DE202004013642U1

DE202004013642U1 - Wellenlagerung für eine elektrische Maschine

Info

Publication number: DE202004013642U1
Application number: DE202004013642U
Authority: DE
Original assignee: Lenze Drive Systems GmbH
Current assignee: Lenze Drive Systems GmbH
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2004-09-01
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2014-09-02

Abstract

Wellenlagerung für eine elektrische Maschine, insbesondere für die Motorwelle (1) eines an einem Frequenzumrichter betriebenen Drehstrommotors, mit einem mit seinem Außenring (6) in einem feststehenden Lagersitz (7) aufgenommenen Wälzlager (3), wobei zwischen dem Wälzlager-Außenring (6) und dem Lagersitz (7) eine Metallbuchse (8) angeordnet ist, die eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) aus Aluminium besteht und deren elektrisch isolierende Beschichtung von einer Eloxalschicht gebildet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wellenlagerung für eine elektrische Maschine, insbesondere für die Motorwelle eines an einem Frequenzumrichter betriebenen Drehstrommotors. Die Wellenlagerung weist ein mit seinem Außenring in einem feststehenden Lagersitz aufgenommenes Wälzlager auf, wobei zwischen dem Wälzlager-Außenring und dem Lagersitz eine Metallbuchse angeordnet ist, die eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist.
Die Rotorlager eine elektrischen Maschine, insbesondere einer solchen, die durch einen Frequenzumrichter gespeist ist, werden durch Lagerströme gefährdet. Der Stromkreis schließt sich über das den Stator der Maschine umgebende Metallgehäuse und die Motorwelle. Des weiteren kann sich der Stromkreis auch über benachbarte Maschinen ausbreiten, die an die elektrische Maschine angebaut sind. Hervorgerufen werden die über die Motorwellenlager fließenden Ströme durch impulsförmige Spannungen, die durch kapazitive und/oder induktive Kopplung übertragen werden. Die hierdurch hervorgerufenen Ströme führen zu Funkenüberschlägen zwischen den Wälzkörpern und dem Lagerinnenring bzw. Lageraußenring der Motorwellenlager. Hierdurch verbrennt zumindest ein Teil des Lagerfettes, wodurch die Lagerschmierung verlorengeht. Weiter bewirken die Überschläge eine Errosion an den metallenen Lagerteilen, dadurch kommt es zur Aufrauhung der Oberflächen dieser Lagerteile und in der weiteren Folge zur Zerstörung der Lager.
Zur Lösung des aufgezeigten Problems ist es aus dem Dokument DE 100 37 423 A1 bekannt, den Lagersitz für den Außenring der Motorwellenlager mit einer Isolationsanordnung auszukleiden, die aus einem blechartig dünnen Isolationsmaterial besteht. Zumindest teilweise besteht dieses Isolationsmaterial aus einem Kunststoff-Halbzeug, welches allein schon mit einer Mindestdicke von 0,2 mm ausgeführt werden muß. Der Nachteil einer solchen Kunststoff-Isolation liegt in der eingeschränkten mechanischen Festigkeit, sie kommt deshalb bei mechanisch hochbelasteten Lagern nicht in Betracht. Man hat deshalb auch schon aufgedampfte oder aufgespritzte Isolierschichten auf dem Lageraußenring der Motorwellenlager vorgesehen, da man jedoch zumindest eines der Motorwellenlager wegen des Ausgleichs der Wärmedehnungen als Loslager ausführen muß, kommt hierfür eine solche Isolierbeschichtung nicht in Betracht, weil sie durch die Axialbewegung der betreffenden Bauteile zueinander abgearbeitet wird. Weiter hat man auch schon den Einsatz von Lagern mit Keramikbauteilen vorgesehen, diese sind jedoch nur in wenigen Größen verfügbar und verteuern die Motorwellenlager erheblich.
Letztlich gibt es zur Unterbindung der Lagerströme auch elektrische Lösungen. So kann bei Umrichterbetrieb die Ausgangsspannung des Umrichters gefiltert werden, hierfür sind große und teure Zusatzbauteile erforderlich. Weiter können die Lager mittels Schleifringen und leitfähigen Bürsten überbrückt werden, um die Ströme am Lager vorbeizuführen. Solche Schleifringe und Bürsten sind verschleißanfällig und bedürfen einer ständigen Wartung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wellenlagerung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der mit einfachen Mitteln zwischen dem feststehenden Lagersitz und der Motorwelle eine wirksame, dauerhafte Isolation erzielt ist, die entsprechend verschleißfest, für hochbelastete Lager geeignet und hinsichtlich der hierfür verwendeten Metallbuchse maßhaltig ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Wellenlagerung der vorgenannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Metallbuchse aus Aluminium besteht und deren elektrisch isolierende Beschichtung von einer Eloxalschicht gebildet ist.
Für die Erfindung ist wesentlich, daß sich auf einer aus Aluminium bestehenden Buchse die Eloxalschicht besonders einfach erzeugen läßt, denn der Eloxiervorgang beruht auf einer Oxidation des Aluminiums. Die Eloxalschicht auf der Aluminiumbuchse wirkt jedoch nicht nur elektrisch isolierend, sie dient auch verschleißarmer Reibpartner. Insbesondere in der Ausführung als Harteloxalschicht weist sie eine größere Härte als Grauguß auf und ist deshalb besonders verschleißunanfällig. Weiter vorteilhaft ist, daß die Eloxalschicht auf der Aluminiumbuchse die Bildung von Passungsrost unterbindet. Insbesondere wird damit eine Korrosion zwischen einem aus Grauguß bestehenden Lagersitz und dem Vergütungsstahl des Wälzlagers unterbunden, was axiale Verspannungen und Überbelastungen bei erhöhter Betriebstemperatur verhindert und letztlich einem vorzeitigen Ausfall des Wellenlagers vorbeugt.
Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt im Axialschnitt ein Wellenlager für die Motorwelle eines Drehstrommotors.
Im einzelnen erkennt man in der Zeichnung eine Motorwelle 1, die in einem üblicherweise aus Grauguß bestehenden Lagerschild 2 eines Elektromotors abgestützt ist. Dazu dient ein Wälzlager 3, welches in bevorzugter Ausführung als Zylinderrollenlager oder Rillenkugellager ausgeführt ist. So weist das Wälzlager 3 einen ein abgesetztes Ende der Motorwelle 1 aufnehmenden Innenring 4, einen Wälzkörper 5 und einen Außenring 6 auf.
In das feststehende Lagerschild 7 ist ein Lagersitz 7 eingearbeitet, zwischen dem und dem Wälzlager-Außenring 6 eine Metallbuchse 8 angeordnet ist, die aus Aluminium besteht. Die Besonderheit dieser Metallbuchse 8 liegt darin, daß sie eine elektrisch isolierende Beschichtung trägt, und zwar eine Eloxalschicht mit einer Dicke von wenigstens 50μm. In bevorzugter Weise ist diese Eloxalschicht als Harteloxalschicht ausgebildet und bedeckt die Metallbuchse 8 auf ihrer gesamten Außenfläche.
Zweckmäßig ist die aus Aluminium bestehende, eloxierte Metallbuchse 8 zumindest entweder mit dem feststehenden Lagersitz oder mit dem Wälzlageraußenring 6 kraftschlüssig verbunden, so daß auch eine in Achsrichtung der Motorwelle 1 lose Lageranordnung realisiert werden kann. Bei fester Verbindung der Metallbuchse 8 mit dem feststehenden Lagersitz 7 kommt ein Einpressen oder Einkleben in den Lagersitz 7 in Betracht. Für die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Metallbuchse 8 und dem Wellenlager-Außenring 6 kommt ein Aufschrumpfen oder ein Verkleben in Betracht

Claims

Wellenlagerung für eine elektrische Maschine, insbesondere für die Motorwelle (1) eines an einem Frequenzumrichter betriebenen Drehstrommotors, mit einem mit seinem Außenring (6) in einem feststehenden Lagersitz (7) aufgenommenen Wälzlager (3), wobei zwischen dem Wälzlager-Außenring (6) und dem Lagersitz (7) eine Metallbuchse (8) angeordnet ist, die eine elektrisch isolierende Beschichtung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) aus Aluminium besteht und deren elektrisch isolierende Beschichtung von einer Eloxalschicht gebildet ist.
Wellenlagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eloxalschicht auf der Metallbuchse (8) eine Harteloxalschicht ist.
Wellenlagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) auf ihrer gesamten Außenfläche eloxiert ist.
Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 – 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Eloxalschicht auf der Metallbuchse (8) mehr als 50μm beträgt.
Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) mit ihrer eloxierten Innenseite kraftschlüssig mit der äußeren Umfangsfläche des Wälzlager-Außenringes (6) verbunden ist.
Wellenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) auf den Wälzlager-Außenring (6) aufgeschrumpft ist.
Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) auf den Wellenlager-Außenring (6) aufgeklebt ist.
Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 – 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) in dem feststehenden Lagersitz (7) kraftschlüssig angeordnet ist.
Wellenlagerung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) in den feststehenden Lagersitz (7) fest eingeklebt ist.
Wellenlagerung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wälzlager-Außenring (6) in axialer Richtung lose an eloxierten Innenflächen der Metallbuchse (8) aufgenommen ist.
Wellenlagerung nach einem der Ansprüche 1 – 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallbuchse (8) mit eloxierten Außenflächen lose in dem feststehenden Lagersitz (7) aufgenommen ist.