WO2025124641A1 - Wälzlager mit integrierter stromableitung - Google Patents

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WO2025124641A1
WO2025124641A1 PCT/DE2024/101018 DE2024101018W WO2025124641A1 WO 2025124641 A1 WO2025124641 A1 WO 2025124641A1 DE 2024101018 W DE2024101018 W DE 2024101018W WO 2025124641 A1 WO2025124641 A1 WO 2025124641A1
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rolling bearing
coating
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electrically conductive
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Thomas FICKERT-GUENTHER
Christina Stoeber
Christopher AKEL
Mostafa Arghavani
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Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00—Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/002—Conductive elements, e.g. to prevent static electricity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions

Definitions

  • the invention relates to a rolling bearing designed according to the preamble of claim 1 with integrated current discharge.
  • a rolling bearing of this type is known, for example, from EP 3228 890 B1.
  • the known rolling bearing has a dissipation device for dissipating electrostatic charges, which comprises a flexible conductor.
  • Various sections of the conductor are provided for contact with a first bearing ring or a second bearing ring of the rolling bearing.
  • the conductor of the device according to EP 3 228 890 B1 is formed from a carbon fiber arrangement, which can be a fiber braid or a fiber fleece.
  • the carbon fiber arrangement is provided with a coating of pyrolytically deposited carbon.
  • EP 1 523 086 B1 relates to a grounding brush for reducing the electrical current in a motor shaft.
  • Several electrically conductive threads are electrically connected to an annular frame.
  • the annular frame defines an annular channel in which the end sections of the threads are located.
  • the channel can contain a conductive powder mixed with an oil to form a paste.
  • rolling bearings with integrated current-dissipating functions are disclosed, for example, in documents DE 102017 106 695 B3 and DE 102019 112 825 A1.
  • the rolling bearing which has an electrical connection between the bearing rings, is a deep groove ball bearing.
  • the invention is based on the object of specifying a rolling bearing with integrated current discharge that is further developed compared to the prior art, whereby a particularly compact and production-friendly design with unrestricted functionality is sought.
  • the rolling bearing which has a current-conducting function, comprises, in a basic concept known per se, two bearing rings, a number of rolling elements arranged between the bearing rings, and a discharge element, which is provided in the form of a non-closed ring for establishing an electrically conductive connection between the bearing rings.
  • the discharge element is designed as a wire, wherein it has an electrically conductive coating comprising at least two components that contacts the bearing rings.
  • the manufacture of the discharge element from a metallic precursor, namely wire, especially steel wire allows for very efficient production.
  • the required long-term electrical function is supported by the wire coating, or at least not significantly negatively impacted.
  • the coating may also have a wear-protection function.
  • the wire discharge element can be integrated into the rolling bearing with minimal space requirements.
  • the mutually distinguishable components of the coating of the discharge element are formed by a plurality of layers of the electrically conductive coating.
  • the total thickness of the coating is, for example, in the range of 100 nm to 200 nm.
  • the multi-layer coating may, for example, comprise a first layer located on a metallic base body of the discharge element, as well as a second, outer layer, which is formed as a PVD layer.
  • the PVD layer contains Carbon and may also contain hydrogen as well as metallic or non-metallic doping elements.
  • DE 10 2006 057 484 B4 which also concerns a rolling bearing.
  • the first layer deposited on the base body of the conductive element can contain titanium, particularly in the form of titanium carbide.
  • Other materials that can be included in the multilayer coating include copper and nickel, particularly as components of the first, inner layer.
  • Possible coating components, which can be included particularly in the second, outer layer of the coating include the elements tin, copper, nickel, silver, zinc, bismuth, antimony, cobalt, manganese, and tungsten.
  • a second group of embodiments provides for various components to be present in one and the same layer of the electrically conductive coating of the wire-shaped discharge element.
  • the total thickness of the electrically conductive coating is, for example, in the range of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the coating can be designed, in particular, as a tin-nickel layer with incorporated particles.
  • the tin-nickel alloy, which represents the main component of this layer has, for example, a nickel content of 20 to 40 percent by weight.
  • a tin-nickel alloy instead of a tin-nickel alloy, a copper-tin alloy, a tin-silver alloy, a tin-zinc alloy, a tin-bismuth alloy, a tin-antimony alloy, a tin-cobalt alloy, a nickel-tungsten alloy, or a tin-manganese alloy can also be used.
  • the particles distributed in the coating are, for example, carbon-containing particles, particularly graphite particles.
  • Other usable carbon-containing materials include carbon nanotubes, carbon fibers, soot, graphene, and graphene oxide.
  • Examples of carbon-free materials that can also be considered as particulate components of the coating of the dissipating element are metal nitrides and metal carbides.
  • Other non-metallic, electrically conductive, or non-electrically conductive particles can also be distributed throughout the coating. These can be, for example, particles of metal sulfide, diamond, metal oxide, mica, or PTFE.
  • the individual particles can, for example, have a granular shape, for example, approximately spherical or cubic, or, as in the case of carbon nanotubes, be in the form of rods.
  • the particle-containing coating can be constructed in a single layer.
  • Multi-layer structures are also possible, with at least one of the superimposed layers, i.e., plies, being in the form of a carrier material representing a first component, in which particles are distributed as a further component.
  • Such a multi-component layer can be combined with at least one layer formed from a single component.
  • the discharge element in the form of a wire, represents a bypass conductor for transmitting electrical currents between two machine elements rotating relative to one another.
  • the layer system comprising a plurality of components located on the bypass conductor can be produced partially or completely by electrolytic deposition from an aqueous electrolyte.
  • the rolling bearing according to the application can be designed as a sealed bearing or as an unsealed bearing. If seals are present, the discharge element made of coated wire intended for potential equalization is to be placed, in particular, between the outer side of a seal and one of the two bearing rings. placed in the tangent face plane. In principle, it is also possible to integrate several deflection elements into the rolling bearing.
  • the EMC (electromagnetic compatibility) properties are drastically improved by the coated wire-based discharge element compared to conventional rolling bearings that do not have such a bypass conductor. This also applies to applications with high discharge currents (EDM, Electrostatic Discharge Machining).
  • the rolling bearing is suitable for discharging rotor earth currents in an electrical machine, i.e., an electric motor or generator, while protecting the bearing components, especially the rolling elements and bearing rings, which positively influences the service life of the rolling bearing and the entire electrical machine.
  • Fig. 1 a rolling bearing with integrated current discharge in a sectional view
  • Fig. 3 shows a discharge element of the rolling bearing according to Figure 1, which is provided for current discharge
  • Fig. 4 shows the structure of a coating of the discharge element according to Figure 3, Fig. 5 in a representation analogous to Fig. 4 features of another discharge element provided with a coating and suitable for installation in the rolling bearing according to Fig. 1.
  • a rolling bearing designated overall by the reference numeral 1, is designed in the present case as a deep groove ball bearing and comprises two bearing rings 2, 3, namely an inner ring 2 and an outer ring 3, as well as rolling elements 4, i.e. balls, rolling between the bearing rings 2, 3.
  • the rolling elements 4 are guided in a cage 5.
  • Seals 6, 7 are provided to seal the rolling bearing 1.
  • Each seal 6, 7 comprises a metallic support element 8 and a casing 9 made of an elastomer, through which sealing lips 10 are formed.
  • the seals 6, 7 are thus designed as contact seals.
  • non-contact seals i.e. seals with a defined sealing gap, could be used.
  • a design of the rolling bearing 1 as an unsealed bearing, in particular with oil lubrication, is also possible.
  • the rolling elements 4, as well as the seals 6, 7, are arranged asymmetrically between end planes E1, E2 of the rolling bearing 1.
  • the left plane E1 is only slightly spaced from the seal 6.
  • the right seal 7 is at a greater distance from the nearest plane E2, which is tangent to the two bearing rings 2, 3 at the end.
  • a potential equalization conductor element 11 which consists of wire, In the present case, it has a circular cross-section.
  • the discharge element 11 is also referred to as a metal clamp.
  • the outer ring 3 has a groove 12 for receiving a section of the deflection element 11, which groove has an approximately semicircular cross-section adapted to the deflection element 11.
  • a further groove 13 is formed through the inner ring 2, which has a flatter, more angular, trough-like cross-sectional shape compared to the groove 12, so that the section of the deflection element 11 located in the groove 13 can be displaced at least slightly in the axial direction of the rolling bearing 1.
  • the deflection element 11 is preloaded such that it is in contact with both bearing rings 2, 3 in every operating state of the rolling bearing 1.
  • the shape of the deflection element 11, viewed in the axial direction of the rolling bearing 1, is shown in Figure 3.
  • a linear section 14 which, in the state visible in Figure 3, lies in a plane parallel to the center axis of the rolling bearing 1 and transitions into an arcuate section 15 extending over approximately 270° around the circumference of the bearing rings 2, 3.
  • the deflection element 11, which has resilient properties thus describes an incomplete, open ring shape.
  • the discharge element 11 comprises a metallic base body 16 and an electrically conductive coating 17 located thereon, intended for contacting both bearing rings 2, 3.
  • the coating 17 comprises a plurality of components 18, 19, 20, 21, which will be discussed in more detail below.
  • the coating 17 is composed of a first layer 18, which contains titanium, in the present case in the form of titanium carbide, and a second, outer layer 19.
  • the outer layer 19 is applied using the PVD (Physical Vapor Deposition) process and, in addition to an electrical conductivity sufficient for the present case, is characterized by a It has excellent wear resistance.
  • the total thickness of coating 17 is designated dges and, in this case, is 150 nm.
  • the discharge element 11 constructed according to Figure 5 is also suitable for use in the rolling bearing 1 according to Figure 1 and has the external shape visible in Figure 3.
  • a coating 17 is applied to the base component 16, which coating is in the form of a tin-nickel layer 20 with incorporated particles 21.
  • the coating 17 has a thickness d total in the range from 5 to 10 pm.
  • the tin-nickel layer 20, as the carrier material, represents the main component of the coating 17.
  • the particles 21 are graphite particles.
  • the coating 17 in the case of Figure 5 is produced by electrolytic deposition from an aqueous electrolyte.

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Abstract

Wälzlager mit integrierter Stromableitung umfasst zwei Lagerringe (2, 3), eine Anzahl zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneter Wälzkörper (4), sowie ein Ableitelement (11 ), welches in Form eines nicht geschlossenen Rings zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Lagerringen (2, 3) vorgesehen ist. Das Ableitelement (11 ) ist als Draht ausgebildet und weist eine die Lagerringe (2, 3) kontaktierende, mindestens zwei Komponenten (18, 19, 20, 21 ) umfassende elektrisch leitfähige Beschichtung (17) auf.

Description

Wälzlager mit integrierter Stromableitunq
Die Erfindung betrifft ein nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 gestaltetes Wälzlager mit integrierter Stromableitung.
Ein gattungsgemäßes Wälzlager ist beispielsweise aus der EP 3228 890 B1 bekannt. Das bekannte Wälzlager weist eine Ableitungseinrichtung zur Ableitung elektrostatischer Ladungen auf, welche einen biegeelastisch ausgebildeten Leiter umfasst. Verschiedene Abschnitte des Leiters sind zur Anlage an einem ersten Lagerring beziehungsweise einem zweiten Lagerring des Wälzlagers vorgesehen. Der Leiter der Vorrichtung nach der EP 3 228 890 B1 ist aus einer Kohlenstofffaseranordnung gebildet, bei der es sich um ein Fasergeflecht oder ein Faservlies handeln kann. Die Kohlestofffaseranordnung ist mit einer Beschichtung aus pyrolytisch abgeschiedenem Kohlenstoff versehen.
Die EP 1 523 086 B1 hat eine Erdungsbürste zur Verminderung des elektrischen Stroms in einer Motorwelle zum Gegenstand. Hierbei sind mehrere elektrisch leitende Fäden elektrisch mit einem ringförmigen Rahmen verbunden. Durch den ringförmigen Rahmen ist ein ringförmiger Kanal definiert, in welchem sich Endabschnitte der Fäden befinden. Darüber hinaus kann der Kanal ein ström leitendes Pulver enthalten, welches mit einem Öl gemischt ist und damit eine Paste bildet.
Weitere Wälzlager mit integrierter Stromableitfunktion sind zum Beispiel in den Dokumenten DE 102017 106 695 B3 und DE 102019 112 825 A1 offenbart. In beiden Fällen handelt es sich bei dem Wälzlager, welches eine elektrische Verbindung zwischen den Lagerringen aufweist, um ein Rillenkugellager. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik weiterentwickeltes Wälzlager mit integrierter Stromableitung anzugeben, wobei ein besonders kompakter und fertigungsfreundlicher Aufbau bei uneingeschränkter Funktionalität angestrebt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Wälzlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Das eine Stromableitfunktion aufweisende Wälzlager umfasst in an sich bekannter Grundkonzeption zwei Lagerringe, eine Anzahl zwischen den Lagerringen angeordneter Wälzkörper, sowie ein Ableitelement, welches in Form eines nicht geschlossenen Rings zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Lagerringen vorgesehen ist. Gemäß Anspruch 1 ist das Ableitelement als Draht ausgebildet, wobei es eine die Lagerringe kontaktierende, mindestens zwei Komponenten umfassende elektrisch leitfähige Beschichtung aufweist.
Die Herstellung des Ableitelementes aus einem metallischen Vorprodukt, nämlich Draht, insbesondere Stahldraht, gestattet eine sehr rationelle Fertigung. Zugleich wird die dauerhaft geforderte elektrische Funktion durch die Beschichtung des Drahtes unterstützt oder zumindest nicht in signifikanter Weise negativ beeinflusst, wobei je nach Anwendungsfall auch eine Verschleißschutzfunktion der Beschichtung im Vordergrund stehen kann. In allen Fällen ist das aus Draht gefertigte Ableitelement mit geringem Raumbedarf in das Wälzlager integrierbar.
Gemäß einer ersten Gruppe an Ausführungsformen sind die voneinander unterscheidbaren Komponenten der Beschichtung des Ableitelementes durch eine Mehrzahl an Lagen der elektrisch leitfähigen Beschichtung gebildet. Die Gesamtdicke der Beschichtung liegt hierbei zum Beispiel im Bereich von 100 nm bis 200 nm.
Die mehrlagige Beschichtung kann beispielsweise eine erste, auf einem metallischen Grundkörper des Ableitelementes befindliche Lage, sowie eine zweite, äußere Lage, welche als PVD-Schicht ausgebildet ist, umfassen. Die PVD-Schicht enthält Kohlenstoff und kann darüber hinaus Wasserstoff sowie metallische oder nichtmetallische Dotierungselemente enthalten. Zum technischen Hintergrund wird beispielhaft auf die DE 10 2006 057 484 B4, die ebenfalls ein Wälzlager betrifft, hingewiesen.
Die erste, auf dem Grundkörper des Ableitelementes abgeschiedene Lage kann Titan, insbesondere in Form von Titancarbid, enthalten. Weitere Materialien, die in der mehrlagigen Beschichtung enthalten sein können, sind zum Beispiel Kupfer und Nickel, insbesondere als Bestandteile der ersten, inneren Lage. Als mögliche Beschichtungsbestandteile, welche insbesondere in der zweiten, äußeren Lage der Beschichtung enthalten sein können, sind die Elemente Zinn, Kupfer, Nickel, Silber, Zink, Wismut, Antimon, Kobalt, Mangan und Wolfram zu nennen.
Eine zweite Gruppe an Ausführungsformen sieht vor, dass verschiedene Komponenten in ein und derselben Lage der elektrisch leitfähigen Beschichtung des drahtförmigen Ableitelementes vorliegen. Die Gesamtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung liegt hierbei zum Beispiel im Bereich von 5 pm bis 10 pm. Die Beschichtung kann in diesem Fall insbesondere als Zinn-Nickel-Schicht mit eingebauten Partikeln ausgebildet sein. Die Zinn-Nickel-Legierung, welche den Hauptbestandteil diese Schicht darstellt, hat beispielsweise einen Nickelgehalt von 20 bis 40 Gewichtsprozent. Statt einer Zinn-Nickel-Legierung kann auch eine Kupfer-Zinn-Legierung, eine Zinn-Silber- Legierung, eine Zinn-Zink-Legierung, eine Zinn-Wismut-Legierung, eine Zinn-Antimon- Legierung, eine Zinn-Kobalt-Legierung, eine Nickel-Wolfram-Legierung oder eine Zinn-Mangan-Legierung verwendet werden.
Bei den in der Beschichtung verteilten Partikeln handelt es sich beispielsweise um Kohlenstoff enthaltende Partikel, insbesondere Graphitpartikel. Als weitere verwendbare Materialien, die Kohlenstoff enthalten, sind Kohlenstoffnanoröhrchen, Kohlen- stofffasern, Ruß, Graphen und Graphenoxid zu nennen. Beispiele für Materialien, die frei von Kohlenstoff sind, und ebenfalls als in Partikelform vorliegende Komponenten der Beschichtung des Ableitelementes in Betracht kommen, sind Metalln itride und Metallkarbide. Auch sonstige nichtmetallische, elektrisch leitfähige oder nicht elektrisch leitfähige Partikel können in der Beschichtung verteilt sein. Hierbei kann es sich zum Beispiel um Teilchen aus Metallsulfid, Diamant, Metalloxid, Glimmer oder PTFE handeln. Die einzelnen Partikel können beispielsweise eine körnige, zum Beispiel näherungsweise kugelige oder kubische, Gestalt haben oder, wie im Fall von Kohlenstoffnanoröhrchen, in Form von Stäbchen vorliegen.
Die Partikel enthaltende Beschichtung kann einlagig aufgebaut sein. Ebenso sind mehrlagige Schichtaufbauten möglich, wobei mindestens eine der aufeinander liegenden Schichten, das heißt Lagen, in Form eines eine erste Komponente darstellenden Trägermaterials, in welchem Partikel als eine weitere Komponente verteilt sind, vorliegen kann. Eine solche Mehrkomponentenlage ist mit mindestens einer Lage, welche aus einer einzigen Komponente gebildet ist, kombinierbar.
Sämtliche Beschichtungsvarianten, die in der am Anmeldetag der vorliegenden Anmeldung noch unveröffentlichten DE-Patentanmeldung Nr. 10 2023 124 200.8 beschrieben sind, stellen denkbare Varianten der Beschichtung des als Draht ausgebildeten Ableitelementes des anmeldungsgemäßen Wälzlagers dar.
Das in Form eines Drahtes vorliegende Ableitelement stellt einen Bypass-Leiter zur Übertragung elektrischer Ströme zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Maschinenelementen dar. Das eine Mehrzahl an Komponenten umfassende, auf dem Bypass-Leiter befindliche Schichtsystem kann teilweise oder vollständig durch elektrolytische Abscheidung aus einem wässrigen Elektrolyten hergestellt sein.
Das anmeldungsgemäße Wälzlager kann als abgedichtetes Lager oder als nicht abgedichtetes Lager ausgebildet sein. Sofern Dichtungen vorhanden sind, ist das aus beschichtetem Draht gefertigte, zum Potentialausgleich vorgesehene Ableitelement insbesondere zwischen einer Außenseite einer Dichtung und einer beide Lagerringe tangierenden stirnseitigen Ebene platziert. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehrere Ableitelemente in das Wälzlager zu integrieren.
In allen Ausführungsformen sind durch das in Form eines beschichteten Drahtes vorliegende Ableitelement die EMV-Eigenschaften (elektromagnetische Verträglichkeit), verglichen mit herkömmlichen, keinen derartigen Bypass-Leiter aufweisenden Wälzlagern, drastisch verbessert. Dies gilt auch für Anwendungen mit hohen Entladeströmen (EDM, Electrostatic Discharge Machining). Insbesondere ist das Wälzlager geeignet, in einer elektrischen Maschine, das heißt einem Elektromotor oder Generator, Rotorerdströme unter Schonung der Lagerkomponenten, insbesondere der Wälzkörper sowie der Lagerringe, abzuleiten, was die Lebensdauer des Wälzlagers sowie der gesamten elektrischen Maschine positiv beeinflusst.
Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
Fig. 1 ein Wälzlager mit integrierter Stromableitung in geschnittener Darstellung,
Fig. 2 das Wälzlager nach Figur 1 in einer weiteren geschnittenen Darstellung,
Fig. 3 ein zur Stromableitung vorgesehenes Ableitelement des Wälzlagers nach Figur 1 ,
Fig. 4 den Aufbau einer Beschichtung des Ableitelementes nach Figur 3, Fig. 5 in einer Darstellung analog Figur 4 Merkmale eines weiteren mit einer Beschichtung versehenen, zum Einbau in das Wälzlager nach Figur 1 geeigneten Ableitelementes.
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnetes Wälzlager ist in den vorliegenden Fällen als Rillenkugellager ausgebildet und umfasst zwei Lagerringe 2, 3, nämlich einen Innenring 2 und einen Außenring 3, sowie zwischen den Lagerringen 2, 3 abrollende Wälzköper 4, das heißt Kugeln. Die Wälzkörper 4 sind in einem Käfig 5 geführt. Zur Abdichtung des Wälzlagers 1 sind Dichtungen 6, 7 vorgesehen. Jede Dichtung 6, 7 umfasst ein metallisches Stützelement 8 und eine aus einem Elastomer gebildete Ummantelung 9, durch welche Dichtlippen 10 gebildet sind. Die Dichtungen 6, 7 sind damit als berührende Dichtungen ausgebildet. Alternativ könnten nicht berührende Dichtungen, das heißt Dichtungen mit einem definierten Dichtspalt, verwendet werden. Auch eine Gestaltung des Wälzlagers 1 als nicht abgedichtetes Lager, insbesondere mit Ölschmierung, ist möglich.
Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, sind die Wälzkörper 4 ebenso wie die Dichtungen 6, 7 asymmetrisch zwischen stirnseitigen Ebenen E1 , E2 des Wälzlagers 1 angeordnet. Die in den Anordnungen nach den Figuren 1 und 2 linke Ebene E1 ist nur gering von der Dichtung 6 beabstandet. Dagegen hat die rechte Dichtung 7 einen größeren Abstand von der nächstgelegenen Ebene E2, welche die beiden Lagerringe 2, 3 stirnseitig tangiert.
Zwischen der letztgenannten Dichtung 7 und der Ebene E2 ist ein zum Potentialaus- gleich vorgesehenes Ableitelement 11 angeordnet, welches aus Draht, in den vorliegenden Fällen mit einem kreisrunden Querschnitt, gefertigt ist. Das Ableitelement 11 wird auch als Metallklammer bezeichnet.
Der Außenring 3 weist zur Aufnahme eines Abschnitts des Ableitelements 11 eine Nut 12 auf, welche annähernd einen halbkreisförmigen, dem Ableitelement 11 angepassten Querschnitt hat. Durch den Innenring 2 ist eine weitere Nut 13 ausgebildet, wobei diese im Vergleich zur Nut 12 eine flachere, kantigere, trogartige Querschnittsform hat, sodass der in der Nut 13 liegende Abschnitt des Ableitelementes 11 zumindest geringfügig in Axialrichtung des Wälzlagers 1 verschiebbar ist. Insgesamt ist das Ableitelement 11 derart vorgespannt, dass es in jedem Betriebszustand des Wälzlagers 1 in Kontakt mit beiden Lagerringen 2, 3 ist.
Die Form des Ableitelementes 11 , in Axialrichtung des Wälzlagers 1 betrachtet, geht aus Figur 3 hervor. Gut erkennbar ist ein Linearabschnitt 14, welcher in dem in Figur 3 sichtbaren Zustand in einer zur Mittelachse des Wälzlagers 1 parallelen Ebene liegt und in einen Bogenabschnitt 15 übergeht, der sich über circa 270° am Umfang der Lagerringe 2, 3 erstreckt. Insgesamt beschreibt das Ableitelement 11 , welches federnde Eigenschaften hat, damit eine inkomplette, offene Ringform.
Das Ableitelement 11 umfasst einen metallischen Grundkörper 16 sowie eine hierauf befindliche elektrisch leitfähige, zur Kontaktierung beider Lagerringe 2, 3 vorgesehene Beschichtung 17. Die Beschichtung 17 umfasst in allen Ausführungsbeispielen mehrere Komponenten 18, 19, 20, 21 , auf welche im Folgenden näher eingegangen wird.
Im Ausführungsbeispiel nach den Figuren 1 bis 4 ist die Beschichtung 17 aus einer ersten Lage 18, welche Titan, im vorliegenden Fall in Form von Titancarbid, enthält, sowie einer zweiten, äußeren Lage 19 aufgebaut. Die äußere Lage 19 ist im PVD-Ver- fahren (Physical Vapour Deposition) aufgebracht und zeichnet sich neben einer für den vorliegenden Fall ausreichenden elektrischen Leitfähigkeit durch eine hervorragende Verschleißfestigkeit aus. Die Gesamtdicke der Beschichtung 17 ist mit dges bezeichnet und beträgt im vorliegenden Fall 150 nm.
Das gemäß Figur 5 aufgebaute Ableitelement 11 ist ebenfalls zur Verwendung im Wälzlager 1 nach Figur 1 geeignet und weist die in Figur 3 sichtbare äußere Form auf. Im Fall von Figur 5 ist auf die Grundkomponente 16 eine Beschichtung 17 aufgebracht, welche als Zinn-Nickel-Schicht 20 mit eingebauten Partikeln 21 ausgebildet ist. In diesem Fall weist die Beschichtung 17 eine Dicke dges im Bereich von 5 bis 10 pm auf. Die Zinn-Nickel-Schicht 20 stellt als Trägermaterial den Hauptbestandteil der Be- Schichtung 17 dar. Bei den Partikel 21 handelt es sich um Graphitpartikel. Insgesamt ist die Beschichtung 17 im Fall von Figur 5 durch elektrolytische Abscheidung aus einem wässrigen Elektrolyten erzeugt.
Bezuqszeichenliste
1 Wälzlager
2 Innenring
3 Außenring
4 Wälzkörper
5 Käfig
6 Dichtung
7 Dichtung
8 metallisches Stützelement
9 Ummantelung
10 Dichtlippe
11 Ableitelement
12 Nut im Außenring
13 Nut im Innenring
14 Linearabschnitt
15 Bogenabschnitt
16 Grundkörper
17 Beschichtung
18 erste, innere Lage
19 zweite, äußere Lage
20 Zinn-Nickel-Schicht Trägermaterial
21 Partikel da Dicke der äußeren Lage der Beschichtung di Dicke der inneren Lage der Beschichtung dges Gesamtdicke der Beschichtung
E1 Ebene
E2 Ebene
MA Mittelachse

Claims

Patentansprüche
1 . Wälzlager mit integrierter Stromableitung, umfassend zwei Lagerringe (2, 3), eine Anzahl zwischen den Lagerringen (2, 3) angeordneter Wälzkörper (4), sowie ein Ableitelement (11 ), welches in Form eines nicht geschlossenen Rings zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Lagerringen (2, 3) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (11 ) als Draht ausgebildet ist und eine die Lagerringe (2, 3) kontaktierende, mindestens zwei Komponenten (18, 19, 20, 21 ) umfassende elektrisch leitfähige Beschichtung (17) aufweist.
2. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Komponenten (18, 19, 20, 21 ) durch eine Mehrzahl an Lagen der elektrisch leitfähigen Beschichtung (17) gebildet sind.
3. Wälzlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke der mehrlagigen Beschichtung (17) 150 nm ± 50 nm beträgt.
4. Wälzlager nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mehrlagige Beschichtung (17) eine erste, auf einem Grundkörper (16) des Ableitelementes (11 ) befindliche Lage (18), welche Titan enthält, sowie eine zweite, äußere Lage (19), welche als PVD-Schicht ausgebildet ist, umfasst.
5. Wälzlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Lage (19) Titan in Form von Titancarbid vorliegt.
6. Wälzlager nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Komponenten (18, 19, 20, 21 ) in ein und derselben Lage der elektrisch leitfähigen Beschichtung (17) vorliegen.
7. Wälzlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung (17) mindestens 5 pm und höchstens
10 pm beträgt.
8. Wälzlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung (17) als Zinn-Nickel-Schicht (20) mit eingebauten Partikeln (21 ) ausgebildet ist.
9. Wälzlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Beschichtung (17) Graphitpartikel enthält.
10. Wälzlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass dieses als abgedichtetes Lager ausgebildet ist, wobei das Ableitelement (11 ) zwischen einer Außenseite einer Dichtung (7) und einer beide Lagerringe (2, 3) tangierenden stirnseitigen Ebene (E2) platziert ist.
PCT/DE2024/101018 2023-12-14 2024-11-28 Wälzlager mit integrierter stromableitung Pending WO2025124641A1 (de)

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