DE602004011867T2

DE602004011867T2 - Erdungsbürste zur Verminderung des elektrischen Stroms in einer Motorwelle

Info

Publication number: DE602004011867T2
Application number: DE602004011867T
Authority: DE
Inventors: Hieyoung W. Bowdoin Oh; Charles A. Falmouth King
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 2003-10-06
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2009-03-19
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: EP1523086A1; EP1523086B1; JP4485897B2; JP2005124391A; DE602004011867D1; US20040233592A1; US7193836B2

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Vorzüge der am 6. Oktober 2003 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 60/508,949 und der ebenfalls am 6. Oktober 2003 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 60/508,950 und weiterhin ist die vorliegende Anmeldung eine Teilfortführungsanmeldung der am 14. November 2003 eingereichten, gleichzeitig anhängigen US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 10/714,295, die den Vorzug der am 17. März 2003 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung mit der laufenden Nummer 60/455,301 beansprucht.
ERFINDUNGSGEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Erdungseinrichtungen zum Kontrollieren von Wellenstrom, der in Wechselstrommotoren, die von Regelantrieben oder Gleichstrommotoren gesteuert werden, erzeugt wird, und insbesondere kontaktfreie Erdungseinrichtungen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Baugruppe zum Ableiten von statischer Aufladung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Eine Baugruppe zum Ableiten von statischer Aufladung dieser Art ist aus EP 1 114 939 A1 bekannt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
DE 100 13 222 A1 betrifft eine Einrichtung zum Entladen von Aufladungen von sich bewegenden Rolltreppen. US 4,515,417 betrifft eine Erdungseinrichtung zum Verhindern elektrolytischer Korrosion in den Lagern von elektrischen Drehmaschinen. Ein welleninduzierter elektrischer Strom tritt in Elektromotoren auf und tritt gemeinhin mit Drehstrommotoren auf, die von Regelantrieben angetrieben werden. Regelantriebe verwenden Impulsbreitenmodulationstechnologie, um die Drehzahl von Wechselstrommotoren zu variieren, wodurch die Verwendung von weniger teuren Wechselstrommotoren in Anwendungen möglich ist, wo bisher teurere Gleichstrommotoren verwendet wurden. Ein Nachteil bei dem Einsatz von Wechselstrommotoren mit Regelantrieben liegt darin, daß von dem Regelantrieb eine höhere Gleichtaktspannung (CMV – common mode voltage) erzeugt wird, was welleninduzierte Ströme erhöht.
Eine Spannung an der Motorwelle induziert einen Stromfluß durch die Wellenlager zu dem Motorrahmen und dann zu Masse. Wenn der Motor läuft, werden die Lager resistiver gegenüber Stromfluß, was einen Aufbau von Ladung auf den Wellenoberflächen verursacht. Über eine kurze Zeitperiode bewirkt die CMV das Aufbauen von elektrischen Ladungen bis zu einem hohen Niveau. Wenn die elektrischen Ladungen den Schwellwertpegel des Weges mit dem geringsten elektrischen Widerstand übersteigen, üblicherweise durch die Kugellager an der Welle, durchläuft ein sofortiger Burst oder eine sofortige Entladung elektrischer Energie das Lager. Diese Entladung verursacht ein elektroerosives Abtragen (EDM – electric discharge machining), was die Oberflächen der Lauflagerringe und der Kugeln in dem Lager beschädigen kann. Der Burst elektrischer Energie erzeugt Schmelzkrater, und Teilchen von der Kraterbildung bleiben innerhalb des abgedichteten Lagers. Sowohl der Schmelzkrater als auch das teilchenförmige Material in dem Lager wirken dahingehend, die freifließende Drehung des Lagers zu stören, was zu physischer Beschädigung und vorzeitigem Lagerausfall führen kann.
Eine Reihe von Milderungstechniken sind bei Versuchen verwendet worden, dieses Problem zu überwinden. Zu bekannten Versuchen zählen die Verwendung von leitendem Lagerfett, Isolieren der Lager und Verwendung von Kupfer-Phosphor-Bürsten und eine Faraday-Abschirmung. Eine übliche, etwas kosteneffektive Lösung, die verwendet wird, besteht darin, die Welle unter Verwendung von federbeaufschlagten Kupferbürsten zu erden, die einen kontinuierlichen Stromfluß zu Masse bereitstellen. Kupferbürsten verbrauchen sich jedoch recht schnell und erfordern regelmäßige, periodische Wartung und regelmäßigen, periodischen Austausch. Außerdem wird durch den Aufbau von Oxid an der Welle und andere Barrieren zwischen den Bürsten und der Welle der Stromfluß reduziert und ein Burst elektrischer Energie über die Bürste und Welle hinweg verursacht. Federbeaufschlagte Bürsten schwingen im allgemeinen auch aufgrund von abwechselnden reibenden Ruck-Gleit-Beziehungen zwischen der Bürste und der Wellenoberfläche. Eine Schwingung der Bürsten, von welcher Ursache auch immer, kann zu unerwünschter Funkenbildung führen.
Was in der Technik benötigt wird, ist ein Erdungssysstem, das über eine längere Zeitperiode effektiv verwendet werden kann, das minimale Wartung und minimalen Austausch erfordert.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine Erdungseinrichtung bereit, die leitende Fäden in einer die Welle umgebenden Halterung enthält. Die Bürste kann als ein kontaktfreier Ionisierer verwendet werden, um das Ausmaß elektrischer Ladungen an der isolierten Welle oder an einer isolierten Walze zu reduzieren.
Bei einem Aspekt davon stellt die vorliegende Erfindung einen Elektromotor mit einem elektrisch geerdeten Motorgehäuse, eine in dem Gehäuse angeordnete und sich während des Betriebs des Motors drehende Motorwelle und eine mit der Welle und dem Gehäuse assoziierte Baugruppe zum Ableiten von statischer Aufladung bereit. Die ableitende Baugruppe enthält einen ringförmigen Rahmen, der um die Welle herum befestigt und elektrisch mit dem Gehäuse verbunden ist. Der Rahmen definiert einen ringförmigen Kanal, der die Welle im wesentlichen umgibt. Mehrere stromleitende Fäden sind elektrisch mit dem ringförmigen Rahmen verbunden, wobei die Fäden ausreichend klein sind, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds von statischer Ladung auf der Welle eine Ionisierung zu induzieren. Die Fäden besitzen in dem Kanal angeordnete distale Endabschnitte.
Bei einem weiteren Aspekt davon stellt die vorliegende Erfindung eine Baugruppe zum Ableiten von statischer Aufladung zur Assoziation mit einer Welle eines Motors bereit. Die ableitende Baugruppe weist einen ringförmigen Rahmen auf, der erste und zweite Rahmenglieder enthält, die einen ringförmigen Kanal definieren. Stromleitende Fäden sind elektrisch mit dem ringförmigen Rahmen verbunden und ausreichend klein, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds eine Ionisierung zu induzieren. Die Fäden werden zwischen den ersten und zweiten Rahmengliedern festgehalten und besitzen in dem Kanal angeordnete distale Endabschnitte.
Bei einem weiteren Aspekt davon stellt die vorliegende Erfindung einen Elektromotor mit einem elektrisch geerdeten Motorgehäuse mit einer Frontplatte, einer Motorwelle, die in dem Gehäuse angeordnet ist und sich durch ein Loch in der Frontplatte erstreckt, und eine Baugruppe zum Ableiten von statischer Aufladung, um die Welle herum angeordnet und innerhalb des Lochs der Frontplatte befestigt, bereit. Die ableitende Baugruppe enthält einen ringförmigen Rahmen um die Welle herum und in dem Loch befestigt. Erste und zweite Rahmenglieder definieren einen ringförmigen Kanal, der die Welle im wesentlichen umgibt. Stromleitende Fäden werden zwischen den Rahmengliedern gehalten und sind ausreichend klein, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds von statischen Ladungen auf der Welle eine Ionisierung zu induzieren. Die Fäden weisen in dem Kanal angeordnete distale Endabschnitte auf.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer effektiven leitenden Bürstenbaugruppe zum Reduzieren von Wellenstrom an Elektromotoren.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Erdungseinrichtung für Elektromotoren, die effektiv für eine längere Zeitperiode ohne Wartung, Pflege oder Reparatur funktioniert.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines leitenden Bürstensystems mit verbesserter Leitfähigkeit dorthindurch für eine verbesserte Erdungsleistung der Einrichtung.
Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Erdungseinrichtung für Elektromotoren, die sich leicht an Motoren unterschiedlicher Größen anpassen läßt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich dem Fachmann bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung, Ansprüche und Zeichnungen, in denen zum Bezeichnen gleicher Merkmale gleiche Zahlen verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Querschnittsansicht einer Motorwelle und einer Erdungsbürstenbaugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht ähnlich der von 1, die aber eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
3 ist eine Querschnittsansicht ähnlich 2, die aber eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
4 ist eine Querschnittsansicht, die eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 ist eine Querschnittsansicht, die eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt; und
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine achte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Bevor die Ausführungsformen der Erfindung ausführlich erläutert werden, ist zu verstehen, daß die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf die Details der Konstruktion und der Anordnungen der Komponenten beschränkt ist, die in der folgenden Beschreibung dargelegt oder in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Die Erfindung ist zu anderen Ausführungsformen in der Lage und kann auf unterschiedliche Weisen praktiziert oder ausgeführt werden. Außerdem versteht sich, daß die hierin verwendete Phrasiologie und Terminologie zur Beschreibung bestimmt sind und nicht als beschränkend angesehen werden sollten. Wenn hier „enthaltend", „umfassend" und Variationen davon verwendet werden, soll dies die danach aufgeführten Elemente und Äquivalente davon sowie zusätzliche Elemente und Äquivalente davon umfassen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nunmehr spezifischer bezugnehmend auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 bezeichnet die Zahl 10 einen Elektromotor in fragmentarischer Ansicht mit einer eine Wellenladung ableitenden Baugruppe 12 gemäß der vorliegenden Erfindung, die operativ mit einer Motorwelle 14 eines Motors 10 verbunden ist. Die ladungsableitende Baugruppe 12 läßt sich ohne weiteres für den Einsatz an Motoren 10 unterschiedlicher Größen mit Motorwellen 14 unterschiedlicher Durchmesser anpassen.
Die ladungsableitende Baugruppe 12 ist von ringförmiger Gestalt und umgibt die Welle 14. Die ladungsableitende Baugruppe 12 ist operativ zwischen der Welle 14 und einem Teil eines Gehäuses des Motors, wie etwa einer Motorfrontplatte 16, angeordnet. Die Baugruppe 12 arbeitet kontinuierlich, statische Ladungen abzuleiten, die sich während des Betriebs des Motors 10 an der Motorwelle 14 aufbauen.
Die ladungsableitende Baugruppe 12 enthält eine Bürstenbaugruppe 18 mit mehreren individuellen Faserfäden 20, die individuell oder in Bündeln um den Umfang der Welle 12 herum angeordnet sein können. Jeder Faden 20 ist eine feine haarartige Struktur und besteht aus Kohlenstoffasern, rostfreiem Stahl, leitendem Kunststoff wie etwa Acryl- oder Nylonfasern oder irgendeinem anderen leitenden faserartigen Faden, der mit Durchmessern versehen werden kann, die ausreichend klein sind, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds eine Ionisierung zu induzieren. Bevorzugt weisen die Fäden 20 Durchmesser innerhalb eines Bereichs von etwa 5 Mikrometern bis etwa 100 Mikrometern auf.
Fäden 20 oder Bündel davon sind in einer u-Gestalt um eine ringförmige Formungsplatte 22 herum derart ausgebildet, daß sich gegenüberliegende distale Endabschnitte von Fäden 20 an dem Innendurchmesser der Formungsplatte 22 vorbei erstrecken. Alternativ sind individuelle Fäden 20 oder Bündel von Fäden 20 auf einer oder beiden Seiten der Platte 22 so vorgesehen, daß nur ein distaler Endabschnitt davon sich an dem Innendurchmesser der Formungsplatte 22 vorbei erstreckt. Die Formungsplatte 22 besteht aus Metall, leitendem Kunststoff oder einem anderen leitenden Material. Fäden 20 oder Bündel davon sind durch eine Schicht aus leitendem Kleber, Klebeband oder anderen geeigneten Mitteln (nicht gezeigt) an der Platte 22 befestigt. Band mit Kleber auf beiden Seiten wird zwischen der Formungsplatte 22 und Fäden 20 oder Bündeln davon verwendet. Alternativ werden Fäden 20 direkt an der Oberfläche der Formungsplatte 22 plaziert, wobei Band an den äußeren Oberflächen angebracht ist.
Die Baugruppe aus Fäden 20 und Formungsplatte 22 wird in einem ringförmigen Kanal 24 gehalten, der in einem ringförmigen Rahmen 26 ausgebildet ist, der erste und zweite ringförmige Rahmenglieder 28 und 30 enthält, die aneinander befestigt sind und sich allgemein entlang gegenüberliegenden Seiten der Bürstenbaugruppe 18 erstrecken. Die gegenüberliegenden Flächen der ersten und zweiten Rahmenglieder 28 und 30 sind so geformt, daß sie eine Formungsplatte 22 mit Fäden daran 20 aufnehmen, während ein Kanal 24 geformt wird, in dem distale Endabschnitte von Fäden 20 positioniert sind. Das Rahmenglied 30 besteht aus Metall, leitendem Kunststoff oder einem anderen stromleitenden Material und ist elektrisch mit der Bürstenbaugruppe 18 verbunden. Das Rahmenglied 28, das als ein Halteglied zum Halten der Bürstenbaugruppe 18 im Rahmenglied 30 dient, kann aus einem Material ähnlich dem Rahmenglied 30 hergestellt sein, kann aber auch aus isolierendem Material wie etwa Kautschuk oder Thermokunststoff hergestellt sein.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform passen die verschiedenen Komponenten der Baugruppe 12 durch Preßineingriffnahme zusammen. Die Bürstenbaugruppe 18 ist im zweiten Rahmenglied 30 positioniert, und das erste Rahmenglied 28 paßt eng in einen Außenflansch 32 des zweiten Rahmenglieds 30 und gegen die Bürstenbaugruppe 18. Die vormontierte ableitende Baugruppe 12 wird dann befestigt, indem der Flansch 32 in eine Öffnung in der Frontplatte 16 um die Welle 14 herum gepreßt wird, wobei eine Schulter 34 des Rahmens 26 an einer äußeren Oberfläche der Frontplatte 16 in Eingriff kommt. Es können auch andere Mittel verwendet werden, um die Baugruppe 12 am Motor 10 zu befestigen, wie etwa beispielsweise nicht gezeigte Schrauben, die sich durch den Rahmen 26 erstrecken und in der Frontplatte 16 verankert sind. Die ableitende Baugruppe ist dadurch elektrisch mit dem Motorgehäuse durch die Frontplatte 16 verbunden und ist dadurch geerdet.
Fäden 20 können als Erdungsbürste in direktem Kontakt mit der Welle 14 stehen für eine direkte Übertragung elektrischer Ladung von der Welle 14 zur ableitenden Baugruppe 12. Die Fäden 20 können auch minimal von der Welle 14 beabstandet sein, so daß, wenn ein elektrisches Feld durch sich auf der Welle 14 aufbauende Ladungen erzeugt wird, ein ionisiertes Feld erzeugt wird, was eine indirekte Übertragung von Ladungen von der Welle 14 zu den Fäden 20 gestattet. Bei einer anderen geeigneten Anordnung stehen die feinen leichten Fäden 20 in Kontakt mit der Welle 14, wenn der Motor 10 stillsteht oder sich langsam dreht. Wenn die Drehzahl der Welle 14 während des Startens und bei Verwendung zunimmt, bewegen Luftströme die Fäden 20 von der Welle 14 weg. Das Eliminieren oder Reduzieren der Zeitperiode des Reibungskontakts zwischen den Fäden 20 und der Welle 14 reduziert den Abrieb und verlängert die Lebensdauer der Fäden 20. Der Rahmen 26 ist elektrisch mit Masse verbunden, und sich auf der Welle 14 aufbauende Ladungen werden durch die ableitende Einrichtung 12 zu Masse abgeleitet, bevor es zur Funkenbildung kommen kann.
Der Fachmann versteht ohne weiteres, daß bezüglich des Rahmens und der Rahmenglieder zum Halten der Bürstenbaugruppe 18 um die Welle 14 herum und an der Motorfrontplatte 16 befestigt eine Vielfalt unterschiedlicher Konfigurationen geeignet ist.
Die Wellenladung ableitende Baugruppen der vorliegenden Erfindung können mit anderen Funktionselementen des Motors 10 integriert werden. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der eine lagerisolierende Abdichtung 40 von einem Rahmen 42 an der Welle 14 gehalten wird. Der Rahmen 42 kann ein erstes Rahmenglied 44 ähnlich dem Rahmenglied 28 und ein modifiziertes zweites Rahmenglied 46 mit einem verlängerten Abschnitt 48, der eine Tasche zum Halten der Dichtung 40 bildet, enthalten. Die Bürstenbaugruppe 18 und die Dichtung 40 sind im Rahmen 42 positioniert, und die ganze Baugruppe wird dann in die Frontplatte 16 eingedrückt. Anstelle einer Schulter ist ein Außenflansch 50 des Rahmenglieds 46 mit einer oder mehreren Vertiefungen 52 oder anderen Oberflächenvorsprüngen versehen, um die äußere Oberfläche der Frontplatte 15 in Eingriff zu nehmen.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein Rahmen 54 ein Rahmenglied 56 aufweist, einschließlich eines verlängerten Abschnitts 58 ohne eine Lagerdichtung darin. Der verlängerte Abschnitt 58 stellt ausreichend Raum um Fäden 20 herum für eine effektive Ionisierung bereit, doch kann das Glied 58 leicht durch Metallstanzprozesse ausgebildet werden.
4 zeigt eine vorteilhafte Konstruktion der vorliegenden Erfindung zur leichten Herstellung. Ein metallischer oder leitender Kunststoffaußenring 60 ist von einer Größe zum Befestigen durch Preßpassung innerhalb der Motorfrontplatte 16 bereitgestellt. Symmetrische thermoplastische Kautschukhalteringe 62 und 64 sind in zwei Stücken bereitgestellt, um durch Preßpassung innerhalb des Rings 60 gehalten zu werden. Die Bürstenbaugruppe 18 wird zwischen symmetrischen Halteringen 62 und 64 innerhalb des Außenrings 60 gehalten.
Um die Leistung der ableitenden Baugruppen gemäß der vorliegenden Erfindung zu verbessern, ist feines leitendes Pulver 70 in einem ringförmigen Kanal 24 um die distalen Abschnitte der Fäden 20 herum vorgesehen. Pulver wie etwa Kohlenstoffpulver oder andere metallische Pulver werden verwendet. Teilchen 70 können trocken verwendet werden. Wenn jedoch Teilchen 70 mit Silikonölen unterschiedlicher Arten, synthetischem Kohlenwasserstofföl, Esteröl, Fluoröl, Etheröl, Polyglykolöl, Mineralöl oder dergleichen gemischt werden, wird die daraus resultierende pastenartige Substanz leichter um die distalen Spitzen der Fäden 20 herum gehalten.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform ähnlich 4, aber mit Teilchen 70 um die Fäden 20 zwischen den symmetrischen Gliedern 62 und 64 herum. Es hat sich herausgestellt, daß Fäden 20 mit einer Größe von etwa 100 Mikrometern mit leitenden Teilchen 70 mit Durchmessern von unter etwa 50 Mikrometern effektiv funktionieren. Die Ringe 62 und 64 weisen einen Innendurchmesser auf, so daß sie minimal von der Welle 14 beabstandet sind. Somit liegen die Ringe 62 und 64 nicht an der Welle 14 an, und es kommt zu keiner Reibung. Der Abstand zwischen der Welle 14 und den Ringen 62 und 64 ist jedoch ausreichend klein, daß Fett von Lagern und dergleichen auf der Innenseite der Welle 14 und Schmutz oder andere Verunreinigungen von dem äußeren Ende der Welle 14 nicht leicht über die Ringe 62 und 64 hinaus wandern. Die Fäden 20 sind somit vor Verunreinigung geschützt.
Bei Verwendung von leitendem. Pulver 70 kann es über zwei verschiedene Mechanismen zu einem Stromfluß von der Motorwelle 14 zu den Fäden 20 kommen. Der erste Mechanismus ist die Luftionisierung um die Fadenspitzen herum. Der andere Mechanismus verläuft durch physischen Kontakt von Pulver 70 an der Welle 14, wobei die verschiedenen Teilchen des Pulvers 70 einander kontaktieren und auch Teilchen 70 die Fäden 20 kontaktieren. Wenn sich die Motorwelle dreht, werden die Fäden 20 durch Luftströmung von der Wellenoberfläche abgehoben. Selbst wenn es jedoch im Lauf der Zeit zu Abrieb an den Fäden kommt, so daß selbst dann kein Kontakt eintritt, wenn die Welle 14 stillsteht, arbeitet die vorliegende Einrichtung weiterhin nicht nur über Ionisierung, sondern auch durch Stromfluß durch das leitende Pulver 70.
Motorwellen sind nicht perfekt rund. Wenn sich die Welle dreht, kann ein Abstand von den distalen Spitzen der Fäden 20 zur Wellenoberfläche variieren und möglicherweise zu hoch sein, um die Fäden 20 umgebende Luft effektiv zu ionisieren. Wenn feine leitende Pulver 70 in den Spalten zwischen der Oberfläche der Welle 14 und den distalen Spitzen der Fäden 20 vorgesehen sind, kompensiert das leitende Pulver die Spaltabstandsvariationen, indem es den Spalt füllt. Deshalb erzeugt das leitende Pulver eine Situation, in der die Fadenspitzen eine ausreichend enge Nähe zu geladenen Oberflächen aufrechterhalten, um eine kontinuierliche Luftionisierung bereitzustellen. Weiterhin tritt eine Teilchenbewegung aufgrund der elektrischen Anziehung zu den Erdungspunkten an den Fadenspitzen auf. Diese Teilchenbewegung vergrößert auch den Elektronentransport von der sich drehenden Welle zu den Fadenspitzen.
6 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ähnlich der in 5 gezeigten ist. Zusätzlich zu der ähnlichen Struktur von 5 enthält die Ausführungsform von 6 einen dünnen Innenring 72 zwischen Fäden 20 und Welle 14. Der Innenring 72 ist vorgesehen, um leitendes Pulver 70 effektiver in den Kanal 24 einzuschließen. Um effektiver zu verhindern, daß Verunreinigungen den Kanal um die Fäden 20 herum erreichen, sind ringförmige Vertiefungen 74 und 76 an den Innenflächen von Halteringen 62 bzw. 64 vorgesehen. Ein oder mehr Ablauflöcher 78 sind in jedem Ring 62, 64 vorgesehen, wobei ein derartiges Ablaufloch 78 im Ring 64 gezeigt ist. Verunreinigungen zwischen der Welle 14 und den Halteringen 62 und 64 werden in den Kanälen 74 und 76 abgefangen und durch Zentrifugalkraft durch Ablauflöcher 78 beseitigt.
7 veranschaulicht noch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die parallel zu der Motorwellenachse angeordnet ist. Anstatt daß die Fäden 80 dieser Ausführungsform mit ihren distalen Spitzen der Welle 14 gegenüber angeordnet sind, verlaufen sie allgemein parallel zu der Achse der Welle 14 und sind individuell oder in Bündeln um den Stator 82 herum positioniert. Die Fäden 80 werden durch einen Haltering 84 an dem Stator 82 gehalten. Ein Rotor 86 dreht sich mit der Welle 14. Der Stator 82 und der Rotor 86 stehen in einer gegenüberliegenden Beziehung, und die Fäden 80 erstrecken sich über den Stator 82 hinaus und in einen Kanal 88, der in der Fläche des Rotors 86 definiert ist, die dem Stator 82 gegenüberliegt. Leitendes Pulver 90 ist im Kanal 88 um distale Spitzen von Fäden 80 herum vorgesehen. Der Rotor 86 und der Stator 82 sind zu einer Schale 92 montiert, die in das geerdete Motorgehäuse 94 eingepreßt ist. Eine Lippe 96 der Schale 92 überlappt den Rotor 86.
Eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt. Eine Ladung ableitende Baugruppe 100 ist zwischen dem Rotor 102, der sich mit der Welle 14 dreht, und dem Statorring 104 radial außerhalb davon positioniert. Mehrere Fadenbündel 106, die viele individuelle Fäden 108 enthalten, werden in einem Baugruppenrahmen zwischen einer positiven Rahmenplatte 110 und einer negativen Rahmenplatte 112 gehalten. Eine vordere und hintere Abdichtungsplatte 114 bzw. 116 sind vorgesehen. Ein Slinger 18 und ein O-Ring 120 sind außerhalb der vorderen Abdichtungsplatte 114 vorgesehen. Leitendes Pulver 122 ist in einem Kanal 124 eingeschlossen, der durch die positive Platte 110 und die negative Platte 112 definiert wird. Leitendes Band oder ein dünner leitender Ring können zwischen dem Statorring 104 und der positiven Platte 110 verwendet werden, um die Leitfähigkeit durch die Baugruppe 110 zu verbessern. Wie in 8 dargestellt, sind alle Komponenten dieser Ausführungsform für eine Ineingriffnahme durch Preßsitz oder durch Einschnappen konfiguriert, und die Leichtigkeit der Montage wird dadurch verbessert.
Ableitende Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können als Schleifring verwendet werden, um ein elektrisches Leistungssignal zu übermitteln. Einrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung können auch als Lagerisolatoren verwendet werden, um Lager von Motoren oder anderem sich drehenden Gerät zu schützen. Ableitende Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung arbeiten als kontaktierende Erdungsbürsten und auch als nicht-kontaktierende Ionisierungseinrichtungen. Selbst wenn es zu Abrieb kommt, arbeiten ableitende Baugruppen gemäß der vorliegenden Erfindung somit weiterhin effektiv.
Es versteht sich, daß sich der hierin offenbarte Gegenstand auf alle alternativen Kombinationen aus zwei oder mehr der individuellen Merkmale erstreckt, die erwähnt sind oder aus dem Text und/oder den Zeichnungen hervorgehen. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen erläutern die besten, zum Ausüben der Erfindung bekannten Weisen und ermöglichen anderen Fachleuten, die Erfindung zu nutzen.
Verschiedene Merkmale der Erfindung sind in den folgenden Ansprüchen dargelegt.

Claims

Baugruppe (12; 100) zum Ableiten von statischer Aufladung zur Assoziation mit einer Welle eines Elektromotors (10), wobei die ableitende Baugruppe (12; 100) folgendes umfaßt: einen ringförmigen Rahmen (26; 42; 54); dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Rahmen einen ringförmigen Kanal (24; 88; 124) definiert; mehrere elektrisch leitende Fäden (20; 80; 108) elektrisch mit dem ringförmigen Rahmen (26; 42; 54) verbunden sind, wobei die Fäden (20; 80; 108) ausreichend klein sind, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds eine Ionisierung zu induzieren, wobei die Fäden (20; 80; 108) in dem Kanal (24; 88, 124) angeordnete distale Endabschnitte aufweisen
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach Anspruch 1, wobei der Rahmen (26; 42; 54) erste und zweite Rahmenglieder (28, 30; 44, 46; 44, 56; 62, 64; 82, 84; 110, 112) enthält, die den ringförmigen Kanal (24; 88; 124) definieren; und die Fäden (20; 80; 108) zwischen dem ersten und zweiten Rahmenglied (28, 30; 44, 46; 44, 56; 62, 64; 82, 84; 110, 112) festgehalten werden und in dem Kanal (24; 88; 124) angeordnete distale Endabschnitte aufweisen.
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach Anspruch 1 oder 2, die eine ringförmige Platte (22) enthält und wobei die Fäden (20; 80; 108) teilweise um die Platte (22) gewickelt sind, wobei sich entgegengesetzte Endabschnitte der Fäden in den ringförmigen Kanal (24; 88; 124) erstrecken.
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, die ein in dem ringförmigen Kanal (24; 88; 124) angeordnetes stromleitendes Pulver (70; 122) enthält.
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach Anspruch 4, wobei das stromleitende Pulver (70; 122) mit einem 61 gemischt ist und eine Paste bildet.
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Rahmen (26; 42; 54) weiterhin einen den ringförmigen Kanal (24; 88; 124) bedeckenden Innenring (72) enthält.
Ableitende Baugruppe (12; 100) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rahmen (26; 42; 54) einen Außenring (60) und einen in dem Außenring (60) auf gegenüberliegenden Seiten der Fäden (20; 80; 108) angeordneten ersten und zweiten Haltering (62, 64) enthält.
Elektromotor (10), der folgendes umfaßt: ein elektrisch geerdetes Motorgehäuse (94); eine Motorwelle (14), die in dem Gehäuse (94) angeordnet ist und sich während des Betriebs des Motors (10) dreht; und eine Baugruppe (12; 100) zum Ableiten von statischer Aufladung nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe (12; 100) zum Ableiten von statischer Aufladung mit der Welle und dem Gehäuse (94) assoziiert ist und folgendes enthält: den ringförmigen Rahmen (26; 42; 54), der um die Welle herum befestigt ist, und elektrisch mit dem Gehäuse (94) verbunden ist, wobei der Rahmen (26; 42; 54) den die Welle im wesentlichen umgebenden ringförmigen Kanal (24; 88; 124) definiert; und die mehreren elektrisch leitenden Fäden (20; 80; 108) elektrisch mit dem ringförmigen Rahmen (26; 42; 54) verbunden sind, wobei die Fäden (20; 80; 108) ausreichend klein sind, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds von statischen Ladungen auf der Welle eine Ionisierung zu induzieren, wobei die Fäden (20; 80; 108) in dem Kanal (24; 88, 124) angeordnete distale Endabschnitte aufweisen.
Motor (10) nach Anspruch 8, wobei die ableitende Baugruppe (12; 100) eine ringförmige Platte (22) enthält und die Fäden (20; 80; 108) teilweise um die Platte (22) herumgewickelt sind, wobei sich entgegengesetzte distale Endabschnitte der Fäden (20: 80: 108) in den ringförmigen Kanal (24; 88; 124) erstrecken.
Motor (10) nach Anspruch 8 oder 9, der in dem ringförmigen Kanal (24; 88; 124) angeordnetes stromleitendes Pulver (70; 122) enthält.
Motor (10) nach Anspruch 10, wobei das stromleitende Pulver (70; 122) mit einem Öl gemischt ist und eine Paste bildet.
Motor (10) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Fäden (20; 80; 108) von ausreichender Länge sind, daß Enden der Fäden (20; 80; 108) die Welle (14) zumindest dann kontaktieren, wenn die Welle (14) stillsteht.
Motor (10) nach mindestens einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Rahmen (26; 42; 54) einen Außenring (60) und einen in dem Außenring (60) auf gegenüberliegenden Seiten der Platte (22) angeordneten ersten und zweiten Haltering (62, 64) enthält.
Motor (10) nach Anspruch 13, wobei der erste und zweite Haltering jeweils eine ringförmige Vertiefung (74, 76) der Welle (14) zugewandt und Ablauflöcher (78) zum Evakuieren von Verunreinigungen aus der Vertiefung (74; 76) aufweisen.
Motor (10) nach mindestens einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei der Rahmen (26; 42; 54) weiterhin einen den ringförmigen Kanal (24; 88; 124) bedeckenden Innenring (72) enthält.
Motor (10) nach Anspruch 8, mit einem Rotor, der sich mit der Welle dreht, und wobei die Fäden (80) im wesentlichen parallel zu der Welle (14) angeordnet sind, wobei distale Enden der Fäden (20; 80; 108) dem Rotor gegenüberliegen.
Motor (10) nach Anspruch 8 bis 12, wobei der ringförmige Rahmen (26; 42; 54) ein erstes und zweites Rahmenglied (28, 30; 44, 46; 44, 56; 62, 64; 82, 84; 110, 112) enthält, wobei das eine Rahmenglied innerhalb des anderen Rahmenglieds befestigt ist.
Motor (10) nach Anspruch 8 bis 17, wobei die Fäden (20; 80; 108) in Bündeln angeordnet sind.
Elektromotor (10), der folgendes umfaßt: ein elektrisch geerdetes Motorgehäuse (94) mit einer Frontplatte (16); eine Motorwelle (14), die in dem Gehäuse (94) angeordnet ist und sich durch ein Loch in der Frontplatte (16) erstreckt; und eine Baugruppe (12; 100) zum Ableiten von statischer Aufladung nach Anspruch 1, wobei die Baugruppe (12; 100) zum Ableiten von statischer Aufladung um die Welle (14) herum angeordnet und innerhalb des Lochs der Frontplatte (16) befestigt ist, wobei die ableitende Baugruppe (12; 100) folgendes enthält: den ringförmigen Rahmen (26; 42; 54) um die Welle herum und in dem Loch befestigt, wobei der Rahmen (26; 42; 54) ein erstes und zweites Rahmenglied (28, 30; 44, 46; 44, 56; 62, 64; 82, 84; 110, 112) enthält, die den die Welle im wesentlichen umgebenden ringförmigen Kanal (24; 88; 124) definieren; und die mehreren stromleitenden Fäden (20; 80; 108), die zwischen den Rahmengliedern (28, 30; 44, 46; 44, 56; 62, 64; 82, 84; 110, 112) gehalten werden, wobei die Fäden (20; 80; 108) ausreichend klein sind, um in Anwesenheit eines elektrischen Felds von statischen Ladungen auf der Welle eine Ionisierung zu induzieren, wobei die Fäden (20; 80; 108) in dem Kanal (24; 88, 124) angeordnete distale Endabschnitte aufweisen.
Elektromotor (10) nach Anspruch 19, der in dem Kanal (24; 88; 124) angeordnetes leitendes Pulver (70; 122) enthält.