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Title:
BEARING, HAVING A GROUNDED, ROTATABLE BEARING RACE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/121511
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a bearing having a stationary bearing body (6) and a rotatably supported bearing body (1) associated therewith and at least partially entwined by a drive belt (8). According to the invention, the grounding of the rotatably supported bearing body (1) is carried out via the drive belt (8).

Inventors:
LOESER FRIEDRICH (DE)
ROLLMANN JOERG (DE)
CLAUS WOLFGANG (DE)
BREUCKER UWE-OTTO (DE)
ZHENG QINGHUA (DE)
BAUER MARKUS (DE)
Application Number:
PCT/EP2009/002201
Publication Date:
October 08, 2009
Filing Date:
March 26, 2009
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP TRANSRAPID GMBH (DE)
ROTHE ERDE GMBH (DE)
LOESER FRIEDRICH (DE)
ROLLMANN JOERG (DE)
CLAUS WOLFGANG (DE)
BREUCKER UWE-OTTO (DE)
ZHENG QINGHUA (DE)
BAUER MARKUS (DE)
International Classes:
H01R39/64; H05K9/00
Domestic Patent References:
WO2000058191A12000-10-05
WO1999019882A11999-04-22
Foreign References:
US6315475B12001-11-13
EP0198308A11986-10-22
EP1148594A22001-10-24
Attorney, Agent or Firm:
DAHLKAMP, Heinrich Leopold (DE)
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Claims:

Ansprüche

1. Lager mit wenigstens einem stationären Lagerkörper (6) und wenigstens einem diesem zugeordneten, drehbar gelagerten, geerdeten Lagerkörper (1), der zumindest teilweise von einem Antriebsriemen (8) umschlungen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der drehbar gelagerte Lagerkörper (1) über den Antriebsriemen (8) geerdet ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (8) elektrisch leitfahig ausgebildet ist.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (8) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht.

4. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen (8) aus einem Grundmaterial besteht, das mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff versehen ist.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Grundmaterial aus Gummi oder Kunststoff besteht und der Füllstoff Kohlenstoff enthält oder aus diesem besteht.

6. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsriemen mit einer in ihn eingearbeiteten oder auf ihn aufgebrachten, elektrisch leitfahigen Schicht (15, 15a, 15b) versehen ist.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (15, 15a, 15b) aus einem elektrisch leitfähigen Gewebe besteht.

8. Lager nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht (15, 15a, 15b) Metall- und/oder Kohlefasern enthält.

9. Lager nach einem der Anspräche 1 biε S, dadurch gekeniizeicluiei, iiass der Antriebsriemen (8) zumindest teilweise um eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Antriebswelle (10) oder um eine auf dieser befestigte Riemenscheibe (9) gelegt ist.

10. Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebswelle (10) ein an Erde legbarer Schleifring (14) zugeordnet ist.

11. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er als Magnetlager ausgebildet ist und der stationäre Lagerkörper (6) eine Mehrzahl von am

Umfang des drehbar gelagerten Lagerrings (1) verteilt angeordneten Magneten enthält.

12. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete aus Elektromagneten bestehen.

13. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es als Wälzlager ausgebildet ist und der stationäre Lagerkörper (6) ein Lagerring ist.

14. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er als Luftlager ausgebildet ist und der stationäre Lagerkörper (6) ein Lagerring ist.

Description:

Lager mit einem geerdeten, drehbaren Lagerring

Die Erfindung betrifft ein Lager mit wenigstens je einem stationären Lagerkörper und einem diesem zugeordneten, drehbar gelagerten, geerdeten Lagerkörper, der zumindest teilweise von einem. Antriebsriemen umschlungen ist.

Lager dieser Art dienen ganz allgemein zur drehbaren Lagerung von Maschinen- und Konstruktionsteilen und können z. B. als Wälzlager, Magnetlager oder Luftlager ausgebildet sein. Besteht die Forderung, dass die drehbren Lagerkörper geerdet sind, beispielsweise um die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von drehbaren Maschinen- oder Konstruktionsteüen sicherzustellen, wird häufig zwischen den beiden Lagerkörpern eine elektrisch leitende Strombrücke vorgesehen. Diese Strombrücke stellt eine Verbindung des drehbaren Lagerkörpers mit dem stationären Lagerkörper her, der in der Regel auf einfache Weise geerdet werden kann oder durch seinen Einbau in ein Maschinengehäuse od. dgL ohnehin geerdet ist.

Bestehen die Lager aus Wälzlagern und sowohl die Lagerkörper als auch zwischen ihnen befindliche Wälzkörper aus einem elektrisch gut leitenden Material, insbesondere Stahl, dann bilden die Wälzkörper selbst die geforderte Strombrücke. Diese Möglichkeit entfällt, wenn die Wälzkörper aus weniger gut oder gar nicht leitenden

Materialien heigesieih werden sollen. Auch eine intensive Schmierung der Lager wirkt sich ungünstig auf die Verwendung der Wälzkörper als Strombrücken aus, weil sich insbesondere bei höheren Drehzahlen zwischen den Lagerkörpern und den Wäl/kör- pern nicht vernachlässigbare Schmierölfilme bilden, die elektrisch isolierend wirken und einen direkten metallischen Kontakt verhindern. Es ist daher bereits versucht worden, das Schmieröl mit elektrisch leitenden Partikeln zu versehen, um seine elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, doch erfordert diese Maßnahme bisher stets einen Kompromiss zwischen guter Leitfähigkeit mit reduzierter Schmierung einerseits und guter Schmierung mit verminderter Leitfähigkeit andererseits.

Zur Vermeidung dieses Nachteils sind zahlreiche Mittel bekannt geworden, mittels derer Strombrücken zwischen den Lagerringen von Wälzlagern auch ohne Beteiligung der Wälzkörper herstellbar sind. Derartige Mittel bestehen z. B. aus wellenförmig ausgebildeten, elektrisch leitenden Federdraht-Elementen, die in äußere Umfangsnuten von inneren Lagerringen eingelegt werden, im eingebauten Zustand an inneren

Mantelflächen von äußeren Lagerringen anliegen und dadurch eine Strombrücke bilden (z. B. DE 101 10 067 Al). Bekannt ist es auch, die Lager an mindestens einer Seite mit Dichtungen zu versehen, die gleichzeitig als Strombrücken wirken (z. B. US-PS 4 856 916, DE 198 24 022 Al, DE 299 16 854 Ul). Derartige Anordnungen dienen vor allem auch dem Zweck, den Stromdurchgang durch die Wälzkörper von Wälzlagern zu reduzieren, die in elektrischen Maschinen wie z. B. Fahrzeugmotoren oder elektrischen Generatoren oder auch als Radlager von Zügen od. dgl. verwendet werden, da bei diesen Anwendungen die Gefahr besteht, dass die Wälzkörper durch zu hohe Stromstärken beschädigt werden und/oder wie auch die inneren oder äußeren Lagerkörper einer unerwünschten Korrosion unterliegen.

Die Anwendung von Wälzlagern ist wegen der damit verbundenen Reibung und aus anderen Gründen insbesondere dann unerwünscht, wenn es sich um Vorrichtungen mit schnell drehenden Teilen handelt, wie dies z. B. für medizinische Scannersysteme zutrifft. Medizinische Scaπnersysteme sind zwar bisher durchweg mit Wälzlagern ausgerüstet, doch ist deren Anwendung auf Drehzahlen bis ca. 200 UpM beschränkt.

Bei höheren DreliZdiύen isi aus den oben genannten Gründen eine zuverlässige Erdung über die Wälzkörper nicht mehr möglich oder nur mit aufwendigen Zusatzeinrichtungen zu erreichen. Daher ist für solche Anwendungen der Einsatz von beriihxungslos arbeitenden Lagern wie z. B. Magnet- oder Luftlagern erwünscht, die durchaus auch für Drehzahlen bis 300 UpM und mehr geeignet sind. Bei derartigen Lagern ist eine Erdung der drehbaren Lagerkörper über Strombrücken der genannten Art nur schlecht oder gar nicht möglich, weil diese eine mechanische Berührung mit den beiden Lagerkörpern erforderlich machen und dadurch Reibungen erzeugen, die durch die Anwendung von Magnet- oder Luftlagern gerade vermieden werden sollen.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung das technische Problem zugrunde, das Lager der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, dass die Erdung des drehbar gelagerten Lagerkörpers nicht über eine Strombrücke, die ihn auch mechanisch mit dem stationären Lagerkörper verbindet, vorgenommen werden muss und auch bei hohen Drehzahlen sicher funktioniert.

Gelöst wird dieses Problem erfindungsgemäß dadurch, dass der drehbare Lagerkörper über den Antriebsriemen geerdet ist.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass der stationäre Lagerkörper für die Erdung des drehbar gelagerten Lagerkörpers unabhängig davon nicht mehr benötigt wird, ob das Lager z. B. als Wälz-, Magnet- oder Luftlager ausgebildet ist. Vorteilhaft ist ferner, dass die Lager mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten betrieben werden können. Außerdem ergeben sich für die erfindungsgemäße Erdung geringe Fertigungs- und Instandhaltungskosten.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Lagers; und

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Fig. 2 und 3 zwei Ausfuhrungsbeispiele von erfindungsgemäßen, für die Erdung verwendeten Antriebsriemen.

Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Lager am Beispiel eines medizinischen Scanners, der einen drehbar gelagerten, hier hohlzylindrisch ausgebildeten Lagerkörper 1 enhält, der z. B. einen Innendurchmesser von 500 mm und mehr aufweisen kann. An einer Innenwand des Lagerkörpers 1 sind ein z. B. als Röntgenröhre ausgebildeter Senderkopf 2 und ein diesem diametral gegenüberliegender Empfänger (Detektor) 3 montiert. Nahe einer Drehachse 4 des Lagerkörpers 1 ist ein zu untersuchendes Objekt 5 ortsfest angeordnet. Da für die Zwecke der Erfindung Einzelheiten des dargestellten Scanners, der verschiedenen bekannten Scannertypen oder anderer, am drehbaren Lagerkörper 1 montierbarer Maschinen- oder Konstruktionsteile nicht wesentlich sind, kann auf die Beschreibung weiterer Einzelheiten verzichtet werden.

Der drehbare Lagerkörper 1 ist im Ausführungsbeispiel ein drehbar gelagerter Außenring, der an einem stationär angeordneten, hier als Innenring ausgebildeten Lagerkörper gelagert ist, sich mittels schematisch dargestellter Wälzkörper 7 koaxial auf dem Außenmantel des Innenrings abstützt und mit diesem ein Wälzlager bildet.

Zum Antrieb des drehbaren Lagerkörpers 1 dient ein schematisch dargestellter Antriebsriemen 8, der zumindest teilweise einerseits um einen Außenmantel des Lagerkörpers 1 und andererseits um eine Riemenscheibe 9 od. dgl. gelegt ist. Die Riemenscheibe 9 ist auf einer parallel zur Drehachse 4 angeordneten Antriebswelle 10 befestigt, die beispielsweise die Ausgangswelle eines Antriebsmotors 11 ist. Bei eingeschaltetem Antriebsmotor 11 rotiert daher der drehbare Lagerkörper 1 um die Drehachse 4 und den stationären Lagerkörpεr 6. Alternativ kann die Antriebswelle 10 auch direkt vom Antriebsriemen 8 umschlungen sein, d. h. die Riemenscheiben 9 fehlen.

Der Lagerkörper 6 ist beispielsweise mit einem nicht dargestellten, den Antriebsmotor 11 aufnehmenden Gehäuse fest verbunden und besteht wie dieses vorzugsweise aus

einem elektrisch gut leitenden maieriai, insbesondere Metall. Wird das Gehäuse daher über eine schematisch angedeutete Leitung 12 geerdet, dann ist automatisch auch der stationäre Lagerkörper 6 geerdet. Bestehen die Wälzkörper 7 und der drehbare Lagerkörper 1 ebenfalls aus elektrisch gut leitenden Materialien, dann bewirken die Wälzkörper 7 automatisch auch eine Erdung des drehbaren Lagerkörpers 1.

Aus den weiter oben erläuterten Gründen ist die Qualität einer derartigen Erdung nicht immer ausreichend gut. Insbesondere in Fällen, in denen hohe Drehzahlen erwünscht sind, müssen daher zusätzliche Maßnahmen getroffen werden. Fehlen die Wälzkörper 7, wie dieses z. B. für Luft- oder Magnetlager gilt, dann ist eine sichere und reibungsfreie Erdung des drehbaren Lagerkörpers 1 bisher nicht möglich.

Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, den drehbar gelagerten Lagerkörper 1 über den Antriebsriemen 8 zu erden. Zu diesem Zweck wird der Antriebsriemen 8 vorzugsweise ganz oder teilweise elektrisch leitfähig ausgebildet, was in mehreren Varianten möglich ist.

Eine erste Variante besteht darin, den Antriebsriemen 8 vollständig aus einem elektrisch leitfähigen Material herzustellen. Da die Antriebswelle 10 in der Regel aus einem elektrisch leitenden Material besteht und über den Antriebsmotor 11 und ein Maschinengehäuse od. dgl. ohnehin bereits geerdet ist, liegen daher auch der Antriebsriemen 8 und der drehbar gelagerte Lagerkörper 1 auf Erdpotential. Dasselbe gilt, wenn der Antriebsriemen 8 nicht direkt die Antriebswelle 10, sondern die auf dieser befestigte, ebenfalls aus einem elektrisch leitfahigen Material bestehende Riemenscheibe 9 zumindest teilweise umschlingt. Ist die vom Antriebsmotor 11 her bewirkte Erdung nicht ausreichend, kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, der Antriebswelle 10 einen geerdeten, ortsfest angeordneten Schleifring 14 zuzuordnen, um sie über diesen auf Erdpotential zu legen.

Eine zweite Variante der Erfindung besteht darin, den Antriebsriemen 8 aus einem Grundmaterial herzustellen, das nicht elektrisch leitfähig sein braucht, und zumindest

auf einer mit dem drehbaicπ Lagerkörper 11 und der Riemenscheibe 9 in Berührung kommenden Innenseite durchgehend mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff zu versehen. Hierzu kann das Grundmaterial z. B. aus Gummi oder einem Kunststoff bestehen und mit einem ganz oder teilweise aus Kohlenstoff bestehenden Füllstoff elektrisch leitfähig gemacht werden.

Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Variante, die bisher für am besten gehalten wird, enthält ein üblicher Antriebsriemen auf der dem drehbaren Lagerkörper 1 und der Antriebswelle 10 oder der Riemenscheibe 9 zugewandten Innenseite eine in ihn eingearbeitete oder an die Innenseite angeformte, in Längsrichtung durchgehende, elektrisch leitfähige Schicht 15 (Fig. 2), die sich über die ganze Breite oder auch nur über einen Teil der Breite des Antriebsriemens 8 erstrecken kann. Diese Schicht 15 kann z. B. aus einem elektrisch leitfähigen Gewebe bestehen, das z. B. Metall- und/oder Kohlefasern enthält oder aus diesen hergestellt ist.

Fig. 3 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel mit einem Antriebsriemen 8, der auf einer dem drehbar gelagerten Lagerkörper 1 und der Riemenscheibe 9 zugewandten Innenseite 8a einen konischen Querschnitt besitzt und mit diesem in einer entsprechend konisch ausgebildeten Umfangsnut 16 der Riemenscheibe 9 eingreift. In diesem Fall kann die elektrisch leitende Schicht z. B. in wenigstens einer, aufgrund der Konusform schräg verlaufenden Seitenwandung des Antriebsriemens 8 angeordnet sein, wie in Fig. 3 durch Schichten 15a, 15b angedeutet ist. Außerdem kann insbesondere der nach Fig. 3 hergestellte Antriebsriemen 8 zumindest auf seiner Innenseite auch als Zahn-riemen ausgebildet sein, in welchem Fall der Außenmantel des drehbaren Lagerkörpers 1 und der Riemenscheibe 9 mit entsprechend ausgebildeten Zahnungen versehen sind.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, die auf vielfache Weise abgewandelt werden können. Das gilt insbesondere für die Art des im Einzelfall verwendeten Lagers. Anstelle des aus Fig. 1 ersichtlichen Wälzlagers kann z. B. ein statisches oder dynamisches Luftlager oder ein Magnetlager vorgesehen sein.

In diesem Fall fehlen die Wäizkorper 7, und statt dessen weist z. B. ein stationärer, ringförmiger Lagerkörper in bekannter Weise eine Anzahl von Luftdüsen zum Aufbau eines Luftpolsters auf, oder es ist ein Lagerkϋrper mit einer Anzahl von Magneten, insbesondere Elektromagneten vorhanden, die während des Betriebs zwischen sich und dem drehbaren Lagerkörper 1 einen Luftspalt mit vorzugsweise regelbarer Dicke aufrecht erhalten. Weiter ist klar, dass der ortsfeste Lagerkörper 6, wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ein im Lagerkörper 1 liegender Innenring, aber auch ein den Außenmantel des drehbaren Lagerkörpers 1 umgebender Außenring sein kann. Im übrigen kann die Gestaltung der Lagerkörper 1 und 6 an die Bedürfnisse des Einzelfalls angepasst werden. Weiterhin stellen die zur Erdung des drehbaren Lagerkörpers 1 über den Antriebsriemen 8 beschriebenen Varianten, insbesondere die verschiedenen Riemenaufbauten, nur bevorzugte Ausführungsbeispiele dar, von denen in weiten Grenzen abgewichen werden kann. Beispielsweise könnten die Schichten 15, 15a und 15b auch aus leitenden, auf das Riemenmaterial aufgebrachten Beschichtungen bestehen. Schließlich versteht sich, dass die verschiedenen Merkmale auch in anderen als den beschriebenen und dargestellten Kombinationen angewendet werden können.