Die Erfindung betrifft ein elektrisch isolierendes Wälzlager zur Drehlagerung eines ro- tierenden Bauteils gegenüber einem Tragteil, umfassend einen metallischen Außen- ring mit einer innenumfangsseitig ausgebildeten ersten Wälzkörperlaufbahnfläche, ei- nen metallischen Innenring mit einer außenumfangsseitig ausgebildeten zweiten Wälzkörperlaufbahnfläche, mehrere zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörper- laufbahnfläche wälzend angeordnete metallische Wälzkörper, und eine zumindest teilweise auf dem Außenring und/oder dem Innenring und/oder den Wälzkörpern auf- gebrachte Isolationsbeschichtung umfassend mindestens eine Isolationsschicht aus mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Material.

Das Einsatzgebiet der Erfindung erstreckt sich insbesondere auf Anwendungen, bei welchen ein rotierendes Bauteil, beispielsweise eine Welle, gegenüber einem Tragteil, beispielsweise einem Gehäuse, drehzulagern ist. Dabei kann im Sinne einer kinemati- schen Umkehr das Tragteil auch beispielsweise als eine stehende Welle ausgebildet sein, zu welcher sich ein rotierendes Bauteil, beispielsweise ein Zahnrad, dreht. Die Wälzlager der hier interessierenden Art umfassen alle üblichen Wälzlagertypen, ins- besondere Kugel-, Tonnen-, Zylinder- oder Kegelrollenlager.

Kommen derartige Wälzlager im Rahmen von stromführenden oder stromerzeugen- den Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise bei einem Elektromotor mit wälzgela- gertem Läufer, so ist es meist im Sinne einer konstruktiven Randbedingung vorgege- ben, dass ein elektrischer Stromdurchschlag des rotierenden Bauteils gegenüber dem Tragteil zu vermeiden ist. Dieses Ziel kann durch ein elektrisch isolierendes Wälzlager der gattungsgemäßen Art erreicht werden.

Unter einem„elektrisch isolierenden“ Wälzlager wird hierbei im Sinne der Erfindung ein Wälzlager verstanden, bei welchem ein Stromfluß über die Bauteile des Wälzla- gers, also von einem ersten Anschußbauteil, an welchem der Außenring angeordnet ist, über die Wälzkörper zum Innenring und weiter zu einem zweiten Anschlußbauteil, an welchem der Innenring angeordnet ist, mittels einer Isolationsbeschichtung im Be- reich des Wälzlagers unterbunden ist. Dabei sind die beiden Anschlußbauteile bei- spielsweise ein rotierendes Bauteil und ein Tragteil.

Aus der EP 0 417 744 A2 geht ein elektrisch isolierendes Gleitlager hervor, dessen Isolationsschicht aus einer Schicht eines elastischen Polymermaterials besteht, wel- che den Außenring des Wälzlagers umgibt. Die Schicht des elastischen Polymermate- rials ist hierbei als ein isolierender Film mit einer Dicke zwischen 0,1 bis 2 mm und ei- ner Shore-Härte von 80A bis 60D sowie einem elektrischen Widerstand von mehr als 100 Megaohm ausgebildet. Die Aufbringung einer solchen außenumfänglichen Isolati- onsbeschichtung führt zu einer nachteiligen Vergrößerung der äußeren geometrischen Abmessungen des Wälzlagers, insbesondere des Durchmessers, und beeinträchtigt auch den Festsitz des Außenrings im Tragteil, welcher insoweit von den Materialei- genschaften der Isolationsschicht abhängig ist.

Aus der EP 2 815 143 A1 geht eine andere technische Lösung für ein im Hinblick auf die vorliegende Erfindung gattungsgemäßes elektrisch isolierendes Wälzlager hervor, bei welcher der vorgenannte Nachteil dadurch eliminiert wird, dass die Isolationsbe- schichtung auf zumindest eine der miteinander korrespondierenden Wälzkörperlauf- bahnflächen aufgebracht ist. Daneben wird auch vorgeschlagen, die Wälzkörper ent- sprechend zu beschichten. Da die Isolationsbeschichtung insoweit unmittelbar im Wälzbereich des Wälzlagers angeordnet wird, ist diese mechanischen Belastungen im Wälzlagerbetrieb ausgesetzt. Es ist angegeben, dass durch eine entsprechende Aus- gestaltung der Isolationsbeschichtung sowie der Materialauswahl auch tribologische Eigenschaftsverbesserungen oder ein Verschleißschutz erzielt werden. Die vorbe- kannte Isolationsbeschichtung umfasst insoweit eine Isolationsschicht aus einer Oxidkeramik, beispielsweise aus AI2O3, S1O2, T1O2 oder ZrO. Diese Oxidkeramiken sind einerseits elektrische Isolatoren und zeigen andererseits auch eine gewisse me chanische Belastbarkeit, welche insbesondere dem Verschleißschutz zuträglich ist.

Die Beschichtung wird dünnschichtig auf die Wälzkörperlaufbahnfläche aufgebracht und beeinträchtigt insoweit nicht die geometrischen Abmessungen des Wälzlagers. In der Praxis gestaltet sich jedoch die Schichtaufbringung oxidkeramischer Dünnschich- ten auf Wälzkörperlaufbahnoberflächen als recht aufwendig und die oxidkeramischen Schichten sind bruchanfällig.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elektrisch isolierendes Wälz- lager mit einer Isolationsbeschichtung dahingehend weiter zu verbessern, dass in fer- tigungstechnisch reproduzierbar einfacher Weise eine wirksame elektrische Isolati- onswirkung erreicht wird.

Die Aufgabe wird ausgehend von einem elektrisch isolierenden Wälzlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 in Verbindung mit dessen kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Die nachfolgenden abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.

Das erfindungsgemäße elektrisch isolierende Wälzlager zur Drehlagerung eines rotie- renden Bauteils gegenüber einem Tragteil umfasst:

einen metallischen Außenring mit einer innenumfangsseitig ausgebildeten ers- ten Wälzkörperlaufbahnfläche,

einen metallischen Innenring mit einer außenumfangsseitig ausgebildeten zwei- ten Wälzkörperlaufbahnfläche,

mehrere zwischen der ersten und der zweiten Wälzkörperlaufbahnfläche wäl- zend angeordnete metallische Wälzkörper,

eine zumindest teilweise auf dem Außenring und/oder dem Innenring und/oder den Wälzkörpern aufgebrachte Isolationsbeschichtung umfassend mindestens eine Isolationsschicht aus mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Material, wobei - das elektrisch nicht-leitende Material der mindestens einen Isolationsschicht aus ei- nem Metalloxynitrid gebildet ist, derart dass zwischen dem rotierenden Bauteil und dem Tragteil ein elektrischer Widerstand von > 200 Megaohm vorliegt.

Eine solche Isolationsbeschichtung umfassend mindestens eine Isolationsschicht aus Metalloxynitrid ermöglicht es, eine ausgezeichnete elektrische Isolation zwischen den Anschlußbauteilen, wie rotierendem Bauteil und Tragteil, zu herzustellen. Durch die hohe mechanische Belastbarkeit einer solchen Isolationsbeschichtung kann diese auch in der belasteten Zone des tribologischen Kontakts des Wälzlagers eingesetzt werden. Dabei wird eine hohe Standzeit des elektrisch isolierenden Wälzlagers erzielt. Zudem lässt sich die Isolationsbeschichtung quasi bauraum-neutral in einem bevor- zugten Dünnschichtverfahren aufbringen, so dass keine Designänderungen am Wälz- lager oder eine Nachbearbeitung desselben im Rahmen der Herstellung notwendig sind.

Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass sich im Gegensatz zu Oxidkeramiken als vorbekanntes Material einer Isolationsschicht die elektrischen und auch mechani- schen Eigenschaften und somit auch die tribologischen Eigenschaften von Metalloxy- nitriden sehr genau über das angegebene Verhältnis von Sauerstoff zu Stickstoff so- wie die eingesetzten Metalle als Verbindungspartner einstellen lassen. Versuche ha- ben ergeben, dass hierdurch elektrisch isolierende Wälzlager mit einem breiten Spekt- rum an elektrischen und mechanischen Kennwerten in einfacher Weise herstellbar sind.

Die Isolationsbeschichtung umfasst mindestens eine Isolationsschicht, wobei lediglich eine Isolationsschicht, aber auch mehrere Isolationsschichten aus Metalloxynitriden gleicher oder unterschiedlicher Zusammensetzung vorhanden sein können.

Vorzugsweise ist eine Metallkomponente des Metalloxynitrids ausgewählt aus mindes- tens einem Metall der Gruppe umfassend Cr, AI, Ta, Si, Ti, V, Zr, Hf, Nb, Mo, La, Ce,

Y und W (Abkürzungen entsprechend dem Periodensystem der Elemente). Beispiels- weise sind geeignete Metalloxynitride: AION, SiAION, CrON.

Um die Haftung der Isolationsbeschichtung am metallischen Außenring oder Innenring zu maximieren, wird gemäß einer weiteren die Erfindung verbessernden Maßnahme vorgeschlagen, dass die Isolationsbeschichtung angrenzend an eine metallische Oberfläche des Außenrings oder Innenrings eine Haftvermittlerschicht umfasst.

Dabei besteht die Haftvermittlerschicht vorzugsweise aus einem Haftvermittlermateri- al, das ausgewählt ist aus einer Materialgruppe, umfassend ein Metall, ein Metallcar- bid, ein Metallnitrid, ein Metallborid, ein Metalloxid, ein elektrisch leitendes Metalloxy- nitrid, ein Metallsilizid. Versuche haben ergeben, dass insbesondere diese Metallver- bindungen eine Verbesserung der Haftung der Isolationsbeschichtung auf metalli- schen Oberflächen ermöglichen.

Weiterhin oder alternativ kann eine solche Haftvermittlerschicht auch im Bereich der Wälzkörper zur Verbesserung der Haftung der Isolationsbeschichtung an den metalli- schen Oberflächen der Wälzkörper eingesetzt werden.

Optional kann die Isolationsbeschichtung auch eine auf die mindestens eine Isolati- onsschicht aufgebrachte Deckschicht umfassen, um insbesondere die tribologischen Eigenschaften zu verbessern. Vorzugsweise ist eine solche Deckschicht als eine amorphe Kohlenstoffschicht ausgebildet, insbesondere als eine wasserstoffhaltige amorphe oder auch als eine wasserstofffreie amorphe Kohlenstoffschicht ausgebildet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Isolationsschicht mit einer Schichtdicke von <10 Mikrometern ausgebildet. Insbesondere bei dem Maxi- malwert dieses Dickenbereichs wird ein hohes Maß an elektrischer Isolation mit gleichzeitig hoher Lebensdauer erzielt, wobei die Schichtdicke dennoch dünn genug bleibt, so dass keine Designänderungen am Wälzlager vorgenommen werden müs- sen, um diesem elektrisch isolierende Eigenschaften zu verleihen.

Bei Anwesenheit einer Haftvermittlerschicht und/oder einer Deckschicht ist es bevor- zugt, wenn die Gesamtschichtdicke der Isolationsbeschichtung mit maximal 15 Mik- rometern bemessen ist. Mit einer solchen Isolationsbeschichtung, welche im Bereich des Wälzlagers angeordnet ist, lässt sich der geforderte elektrische Widerstand von zumindest 200 Megaohm erzeugen.

Der elektrische Widerstand der mindestens einen Isolationsschicht lässt sich über die Materialauswahl für die mindestens eine Isolationsschicht aus Metalloxynitrid sowie über die Schichtdicke variieren, um eine gewünschte Spezifikation einzustellen. Dabei kann über eine Variation des Verhältnisses von Sauerstoff zu Stickstoff der elektrische Widerstand der Isolationsschicht variiert werden, wobei eine Erhöhung des Sauer- stoffanteils zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstandes führt. Eine Erhöhung des Stickstoffanteils führt zu einer Verringerung der Sprödigkeit der Isolationsschicht, so dass ein Einsatz im Bereich der wälzbeanspruchten Oberflächen des Wälzlagers möglich wird.

Ferner wird vorgeschlagen, die Isolationsbeschichtung möglichst im Umfang aller oder einiger der Schichten, umfassend die optionale Haftvermittlerschicht, die mindestens eine Isolationsschicht sowie die optionale Deckschicht, mittels eines Dünnschichtver- fahren aufzubringen. Bewährt hat sich hier insbesondere ein an sich bekanntes PVD- oder PACVD-Verfahren (PVD = Physical Vapour Deposition; PACVD = Plasma- Assistant Chemical Vapour Deposition). Hiermit kann eine Abscheidung der Isolati- onsbeschichtung aus der Gasphase durchgeführt werden, um eine hinreichend dünne Schichtaufbringung mit hoher Güte durchzuführen.

Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein elektrisch isolierendes Wälzlager in Form eines Zylinderrollenlagers, und

Fig. 2 eine schematische Detailschnittansicht durch einen innenbeschichteten Außen- ring des Wälzlagers gemäß Fig. 1.

Gemäß Fig. 1 ist das elektrisch isolierende Wälzlager 100 des Ausführungsbeispiels als Radiallager ausgebildet und besteht im Wesentlichen aus einem Außenring 1 , ei- nem Innenring 2 sowie dazwischen angeordneten Wälzkörpern 3, welche in einem Käfig 4 gehalten sind. Während der Käfig 4 hier aus einem Kunststoffmaterial besteht, sind der Außenring 1 , der Innenring 2 sowie die Wälzkörper 3 aus einem vergüteten Stahl gefertigt und damit materialbedingt elektrisch leitend. Innenumfangsseitig des insoweit metallischen Außenrings 1 ist eine erste Wälzkörper- laufbahnfläche 5 ausgebildet. Korrespondierend hierzu ist außenumfangsseitig des Innenrings 2 eine zweite Wälzkörperlaufbahnfläche 6 ausgebildet. Die beiden Wälz- körperlaufbahnflächen 5 und 6 sind an die Formgebung der Wälzkörper 3 angepasst, die hier als Zylinderrollen ausgebildet sind.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist auf die erste Wälzkörperlaufbahnfläche 5 eine nachstehend beschriebene Isolationsbeschichtung 7 (vergleiche auch Figur 2) aufge- bracht. Die Isolationsbeschichtung 7 könnte aber alternativ auch auf die Außenseite des Außenrings 1 aufgebracht sein.

Das Wälzlager 100 ist zur Drehlagerung eines rotierenden Bauteils 11 gegenüber ei- nem Tragteil 12 ausgebildet, wobei hier der Innenring 2 am rotierenden Bauteil 11 be- festigt ist und das Tragteil 12 am Außenring 1 befestigt ist. Dabei kann aber in einer alternativen Ausführungsform auch umgekehrt das rotierende Bauteil am Außenring 1 und das Tragteil 11 am Innenring befestigt sein.

Gemäß Fig. 2 besteht die hier exemplarisch anhand des Außenrings 1 beschriebene Isolationsbeschichtung 7 aus einer zunächst auf einer metallischen Oberfläche 13 des Stahlmaterials des Außenrings 1 aufgebrachten optionalen Flaftvermittlerschicht 8, welche hier aus einem haftvermittelnden Metall, hier insbesondere Chrom, besteht. Auf die optionale Flaftvermittlerschicht 8 ist eine Isolationsschicht 9 aus mindestens einem elektrisch nicht-leitenden Material in Form eines Metalloxyxynitrids aufgebracht. Als Metalloxynitrid ist hier beispielhaft ein SiAION eingesetzt. Die Isolationsschicht 9 weist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Dicke von 8 Mikrometern auf. Die Isolati- onsbeschichtung 7 umfasst weiterhin eine optionale, auf die mindestens eine Isolati- onsschicht 9 aufgebrachte Deckschicht 1 aus einem wasserstoffhaltigen amorphen Kohlenstoff, um die tribologischen Eigenschaften der Isolationsbeschichtung 7 zu ver- bessern.

Die optionale Flaftvermittlerschicht 8, die mindestens eine Isolationsschicht 9 sowie die optionale Deckschicht 10 werden bei diesem Ausführungsbeispiel bevorzugt je- weils aus der Gasphase mittels eines Dünnschichtverfahrens abgeschieden, wobei eine Gesamtschichtdicke von 15 Mikrometern für die Isolationsbeschichtung 7 nicht überschritten wird.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbei- spiel. So ist es beispielsweise auch möglich, die Isolationsbeschichtung 7 zusätzlich oder alternativ auf die Wälzkörper 3 des Wälzlagers 100 aufzubringen, wie in Figur 2 durch das Bezugszeichen 3 angedeutet. Ebenso kann alternativ oder zusätzlich eine Aufbringung der Isolationsbeschichtung 7 auf den Innenring 2, insbesondere die Wälzkörperlaufbahnfläche 6 des Innenrings 2 erfolgen, wie in Figur 2 durch das Be- zugszeichen 2 angedeutet.

Natürlich sind auch Wälzkörper 3 mit anderen Querschnittsformen denkbar. Falls die mindestens eine Isolationsschicht 9 materialbedingt in Verbindung mit dem metalli- schen Substrat eine hinreichende Haftfestigkeit aufweist, so kann auf eine Flaftvermitt- lerschicht 8 verzichtet werden. Eine Abscheidung der mindestens einen Isolations- schicht 9 erfolgt insoweit unmittelbar auf die metallische Oberfläche 13 des Außen- rings 1 und/oder des Innenrings 2 und/oder der Wälzkörper 3.

Dabei kann eine Anordnung der Isolationsbeschichtung 9 auch auf einer Außenum- fangsfläche des Außenrings 1 und/oder einer Innenumfangsfläche des Innenrings 2 erfolgen.

Ohne Flaftvermittlerschicht 8 und ohne Deckschicht 10 entstünde also ein simples Einschichtsystem. Auch die Ausbildung als Zweischichtsystem ist möglich, beispiels- weise durch zusätzliches Abscheiden der Flaftvermittlerschicht 8 und/oder der Deck- schicht 10, falls die tribologischen Eigenschaften der mindestens einen Isolationsbe- schichtung 7 je nach gewünschter Spezifikation verbessert werden sollen. Obwohl das Ausführungsbeispiel auf ein Radiallager gerichtet ist, können natürlich auch andere Wälzlagertypen erfindungsgemäß ausgestattet werden. Bezuqszeichenliste

1 Außenring

2 Innenring

3 Wälzkörper

4 Käfig

5 erste Wälzkörperlaufbahnfläche

6 zweite Wälzkörperlaufbahnfläche

7 Isolationsbeschichtung

8 Haftvermittlerschicht

9 Isolationsschicht

10 Deckschicht

11 rotierendes Bauteil oder Tragteil

12 Tragteil oder rotierendes Bauteil

13 metallische Oberfläche

100 Wälzlager