuse und an deren radialen Innenseiten mit der Hülse in Kontakt stehen und gerade im Nasslauf einen Flüssigkeits- und/oder Schmutzeintrag ins Innere des Wellenerdungsrings verhindern bzw. verringern.
Gemäß einer Alternative kann auch vorgesehen sein, dass das Maschinenteil als Welle ausgestaltet ist. Wenn das Maschinenteil entsprechend selbst als Welle ausgestaltet ist, ist keine zusätzliche Hülse erforderlich, sondern die mit dem Ableitelement in Kontakt stehende Oberfläche der Welle kann auch selbst mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet sein bzw. entsprechend eine geringe Rauheit aufweisen. Das Ableitelement kann insofern in direkten Kontakt mit der Welle stehen und die Ladungen und Spannungen direkt ableiten. Wenngleich die beschriebene Alternative den Vorteil bringt, dass keine zusätzliche Hülse benötigt wird, ist jedoch die Bearbeitung der Oberfläche der Welle selbst meist mit einem größeren Aufwand verbunden als die Bearbeitung der Oberfläche der Hülse.
Weiterhin kann das Maschinenteil als feststehendes Gehäuse ausgestaltet sein. Bei dieser Ausgestaltung kann das Ableitelement feststehend konfiguriert sein, so dass das feststehende Ableitelement das zweite Maschinenelement, welches insbesondere als Welle ausgestaltet ist, nach Art eines Gleitkontaktes kontaktiert.
Ist das Ableitelement drehend angeordnet und mit dem als Rotationselement ausgestalteten Maschinenteil drehfest verbunden, so kann das Ableitelement das zweite Maschinenelement nach Art eines Gleitkontaktes kontaktieren. Das zweite Maschinenelement kann dann als stehendes Gehäuse dienen. In beiden Varianten ist eine leitende Verbindung zwischen dem Maschinenteil und dem Ableitelement und somit auch zwischen dem Maschinenteil und dem zweiten Maschinenelement sichergestellt.
In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Maschinenelement ein insbesondere ringförmiges Ableitgehäuse aufweist, mit welchem das Ableitelement elektrisch leitend verbunden ist. Über das Ableitgehäuse kann das Maschinenelement bzw. der Wellenerdungsring in einen insbesondere kreis- bzw. zylinderförmigen Einbauraum bspw. des zweiten Maschinenelements eingepresst sein. Die Welle bzw. die Hülse können konzentrisch im Ableitgehäuse angeordnet sein, so dass die Drehachse der Welle bzw. der Hülse mit der Symmetrieachse des Ableitgehäuses übereinstimmt. Das Ableitelement kann im Wesentlichen zwischen dem Ableitgehäuse und der Welle bzw. der Hülse angeordnet sein.
In diesem Zusammenhang hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitgehäuse einen sich konzentrisch zur Welle oder zur Hülse erstreckenden Axialabschnitt und einen sich in radialer Richtung erstreckenden Radialabschnitt aufweist. Das Ableitgehäuse kann insofern profiliert ausgestaltet sein, so dass der in radialer Richtung weiter außen liegende Axialabschnitt mit dem zweiten Maschinenelement in Kontakt kommen und der weiter innen liegende Radialabschnitt zur Befestigung des Ableitelements verwendet werden kann. Das Ableitgehäuse kann einen L-förmigen Querschnitt aber auch komplexere Geometrien aufweisen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ableitgehäuse geerdet ist. Das Ableitelement kann auf der einen Seite mit der Welle oder der Hülse und auf der anderen Seite entweder direkt oder indirekt mit dem Gehäuse elektrisch leitend verbunden sein, so dass induzierte Ladungen und Spannungen über das Gehäuse abgeleitet werden können. Wenn das Maschinenteil als Rotationselement ausgestaltet ist, kann das zweite Maschinenelement, bzw. das Gehäuse, geerdet sein, so dass Ladungen und Spannungen über das Ableitelement von dem Rotationselement in das zweite Maschinenelement abgeleitet werden können. Wenn das Maschinenteil als Gehäuse ausgestaltet ist, kann entsprechend das Maschinenteil geerdet ausgestaltet sein. Auch in diesem Fall können Ladungen und Spannungen über das Ableitelement von dem Rotationselement, in diesem Fall dann von dem zweiten Maschinenelement, abgeleitet werden. Das Ableitgehäuse kann über eine Verbindung mit dem Gehäuse geerdet sein. Wenn das Ableitgehäuse bspw. in eine Durchgangsöffnung des Gehäuses, insbesondere des zweiten Maschinenelements, eingepresst ist, kann über diese Verbindung bzw. Kontaktierung bereits eine Erdung erreicht werden. Das Ableitgehäuse kann aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Insbesondere besteht das Ableitgehäuse aus demselben Material wie die Hülse, bspw. aus Stahl. Ferner ist es auch möglich, das Ableitgehäuse über ein Kabel zu erden.
Dahingehend wird ferner vorgeschlagen, dass das Ableitelement elektrisch leitend mit dem Ableitgehäuse verbunden ist. Die induzierten Ladungen und Spannungen können somit aus dem Ableitelement in das Ableitgehäuse gelangen und dann abgeleitet werden. Das Ableitelement kann direkt mit dem Ableitgehäuse in Kontakt stehen oder es können auch weitere, ebenfalls elektrisch leitende Elemente, zwischengeschaltet sein.
Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Verbindung zwischen dem Ableitelement und dem Ableitgehäuse hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn mindestens ein Klemmring zur Verbindung des Ableitelements mit dem Ableitgehäuse vorgesehen ist. Das Ableitelement, insbesondere der Ringabschnitt des Ableitelements, kann zwischen dem Ableitgehäuse, insbesondere dem Radialabschnitt des Ableitgehäuses, und dem Klemmring angeordnet und insofern bspw. in axialer Richtung unbeweglich zwischen dem Ableitgehäuse und dem Klemmring gesichert sein. Der Klemmring kann mit einer radialen Fläche unter Presssitz an der Innenseite des Axialabschnitts des Ableitgehäuses anliegen. Der Klemmring kann insofern reibschlüssig mit dem Ableitgehäuse verbunden sein. Weiterhin kann auch vorgesehen sein, dass der Klemmring nach Art eines Sicherungsrings, insbesondere nach Art eines Sprengrings, ausgestaltet ist und das Ableitelement gegen axiale Bewegungen sichert. Das Ableitgehäuse kann dafür eine Aussparung bzw. eine Axialnut aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann auch eine Klebeverbindung zwischen dem Klemmring und dem Ableitgehäuse und/oder zwischen dem Klemmring und dem Ableitelement und/oder zwischen dem Klemmring und dem Ableitgehäuse vorgesehen sein. Auch eine Verschraubung des Klemmrings oder des Ableitelements mit dem Ableitgehäuse ist zur Sicherung des Ableitelements denkbar.
Im Hinblick auf das Ableitelement hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieses zumindest abschnittsweise aus PTFE besteht. Grundsätzlich kann das Ableitelement zwar aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material bestehen, mit welchem sich die induzierten Ladungen und Spannungen ableiten lassen, die bevorzugte Verwendung von PTFE hat jedoch den Vorteil, dass dieser Werkstoff chemisch und thermisch beständig ist und nur eine geringe Reibung aufweist. Insofern ist sowohl der Verschließ als auch das durch den Kontakt des feststehenden Ableitelements mit dem insbesondere drehbaren Maschinenteil wirkende Reibmoment gering. Ferner ist zumindest reines PTFE jedoch nicht bzw. nur schlecht elektrisch leitfähig. Besonders vorteilhaft ist es daher, wenn das Ableitelement aus einem PTFE-Compound besteht, also einer PTFE-Matrix, der leitende Füllstoffe zugesetzt sind. Das Ableitelement kann dann sowohl Strom leiten, gleichzeitig aber auch einen geringen Reibungskoeffizienten gegenüber der, insbesondere metallischen, Wellen- bzw. Hülsenoberfläche aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Ableitelement aus einem leitfähigen Elastomerwerkstoff bestehen. Solche leitfähigen Elastomerwerkstoffe werden mit Füllstoffen versehen, um eine gezielte Veränderung der Eigenschaften des Grundwerkstoffes zu erzielen. So lassen sich neben der Leitfähigkeit auch die Werkstoffhärte, die Kälteflexibilität und das Alterungsverhalten gezielt auf jede Anwendung einstellen.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Ableitelement mehrere umfangsseitig angeordnete und mit dem rotierenden Element, also je nach Ausführungsform mit dem Maschinenteil oder dem zweiten Maschinenelement, in Kontakt stehende Kontaktlaschen aufweist. Die Kontaktlaschen können in radialer Richtung in einen freien Durchgangsraum hineinreichen und sich bei der Montage auf dem Maschinenteil, insbesondere dem Rotationselement, elastisch verformen und dadurch mit einer gewissen Kraft in radialer Richtung auf die Oberfläche der Welle oder der Hülse gedrückt werden. Wenn das Ableitelement drehbar ausgestaltet ist und sich dieses zusammen mit dem zweiten Maschinenelement, insbesondere dem Rotationselement, dreht, können die Laschen mit einer gewissen Kraft in radialer Richtung gegen das Maschinenteil, insbesondere das Gehäuse, gedrückt werden und insofern einen zuverlässigen elektrischen Kontakt herstellen.
Weiterhin können die Laschen jeweils auch ein oder mehrere Gelenke aufweisen, welche sicherstellen können, dass sich die Kontaktlaschen entsprechend verformen können. In konstruktiver Hinsicht kann das Gelenk als Filmscharnier ausgestaltet sein und durch eine Querschnittsschwächung gebildet werden. Durch die in Richtung des Maschinenteils oder des zweiten Maschinenelements wirkenden radialen Kräfte der Kontaktlaschen ist sichergestellt, dass diese auch bei einer gewissen Abnutzung weiterhin einen zuverlässigen Kontakt zum Maschinenteil bzw. zum zweiten Maschinenelement sicherstellen. Um eine gewisse Bewegungsfreiheit der Laschen in axialer Richtung zu erlauben, können die Laschen beabstandet voneinander angeordnet sein. Das Ableitelement kann dafür bspw. mit sich in radialer Richtung erstreckenden Schlitzen ausgestattet sein, die die einzelnen Laschen voneinander trennen und eine gewisse Bewegung der Laschen erlauben. Die Kontaktlaschen können als Gleitkontakte fungieren und die Oberfläche des Maschinenteils oder des zweiten Maschinenelements bzw. der Welle, der Hülse oder des Gehäuses im Wesentlichen linienartig kontaktieren. Durch eine entsprechende linienartige Kontaktierung ist die gesamte Kontaktfläche und damit auch die wirkenden Reibmomente gering.
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Kontaktlaschen eine unterschiedliche Länge aufweisen. Durch unterschiedlich lange Kontaktlaschen können diese die Welle bzw. die Hülse oder das Gehäuse auf unterschiedlichen Spuren kontaktieren, die in axialer Richtung hintereinander angeordnet sein können. Insgesamt wird durch die unterschiedlich langen Kontaktlaschen und die unterschiedlichen Spuren die Kontaktfläche zwischen dem Ableitelement und der Welle bzw. der Hülse oder dem Ableitelement und dem Gehäuse erhöht, wodurch auch eine besonders gute Ableitung der Spannungen bzw. Ladungen gewährleistet wird. Ferner führt der mehrspurige Kontakt zu einem geringeren Abrieb auf der Oberfläche sowie zu einer längeren Beständigkeit des Bauteiles. Auch die mit der Reibverbindung einhergehende Wärmeentwicklung fällt somit insgesamt geringer aus. Vorteilhaft ist es, wenn längere und kürzere Laschen abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Insofern werden beide Spuren in etwa in gleichem Maße belastet.
Im Hinblick auf das Ableitelement hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieses einen Ringabschnitt aufweist, an dem die Kontaktlaschen nach radial innen weisend angeordnet sind. Der Ringabschnitt kann insofern eine radial weiter außen liegende Basis bilden, an dem die Kontaktlaschen, insbesondere einstückig, angeordnet sind. Das Ableitelement kann somit insgesamt von scheibenförmiger Geometrie sein. Wenn das Ableitelement mitdrehend ausgestaltet ist, können sich die Kontaktlaschen nach radial außen erstrecken, um das zweite Maschinenelement, bzw. das Gehäuse, zu kontaktieren. Der Ringabschnitt kann insofern eine innere Basis bilden und über diese auf dem zweiten Maschinenelement, bzw. der Welle, montiert sein.
Im Hinblick auf die eingangs genannte Aufgabe wird ferner eine Baugruppe mit einem Maschinenelement und einem zweiten Maschinenelement vorgeschlagen, wobei das erste Maschinenelement in der vorstehen beschrieben Weise ausgestaltet ist und das Maschinenteil des Maschinenelements und das zweite Maschinenelement zur Ableitung induzierter Spannungen elektrisch miteinander verbunden sind. Sofern das Maschinenteil als Rotationselement bzw. als Welle oder Hülse ausgestaltet ist, werden die induzierten Spannungen und Ladungen in das zweite Maschinenelement abgeleitet. Sofern das Maschinenteil als Gehäuse ausgestaltet ist, werden in dem zweiten Maschinenelement induzierte Spannungen und Ladungen in das Maschinenteil abgeleitet. Die elektrische Verbindung wird dabei jeweils über das Ableitelement hergestellt, welches auf der einen Seite nach Art eines Gleitkontaktes mit dem ersten Maschinenteil in Kontakt steht und auf der anderen Seite fest bzw. drehfest mit dem zweiten Maschinenelement verbunden ist.
Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Ableiten von induzierten Spannungen dadurch gel ö s t, dass ein Maschinenteil und ein Ableitelement vorgesehen sind, wobei das Ableitelement eine Oberfläche des Maschinenteils kontaktiert und die mit dem Ableitelement in Kontakt stehende Oberfläche des Maschinenteils zur Gewährleistung einer zuverlässigen Spannungsableitung mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet wird, wobei das Ableitelement dann mit der bearbeiteten Oberfläche des Maschinenteils und mit einem zweiten Maschinenelement elektrisch leitend verbunden wird.
Durch die Bearbeitung und die damit einhergehende Glättung der Oberfläche kann verhindert werden, dass sich auf der Oberfläche des Maschinenteils ein isolierender Fluidfilm bildet. Insofern kann auch im Nasslauf eine zuverlässige Kontaktierung gewährleistet werden.
Das Verfahren kann mit einem Maschinenelement bzw. einem Wellenerdungsring oder einer Baugruppe durchgeführt, so wie sie vorstehend beschrieben wurden. Es ergeben die sich bereits beschriebenen Vorteile.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen nachfolgend anhand schematischer Figuren verschiedener Ausführungsbeispiele näher beschrieben werden, wobei sich einzelne Merkmale verschiedener Ausführungsbeispiele auch miteinander kombinieren lassen. Darin zeigen:

1 ein Maschinenelement gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung einer geschnittenen Seitenansicht;
2 eine seitliche Schnittansicht eines Maschinenelements gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Ableitelement in einer Draufsicht;
4 eine seitliche Ansicht eines Maschinenelements gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
5 ein Maschinenelement gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung in zwei verschiedenen Schnittansichten
6 ein Maschinenelement gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung.

Die Darstellungen zeigen ein Maschinenelement bzw. einen Wellenerdungsring 10, mit welchem induzierte Ladungen und Spannungen aus einer Welle 1 abgeleitet werden können. Durch die Ableitung über den Wellenerdungsring 10 kann eine Entladung im Bereich der Wellenlagerung, die ggf. zu Schäden an den Lagern führen könnte, verhindert werden. Der Wellenerdungsring 10 stellt dafür eine elektrische Verbindung zwischen der Welle 1 und einem geerdeten Gehäuse 2 her. Die Schnittstelle zwischen dem feststehenden Gehäuse 2 und der drehbaren Welle 1 stellt ein Ableitelement 3 des Wellenerdungsrings 10 dar, dessen Aufbau nachfolgend noch näher erläutert werden wird.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 5 ist das Ableitelement 3 drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden, welches insofern ein zweites Maschinenelement darstellt. Das erste Maschinenelement und das zweite Maschinenelement bilden eine Baugruppe. Das Maschinenteil ist als Rotationselement bzw. als Welle 1 oder als Hülse 4 ausgestaltet, was nachfolgend noch näher erläutert werden wird und das Ableitelement 3 kontaktiert das Rotationselement nach Art eines Gleitkontaktes. Bei der Ausgestaltung gemäß 6 stellt das Gehäuse 2 das Maschinenteil des Maschinenelements und die Welle das zweite Maschinenelement dar. Zunächst soll nun auf die Ausgestaltung gemäß der 1 bis 5 eingegangen werden, bevor im Anschluss die Ausgestaltung gemäß 6 näher erläutert wird.
Das Ableitelement 3 kann nach Art eines Gleitkontaktes auf der Welle 1 abgleiten und insofern eine elektrische Verbindung zur Welle 1 herstellen. In dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel steht das Ableitelement 3 jedoch nicht direkt mit der Welle 1 in Kontakt, sondern es ist noch eine Hülse 4 zwischengeschaltet, die drehfest auf der Welle 1 angeordnet ist, so dass sich die Hülse 4 zusammen mit der Welle 1 um die Drehachse D dreht. Das Ableitelement 3 steht insofern zwar nur in indirektem Kontakt mit der Welle 1, da die Hülse 3 jedoch aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, besteht gleichwohl eine elektrische Verbindung zwischen der Welle 1 und dem Ableitelement 3.
Gerade für den Nasslauf ist es wichtig, dass zwischen dem feststehenden Ableitelement 3 und den sich drehenden Teilen eine zuverlässige elektrische Verbindung besteht und sich keine isolierende Fluidschicht bildet, die zu einer Ladungsanreicherung in der Welle 1 führen könnte. Um insofern einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zwischen der Hülse 4 und dem Ableitelement 3 sicherzustellen, ist die Oberfläche 4.1 der Hülse 4 in dem Bereich, in welchem das Ableitelement 3 die Hülse 4 kontaktiert, mit einem Verfahren bearbeitet, welches die Oberflächenrauheit der Hülse 4 verringert. Durch eine möglichst glatte Oberfläche kann sichergestellt werden, dass sich keine oder nur sehr dünne isolierende Fluidschichten auf der Oberfläche 4.1 der Hülse 4 bilden.
Um eine entsprechend hohe Oberflächengüte bzw. eine glatte Oberfläche zu erreichen, können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, die sich hinsichtlich des erforderlichen Aufwands, der erforderlichen Zeit sowie auch hinsichtlich der zu erzielenden Oberflächenrauheit unterscheiden. Beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 wurde die mittlere Rauheit der Oberfläche 4.1 der Hülse 4 durch ein Polierverfahren von einem Wert von über 2 µm auf einen Wert unterhalb von 0,2 µm gesenkt. Die innere Mantelfläche 4.2 der Hülse sowie auch die Oberfläche der Welle 1 wurde nicht bearbeitet und diese weisen entsprechende weiterhin eine mittlere Oberflächenrauheit von über 2 µm auf.
Da das Ableitelement 3 nur mittelbar mit der Welle 1 in Kontakt steht, ist es nicht unbedingt erforderlich, zusätzlich auch die bspw. in der Darstellung der 4 bezeichnete Oberfläche 1.1 der Welle zu bearbeiten, sondern es genügt, wenn die Oberfläche 4.1 der Hülse 4 möglichst glatt ist. Dies geht auch damit einher, dass die Kontaktfläche zwischen der inneren Mantelfläche 4.2 der Hülse 4 und der Oberfläche 1.1 der Welle 1 deutlich größer als die Kontaktfläche zwischen der Oberfläche 4.1 der Hülse 4 und dem Ableitelement 3 ist. Demnach kann es genügen, nur die Kontaktierung im Bereich der kleineren Kontaktfläche durch eine entsprechende Oberflächenbearbeitung zu verbessern.
Neben der Hülse 4 und dem Ableitelement 3 weist der Wellenerdungsring 10 zudem noch ein Ableitgehäuse 5 und einen Klemmring 6 auf. Das Ableitgehäuse 5 ist im Wesentlichen ringförmig ausgestaltet und dieses bildet eine Art äußeren Rahmen. Über das Ableitgehäuse 5 ist der Wellenerdungsring 10 in einen ring- bzw. zylinderförmigen Aufnahmebereich des zweiten Gehäuses 2 eingepresst und somit unbeweglich in diesem aufgenommen, im Grunde ganz ähnlich wie ein Wellenlager.
Bei der Ausgestaltung gemäß 1 weist das Ableitgehäuse 5 eine L-förmige Querschnittsform auf und besteht insofern aus einem sich in axialer Richtung erstreckenden Axialabschnitt 5.1 und einem sich parallel bzw. konzentrisch zur Welle 1 erstreckenden Radialabschnitt 5.2. Über den Axialabschnitt 5.1 ist der Wellenerdungsring 10 in das Gehäuse 2, welches das Maschinenelement darstellt, eingepresst, so dass auch ein elektrischer Kontakt zwischen dem Ableitgehäuse 5 und dem Gehäuse 2 besteht. Der Radialabschnitt 5.2 des Ableitgehäuses 5 steht hingegen in elektrischem Kontakt mit dem Ableitelement 3, welches dafür flächig an dem Radialabschnitt 5.2 des Ableitgehäuses 5 anliegt. Da auch das Ableitgehäuse 5 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, können die Ladungen und Spannungen somit von dem Ableitelement 3 auf das Ableitgehäuse 5 und dann von dem Ableitgehäuse 5 in das geerdete Gehäuse 2 abgeleitet werden.
Um das Ableitelement 3 gegen eine axiale Bewegung zu sichern, ist der Klemmring 6 derart auf das Ableitelement 3 aufgesteckt, dass dieses zwischen dem Ableitgehäuse 5 bzw. dem Radialabschnitt 5.2 des Ableitgehäuses 5 und dem Klemmring 6 eingeklemmt ist. In konstruktiver Hinsicht weist auch der Klemmring 6 einen im Wesentlichen L-förmigen Querschnitt auf, wobei sich ein Abschnitt parallel zum Axialabschnitt 5.1 und ein anderer Abschnitt parallel zum Radialabschnitt 5.2 des Ableitgehäuses 5 erstreckt. Der Klemmring 6 ist in das Ableitgehäuse 5 eingepresst, so dass zwischen dem Klemmring 6 und dem Ableitgehäuse 5 eine reibschlüssige Verbindung besteht. Aufgrund der Anordnung des Ableitelements 3 zwischen dem Klemmring 6 und dem Ableitgehäuse 5 ist dieses in axialer Richtung fixiert und kann sich entsprechend nicht bewegen.
In der Darstellung der 2 ist der Wellenerdungsring 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Auch hierbei ist eine Hülse 4 vorgesehen, die drehfest mit der Welle 1 verbunden ist, so dass kein direkter Kontakt zwischen dem Ableitelement 3 und der Welle 1 besteht. Die Hülse 4 ist jedoch anders als beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 als bauliche Einheit mit den übrigen Komponenten des Wellenerdungsrings 10 verbunden, so dass der Wellenerdungsring 10 als Ganzes axial auf die Welle 1 aufgeschoben bzw. aufgepresst werden kann. Dies wird auch daran ersichtlich, dass das Ableitgehäuse 5 im Wesentlichen dieselbe Breite wie die Hülse 4 aufweist. Zudem sind bei diesem Ausführungsbeispiel auch zwei kreisringförmige Deckringe 8 vorgesehen, die den Wellenerdungsring 10 in axialer Richtung verschließen. Gerade im Nasslauf kann durch diese Deckinge 8 ein Fluideintrag in den Wellenerdungsring 10 vermindert werden. Da die Deckringe 8 sowohl mit dem feststehenden Ableitgehäuse 5 als auch mit der drehbaren Hülse 4 in Kontakt stehen und um große Reibmomente möglichst zu vermeiden, können die Deckringe aus einem Material bestehen, welches sich durch geringe Reibungskoeffizienten auszeichnet, wie bspw. Filz oder PTFE.
Da auch bei der Ausgestaltung gemäß 2 kein direkter Kontakt zwischen Ableitelement 3 und Welle 1 besteht, genügt es auch hierbei, wenn die Kontaktfläche der Hülse 4 entsprechend bearbeitet und möglichst glatt ist. Die induzierten Ladungen und Spannungen werden dann insofern ebenfalls über die Hülse 4 in das Ableitelement 3 und dann von dort über das Ableitgehäuse 5 in das zweite Maschinenelement bzw. das Gehäuse 2 abgeleitet, welches in der 2 nicht mit dargestellt ist.
Zur Verbindung des Ableitelements 3 mit dem Ableitgehäuse 5 ist ebenfalls ein Klemmring 6 vorgesehen, der jedoch konstruktiv etwas anders ausgestaltet ist als beim ersten Ausführungsbeispiel. Dies geht damit einher, dass das Ableitelement 3 im oberen Bereich umgebogen ist und sich dann in axialer Richtung erstreckt. Der Klemmring 6 sichert auch beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 des Ableitelement 3 in axialer Richtung und sorgt aufgrund mehrerer Abwinkelungen dafür zudem dafür, dass der äußere Abschnitt des Ableitelements 3 gegen das Ableitgehäuse 5 gedrückt wird und insofern ein zuverlässiger elektrischer Kontakt besteht. Anstelle einer Verbindung des Klemmringes 6 mit dem Ableitgehäuse 5 kann der Klemmring 6 auch direkt in ein zweites Maschinenelement bzw. in ein Gehäuse 2 eingepresst sein. So entfällt ein zusätzliches Bauteil. Das Ableitelement steht so in einer unmittelbaren Verbindung mit dem Gehäuse 2. Der Klemmring 6 kann auch dann gemeinsam mit dem Ableitelement 3 und den Deckringen 8 als bauliche Einheit ausgeführt sein. Grundsätzlich kann aber auch auf die Deckringe verzichtet werden.
Die Darstellung der 3 zeigt nun das Ableitelement 3 ohne die übrigen Komponenten des Wellenerdungsrings 10. Das Ableitelement 3 ist von scheibenförmiger Geometrie und besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich einem äußeren Ringabschnitt 3.2 und mehreren mit dem Ringabschnitt 3.2 verbundenen und nach radial innen weisenden Kontaktlaschen 3.1, die jeweils einen gewissen radialen Abstand zueinander aufweisen. Der Ringabschnitt 3.2 und die Kontaktlaschen 3.1 können dabei einstückig miteinander verbunden sein, sowie dies auch in der 1 zu erkennen ist oder es kann sich um zwei miteinander elektrisch verbundene Elemente handeln.
Ferner weisen die Kontaktlaschen 3.1 beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 alle dieselbe Länge auf, wohingegen in den Darstellungen der 1 und der 3 Kontaktlaschen 3.1 in zwei unterschiedlichen Längen abwechselnd nebeneinander angeordnet sind. Durch diese unterschiedlichen Längen lässt sich die Kontaktfläche mit der Welle 1 bzw. mit der Hülse 4 vergrößern, so wie dies nachfolgend anhand der 4 noch näher erläutert werden wird.
Damit Ladungen und Spannungen von der Welle 1 bzw. der Hülse 4 zuverlässig abgeleitet werden können, muss das Ableitelement 3 aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, oder zumindest mit einer leitfähigen Beschichtung versehen sein. Darüber hinaus sollte das Ableitelement 3 nur ein möglichst geringes Reibmoment auf die Welle 1 auswirken, weshalb der Reibungskoeffizient zwischen dem Ableitelement 3 und der Welle 1 bzw. der Hülse 4 möglichst gering sein sollte. Um diese beiden Randbedingungen zu erfüllen, kann insbesondere auf einen PTFE-Compound zurückgegriffen werden, also eine PTFE-Matrix mit darin eingebetteten leitfähigen Elementen. Dieses Material hat sich insbesondere für die Kontaktlaschen 3.1 bewährt. Für den Ringabschnitt 3.2 kann ggf. auch ein anderes Material verwendet werden, da dieser keine guten Gleiteigenschaften aufweisen muss.
Die Kontaktlaschen 3.1 weisen in axialer Richtung eine gewisse Flexibilität gegenüber dem Ringabschnitt 3.2 auf, so dass sich der Wellenerdungsring 10 einfach montieren lässt, zumindest sofern die Hülse 4 und die übrigen Komponenten nicht bereits vormontiert sind. Wie man sich anhand der 1 gut vorstellen kann, kann zunächst die Hülse 4 auf der Welle 1 angeordnet und dann kann in einem nächsten Schritt der Wellenerdungsring 10 auf die Hülse 4 aufgeschoben werden. Dabei werden die Kontaktlaschen 3.1 leicht verformt bzw. verbogen und diese gleiten auf der Oberfläche der Hülse 4 bzw. der Welle 1 ab. Weiterhin sorgt die elastische Verformung der Kontaktlaschen 3.1 dafür, dass diese aufgrund der Eigenmaterialspannung mit einer gewissen in radialer Richtung wirkenden Kraft auf die Oberfläche der Welle 1 bzw. der Hülse 4 gedrückt werden, was insofern eine zuverlässige Kontaktierung sicherstellt.
Der in der Darstellung der 4 gezeigte Wellenerdungsring 10 entspricht im Wesentlichen dem, der auch in der 1 gezeigt ist. Der einzige Unterschied besteht darin, dass bei der 1 das Ableitelement 3 bzw. die Kontaktlaschen 3.1 nicht direkt mit der Welle 1, sondern mit der Hülse 4 in Kontakt stehen, bei der Ausführung gemäß der 4 hingegen keine zusätzliche Hülse 4 vorgesehen ist. Demnach werden bei der Ausgestaltung gemäß 4 induzierte Ladungen und Spannungen über den Wellenerdungsring 10 auch direkt aus der Welle 1 abgeleitet und der Weg über eine zusätzliche Hülse 4 entfällt. Aus diesem Grund ist auch die Oberfläche 1.1 der Welle 1 selbst mit einem Verfahren bearbeitet, welches die Rauheit der Oberfläche verringert. Die bearbeitete Oberfläche beschränkt sich dabei auf die Spuren 7.1, 7.2, also die umlaufenden Flächen auf der Welle 1, die von den Kontaktlaschen 3.2 des Ableitelements 3 berührt werden. Die Oberfläche der Welle 1 ist daher im Bereich der Spuren 7.1, 7.2 deutlich glatter als abseits der Spuren 7.1, 7.2.
Da die Kontaktlaschen 3.1 zwei unterschiedliche Längen aufweisen, entstehen ganz automatisch auch zwei parallel zueinander angeordnete Spuren 7.1, 7.2. Bei drei unterschiedlichen Längen würden insofern drei Spuren 7.1, 7.2 entstehen und wenn alle Kontaktlaschen 3.1 dieselbe Länge aufweisen, wie bspw. beim Ausführungsbeispiel gemäß 2, entsteht nur eine Spur 7.1, 7.2, die in der 2 jedoch nicht mit dargestellt ist. In Abhängigkeit der Ausgestaltung des Ableitelements 3 bzw. der Kontaktlaschen 3.1 kann es daher insofern auch erforderlich sein, die Oberfläche der Welle 1 oder der Hülse 4 in unterschiedlichen Bereichen zu bearbeiten, wobei sich natürlich eine Glättung der Oberfläche auch über die Spuren 7.1, 7.2 hinaus nicht negativ auf die Kontaktierung auswirkt.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 5 basiert auf dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit dem Unterschied, dass keine zusätzliche Hülse 4 vorgesehen ist, sondern dass das Ableitelement 3 direkt mit der Welle 1 in Kontakt steht. Demnach ist es bei diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls erforderlich, direkt die Oberfläche der Welle 1 zumindest in dem Bereich zu bearbeiten und zu glätten, in welchem das Ableitelement 3 bzw. die Kontaktlaschen 3.1 des Ableitelements 3 die Oberfläche 1.1 der Welle berühren.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 6 werden in der Welle 1 induzierte Spannungen über das Ableitelement 3 in das geerdete Gehäuse 2 abgeleitet. Das Ableitelement 3 ist dabei jedoch anders als bei den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 5 nicht feststehend angeordnet, sondern dieses ist auf der Welle 1 montiert und daher zusammen mit der Welle 1 um die Drehachse D drehbar. Bei dieser Ausgestaltung ist somit das Ableitgehäuse 5 nicht mit dem Gehäuse 2 verbunden bzw. im Gehäuse 2 montiert, sondern über das Ableitgehäuse 5 ist das Ableitelement 3 drehfest auf der Welle 1 angeordnet. Im Hinblick auf die Ausgestaltung und die Funktionsweise des Ableitgehäuses 5 sowie des Klemmrings 6 wird insbesondere auf die Ausführungen zur 4 verwiesen. Da das Ableitelement 3 fest mit der Welle 1 verbunden ist, besteht bei diesem Ausführungsbeispiel in der Regel nicht die Notwendigkeit, die Oberfläche der Welle 1 mit einem die Rauheit verringernden Verfahren zu bearbeiten, sondern es ist vielmehr die mit dem Ableitelement 3 in Kontakt stehende Oberfläche 2.1 des Gehäuses 2 mit einem entsprechenden Verfahren bearbeitet. So wie dies in der 5 zu erkennen ist, handelt es sich dabei um die umlaufende Innenfläche des Gehäuses 2. Aufgrund der glatten Gehäuseoberfläche kann sichergestellt werden, dass zwischen dem Ableitelement 3 und dem Gehäuse 2 ein zuverlässiger elektrischer Kontakt besteht und induzierte Ladungen und Spannungen aus der Welle 1 über das Ableitelement 3 in das Gehäuse 2 abgleitet werden können.
Bezugszeichenliste

1: Welle
1.1: Oberfläche
2: Gehäuse
2.1: Oberfläche
3: Ableitelement
3.1: Kontaktlasche
3.2: Ringabschnitt
4: Hülse
4.1: Oberfläche
4.2: innere Mantelfläche
5: Ableitgehäuse
5.1: Axialabschnitt
5.2: Radialabschnitt
6: Klemmring
7.1: erste Spur
7.2: zweite Spur
10: Wellenerdungsring
D: Drehachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1872463 B1 [0003]

Claims

Maschinenelement, insbesondere Wellenerdungsring (10), mit einem Maschinenteil (1, 2, 4) und einem Ableitelement (3) zur Ableitung induzierter Spannungen, wobei das Ableitelement (3) eine Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des Maschinenteils (1, 2, 4) elektrisch leitend kontaktiert und mit einem zweiten Maschinenelement (1, 2, 4) elektrisch leitend verbindbar ist, so dass das Maschinenteil (1, 2, 4) und das zweite Maschinenelement (1, 2, 4) elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des Maschinenteils (1, 2, 4) zur Gewährleistung einer zuverlässigen Spannungsableitung mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet ist.
Maschinenelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) poliert, insbesondere hochglanzpoliert, ist.
Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) spiegelnd ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) eine mittlere Rautiefe von weniger als 1 µm, bevorzugt von weniger als 0,5 µm, besonders bevorzugt von weniger als 0,1 µm, ganz besonders bevorzugt von weniger als 0,05 µm, insbesondere von weniger als 0,025 µm aufweist.
Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil (1, 4) als Rotationselement ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (3) feststehend gegenüber dem Rotationselement angeordnet ist.
Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil als eine auf eine Welle (1) aufbringbare Hülse (4) ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) als Hülsenadapter für unterschiedliche Wellendurchmesser ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (4) und das Ableitelement (3) als vormontierte Baueinheit ausgestaltet sind.
Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil als Welle (1) ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Maschinenteil als feststehendes Gehäuse (2) ausgestaltet ist.
Maschinenelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (3) drehfest mit dem Gehäuse (2) verbunden ist.
Baugruppe mit einem Maschinenelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem zweiten Maschinenelement (2), wobei das Maschinenteil (1, 2, 4) des ersten Maschinenelements und das zweite Maschinenelement (2) zur Ableitung induzierter Spannungen elektrisch miteinander verbunden sind.
Verfahren zum Ableiten von induzierten Spannungen mit einem Maschinenteil (1, 2, 4) und einem Ableitelement (3), wobei eine mit dem Ableitelement (3) in Kontakt stehende Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des Maschinenteils (1, 2, 4) zur Gewährleistung einer zuverlässigen Spannungsableitung mit einem die Rauheit verringernden Verfahren bearbeitet wird, wobei das Ableitelement (3) dann mit der bearbeiteten Oberfläche (1.1, 2.1, 4.1) des ersten Maschinenteils (1, 2, 4) und mit einem zweiten Maschinenelement (1, 2, 4) elektrisch leitend verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren mit einem Maschinenelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchgeführt wird.