WO2025202166A1 - Wellenerdungsring - Google Patents

Wellenerdungsring

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Publication number
WO2025202166A1
WO2025202166A1 PCT/EP2025/058060 EP2025058060W WO2025202166A1 WO 2025202166 A1 WO2025202166 A1 WO 2025202166A1 EP 2025058060 W EP2025058060 W EP 2025058060W WO 2025202166 A1 WO2025202166 A1 WO 2025202166A1
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WO
WIPO (PCT)
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shaft
ring
discharge element
base ring
contact
Prior art date
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Pending
Application number
PCT/EP2025/058060
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English (en)
French (fr)
Inventor
Uwe WALLNER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ElringKlinger AG
ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
Original Assignee
ElringKlinger AG
ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by ElringKlinger AG, ElringKlinger Kunststofftechnik GmbH filed Critical ElringKlinger AG
Publication of WO2025202166A1 publication Critical patent/WO2025202166A1/de
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/40—Structural association with grounding devices
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Processes or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/95—Installation of current collectors, e.g. commutators, slip-rings or brushes

Definitions

  • the invention relates to a shaft grounding ring, comprising a base ring and a discharge element connected to the base ring for discharging electrical voltages between a shaft and a shaft housing.
  • Corresponding shaft grounding rings are used in various fields of technology to specifically dissipate electrical voltages between a shaft and a shaft housing that is stationary relative to the shaft. Without appropriate shaft grounding rings, voltage dissipation could occur, for example, in the area of shaft bearings or gears, which could even lead to melt craters and thus damage, especially with large potential differences.
  • Corresponding shaft grounding rings typically comprise a base ring and a discharge element connected to the base ring.
  • the discharge element typically contacts the rotating shaft on one side and the base ring or a housing of the shaft grounding ring on the other side, which in turn is in contact with the shaft housing.
  • the shaft housing is typically grounded, allowing electrical charges to be conducted from the shaft to the shaft housing via the discharge element and the base ring or a housing of the shaft grounding ring. Potential equalization between the shaft and the shaft housing can thus be achieved via the shaft grounding ring.
  • Such a shaft grounding ring is shown, for example, in DE 10 2022104417 A1.
  • the electrical resistance of the shaft grounding ring is comparatively high overall, which is also associated with the fact that the charges must flow from the discharge element via the base ring or a shaft grounding ring housing and thus via several elements.
  • the connection points between the discharge element and the base ring or the shaft grounding ring housing can, due to the electrical contact resistance, increase the electrical resistance of the shaft grounding ring. increase overall, which can adversely affect the discharge capacity.
  • the multiple transitions can also contain sources of error.
  • the invention sets itself the task of providing a shaft earthing ring which is characterized by more reliable charge dissipation.
  • the discharge element has a first contact surface for conductive contacting of the shaft and a second contact surface for conductive contacting of the shaft housing.
  • This design allows charges to be transferred directly between the shaft and the shaft housing via the discharge element, eliminating the need for charges to also flow via the base ring or a shaft grounding ring housing.
  • the electrical resistance of the shaft grounding ring can therefore be comparatively low, ensuring reliable charge transfer.
  • charges can flow both from the shaft to the shaft housing and from the shaft housing to the shaft, depending on which of the two elements has the higher and which has the lower electrical potential.
  • the shaft grounding ring thus allows bidirectional charge transfer.
  • a corresponding shaft grounding ring is comparatively easy to manufacture, as will be explained in more detail below with regard to the manufacturing process.
  • the discharge element can be in direct, conductive contact with the shaft and the shaft housing via the contact surfaces.
  • the discharge element can thus be in direct electrical contact with the shaft or with the surface of the shaft on the one hand, and in direct electrical contact with the shaft housing, in particular with an inner side of the shaft housing, on the other.
  • the discharge element can directly contact both the shaft and the shaft housing via the respective contact surfaces. Since the charges do not have to be conducted via a shaft grounding ring housing, the shaft grounding ring can be designed without a housing. This means that no housing is provided surrounding the discharge element on its circumference. Such a housing could be arranged between the discharge element and the shaft housing in the assembled state and thus prevent a direct and immediate electrical connection with the shaft housing.
  • the diverting element can be in contact with the shaft via the first contact surface along a contact line. Furthermore, the diverting element can be in flat contact with the shaft housing via the second contact surface.
  • the first contact surface is thus preferably configured in such a way that designed such that it enables line contact with the shaft and the second contact surface such that it enables surface contact with the shaft housing.
  • the line contact with the shaft has particular advantages with regard to the frictional torque acting on the shaft from the discharge element. This is because the line contact allows the contact surface to be minimized, so that the friction counteracting rotation of the shaft is also kept low. Since there is advantageously no relative movement between the shaft housing and the discharge element, a larger-area contact can be used at this point.
  • the discharge element is positively connected to the base ring at the microscopic level.
  • Such a connection can ensure that the discharge element is reliably held on the base ring. Even under larger forces, such as those that can occur, for example, during assembly of the shaft grounding ring or sometimes even at very high shaft speeds, a reliable hold can be ensured.
  • the surface can have a certain roughness.
  • the surface can have microscopic undercuts into which the material of the discharge element can engage to create a positive connection. Advantageous roughness values are explained in more detail below.
  • the discharge element can have a connection area, in particular annular, via which it can be connected to the base ring.
  • FEP especially filled FEP
  • FEP can also be used for the discharge element.
  • the use of FEP also eliminates the need for an additional FEP film, which will be discussed in more detail below.
  • the discharge element is made of plastic, in particular PTFE. Because the shaft housing is usually made of metal and the discharge element is therefore significantly softer, the electrical contact resistance between the discharge element and the shaft housing can be comparatively low. This lower resistance becomes particularly clear when comparing metal-to-plastic contact with metal-to-metal contact.
  • Such metal-to-metal contact is generally used with known shaft grounding rings, in which the discharge element does not contact the shaft housing directly, but in which the charges must also flow through a generally metallic shaft grounding ring housing or a base ring.
  • the deflection element can be of an annular geometry and extend circumferentially around the shaft.
  • the shaft can, in particular, extend centrally through the deflection element, for which purpose the deflection element has a particularly circular recess.
  • the deflection element can be designed to be rotationally symmetrical, and the axis of rotation of the shaft can coincide with the axis of symmetry of the deflection element.
  • the diverting element is designed as a segmented diverting ring. Due to the segmentation, the diverting element does not have to be in contact with the shaft around its entire circumference, but it can be sufficient if the diverting element only contacts the shaft in sections with regard to its circumference.
  • the discharge element has at least three, preferably four, discharge tabs for contacting the shaft.
  • the discharge tabs can each have a first contact surface or surfaces and can be in electrical contact with the shaft via these surfaces.
  • the contact surfaces can be arranged on the radial inner sides of the discharge tabs to contact the shaft.
  • the discharge tabs can thus be designed as projections that project radially inwards and touch the shaft or shaft surface at each end.
  • the discharge tabs can be connected to one another via a connecting area, in particular an annular one, to form the discharge element.
  • three discharge tabs have proven to be the minimum required to achieve reliable contact with the shaft. Due to manufacturing or assembly tolerances, the shaft may not run perfectly true but oscillate to a certain extent in the radial direction. These oscillations can negatively impact the electrical contact between the shaft and the discharge element.
  • the shaft grounding ring cannot therefore function as a shaft sealing ring.
  • the discharge element is preloaded radially relative to the shaft or shaft surface.
  • the discharge element or discharge tabs can thus be pressed radially onto the shaft surface with a certain force. This increases friction but ensures reliable electrical contact.
  • the corresponding radially inner region of the discharge element can be designed as a discharge lip. Due to the material's residual stress, this discharge lip can be pressed radially onto the shaft surface with a certain elastic deformation.
  • the base ring has an axial section and a radial section.
  • the axial section can extend essentially parallel to the shaft, and the radial section perpendicular to it.
  • the two sections can extend accordingly with respect to the axis of symmetry of the shaft grounding ring.
  • the base ring can therefore have a substantially L-shaped cross-sectional geometry.
  • the shaft grounding ring can bear against the shaft housing via the axial section.
  • the shaft grounding ring can thus be arranged immovably relative to the shaft housing and, for example, be clamped therein.
  • the radial section can advantageously not be in contact with the shaft housing.
  • the diverting element can be arranged on the surface of the radial section, so that the radial section primarily serves to fasten the diverting element.
  • the diverting element can be arranged on the surface of the radial section opposite the axial section. Overall, the diverting element can therefore extend essentially in the radial direction. This configuration allows the deflection element to contact the shaft housing, in particular a section of the shaft housing extending substantially radially. Given the geometric design of the shaft grounding ring, the corresponding surface to which the deflection element is connected can thus be the outer side of the base ring. This arrangement on the outer side allows the deflection element to come into direct contact with the shaft housing.
  • the base ring is made of metal, particularly steel or an aluminum alloy.
  • the base ring can thus ensure sufficient stability of the shaft grounding ring. Due to the conductivity of the base ring material, its surface can be easily heated, which is important for the process for connecting the discharge element to the base ring, which is described in more detail below.
  • a machine element is further provided with a rotatable shaft, a shaft housing fixed relative to the shaft and a A shaft grounding ring is proposed for discharging voltages between the shaft and the shaft housing, wherein the shaft grounding ring is designed as described above.
  • the machine housing can be grounded, and charges can be discharged from the shaft via the shaft grounding ring or the discharge element via the shaft housing.
  • the discharge element is directly connected to both the shaft and the machine housing, so that the charges can flow from the shaft directly into the shaft housing or in the opposite direction without detours via the discharge element.
  • the axial section of the base ring can be connected to the shaft housing, and the shaft grounding ring can be immovably mounted in the shaft housing.
  • the machine element can be, for example, part of a motor, in particular an electric motor.
  • the surface is roughened by laser structuring.
  • Surface roughening by laser structuring particularly by remote laser structuring, has advantages in terms of automation.
  • Surface roughening by laser is relatively easy to automate and can be performed in a single step before the placement of the discharge element and pressing, without the need to move the base ring.
  • a different machines or stations, and roughening of the base ring beforehand is also possible.
  • a laser robot can be provided, which moves a laser beam over the surface to be roughened and removes material to create a specific roughness.
  • roughening by laser structuring is characterized by a surface profile that can be defined relatively precisely in advance.
  • the roughness of the surface can be adjusted very precisely and adapted to the material of the discharge element as well as the temperature to which the base ring is heated and the pressure with which the discharge element is pressed onto the base ring.
  • the parameters are preferably selected to ensure the best possible hold of the discharge element on the base ring.
  • the wavelength of the laser can be adapted to the material of the base ring to ensure good absorption of the applied laser radiation.
  • the surface can also be roughened using another process. This could include chemical processes such as etching or pickling, or abrasive processes such as sandblasting or shot blasting.
  • the surface has undercuts after roughening, resulting in interlocking of the discharge element or the bonding agent (explained in more detail below).
  • These undercuts allow the discharge element to be positively connected to the base ring at a microscopic level.
  • the geometric design of the undercuts can be achieved and adjusted, particularly through laser structuring of the surface.
  • the bonding agent can be applied before
  • the conductive element can be applied to the roughened surface and thus essentially be arranged between the conductive element and the base ring.
  • the adhesion promoter can be characterized by better wetting of the roughened surface of the base ring than direct wetting of the surface with the conductive element material.
  • the melting point or glass transition temperature of the adhesion promoter can be lower than the melting point or glass transition temperature of the conductive element material.
  • the adhesion promoter can also be chemically compatible with the conductive element material, so that the adhesion promoter or the polymer chains of the adhesion promoter can be inseparably bonded to the conductive element or the polymer chains of the conductive element.
  • the adhesion promoter can be an FEP layer, in particular an FEP film. Even very thin FEP films, for example in the range of 100 ⁇ m, can be sufficient to develop their positive adhesive effect.
  • the bonding agent can also be sprayed onto the roughened surface. In both cases, it is not absolutely necessary to move the base ring, so the application of the bonding agent can be easily integrated into the manufacturing process.
  • the base ring can be inserted into the joining die before the surface is roughened and is thus secured against slipping.
  • the discharge element can be pressed onto the base ring using a pressure stamp.
  • the pressure stamp can be moved vertically and pressed from above onto the discharge element placed on the surface. In practice, good adhesion of the discharge element to the base ring has been achieved with pressures in the range of 200 N to 2000 N.
  • Base ring Thermal decomposition due to excessive heat input or unintentional structural changes of the discharge element can be reliably prevented. Since only If the surface of the base ring is heated, it cools down very quickly after heating, allowing the excess heat from the dissipation element or the bonding agent to flow back into the base ring after the heating process.
  • a heating tool which can be integrated into the joining die, can be provided for heating. The heating tool can heat the surface of the base ring using eddy currents, so that the dissipation element melts at the interface and can wet the surface of the base ring. Other methods for heating the base ring or the base ring surface are also conceivable.
  • the roughened surface of the base ring is heated to 200 to 400 degrees Celsius, preferably to 250 to 350 degrees Celsius, in particular to 280 to 320 degrees Celsius, for between 3 and 20 seconds, preferably between 5 and 16 seconds, more preferably between 8 and 14 seconds, and in particular between 10 and 12 seconds.
  • excessively long and excessive heating could lead to undesired structural changes, which could ultimately have a negative impact on the electrical conductivity of the discharge element and also on the service life of the shaft grounding ring as a whole.
  • the heating time and the surface temperature are advantageously adjusted so that sufficient liquefaction or viscosity reduction of the discharge element or the adhesion promoter occurs, thus leading to sufficient surface wetting, but excessive energy input is avoided.
  • the parameters mentioned have led to a reliable connection of the discharge element with the base ring.
  • a device for producing a shaft grounding ring using a method of the type described above is proposed.
  • a shaft grounding ring can be produced using the method as described above. The device has a joining die into which the base ring can be inserted, a heating element for heating the surface of the base ring, and a pressure stamp over which the discharge element can be pressed onto the base ring.
  • Fig. 1 is a sectional view of a shaft grounding ring
  • Fig. 3a shows a front and a rear view of a shaft grounding ring according to a first embodiment
  • Fig. 3b shows a front and a rear view of a shaft grounding ring according to a second embodiment
  • Fig. 4 is a schematic view of the steps for manufacturing a shaft grounding ring
  • Fig. 5 is a schematic view of an apparatus for producing a shaft grounding ring
  • Fig. 6 is a schematic view according to Fig. 5 with a pressed-on pressure stamp.
  • the illustration in Fig. 5 first shows a device 6 with which shaft earthing rings 10 can be easily connected using a method as shown in the illustration in Fig. 4
  • the device 6 comprises a joining die 3, a pressure stamp 4, a heating element (not explicitly shown), and a laser (not shown).
  • step S3 an adhesion promoter in the form of a thin FEP film is then applied to the roughened surface 1.4, before, in step S4, a substantially annular conducting element 2 made of PTFE filled with electrically conductive particles is placed on the roughened surface 1.4 or on the adhesion promoter.
  • the conducting element 2 can also be seen, for example, in the illustration in Fig. 1.
  • step S5 the pressure stamp 4 is placed from above onto the discharge element 2 or onto the connecting area 2.1 of the discharge element 2 and pressed downwards onto the base ring 1 with a specific force.
  • the pressure stamp 4 has a cup-shaped geometry and an annular contact surface at the lower end, via which it can be placed onto the discharge element 2 or the connecting area 2.1 over as full a surface as possible.
  • step S6 the heating element is activated, which heats the roughened surface 1.4 of the base ring 1.
  • the surface boundary layer of the discharge element 2 facing the roughened surface 1.4 of the base ring 1 is also heated, which leads to a brief and locally limited liquefaction of the discharge element 2.
  • the adhesion promoter is also heated and liquefied.
  • the bonding agent connects with the discharge element 2 and flows into the previously created surface irregularities of the base ring 1.
  • the roughened surface 1.4 can be wetted as completely as possible by the adhesion promoter or the connecting area 2.1 of the discharge element 2, so that the surface irregularities are filled by the material of the adhesion promoter and/or the discharge element 2.
  • the roughened surface 1.4 of the base ring has undercuts that enable a positive connection with the discharge element 2 on a macroscopic level.
  • the surface 1.4 of the base ring 1 only needs to be heated briefly to connect it to the discharge element 2, because the adhesion promoter and the discharge element 2 melt comparatively quickly due to their chemical composition, and to create a reliable connection it is sufficient if only the uppermost boundary layer of the discharge element 2 is briefly melted.
  • step S7 once the connection has cooled sufficiently and thus solidified sufficiently, the pressure stamp 4 is moved upwards again, and the finished shaft grounding ring 10 can be ejected from the joining die 3.
  • FIG. 2 thus illustrates a possible installation situation of the shaft grounding ring 10 in a machine element 100, which comprises a shaft housing 102 and a shaft 101 rotatably mounted in the shaft housing 101.
  • the diverting element 2 contacts the shaft housing 102 which is fixed relative to the shaft 101.
  • the diverting element 2 has for contacting the shaft
  • the discharge element 2 is electrically conductive and is connected not only directly physically but also electrically to the shaft 101 and the shaft housing 102 via the two contact surfaces 2.2, 2.3, charges can flow directly from the shaft 101 to the shaft housing 102 via the discharge element 2.
  • the shaft housing 102 and the shaft 101 can be equalized via the discharge element 2.
  • the shaft housing 102 is grounded, so that the charges then flow from the shaft 101 via the discharge element 2 to the shaft housing 102.
  • This charge flow L is also illustrated in the illustration in Fig. 2 by a dashed line. Electrical potential equalization is unidirectional and thus also possible in the other direction.
  • the second contact surface 2.3 of the discharge element 2 in the area of the connection area 2.1, lies opposite the base ring 1 and ensures a surface contact with the shaft housing 102.
  • the other contact surface 2.1 in contrast, is not as extensive, but rather contacts the shaft 101 or the surface of the shaft 101 in a much more targeted manner, as can be seen from the illustration in Fig. 2. Therefore, the first contact surface 2.2 only ensures a linear contact. While this leads to a greater charge flux density, the linear contact also results in very little friction between the stationary shaft grounding ring 10 and the rotating shaft 101.
  • the discharge element 2 can also have a third contact surface, which is not shown in the illustrations. According to the illustration in Fig. 2, the diameter of the discharge element 2 could be somewhat larger for this purpose, so that the discharge element 2 could contact the horizontally extending region of the shaft housing 102 via a radially outer section. The discharge element 2 would then be electrically coupled to the shaft housing 102 at two different locations via the second contact surface 2.3 and the third contact surface.
  • FIG. 10 in a schematic plan view.
  • the left-hand images show the outside, i.e., the side with the second contact surface 2.3, which can be seen from the left in the illustration in Fig. 1.
  • the right-hand illustrations show the inner side, which also reveals the base ring 1 and the radial section 1.1.
  • the illustrations in Figs. 3a and 3b are somewhat simplified, and, for example, the geometric extension of the radial section 1.1 in the axial direction is not shown.
  • the first contact surface 2.2 thus rests circumferentially on the shaft 101.
  • the shaft grounding ring 10 or the discharge element 2 does not have a circumferentially continuous discharge lip 2.5, but rather the discharge lip 2.5 is segmented.
  • four discharge tabs 2.4 are provided that are evenly distributed around the circumference and project inwards in the radial direction starting from the connecting region 2.1. Due to this segmented design, the shaft 101 is not contacted along its entire circumference, but only approximately 50% in the illustrated embodiment.
  • the radial inner sides of the discharge tabs 2.4 are in contact with the shaft surface and thus each form a first contact surface 2.2, via which charges can be transferred between the discharge element 2 and the shaft 101.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wellenerdungsring (10), mit einem Grundring (1) und einem mit dem Grundring (1) verbundenen Ableitelement (2) zur Ableitung elektrischer Spannungen zwischen einer Welle (101) und einem Wellengehäuse (102), wobei das Ableitelement (2) eine erste Kontaktfläche (2.2) zur leitenden Kontaktierung der Welle (101) und eine zweite Kontaktfläche (2.3) zur leitenden Kontaktierung des Wellengehäuses (102) aufweist.

Description

Wellenerdungsring
Die Erfindung betrifft einen Wellenerdungsring, mit einem Grundring und einem mit dem Grundring verbundenen Ableitelement zur Ableitung elektrischer Spannungen zwischen einer Welle und einem Wellengehäuse.
Entsprechende Wellenerdungsringe werden in verschiedenen Bereichen derTechnik eingesetzt, um elektrische Spannungen zwischen einer Welle und einem gegenüber der Welle feststehenden Wellengehäuse gezielt abzuleiten. Ohne entsprechende Wellenerdungsringe könnte es zu einer Spannungsableitung bspw. im Bereich der Wellenlager oder auch im Bereich von Verzahnungen kommen, was gerade bei großen Potentialgefällen sogar zu Schmelzkratern und somit zu einer Beschädigung führen könnte.
Entsprechende Wellenerdungsringe weisen in der Regel einen Grundring und ein mit dem Grundring verbundenes Ableitelement auf. Das Ableitelement kontaktiert dabei in der Regel auf der einen Seite die drehende Welle und auf der anderen Seite den Grundring bzw. ein Gehäuse des Wellenerdungsrings, welches dann wiederum mit dem Wellengehäuse in Kontakt steht. In der Regel ist das Wellengehäuse dabei geerdet, so dass elektrische Ladungen von der Welle über das Ableitelement und den Grundring bzw. ein Gehäuse des Wellenerdungsrings zum Wellengehäuse geleitet werden können. Über den Wellenerdungsring kann somit ein Potentialausgleich zwischen der Welle und dem Wellengehäuse stattfinden. Ein solcher Wellenerdungsring ist beispielsweise in der DE 10 2022104417 A1 gezeigt.
Als nachteilig hat sich bei solchen bekannten Wellenerdungsringen jedoch herausgestellt, dass der elektrische Widerstand des Wellenerdungsrings insgesamt vergleichsweise hoch ist, was auch damit einhergeht, dass die Ladungen von dem Ableitelement über den Grundring bzw. ein Wellenerdungsringgehäuse und somit über mehrere Elemente fließen müssen. Gerade die Verbindungsstellen zwischen dem Ableitelement und dem Grundring bzw. dem Wellenerdungsringgehäuse können aufgrund des elektrischen Kontaktwiderstandes den elektrischen Widerstand des Wellenerdungsrings insgesamt erhöhen, was sich nachteilig auf das Ableitvermögen auswirken kann. Die mehreren Übergänge können zudem auch zu Fehlerquellen enthalten.
Die Erfindung stellt sich davon ausgehend die Aufgabe, einen Wellenerdungsring anzugeben, der sich durch eine zuverlässigere Ladungsableitung auszeichnet.
Diese Aufgabe wird bei einem Wellenerdungsring der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Ableitelement eine erste Kontaktfläche zur leitenden Kontaktierung der Welle und eine zweite Kontaktfläche zur leitenden Kontaktierung des Wellengehäuses aufweist.
Durch diese Ausgestaltung können die Ladungen zwischen der Welle und dem Wellengehäuse direkt über das Ableitelement übertragen werden und es ist nicht erforderlich, dass die Ladungen zudem auch noch über den Grundring bzw. ein Wellenerdungsringgehäuse fließen. Insgesamt kann somit der elektrische Widerstand des Wellenerdungsrings vergleichsweise gering sein und eine zuverlässige Ladungsübertragung sicherstellen. Die Ladungen können dabei zum Potentialausgleich sowohl von der Welle zum Wellengehäuse als auch vom Wellengehäuse zur Welle fließen, je nachdem, welches der beiden Elemente das höhere und welches das niedrige elektrische Potential aufweist. Der Wellenerdungsring erlaubt somit eine bidirektionale Ladungsübertragung. Weiterhin lässt sich ein entsprechender Wellenerdungsring vergleichsweise einfach herstellen, was nachfolgend im Hinblick auf das Herstellungsverfahren auch noch näher erläutert wird.
Dahingehend hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement über die Kontaktflächen in einem direkten, leitenden Kontakt mit der Welle und mit dem Wellengehäuse stehen kann. Das Ableitelement kann somit auf der einen Seite in einem direkten elektrischen Kontakt mit der Welle bzw. mit der Oberfläche der Welle stehen und auf der anderen Seite in einem direkten elektrischen Kontakt mit dem Wellengehäuse, insbesondere mit einer Innenseite des Wellengehäuses. Um einen solchen direkten leitenden Kontakt mit der Welle und mit dem Wellengehäuse zu erreichen, kann das Ableitelement sowohl die Welle als auch das Wellengehäuse über die jeweiligen Kontaktflächen physisch unmittelbar kontaktieren. Da die Ladungen insofern nicht über ein Wellenerdungsringgehäuse geleitet werden müssen, kann der Wellenerdungsring gehäusefrei ausgestaltet sein. Das heißt, es ist kein das Ableitelement umfangsseitig umgebendes Gehäuse vorgesehen. Denn ein solches könnte im montieren Zustand zwischen dem Ableitelement und dem Wellengehäuse angeordnet sein und somit eine direkte und unmittelbare elektrische Verbindung mit dem Wellengehäuse verhindern.
Im Hinblick auf die Kontaktierung der Welle und des Wellengehäuses hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement über die erste Kontaktfläche entlang einer Kontaktlinie mit der Welle in Kontakt stehen kann. Ferner kann das Ableitelement über die zweite Kontaktfläche flächig mit dem Wellengehäuse in Kontakt stehen. Die erste Kontaktfläche ist somit bevorzugt derart ausgestaltet, dass diese einen Linienkontakt mit der Welle ermöglicht und die zweite Kontaktfläche derart, dass diese einen flächigen Kontakt mit dem Wellengehäuse ermöglicht. Der Linienkontakt mit der Welle hat insbesondere Vorteile im Hinblick auf das von dem Ableitelement auf die Welle wirkende Reibmoment. Denn durch den Linienkontakt kann die Kontaktfläche minimiert werden, so dass insofern auch die einer Drehung der Welle entgegenwirkende Reibung geringgehalten wird. Da vorteilhaft zwischen dem Wellengehäuse und dem Ableitelement keine Relativbewegung stattfindet, kann an dieser Stelle auf eine großflächigere Kontaktierung zurückgegriffen werden. Der Ladungsfluss pro Flächeneinheit kann somit zwischen dem Ableitelement und dem Wellengehäuse geringer sein als zwischen der Welle und dem Ableitelement. Weiterhin kann das Ableitelement auch eine dritte Kontaktfläche aufweisen, bspw. um das Wellengehäuse an zwei verschiedenen Stellen zu kontaktieren. Die erste und die zweite Kontaktfläche können dabei derart angeordnet sein, dass verschiedene Seiten des Wellengehäuses kontaktiert, insbesondere flächig kontaktiert, werden. Die beiden Kontaktflächen können dabei in einem rechten Winkel zueinander angeordnet sein, so dass bspw. eine vertikal ausgerichtete Fläche des Wellengehäuses und eine horizontalausgerichtete Fläche des Wellengehäuses kontaktiert werden können. Insofern wird eine gewisse Redundanz geschaffen. Die zweite Kontaktfläche kann sich in radialer Richtung erstrecken und das Wellengehäuse in axialer Richtung kontaktieren und die dritte Kontaktfläche kann sich in axialer Richtung erstrecken und das Wellengehäuse in radialer Richtung kontaktieren. Vorteilhaft kann der Außendurchmesser des Ableitelements etwas größer sein als der Außendurchmesser des Grundrings, so dass sich das Ableitelement zur Realisierung der dritten Kontaktfläche außen am Wellengehäuse anlegen kann.
Im Hinblick auf die Verbindung zwischen dem Ableitelement und dem Grundring hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement auf mikroskopischer Ebene formschlüssig mit dem Grundring verbunden ist. Durch eine solche Verbindung kann ein zuverlässiger Halt des Ableitelements an dem Grundring sichergestellt werden. Auch bei größeren Kräften, wie diese bspw. bei der Montage des Wellenerdungsrings oder mitunter ggf. auch bei sehr hohen Drehzahlen der Welle auftreten können, kann ein zuverlässiger Halt sichergestellt werden. Zur Ermöglichung einer entsprechenden formschlüssigen Verbindung auf mikroskopischer Ebene kann die Oberfläche eine gewisse Rauigkeit aufweisen. Die Oberfläche kann dabei mikroskopische Hinterschnitte aufweisen, in die das Material des Ableitelements zur Realisierung einer formschlüssigen Verbindung eingreifen kann. Vorteilhafte Rauheitswerte werden nachfolgend noch näher erläutert. Das Ableitelement kann einen insbesondere ringförmigen Verbindungsbereich aufweisen, über den es mit dem Grundring verbunden sein kann. Die zweite Kontaktfläche kann am Verbindungsbereich angeordnet sein und die zweite Kontaktfläche und der Grundring bzw. der untenstehende, näher erläuterte Radialabschnitt des Grundrings können sich im Hinblick auf den Verbindungsbereich gegenüberliegen. Der Verbindungsabschnitt kann somit im montierten Zustand zwischen dem Grundring und dem Wellengehäuse angeordnet sein. Die Verbindung zwischen Ableitelement und Grundring kann auch im Hinblick auf die direkte Kontaktierung des Ableitelements und des Wellengehäuses wichtig sein. Denn bei bekannten Wellenerdungsringen kommen oftmals Klemmverbindungen zum Einsatz, bei denen das Ableitelement zwischen zwei Wellenerdungsringgehäuseabschnitten bzw. dem Grundring und dem Wellenerdungsgehäuse eingeklemmt ist. Aufgrund der direkten, formschlüssigen Anbindung an den Grundring, ist ein zweites Element zur Erzeugung einer Klemmwirkung nicht erforderlich. Weitere Vorteile der formschlüssigen Verbindung auf mikroskopischer Ebene werden auch nachfolgend im Hinblick auf das Herstellungsverfahren noch näher erläutert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ableitelement aus gefülltem PTFE besteht. PTFE zeichnet sich zunächst durch einen sehr geringen Reibungskoeffizienten aus. Durch die Verwendung von PTFE kann somit die Reibung zwischen dem Ableitelement und der Welle verringert werden. Neben PTFE ist aber auch der Einsatz anderer Materialien, insbesondere Kunststoffe, möglich. Dabei sollte der Reibungskoeffizient zwischen dem Ableitelement und der Welle geringgehalten werden. Da PTFE sowie auch andere mögliche Materialien nicht leitfähig sind, können diese Materialien gefüllt sein. Gefüllt bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Leitfähigkeit des Ableitelements durch das Einbringen von leitfähigen Materialien verbessert wird. Zum Einsatz kommen können dabei verschiedene leitfähige Partikel. In der Praxis hat sich Graphit bewährt, zumal Graphit neben einer hohen Leitfähigkeit in der Regel auch niedrige Reibungskoeffizienten aufweist. Beispielsweise kann für das Ableitelement auch FEP, insbesondere gefülltes FEP, verwendet werden. Durch die Verwendung von FEP kann auch auf den Einsatz einer zusätzlichen FEP-Folie, die untenstehend noch näher thematisiert wird, verzichtet werden. Auch im Hinblick auf die unmittelbare Kontaktierung des Wellengehäuses hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement aus Kunststoff, insbesondere aus PTFE, besteht. Denn da das Wellengehäuse in der Regel aus Metall besteht und das Ableitelement somit deutlich weicher ist, kann der elektrische Kontaktwiderstand zwischen dem Ableitelement und dem Wellengehäuse vergleichsweise gering sein. Dieser geringere Widerstand wird gerade bei einem Vergleich einer Metall-Kunststoff-Kontak- tierung zu einer Metall-Metall-Kontaktierung deutlich. Eine entsprechende Metall-Metall-Kontak- tierung kommt in der Regel bei bekannten Wellenerdungsringen zum Einsatz, bei welchen nicht das Ableitelement das Wellengehäuse direkt, sondern bei welchem die Ladungen zudem noch durch ein in der Regel metallisches Wellenerdungsringgehäuse oder einen Grundring fließen müssen.
Das Ableitelement kann insgesamt von ringförmiger Geometrie sein und sich umfangsseitig um die Welle herumerstrecken. Die Welle kann sich insbesondere mittig durch das Ableitelement hindurcherstrecken, wofür das Ableitelement eine insbesondere kreisförmige Ausnehmung aufweist. Das Ableitelement kann rotationssymmetrisch ausgestaltet sein und die Drehachse der Welle kann mit der Symmetrieachse des Ableitelements zusammenfallen. Um die Reibung zwischen dem Ableitelement und der Welle noch weiter zu reduzieren, hat es sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement als segmentierter Ableitring ausgestaltet ist. Durch die Segmentierung muss das Ableitelement nicht um den kompletten Umfang der Welle mit dieser in Kontakt stehen, sondern es kann bereits genügen, wenn das Ableitelement die Welle im Hinblick auf ihren Umfang nur abschnittsweise kontaktiert. Alternativ kann das Ableitelement allerdings auch als nicht segmentierter Ableitring ausgestaltet sein. Bei dieser Ausgestaltung kann der Ableitring umfangsseitig an der Welle anl legen. Diese Ausgestaltung sorgt zwar für sehr zuverlässige Kontaktierung, allerdings entstehen durch die lange Kontaktlinie entlang des gesamten Wellenumfangs auch vergleichsweise große Reibverluste. Vorteilhaft beträgt der Kontaktanteil des segmentierten Ableitelements im Verhältnis zu einem nicht segmentierten Ableitelement weniger als 80 %, bevorzugt weniger als 60 %, besonders bevorzugt weniger als 40 %. Das bedeutet, dass die Länge der Kontaktlinie zwischen dem segmentierten Ableitelement und der Welle im Vergleich zu der umfangsseitig geschlossenen Kontaktlinie eines nicht segmentierten Ableitelements um diesen Faktor geringer ist.
Zur Reduzierung der Reibverluste hat es sich insofern als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement mindestens drei, vorzugsweise vier, Ableitlaschen zur Kontaktierung der Welle aufweist.
Die Ableitlaschen können dabei jeweils die bzw. eine erste Kontaktfläche aufweisen und über diese mit der Welle in elektrischem Kontakt stehen. Die Kontaktflächen können zur Kontaktierung der Welle an den radialen Innenseiten der Ableitlaschen angeordnet sein. Die Ableitlaschen können insofern als in radialer Richtung nach innen vorspringende Vorsprünge ausgestaltet sein, die die Welle bzw. Wellenoberfläche jeweils endseitig berühren. Am gegenüberliegenden Ende können die Ableitlaschen zur Bildung des Ableitelements über einen insbesondere ringförmigen Verbindungsbereich miteinander verbunden sein. Drei Ableitlaschen haben sich in der Praxis als Minimum herausgestellt, um eine zuverlässige Kontaktierung der Welle zu erreichen. Es kann aufgrund von Fertigungsoder Montagetoleranzen dazu kommen, dass die Welle nicht ganz rund läuft, sondern in gewissem Umfang in radialer Richtung schwingt. Diese Schwingungen können den elektrischen Kontakt zwischen der Welle und dem Ableitelement negativ beeinflussen. Bei drei Ableitlaschen kann sichergestellt werden, dass zu jederzeit zumindest eine der Ableitlaschen mit der Welle in Kontakt steht und es somit nicht zu einer Ladungsansammlung kommen kann. Es können aber auch vier oder mehr Ableitlaschen vorgesehen sein. Dadurch lässt sich die Gefahr, dass der elektrische Kontakt zwischen der Welle und dem Wellengehäuse, gerade wenn die Welle nicht exakt gewuchtet ist und insofern unrund läuft, für eine kurze Zeit unterbrochen wird, noch weiter verringern. Die Ableitlaschen können umfangsseitig gleichmäßig verteilt angeordnet sein. Durch die Ableitlaschen kann ein Medienfluss von der einen Seite zu der anderen Seite des Wellenerdungsrings stattfinden, also in axialer Richtung entlang der Oberfläche der Welle. Auch wenn der Ableitring jedoch geschlossen ist und die Ableitlippe somit geschlossen umfangsseitig an der Welle anliegt, kann ein axialer Medienfluss gleichwohl gegeben sein. Der Wellenerdungsring kann somit nicht als Wellendichtungsring fungieren. Zur Gewährleistung einer zuverlässigen Kontaktierung der Welle hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Ableitelement gegenüber der Welle bzw. der Wellenoberfläche in radialer Richtung vorgespannt ist. Das Ableitelement bzw. die Ableitlaschen können insofern in radialer Richtung mit einer gewissen Kraft auf die Wellenoberfläche aufgedrückt werden, was zwar die Reibung vergrößert, allerdings einen zuverlässigen elektrischen Kontakt sicherstellt. Der entsprechende, in radialer Richtung innenliegende Bereich des Ableitelements, kann als Ableitlippe ausgestaltet sein. Diese Ableitlippe kann aufgrund der Materialeigenspannung bei einer gewissen elastischen Verformung in radialer Richtung auf die Oberfläche der Welle gedrückt werden.
Im Hinblick auf die Ausgestaltung des Grundrings hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn dieser einen Axialabschnitt und einen Radialabschnitt aufweist. Der Axialabschnitt kann sich im Wesentlichen parallel zur Welle erstrecken und der Radialabschnitt senkrecht dazu. Die beiden Abschnitte können sich im Hinblick auf die Symmetrieachse des Wellenerdungsrings entsprechend erstrecken. Der Grundring kann insofern eine im Wesentlichen L-förmige Querschnittsgeometrie aufweisen. Über den Axialabschnitt kann der Wellenerdungsring an dem Wellengehäuse anliegen. Der Wellenerdungsring kann dadurch insgesamt unbeweglich gegenüber dem Wellengehäuse angeordnet sein und bspw. in diesem festgeklemmt sein. Der Radialabschnitt kann dabei vorteilhaft nicht mit dem Wellengehäuse in Kontakt stehen. Vielmehr kann das Ableitelement auf der Oberfläche des Radialabschnitts angeordnet sein, so dass der Radialabschnitt in erster Linie zur Befestigung des Ableitelements dient. Das Ableitelement kann dabei auf der Oberfläche des Radialabschnitts angeordnet sein, der dem Axialabschnitt gegenüberliegt. Insgesamt kann sich somit das Ableitelement im Wesentlichen in radialer Richtung erstrecken. Durch diese Ausgestaltung kann das Ableitelement das Wellengehäuse, insbesondere einen sich im Wesentlichen in radialer Richtung erstreckenden Abschnitt des Wellengehäuses, kontaktieren. Bei der entsprechenden Oberfläche, mit der das Ableitelement verbunden ist, kann es sich im Hinblick auf die geometrische Ausgestaltung des Wellenerdungsrings somit um die Außenseite des Grundrings handeln. Durch diese Anordnung auf der Außenseite kann das Ableitelement direkt mit dem Wellengehäuse in Kontakt kommen.
Im Hinblick auf das Material des Wellenerdungsrings hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Grundring aus Metall, insbesondere aus Stahl oder einer Aluminiumlegierung, besteht. Der Grundring kann somit für eine ausreichende Stabilität des Wellenerdungsrings sorgen. Aufgrund der Leitfähigkeit des Materials des Grundrings lässt sich dessen Oberfläche auf einfache Weise erhitzen, was für das nachfolgend noch näher beschriebene Verfahren zur Verbindung des Ableitelements mit dem Grundring wichtig ist.
Im Hinblick auf die eingangs genannte Aufgabe wird ferner ein Maschinenelement mit einer drehbaren Welle, einem gegenüber der Welle feststehenden Wellengehäuse und einem Wellenerdungsring zur Ableitung von Spannungen zwischen der Welle und dem Wellengehäuse vorgeschlagen, wobei der Wellenerdungsring in der vorstehend beschriebenen Weise ausgestaltet ist. Es ergeben sich die vorstehend bereits beschriebenen vorteilhaften Wirkungen. Das Maschinengehäuse kann geerdet sein und über den Wellenerdungsring bzw. das Ableitelement können Ladungen von der Welle über das Wellengehäuse abgeleitet werden. Das Ableitelement ist dabei sowohl mit der Welle als auch mit dem Maschinengehäuse unmittelbar verbunden, so dass die Ladungen ohne Umwege über das Ableitelement von der Welle direkt in das Wellengehäuse oder in umgekehrter Richtung fließen können. Der Axialabschnitt des Grundrings kann mit dem Wellengehäuse in Verbindung stehen und der Wellenerdungsring kann unbeweglich im Wellengehäuse aufgenommen sein. Bei dem Maschinenelement kann es sich bspw. um einen Teil eines Motors, insbesondere eines Elektromotors, handeln.
Im Hinblick auf die eingangs genannte Aufgabe wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenerdungsrings vorgeschlagen. Der Wellenerdungsring kann dabei in der vorstehend beschriebenen Art und Weise ausgestaltet sein. Zur Herstellung des Wellenerdungsrings ist vorgesehen, dass zunächst der Grundring bereitgestellt wird, dessen Oberfläche zumindest abschnittsweise aufgeraut wird, bevor das Ableitelement auf der aufgerauten Oberfläche platziert wird. Im Anschluss wird der Grundring erwärmt und das Ableitelement wird gleichzeitig auf die aufgeraute Oberfläche aufgepresst, um das Ableitelement mit dem Grundring zu verbinden.
Durch das Aufrauen der Oberfläche des Grundrings kann die effektive Oberfläche vergrößert werden, so dass insgesamt ein besserer Kontakt zwischen dem Grundring und dem Ableitelement entsteht. Gegenüber einer glatten Oberfläche kann somit die Haftung des Ableitelements an dem Grundring verbessert werden. Durch das zusätzliche Erwärmen des Grundrings kommt es bei einem Aufpressen des Ableitelements auf den Grundring dazu, dass die mit dem Grundring in Kontakt stehende Oberfläche des Ableitelements verflüssigt wird bzw. zumindest fließfähiger wird. Durch die verbesserten Fließeigenschaften und die damit einhergehende geringere Viskosität kann die aufgeraute Oberfläche des Grund rings besser von dem Ableitelement benetzt werden. Im Zusammenspiel mit der Druckkraft, mit der das Ableitelement auf die aufgeraute Oberfläche presst wird, kann somit sichergestellt werden, dass der Kunststoff die gesamte aufgeraute Oberfläche vollflächig benetzt. Wenn der Grundring mit dem aufgepressten Ableitelement abgekühlt wird, sind die beiden Komponenten fest und untrennbar miteinander verbunden.
Im Hinblick auf das Verfahren hat es sich weiterhin als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Oberfläche mittels Laserstrukturieren aufgeraut wird. Eine Aufrauung der Oberfläche durch Laserstrukturieren, insbesondere durch Laser-Remote-Strukturieren, hat zunächst hinsichtlich der Automatisierbarkeit Vorteile. Denn eine Oberflächenaufrauung mittels Laser lässt sich vergleichsweise einfach automatisieren und in einem Arbeitsgang vor der Platzierung des Ableitelements und dem Verpres- sen durchführen, ohne dass dafür der Grundring bewegt werden müsste. Eine Durchführung in verschiedenen Maschinen bzw. Stationen und eine Aufrauhung des Grundrings vorab ist jedoch auch möglich. Um das Laserstrukturieren durchzuführen, kann ein Laserrobotervorgesehen sein, der die aufzurauende Oberfläche mit einem Laserstrahl abfährt und zur Erzeugung einer bestimmten Rauigkeit Material abträgt. Weiterhin zeichnet sich die Aufrauung mittels Laserstrukturieren durch ein vorab vergleichsweise genau definierbares Oberflächenprofil aus. Das heißt, die Rauigkeit der Oberfläche kann sehr genau eingestellt und auf das Material des Ableitelements sowie auch die Temperatur, auf die der Grundring aufgeheizt wird, und den Druck, mit welchem das Ableitelement auf den Grundring aufgepresst wird, angepasst werden. Die Parameter sind dabei vorzugsweise so gewählt, dass sich ein möglichst guter Halt des Ableitelements auf dem Grundring ergibt. Ferner ist es in der Regel nicht erforderlich, eine durch Laserstrukturierung aufgeraute Oberfläche vor dem nächsten Bearbeitungsschritt zu reinigen. Die Wellenlänge des Lasers kann an das Material des Grundrings angepasst sein, so dass eine gute Absorption der aufgebrachten Laserstrahlung sichergestellt wird. Alternativ zu einer Laserstrukturierung kann jedoch auch vorgesehen sein, die Oberfläche mittels eines anderen Verfahrens aufzurauen. In Frage können dafür bspw. chemische Verfahren kommen, wie das Ätzen oder Beizen, oder auch abrasive Verfahren, wie das Sand- oder Kugelstrahlen.
Vorteilhaft ist es, wenn die Oberfläche nach dem Aufrauen Hinterschneidungen aufweist, so dass es zu einer Verzahnung des Ableitelements bzw. des nachfolgend noch näher erläuterten Haftvermittlers kommt. Aufgrund dieser Hinterschneidungen kann das Ableitelement auf mikroskopischer Ebene formschlüssig mit dem Grundring verbunden sein. Die geometrische Ausgestaltung der Hinterschneidungen lässt sich insbesondere im Rahmen einer Laserstrukturierung der Oberfläche erzielen und einstellen.
Um einen zuverlässigen Halt zu gewährleisten, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Oberfläche auf eine mittlere Rauigkeit von 70 bis 220 um, bevorzugt von 100 bis 200 um, insbesondere von 120 bis 180 um aufgeraut wird. Um eine zuverlässige Haftung der beiden Komponenten aneinander zu gewährleisten, darf die Rauigkeit der Oberfläche zunächst nicht zu gering sein, da sonst keine ausreichende Verbindungsfläche zur Verfügung steht. Weiterhin darf die Rauigkeit allerdings auch nicht zu groß sein, da sonst trotz der Erwärmung und des Aufpressens des Ableitelements die Oberfläche nicht ausreichend benetzt werden kann und das Material des Ableitelements aufgrund einer zu feinen Oberflächenstruktur nicht tief genug in die Oberflächenstruktur des Grundrings eindringen kann. Insofern kann es sowohl bei einer zu kleinen als auch bei einer zu großen Oberflächenrauigkeit zu einer schlechten Haftung des Ableitelements kommen, und dieser könnte im späteren Einsatz von dem Grundring abgeschert werden. Die genannten Rauigkeiten haben sich insofern in der Praxis als besonders praktikabel für einen zuverlässigen Halt herausgestellt.
Um die Haftung noch weiter zu verbessern, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn auf die aufgeraute Oberfläche ein Haftvermittler aufgebracht wird. Der Haftvermittler kann vor dem Platzieren des Ableitelements auf die aufgeraute Oberfläche aufgebracht werden und somit im Grunde zwischen dem Ableitelement und dem Grundring angeordnet sein. Der Haftvermittler kann sich durch eine bessere Benetzung der aufgerauten Oberfläche des Grundrings auszeichnen als die direkte Benetzung der Oberfläche mit dem Material des Ableitelements. Zudem kann der Schmelzpunkt bzw. die Glasübergangstemperatur des Haftvermittlers geringer sein als der Schmelzpunkt bzw. die Glasübergangstemperatur des Materials des Ableitelements. Auch kann der Haftvermittler chemisch mit dem Material des Ableitelements kompatibel sein, so dass sich der Haftvermittler bzw. die Polymerketten des Haftvermittlers mit dem Ableitelement bzw. mit den Polymerketten des Ableitelements untrennbar verbunden sein können. Bei dem Haftvermittler kann es sich um eine FEP-Schicht, insbesondere eine FEP-Folie handeln. Um ihre positive Haftwirkung zu entfalten, können schon sehr dünne FEP-Folien bspw. im Bereich von 100 um ausreichen. Weiterhin kann der Haftvermittler aber auch auf die aufgeraute Oberfläche aufgespritzt werden. In beiden Fällen ist es nicht unbedingt erforderlich, den Grundring zu bewegen, so dass das Aufbringen des Haftvermittlers auf einfache Weise in den Herstellungsprozess integriert werden kann.
Um zu verhindern, dass der Grundring sich in unbeabsichtigter weise bewegt, insbesondere beim Aufpressen des Ableitelements, hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Grundring in eine Fügematritze eingelegt wird. Der Grund ring kann vor der Aufrauung der Oberfläche in die Fügematritze eingelegt werden und somit in dieser gegen ein Verrutschen gesichert sein. Das Ableitelement kann über einen Druckstempel auf den Grundring aufgepresst werden. Der Druckstempel kann dafür in vertikaler Richtung bewegt werden und von oben auf das auf der Oberfläche platzierte Ableitelement aufgedrückt werden. In der Praxis konnte mit Drücken im Bereich von 200 N bis 2000 N eine gute Haftung des Ableitelements an dem Grundring erzielt werden.
Zur Erhitzung des Grundrings hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die aufgeraute Oberfläche des Grundrings induktiv erwärmt wird. Durch eine induktive Erwärmung der Oberfläche kann sehr gezielt lediglich die Oberfläche des Grundrings und somit die Fläche, die mit dem Ableitelement in Kontakt steht, erwärmt werden. Die übrigen Abschnitte des Grundrings können nicht aktiv erwärmt werden, da eine Erwärmung dieser Abschnitte nicht zu einer Verbesserung der Haftwirkung führen würde. Vielmehr würde eine Erhitzung des gesamten Grundrings nicht nur einen deutlich größeren Energieeinsatz erfordern, sondern die einzubringende Wärmemenge und die Oberflächentemperatur, die für die Haftung des Ableitelements maßgeblich ist, könnten nicht so genau eingestellt werden. Vorteilhaft wird somit lediglich die aufgeraute Oberfläche des Grundrings erwärmt, und der übrige Grundring wird nicht aktiv erhitzt und erwärmt sich somit auch nur in geringem Umfang. Durch die induktive Erhitzung kann die eingebrachte Wärmemenge genau gesteuert und dosiertwerden. Entsprechend kommt es auch zu einem sehr genau definierten Wärmeeintrag und somit zu einer genau definierten Erhitzung des Ableitelements bzw. des Haftvermittlers über den
Grundring. Eine thermische Zersetzung aufgrund eines zu großen Wärmeeintrags oder eine unbeabsichtigte Gefügeveränderung des Ableitelements kann zuverlässig verhindert werden. Da lediglich die Oberfläche des Grundrings erhitzt wird, kühlt dieser nach der Erhitzung sehr schnell wieder ab, so dass nach dem Heizvorgang die überschüssige Wärme aus dem Ableitelement bzw. dem Haftvermittler zurück in den Grundring fließen kann. Zur Erwärmung kann ein Heizwerkzeug vorgesehen sein, welches in die Fügematrize integriert sein kann. Das Heizwerkzeug kann die Oberfläche des Grundrings mittels Wirbelströmen erhitzen, so dass das Ableitelement an der Grenzschicht schmilzt und die Oberfläche des Grundrings benetzen kann. Auch andere Formen zur Erwärmung des Grundrings bzw. der Grundringoberfläche sind denkbar.
Im Hinblick auf den Erhitzungsvorgang hatte sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die aufgeraute Oberfläche des Grundrings zwischen 3 und 20 Sekunden, bevorzugt zwischen 5 und 16 Sekunden, weiter bevorzugt zwischen 8 und 14 Sekunden und insbesondere zwischen 10 und 12 Sekunden auf 200 bis 400 Grad, bevorzugt auf 250 bis 350 Grad, insbesondere auf 280 bis 320 Grad Celsius erhitztwird. So wie dies vorstehend schon angedeutet wurde, könnte es bei einer zu langen und einer zu starken Erhitzung zu ungewollten Gefügeveränderungen kommen, die sich letztendlich negativ auf die elektrische Leitfähigkeit des Ableitelements und auch auf die Lebensdauer des Wellenerdungsrings insgesamt auswirken könnten. Vorteilhaft werden die Erhitzungsdauer und die Oberflächentemperatur so eingestellt, dass es zu einer ausreichenden Verflüssigung bzw. Viskositätsverringerung des Ableitelements bzw. des Haftvermittlers und damit zu einer ausreichenden Oberflächenbenetzung kommt, ein darüberhinausgehender Energieeintrag aber vermieden wird. Die genannten Parameter haben in der Praxis zu einer zuverlässigen Verbindung des Ableitelements mit dem Grundring geführt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Ableitelement beim Abkühlen des Grundrings weiterhin auf den Grundring aufgepresst wird. Der Aufpressvorgang dauert somit in vorteilhafter Weise länger als der Erhitzungsvorgang. Die beiden Vorgänge können dabei weitestgehend simultan ablaufen. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Oberfläche des Grundrings zunächst erhitzt wird und dann erst zu einem etwas späteren Zeitpunkt die Druckkraft auf das Ableitelement aufgebracht wird, bspw. wenn sich die Grenzschicht bereits teilweise verflüssigt hat. Durch das Aufpressen kann der thermische Kontaktwiderstand zwischen der Oberfläche des Grundrings und dem Ableitelement verringert werden, was bei der Abfolge der Vorgänge sowie auch bei der Erhitzungsdauer und der Oberflächentemperatur des Grundrings berücksichtigt werden kann. Durch das längere Aufpressen können sich die Komponenten im verpressten Zustand abkühlen. Die Druckkraft kann dann erst entfernt werden, wenn sich eine zuverlässige Stabilität der Verbindung zwischen dem Ableitelement und dem Grundring eingestellt hat. Wenn der Abkühlprozess abgeschlossen und eine gewünschte Endtemperatur erreicht ist, kann der fertige Wellenerdungsring aus der Fügematritze ausgeworfen werden. Vorteilhaft kann der gesamte Fertigungsprozess somit nur etwa 40 Sekunden pro Wellenerdungsring dauern. Weiterhin wird im Hinblick auf die vorstehend genannte Aufgabe eine Vorrichtung zur Herstellung eines Wellenerdungsrings mit einem Verfahren der vorstehend beschriebenen Art vorgeschlagen. Vorteilhaft lässt sich mit dem Verfahren ein Wellenerdungsring herstellen, so wie dieser vorstehen beschrieben wurde. Die Vorrichtung weist eine Fügematritze auf, in die der Grundring eingelegt werden kann, ein Heizelement zur Erwärmung der Oberfläche des Grundrings und einen Druckstempel, überweichen das Ableitelement auf den Grundring aufgepresst werden kann. Das Heizelement kann als induktives Heizelement ausgestaltet sein und dieses kann in die Fügematritze integriert sein. Der Druckstempel kann von topfförmiger Geometrie sein und eine kreisförmige Druckfläche aufweisen, mit welcher er das ebenfalls ringförmige Ableitelement auf den Grundring aufpressen kann. Ferner kann die Vorrichtung auch einen Laser, insbesondere einen in mindestens zwei Achsen bewegbaren Laser, aufweisen, überweichen die Oberfläche des Grundrings aufgeraut werden kann, so wie dies vorstehend beschrieben wurde. Durch den Laser kann somit die Oberflächenbearbeitung direkt in der Fügematritze durchgeführt werden, was den Herstellungsprozess insgesamt deutlich vereinfacht.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Darin zeigen:
Fig. 1 eine geschnittene Schnittansicht eines Wellenerdungsrings;
Fig. 2 eine geschnittene Schnittansicht eines eingebauten Wellenerdungsrings gemäß Fig.
1;
Fig. 3a eine Vorder- und eine Rückansicht eines Wellenerdungsrings gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
Fig. 3b eine Vorder- und eine Rückansicht eines Wellenerdungsrings gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
Fig. 4 eine schematische Ansicht der Schritte zur Herstellung eines Wellenerdungsrings;
Fig. 5 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zur Herstellung eines Wellenerdungsrings;
Fig. 6 eine schematische Ansicht gemäß Fig. 5 mit einem aufgepressten Druckstempel.
Die Darstellung der Fig. 5 zeigt zunächst eine Vorrichtung 6, mit welcher sich Wellenerdungsringe 10 auf einfache Art und Weise mit einem Verfahren, so wie dies in der Darstellung der Fig. 4 verdeutlicht ist, herstellen lassen. Die Vorrichtung 6 weist dabei eine Fügematritze 3, einen Druckstempel 4 und ein nicht explizit mit dargestelltes Heizelement sowie einen nicht dargestellten Laser auf.
Gemäß dem Verfahrensschritt S1 wird in einem ersten Schritt zunächst einmal ein Grundring 1 bereitgestellt und in der Fügematritze 3 platziert. Der Grundring 1 weist eine L-förmige Geometrie auf, sowie dies bspw. anhand der Darstellung der Fig. 1 zu erkennen ist, und dieser besteht im Wesentlichen aus zwei Abschnitten, nämlich einem Radialabschnitt 1.1, der sich parallel zur Fügematritze 3 erstreckt, und einem den Radialabschnitt 1.1 umfangsseitig einfassenden Axialabschnitt 1.2, der senkrecht gegenüber dem Radialabschnitt 1.1 und somit auch gegenüber der Oberfläche der Fügematritze 3 angeordnet ist. Nachdem der Grundring 1 nun in der Fügematritze platziert und fixiert wurde, so dass sich dieser nicht mehr bewegen kann, wird die nach oben zeigende Oberfläche 1.4 des Radialabschnitts 1.1 im Schritt S2 über einen Laser aufgeraut. Die Darstellungen der Fig. 5 und 6 zeigen, wie der Axialabschnitt 1.2 des Grundrings 1 nach oben steht. So wie dies nachfolgend im Hinblick auf die Verbindung des Grundrings 1 mit dem Ableitelement 2 auch anhand der Darstellungen der Fig. 1 und 2 noch näher erläutert wird, ist es allerdings vorteilhaft, wenn der Axialabschnitt 1.2 nach unten zeigt und der Grundring 1 insofern um 180 Grad gedreht in die Fügematritze 3 eingelegt wird. Die Fügematritze 3 kann dafür bspw. eine Nut aufweisen und der Axialabschnitt 1.2 kann in dieser Nut angeordnet sein. Somit kann dann über den Laser die dem Axialabschnitt 1.2 gegenüberliegende Seite des Grundrings 1, die insofern im Grunde der Außenseite des Grundrings 1 bzw. des Wellenerdungsrings 10 entspricht, aufgeraut werden. Der Laser rastert dabei die Oberfläche 1.4 vollautomatisch ab, so dass die Oberfläche 1.4 am Ende dieses Aufrauungsprozesses eine vordefinierte Rauigkeit aufweist. Im Schritt S3 wird dann zunächst ein Haftvermittler auf die aufgeraute Oberfläche 1.4 in Form einer dünnen FEP-Folie aufgebracht, bevor im Schritt S4 ein im Wesentlichen ringförmiges Ableitelement 2 aus mit elektrisch leitfähigen Partikeln gefülltem PTFE auf der aufgerauten Oberfläche 1.4 bzw. auf dem Haftvermittler platziert wird. Das Ableitelement 2 ist bspw. auch anhand der Darstellung der Fig. 1 zu erkennen.
Im nächsten Schritt S5 wird der Druckstempel 4 von oben auf das Ableitelement 2 bzw. auf dem Verbindungsbereich 2.1 des Ableitelements 2 aufgesetzt und mit einer bestimmten Kraft nach unten auf den Grundring 1 aufgepresst. So wie dies bspw. anhand der Darstellung der Fig. 6 zu erkennen ist, weist der Druckstempel 4 eine topfförmige Geometrie und am unteren Ende eine ringförmige Kontaktfläche auf, über die er möglichst vollflächig auf das Ableitelement 2 bzw. den Verbindungsbereich 2.1 aufgesetzt werden kann. Gleichzeitig wird im Schritt S6 das Heizelement aktiviert, welches die aufgeraute Oberfläche 1.4 des Grundrings 1 erhitzt. Durch den Kontakt des Grundrings 1 mit dem Ableitelement 2 wird die der aufgerauten Oberfläche 1.4 des Grundrings 1 zugewandte Oberflächengrenzschicht des Ableitelements 2 ebenfalls erwärmt, was zu einer kurzzeitigen und lokal begrenzten Verflüssigung des Ableitelements 2 führt. Gleichzeitig wird auch der Haftvermittler erhitzt und verflüssigt. Der Haftvermittler verbindet sich dabei mit dem Ableitelement 2 und er fließt in die zuvor erzeugten Oberflächenunebenheiten des Grundrings 1. Durch das gleichzeitige Heizen und Verpressen kann die aufgeraute Oberfläche 1.4 von dem Haftvermittler bzw. dem Verbindungsbereich 2.1 des Ableitelements 2 möglichst vollflächig benetzt werden, so dass die Oberflächenunebenheiten durch das Material des Haftvermittlers und/oder des Ableitelements 2 aufgefüllt werden. Die aufgeraute Oberfläche 1.4 des Grundrings weist nach der Aufrauhung Hinterschnitte auf, die eine auf makroskopischer Ebene formschlüssige Verbindung mit dem Ableitelement 2 ermöglichen.
Die Oberfläche 1.4 des Grundrings 1 muss zur Verbindung mit dem Ableitelement 2 nur kurzzeitig erwärmt werden, denn der Haftvermittler und das Ableitelement 2 schmelzen aufgrund deren chemischer Zusammensetzung vergleichsweise schnell, und zur Erzeugung einer zuverlässigen Verbindung genügt es, wenn lediglich die oberste Grenzschicht des Ableitelements 2 kurz angeschmolzen wird.
Sobald von dem Heizelement 5 keine Heizleistung mehr aufgebracht wird, kühlen sich sowohl die Oberfläche 1.4 des Grundrings 1 als auch die Oberfläche des Ableitelements 2 schnell wieder ab. Das in die Unebenheiten der aufgerauten Oberfläche 1.4 des Grundrings 2 eingeflossene Material des Ableitelements 2 bzw. des Haftvermittlers erhärtet dabei, so dass das Ableitelement 2 dann fest mit dem Grund ring 2 verbunden ist. Eine Lösung des Ableitelements 2 von dem Grund ring 1 ist dann nur noch unter einem sehr hohen Krafteinsatz möglich. Im Schritt S7, wenn die Verbindung ausreichend ausgekühlt und sich somit ausreichend verfestigt hat, wird der Druckstempel 4 wieder nach oben gefahren und der fertige Wellenerdungsring 10 kann aus der Fügematritze 3 ausgeworfen werden.
Die Darstellung der Fig. 1 zeigt den Wellenerdungsring 10 in einer geschnittenen Querschnittsansicht. Dabei ist nur der obere Teil des geschnittenen Rings zu erkennen. Der im Wesentlichen L-för- mige Grundring 1 ist auf der Außenseite des Radialabschnitts 1.1 in der vorstehend beschriebenen Weise mit dem Ableitelement 2 fest verbunden. Die formschlüssige Verbindung, bei der das Material des Ableitelements 2 in der äußeren Grenzschicht in die aufgeraute Oberfläche 1.4 des Grundrings 1 fließt, ist durch gestrichelte Linien verdeutlicht. Unterhalb des mit dem Grundring 1 in Verbindung stehenden Verbindungsbereichs 2.1 weist das Ableitelement 2 eine Ableitlippe 2.5 auf, die gegenüber dem Verbindungsbereich 2.1 leicht abgewinkelt ist. Durch diese Abwinkelung kann aufgrund der Materialeigenspannung des Ableitelements 2 eine in radialer Richtung wirkende Anpresskraft auf die in der Darstellung der Fig. 2 dargestellte Welle 101 wirken, so dass das Ableitelement 2 in zuverlässigem Kontakt mit der Welle 101 steht. Die Darstellung der Fig. 2 verdeutlicht insofern eine mögliche Einbausituation des Wellenerdungsrings 10 in einem Maschinenelement 100, welches ein Wellengehäuse 102 und eine in dem Wellengehäuse 101 drehbar gelagerte Welle 101 umfasst. An dem der Welle 101 gegenüberliegenden Ende kontaktiert das Ableitelement 2 das gegenüber der Welle 101 feststehende Wellengehäuse 102. Das Ableitelement 2 weist zur Kontaktierung der Welle
101 eine erste Kontaktfläche 2.2 und zur Kontaktierung des Wellengehäuses 102 eine zweite Kontaktfläche 2.3 auf. Da das Ableitelement 2 elektrisch leitfähig ist und über die beiden Kontaktflächen 2.2, 2.3 nicht nur unmittelbar körperlich, sondern auch elektrisch mit der Welle 101 und mit dem Wellengehäuse 102 verbunden ist, können über das Ableitelement 2 Ladungen von der Welle 101 auf direkten Weg zum Wellengehäuse 102 fließen. Eine Potentialdifferenz zwischen dem Wellengehäuse
102 und der Welle 101 kann über das Ableitelement 2 ausgeglichen werden. In der Regel ist das Wellengehäuse 102 geerdet, so dass die Ladungen dann von der Welle 101 über das Ableitelement 2 zum Wellengehäuse 102 fließen. Dieser Ladungsfluss L ist auch in der Darstellung der Fig. 2 über eine gestrichelte Linie verdeutlicht. Ein elektrischer Potentialausgleich ist dabei unidirektional und somit auch in die andere Richtung möglich.
Die zweite Kontaktfläche 2.3 des Ableitelements 2 im Bereich des Verbindungsbereichs 2.1 liegt dem Grundring 1 gegenüber und diese sorgt für eine flächige Kontaktierung des Wellengehäuse 102. Die andere Kontaktfläche 2.1 liegt hingegen nicht so großflächig, sondern deutlich punktueller an der Welle 101 bzw. an der Oberfläche der Welle 101 an, was anhand der Darstellung der Fig. 2 ersichtlich wird. Insofern sorgt die erste Kontaktfläche 2.2 nur für einen Linienkontakt. Dies führt dann auf der einen zwar zu einer größeren Ladungsflussdichte, jedoch entsteht aufgrund der linienartigen Kontaktierung auch nur sehr wenig Reibung zwischen dem feststehenden Wellenerdungsring 10 und der drehbaren Welle 101.
Weiterhin kann das Ableitelement 2 auch eine dritte Kontaktfläche aufweisen, die in den Darstellungen nicht mit dargestellt ist. Gemäß der Darstellung der Fig. 2 könnte der Durchmesser des Ableitelements 2 dafür etwas größer sein, so dass das Ableitelement 2 über einen radial außen liegenden Abschnitt den horizontal verlaufenden Bereich des Wellengehäuses 102 kontaktieren könnte. Das Ableitelement 2 wäre dann entsprechend an zwei unterschiedlichen Stellen über die zweite Kontaktfläche 2.3 und die dritte Kontaktfläche elektrisch mit dem Wellengehäuse 102 gekoppelt.
Um den Wellenerdungsring 10 im Wellengehäuse 100 zu sichern, steht der Grundring 1 bzw. der sich parallel zur Wellenoberfläche und somit in axialer Richtung erstreckende Axialabschnitt 1.2 mit der Innenseite des Wellengehäuses 102 in Kontakt und sorgt für eine fest definierte Positionierung des Wellenerdungsrings 10. Wenngleich der Grundring 1 aus einem leitenden Metall wie bspw. Stahl bestehen kann, ist dies zur Ableitung von Ladungen aufgrund der unmittelbaren Kontaktierung des Ableitelements 2 sowohl der Welle 101 als auch des Wellengehäuses 102 nicht zwingend erforderlich. Vielmehr wird der Großteil der Ladungen direkt über das Ableitelement 2 abgeleitet.
Die Darstellungen der Fig. 3a und 3b zeigen nun zwei verschieden ausgestaltete Wellenerdungsringe
10 in einer schematischen Draufsicht. Die linken Darstellungen zeigen dabei jeweils die Außenseite, also die Seite mit der zweiten Kontaktfläche 2.3, die anhand der Darstellung der Fig. 1 mit Blick von links zu erkennen ist. Die rechten Darstellungen zeigen die Innenseite, die insofern auch den Grundring 1 bzw. den Radialabschnitt 1.1 erkennen lässt. Die Darstellungen der Fig. 3a und 3b sind dabei etwas vereinfacht und bspw. ist die geometrische Ausdehnung des Radialabschnitts 1.1 in axialer Richtung nicht mit dargestellt.
Insgesamt ist die ringförmige Geometrie des Wellenerdungsrings 10 zu erkennen. Der freie Innendurchmesser dient zur Aufnahme einer Welle 101, so dass der Wellenerdungsring 10 konzentrisch zur Welle 101 angeordnet ist und die Symmetrieachse des Wellenerdungsrings 10 der Drehachse der Welle 101 entspricht. Wie dies bei einem Vergleich der Darstellungen der Fig. 3a und 3b auffällt, weist der in Fig. 3b gezeigte Wellenerdungsring 10 eine durchgängige erste Kontaktfläche 2.2 auf.
Die erste Kontaktfläche 2.2 liegt somit umfangsseitig geschlossen an der Welle 101 an. Im Gegensatz dazu weist der Wellenerdungsring 10 bzw. das Ableitelement 2 keine umfangsseitig durchgehende Ableitlippe 2.5 auf, sondern die Ableitlippe 2.5 ist vielmehr segmentiert. Konkret sind in der Darstellung der Fig. 3a vier umfangsseitig gleichmäßig verteilt angeordnete Ableitlaschen 2.4 vorgesehen, die in radialer Richtung ausgehend von dem Verbindungsbereich 2.1 nach innen vorspringen. Aufgrund dieser segmentierten Ausgestaltung wird die Welle 101 nicht entlang ihres gesamten Umfangs kontaktiert, sondern beim gezeigten Ausführungsbeispiel nur zu etwa zu 50 %. Die radialen Innenseiten der Ableitlaschen 2.4 stehen dabei mit der Wellenoberfläche in Kontakt und diese bilden somit jeweils eine erste Kontaktfläche 2.2 aus, über die Ladungen zwischen dem Ableitelement 2 und der Welle 101 übertragen werden können. Aufgrund der insgesamt geringeren Kontaktfläche bzw. der kürzeren Kontaktlinie sind die Reibungseffekte bei diesem Ausführungsbeispiel im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel, welches in der Darstellung der Fig. 3b gezeigt ist, geringer. Gleichwohl wird sichergestellt, dass zu jedem Zeitpunkt zumindest eine der Ableitlaschen 2.4 mit der Welle 101 in Kontakt steht, selbst dann, wenn die Welle 101 eine gewisse Unwucht aufweist.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Grundring
1.1 Radialabschnitt
1.2 Axialabschnitt
1.4 Oberfläche
2 Ableitelement
2.1 Verbindungsbereich
2.2 Erste Kontaktfläche
2.3 Zweite Kontaktfläche
2.4 Ableitlasche
2.5 Ableitlippe
3 Fügematritze
4 Druckstempel
6 Vorrichtung
10 Wellenerdungsring
100 Maschinenelement
101 Welle
102 Wellengehäuse
L Ladungsfluss

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Wellenerdungsring, mit einem Grundring (1) und einem mit dem Grundring (1) verbundenen Ableitelement (2) zur Ableitung elektrischer Spannungen zwischen einer Welle (101) und einem Wellengehäuse (102), dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) eine erste Kontaktfläche (2.2) zur leitenden Kontaktierung der Welle (101) und eine zweite Kontaktfläche (2.3) zur leitenden Kontaktierung des Wellengehäuses (102) aufweist.
2. Wellenerdungsring, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) über die Kontaktflächen (2.2, 2.3) in einem direkten leitenden Kontakt mit der Welle (101) und mit dem Wellengehäuse (102) stehen kann.
3. Wellenerdungsring nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) über die erste Kontaktfläche (2.2) entlang einer Kontaktlinie mit der Welle
(101) in Kontakt und über die zweite Kontaktfläche (2.3) flächig mit dem Wellengehäuse
(102) in Kontakt stehen kann.
4. Wellenerdungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) auf mikroskopischer Ebene formschlüssig mit dem Grundring (1) verbunden ist.
5. Wellenerdungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) aus gefülltem PTFE besteht.
6. Wellenerdungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) als segmentierter Ableitring ausgestaltet ist.
7. Wellenerdungsring nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) mindestens drei, vorzugsweise vier, Ableitlaschen (2.4) zur Kontaktierung der Welle (101) aufweist.
8. Wellenerdungsring nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundring (2) einen Axialabschnitt (1.2) und einen Radialabschnitt (1.1) aufweist und das Ableitelement (2) auf der Oberfläche (1.4) des Radialabschnitts (1.1) angeordnet ist, der dem Axialabschnitt (1.2) gegenüberliegt.
9. Maschinenelement (100) mit einer drehbaren Welle (101), einem gegenüber der Welle (101) feststehenden Wellengehäuse (102) und einem Wellenerdungsring (10) zur Ableitung von Spannungen zwischen derWelle (101) und dem Wellengehäuse (102), wobei der Wellenerdungsring (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Wellenerdungsrings (10), insbesondere eines Wellenerdungsrings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend die folgenden Schritte:
Bereitstellen eines Grundrings (1), Zumindest abschnittsweises Aufrauen der Oberfläche (1.4) des Grundrings (1); Platzieren eines Ableitelements (2) auf der aufgerauten Oberfläche (1.4);
Erwärmen des Grundrings (1.4) und gleichzeitiges Aufpressen des Ableitelements (2) auf die aufgeraute Oberfläche (1.4) zur Verbindung des Ableitelements (2) mit dem Grundring (1).
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche (1.4) mittels Laserstrukturieren aufgeraut wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbesserung der Haftung zwischen der aufgerauten Oberfläche (1.4) und dem Ableitelement (2) auf die aufgeraute Oberfläche (1.4) ein Haftvermittler aufgebracht wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgeraute Oberfläche (1.4) des Grundrings (1) induktiv erwärmt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitelement (2) beim Abkühlen des Grundrings (1) weiterhin auf den Grundring (1) aufgepresst wird.
15. Vorrichtung zur Herstellung eines Wellenerdungsrings (10), insbesondere eines Wellenerdungsrings (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, aufweisend eine Fügematritze (3), in die ein Grundring (1) eingelegt werden kann, ein Heizelement zur Erwärmung der Oberfläche (1.4) des Grundrings (1) und einem Druckstempel (4), überweichen ein Ableitelement (2) auf den Grundring (1) aufgepresst werden kann.
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