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Dokumentenidentifikation DE4220754C2 16.04.1998
Titel Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen
Anmelder ABB Daimler-Benz Transportation (Deutschland) GmbH, 16761 Hennigsdorf, DE
Erfinder Fischer, Hermann, O-1422 Henningsdorf, DE;
Koch, Karl-Heinz, O-1406 Hohen Neuendorf, DE;
Lachmann, Klaus, O-1422 Henningsdorf, DE;
Jahn, Steffen, Dipl.-Ing., O-1422 Henningsdorf, DE
DE-Anmeldedatum 24.06.1992
DE-Aktenzeichen 4220754
Offenlegungstag 05.01.1994
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 16.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.04.1998
Free division/divided out on the grounds of lack of unity P4244684.8;
P4244685.6
IPC-Hauptklasse B61C 17/08
IPC-Nebenklasse B61C 9/00   F16J 15/447   F16N 31/00   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.

Schienentriebfahrzeuge werden mit Antrieben ausgestattet, die den hohen Anforderungen des modernen Verkehrs hinsichtlich Kraftübertragung in einem großen Geschwindigkeitsbereich, hoher Beschleunigungen und großer Bremsverzögerungen genügen. Bei bestimmten Antriebsanordnungen von elelktrischen Schienentriebfahrzeugen (z. B. Tatzlagerantrieb, Hohlwellenantrieb) ist es üblich, den Fahrmotor achsparallel zum anzutreibenden Radsatz anzuordnen, wobei die Drehmomentenübertragung vom Fahrmotor über eine Antriebswelle zumeist über ein Ritzel auf ein Großrad und von dort z. B. über eine Abtriebswelle und deren elastische Verbindung mit dem Laufrad erfolgt. Ritzel und Großzahnrad sind von einem Gehäuse umgeben, das ein flüssiges Schmiermittel mit definierter Viskosität enthält. Derartige Getriebe und ihre Bauteile sind z. B. beschrieben in Sachs, K.: Elektrische Triebfahrzeuge Bd. 1, Springer-Verlag Wien - New York 1973, Abschnitt 3.52.

Hohe Umfangsgeschwindigkeiten der An- und Abtriebswellen, die aus der Antriebskonzeption resultierenden Platz- und Spielverhältnisse für das Getriebe sowie die im Fahrbetrieb zu ertragenden Erschütterungen machen es bei modernen Schienentriebfahrzeugen erforderlich, die Dichtungen zwischen den Wänden des Gehäuses des Getriebes und den sie durchstoßenden Wellen als berührungslose Dichtungen auszuführen.

Neben der Realisierung der Energiewandlung erweist es sich bei derartigen Getrieben als besonderes Problem, die berührungslose Dichtung zwischen Welle und Gehäuse des Getriebes auf der Abtriebsseite so zu gestalten, daß ein Verlust an Schmiermittel sowie das Eindringen von Fremdstoffen ins Getriebeinnere unter allen Betriebsverhältnissen maximal eingeschränkt, eine lange wartungsfreie Laufdauer erreicht und eine Verschmutzung der Umwelt vermieden wird.

Für die Gestaltung eines Getriebes für Schienenfahrzeuge mit einer berührungslosen Dichtung für eine Wellendurchführung sind eine Reihe von technischen Detaillösungen bekannt.

Aus der DE-AS 11 54 140 ist bekannt, die Ölabdichtung eines Getriebes gegenüber einem fettgefüllten Wälzlager seiner Antriebsseite (nicht gegenüber der Außenluft auf seiner Abtriebsseite) zu bewirken durch ein Labyrinth aus in einer Abschleuderkammer radial übereinander angeordneten Spritzringen sowie von Bohrungen im Großrad, die radial und schräg nach außen gerichtet sind und Schmiermittel, das die äußere Abdichtung des Getriebes überwunden hat, zurückschleudern.

Aus der gattungsbildenden den DD 281 156 ist bekannt, eine berührungslose Dichtung aus einem inneren und einem äußeren Labyrinthring zu bilden, wobei der innere Labyrinthring über mindestens drei axial nebeneinanderliegende Spritznasen verfügt, von denen die beiden äußeren Spritznasen von im äußeren Labyrinthring angeordneten Ölnuten umgriffen werden, während die Ölnuten von einer Ölrinne umgeben sind, in deren unterer Hälfte von den Ölnuten ausgehende Ölrücklaufbohrungen einmünden, die von den Ölnuten aufgefangenes Schmiermittel über die Ölrinne in das Innere des Getriebegehäuses zurückleiten.

Die DE-AS 10 47 820 zeigt einen Wellendurchtritt durch ein Getriebegehäuse, bei welchem zwischen zwei Lagern anfallendes Öl aus einem Sammelraum durch einen einzigen am tiefstgelegenen Punkt seines Umfanges angeordneten Ölauslauf in das Getriebegehäuse zurückgeführt wird.

Der in den Patentansprüchen angegebenen Erfindung liegt das folgende Problem zugrunde:

Bei Traktionsgeschwindigkeiten der Schienentriebfahrzeuge über 120 km/h können bisher bewährte Getriebekonstruktionen mit berührungslosen Dichtungen, wie z. B. nach der DD 281 156, die Dichtheit nicht unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten; die einfache Übernahme bekannter, oben beschriebener technischer Mittel zur Erhöhung der Dichtheit versagt. Getriebe mit berührungslosen Wellendichtungen, bei denen die Passagen der Dichtungspartner enger toleriert sind oder die Zahl der Umlenkstellen für austretendes Schmiermittel vervielfacht wurde (z. B. durch vielstufige Treppenlabyrinthe), erfordern nicht nur erhöhten technologischen Aufwand und höhere Kosten, sondern sind häufig aufgrund der konstruktions- und betriebsbedingten Platz- und Spielerfordernisse nicht anwendbar.

Die Erfindung stellt sich dem Problem, den bekannten Lösungen für ein Getriebe für Schienentriebfahrzeuge mit einer berührungslosen Dichtung zwischen einer Welle und dem Gehäuse des Getriebes insbesondere auf der Abtriebsseite eine solche Lösung hinzuzufügen, die auf engem Raum und mit vertretbarem technologischen Aufwand realisierbar ist und deren Dichtheit unter allen Betriebsverhältnissen auch bei höheren Geschwindigkeiten gewährleistet ist.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 4 gelöst, Vorteilhafte Weiterbildungen sind den übrigen Ansprüchen zu entnehmen.

Funktion und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung werden mit Hilfe der folgenden Ausführungsbeispiele beschrieben.

In den Zeichnungen sind dargestellt:

Fig. 1: eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Getriebes

Fig. 2: ein Ouerschnitt durch das Getriebe nach Fig. 1

Fig. 3: Ouer- und Längsschnitte durch den äußeren Labyrinthring der berührungslosen Dichtung des Getriebes nach Fig. 1

Fig. 4: ein Querschnitt durch eine andere Ausführung eines erfindungsgemäßen Getriebes

Nach Fig. 1 enthält das Gehäuse 1 eines Getriebes für Schienentriebfahrzeuge, das in bekannter Weise aus einem Ober- und einem Unterkastenteil in einer Ebene, in der die Achsen von Großrad 2 und Ritzel 3 liegen, dichtend zusammengesetzt sein kann, in der von der Welle 4 der Abtriebsseite durchsetzten Seitenwand eine berührungslose Dichtung, deren Aufbau in Fig. 2 gezeigt wird: Ein innerer Labyrinthring 5, der fest mit der rotierenden Welle 4 gekoppelt ist (im Ausführungsbeispiel durch feste Verbindung am Großrad 2), mit hier nicht mehr als drei axial nebeneinanderliegenden trapezförmigen Spritzringen wird von einem äußeren Labyrinthring 6 umgeben, der starr und in üblicher Weise abgedichtet mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Drei Ölnuten 7 umgreifen die Spritzringe des inneren Labyrinthringes 5.

Bei der in Fig. 2 dargestellten radialen Erstreckung der Spritzringe des inneren Labyrinthringes 5 und der Ölnuten 7 des äußeren Labyrinthringes 6 muß der äußere Labyrinthring 6 wie das Gehäuse 1 geteilt sein und aus zwei dichtend zusammenzusetzenden Halbringen bestehen, um über dem inneren Labyrinthring 5 montiert werden zu können. Diese Ausführung ist herstellungstechnologisch aufwendig, da eine exakte Trennfuge zwischen den beiden Halbringen, eine genaue Kontur der (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Dichtung zwischen ihnen und ein Zusammenfügen der beiden Halbringe mit dem Gehäuse 1 paßgenau und ohne in die Ölnuten 7 hineinragende Grate erfolgen muß, erzielt aber auf Grund der engen Spalte im Labyrinth gute Dichtwirkung und leichte Zugänglichkeit bei Demontage des Laufradsatzes des Schienentriebfahrzeugs.

Die Ölnuten 7 werden zumindest in einem Teil ihres Umfanges von einem Ölsammelraum 13 umgeben, der nach dem erstem Ausführungsbeispiel umlaufend in den äußeren Labyrinthring eingearbeitet sein kann (Fig. 2). In den Ölnuten 7 aufgefangenes, von den Spritzringen des inneren Labyrinthringes 5 abgeschleudertes Öl wird durch unterschiedliche Ölablaufkanäle A 8, B 9 und C 10 in den Ölsammelraum 13 abgeleitet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Ölablaufkanäle A 8 im Grund der ersten Ölnut 7 in bekannter Weise radial zur Achse der Welle 4 als Bohrungen und Langlöcher eingebracht (Schnittbild C-C). Zumindest ein Teil der Ölablaufkanäle B 9 und C 10 der zweiten und dritten Ölnut 7 jedoch sind erfindungsgemäß so angeordnet, daß ihre Achse in einer von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnut um den Winkel β abweichenden, vorzugsweise der jeweiligen schwerkraftbedingten Hauptfließrichtung b des Öls in der Ölnut 7 nahekommenden Richtung verläuft (Schnittbilder D-D und E-E).

Diese Gestaltung folgt der überraschenden Erkenntnis, daß bei den zwischen den Labyrinthringen 5 und 6 bei hohen Fahrgeschwindigkeiten auftretenden hohen Relativgeschwindigkeiten bereits kleinste Stufen und Grate (z. B. auch ein rechtwinkliger Übergang vom Nutgrund in einen Ablaufkanal) aufgrund der Oberflächenspannung des Öls zur Ansammlung geringer Ölmengen führen, die durch die von den rotierenden Teilen ausgehenden Luftwirbel wieder mitgerissen werden und zur Undichtigkeit führen, ein von der jeweiligen, durch die Schwerkraft und auch die Drehrichtung des Getriebes beeinflußten Hauptfließrichtung des Schmiermittels gesehen allmählicher, vorzugsweise stetig ausgeformter Übergang zwischen Nutgrund und Ölablaufkanal aber für eine sichere Ableitung des Öls sorgt.

Um das durch die Oberflächenspannung des Schmiermittels bewirkte Vorbeikriechen des Öls an den Ablaufkanälen zu verhindern, sind in einer Fortbildung der Erfindung die Ablaufkanäle A 8, B 9 und C 10 so dimensioniert, daß ihre Erstreckung quer zur jeweiligen Ölnut 7 mindestens der Breite a der Ölnut 7 entspricht, so daß der Nutgrund vollständig unterbrochen wird und kein Öl in einer noch so schmalen verbleibenden Kehle zwischen dem Grund und den Seitenwänden der Ölnuten 7 an den Ölablaufkanälen 8, 9 und 10 vorbeikriechen kann.

Es ist denkbar, die erfindungsgemäße Ausführung der Ölablaufkanäle auch bei anderer Form- und Raumgestaltung einer Labyrinthdichtung (z. B. radial übereinander liegende Spritzringe und diese umgreifende Ölnuten; z. B. die Verbindung der äußeren Ölnut mit dem Außenbereich zum Abschleudern eingedrungenen Wassers) zu verwenden. So zeigt Fig. 4 eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der innere Labyrinthring 5 mit seinen Spritzringen nicht als separates Bauteil ausgeführt, sondern in das Großrad 2 eingearbeitet ist. Unterhalb der den Spritzringen gegenüberstehenden Ölnuten 7 ist der Ölsammelraum 13 umlaufend zum Teil im fest mit dem Gehäuse verbundenen äußeren Labyrinthring 6, zum Teil im rotierenden Großrad 2 angeordnet. Erfindungsgemäß gestaltete Ölablaufkanäle 10 verbinden in oben beschriebener Weise zumindest einen Teil der Ölnuten 7 mit dem Ölsammelraum 13, von dessen Grund mehrere, gleichmäßig über den Umfang des Großrades 2 verteilte, annähernd radial verlaufende Bohrungen als Ölablauf 14 ausgehen, durch die mittels Zentrifugalkraft im Ölsammelraum 13 aufgenommenes Öl in das Innere des Gehäuses zurückgeschleudert wird.

Mit dieser Ausführungsform wird auch gezeigt, wie in der räumlichen und maßlichen Gestaltung des Labyrinths der äußere, mit dem Gehäuse 1 dichtend zu verbindende Labyrinthring 6 als einstückiger, ungeteilter Ring ausgeführt werden kann, der in der Herstellung wesentlich vereinfacht ist und die gleiche Zugänglichkeit bei Demontage des Laufradsatzes des Schienentriebfahrzeugs gewährleistet.

Aus umfangreichen Versuchen wurde erkannt, daß eine sichere Funktion der erfindungsgemäßen berührungslosen Dichtung erzielt werden kann, wenn der Ölsammelraum 13 weitgehend vom Inneren des Gehäuses 1 abgeschirmt wird, so daß der Ölsammelraum 13 gegenüber dem Inneren des Gehäuses 1 von einem Ölfangring 11 verschlossen und damit als beruhigter Raum ausgebildet ist, der nur auf einem eng begrenzten Teil seines Umfanges (zweckmäßig am tiefstgelegenen Punkt des Ölsammelraums 13) einen Ölauslauf 14 aufweist, der in den im unteren Teil des Gehäuses 1 befindlichen Ölsumpf A 15 mündet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird diese Öffnung gegen das Innere des Gehäuses 1 zusätzlich durch eine an sich bekannte Ölfanglippe 12 abgeschirmt, die die gesamte Dichtung umgibt, sich im wesentlichen radial und schräg zur Labyrinthachse im Inneren des Gehäuses 1 erstreckt, im Ausführungsbeispiel Teil des Ölfangringes 11 ist und die Labyrinth-Dichtung in an sich bekannter Weise vor herablaufendem oder abgeschleudertem Öl abschirmt.


Anspruch[de]
  1. 1. Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen mit den Merkmalen:
    1. - das Getriebe ist in einem Gehäuse (1) eingeschlossen,
    2. - zur Energiewandlung sind mindestens ein Großrad (2) und ein Ritzel (3) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet,
    3. - das Gehäuse (1) des Getriebes wird von mindestens einer Welle (4) durchgriffen,
    4. - die Dichtung zwischen der rotierenden Welle (4) und dem Gehäuse (1) ist als berührungslose Dichtung ausgebildet,
    5. - die berührungslose Dichtung wird durch ein Labyrinth gebildet,
    6. - ein innerer, Spritzringe tragender Labyrinthring (5) ist mitlaufend mit der Welle (4) verbunden,
    7. - ein äußerer Labyrinthring (6) ist abgedichtet mit dem Gehäuse (1) verbunden und weist die Spritzringe des inneren Labyrinthringes (5) umgreifende Ölnuten (7) auf,
    8. - von einer oder mehreren Ölnuten (7) aus erstrecken sich zumindest im unteren Teil des äußeren Labyrinthringes (6) annähernd in der Ebene des Labyrinths verlaufende Ölablaufkanäle (8, 9, 10),
    9. - die Ölablaufkanäle (8, 9, 10) münden außerhalb des Labyrinths in einem letzteres zumindest teilweise umgebenden Ölsammelraum (13),
    10. - am Grund des Gehäuses (1) befindet sich ein Ölsumpf A (17),

      gekennzeichnet durchdie Merkmale:
    11. - zumindest bei einem Teil der Ölablaufkanäle (8, 9, 10) verlaufen die Achsen in einer von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnuten (7) um den Winkel β abweichenden, vorzugsweise der jeweiligen schwerkraftbedingten Hauptfließrichtung (b) des Öls in den Ölnuten (7) nahekommenden Richtung, wobei der Übergang von der Oberfläche der Ölnuten (7) zur Oberfläche der Ölablaufkanäle (8, 9, 10) vorzugsweise stetig ausgeformt ist,
    12. - der das abfließende Öl aufnehmende Ölsammelraum (13) ist gegenüber dem Innenraum des Gehäuses (1) weitgehend verschlossen und weist nur auf einem geringen Teil seines Umfanges, vorzugsweise an seinem tiefstgelegenen Punkt, einen begrenzten Ölauslauf (14) auf.
  2. 2. Getriebe nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Merkmale:
    1. - die von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnuten (7) abweichenden Ölablaufkanäle (8, 9, 10) sind als Bohrungen eingebracht,
    2. - der Durchmesser der Bohrungen entspricht mindestens der Breite (a) der jeweiligen Ölnut (7).
  3. 3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Merkmale:
    1. - der das Labyrinth umgebende Ölsammelraum (13) ist durch einen vorzugsweise umlaufenden Ölfangring (11) verschlossen,
    2. - der Ölfangring (11) weist eine an sich bekannte, sich im wesentlichen radial und schräg zur Labyrinthachse ins Innere des Gehäuses (1) erstreckende und die berührungslose Dichtung vor herablaufendem und abgeschleudertem Öl bewahrende, zusätzlich aber den Ölauslauf (14) des Ölsammelraums (13) abschirmende Ölfanglippe (12) auf.
  4. 4. Getriebe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, gekennzeichnet durch die Merkmale:
    1. - der Spritzringe tragende innere Labyrinthring (5) ist unter Verzicht auf ein separates Bauteil in das Großrad (2) eingearbeitet,
    2. - der die Ölnuten (7) umgebende, das aus ihnen durch die Ölablaufkanäle (10) abfließende Öl aufnehmende und gegenüber dem Innenraum des Gehäuses (1) weitgehend verschlossene Ölsammelraum (13) ist zumindest teilweise in das Großrad (2) eingearbeitet,
    3. - zur Ableitung des Öls aus dem Ölsammelraum (13) mittels Zentrifugalkräften erstrecken sich vom Grund des Ölsammelraums (13) auf den, Umfang des Großrads (2) gleichmäßig verteilt mehrere, vorzugsweise als Bohrungen ausgebildete, im wesentlichen in radialer Richtung durch das Großrad (2) verlaufende und ins Innere des Gehäuses (1) einmündende Ölabläufe (14),
    4. - zumindest bei einem Teil der Ölablaufkanäle (8, 9, 10) verlaufen die Achsen in einer von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnuten (7) um den Winkel β abweichenden, vorzugsweise der jeweiligen schwerkraftbedingten Hauptfließrichtung (b) des Öls in den Ölnuten (7) nahekommenden Richtung, wobei der Übergang von der Oberfläche der Ölnuten (7) zur Oberfläche der Ölablaufkanäle (8, 9, 10) vorzugsweise stetig ausgeformt ist.
  5. 5. Getriebe nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Merkmale:
    1. - die von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnuten (7) abweichenden Ölablaufkanäle (8, 9, 10) sind als Bohrungen eingebracht,
    2. - der Durchmesser der Bohrungen entspricht mindestens der Breite (a) der jeweiligen Ölnut (7).






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