具有集成的电流消除功能的滚动轴承
技术领域
根据独立权利要求的前序部分，本发明涉及具有集成的电流消除功能的滚动轴承以及用于制造这种滚动轴承的方法。
背景技术
从现有技术中已知例如涡轮、电动机的旋转轴或其他轴，这些轴导电地连接至向其引入电压或在操作期间可在其中积聚电压的部件。电压的这种积聚是已知的，特别是在交流电动机的驱动轴的情况下，由此在带电部件与另一部件之间可能会产生高压。在电动机操作时，轴承中的电阻增加，由此在旋转轴的表面上生成电荷。这可能会导致高电压差，所述高电压差会在电阻最低的电气路径上放电。这种放电可能会导致电火花，该电火花导致表面上的材料发生腐蚀。如果电阻最低的电气路径穿过滚动轴承，则可能会损坏滚动体的表面或滚动体的滚道，从而损坏滚动轴承并导致滚动轴承过早失效。
为了避免这种情况，从现有技术中已知电气部件的旋转轴，其中例如借助于滑动铜刷来实现电位平衡。从EP 1 755 207A2中已知一种用于支撑和密封轴的组件，该组件具有刷单元，该刷单元具有导电细纤维。此类导电纤维可在壳体与轴之间产生电位平衡，使得电阻最低的电气路径不会穿过滚动轴承的滚动体，从而降低了损坏和过早失效的风险。
从WO 2015/086096 A1中已知一种密封装置，该密封装置布置在第一机器部件(例如，壳体)上并且在第二机器部件(例如，轴)上具有滑动接触，其中密封装置的至少一个密封唇口位于第二机器部件上。此外，密封装置具有接触元件，该接触元件是导电的并且因此实现第一机器部件与第二机器部件之间的电位平衡。
DE 10 2014 112 561 A1公开了一种具有用于滚动体的电气旁路的滚动轴承，其中在滚动轴承的至少一侧上布置有导电膜，该导电膜作为电流桥与外环和内环导电连接。膜形成绕过滚动体的电流路径，用于传导走在外环与内环之间产生的电流。
从DE 10 2014 204 719 A1中已知一种具有一体式分流器的滚动轴承，该滚动轴承设置有防止放电损坏的保护。为此目的，在滚动轴承的内环与外环之间设置有防护罩，该防护罩在内环与外环之间径向延伸，其中防护罩具有主体部分和至少一个导电密封件，其中导电纤维从主体伸出，所述导电纤维抵靠轴承环中的一个轴承环。
此外，DE 10 2017 106 695 B3公开了一种用于在电动机中支撑驱动轴的滚动轴承，其中碳纤维复合部件紧固在滚动轴承的内环与外环之间，该碳纤维复合部件具有载体元件和嵌入载体元件中的碳纤维，其中碳纤维位于相应的另一轴承环上并且因此形成分流器。
然而，已知的解决方案的缺点在于：在铜刷上发生磨损，这会降低滚动轴承的使用寿命或需要更换铜刷；或者在利用了单独的细碳纤维的解决方案的情况下，存在纤维断裂或碳纤维相对于相应的相对的滚动轴承环或轴的位置不确定的风险。具有碳纤维复合部件的解决方案组装起来比较复杂，因此相应地成本很高。
发明内容
本发明的目的是提出一种滚动轴承，该滚动轴承实现滚动轴承的内环与外环之间的基本上无磨损的电位平衡，其中简化了组装、提高了坚固性并且降低了成本。
根据本发明，该目的通过一种用于可旋转地支撑轴，特别是电动机的驱动轴的滚动轴承来实现，该滚动轴承具有：内环，该内环具有用于滚动体的第一滚道；外环，该外环具有用于滚动体的第二滚道；以及滚动体，所述滚动体布置在轴承环的滚道之间。经设置，至少两个板紧固至轴承环中的第一轴承环，其中在两个板之间布置有导电元件，该导电元件抵靠相应的另一轴承环或连接至相应的另一轴承环的部件。可简单且廉价地制造两个板的对应组件，其中在该两个板之间夹持有导电元件。可在滚动轴承的组装期间简单地压入这种组件，其中优选地在组件之间，特别是在板中的一个与滚动轴承的外环之间建立非正连接(non-positive connection)。因此，可以简单且廉价的方式将电流消除功能集成至滚动轴承中。此外，所提出的解决方案在导电元件与轴承环中的一个或连接至轴承环的部件之间具有相对较少的摩擦。因此，滚动轴承上的损失和磨损两者都可最小化。通过将导电元件夹持在两个板之间，也可实现相对较高的刚度，使得导电元件脱离轴承环或连接至轴承环的部件的风险最小化，因此导电元件始终处于所限定的位置。
由于在从属权利要求中列出的特征，在独立权利要求中提及的滚动轴承的有利的改进和进一步的发展是可能的。
在本发明的一个优选实施例中，经设置，导电元件具有开口(优选为中心开口)，借助于滚动轴承可旋转地支撑的轴可穿过该开口。滚动轴承和由此设计的轴承装置的特别简单的安装是可能的，因为由板和导电元件组成的组件被简单地推到轴上。另外，中心开口使得可以省去组件的位置取向。此外，中心开口确保导电元件均匀地位于轴或内环上，从而始终确保滚动轴承的内环与外环之间经由导电元件的导电分流。
根据滚动轴承的另一种改进，经设置，板设计为环形的。特别优选的是，环的内径大于导电元件中的开口的直径。因此，导电元件在板上方沿径向方向突出。这确保了板不会与内环或轴接触。
在本发明的另一种改进中，经设置，导电元件被划分为单独的接触段。导电元件与内环或连接至内环的轴之间的接触表面可减小，由此滚动轴承的摩擦损失可最小化。
替代地，有利的是，经设置，导电元件在板上方沿径向方向向外突出并且板紧固至滚动轴承的内环。在该实施例中，导电元件具有优选地对应于板的内径的开口，使得板与滚动轴承的内环的简单的非正连接是可能的。
在本发明的一个优选实施例中，经设置，导电元件设计为织物坯料或非织造盘。织物坯料或非织造盘具有高度的柔性，使得暴露的区域可抵靠相应的轴承环或连接至轴承环的部件，特别是内环或轴，而没有高的摩擦损失。因此，可形成使摩擦损失最小化的分流器，该分流器实现滚动轴承的外环与内环之间的电位平衡。
特别优选的是，导电线和/或导电添加剂结合至织物坯料的织物中或非织造盘中。可借助于引入至织物坯料或非织造盘中的编织线或导电添加剂来增大导电性。替代地，如果基础材料(即，织物或非织造材料)是不导电的，则可通过这种导电线或添加剂产生导电性。
在本发明的一个替代实施例中，经设置，导电元件设计为由聚合物材料制成的盘或膜，其中盘或膜设置有导电添加剂。替代地，也可将导电塑料用于盘或膜。与织物或非织造材料相比，借助于聚合物材料可实现更高的刚度，由此改善了导电元件在轴或轴承环上的接触。这样可降低脱离的风险。
在一个优选的实施例中，经设置，导电添加剂为炭黑、石墨、碳和/或纳米管。所提及的材料各自具有传导电流的性质，其中可在制造期间以相对简单的方式将它们添加至聚合物的基础材料中。碳纤维和纳米管还具有以下优点，即它们可以对应取向的方式引入至聚合物的基质结构中，使得沿径向方向形成所限定的电流路径，这实现了滚动轴承及相关联部件的两个轴承环之间的电位平衡。
在本发明的另一种改进中，经设置，在内环上或在连接至内环的轴上设置有套筒。优选地涂覆套筒以便使摩擦最小化。可将套筒压到轴或内环上，以便形成稳定的形状配合连接。
特别优选的是，套筒具有：第一区域，该第一区域平行于轴或内环的表面延行；和第二区域，该第二区域与第一区域成一定角度，优选地与第一区域成直角延行，使得第二区域防止或减少润滑剂从滚动体的区域的泄漏，从而使得导电元件与内环或轴之间的接触点保持基本上不含润滑剂。在这种构造中，套筒可以是滚动轴承的迷宫式密封件的一部分，利用该迷宫式密封件可防止污垢渗入滚动体的区域中，同时使润滑剂从滚动体的区域中的泄漏最小化。因此，导电元件与套筒之间的接触区域保持无润滑剂，使得电流路径不会被绝缘润滑剂中断。
在本发明的一个有利实施例中，经设置，板具有弯曲部，特别是具有30度至60度的角度的弯曲部，由此以使得导电元件抵靠内环的方式引导导电元件，轴或套筒成偏离直角的角度，特别是成30度和60度之间的角度。一方面，弯曲部使得可以确保导电元件以更稳定的方式保持在板之间，从而降低了导电元件从其夹持在板之间滑出的风险。另一方面，导电元件位于内环、轴或套筒上导致以下事实，即导电元件与内环、轴或套筒之间的摩擦减小，由此可使滚动轴承的摩擦损失最小化。
根据本发明，提出了一种制造用于可旋转地支撑驱动轴的滚动轴承的方法，其中滚动轴承具有：内环，该内环具有用于滚动体的第一滚道；和外环，该外环用于滚动体的第二滚道；以及滚动体，所述滚动体布置在轴承环的滚道之间。经设置，导电元件夹持在两个板之间，其中优选地在夹持在板之间的导电元件中形成中心开口，并且其中两个板紧固至滚动轴承的轴承环中的一个。在导电元件夹持在两个板之间的情况下，可通过简单的冲压或切割工艺在导电元件中形成开口，从而也可以处理柔性且刚性较小的材料。另外，夹持导电元件提供了限定开口相对于板的位置的可能性，从而形成了两个板和夹持在它们之间的导电元件的组件，其中导电元件突出超过板的内径。这样可确保仅导电元件与内环或轴接触，而避免板与内环或轴之间的接触。
除非在个别情况下另有说明，否则可有利地组合本申请中引用的本发明的各种实施例。
附图说明
在下文中，通过优选的示例性实施例和相应的附图更详细地解释本发明。在附图中：
图1示出了根据本发明的滚动轴承的示例性实施例，该滚动轴承经由保持在两个盘之间的导电元件具有集成的电流消除功能；
图2示出了根据本发明的具有集成的电流消除功能的滚动轴承的另一示例性实施例；
图3示出了根据本发明的具有集成的电流消除功能的滚动轴承的第三实施例，其中在该实施例变型中提供了两个导电元件，它们各自夹持在板之间；
图4示出了两个环形板的布置，在两个环形板之间夹持有导电元件；
图5示出了在导电元件中形成中心开口之后的相同类型的布置；并且
图6示出了这种布置的替代实施例，其中在导电元件上形成有分布在圆周上的多个接触段。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的具有集成的电流消除功能的用在电动机上的滚动轴承1的示例性实施例，该滚动轴承特别地用于支撑轴15，特别是电动机的驱动轴。滚动轴承1包括内环2和外环3，它们可相对于彼此旋转。为此目的，在内环2和外环3上形成有滚道13、14，在所述滚道中引导滚动体4，特别是球或滚柱。内环2由电动机的驱动轴承载并且不可旋转地连接至该轴15。为此目的，可将内环2特别地压到轴15上。外环3布置在电动机的壳体中并且不可旋转地连接至该壳体。将两个板5、6压入滚动轴承1的外环3中，在两个板之间夹持有有导电元件7。导电元件7优选地设计为坯料8，特别是设计为织物坯料17、非织造盘18或由聚合物材料制成的薄盘19。板5、6具有角度21和另外的弯曲部22，以使得能够简单地夹持在外环3上并且稳定地容纳导电元件7。板5、6以使得导电元件7相对于内环2或轴15以偏离直角的角度(特别地，30°和60°之间的角度)取向的方式在弯曲部22处弯曲，由此与内环2或轴15与导电元件7之间的直角接触相比，摩擦可能会减小。为了最小化摩擦或改善电流消除功能，可将优选涂覆的套筒12压到轴15或内环2上。套筒12具有角度27，以便使润滑剂从滚动体4的区域的泄漏最小化。为此目的，套筒12形成具有密封元件29的迷宫式密封件28。滚动轴承1还具有第二密封元件30，以便使润滑剂的泄漏最小化并且防止污垢渗入滚动体4的区域中。
图2示出了根据本发明的滚动轴承1的另一示例性实施例。在与图1中具有基本上相同的结构的情况下，在该示例性实施例中，与图1中所示的实施例相比，板5、6被旋转了180°来安装。因此，板5、6的弯曲角度21可用作插入斜面，由此简化了组装。另外，该安装位置改善了迷宫式密封件28的迷宫效应，从而更好地保护了滚动体4的区域免受污垢的侵害，并且使润滑剂从该区域的泄漏最小化。导电元件7再次以大约45°的角度抵靠在套筒12上。
在图3中，示出了根据本发明的具有电流消除功能的滚动轴承1的第三实施例。在具有与图1和图2基本上相同的结构的情况下，在该示例性实施例中，提供了三个板5、6、23，在该三个板之间布置有两个导电元件7，它们通过中心板6彼此分开。导电元件7优选地形成为织物坯料8、17、24，其中将导电线编织至织物坯料8、17、24的织物中，以便增大织物的电导率。导电元件7搁置在布置在轴15上的套筒12上。替代地，也可将套筒12压到滚动轴承1的内环2上。
图4示出了组件，该组件包括第一板5和第二板6以及夹持在两个板5和6之间的导电元件7。板5、6具有压入段25和夹持段26，利用该压入段将板5、6压入滚动轴承1的外环3中，在该夹持段中利用压配合9将导电元件7夹持在两个板5、6之间。导电元件7设计为柔性坯料8，特别是织物坯料17、非织造盘18或者由聚合物材料制成的盘19或膜的形式。坯料8设置有导电元件20，例如导电线或导电添加剂(诸如炭黑、石墨、碳、纳米管等)，以便增大坯料的电导率。
在导电元件7中形成中心开口10，其中通过将导电元件7夹持在两个板5、6之间来简化开口10的切割或冲压。在图5中示出了具有两个板5、6和导电元件7的组件，在该导电元件中形成有中心开口10。
图6示出了这种组件的另一表示，其中在该实施例中，除了开口10之外，导电元件7还被划分为多个接触段11，该多个接触段优选地均匀分布在圆周上。通过将导电元件划分为多个接触段11，可进一步减少导电元件7与内环2或轴15之间的摩擦。接触段11作为滑动元件16位于轴15或内环2上，其中内环2与外环3之间的电流路径通过在滑动元件16上的滑动接触而闭合，使得内环2和外环3之间可能存在电位差。
附图标记说明
1滚动轴承 2内环 3外环 4滚动体 5第一板 6第二板 7导电元件 8坯料 9压配合10开口 11接触段 12套筒 13滚道 14滚道 15轴 16滑动元件 17织物坯料 18非织造盘 19盘 20引导元件 21角度 22弯曲部 23第三板 24第二坯料 25(板的)压入段 26(板的)夹持段 27(套筒的)角度 28迷宫 29第一密封元件 30第二密封元件。
