WO2013143807A1

WO2013143807A1 - Wälzlager mit einer elektrisch isolierenden lackbeschichtung

Info

Publication number: WO2013143807A1
Application number: PCT/EP2013/054309
Authority: WO
Inventors: Gudrun Martin; Jürgen WINDRICH; Frank Beeck; Birger Wollboldt
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2012-03-26
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-10-03
Also published as: DE102012204799A1

Abstract

Wälzlager, umfassend einen Wälzkörperkranz bestehend aus einem Käfig und darin geführten Wälzkörpern, sowie wenigstens ein Bauteil mit einem Laufabschnitt, auf dem die Wälzkörper wälzen, wobei wenigstens eine Seite des Bauteils (5, 6, 19) zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch isolierenden Lack (14, 25) belegt ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

WÄLZLAGER MIT EINER ELEKTRISCH ISOLIERENDEN LACKBESCHICHTUNG Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft ein Wälzlager, umfassend einen Wälzkörperkranz bestehend aus einem Käfig und darin geführten Wälzkörpern, sowie wenigstens ein Bauteil mit einem Laufabschnitt, auf dem die Wälzkörper wälzen.

Hintergrund der Erfindung

Wälzkörper kommen bekanntlich in unterschiedlichsten Anwendungen überall dort zum Einsatz, wo ein Bauteil relativ zu einem anderen Bauteil drehgelagert werden soll. Diese Lager sind in Form von Axiallagern und Radiallagern bekannt, die unterschiedliche Lageraufgaben erfüllen. Mitunter werden Wälzlager auch in elektrischen Maschinen oder elektrischen Aggregaten verbaut, die der Stromerzeugung dienen oder die selbst strombetrieben sind. Zu nennen sind lediglich exemplarisch Generatoren, Elektromotoren und ähnliche Aggregate, wobei diese Aufzählung nicht abschließend ist. Auch ein Einsatz in anderen Aggregaten ist hinlänglich bekannt, z.B. in einem Drehmomentwandler, der typischerweise in einem Automatikgetriebe eines Kraftfahrzeugs eingesetzt wird. Im Störfall kann es bei derartigen Anwendungen dazu kommen, dass Strom über das Wälzlager fließt, beispielsweise im Falle eines Drehmomentwandlers von einem gekoppelten Pumpenrad über ein verbautes Axiallager in den Drehmomentwandler. Dies ist aus mehrerlei Hinsicht nachteilig. Denn zum einen kann dies zu Schäden in den einzelnen Komponenten des Aggregats führen, bis hin zu Materialabschmelzungen, zum anderen kann es zu Schäden im Lager selbst führen, indem beispielsweise das Schmiermittel beeinträchtigt wird, oder es auch dort zu Materialschäden kommt. Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Wälzlager anzugeben, das auch in solchen Störfällen keiner Beschädigungsgefahr unterliegt.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Wälzlager der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass wenigstens eine Seite des Bauteils zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch isolierenden Lack belegt ist.

Erfindungsgemäß wird am Wälzlager selbst eine Maßnahme zum Stromisolation vorgesehen, indem ein Bauteil des Wälzlagers an einer Seite zumindest abschnittsweise, vorzugsweise vollflächig, mit einem elektrisch isolierenden Lack belegt wird. Über diesen Lack ist es möglich, einen Stromdurchgang über das Lager zu verhindern, so dass Lagerschäden, die aus einem solchen Stromdurchgang im Störfall resultieren würden, vorteilhaft vermieden werden können. In der Verbausituation ist also das Wälzlager über diese Isolationslackschicht isoliert, es wird quasi eine Isolationsebene realisiert, die einen Stromdurchgang verhindert und das Wälzlager schützt.

Wie beschrieben sind unterschiedliche Wälzlagertypen bekannt. Handelt es sich um ein Axiallager, so weist dieses üblicherweise zwei den Wälzkörperkranz zwischen sich aufnehmende Bauteile, die jeweils einen scheibenförmigen Laufabschnitt aufweisen, auf. Wenigstens eines dieser Bauteile ist dabei wenigstens einseitig mit dem Isolationslack beschichtet. Dabei kann das mit Lack beschichtete Bauteil eine Lagerscheibe, eine Lagerhülse oder eine Lagerbuchse sein, die zumindest an der dem Laufabschnitt gegenüberliegenden Seite mit Lack beschichtet ist. Der Isolationslack ist also an der Bauteilseite aufgebracht, die dem Laufabschnitt gegenüberliegt, die also nicht von den Wälzkörpern beansprucht wird. Da die Beschichtung nur an einer Seite bereits ausreichend ist, um eine hinreichende Isolation zu erzielen, ist es nicht erforderlich, auch die Laufseite zu beschichten. Dies ist zwar grundsätzlich denkbar, wenn die Lackschicht hinreichend stabil ist, eine Notwendigkeit hierfür ist jedoch nicht gegeben. Dies insbesondere auch deshalb nicht, als selbstverständlich auch das zweite Bauteil, beispielsweise ebenfalls in Form einer Lagerscheibe, an der dem Laufabschnitt gegenüberliegenden Außenseite mit dem Isolationslack beschichtet werden kann, so dass sich zwei Isolationsebe- nen ausbilden.

Ist ein das Axiallager aufnehmendes Gehäuse vorgesehen, so kann zusätzlich auch das Gehäuse an wenigstens einer Seite zumindest abschnittsweise mit dem Isolationslack beschichtet sein, so dass sich dort eine weitere Isolations- ebene ergibt.

Handelt es sich bei dem Wälzlager um ein Radiallager, so weist dieses ein oder zwei Bauteile in Form eines Außenrings und/oder eines Innenrings auf, wobei der jeweilige Ring einen Laufabschnitt aufweist. Der oder die Ringe kön- nen gegebenenfalls auch hülsenförmig ausgeführt sein, je nachdem, welcher konkreten Art das Radiallager ist. Auch bei diesem Wälzlagertyp ist bevorzugt der Lack an der Seite aufgebracht, die nicht wälzbelastet ist, also nicht am Laufabschnitt. Das heißt, dass im Falle eines Außenrings dieser an seiner Außenseite beschichtet ist, während ein Innenring an seiner Innenseite mit dem Isolationslack belegt ist. Auch bei Radiallagern ist es folglich ausreichend, nur eine Isolationsebene zu generieren, wenngleich natürlich bei einem Radiallager mit Außen- und Innenring selbstverständlich sowohl die Außenseite als auch die Innenseite mit Isolationslack beschichtet sein kann, so dass sich mithin wiederum zwei Isolationsebenen ergeben. Grundsätzlich ist jedoch auch hier die Beschichtung des Laufabschnitts, der wälzbeansprucht wird, denkbar, wenn der Lack hinreichend stabil ist. Wie auch beim Axiallager ist dies jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Der Lack selbst kann durch Tauchen, Sprühen oder Spritzen aufgebracht sein, je nachdem, welcher Art der verwendete Lack respektive das verwendete Lacksystem ist. Als Lack wird besonders bevorzugt ein Autodepositionslack verwendet. Ein solcher Autodepositionslack, mitunter auch ACC-System genannt (ACC = Au- tophoretic Coating Chemical), bildet autokatalytisch auf der blanken Metalloberfläche, im vorliegenden Fall also des zu beschichtenden Bauteils, einen gleichmäßigen, geschlossenen Lackfilm, der die Isolationsschicht bildet. Es handelt sich um einen Selbstabscheidungsprozess, wobei das eisenhaltige Metall als Katalysator wirkt. Auf dem Metall scheidet sich das sich bildende Lackpolymer als dichte, porenfreie Schicht ab. Neben einer sehr guten Isolationseigenschaft zeigt eine solche selbstabscheidende Polymerbeschichtung darüber hinaus einen sehr guten Korrosionsschutz, wie auch eine gute thermische Stabilität im Dauerlastfall.

Bevorzugt wird der Lack durch Tauchen aufgetragen, das heißt, dass ein Lackbad verwendet wird, in das die zu beschichtenden Bauteile zumindest mit der zu beschichtenden Fläche eingetaucht werden, wobei die sich bildende Schichtdicke abhängig von der Basistemperatur und der Einwirkzeit ist.

Die Dicke des Lackes sollte < Ι ΟΟμηη, insbesondere < 50μηη, sein, vorzugsweise sollte sie im Bereich zwischen 15 - 40 μιτι liegen.

Der verwendete Lack bildet bevorzugt eine Epoxid-/Acryl-Urethan-Schicht aus, die sich als besonders isolationsfest erwiesen hat.

Ein besonders geeigneter Lack ist das unter dem Handelsnahmen„Autophore- tic 915 Make Up" oder„Aquence 915" von der Firma Henkel KGaA vertriebene Lacksystem. Grundsätzlich sind aber auch die anderen unter der Produktlinie „Autophoretic" bzw.„Aquence" vertriebenen Autodepositionslacke der Henkel KGaA geeignet. Kurze Beschreibung der Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen ström isolierten Axiallagers in einer Verbausituation, und Figur 2 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen ström isolierten

Radiallagers in einer Verbausituation.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Figur 1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Axiallager 1 in Form eines Axialnadellagers, das in einem Drehmomentwandler verbaut ist. Es umfasst einen Wälzkörperkranz 2 aus einem Käfig 3 und einer Vielzahl im Käfig 3 geführter Wälzkörper 4 in Form von Nadeln. Der Wälzkörperkranz 2 ist beidseits von Lagerscheiben 5, 6 umgriffen, die Teil des Axiallagers 1 sind, und über die das Axiallager 1 an den beiden relativ zueinander drehzulagernden Bauteilen des Drehmomentwandlers gelagert ist. Über die Lagerscheibe 5 ist das Axiallager 1 an einem Wellensegment 7, das über einen Presssitz oder einteilig an einer Welle 8 angeordnet ist, gelagert. An der anderen Seite wird das Axiallager 1 über die Lagerscheibe 6 an einem Gehäuse- segment 9, das relativ zur Welle 8 feststehend ist, gelagert. Fig. 1 zeigt also eine erfindungswesentliche Lagerung in einem Drehmomentwandler unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Axiallagers 1 .

Über das Axiallager 1 ist infolge seiner konkreten Ausbildung ein Stromdurch- gang von der Welle 8 zum Gehäuse 9 bzw. umgekehrt verhindert. Dies geschieht dadurch, dass die Außenseite 10 der Lagerscheibe 5 sowie die Außenseite 1 1 der Lagerscheibe 6 jeweils im gezeigten Beispiel vollflächig mit einer (hier aus Gründen der Erkennbarkeit übertrieben dick gezeigten) Schicht 12 bzw. 13 aus einem elektrisch isolierenden Lack 14 belegt ist. Bei diesem Lack handelt es sich um einen sogenannten Autodepositionslack, also einen autoka- talytisch bzw. selbstabscheidenden Lack auf Polymerbasis. Die sich ausbildenden Schichten 12, 13 sind Mischpolymerschichten auf Epoxid-/Acryl- Urethan-Basis, die sehr gute elektrische Isolationseigenschaften zeigen. Der Lack 14 ist in einem Tauchverfahren oder in einem Sprühverfahren in einem Tauchverfahren oder in einem Sprühverfahren aufgebracht, wobei sich während der Behandlung der Lack unmittelbar auf der blanken, katalysatorisch wirkenden, Eisen enthaltenden Metalloberfläche abscheidet. Die Schichtdicke der beiden Schichten 12, 13, die abhängig von der Behandlungsdauer und der Behandlungstemperatur ist, sollte in jedem Fall < Ι ΟΌμιτι sein, sie liegt in der Regel zwischen 15 - 40 μιτι, wobei bevorzugt Schichtdicken von ca. 20 μιτι sind. Ein besonders geeigneter Lack ist der von der Henkel KGaA unter dem Markennamen „Autophoretic 915 Make-Up" oder„Aquence 915" vertriebene Lack. Versuche an Lagerscheiben mit einer Lackschicht aus diesem Ma- terial mit einer Schichtdicke von ca. 30 μιτι haben gezeigt, dass die Schicht einer Spannung von mehreren 100 V standhält, bis es zum Durchschlag kommt.

Es bilden sich also zwei Isolationsebenen über die beiden Schichten 12, 13, über die ein Stromdurchgang von Welle zum Gehäuse bzw. umgekehrt wirkungsvoll verhindert wird. Im Falle eines Störfalls im Aggregat, in dem das erfindungsgemäße Axiallager 1 verbaut ist, kann folglich kein Strom über das Axiallager 1 fließen, so dass sowohl das Axiallager 1 als auch die angebundenen Bauteile, nämlich die Welle 8 respektive das Gehäuse 9, wirkungsvoll ge- schützt werden können und im Störfall keine aus einem Stromdurchgang resultierende Beschädigungen zu besorgen sind.

Es ist jedoch nicht erforderlich, beide Lagerschichten 5, 6 zu beschichten, vielmehr ist es ausreichend, nur eine Lagerscheibe mit dem Lack 14 zu belegen. Jedoch führt die Kombination mehrerer Isolationsebenen zu einer gesteigerten Spannungsfertigkeit.

Figur 2 zeigt in Form einer weiteren Prinzipdarstellung ein erfindungsgemäßes Radiallager 15, umfassend einen Wälzkörperkranz 16 bestehend aus einem Käfig 17 und in diesem geführten Wälzkörpern 18, hier wiederum in Form von Nadeln, nachdem das exemplarisch gezeigte Radiallager 15 ein Radialnadellager ist. Der Wälzkörperkranz 16 ist im gezeigten Beispiel in einem Außenring 19 aufgenommen, über den das Radiallager 15 in einem Gehäuse 20 gehaltert ist. Hierzu dient ein Sicherungsring 21 , der gehäuseseitig zur axialen Lagersicherung fixiert ist.

Die Wälzkörper 18 laufen im gezeigten Beispiel unmittelbar auf einer Welle 22, die über das Radiallager 15 drehbar im feststehenden Gehäuse 20 gelagert ist.

Um auch bei dieser Ausgestaltung einen Stromdurchgang von der Welle 22 zum Gehäuse 20 bzw. umgekehrt zu verhindern, ist die Außenseite 23 des Außenrings 19 mit einer Schicht 24 aus einem elektrisch isolierenden Lack 25 belegt, wobei auch hier bevorzugt der bei der Ausführungsform gemäß Figur 1 verwendete Lack verwendet wird. Über diese Schicht 24 wird eine radiale Isolationsebene gebildet, die einen Stromdurchgang über das Axiallager 16 wir- kungsvoll verhindert. Die Isolationsschicht 24 ist bevorzugt über die gesamte Außenseite 23 des Außenrings 19 gezogen. Auch diese Schicht kann wie bereits bezüglich der Ausgestaltung gemäß Figur 1 beschrieben durch Tauchen oder Sprühen aufgebracht werden. Während Figur 2 ein Radiallager mit nur einem Außenring 19 zeigt, bei dem also die Wälzkörper 18 direkt auf der Welle 22 laufen, ist es selbstverständlich auch denkbar, das Radiallager zusätzlich mit einem Innenring zu versehen, der auf der Welle 22 aufsitzt, und auf dem die Wälzkörper 18 laufen. In diesem Fall ist es denkbar, entweder nur die Innenfläche des Innenrings mit dem Lack 25 zu beschichten, oder sowohl dessen Innenfläche als auch die Außenfläche des Außenrings. Auch könnte ein erfindungsgemäßes Radiallager nur einen Innenring aufweisen, über den es direkt auf der Welle aufsitzt, während die Wälzkörper dann unmittelbar auf einer Lauffläche des Gehäuses abwälzen würden, wobei in diesem Fall natürlich nur die Innenfläche des Innenrings mit dem Iso- lationslack beschichtet wäre.

Festzuhalten ist, dass die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiele lediglich exemplarischer Natur sind. Selbstverständlich sind auch grund- sätzlich andere Axial- und Radiallagerausgestaltungen denkbar. Allen gemeinsam ist jedoch, dass das jeweilige Lager wenigstens eine Isolationsebene aufweist, die unter Verwendung eines elektrisch isolierenden Lackes, vorzugsweise eines Autodepositionslacks gebildet ist, und über die ein Stromdurchgang durch das Wälzlager verhindert wird.

Bezugszahlenliste

1 Axiallager

2 Wälzkörperkranz

3 Käfig

4 Wälzkörper

5 Lagerscheibe

6 Lagerscheibe

7 Wellensegment

8 Welle

9 Gehäusesegment

10 Außenseite

1 1 Außenseite

12 Schicht

13 Schicht

14 Lack

15 Radiallager

16 Wälzkörperkranz

17 Käfig

18 Wälzkörper

19 Außenring

20 Gehäuse

21 Sicherungsring

22 Welle

23 Außenseite

24 Schicht

25 Lack

Claims

Patentansprüche Wälzlager, umfassend einen Wälzkörperkranz bestehend aus einem Käfig und darin geführten Wälzkörpern, sowie wenigstens ein Bauteil mit einem Laufabschnitt, auf dem die Wälzkörper wälzen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seite des Bauteils (5, 6, 19) zumindest abschnittsweise mit einem elektrisch isolierenden Lack (14, 25) belegt ist.

Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ein Axiallager (1 ) ist, umfassend zwei den Wälzköperkranz (2) zwischen sich aufnehmende Bauteile (5, 6), die jeweils einen scheibenförmigen Laufabschnitt aufweisen.

Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Axiallager (1 ) das mit Lack beschichtete Bauteil eine Lagerscheibe (5, 6), eine Lagerhülse oder eine Lagerbuchse ist, die zumindest an der dem Laufabschnitt gegenüberliegenden Seite (10, 1 1 ) mit Lack beschichtet ist.

Wälzlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein das Axiallager (1 ) aufnehmendes Gehäuse vorgesehen ist, das seinerseits an wenigstens einer Seite zumindest abschnittsweise mit einem Lack beschichtet ist.

Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es ein Radiallager (16) mit einem oder zwei Bauteilen in Form eines Außenrings (19) und/oder eines Innenrings ist, wobei der jeweilige Ring einen Laufabschnitt aufweist. Wälzlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Radiallager (16) der Außenring (19) zumindest an seiner Außenseite

(24) und/oder der Innenring zumindest an seiner Innenseite mit Lack

(25) beschichtet ist.

Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (14, 25) durch Tauchen, Sprühen oder Spritzen aufgebracht ist.

Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (14, 25) ein Autodepositionslack ist.

Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack (14, 25) eine Epoxid-/Acryl-Urethan-Schicht bildet.

Wälzlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Lacks < Ι ΟΌμηη, insbesondere < 50μηη, ist, und vorzugsweise im Bereich zwischen 15 - 40 m liegt.