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Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der rotierenden elektrischen Maschinen mit einer Erdungsbürste, insbesondere einer Erdungsfaserbürste.
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Stand der Technik
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Rotierende Maschinen umfassen im Allgemeinen ein Gehäuse und eine rotierende Welle, die durch zumindest ein Lager drehbar gelagert ist. Ein Lager ist im Allgemeinen mit einem drehenden Laufring, der an der drehenden Welle befestigt ist, einem feststehenden Laufring, der am Gehäuse befestigt ist, und mehreren Wälzkörpern, die zwischen den Laufringen angeordnet sind, versehen.
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Die elektrische Stromversorgung rotierender Maschinen erzeugt eine elektrische Potentialdifferenz zwischen der Welle und dem Gehäuse, die eine elektrische Potentialdifferenz zwischen einem Laufring des Lagers, der mit der Welle verbunden ist, und einem Laufring des Lagers, der mit dem Rahmen der Maschine verbunden ist, induziert. Diese Potentialdifferenz zwischen den Laufringen des Lagers kann zu einer Entladung von elektrischem Strom über das Lager führen.
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Der elektrische Strom, der über das Lager fließt, kann die Laufbahnen und die Wälzkörper beschädigen. Die elektrischen Entladungen können auch Schwingungen erzeugen, die das akustische Rauschen der Maschine verstärken.
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Es ist bekannt, eine rotierende Welle unter Verwendung einer Erdungsbürste zu erden. Es ist besonders vorteilhaft, eine Bürste mit leitenden Fasern auszuführen. Die Erdungsbürste wird im Allgemeinen am Rahmen einer Maschine befestigt, so dass die Enden der Fasern in radialen Kontakt mit einer Außenfläche der rotierenden Welle kommen.
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Die Leitfähigkeit der Fasern erzeugt einen parallelen elektrischen Schaltkreis und ermöglicht somit, dass die Welle auf demselben elektrischen Potential wie der Rahmen der Maschine gehalten wird. Dies ermöglicht auch, dass die Laufringe des Lagers auf demselben elektrischen Potential gehalten werden, und reduziert die elektrischen Entladungen über das Lager erheblich.
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Doch selbst bei dieser Art von Erdungsbürste nimmt der elektrische Widerstand der Welle mit der Zeit aufgrund einer Oberfläche der Welle zu. Während der Lebensdauer der Maschine kann die äußere Oberfläche der Welle oxidieren, z. B. durch Feuchtigkeit, Hitze, elektrischen Strom oder Reibung.
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Aufgrund dieser Zustandsveränderung der Wellenoberfläche wird die Erdungsbürste einen höheren Widerstand und eine höhere Durchschlagsspannung als das Lager haben und wird nicht mehr länger in der Lage sein, einen parallelen elektrischen Schaltkreis herzustellen. Der Strom wird dann wieder durch das Lager fließen und es erheblich beschädigen.
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Es gibt daher einen Bedarf, die Außenfläche der rotierenden Welle so zu schützen, dass verhindert wird, dass sich der Zustand der Oberfläche während der Lebensdauer der Maschine verändert.
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Um die Gefahr der Oxidation der Außenfläche der Welle zu verringern und somit ihre Leitfähigkeit zu maximieren, ist es bekannt, eine Beschichtung auf Harzbasis, wie z. B. Epoxidharz, auf die Außenfläche der Welle aufzubringen. Diese Art von Beschichtung hat jedoch eine geringe Härte und kann durch den Gleitkontakt der Fasern der Erdungsbürste schnell beschädigt oder sogar abgelöst werden.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, den Schutz der Gleitfläche der rotierenden Welle zu verbessern.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, die einen feststehenden Teil, einen drehenden Teil, zumindest ein Lager, das den drehenden Teil drehbar lagert, und eine Erdungsfaserbürste umfasst. Das Lager umfasst einen drehenden Laufring, der an dem drehenden Teil befestigt ist, und einen feststehenden Laufring, der an dem feststehenden Teil befestigt ist. Die Erdungsfaserbürste umfasst einen am feststehenden Teil oder am feststehenden Laufring befestigten Träger und mehrere leitende Fasern, von denen ein erstes Ende am Träger befestigt ist und ein freies zweites Ende, das dem ersten Ende gegenüberliegt, sich in Richtung des drehenden Teils erstreckt.
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Gemäß der Erfindung umfasst die elektrische Maschine auch eine leitende Hülse. Die leitende Hülse umfasst eine ringförmige Basis, die aus einem elektrisch leitenden Material gebildet ist, wobei die ringförmige Basis an dem drehenden Teil oder an dem drehenden Laufring des Lagers befestigt ist. Die leitende Hülse umfasst ferner eine leitende Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid (CrN), die zumindest teilweise eine Oberfläche der Basis bedeckt, die dem freien zweiten Ende der leitenden Fasern der Erdungsfaserbürste zugewandt ist, so dass das freie zweite Ende der Fasern in Gleitkontakt mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid steht.
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Die leitende Hülse bildet eine Gleitfläche für die leitenden Fasern der Erdungsbürste. Diese Hülse ist daher in die Außenfläche des drehenden Teils der elektrischen Maschine integriert. Die leitende Hülse ermöglicht einen dauerhaft minimalen elektrischen Übergangswiderstand.
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Die Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid, mit der die Gleitfläche versehen ist, ist von hoher Härte. Die Beschichtung wird daher während der Lebensdauer der elektrischen Maschine weder von den freien Enden der Fasern im Gleitkontakt abgelöst oder gar zerstört. Dies verhindert jegliche Oxidation oder Zustandsveränderung der Gleitkontaktfläche im Laufe der Zeit.
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Darüber hinaus ist die Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid auch ein hervorragender elektrischer Leiter, der in Kombination mit dem die ringförmige Basis bildenden leitenden Material die elektrische Leitfähigkeit der Hülse bewirkt. Die Kombination aus der Erdungsfaserbürste und der leitenden Hülse, die mit einer Basis aus leitendem Material und einer Gleitkontaktfläche für die mit einer Schicht auf der Basis von Chromnitrid versehenen Fasern versehen ist, erzeugt einen dauerhaften parallelen elektrischen Schaltkreis. Eine derartige Konstruktion ermöglicht es daher, den drehenden Teil während der Lebensdauer der elektrischen Maschine auf demselben elektrischen Potential zu halten wie den feststehenden Teil.
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Gemäß vorteilhaften, aber nicht zwingenden Aspekten der Erfindung kann eine solche elektrische Maschine eines oder mehrere der folgenden Merkmale in jeder technisch zulässigen Kombination haben:
- - Die Dicke der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid liegt zwischen einschließlich 1 und 3 µm, vorzugsweise bei 2 µm.
- - Die Härte der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid liegt zwischen einschließlich 15 und 20 GPa.
- - Die Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid enthält Silber (Ag).
- - Der Anteil von Chromnitrid in der Beschichtung liegt zwischen einschließlich 30 und 40 %.
- - Die Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid wird durch ein Vakuumabscheidungsverfahren auf die ringförmige Basis der leitenden Hülse aufgebracht. Das verwendete Abscheidungsverfahren ist beispielsweise ein physikalisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PVD).
- - Die Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid wird durch ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PACVD) auf die ringförmige Basis der leitenden Hülse aufgebracht.
- - Die ringförmige Basis der leitenden Hülse umfasst einen ringförmigen Ring, der am drehenden Teil oder am drehenden Laufring des Lagers befestigt ist.
- - Der ringförmige Ring umfasst eine Gleitkontaktfläche für das freie zweite Ende der Fasern der Erdungsbürste, und zumindest die Gleitkontaktfläche des ringförmigen Rings ist mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid versehen.
- - Der ringförmige Ring ist auf einer zylindrischen Außenfläche des drehenden Teils aufgepresst.
- - Der ringförmige Ring ist auf einer zylindrischen Fläche des drehenden Laufrings aufgepresst.
- - Der drehende Teil umfasst eine Schulter, an der der ringförmige Ring der leitenden Hülse zur Anlage kommt.
- - Der ringförmige Ring der leitenden Hülse kommt an einer Stirnfläche des drehenden Laufrings des Lagers zur Anlage. In diesem Beispiel bildet die leitende Hülse sowohl eine Gleitfläche für die Faserbürste als auch ein Abstandsmittel für das Lager.
- - Der ringförmige Ring der Hülse umfasst eine toroidale Laufbahn, in der sich die Fasern der Bürste erstrecken, wobei das freie zweite Ende der Fasern der Bürste in Gleitkontakt mit der toroidalen Laufbahn kommt, wobei zumindest die toroidale Laufbahn mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid versehen ist.
- - Die Basis der leitenden Hülse umfasst weiter einen radialen Abschnitt, der sich radial vom ringförmigen Ring in Richtung des feststehenden Teils erstreckt.
- - Der radiale Abschnitt der leitenden Hülse kommt axial auf dem drehenden Laufring des Lagers zur Anlage.
- - Der radiale Abschnitt der leitenden Hülse kommt axial an einer Schulter des drehenden Teils zur Anlage.
- - Der ringförmige Ring und der radiale Abschnitt sind durch einen gekrümmten Abschnitt miteinander verbunden.
- - Das freie zweite Ende der Fasern der Bürste kommt in Gleitkontakt mit dem gekrümmten Abschnitt und zumindest der gekrümmte Abschnitt ist mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid versehen.
- - Die Fasern der Bürste erstrecken sich in einer Richtung, die zu dem gekrümmten Abschnitt geneigt ist.
- - Das freie zweite Ende der Fasern der Bürste kommt in Gleitkontakt mit dem radialen Abschnitt, wobei zumindest der radiale Abschnitt mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid versehen ist.
- - Der ringförmige Ring der leitenden Hülse umfasst zumindest eine Halterippe, die sich radial von einer Seitenfläche des ringförmigen Rings in Richtung des feststehenden Teils erstreckt, wobei die Halterippe mechanisch mit einer Nut auf einer Oberfläche des drehenden Laufrings des Lagers zusammenwirkt.
- - Die Halterippe ist ringförmig.
- - Der ringförmige Ring umfasst mehrere umfänglich verteilte Halterippen.
- - Die ringförmige Basis der leitenden Hülse umfasst eine ringförmige, sich radial erstreckende Scheibe, wobei die Scheibe axial an einer Stirnfläche des drehenden Laufrings des Lagers zur Anlage kommt, und einen axialen Rand, der sich axial von einer Kante der Scheibe aus erstreckt, wobei der Rand radial am drehenden Laufring des Lagers zur Anlage kommt.
- - Der axiale Rand ist auf dem drehenden Laufring des Lagers aufgepresst.
- - Das freie zweite Ende der Fasern der Bürste kommt in Gleitkontakt mit der ringförmigen Scheibe, wobei zumindest die ringförmige Scheibe mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid versehen ist.
- - Die ringförmige Basis ist vollständig mit der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid bedeckt.
- - Die ringförmige Basis ist aus Metall hergestellt. Zum Beispiel: Stahl, Edelstahl, Messing, Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung.
- - Die Fasern der Bürste erstrecken sich in einer Richtung, die zu der Beschichtung auf der Basis von Chromnitrid geneigt ist.
- - Das Lager umfasst mehrere Wälzkörper, die zwischen den Laufringen angeordnet sind.
- - Das Lager ist ein glattes Lager.
- - Der drehende Teil der elektrischen Maschine ist eine Welle und der feststehende Teil ist ein Gehäuse.
- - Der drehende Laufring des Lagers ist ein Innenlaufring und der feststehende Laufring ist ein Außenlaufring.
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Figurenliste
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Die vorliegende Erfindung wird nach dem Studium der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen besser verstanden werden, die als nicht einschränkendes Beispiel ausgewählt und durch die beigefügten Zeichnungen veranschaulicht werden, in denen:
- 1 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
- 2 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
- 3 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
- 4 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
- 5 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
- 6 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; und
- 7 ist eine schematische Ansicht im Schnitt einer elektrischen Maschine, die mit einer leitenden Hülse versehen ist, gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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In der folgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe „äußerer“ und „innerer“ auf eine Drehachse X-X eines drehenden Teils 14 einer elektrischen Maschine 10, wobei die inneren Teile näher an dieser Achse liegen als die äußeren Teile.
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Unter Bezugnahme auf 1 umfasst eine elektrische Maschine 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ein feststehendes Gehäuse 12, eine sich drehende Welle 14, ein die Welle 14 drehbar lagerndes Lager 15 und eine in dem Gehäuse 12 befestigte Erdungsfaserbürste 18.
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Hier ist die elektrische Maschine 10 mit einem einzigen Lager 15 dargestellt. Alternativ kann die elektrische Maschine mehrere Lager umfassen.
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Die elektrische Maschine 10 ist mit einem drehenden Teil, der durch eine Welle gebildet wird, und einem feststehenden Teil, der durch ein Gehäuse gebildet wird, dargestellt. Alternativ kann die Welle ein feststehender Teil sein und das Gehäuse kann ein drehender Teil sein.
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Wie in 1 dargestellt, hat die rotierende Welle 14 eine abgestufte zylindrische Außenfläche 14a mit einer Schulter 14b. Das Lager 15 ist radial zwischen einer Innenfläche oder Bohrung 12a des Gehäuses 12 und der Außenfläche 14a der rotierenden Welle 14 befestigt. Die Bohrung 12a des Gehäuses 12 kann Schultern oder axiale Haltemittel in einer Weise umfassen, so dass das Lager 15 axial im Gehäuse 12 gehalten wird.
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Gemäß einer als nicht einschränkendes Beispiel angegebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Lager 15 einen drehenden Innenlaufring 16, einen feststehenden Außenlaufring 17 und eine Reihe von Wälzkörpern 15a, hier Kugeln, die zwischen den Laufringen 16, 17 angeordnet sind. Das Lager 15 kann ferner einen Käfig (hier nicht dargestellt) umfassen, um die Wälzkörper 15a umfänglich zu halten. Alternativ kann das Lager mehrere Reihen von Wälzkörpern umfassen. Alternativ kann das Lager andere Arten von Wälzkörpern umfassen, wie z. B. Rollen oder Kegelrollen. Alternativ kann das Lager aus einem glatten Lager bestehen. Alternativ kann, wenn die Welle 14 feststehend ist und sich das Gehäuse 12 dreht, der Innenlaufring 16 ein feststehender Laufring sein und der Außenlaufring 17 kann ein sich drehender Laufring sein.
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Der Innenlaufring 16 und der Außenlaufring 17 bestehen aus konzentrischen Laufringen, die sich relativ zueinander um die Drehachse X-X des Lagers 15 drehen, wobei der Außenlaufring 17 den Innenlaufring 16 radial umgibt.
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Wie in 1 dargestellt, ist der Innenlaufring 16 des Lagers 15 massiv und wird radial durch eine zylindrische Innenfläche oder Bohrung 16a, die in radialem Kontakt mit der Welle 14 steht, und eine zylindrische Außenfläche 16b begrenzt, die mit einer Laufbahn für die Wälzkörper 15a versehen ist. Der Innenlaufring umfasst weiter zwei gegenüberliegende radiale Stirnflächen 16c, 16d, die die innere zylindrische Fläche 16a und die äußere zylindrische Fläche 16b axial begrenzen. Der Innenlaufring 16 ist an der Welle 14 befestigt und unterstützt die Drehbewegung der Welle 14.
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Der Außenlaufring 17 des Lagers 15 ist, wie dargestellt, massiv und wird radial durch eine zylindrische Innenfläche 17a, die mit einer Laufbahn für die Wälzkörper 15a versehen ist, und eine zylindrische Außenfläche 17b, die in radialem Kontakt mit der Innenfläche 12a des Gehäuses 12 steht, begrenzt. Der Außenlaufring 17 umfasst ferner zwei gegenüberliegende radiale Stirnflächen 17c, 17d, die die zylindrische Innenfläche 17a und die zylindrische Außenfläche 17b axial begrenzen. Der Außenlaufring 17 ist fest mit dem Gehäuse 12 verbunden und ist feststehend.
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Die Erdungsfaserbürste 18 umfasst einen Träger 18a und mehrere leitende Fasern 19, die ein erstes, am Träger 18a befestigtes Ende 19a und ein dem ersten Ende gegenüberliegendes freies zweites Ende 19b haben, das sich im Wesentlichen radial zur Welle 14 erstreckt.
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Der Träger 18a ist im Gehäuse 12 befestigt, zum Beispiel durch eine Presspassung in der Innenfläche 12a oder durch andere Halte- oder Klebemittel. Alternativ kann der Träger 18a am Lager 15, beispielsweise am Außenlaufring 17, befestigt sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die leitenden Fasern 19 Kohlenstofffasein.
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Gemäß der Erfindung umfasst die Maschine 10 ferner eine leitende Umhüllung 20, die eine Gleitfläche für das freie Ende 19b der Fasern 19 der Erdungsbürste 18 bildet.
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Gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform umfasst die leitende Hülse 20 eine Basis 21 mit einem ringförmigen Ring 22, der auf der zylindrischen Außenfläche 14a der rotierenden Welle 14 aufgepresst ist.
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Der ringförmige Ring 22 ist radial durch eine zylindrische Innenfläche 22a, die in radialem Kontakt mit der Welle 14 steht, und eine zylindrische Außenfläche 22b begrenzt. Der ringförmige Ring 22 ist an der Welle 14 befestigt und ist in der Drehbewegung der Welle 14 verbunden. Der ringförmige Ring 22 ist axial durch zwei radiale Stirnflächen 22c, 22d begrenzt, die axial die zylindrische Innenfläche 22a und die zylindrische Außenfläche 22b begrenzen.
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Eine der radialen Stirnflächen 22b kommt axial an der Schulter 14b der Welle 14 zur Anlage. Die axiale Position der Hülse 20 wird daher durch Schulter 14b definiert.
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Die Basis 21 der leitenden Hülse ist aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, gebildet. Beispielsweise ist die Basis 21 aus Stahl, Edelstahl, Messing, Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung oder einem anderen für diese Anwendung geeigneten Metall gebildet.
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Gemäß einem besonders vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist zumindest die zylindrische Außenfläche 22b des Rings 22 der leitenden Hülse 20 mit einer Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid (CrN) versehen.
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Bei dem in 1 dargestellten Beispiel ist nur die zylindrische Außenfläche 22b des ringförmigen Rings 22 der Basis 21 vollständig mit der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt. Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid zumindest teilweise auch eine der anderen Flächen des ringförmigen Rings 22 bedecken, nämlich die auf der Welle 14 befestigte zylindrische Innenfläche 22a, die freie radiale Stirnfläche 22c und die an der Schulter 14b anliegende radiale Stirnfläche 22d. Alle Außenflächen des Rings 22 der Basis 21 können mit der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid beschichtet sein. In allen Fällen ist die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid dem freien Ende 19b der leitenden Fasern 19 der Erdungsbürste 18 zugewandt, und die Beschichtung 24 bildet eine Gleitkontaktfläche für die Fasern 19. Das freie Ende 19b der Fasern 19 kommt in Gleitkontakt mit der Außenfläche, die von der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid auf der zylindrischen Au-ßenfläche 22b der Basis 21 der leitenden Hülse 20 gebildet wird.
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Die Dicke der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid liegt zwischen einschließlich 1 und 3 µm und vorzugsweise gleich 2 µm.
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Die Härte der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid liegt zwischen einschließlich 15 und 20 GPa.
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Gemäß einer Variante kann die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid Silber (Ag) enthalten. Der Anteil an Chromnitrid in der Beschichtung liegt vorteilhafterweise zwischen einschließlich 30 und 40%.
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Die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid wird durch ein Vakuumabscheidungsverfahren auf die ringförmige Basis 21 der leitenden Hülse 20 aufgebracht. Das verwendete Abscheidungsverfahren beispielsweise ein physikalisches Dampfphasenabscheidungsverfahren (PVD). Gemäß einer Variante kann die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid durch ein plasmaunterstütztes chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (PACVD) auf die ringförmige Basis 21 der leitenden Hülse 20 aufgebracht werden.
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Die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid ist von hoher Härte. Auf die zylindrische Außenfläche 22b aufgebracht, bildet die Beschichtung 24 eine Barriere gegen Kontaktverschleiß, der durch das Reiben des freien Endes 19b der Fasern 19 verursacht wird.
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Die Außenfläche 14a der rotierenden Welle ist somit vor Oxidation und Abrieb geschützt. Die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid wird durch die Fasern 19 nicht zerstört und gewährleistet die Funktion der Gleitkontaktfläche während der gesamten Lebensdauer der elektrischen Maschine 10.
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Außerdem ist die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid elektrisch leitend. In Kombination mit dem leitenden Material der Basis 21 der leitenden Hülse 20 gewährleistet diese Beschichtung 24 den Durchgang von elektrischem Strom zwischen dem feststehenden Gehäuse 12 einerseits und der rotierenden Welle 14 andererseits. Das Gehäuse 12 und die Welle 14 liegen auf demselben elektrischen Potential, ebenso der am Gehäuse 12 befestigte Außenlaufring 17 und der an der Welle 14 befestigte Innenlaufring 16. Dadurch wird die Gefahr der elektrischen Entladung und des damit verbundenen Verschleißes stark reduziert.
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Die Kombination dieser technischen Merkmale, die eine solche Art von leitender Hülse 20 bilden, ermöglicht einen optimalen Durchgang von elektrischem Strom zwischen dem Gehäuse 12 und der Welle 14 über die Erdungsfaserbürste 18 während der gesamten Lebensdauer der elektrischen Maschine 10.
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Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt und unterscheidet sich von der vorhergehenden Ausführungsform dadurch, dass eine der radialen Stirnflächen 22d des ringförmigen Rings 22 der Basis 21 der leitenden Hülse 20 in axialen Kontakt mit einer der radialen Stirnflächen 16c des Innenlaufrings 16 des Lagers 15 kommt.
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Bei dem in 2 gezeigten Beispiel ist der ringförmige Ring 22 dicker als der in 1 dargestellte. Diese Art von Struktur des ringförmigen Rings 22 ermöglicht es, dass er je nach den Anforderungen der Anwendung hohen axialen Lasten standhält. Die leitende Hülse 20 bildet sowohl eine Gleitkontaktfläche für die Bürste 18 als auch axiale Abstandsmittel für das Lager 15.
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Der ringförmige Ring 22 ist aus einem leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, hergestellt. Die zylindrische Außenfläche 22b des Rings 22 ist mit einer Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt. Das freie Ende 19b der Fasern 19 der Erdungsbürste 18 kommt in radialen Gleitkontakt mit der Beschichtung 24 der leitenden Hülse 20.
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Eine dritte Ausführungsform ist in 3 dargestellt und unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Außenfläche 22b des Rings 22 eine toroidale Laufbahn 26 umfasst.
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Die toroidale Laufbahn 26 ist von der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt. In dem in 3 dargestellten Beispiel ist nur die toroidale Laufbahn 26 von der Beschichtung 24 bedeckt. Gemäß einer Variante ist die gesamte Außenfläche 22b einschließlich der toroidalen Fläche 26 mit der Beschichtung 24 bedeckt. Gemäß einer weiteren Variante sind alle Oberflächen des Rings 22 durch die Beschichtung 24 bedeckt.
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Die freien Enden 19b der Fasern 19 der Erdungsbürste 18 befinden sich in dem von der toroidalen Laufbahn 26 gebildeten Hohlraum, so dass der Kontakt der Fasern mit der toroidalen Laufbahn 26, die mit der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt ist, maximiert wird. Die axiale Bewegung der Fasern 19 ist daher begrenzt.
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Eine vierte Ausführungsform ist in 4 dargestellt und unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsformen durch die allgemeine Form der Basis 21 der leitenden Hülse 20.
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Die leitende Hülse 20 umfasst eine ringförmige Basis 21, die fest an der Außenfläche 14a der rotierenden Welle 14 befestigt ist. Die Basis 21 umfasst einen ringförmigen Ring 22 mit zylindrischer Form, der sich axial erstreckt. Die Basis 21 umfasst ferner einen radialen Abschnitt 28, der sich von einer axialen Seite des Rings 22 in Richtung des Gehäuses 12 radial erstreckt. Der Ring 22 und der radiale Abschnitt 28 sind durch einen gekrümmten Abschnitt 29 so verbunden, dass die Basis 21 in einem Stück gebildet ist.
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Der ringförmige Ring 22 der leitenden Hülse 20 ist fest an der Außenfläche 14a der rotierenden Welle 14 befestigt. Der Ring 22 ist vorzugsweise auf der Außenfläche 14a der rotierenden Welle 14 aufgepresst.
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Der radiale Abschnitt 28 der leitenden Hülse 20 ist so befestigt, dass er axial an einer radialen Stirnfläche 16c des Innenlaufrings 16 des Lagers 15 anliegt. Gemäß einer nicht dargestellten Variante kann der radiale Abschnitt 28 axial an einer Schulter an der Außenfläche 14a der Welle 14 zur Anlage kommen.
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Wie in 4 dargestellt, ist die Außenfläche der Basis 21, nämlich die von der Außenfläche 22b des Rings 22, der Außenfläche 28a des radialen Abschnitts 28 und der Außenfläche 29a des gekrümmten Abschnitts 29 gebildete Fläche, mit einer Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt. Gemäß einer nicht dargestellten Variante ist nur die Außenfläche 29a des gekrümmten Abschnitts 29, d. h. die Fläche, die der dem Innenlaufring 16 und der Welle 14 zugewandten Fläche gegenüberliegt, mit der Beschichtung 24 bedeckt.
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Das freie Ende 19b der leitenden Fasern 19 der Erdungsbürste 18 kommt in Gleitkontakt mit der Außenfläche 29a des gekrümmten Abschnitts 29. In besonders vorteilhafter Weise erstrecken sich die leitenden Fasern 19 der Bürste 18 in einer in Richtung des gekrümmten Abschnitts 29 geneigten Richtung und das freie Ende 19b der Fasern 19 kommt in radialen und axialen Kontakt mit der Beschichtung 24 der leitenden Hülse 20.
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Gemäß einer Variante kommen die Fasern 19 nur an der Außenfläche 22b des ringförmigen Rings 22 der Basis 21 in radialen Gleitkontakt. In diesem Fall ist nur die Außenfläche 22b des ringförmigen Rings 22 mit der Beschichtung 24 versehen. Gemäß einer anderen Variante kommen die Fasern 19 nur an der Außenfläche 28a des radialen Abschnitts 28 der Basis 21 in axialen Gleitkontakt. In diesem Fall ist nur die Außenfläche 28a des radialen Abschnitts 28 mit der Beschichtung 24 versehen.
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Eine fünfte Ausführungsform, bei der der ringförmige Ring 22 eine Halterippe 22e umfasst, ist in 5 dargestellt.
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Die Halterippe 22e erstreckt sich von einer radialen Stirnfläche 22d des ringförmigen Rings 22 radial nach außen. Die Halterippe 22e wirkt mit einer inneren Nut 16e an der Innenfläche 16a des Innenlaufrings 16 des Lagers 15 zusammen. Die Halterippe 22e ist daher in der entsprechenden Nut 16e des Innenlaufrings 16 untergebracht und stellt somit eine mechanische axiale Sicherung der leitenden Hülse 20 bereit. Das Befestigen der Hülse 20 durch Aufstecken auf die Halterippe 22e stellt eine vereinfachte Lösung dar, bei der ein Halten durch eine Presspassung der Basis 21 der Hülse 20 nicht erforderlich ist.
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Die Halterippe 22e kann ringförmig sein. Alternativ kann der Ring 22 mehrere Halterippen 22e umfassen, die umfänglich auf der radialen Stirnfläche 22d verteilt sind.
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In einer sechsten Ausführungsform der Erfindung, die in 6 dargestellt ist, umfasst die Basis 21 der leitenden Hülse 20 eine ringförmige, sich radial erstreckende Scheibe 28, die axial an einer Stirnfläche 16c des Innenlaufrings 16 des Lagers 15 zur Anlage kommt. Die Basis 21 umfasst weiter einen axialen Ring 22, der sich von einer Außenkante der Scheibe 28 axial erstreckt, wobei der Rand 22 radial auf der zylindrischen Außenfläche 16b des Außenlaufrings 16 des Lagers 15 zur Anlage kommt.
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Der axiale Rand 22 ist vorteilhafterweise auf der zylindrischen Außenfläche 16b des Außenlaufrings 16 aufgepresst.
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Die Stirnfläche 28a der Scheibe 28 ist vorteilhaft mit einer Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid bedeckt. Das freie zweite Ende 19b der leitenden Fasern 19 der Erdungsbürste 18 kommt in Gleitkontakt mit der Beschichtung 24 auf der Stirnfläche 28a der ringförmigen Scheibe 28.
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In besonders vorteilhafter Weise erstrecken sich die leitenden Fasern 19 der Bürste 18 in einer Richtung, die in Richtung der Scheibe 28 geneigt ist, und das freie Ende 19b der Fasern 19 kommt in axialen Kontakt mit der Beschichtung 24 auf der Oberfläche 28a.
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Diese Art der Ausgestaltung der leitenden Hülse 20 ermöglicht eine kompakte Struktur der elektrischen Maschine 10.
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In einer siebten Ausführungsform der Erfindung, die in 7 dargestellt ist, umfasst der Innenlaufring 16 des Lagers 15 einen axialen Abschnitt 16f, der sich axial über die radiale Stirnfläche 17c des Außenlaufrings 17 hinaus erstreckt, wobei die leitende Hülse 20 an diesem axialen Abschnitt 16f befestigt ist.
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Die leitende Hülse 20 umfasst einen ringförmigen Ring 22. Der ringförmige Ring 22 umfasst eine zylindrische Innenfläche 22a, die auf der Außenfläche des axialen Abschnitts 16f des Innenlaufrings 16 aufgepresst ist.
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Das freie Ende 19b der leitenden Fasern 19 der Erdungsbürste 18 steht in radialem Gleitkontakt mit der Beschichtung 24, die die zylindrische Außenfläche 22b des Rings 22 bedeckt. Alternativ kann der gesamte Ring 22 mit der Chromnitridbeschichtung 24 bedeckt sein.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Basis 21 der leitenden Hülse aus einem elektrisch leitenden Material, vorzugsweise einem Metall, hergestellt. Beispielsweise wird die Basis 21 aus Stahl, Edelstahl, Messing, Kupfer, Kupferlegierung, Aluminium, Aluminiumlegierung oder einem anderen für die Anwendung geeigneten Metall hergestellt.
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In allen oben beschriebenen Ausführungsformen liegt die Dicke der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid zwischen einschließlich 1 und 3 µm, vorzugsweise gleich 2 µm, und die Härte der Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid liegt zwischen einschließlich 15 und 20 GPa. Gemäß einer Variante kann die Beschichtung 24 auf der Basis von Chromnitrid Silber (Ag) enthalten. Der Anteil an Chromnitrid in der Beschichtung liegt vorteilhafterweise zwischen einschließlich 30 und 40 %.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind nicht einschränkende Beispiele der Erfindung und beziehen sich auf eine elektrische Maschine 10, bei der die Welle der drehende Teil und das Gehäuse der feststehende Teil ist. Die Erfindung betrifft jedoch auch Ausführungsformen, bei denen die Welle der feststehende Teil und das Gehäuse der drehende Teil ist. Als allgemeine Regel ist die Erdungsfaserbürste an dem feststehenden Teil oder dem feststehenden Laufring des Lagers befestigt und die leitende Hülse gemäß der Erfindung ist an dem drehenden Teil oder dem drehenden Laufring des Lagers befestigt.
