专利名称：带有电绝缘体的轴承环以及用于其制造的方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1所述的制造用于滚动轴承的具有电绝缘体的轴承环的方法、一种按照权利要求15或者16所述的轴承环以及一种按照权利要求17所述的滚动轴承。
背景技术：
由实践中已知以下的要求通过轴承来抑制电流穿越，因为否则的话会出现损害轴承的所谓电腐蚀。对电流绝缘轴承的这个要求特别是出现在有关电动机、发电机或者例如轨道车辆的车轮轴承等方面。现有技术中已知的电绝缘轴承特别设计为通过轴承抑制直流电穿越。为此在轴承环的一个上敷设一种绝缘体，特别是电绝缘涂层，从而，必需很高的电击穿场强才能使电流通过轴承。DE 1 243 944 B描述了在滚动轴承轴承环的主体外表面上作为电绝缘体的磷化膜。在此，该磷化膜以湿化学方式涂覆。DE 101 37 785 Al描述了一种构造用于滚动轴承的轴承环的电绝缘体的方法，其中，将喷射或者注射的陶瓷覆层敷设在轴承环主体的表面上。DE 101 61 820 Al和DE 10 2007 000 436 T5同样描述了作为轴承环电绝缘体的
陶瓷覆层。另外还已知用以下方式来制造具有电绝缘体的滚动轴承轴承环提供轴承环的主体，并且将其固定在保持芯轴上。为了形成电绝缘体而设置绝缘覆层，该绝缘覆层至少分段地，例如在主体的外壳表面上包围轴承环的主体，其中，绝缘覆层是构造为多层式的， 并且用由树脂包围的丝状或者带状的基底材料、特别是直径为大约50至100 μ m的玻璃丝 (该玻璃丝例如浸入在酚醛树脂中)通过缠绕轴承环的主体而制成。直接就在缠绕之前，引导玻璃丝通过树脂，从而使卷绕的玻璃丝外部由树脂濡湿。树脂凝固后便形成了由玻璃纤维构成的多层式覆层，玻璃纤维是设置在树脂中。由上述方法构造的轴承环具有基本为均相的涂层来作为电绝缘体，该涂层使高的击穿场强成为必需，因而这种电绝缘体特别适于屏蔽直流电。针对交流电的电屏蔽，按照上述方法制造的轴承环却只是有限制地适用。特别是会在交流电的情况下出现电容的、与频率相关的阻抗，对此，高阻值的均相涂层可能只显示出些微适宜的电阻。特别地，采用可快速开关的双极晶体管可实现转数变化的驱动装置的高动态运行。在此，在滚动轴承区域内出现的电压或者电流同样也高动态地发生改变，从而出现新式类型的交流电，该新式类型交流电需要特意调准的电绝缘体。特别是，在EHD运行中通过共模电压与设备电容的共同作用，在滚动轴承的两个轴承环之间出现电压差，该电压差导致脉冲波形电流，一旦发生放电时(所谓的EMD电流，Electric Discharge Machining-Strom 放电加工电流)随此，在频率直至几个兆赫的情况下，出现直至3安培的电流强度。此外，当接地电流在壳体和接地之间流动时，还出现涡流电流，该涡流电流导致围绕着安置在轴承上的轴的磁性环流，并且由此导致轴承环中的涡流电流。在频率为几百个千赫的情况下， 典型的电流强度在此同样为大约几安培。同样，当安置在滚动轴承中的转子接地时，并且接地阻抗比容纳滚动轴承的壳体的阻抗小时，同样会出现所谓的转子接地电流。转子接地电流的电流强度或者频率处在针对涡流电流给出的范围内。此外，在不同电容之间也可能出现残余电流，该残余电流的影响是很难估计到的。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种制造用于滚动轴承的轴承环的方法，该轴承环特别适于屏蔽交流电。根据本发明，此目的通过一种例如根据权利要求1所述方法制造的轴承环，按照权利要求14或15，以下述方式实现绝缘覆层包含添加剂，该添加剂改善了电绝缘体的电特性特别是介电特性、和/或机械特性。基于绝缘覆层中的添加剂，而能够这样地调定所述电绝缘体的电特性，S卩，使得该轴承环还特别显示出针对交流电得以改善的绝缘效应。在此，添加剂是作为相对于包围的树脂或者基底材料分界的固态相存在的，并且在实施根据本发明的方法时，可以掺入到还是液态的树脂中，或者可以涂覆(例如喷镀)到使基底材料濡湿的仍然是液态的树脂上。绝缘覆层中添加剂在材料方面的设计方式，特别是对于添加剂材料的选择，显示出这样的自由度，该自由度能被用来构造特别针对交流电而优化的绝缘。对此另选或者补充的是，添加剂的几何设计方式显示了另一自由度。例如，添加剂可以作为粉末存在或者是布置于绝缘覆层中的丝(线)。此外，以下设计也是可行的树脂覆层的丝状或带状载体由添加剂的材料构造而成。最后，还具有以下的可行性为添加剂在材料上的设计或者在几何上的设计设置有梯度。例如，在继轴承环主体的上表面之后，添加剂可以为由第一种材料构成的颗粒，并且在与轴承环主体的该上表面有一段间距的地方，可以为由同样材料或者其它材料构成的丝，从而形成一种垂直于轴承环主体的上表面的梯度。绝缘覆层构造的这种设计自由能通过按照权利要求1所述的方法以下述方式实现例如将添加剂掺入树脂，引导丝状或带状的基底材料通过该树脂，然后将用树脂濡湿的基底材料围绕轴承环的主体缠绕。以下设计也是可行的从添加剂中选择基底材料的材料， 从而代替玻璃纤维或者附加补充于玻璃纤维，使由添加剂构成的丝线或带子被树脂濡湿。关于本方法，优选规定采用的添加剂具有小于大约3的相对介电常数以及非常小的介电损耗系数。因此便制得一种在绝缘覆层中具有添加剂的轴承环，添加剂具有小于大约3的相对介电常数以及非常小的介电损耗系数。由于微小的介电常数和非常小的介电损耗系数之故，此轴承环特别适合用于针对在几百个千赫至几个兆赫范围内的交流电的电屏蔽，并且由此适用于开头提到的ECD电流、涡流电流或者接地电流出现于其内的范围。例如设置PTFE作为用于添加剂的材料，其相对介电常数在所提供的范围内为大约2.1，并且其介电损耗系数tan( δ)小于0.0001。由此，构成了这样一种电绝缘覆层，该电绝缘覆层的电容小于滚动轴承或者壳体的接地电容，从而特别是使得转子接地电流不再采取穿过滚动轴承的路径，而是采取穿过接地的路径。所述添加剂，如PTFE，可以作为颗粒或者纤维设置在绝缘覆层中，或者对此另选或补充地，作为用于基底材料的材料，从而，基底材料或是仅仅包括PTFE纤维，或是附加补充于玻璃纤维而包括PTFE纤维。在此，颗粒或者纤维能被掺入到包围基底材料的树脂中。优选规定该唯一的或者其它的添加剂包括陶瓷，特别是氧化陶瓷或氰化陶瓷。依此，该陶瓷将绝缘覆层的介电特性在很宽的范围上调整。在采用具有与温度不相关的介电特性的陶瓷时，电绝缘体在滚动轴承运行时也只有微小的变化。关于陶瓷的选择，优选规定陶瓷的相对介电常数具有基本上与温度不相关的变化曲线。对此另选地，对于陶瓷的相对介电常数基本上与温度不相关的变化曲线，可优选规定陶瓷设计为至少两个陶瓷亚成分的混合物，其中，该至少两个陶瓷亚成分的混合物具有基本上与温度不相关的相对介电常数变化曲线。可如此选择这两个陶瓷亚成分第一个亚成分包括第一种物质，该物质具有随温度增加的介电特性变化曲线，并且第二个亚成分包括一种物质，该物质具有随温度减小的介电特性变化曲线。通过两个陶瓷亚成分的混合， 特别是通过各亚成分的材料选择或者亚成分混合比例的选择来保证所得到的混合物构成了这样一种陶瓷，其相对介电常数具有基本与温度不相关的变化曲线。特别是提供诸如 TiO2Ja2TiiAci或MgTiO3,它们分别具有一种与温度呈线性的介电特性变化曲线。在实施本方法时，采用具有上述特性的陶瓷或者陶瓷亚成分作为添加剂，该陶瓷或者陶瓷亚成分是作为颗粒或纤维设置在绝缘覆层中，并且例如作为粉末添加于树脂中。优选规定该唯一的或者其它的添加剂具有高分子材料，此高分子材料的每个分子有高份额的氧原子，并且该高分子材料有低的着火点。在轴承环的绝缘覆层中，该高分子材料由于其每个分子有高份额的氧原子以及由于其低的着火点而具有以下优点在绝缘覆层中存在有导电的特别是金属的粒子的情况下，能抑制穿过整个绝缘覆层的击穿的扩散。 若构成了穿过绝缘覆层的电压击穿，则高分子蒸发，并且与金属的粒子反应生成诸如水或二氧化碳等反应产物，其中，在化学转化时吸收了电击穿的能量。因此，电击穿在绝缘覆层中生成一空腔，而没有完全穿透绝缘覆层，从而使绝缘覆层维持其绝缘效应。优选规定采用纤维素，特别是毛质或者纸质，作为每个分子有高份额的氧原子以及具有低着火点的高分子材料，从而在实施本方法时，优选作如下设定添加剂包括纤维素，特别是毛质或纸质。纤维素能够以下述方式掺入液态树脂例如，将纸质或毛质的颗粒导入树脂中。对此，另选或者作为补充地设定如下纤维素、特别是毛质或纸质设置为基底材料，必要时设置为除了例如玻璃纤维之外附加的基底材料。优选规定该唯一的或者其它的添加剂改善了绝缘覆层的机械减震。为此，在实施本发明时设定如下采用这样一种材料作为唯一的或者其它添加剂，该材料在机械振动方面具有良好的减震阻尼性能。该材料是作为颗粒或纤维设置在电绝缘覆层中，或者对此另选或补充地作为树脂的附加物。特别优选地规定添加剂包括聚氨酯。优选规定一种或其它添加剂包括铅颗粒或铅丝。铅颗粒或者铅丝，例如是纤维的形式或作为基底材料的材料，提高了绝缘覆层针对高能量的、特别是放射性辐射的稳定性。 铅颗粒或者由铅构成的纤维可掺入树脂，另选或者作为补充地可设定如下基底材料包括由铅构成的丝，必要时附加于其它的丝，特别是附加于玻璃纤维，以作为基底材料。优选规定至少一种添加剂构造为颗粒或者丝，该颗粒或丝是掺入树脂的。在构造
5多层式绝缘覆层的过程中，可以通过有针对性地在树脂中附加颗粒或丝，容易地在绝缘覆层内部生成一种梯度。此外，还可以容易地从用量上操纵及控制作为树脂附加物的颗粒或丝，并且减少所需的树脂量，以构造特定厚度的绝缘覆层。对于至少一种添加剂作为颗粒或丝的设计，另选或补充地优选设定选择至少一种添加剂作为基底材料的至少一部分的材料。由此，基底材料还有容纳于树脂中的添加剂均可以由同样的材料或者不同材料构成。特别是，可以代替玻璃纤维或者附加于玻璃纤维， 选择添加剂既作为电介质，而且还用于绝缘覆层的机械稳定。本发明的其它优点和特征可由从属权利要求和针对实施例的描述中得出。
在下文将参照附图详细描述和解释本发明。图1以示意性的横剖视图示出了本发明滚动轴承一个优选实施例的本发明轴承环的优选实施例，它是按照本发明方法的一个优选实施形式制造的。
具体实施例方式首先应确定，图1只是示出了非常简化的示意性实施例；特别是，各个部分的尺寸关系互相之间并不是按比例的。同样简略示出的是，相继的各层通过锐化的边界面彼此分
ο图1示出一轴承环1，该轴承环1设置为未进一步示出的滚动轴承的外环，其中该轴承环1具有主体2，在此主体的外壳表面3上涂覆了构造为多层式绝缘覆层4的电绝缘体。绝缘覆层4包括直接敷设在作为主体2上表面的外壳表面3上的第一层5、与外壳表面3有尽可能大的间距的第二层6、以及基本上布置在第一层5和第二层6中间的第三层 7。层5、6、7中的每一个都由基底材料8和包围此基底材料8的固态树脂基质9(这里为酚醛树脂)构造。PTFE丝用作基底材料8的材料，该PTFE丝分层地分别从右向左或者从左向右缠绕主体2，从而在俯视图中看在外壳表面3上形成交叉图式。为了改善机械特性以及电特性，特别是为了制造对于交流电压尽可能好的绝缘， 为基底材料8的材料提供PTFE。基底材料8的PTFE丝因此构造为第一个容纳在树脂基质 9中、并且由此容纳在绝缘覆层4中的添加剂10。绝缘覆层4包括PTFE颗粒作为另外的第二种添加剂11，与在第二层6中相比，该添加剂在第一层5中是以更高的浓度设置，从而在垂直于上表面2的方向上形成一种梯度。PTFE颗粒11以及基底材料8的PTFE丝10在几百个千赫至大约几个兆赫的范围内具有小于大约3的相对介电常数，以及非常小的介电损耗系数。绝缘覆层4具有由纤维素、特别是由棉毛或者纸构成的丝作为另外的第三种添加剂12。由纤维素构成的丝12在第一层5中的浓度高于其在第二层6中的浓度，从而同样在垂直于上表面3的方向上构成一种梯度。由纤维素构成的丝12，其浓度向着主体2的方向增加，这是考虑到以下因素防止通过从主体2的外壳表面3起始的电击穿导致绝缘覆层4 被击穿。为此，图中未示出的导电粒子与由纤维素构成的丝12共同作用，该导电粒子的体积密度同样是向着主体2的外壳表面3的方向增大。绝缘覆层4包括由聚氨酯构成的球体作为另外的第四种添加剂14，该聚氨酯在绝缘覆层4中有基本恒定的体积密度。该轴承环1以下述方式制造使主体2具有准备好的上表面3。接着通过多次地缠绕上表面3而制造出绝缘覆层4。为此，将基底材料8的PTFE丝导入树脂，并且分层地卷到主体2上。为了将第一种添加剂10供给到绝缘覆层4中，选择PTFE作为用于基底材料8的丝的材料。为了供给其它的添加剂11、12、13，将PTFE颗粒11、纤维素丝12以及聚氨酯球体 13分别以粉末的形式掺入仍是液态的树脂9中，这些添加剂11、12、13分别粘附在树脂9 上，并且随同树脂9积聚在基底材料8的PTFE丝的外部。在缠绕上表面3时，树脂9与相邻的PTFE丝绕圈相连结，而形成树脂基质9，添加剂11、12、13便容纳在此树脂基质9中。在上述的实施例中，是将PTFE丝设置为基底材料8，该PTFE丝在每一层5、6、7的内部多次地缠绕主体2的上表面3。不言而喻，基底材料8不必是具有几乎圆形横截面的基本为一维的丝(eindimensionaler Faden)。基底材料也可具有整平的横截面，例如为带状。此外，基底材料8也可构造成基本为二维的织物或者纱线。此外，还可以理解，基底材料8也可以由不同的材料构成；例如，可附加地设置玻璃纤维，或者代替PTFE纤维设置玻璃纤维。同样也可设置陶瓷，特别是陶瓷薄膜的裁切坯料，来代替PTFE，作为基底材料8所用的材料。在上面描述的实施例中，在垂直于主体2的上表面3的方向上，第二种添加剂11 和第三种添加剂12在浓度上分别具有梯度。不言而喻，相应的各添加剂10、11、12、13沿着上表面3也可以具有梯度。例如，选择为基底材料8的第一种添加剂10的每单位面积的绕圈数量可以沿着上表面3在一个方向上增加。对此另选或者作为补充，作为颗粒或者丝存在的添加剂11、12、13的浓度可以沿着上表面3具有梯度。上面借助一个实施例描述了本发明，其中，树脂基质9是由酚醛树脂构成。不言而喻，代替酚醛树脂，也可以采用环氧树脂或者酚醛树脂与环氧树脂的混合物。附图标记
1轴承环
2轴承环1的主体
3主体2的上表面
4绝缘覆层
5第一层
6第二层
7第三层
8基底材料
9树脂基质
10第一种添加剂
11第二种添加剂
12第三种添加剂
13第四种添加剂
权利要求
1.制造用于滚动轴承的具有电绝缘体的轴承环的方法，其中，该方法包括以下步骤提供轴承环(1)的主体(2)，通过用由树脂包围的基底材料(8)缠绕所述轴承环(1)的主体( 来敷设一种多层式的、至少分段包围所述轴承环(1)主体O)的绝缘覆层G)，以形成所述电绝缘体，其中，所述绝缘覆层(4)包含添加剂(10、11、12、13)，该添加剂改善所述电绝缘体的电特性特别是介电特性、和/或机械特性。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂(10、11)具有小于大约3的相对介电常数以及非常小的介电损耗系数。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，所述添加剂(10、11)包含PTFE。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，该唯一的或者其它的添加剂包括陶瓷，特别是氧化陶瓷或氰化陶瓷。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，所述陶瓷的相对介电常数具有基本上与温度不相关的变化曲线。
6.按照权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述陶瓷构造为至少两个陶瓷亚成分的混合物，其中，该至少两个陶瓷亚成分的混合物具有基本上与温度不相关的相对介电常数变化曲线。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，该唯一的或者其它的添加剂(1 具有高分子材料，该高分子材料的每个分子有高份额的氧原子，并且该高分子材料有低的着火点。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于，所述添加剂(12)包括纤维素，特别是毛质或者纸质。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，该唯一的或其它的添加剂 (13)改善所述绝缘覆层的机械减震。
10.按照权利要求9所述的方法，其特征在于，所述添加剂(13)包括聚氨酯。
11.按照权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，该一种或其它添加剂包括铅颗粒或铅丝。
12.按照权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，至少一种添加剂(11、12、 13)构造为颗粒或纤维，它们是掺入树脂的。
13.按照权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，选择至少一种添加剂 (10)作为所述基底材料(8)的至少一部分的材料。
14.按照权利要求1至13中任一项所述的方法，其特征在于，添加剂(11、12)的浓度、 材料上的设计和/或几何上的设计在所述绝缘覆层内具有梯度。
15.用于滚动轴承的轴承环(1)，其中，所述轴承环(1)包括一主体0)，该主体(2)具有至少分段包围所述轴承环(1)主体( 的绝缘覆层(4)，以形成电绝缘体，其特征在于，在电绝缘覆层中设置有添加剂(10、11、12、13)，该添加剂具有按照权利要求1至14中任一项所述的特性。
16.用于滚动轴承的轴承环，特别是按照权利要求15所述的轴承环(1)，根据权利要求 1至14中任一项所述的方法制造。
17.具有至少一个根据权利要求15或16所述轴承环(1)的滚动轴承。
全文摘要
本发明涉及一种制造用于滚动轴承的具有电绝缘体的轴承环的方法以及例如借助于本方法制造的用于滚动轴承的轴承环，其中，该方法包括以下步骤提供轴承环(1)的主体(2)，通过用由树脂包围的基底材料(8)缠绕所述轴承环(1)的主体(2)来敷设一种多层式的、至少分段包围所述轴承环(1)的主体(2)的绝缘覆层(4)，以形成电绝缘体。该方法与例如借助于该方法制造的轴承环的特征在于所述绝缘覆层(4)包含添加剂(10、11、12、13)，该添加剂改善电绝缘体的电特性特别是介电特性、和/或机械特性。因此，根据本发明提供了一种轴承环或者一种制造轴承环的方法，其中，该轴承环特别适于屏蔽交流电。
文档编号F16C33/62GK102395804SQ201080014653
公开日2012年3月28日 申请日期2010年3月19日 优先权日2009年3月27日
发明者F·施泰因豪尔, G·马丁, S·施瓦茨 申请人:谢夫勒科技有限责任两合公司