DE19831208C1 - Schnellaufendes Getriebe mit Ölschmierung, insbesondere für gekapselte Bahnantriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schnellaufendes Getriebe mit Ölschmierung, insbesondere für gekapselte Bahnantriebe, wobei Ölrückläufe aus den Labyrinthkammern berührungsfreier Wellen­ dichtungen zur Ölwanne des Getriebekastens führen.

Die Schmierung moderner, schnellaufender Bahnantriebe basiert im allgemeinen darauf, daß das Großrad während des Anlaufs mit­ tels seiner Zähne nach Art einer Tauchschmierung Öl aus der Öl­ wanne des Getriebekastens aufnimmt, im weiteren das antreibende Ritzel benetzt und infolge seiner Zerklüftung mit anwachsender Drehzahl ein feines Öl-Luft-Gemisch erzeugt, das sich im gesam­ ten Getriebe verteilt und damit auch die Lagerstellen der An­ triebswellen im Getriebekasten beaufschlagt.

Eine zuverlässige, verschleißlose und weitestgehend Öl- und gasdichte Abdichtung an den berührungslosen Wellendichtungen dieser Lager nach außen hin ist dabei ein großes Problem für Antriebe mit schnellaufenden, großen Zahnrädern. Zur Anwendung kommen regelmäßig Labyrinthdichtungen, deren Funktion auf der Drosselung des Druckes im Spalt beruht. Aus den Labyrinthkam­ mern der Dichtungen wird der dort kondensierende Ölnebel über ein Siphonsystem stetig abgeschieden und über Ölrückläufe im Kreislauf in den geschlossenen Getriebekasten zurückgeleitet, womit verhindert werden soll, daß nennenswert Lecköl über die äußeren Schmutzabfuhrkammern der Labyrinthdichtungen nach außen tritt. Die Ölrücklaufkanäle besitzen hierzu ein Gefälle und münden oberhalb der Ölwanne.

Bei sehr schnellaufenden Getrieben tritt dabei die Erscheinung auf, daß das Öl-Luft-Gemisch mit annähernd der Winkelgeschwin­ digkeit der Großrades im Getriebekasten als sogenannte Schlepp­ strömung mitgenommen wird und sich infolge Eigenreibung erheb­ lich erwärmt und ausdehnt und demzufolge die Labyrinthdichtun­ gen verstärkt beaufschlagt. Das erfordert unter anderem eine äußerst funktionstüchtige Ölrückführung aus den Labyrinthkam­ mern der Dichtungen, um einen Ölaustritt zu verhindern.

Um die Reibungswärme des Ölnebels auf ein erträgliches Maß zu reduzieren, muß außerdem angestrebt werden, die Ölmenge im Ge­ triebekasten und damit die Zähigkeit des Öl-Luft-Gemisches mög­ lichst gering zu halten und möglichst ungestörte Strömungsver­ hältnisse im Getriebekasten zu schaffen. Andererseits muß ge­ währleistet sein, daß das Getriebe auf keinen Fall trockenlau­ fen darf, was zum Festfressen führen würde, weshalb eine für den sicheren Betrieb unbedingt notwendige Ölmenge nicht unter­ schritten werden darf. Hieraus ergeben sich sehr enge Ölstand­ stoleranzen, die zuverlässig überwacht werden müssen.

Es stellt sich somit speziell für Bahnantriebe, aber auch für anderweitig einsetzbare, schnellaufende Getriebe die Aufgabe, die Ölabführung aus den Spaltdichtungen zu verbessern, um Leckageöl weitestgehend zu vermeiden und eine möglichst zuver­ lässige, das heißt empfindliche und lagetolerante Ölstandsan­ zeige ohne wesentliche Störung der Strömungsverhältnisse im Ge­ triebekasten zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Ansprüchen 1 und 8 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen geben die begleitenden Unteransprüche an.

Erfindungsgemäß wird mit Hilfe des Bernoulli-Effekts bei lau­ fendem Getriebe ein Unterdruck an der Mündung der Ölrückläufe erzeugt, der das Abfließen des Öls aus den Labyrinthkammern be­ rührungsfreier Wellendichtungen wirksam unterstützt. Nach Ber­ noulli ist nämlich der statische Druck in einem schnellströmen­ den Fluid kleiner als in einem ruhenden bzw. langsameren Fluid, und zwar um so kleiner, je größer die Strömungsdifferenz ist. Verengt man also ein von der Schleppströmung durchströmtes Ge­ biet des Getriebekastens künstlich, so erhöht sich in diesem Gebiet die Geschwindigkeit der Schleppströmung und der stati­ sche Druck sinkt an dieser Stelle relativ zum Gesamtsystem. Münden die Ölrückläufe in ein solches Gebiet ein, so entsteht in der Ölrückleitung während des Betriebes ein Sog. der das Ab­ fließen des im Dichtungssystem kondensierten Öls wesentlich un­ terstützt. Die getroffene Anordnung wirkt damit physikalisch wie eine Venturi-Düse, wenngleich für eine andere Zweckbestim­ mung. Zweckmäßigerweise wird die Engstelle in ein Gebiet des Getriebekastens gelegt, in dem die größte Geschwindigkeit der Schleppströmung herrscht, nämlich in Nähe der Großradperiphe­ rie. Eine besonders geeignete Stelle findet sich unter Ausnut­ zung des Leitungsgefälles der Ölrückläufe unmittelbar oberhalb der Ölwanne. Werden die Verengungen durch Materialverdickungen der Wände des Getriebekastens in diesem Bereich geschaffen, so können diese in vorteilhafter Weise zugleich Bohrungen für die Ölrückläufe aus dem Großradlager aufnehmen. Die Materialverdic­ kungen sind bevorzugt so geformt, daß die Querschnittsverände­ rung der Schleppströmung in beiden Drehrichtungen möglichst oh­ ne Wirbelbildung erfolgt. Außerdem kann in einer unmittelbar daneben angeordneten, weiteren Bohrung noch ein Schwimmer gela­ gert sein, der durch ein Schauglas zwecks Ablesens des Ölstan­ des beobachtbar ist. Diese Anordnung des Schwimmers noch im verdickten Bereich der Gehäusewandung trägt dazu bei, daß das Strömungsverhalten des Öl-Luftgemisches weder in der Engstelle noch in weiteren strömungssensiblen Gebieten gestört wird Wei­ terhin entfallen die sonst üblichen, aufwendigen Rohrführungen für den Schwimmer. Darüber hinaus wird das Ablesen des Ölstan­ des in diesem Bereich, wenn er in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung mit dem Flächenschwerpunkt des zulässigen Öl­ badpegels zusammenfällt, unabhängig vom Schiefstand des Getrie­ bekastens, bedingt beispielsweise durch die Streckenneigung. Nicht zuletzt sorgen die hier mündenden Ölrückläufe für eine hinreichend große Ölmenge für den Schwimmer bei Getriebestill­ stand.

Um die Sogwirkung auch für die Abführung des Öls aus dem Lager des Antriebsritzels zu nutzen, können dessen Ölrückführleitun­ gen gleichfalls in dem künstlich verengten Gebiet einmünden.

Der Aufwand und Platzbedarf für die erfindungsgemäße Ausbildung des Getriebes ist vernachlässigbar gering und die Fertigung un­ problematisch. Die Einrichtung selbst ist wartungslos und benö­ tigt keinerlei Fremdenergie. Mit Ausnahme eines unter Umständen benutzten Schwimmers zwecks Anhebung des Ableseniveaus werden keinerlei mechanisch bewegliche Teile benötigt. Weitere vor­ teilhafte Ausbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher er­ läutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1: einen Schnitt A-A durch den Getriebekasten eines Bahn­ antriebs in der Ebene der Großradachse gemäß Fig. 3,

Fig. 2 einen Schnitt B-B gemäß Fig. 3 parallel zum Schnitt A-A in Schwerpunktebene des Ölpegels und

Fig. 3: eine Seitenansicht auf den Getriebekasten in Achswel­ lenrichtung.

In den Fig. 1 und 2 ist mit 1 das Großrad eines Bahnantriebs bezeichnet, das von einem nicht näher dargestellten Ritzel an­ getrieben wird. Das Großrad 1 ist mit einem Großradkörper 2 verschraubt, der auf eine nicht näher dargestellte Achswelle eines Triebwagens aufgeschrumpft wird. Mit 3 ist ein Getriebe­ kasten bezeichnet, in dem das Großrad 1 und das Antriebsritzel mittels Zylinderrollenlager 4 gelagert sind. Der Getriebekasten 3 schließt unten mit einer Ölwanne 5 ab, die bis etwa Zahnmitte des Großrades 1 mit Getriebeöl gefüllt ist. Die Abdichtung zwi­ schen dem Getriebekasten 3 und dem Großradkörper 2 erfolgt mit­ tels Labyrinthdichtungen 6. Diese berührungsfreien Spaltdichtun­ gen erlauben hohe Relativgeschwindigkeiten und sind prinzipiell verschleißfrei. Allerdings ist ein Lecken der Labyrinthdichtun­ gen 6 aufgrund des im schnellaufenden Betriebs sich einstellen­ den Ölnebeldrucks nicht völlig zu vermeiden, weshalb Leckageöl über ein Siphonsystem 7 herausgefiltert und im Kreislauf über Ölrückläufe 8 nahezu vollständig in die Ölwanne 5 zurückgeführt wird. Lediglich geringste Ölspuren, die nicht mehr in den Kreislauf finden, werden zusammen mit von außen angelagerten Schmutzpartikeln über die äußeren Schmutzabfuhrkammern 9 abge­ führt.

Der Getriebekasten 3 hat eine strömungstechnisch optimale Kon­ tur, wie sie gestrichelt in den Fig. 1 und 2 angedeutet ist. Diese Kontur erlaubt ein reibungs- und wirbelarmes Mitführen der Schleppströmung, bestehend aus einem Öl-Luft-Gemisch, so daß es zu keiner übermäßigen Erwärmung dieses Ölnebels kommt. Im Bereich der untersten Zähne und des Zahnfußes des Großrades 1 sind jedoch die Konturen der Seitenwände des Getriebekastens 3 derart gestaltet, daß es zu verengten Gebieten 10 kommt. Hierzu wird die Gehäusewand stetig so verstärkt, daß im Bereich des Scheitelwertes der Materialverdickungen die Innenwände des Getriebekastens 3 senkrecht bis hinunter zur Ölwanne 5 verlau­ fen, wodurch im unteren Zahnkranzbereich und des Zahnfußes des Großrades 1 die gewünschten Engstellen entstehen. Ein Ölrück­ lauf 8 des Großrades 1 wird durch eine Querbohrung 8a zum Si­ phonsystem 7 und eine sich anschließende vertikale Bohrung 8b realisiert, die in die Materialverdickung der Gehäusewände ein­ gebracht sind. Die vertikale Bohrung 8b mündet in Höhe des un­ teren Zahnbereichs des Großrades 1 innerhalb des Scheitelwertes der Materialverdickung, also genau in dem Gebiet 10, in dem sich bei laufendem Getriebe unabhängig von der Drehrichtung der größte relative Unterdruck im Vergleich zum Gesamtsystem inner­ halb des geschlossenen Getriebekastens 3 einstellt. Dieser Un­ terdruck verursacht einen Sog. der ganz erheblich den Abfluß des Lecköls aus den Labyrinthkammern der Dichtungen 6 bzw. den Siphonsystemen 7 verstärkt. Infolge der Absaugwirkung tritt na­ hezu kein Getriebeöl mehr aus, was die Umwelt entlastet und für lange Zeit eine konstante Ölmenge im Getriebekasten 3 garan­ tiert.

Letzteres ist insbesondere deswegen für die Lebensdauer des Ge­ triebes so wichtig, weil in schnellaufenden Getrieben mit einer möglichst geringen Menge Öl gefahren werden muß, um die Zähig­ keit des sich bildenden Öl-Luft-Gemisches und damit dessen Er­ wärmungsfreudigkeit möglichst gering zu halten, ohne daß ande­ rerseits mangels Öl das Getriebe zerstört wird. Eine exakte Kontrolle des Ölstandes ohne Störbeeinflussung der Strömungs­ verhältnisse ist deshalb eine weitere Bedingung für Hochge­ schwindigkeitsantriebe.

Die Fig. 2 und 3 zeigen hierzu ein Ausführungsbeispiel. Da­ nach ist unmittelbar vor oder nach dem Scheitelpunkt der Mate­ rialverdickung in einer Wandung des Getriebekastens 3 eine ver­ tikale Schwimmerbohrung 11 vorgesehen, die unten mit der Ölwan­ ne 5 in Verbindung steht und oben von einer horizontalen Aus­ nehmung 12 gekreuzt wird, die nach außen mit einem Schauglas 13 abgedichtet ist. Mit Hilfe des Schwimmers 14 wird die Beob­ achtungshöhe über die Trennfuge von Getriebekasten 3 und Ölwan­ ne 5 gehoben, die etwa mit dem Ölspiegel zusammenfällt, ohne daß weiter Zusatzteile notwendig wären, die die Anzeige verteu­ ern oder sonstige Störeinflüsse im strömungssensiblen Bereich des Getriebeinnenraums begünstigen würden.

Wie aus Fig. 3 zu ersehen ist, fällt der Flächenschwerpunkt des Ölspiegels in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung exakt mit dem Ort der Ölstandsanzeige zusammen, wodurch die visuelle Erkennbarkeit des Ölstandes vollkommen unabhängig von einem eventuellen Schiefstand des Getriebekastens 3 wird.

Weiterhin ist aus Fig. 3 sehr gut erkennbar, daß auch die Öl­ rückläufe 15 vom Ritzellager 16 in das strömungsverengte Gebiet 10 unterhalb des Großradlagers 17 geführt sind, wodurch auch vom Ritzellager 16 das Öl unter Ausnutzung des Bernoulli- Effekts abgesaugt wird.

Bezugszeichenliste

1

Großrad

2

Großradkörper

3

Getriebekasten

4

Zylinderrollenlager

5

Ölwanne

6

Wellendichtung

7

Siphonsystem

8

a,

8

bÖlrücklauf vom Großradlager

9

Schmutzabfuhrkammer

10

verengtes Gebiet

11

Schwimmerbohrung

12

Ausnehmung

13

Schauglas

14

Schwimmer

15

Ölrücklauf vom Ritzellager

16

Ritzellager

17

Großradlager

Claims (9)

1. Schnellaufendes Getriebe mit Ölschmierung, insbesondere für gekapselte Bahnantriebe, wobei Ölrückläufe aus den Laby­ rinthkammern berührungsfreier Wellendichtungen zur Ölwanne des Getriebekastens führen, dadurch gekennzeichnet, daß die Ölrückläufe (8, 15) in Gebieten (10) münden, in denen sich im laufenden Betrieb und unabhängig von der Drehrichtung des Ge­ triebes selbständig ein relativer Unterdruck einstellt.

2. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gebiete (10) mit Unterdruck durch axiale Engstellen zwischen dem Zahnbereich des Großrades (1) und den angrenzenden Wandungen des Getriebekastens (3) gebildet sind.

3. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Engstellen durch Materialwulste in den Wan­ dungen des Getriebekastens (3) gebildet sind.

4. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Materialwulste so geformt sind, daß die Schleppströmung in beiden Richtungen wirbelarm ist.

5. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Labyrinthkammern der Wellendichtungen (6) über ein Siphonsystem (7) an die Ölrückläufe (8, 15) ange­ schlossen sind.

6. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ölrückläufe (8) vom Großradlager durch Boh­ rungen (8a, 8b) in den Materialwulsten realisiert sind.

7. Schnellaufendes Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ölrückläufe (15) vom Ritzellager durch in die Wandungen des Gehäusekastens (3) eingeformte Ölrücklei­ tungen gebildet sind.

8. Ölstandsanzeige für schnellaufende Getriebe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in Scheitelnähe einer Material­ wulst eine mit der Ölwanne (5) kommunizierende Bohrung (11) für einen Schwimmer (14) eingelassen ist, der durch ein Schauglas (13) sichtbar ist.

9. Ölstandsanzeige nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (11) im Flächenschwerpunkt des zulässigen Ölbad­ spiegels liegt.