INSULATED BEARING FOR AN ELECTRICAL MACHINE

Abstract: 1. An insulated bearing for an electrical machine, in which in the bearing shell (26), a stratified insulating layer (30) applied so as to adhere well, prevents the occurence of bearing currents, said insulating layer consisting of a metal base layer (34) and a ceramic layer (36) which adhere well to one another, characterised in that with an insulating sliding bearing, in the bearing shell (26) or in the bearing bush below the bearing layer of bearing material (28), there is arranged the insulating layer (30) which is made up of three components and consists of a base layer (34), a ceramic layer (36) and metal bonding layer (38), between the ceramic layer (36) and bearing material (28), the metal bonding layer (38) being physically connected both to the ceramic layer (36) and to the bearing material (28) so as to adhere well.

Description: Isoliertes Lager für eine elektrische Maschine Die Erfindung bezieht sich auf ein isoliertes Lager für eine elektrische Maschine, bei dem die Isolierschicht das Auftreten von Lagerströmen verhindert. Es ist seit langem bekannt, dass derartige Fremdströme durch die Läuferwelle von elektrischen Maschinen fliessen können und sehr schädliche Auswirkungen auf die Lagerflächen haben. Dies hat eine entsprechende Verschlechterung der Lagereigenschaften zur Folge und führt zu einer Verkürzung der Lagerlebensdauer, so dass es unter Umständen erforderlich werden kann, dass die elektrische Maschine ausser Betrieb genommen und repariert oder umge- baut werden muss. Ein isoliertes Lager ist z. B. aus der CH-PS 69 819 bekannt, die ein Wälzlager für elektrische Maschinen betrifft. Die Isolierschicht ist durch eine Zwischenlage von Isoliermaterial im Laufring gebildet. Weiterhin ist aus der US-PS 39 24 906 ein Traglager einer elektrischen Maschine bekannt, das von einer Schicht eines isolierenden Keramikmaterials umgeben ist, das in flüssiger Form aufgebracht werden kann. Die dünne Keramikschicht wird dann mit einem härtbaren, flüssigen Isoliermaterial, z.B. Lack, imprägniert, um sowohl eine Verunreinigung des Keramikmaterials zu verhindern, als auch die Laufeigenschaften zu verbessern, damit die Wahrscheinlichkeit verringert wird, dass die Isolieroberfläche abspringt oder beschädigt wird. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass die auf diese Weise erzeugte Isolieroberfläche vor und während des Einbaus in die Maschine beschädigungsanfällig ist und dass es ferner schwierig ist, die für die Aussenfläche des beschichteten Bauteiles erforderlichen Toleranzen einzuhalten. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein isoliertes Gleitlager zu schaffen, bei dem die Isolierschicht nicht schadensanfällig ist. Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäss der Erfindung bei einem isolierten Gleitlager im Lagergehäuse oder in der Lagerschale unterhalb der tragenden Schicht aus Lagermaterial die Isolierschicht vorgesehen, die dreiteilig aufgebaut ist und aus einer Grundschicht, einer Keramikschicht und einer metallischen Haftschicht zwischen der Keramikschicht und dem Lagermaterial besteht. Die Isolierschicht ist also als Verbundisolierschicht auf der Unterseite des Lagermetalis angeordnet und ist somit vor den Betriebsbeanspruchungen und vor Beschädi- gungen geschützt. Trotzdem ist die notwendige Isolierung zwischen der rotierenden Welle und den stehenden Lagerteilen gegeben. Damit bei einem geteilten Lagergehäuse durch die not- wendige Bearbeitung der Teilungsflächen keine unerwünschte leitende Überbrückung der Isolierschicht auftreten kann, empfiehlt es sich, dass an den Teilungsflächen des La gergehäuses das Lagermaterial bis zur Isolierschicht gegenüber dem Lagergehäuse zurückgesetzt ist. Ein Ver schmieren des weicheren metallischen Lagermaterials, das leitende Wege über der Keramikschicht erzeugen würde, ist somit verhindert. Es ist besonders vorteilhaft, die gemäss der Erfindung ausgebildete Isolierschicht dadurch herzustellen, dass auf die vorbereitete Innenfläche des Lagergehäuses oder der Lagerschale die Grundschicht durch Aufsprühen des sie bildenden Materials in geschmolzener Form aufgebracht wird, dass dann auf diese Grundschicht eine Schicht geschmolzenen Keramikmaterials aufgesprüht wird, deren Dicke mindestens 0,5 mm beträgt, dass weiterhin auf die Keramikschicht die Haftschicht durch Aufsprühen des geschmolzenen Materials aufgebracht wird und dass schliesslich das Lagermaterial in geschmolzenem Zustand auf die Haftschicht aufgebracht wird und dass dann das Lager¯ material zur Herstellung der Lauffläche bearbeitet wird. Bei der so hergestellten Verbundisolierschicht sind die einzelnen Schichten untereinander und zu den benachbarten Schichten gut haftend. Da die Schmelztemperatur der Verbundisolierschicht wesentlich höher liegt als die des Lagermaterials, wird sie von der Hitze des geschmolzenen Lagermaterials nicht beeinträchtigt. Ausserdem ist die Stärke der Bindung zwischen der Verbundisolierschicht derart hoch, dass das Lagermaterial nach genauen Toleranzen bearbeitet werden kann, so dass das komplette Gleitlager einschliesslich der Aussenflächen des Lagergehäuses und der Innenfläche des Lagermaterials auf genaueste Abmessung bearbeitet werden kann. Im folgenden sei die Erfindung noch anhand der in den Fig. 1 bis 4 der Zeichnung dargestellten Ausführungs- beispiele näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine elektrische Maschine schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lager¯ schale eines Gleitlagers. In Fig. 3 ist im grösseren Massstab ein Teilschnitt durch die Lagerfläche des Gleit lagers dargestellt. Schliesslich zeigt Fig. 4 ein axiales Spurlager mit isolierten ebenen Tragsegmenten. Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine mit dem Ständer 10 und dem Läufer 12. Das mit den Wicklungen versehene Läuferblechpaket 16 wird von der rotierenden Welle 18 getragen, an derem einen Ende die Vorrichtung 14 zur Leistungsübertragung angebracht ist, die eine Kupplung, Riemenscheibe, ein Antriebsrad oder ähnliches sein kann. Die Welle 18 wird mittels der Lager 20, 22 vom Ständer 10 getragen, die als Gleitlager mit Lagerschalen ausgebildet sind. Zur axialen Festlegung der Weile 18 innerhalb der elektrischen Maschine sind auf dieser ringförmige Vorsprünge 24 und 26 vorgesehen, Am Läufer einer elektrischen Welle liegt häufig ein elektrisches Potential an, das wesentlich über dem des geerdeten Ständers liegt, der Erdpotential aufweist. Die gegebene Potentialdifferenz hat einen Stromfluss vom Läufer zum Ständer an allen Punkten zur Folge, an denen ein Stromübergang möglich ist. Da Läufer und Stän- der normalerweise nur an den Lagern tatsächlich mit- einander in Berührung kommen, bilden die Lager somit den einzig möglichen Stromübertragungspunkt zwischen Läufer und Ständer. Obwohl die bei Gleitlagern verwendeten Schmiermittel normalerweise gute Isoliermittel sind, lässt die Potentialdifferenz zwischen der Läuferwelle und dem Stän- der dennoch häufig einen Stromfluss durch den Schmier¯ mittelüberzug zu. Dies führt zu einer Zersetzung der sich berührenden Wellen- und Lagerflächen, wodurch die Lagerabnutzung beschleunigt wird. Deshalb werden zwischen dem Lagergehäuse und Ständer Isoliermaterialien einige¯ setzt, um den Läufer vom Ständer elektrisch zu isolieren. In Fig. 2 ist die Lagerschale bzw. das Lagergehäuse 26 eines Gleitlagers dargestellt, das auf der Innenseite mit einer Schicht aus Lagermaterial 28, z. B. aus Lagerweissmetall ausgekleidet ist. Die Tragfläche des Gleit lagers, d. h. die Schicht aus Lagermaterial 28, ist nach genauen Toleranzen bearbeitet und nimmt die rotierende Welle auf. Zwischen dem Lagergehäuse 26 und dem Lagermaterial 28 ist die Verbundisolierschicht 30 angeordnet. Die Zusammensetzung der Verbundisolierschicht 30 ist in Fig. 3 in grösserem Massstab gezeigt. Das Material des Lagergehäuses 26, das häufig ein eisenhaltiges Material ist, wie z,B, Gusseisen oder Stahl, wird mit einer dünnen Grundschicht 34 überzogen. Diese Grundschicht 34 hat unmittelbaren Kontakt mit dem Lagerge häuse 26 und haftet daran. Auf der Grundschicht 34 ist eine Keramikschicht 36 aufgetragen, welche die erwünsch- ten Isoliereigenschaften aufweist. Diese Keramikschicht 36 wird von einer metallischen Haftschicht 38 überlagert, die vorzugsweise aus einem Metall besteht, das sich sowohl mit dem Material der Keramikschicht 36 als auch mit dem Lagermaterial 28, gewöhnlich Lagerweissmetall, verträgt. Das Lagergehäuse 26 ist geteilt ausgebildet, so dass sich in einer Durchmesserebene liegende Teilungsflächen 32 ergeben, die bearbeitet werden. Um zu verhindern, dass das Lagermetall 28 während der Bearbeitung der Tei- lungsflächen 32 über die Isolierschicht 30 verwischt werden kann, so dass ein elektrischer Kontakt mit dem Lagergehäuse 26 entstehen würde, ist das Lagermaterial 28 durch einen bis zur Isolierschicht 30 gehenden Absatz gegenüber den Teilungsflächen 32 zurückgesetzt. Die Isolierschicht 30 begrenzt diesen Absatz. Wird der Absatz wie in Fig. 2 dargestellt, durch eine Abschrägung der Oberfläche des Lagermaterials 28 gebildet, so ist an der Begrenzung des Absatzes die schräg angeschnittene Isolierschicht breiter als es ihrer Dicke entspricht. Ihre trennende Wirkung wird somit verstärkt. An den Stirnflächen ist ausserdem zwischen dem Lagergehäuse 26 und dem Lagermaterial 28 eine Nut 33 an der Isolierschicht 30 vorgesehen, die durch eine Abdeckung beim Auftragen des Lagermaterials 28 gebildet wird, so dass sich dort die Isolierschicht 30 auf der Innen fläche des Lagergehäuses 26 über die Stirnfläche des Lagermaterials 28 hinaus erstreckt. Dies verhindert, dass das Lagermaterial 28 an den Stirnflächen zum Material des Lagergehäuses 26 verwischt wird. Bei der Herstellung der Verbund isolierschicht 30 wird zunächst die Innenfläche des Lagergehäuses 26 durch Kiessandstrahlen oder einem chemischen Reinigungsprozess aufbereitet, wie z.B. die Behandlung des Metalls mit einem Ätz und Reinigungsmittel.Man kann auch in die Oberfläche des Lagergehäuses 26 Nuten einarbeiten, um eine bessere Haftung der Verbundisolierschicht 30 zu erzielen. Dann wird die Grundschicht 34 auf die Oberflächen des Lagergehäuses 26 aufgetragen, vorzugsweise mittels eines bekannten Plasma-Sprühverfahrens. Derartige Verfahren sind z.B. in den Veröffentlichungen von Metco, Inc., Westbury, New York, wie "Metco flame spraying processes" und "Handbook of coating recommendateons" beschrieben. Die Grundschicht 34 kann auch aus einer Nickelaluminitlegierung oder ähnlichem hergestellt sein, in einer Dicke von 0,05 mm bis 0,1 mm. Unmittelbar danach wird die Keramikschicht 36 aufgetragen, möglichst mit dem selben Plasma-Sprühverfahren. Die Keramikschicht 36 sollte vorzugsweise aus Aluminiumoxid sein. Dann wird die Keramikschicht 36 mit einer Haftschicht 38 aus Metall, wie z.B. Kupfer, ebenfalls mit derselben Plasma-Sprühmethode überzogen. Diese Haftschicht 38 ergibt die notwendige physikalische Bindung zwischen der nachfolgenden Schicht aus Lagermaterial 28 und der vorangehenden Keramikschicht 36. Die Haftschicht wird vorzugsweise mit einer Dicke von 0,05 bis 0,0125 mm aufgetragen. Da die Haftschicht 38 die Neigung hat, durch die Keramikschicht 36 hindurchzuwandern, bzw. sie zu durchdringen und dadurch einen elektrischen Kontakt zwischen der Haft¯ schicht 38 und somit dem Lagermaterial 28 und dem Lagergehäuse 26 herzustellen, sollte, um dies zu vermeiden, die Keramikschicht 36 eine Mindeststärke von 0,5 mm haben. Die letzte Schicht, die Schicht aus Lagermaterial 28, kann durch ein Plasma-Sprühverfahren, durch Spinnguss oder andere geeignete Verfahren aufgetragen werden. Da die Schmelztemperatur der Verbundisolierschicht 30 wesentlich höher liegt als die des Lagermaterials 28, wird sie von der Hitze des geschmolzenen Lagermaterials 28, z. B. Lagerweissmetall, nicht beeinträchtigt. Ferner ist die Stärke der Bindung zwischen den Materialien der einzelnen Schichten derart hoch, dass das Lagermaterial nach genauen Toleranzen bearbeitet werden kann, so dass das komplette Lagerteil einschliesslich der Aussenflächen des Lagergehäuses 26 und der tragenden Innenfläche des Lagermaterials 28 auf die präzisen Abmessungen gebracht werden kann. In Fig. 4 ist als weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ein ebenes axiales Spurlager dargestellt. Ein solches Spurlager setzt sich aus einer einzigen Tragscheibe bzw. einer Vielzahl von Tragsegmenten 40 zusammen, die jeweils unabhängig gelagert sind. Das Trag¯ segment 40 trägt auf der der Lagerfläche zugewandten Oberfläche eine Verbundisolierschicht 30 und die eigentliche Tragschicht 42 aus Lagermaterial, wie z. B. Lagerweissmetall, die über der Isolierschicht 30 liegt. Wie bereits vorstehend ausgeführt, lassen sich an den Rän dern des Tragsegmentes 40 Absätze bzw, Einkerbungen vorsehen, die elektrische Kurzschlüsse aufgrund von Verwischen des Lagermaterials während der Bearbeitung des Tragsegmentes 40 verhindern, 9 Patentansprüche 4 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Isoliertes Lager für eine elektrische Maschine, bei dem die Isolierschicht das Auftreten von Lagerströmen verhindert, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass bei einem isolierten Gleitlager im Lagergehäuse (26) oder in der Lagerschale unterhalb der tragenden Schicht aus Lagermaterial (28) die Isolierschicht (30) vorgesehen ist, die dreiteilig aufgebaut ist und aus einer Grundschicht (34), einer Keramikschicht (36) und einer metallischen Haftschicht (38) zwischen der Keramikschicht (36) und dem Lagermaterial (28) besteht. 2. Isoliertes Lager nach Anspruch 1 mit geteiltem Lagergehäuse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass an den Teilungsflächen (32) des Lagergehäuses (26) das Lagermaterial (28) bis zur Isolierschicht (30) gegen über dem Lagergehäuse (26) zurückgesetzt ist. 3. Isoliertes Lager nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i C h n e t , dass bei einem Lager¯ gehäuse t26) aus Metall die Grundschicht (34) aus metallischem Werkstoff besteht. 4. Isoliertes Lager nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Grundschicht (34) aus einer Nickel-Aluminium-Verbindung besteht. 5. Isoliertes Lager nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t 2 dass die Keramikschicht (36) Aluminium-Oxyd enthält. 6. Isoliertes Lager nach Anspruch 1 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Keramikschicht (36) mindestens 0,5 mm dick ist. 7. Isoliertes Lager nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t s dass die metallische Haftschicht t38) aus Kupfer besteht. 8. Isoliertes Lager nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Isolierschicht (30) auf den Tragsegmenten (40) eines axialen Spurlagers unterhalb des Lagermaterials (42) angeordnet ist. 9. Verfahren zur Herstellung der Isolierschicht an einem isolierten Lager nach einem oder mehreren der Patentansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf die vorbereitete Innenfläche des Lagergehäuses (26) oder der Lagerschale die Grundschicht (34) durch Aufsprühen des sie bildenden Materials in geschmolze- ner Form aufgebracht wird, dass dann auf diese Grund¯ schicht (34) eine Schicht geschmolzenen Keramikmaterials t36) aufgesprüht wird, deren Dicke mindestens 0,5 mm beträgt, dass weiterhin auf die Keramikschicht (36) die Haftschicht t38) durch Aufsprühen des geschmolzenen Materials aufgebracht wird und dass schliesslich das Lagermaterial (38) in geschmolzenem Zustand auf die Haftschicht (38) aufgebracht wird und dass dann das Lagermaterial t28) zur Herstellung der Lauffläche bearbeitet wird.

Inventors: SHAFFER, DON L.
Applicants: SIEMENS-ALLIS, INC.
Application year: 1981
Main classification: H02K5
IPC codes: F16C17, H02K5