DE102017100574A1 - Module for preventing current passage damage in a rolling bearing and rolling bearing assembly - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul (01) zur Verhinderung von Stromdurchgangsschäden bei einem Wälzlager (03), wobei das Wälzlager (03) einen ersten Lagerring und einen relativ zu diesem drehbaren zweiten Lagerring (04) aufweist. Das Modul (01) umfasst folgende Komponenten: Einen Modulkörper (02) zur Anordnung des Moduls (01) in dem Wälzlager (03), wobei der Modulkörper (02) mit einem der beiden Lagerringe mechanisch verbindbar ist. Eine an einer Außenfläche des Modulkörpers (02) angeordnete elektrisch leitfähige Fläche (05), wobei die elektrisch leitfähige Fläche (05) nach Anordnung des Moduls (01) in dem Wälzlager (03) dem anderen der beiden Lagerringe (04) gegenüberliegend angeordnet ist und ein Nullpotenzial aufweist. Eine in dem Modulkörper (02) angeordnete lonisierungsvorrichtung (12) zur Ionisierung eines zwischen den Lagerringen des Wälzlagers (03) befindlichen Raumes (14). Die Erfindung betrifft weiterhin eine Wälzlageranordnung mit einem derartigen Modul (01).The present invention relates to a module (01) for preventing current passage damage in a rolling bearing (03), wherein the rolling bearing (03) has a first bearing ring and a second bearing ring (04) rotatable relative thereto. The module (01) comprises the following components: A module body (02) for arranging the module (01) in the rolling bearing (03), wherein the module body (02) is mechanically connectable to one of the two bearing rings. One arranged on an outer surface of the module body (02) electrically conductive surface (05), wherein the electrically conductive surface (05) after arrangement of the module (01) in the rolling bearing (03) opposite to the other of the two bearing rings (04) is arranged and has zero potential. An ionization device (12) arranged in the module body (02) for ionizing a space (14) located between the bearing rings of the roller bearing (03). The invention further relates to a rolling bearing arrangement with such a module (01).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul zur Verhinderung von Stromdurchgangsschäden bei einem Wälzlager. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Wälzlageranordnung mit einem derartigen Modul.The present invention relates to a module for preventing current passage damage in a rolling bearing. Furthermore, the invention relates to a rolling bearing assembly with such a module.
Das Modul kann insbesondere in einen Baukasten für ein Wälzlager eingesetzt werden, um Stromdurchgangsschäden zu verhindern. Ein derartiger Baukasten ist beispielsweise in der
Beim Einsatz von Wälzlagern in elektrischen Maschinen kann es zu einem Stromdurchgang kommen. Die Schaltimpulse von Umrichtern führen beispielsweise zum Aufbau einer Spannung zwischen den Lagerringen von Wälzlagern. Diese Spannung wird durch Durchschläge immer wieder abgebaut. Unter ungünstigen Bedingungen kommt es infolge dessen zu Stromdurchgangsschäden an Laufbahnen und Wälzkörpern. Somit besteht die Gefahr eines vorzeitigen und unerwarteten Ausfalls des Lagers und damit der gesamten elektrischen Maschine. Neben dem erhöhten Wartungsaufwand entstehen durch den Stillstand der Maschine zusätzliche Kosten.The use of rolling bearings in electrical machines can lead to a current passage. The switching pulses of converters lead, for example, to build up a voltage between the bearing rings of rolling bearings. This tension is reduced by punches again and again. Under unfavorable conditions, this leads to power continuity damage to raceways and rolling elements. Thus, there is a risk of premature and unexpected failure of the bearing and thus the entire electrical machine. In addition to the increased maintenance costs incurred by the stoppage of the machine additional costs.
Aus dem Stand der Technik sind stromisolierte Wälzlager bekannt, die schädliche Lagerströme unterbinden sollen. So werden beispielsweise Wälzlager mit einer Keramikisolierung am Außen- oder Innenring eingesetzt. Stromisolierte Wälzlager sind jedoch vergleichsweise teuer und werden daher nicht allzu häufig eingesetzt.From the prior art current-insulated bearings are known to prevent harmful storage flows. For example, rolling bearings are used with a ceramic insulation on the outer or inner ring. However, current insulated bearings are relatively expensive and are therefore not used too often.
Die
Die
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Modul zur Verhinderung von Stromdurchgangsschäden bei Wälzlagern zur Verfügung zu stellen, welches aufwandsarm in unterschiedliche Lagergrößen und Lagertypen integrierbar ist. Das Modul soll insbesondere in bekannten Lagerbaukästen einsetzbar sein. Weiterhin soll eine Wälzlageranordnung mit einem derartigen Modul bereitgestellt werden.It is therefore an object of the present invention to provide a module for preventing current continuity damage in roller bearings, which can be integrated with little effort into different bearing sizes and bearing types. The module should be used in particular in known storage kits. Furthermore, a rolling bearing assembly is to be provided with such a module.
Zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgaben dienen ein Modul gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie eine Wälzlageranordnung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 10.To achieve the objects of the invention serve a module according to the accompanying claim 1 and a rolling bearing assembly according to the independent claim 10th
Das erfindungsgemäße Modul kann zur Verhinderung von Stromdurchgangsschäden in ein Wälzlager eingebaut werden. Das Wälzlager besitzt einen ersten Lagerring und einen relativ zu dem ersten Lagerring drehbaren zweiten Lagerring. Das Modul umfasst zunächst einen Modulkörper, welcher zur Anordnung des Moduls in dem Wälzlager dient und vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Modulkörper kann mit einem der beiden Lagerringe mechanisch verbunden werden. An einer Außenfläche des Modulkörpers befindet sich eine elektrisch leitfähige Fläche. Nach Anordnung des Moduls in dem Wälzlager ist die elektrisch leitfähige Fläche dem anderen der beiden Lagerringe gegenüberliegend angeordnet. Die elektrisch leitfähige Fläche wird spätestens nach Einbau des Moduls in das Wälzlager auf geeignete Art und Weise an eine Erdungsleitung angeschlossen. Somit liegt an der elektrisch leitfähigen Fläche im eingebauten Zustand des Moduls ein Nullpotenzial an.The module according to the invention can be installed in a roller bearing to prevent current passage damage. The rolling bearing has a first bearing ring and a second bearing ring rotatable relative to the first bearing ring. The module initially comprises a module body, which serves to arrange the module in the rolling bearing and preferably has a rectangular cross-section. The module body can be mechanically connected to one of the two bearing rings. On an outer surface of the module body is an electrically conductive surface. After arranging the module in the rolling bearing, the electrically conductive surface is arranged opposite to the other of the two bearing rings. The electrically conductive surface is connected at the latest after installation of the module in the rolling bearing in a suitable manner to a grounding line. Thus, there is a zero potential at the electrically conductive surface in the installed state of the module.
Das Modul umfasst weiterhin eine in dem Modulkörper angeordnete lonisierungsvorrichtung zur Ionisierung eines Raumes zwischen den Lagerringen des Wälzlagers.The module further comprises an ionization device arranged in the module body for ionizing a space between the bearing rings of the rolling bearing.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Moduls besteht darin, dass durch einfachen Einbau des Moduls in ein Wälzlager berührungslos ein Potenzialausgleich zwischen den beiden Lagerringen des Wälzlagers ermöglicht wird. Damit können Stromdurchgangsschäden verhindert oder zumindest minimiert werden. Durch die mittels der lonisierungseinrichtung realisierte Ionisierung des Raumes zwischen dem ersten und dem zweiten Lagerring wird die Durchschlagsspannung deutlich reduziert und ein Spannungsdurchschlag über die Laufbahnen verhindert oder zumindest reduziert. Das Modul eignet sich zum Einbau in unterschiedliche Lagergrößen und Lagertypen. Dies ermöglicht nicht zuletzt auch den Vorteil einer preiswerten Massenproduktion.An essential advantage of the module according to the invention is that a simple equipotential bonding between the two bearing rings of the rolling bearing is made possible by simple installation of the module in a rolling contact. Thus, current passage damage can be prevented or at least minimized. By means of the ionization device realized ionization of the space between the first and the second bearing ring, the breakdown voltage is significantly reduced and prevents voltage breakdown over the raceways or at least reduced. The module is suitable for installation in different bearing sizes and bearing types. Not least, this also allows the advantage of low-cost mass production.
Der Modulkörper ist vorzugsweise mit dem ersten Lagerring verbunden. Die elektrisch leitfähige Fläche liegt in dieser Ausführungsform dem relativ zu dem ersten Lagerring drehbaren zweiten Lagerring gegenüber. Alternativ kann der Modulkörper natürlich auch mit dem zweiten Lagerring verbunden werden.The module body is preferably connected to the first bearing ring. In this embodiment, the electrically conductive surface is opposite the second bearing ring which can be rotated relative to the first bearing ring. Alternatively, the module body can of course also be connected to the second bearing ring.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die elektrisch leitfähige Fläche mit dem ersten oder dem zweiten Lagerring elektrisch leitend verbunden. Die elektrisch leitfähige Fläche ist vorzugsweise mit dem ersten Lagerring elektrisch leitend verbunden. Zu beachten ist, dass bei dieser Ausführungsform die Erdung der elektrisch leitfähigen Fläche über den Lagerring erfolgt. Der mit der elektrisch leitfähigen Fläche verbundene Lagerring muss an eine Erdungsleitung angeschlossen sein und weist somit ein Nullpotenzial auf. Die Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Fläche und dem Lagerring kann durch direkten Kontakt mit dem Lagerring oder einem metallischen Stützring des Wälzlagers erfolgen. Es besteht auch die Möglichkeit, die elektrisch leitende Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Fläche und dem Lagerring durch eine Umspritzung des Modulkörpers mit einem elektrisch leitfähigen Kunststoff herzustellen. Dieser Kunststoff kann gleichzeitig auch eine Widerstandsfunktion übernehmen, um einen maximal fließenden Ausgleichsstrom zu begrenzen.According to an advantageous embodiment, the electrically conductive surface is electrically conductively connected to the first or the second bearing ring. The electrically conductive surface is preferably electrically conductively connected to the first bearing ring. It should be noted that in this embodiment, the grounding of the electrically conductive surface via the bearing ring takes place. The bearing ring connected to the electrically conductive surface must be connected to a grounding line and thus has a zero potential. The connection between the electrically conductive surface and the bearing ring can be made by direct contact with the bearing ring or a metallic support ring of the bearing. It is also possible to produce the electrically conductive connection between the electrically conductive surface and the bearing ring by encapsulation of the module body with an electrically conductive plastic. This plastic can also perform a resistance function at the same time to limit a maximum flowing compensation current.
Eine alternative Ausführungsform nutzt eine Anschlussfahne zum elektrischen Anschluss des Moduls an eine Lagerelektronik. Die Anschlussfahne bildet eine elektrische Schnittstelle des Moduls. Sie dient der galvanischen Übertragung einer Versorgungsspannung. Die Anschlussfahne weist eine Masseleitung auf, welche mit der elektrisch leitfähigen Fläche über eine elektrische Verbindung elektrisch verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform wird das Nullpotenzial der elektrisch leitfähigen Fläche dadurch realisiert, dass sie in dem Modul mit der Masseleitung der Anschlussfahne und damit mit der elektrischen Masseleitung der Lagerelektronik elektrisch verbunden ist. Die Anschlussfahne, die elektrische Verbindung und die elektrisch leitfähige Fläche können auf einer flexiblen Leiterplatte angeordnet sein. Auf der Anschlussfahne sind vorzugsweise mehrere Kontaktpunkte zum Anschließen an einen Backbone ausgebildet. Um den maximal fließenden Ausgleichsstroms zu begrenzen, kann die elektrische Verbindung als elektrischer Widerstand ausgeführt sein.An alternative embodiment uses a terminal lug for electrical connection of the module to a storage electronics. The terminal lug forms an electrical interface of the module. It serves for the galvanic transmission of a supply voltage. The terminal lug has a ground line, which is electrically connected to the electrically conductive surface via an electrical connection. In this embodiment, the zero potential of the electrically conductive surface is realized in that it is electrically connected in the module to the ground line of the terminal lug and thus to the electrical ground line of the electronic storage system. The terminal lug, the electrical connection and the electrically conductive surface may be arranged on a flexible printed circuit board. On the terminal lug several contact points are preferably designed for connection to a backbone. In order to limit the maximum flowing compensation current, the electrical connection can be designed as an electrical resistance.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist die lonisierungseinrichtung als passive lonisierungseinrichtung vorzugsweise als Alphastrahler ausgebildet. Der Alphastrahler kann beispielsweise durch Americium, bevorzugt Americium-241, Polonium, bevorzugt Polonium-210 oder ein anderes geeignetes, ionisierende Strahlung aussendendes Material gebildet sein. Von dem Alphastrahler werden nur geringe Mengen benötigt. Derartige Alphastrahler werden beispielsweise bei lonisationsrauchmeldern eingesetzt. Durch die Kapselung des Alphastrahlers in dem Modul bzw. dem Lager wird die von dem Alphastrahler ausgesandte Strahlung ausreichend abgeschirmt und stellt somit kein Gefährdungspotenzial dar. Americium weist einen geringeren Gammastrahlungsanteil als Polonium auf. Daher kommt vorzugsweise Americium zum Einsatz. Aufgrund der geringen Durchdringungsrate der Alphastrahlung sollte in die elektrisch leitfähige Fläche vorzugsweise ein Strahlungsaustrittsfenster für die von dem Alphastrahler ausgesandte Strahlung eingebracht sein. Das Strahlungsaustrittsfenster befindet sich bevorzugt an einer zentralen Position in der elektrisch leitfähigen Fläche. Andere geeignete Anordnungen des Strahlungsaustrittsfensters sind natürlich möglich.According to an advantageous embodiment, the ionization device is designed as a passive ionization device, preferably as an alpha emitter. The alpha emitter can be formed, for example, by americium, preferably americium-241, polonium, preferably polonium-210 or another suitable material emitting ionizing radiation. The alpha emitter requires only small amounts. Such alpha emitters are used for example in ionisationsrauchmeldern. Due to the encapsulation of the alpha emitter in the module or the bearing, the radiation emitted by the alpha emitter is adequately shielded and thus does not constitute a hazard potential. Americium has a smaller proportion of gamma radiation than polonium. Therefore, americium is preferably used. Due to the low penetration rate of the alpha radiation, a radiation exit window for the radiation emitted by the alpha emitter should preferably be introduced into the electrically conductive surface. The radiation exit window is preferably located at a central position in the electrically conductive surface. Other suitable arrangements of the radiation exit window are of course possible.
Die lonisierungseinrichtung kann gemäß einer alternativen Ausführungsform als Hochspannungs-Ionisierungseinrichtung ausgebildet sein. Derartige lonisierungseinrichtungen werden beispielsweise in Schutzbereichen gegen unerwünschte elektrostatische Entladung eingesetzt.The ionization device can be designed as a high-voltage ionization device according to an alternative embodiment. Such ionization devices are used for example in protection areas against unwanted electrostatic discharge.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung umfasst einen ersten Lagerring und einen relativ zu diesem drehbaren zweiten Lagerring. Eine weitere Komponente der Wälzlageranordnung ist das erfindungsgemäße Modul, welches mit einem der beiden Lagerringe mechanisch verbunden ist.The rolling bearing assembly according to the invention comprises a first bearing ring and a second bearing ring rotatable relative thereto. Another component of the rolling bearing assembly is the module according to the invention, which is mechanically connected to one of the two bearing rings.
Die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung weist bevorzugt eine der bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Moduls auf. Im Übrigen weist die erfindungsgemäße Wälzlageranordnung bevorzugt auch Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Modul und dessen bevorzugten Ausführungsformen angegeben sind.The rolling bearing arrangement according to the invention preferably has one of the preferred embodiments of the module according to the invention. Moreover, the rolling bearing arrangement according to the invention preferably also has features which are specified in connection with the module according to the invention and its preferred embodiments.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls, -
2 eine Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Moduls gemäß1 ; -
3 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls.
-
1 a perspective view of a first embodiment of a module according to the invention, -
2 a sectional view of the module according to the invention according to1 ; -
3 a perspective view of a second embodiment of the module according to the invention.
Anhand der
An einer Außenfläche des Modulkörpers
Aus dem Modulkörper
Innerhalb des Modulkörpers
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 0101
- Modulmodule
- 0202
- Modulkörpermodule body
- 0303
- Wälzlagerroller bearing
- 0404
- zweiter Lagerringsecond bearing ring
- 0505
- elektrisch leitfähige Flächeelectrically conductive surface
- 0606
- --
- 0707
- Anschlussfahneterminal lug
- 0808
- KontaktpunkteContact points
- 0909
- elektrische Verbindungelectrical connection
- 1010
- StrahlungsaustrittsfensterRadiation exit window
- 1111
- --
- 1212
- lonisierungseinrichtungionization device
- 1313
- Strahlungradiation
- 1414
- Raumroom
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102015202130 A1 [0002]DE 102015202130 A1 [0002]
- DE 102006007437 B4 [0005]DE 102006007437 B4 [0005]
- EP 2696999 B1 [0006]EP 2696999 B1 [0006]
Claims (10)
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---|---|---|---|
DE102017100574.9A DE102017100574A1 (en) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | Module for preventing current passage damage in a rolling bearing and rolling bearing assembly |
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DE102017100574.9A DE102017100574A1 (en) | 2017-01-13 | 2017-01-13 | Module for preventing current passage damage in a rolling bearing and rolling bearing assembly |
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-
2017
- 2017-01-13 DE DE102017100574.9A patent/DE102017100574A1/en active Pending
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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