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Die
Erfindung betrifft einen Gewindeaufbau zur Erdung einer Achse eines
Elektromotors, insbesondere einen Erdungsaufbau, bei dem ein dünnes Gewinde
durch Gewindeschneiden auf der Oberfläche eines Schleifringes oder
einer Achse des Elektromotors derart ausgebildet ist, dass ein Linearkontakt zwischen
der Oberfläche
der Kohlebürste
und der Spitze des Gewindes stattfindet und einen herkömmlichen
Flächenkontakt
ersetzt.
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Wie
sich aus 1 ergibt, besteht ein herkömmlicher
Elektromotor aus einem Gehäuse 11,
einem Stator 12, einem Rotor 13, einer rotatorisch drehbaren
Achse 14 sowie abstützenden
Kugellagern 15 der Achse 14. Resultierend aus
der Unausbalancierung des magnetischen Felds, der von Außen angelegten
Spannung wie der PWM-Spannung des Wechselstrommotor-Frequenzumrichters
oder des Gleichstrommotor-Drehzahlregelers, dem Wellenmagnetisierungseffekt
oder der elektrostatischen Induktion wie der zwischen Riemenscheibe 16 und dem
Riemen 161 erzeugten elektrostatischen Ladung, wird eine
Wellenspannung während
des Betriebs eines Elektromotors 10 dieser Art erzeugt.
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Diese
Spannung verursacht sogenannten Wellenstrom zwischen Innen- und
Außenringen 152 des
Kugellagers 15. Wenn der Wellenstrom über die Kontaktpunkte auf den
Kugeln 151 und auf den Innen- und Außenringen 152 durchfließt, wird
ein Lichtbogen erzeugt, der kraterförmige sowie waschbrettförmige Korrosionsstellen
auf der Oberfläche
der Laufbahnen zwischen Innen- und Außenringen 152 bildet.
Infolgedessen resultieren sich das Geräusch und der vorzeitige Lagerausfall.
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Nach
dem Recherchieren sind zwei Methoden, nämlich Wellenisolierung bzw.
Erdungsbürste der
Achse, zum Lösen
des vorstehend beschriebenen Problems verwendbar. Aufgrund der Einfachheit und
der niedrigen Kosten findet die Erdungsbürste der Achse häufig in
herkömmlichen
Elektromotoren Anwendung, deren Aufbau in 1 dargestellt
ist. Auf der Oberfläche
eines Endes der Achse 14 oder auf einem Gleitring 141 wird
eine Bürste 17 von
einer hinter ihr angeordneten Druckfeder derart gedrückt, dass
die Vorderseite der Bürste 17 mit
dem am Achsende befindlichen Gleitring bzw. mit der Oberfläche der
Achse 14 in enger Berührung
steht. Auf diese Weise kommt eine Überbrückung Bypass zustande, deren
Kontaktwiderstand wesentlich kleiner ist als der Widerstand der
Innen- und Außenringe 152. Folglich
fließt
der Wellenstrom durch das Ende der Achse 14 oder über den
Gleitring 141 und bürste 17 in
die Erde, wobei der Schutz des Kugellagers 15 erzielt wird,
um seine Nutzungsdauer zu verlängern.
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Jedoch
wird eine schwarze Oxidationsschicht nach einer bestimmten Betriebsperiode
der Erdungsbürste
der Achse 17 gebildet, die sich aus Ölverunreinigung, Staub, Kupferpulver
usw. zusammensetzt. Die schwarze Oxidationsschicht verursacht eine
allmähliche
Erhöhung
des Kontaktwiderstands. Sofern der Kontaktwiderstand größer ist
als der Widerstand der Innen- und Außenringe 152 des Lagers 15,
fließt
der meiste Wellenstrom entsprechend durch das Lager 15 und
die schützende
Funktion der Erdungsbürste
der Achse 17 ist somit nicht mehr gegeben.
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Wie
ist die schwarze Oxidationsschicht auf der Oberfläche der
Erdungsbürste
der Achse 17 oder des Gleitrings 141 zum Beibehalten
eines konstanten Kontaktwiderstands zu beseitigen, ist das in der
Erfindung zu befassende Thema.
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Durch
die Erfindung wird ein Gewindeaufbau zur Erdung einer Achse eines
Elektromotors geschaffen, bei dem ein dünnes Gewinde durch Gewindeschneiden
auf der Oberfläche
der Achse bzw. eines Gleitrings ausgebildet ist, um einen Linearkontakt
zwischen der Oberfläche
der Bürste
und der Gewindespitze zu bilden. Wird der Flächenkontakt durch einen Linearkontakt
ersetzt, wird die Entwicklung der Reibungswärme sowie die Entstehung der Oxidationsschicht
während
der Rotation erheblich reduziert. Darüber hinaus wird der Effekt "Spirales Förderband" beim Umdrehen des
Gewindes erzeugt, der zum Beibehalten einer dauerhaften Sauberkeit
der Bürstenoberfläche das
von Reibung auf der Bürstenoberfläche erzeugte
Kohlenstoff- und Kupferpulver usw. entfernen kann. Folglich ist
ein konstanter Kontaktwiderstand zwischen dem Gleitring bzw. der Achse
und der Bürste
zu gewährleisten.
Im Vergleich zu der Bürste
in einem herkömmlichen
Aufbau ist ein reduzierter Bürstenverschleiß von langfristigen
Prüfungen
nachgewiesen.
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Die
Erfindung weist insbesondere die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale
auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Gewindeaufbau zur Erdung einer Achse eines Elektromotors
gelöst,
welcher aufweist:
ein Elektromotor mit einem Gehäuse, in
dem eine rotatorisch drehbare Achse eingebaut ist, wobei wenigstens
ein dünner
Gewindeaufbau auf der Umfangsfläche
des Achsendes ausgebildet ist; sowie
eine zur Erdung seitlich
vom Dünngewindeaufbau angebrachte
Bürsteneinrichtung,
die aus einer Bürste,
einem hohlen Positionierungskörper
zur Aufnahme der Bürste
sowie einer im hohlen Positionierungskörper angeordneten Feder besteht,
wobei die Feder derart die Bürste
drückt,
dass seine vordere Oberfläche
fest an dem Dünngewindeaufbau
anliegt.
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Gemäß den oben
erwähnten
Merkmalen ist der auf der Umfangsfläche befindliche Gewindeaufbau
durch Gewindeschneiden direkt auf der Umfangsfläche des Achsendes ausgebildet.
Es ist auch möglich,
dass der dünne
Gewindeaufbau zunächst auf
einem Gleitring vorgesehen, wobei der Gleitring anschließend in
das Achsende eingepresst und darauf fixiert wird.
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Die
vorstehend erläuterte
Erdung unter Zuhilfenahme eines spiralen Linearkontakts ist bereits erfolgreich
in der Achseerdung des Tretmühlemotors eingesetzt.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 einen
Schnitt durch einen herkömmlichen
Elektromotor;
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2 eine
perspektivische Explosionsdarstellung eines ersten erfindungsgemäßen Dünngewindeaufbaus;
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3 eine
perspektivische Darstellung eines ersten erfindungsgemäßen Dünngewindeaufbaus
in montiertem Zustand;
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4 eine
schematische Darstellung von Hauptbestandteilen eines ersten Dünngewindeaufbaus
gemäß der Erfindung;
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5 eine
Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in 4; und
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6 eine
schematische Darstellung eines zweiten Dünngewindeaufbaus gemäß der Erfindung.
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Wie
aus 2 und 3 ersichtlich, weist ein erfindungsgemäßer Gewindeaufbau
zur Erdung einer Achse eines Elektromotors einen Elektromotor 20 und
eine zur Erdung dienende Bürsteneinrichtung 40 auf.
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Der
Elektromotor 20 verfügt über ein
Gehäuse 21,
in dem eine rotatorisch drehbare Achse 22 eingebaut ist,
die von innerhalb des Gehäuses 21 angeordneten
Kugellagern 23 abgestützt
ist. Da es hier sich um die Technik eines herkömmlichen Elektromotors 20 handelt,
wird es nicht weiter eingegangen.
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Die
Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Ende der Achse 22 durch
das Gehäuse 21 hindurch
erstreckt und ein Gleitring 30 auf das Achsende aufgesteckt
ist, auf dessen Umfangsfläche ein
Dünngewindeaufbau 31 vorher
durch Gewindeschneiden ausgebildet ist. Auf diese Weise weist das Ende
der Achse 22 einen Gewindeaufbau 31 auf seiner
Oberfläche
auf.
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Die
zur Erdung dienende Bürsteneinrichtung 40 besteht
aus einer Bürste 41,
einem hohlen Positionierungskörper 42 zur
Aufnahme der Bürste 31 sowie
einer im hohlen Positionierungskörper
angeordneten Feder 43. Die Bürste 31 ist derart
von der Feder 43 gedrückt,
dass seine vordere Oberfläche
fest an dem Dünngewindeaufbau 31 anliegt.
Darüber
hinaus ist ein Erdungskabel 411 an einen Endabschnitt der
Bürste 41 angeschlossen,
welches durch die Unterseite des hohlen Positionierungskörpers 42 hindurch
geführt
werden kann.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
ist eine Befestigungsplatte 44 auf der Unterseite des hohlen
Positionierungskörpers 42 angeordnet
und mittels einer Schraube 45 auf dem Gehäuse 21 befestigt.
Es ist auch denkbar, dass der hohle Positionierungskörper 42 auf
einen hier nicht näher dargestellten
Maschinentisch rund um den Elektromotor verriegelt ist, statt auf
dem Gehäuse 21 verriegelt
zu werden. Jedoch unabhängig
von der Verriegelungsstelle des hohlen Positionierungskörpers 42 ist
es gezielt, dass die Positionierung der Bürste 41 gegeben ist
und die Bürste 41 ständig in
enger Berührung
mit dem Dünngewindeaufbau 31 steht.
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Wie
in 4 und in 5 dargestellt,
ist der Gleitring 30 erfindungsgemäß als Feinprofil 31 mit unglatter
Oberfläche
ausgeführt,
um den herkömmlichen
Flächenkontakt
durch Linearkontakt zu ersetzen. Obwohl es gegen den allgemeinen
Menschenverstand scheint zu sein, ist es vom Erfinder mit langfristigen
Prüfungen
nachgewiesen worden, dass der Verschleißgrad zwischen Bürste 41 und
dem Dünngewindeaufbau 31 wesentlich
geringer ist als derjenige des Flächenkontaktes.
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Außerdem ist
es von wichtigerer Bedeutung, dass die Entwicklung der Reibungswärme sowie
die Entstehung der Oxidationsschicht während der Rotation des Gleitrings 30 erheblich
reduziert wird, wenn der Flächenkontakt
durch den Linearkontakt ersetzt wird. Darüber hinaus entsteht ein Effekt
vom "spiralen Förderband" beim Umdrehen des
Dünngewindeaufbaus 31,
der zum Beibehalten einer dauerhaften Sauberkeit der Bürstenoberfläche das
von der Reibung auf der Bürstenoberfläche erzeugte
Kohlenstoff- und Kupferpulver usw, entfernen kann. Folglich ist
ein konstanter Kontaktwiderstand zwischen dem Gleitring 39 und
der Bürste 41 gewährleistet.
Mithilfe dieses Effektes lässt
sich der Wellenstrom über
die Bürsteneinrichtung 40 reibungslos
ableiten, wobei die Kugellager 23 so geschützt werden,
dass ihre Nutzungsdauer verlängert
wird.
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In 6 ist
ein zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt, wobei der Dünngewindeaufbau 31 durch
Gewindeschneiden direkt auf der Umfangsfläche des Endes der Achse 22 ausgebildet
ist. Bezüglich
der Funktion ist dieses Ausführungsbeispiel
mit dem vorstehenden Ausführungsbeispiel
identisch.
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Obwohl
die Erfindung in Bezug auf ein Beispiel beschrieben wurde, welches
derzeit als praktikabelste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird,
versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
beschränkt
ist. Im Gegenteil sollen verschiedene Modifikationen und ähnliche
Anordnungen abgedeckt werden, die sich im Umfang der beigefügten Ansprüche befinden,
der mit der breitesten Interpretation übereinstimmt, um alle derartigen
Modifikationen und ähnliche
Anordnung zu umfassen.
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- 20
- Elektromotor
- 21
- Gehäuse
- 22
- Achse
- 23
- Wälzlager
- 30
- Gleitring
- 31
- Dünngewindeaufbau
- 40
- Bürsteneinrichtung
- 41
- Bürste
- 411
- Erdungskabel
- 42
- hohler
Positionierungskörper
- 43
- Feder
- 44
- Befestigungsplatte
- 45
- Schraube