CN109790913A - 传动装置和环形冷却器的应用 - Google Patents

Abstract

一种传动装置(10)，优选为锥形正齿轮传动装置，具有传动装置壳体(1)，驱动轴(2.1)，其上安装有通风装置(9)，包括：包围驱动轴(2.1)的环形冷却器(4)，油管(7.1，7.2)，用于在油循环中将传动装置油从传动装置壳体(1)的内部输送到环形冷却器(4)并且从环形冷却器(4)输送到传动装置壳体(1)的内部，以及围绕所述环形冷却器(4)的空气引导罩(3.1、3.2)，用于将通风装置(9)所吸入的空气引导到环形冷却器(4)上。

Description

传动装置和环形冷却器的应用

技术领域

本发明涉及一种传动装置，优选为锥形正齿轮传动装置，其具有驱动轴，在该驱动轴上安装有通风装置，其中，传动装置在驱动轴的区域中具有高效的冷却系统。

背景技术

在传动装置中，在运行期间尤其由于轴承中的摩擦和相互啮合的齿轮之间的摩擦以及齿轮在油池中撞击的搅动损失而导致功率损失。该功率损失导致传动装置油的温度上升。由于油温不得超过阈值，传动装置的允许机械极限功率受到所产生的热量的限制。

在皮带传动中，从特定的参数开始，热量就不再能够通过表面排放。这是由于：主体越大，则表面积与体积之比越小(老鼠-大象)。

传动装置的热极限功率可以通过用于冷却传动装置油的冷却系统提升，最多可提升到机械额定功率。借助热交换器实现的传动装置油冷却有不同的技术解决方案。然而，外部油冷却设备(例如，放置在传动装置旁边的肋片冷却器)通常是不期望的，因为它们增加了传动装置的安置空间(也就是说需要额外的空间)并且提高了成本。

油水热交换器对于许多应用来说是不可实现的，因为在安置区域中不能确保水的供应。

所需要的是以下冷却解决方案：在该冷却解决方案中，热交换器直接布置在传动装置上，从而不需要额外的空间。此外，在没有水冷却的情况下，热交换器应该也能非常高效地冷却在传动装置中用于润滑和冷却的传动装置油。

发明内容

在主权利要求中限定和表征了本发明，而从属权利要求描述了本发明的另外的特征。

本发明涉及一种传动装置，优选为锥形正齿轮传动装置，具有传动装置壳体和驱动轴。也被称为输入轴的驱动轴支撑在壳体中，优选地支撑在轴承罐中。在驱动轴上安装有通风装置，在此，通风装置可以是轴向或者径向通风装置。传动装置包括包围驱动轴的环形冷却器。传动装置包括油管，用于在油循环中将传动装置油从传动装置壳体的内部输送到环形冷却器并且从环形冷却器输送到传动装置壳体的内部。并且传动装置包括包围环形冷却器的空气引导罩，其用于将通风装置所吸入的空气引导到环形冷却器上。

本发明还涉及一种将环形冷却器作为用于冷却传动装置油的热交换器的应用。环形冷却器固定在传动装置的驱动侧，使其围绕驱动轴。传动装置油借助于泵、优选法兰泵被输送通过热交换器。在驱动轴上安装有径向通风装置。空气引导罩包围环形冷却器和传动装置的连接到驱动轴的部分。通过通风装置，环境空气被吸入到空气引导罩中并穿过环形冷却器。随后，在环形冷却器中被加热的空气从通风装置排出。

本发明的目的是提供一种紧凑的冷却系统，其中，油空气热交换器集成在传动装置的空气引导罩的区域中。在此，传动装置油被法兰泵泵送通过环形冷却器，环形冷却器围绕也被称为输入轴的驱动轴。在驱动轴上的通风装置将环境空气抽吸到空气引导罩中并且围绕环形冷却器的管(也称为：油肋片)。环形冷却器的管可具有圆形、方形或任何其他横截面。在这种意义上，管是适合输送处于压力下的传动装置油的各种空心体。管例如可以设计成空心肋片，可以泵送传动装置油通过其空腔。被吸入的环境空气在环流管时吸收管的热量，并作为变热的冷却空气从通风装置排出，其中，该管将变热的传动装置油从传动装置的内部输送出来。

迄今，环形冷却器已被用于冷却农业机械和军用车辆的发动机。使用环形冷却器作为用于冷却传动装置(特别是锥形正齿轮传动装置)的油空气热交换器尚未公开。使用环形冷却器(特别是锥形正齿轮传动装置)来冷却传动装置，为新的应用领域引入了非常高效的冷却解决方案。

环形冷却器的优点在于以小体积排放大量热量。另外，它可以很好地匹配于传动装置形状，例如围绕驱动轴或者锥形正齿轮传动装置的轴承罐，从而即使有附加的冷却系统，也使传动装置保持非常紧凑。

冷却系统能够在没有额外的初级能量的情况下运行，因为通风装置和泵能够由传动装置的旋转轴驱动。

本发明的另一个优点在于，与传统的油空气冷却器相比，冷却系统不会扩大传动装置的安置空间。由于环形冷却器以围绕通风装置区域中的驱动轴的方式定位，对未在传统冷却系统中使用的结构空间进行了优化利用。

因此，本发明增加了传动装置上的散热。在此，可以通过对环形冷却器、通风装置和泵的设计方案的变体来调节热量的排放。因此，实现了提高传动装置性能的可能性，因为可以显著提高热边界功率。尽管如此，这种高效的冷却系统不需要额外的空间，而是通过环形冷却器围绕驱动轴的布置来展现一种非常紧凑的冷却解决方案。

在驱动轴上进行吸取的通风装置引起了对环形冷却器的全面有效的绕流。

根据本发明的一个优选设计方案，传动装置包括连接到油循环中的泵，该泵能由传动装置的传动装置轴驱动。优选地，它是法兰泵，其由传动装置的轴驱动。在此，其优点在于：只有在传动装置运行时，也就是在传动装置中出现热损失时，油循环才开始进行并且通过环形冷却器实现油冷却。但其也可能是由马达驱动的泵。

根据本发明的优选设计方案，环形冷却器包括：入口和出口，环形冷却器通过入口和出口连接到油循环中；以及一个或多个在入口和出口之间延伸的、包围驱动轴的管。存在第一油管，其将传动装置的内部、优选地将油池与环形冷却器的入口连接。此外，存在第二油管，其将环形冷却器的出口与传动装置的内部、优选是传动装置壳体的垂直上部区域中的油入口连接，传动装置油可以从那里被引导到冷却或喷射位置。从那里，油通过重力流入传动装置壳体的垂直下部区域、优选地是油池，使得油循环闭合。

环形冷却器还具有一个或多个管，其在入口和出口之间延伸，并且由泵驱动的传动装置油可以通过所述管输送。管围绕驱动轴，从而环形冷却器环形地设计。用于将热从传动装置油传递到围绕管流动的环境空气的管优选地由导热性良好的材料制成，例如金属。

根据本发明的优选设计方案，环形冷却器在管之间具有作为空气通道的槽状开口(也称为：空气肋片)。由通风装置从环境中吸入的空气由于空气引导罩而流向环形冷却器，并且在那里穿过槽状开口从管旁经过。空气从管吸收热量，并作为变热的冷却空气通过通风装置径向向外压入环境中。

根据本发明的一个优选实施例，环形冷却器具有方形形状。冷却元件在此从轴向视图看被布置成方形的并且与用作角结合部的连接储备器耦合，其中四个矩形冷却元件沿着方形的侧面布置并且四个连接储备器布置在方形的拐角处。冷却元件以及可能还有连接储备器优选地由导热性良好的材料制成，例如金属。作为环形冷却器的方形横截面的替代方案，具有环形冷却器的圆形横截面的实施方式也是可能的。每个冷却元件分别包括至少一个管，传动装置油可以流动通过这些管；优选地，每个冷却元件具有两个或更多个管。平行延伸的管被槽状开口相互间隔开。在这些槽状开口中可以布置有肋片，这增加了环形冷却器的表面，以产生用于有效散热的大表面积。

冷却系统的性能可受到环形冷却器几何形状的影响。因此，可以将环形冷却器的轴向长度选择为，使其完全覆盖传动装置的锥形颈部。表面的尺寸可以通过冷却体的径向厚度来调节。流过环形冷却器的冷却空气量以及因此排放的热量可受到通风装置和冷却体尺寸的影响。冷却能力也可受到输油泵的体积流的影响。以这种方式，冷却系统可以优化地匹配于要排放出去的热量。

根据本发明的一个优选设计方案，环形冷却器在驱动轴的整个轴向延伸范围内径向地围绕驱动轴。其优点在于，存在于驱动轴区域中的整个安装空间被用于布置环形冷却器并进而用于冷却。这增加了冷却系统的冷却能力。

根据本发明的一个优选设计方案，导热肋片布置在槽状开口中。肋片优选地将相邻的管蜂窝状彼此连接，这些肋片显著增加了环形冷却器的散热表面。这提高了冷却系统的冷却能力。

根据本发明的优选设计方案，驱动轴支撑在轴承罐中，并且环形冷却器除了包围驱动轴外还包围轴承罐。轴承罐的优点在于，在原理上相同的传动装置壳体可被用于端齿轮和锥形正齿轮传动装置中，其中，用于锥形正齿轮传动装置的唯一修改是轴承罐或锥形颈的安装。

根据本发明的一个优选设计方案，通风装置是轴向或径向通风装置。径向通风装置的优点在于无论旋转方向如何都是有效的。

附图说明

通过参考以下附图以非限制性示例的方式给出的本发明优选实施例的以下描述，得到本发明的上述和其他特征。在此，示意性地并且不按比例地示出：

图1是带有环形冷却器的锥形正齿轮传动装置的斜视图；

图2示出了图1中所示的锥形正齿轮传动装置的侧视图；

图3示出了具有通风装置罩的图1中所示的锥形正齿轮传动装置的斜视图；

图4是环形冷却器的斜视图；

图5示出了图4中所示的环形冷却器的俯视图；

图6示出了具有流动线的图1中所示的锥形正齿轮传动装置的侧视图；和

图7示出了具有流动线的图1中所示的锥形正齿轮传动装置的斜视图。

具体实施方式

图1示出了具有环形冷却器4的锥形正齿轮传动装置10的斜视图。基本上长方体的传动装置壳体1包括两个端侧、两个纵向侧面和一个底部以及一个盖，在驱动侧端面上具有轴承罐5，在其中支撑有驱动轴2.1。通过布置在传动装置壳体内部中的锥台(未示出)，驱动轴2.1的旋转传递到第一中间轴2.2，其支撑在传动装置1的两个相对置的纵向侧中。从那里，旋转经由第二中间轴2.3传递到传动轴2.4，它们两个在传动装置壳体1的纵向侧中平行于第一中间轴2.2地支承。驱动轴2.1具有用于连接到马达轴的滑键，传动轴2.4具有用于连接到工作机的滑键。

油池8处于传动装置壳体的下部中，也就是在底部上方，传动装置壳体1内部的用于润滑和冷却的传动装置油由于重力的原因，聚集在油池中。在油池8的区域中，在传动装置壳体1的纵向侧中引入贯通孔，第一油管7.1在该贯通孔处开始。第一油管7.1通向法兰泵6，该法兰泵布置在传动装置壳体1外侧的第一中间轴2.2的端面上。从那里，第一油管7.1沿着传动装置壳体1的外部进一步引导至环形冷却器4的入口4.3，该环形冷却器径向地围绕轴承罐5。从环形冷却器4的出口(其与环形冷却器4的入口4.3直径相对地布置)开始，第二油管7.2沿传动装置壳体1的外侧引导至置入到传动装置壳体1的盖子中的另外的贯通孔。

在传动装置10的运行中，马达使驱动轴2.1旋转，这引起第一中间轴2.2的较慢旋转，由此驱动了与第一中间轴2.2联接的法兰泵6。因此，法兰泵6通过第一油管7.1从油池8中吸入传动装置油并将其压送穿过环形冷却器4，在那里冷却传动装置油。传动装置油从环形冷却器4通过第二油管7.2返回传动装置壳体1的内部。

图2示出了图1中所示的锥形正齿轮传动装置10的侧视图，其中，还示出了径向通风装置9，其固定在驱动轴2.1上。在传动装置10的运行期间，马达使驱动轴2.1旋转，这引起径向通风装置9的同样速度的旋转。径向通风装置9的旋转使得环境空气从传动装置壳体1的相对端部的驱动侧端部沿着传动装置壳体1和环形冷却器4的外部吸入径向通风装置9，吸入的环境空气在那里由于吸收传动装置的热量而相应地被加热，并由径向通风装置径向向外地压送入环境中。

图3示出了图2中所示的锥形正齿轮传动装置的斜视图，其根据本发明另外配备有通风装置罩3.1、3.2。围绕轴承罐5的环形冷却器4在图3中隐藏在通风装置罩3.1、3.2下方。通风装置罩3.1、3.2包括具有端侧底板和环绕的边缘的槽形部分3.1，其围住驱动侧的端侧并且具有直到传动装置壳体1的与驱动端侧相对的端部的开口间隙，开口间隙形成在通风装置3.1的边缘与传动装置壳体1的外侧之间。通风装置罩3.1、3.2还包括截锥形的颈部3.2，其位于槽形部分3.1的底板的中心并径向环绕环形冷却器4。在此，槽形部分3.1的底板在与颈部3.2的接合处相应于颈部3.2的尺寸切出，使得通过空气引导罩3.1、3.2的开口间隙流动的环境空气可以流入颈部3.2的内部。颈部3.2在其面向通风装置9的端侧也是敞开的，从而可以将环境空气从颈部3.2的内部吸入到通风装置9。为了使被引导到环形冷却器4的第一油管7.1和被引导远离环形冷却器4的第二油管7.2穿引过空气引导罩的颈部3.2，该颈部3.2具有相应的贯通孔。

图4和5示出了环形冷却器4的斜视图或轴向视图，其在图5所示的轴向视图中具有方形基本形状。沿方形侧面布置的四个冷却元件4.1通过用作角接合部的四个连接储备器4.2连接在方形的拐角处。两个径向相对的连接储备器4.2各自具有入口4.3或出口4.4。每个冷却元件4.1具有六个平行的管4.5，它们由中间槽形开口4.6间隔开。空气可以流过槽形开口并为了有效的热传递而在所有侧围绕输油管4.5流动。环形冷却器4具有装配法兰4.7以将环形冷却器4安装在传动装置壳体1的端侧上。在传动装置油进入入口4.3之后，油流划分成两个分流，第一分流“向左流动”，第二分流“向右”流到相对的出口4.4。两个分流中的每一个又在流动方向上被分布到相应的第一冷却元件4.1的平行延伸的管4.5上。在用作角接合部的连接储备器4.2处，来自各个平行管4.5的油再次混合并且又在流动方向上共享相应的第二冷却元件4.1的平行延伸的管4.5。在出口侧的连接储备器4.2处，来自两个分流的所有油流混合并通过出口4.4流出。由于环形冷却器的开放式设计，环形冷却器的每个管4.5都可以被冷却的环境空气环流。

图6和7以两个不同的视图、即一个侧视图和一个斜视图示出了在图3中所示的根据本发明的锥形正齿轮传动装置上的环形冷却器4的区域中的环境空气的流动走向。尽管在图6和7中隐藏了通风装置罩3.1、3.2以更好地说明流动箭头，但是在流动箭头的走向中将其考虑在内。径向通风装置9的通风装置轮在图7中为了更好地展示流动箭头而被隐藏，但是在流动箭头的走向中也将其考虑在内。径向通风装置9的旋转引起环境空气从传动装置壳体1的与驱动侧端部相对的端部沿着传动装置壳体1的外侧吸入到通风装置罩3.1、3.2的开口间隙中，并且从那里经由环形冷却器4特别也通过环形冷却器4的管4.5之间的槽状开口一直到达径向通风装置9，被吸入的环境空气在那里通过从传动装置吸收热量而相应地被加热，并通过径向通风装置9径向地向外压送到环境中。

Claims (9)

1.一种传动装置(10)，优选为锥形正齿轮传动装置，所述传动装置具有传动装置壳体(1)、驱动轴(2.1)，在所述驱动轴上安装有通风装置(9)，所述传动装置包括：包围所述驱动轴(2.1)的环形冷却器(4)；油管(7.1、7.2)，用于在油循环中将传动装置油从所述传动装置壳体(1)的内部输送到所述环形冷却器(4)并且从所述环形冷却器(4)输送到所述传动装置壳体(1)的内部；以及围绕所述环形冷却器(4)的空气引导罩(3.1、3.2)，用于将所述通风装置(9)所吸入的空气引导到所述环形冷却器(4)上。

2.根据权利要求1所述的传动装置，包括连接到所述油循环中的泵(6)，所述泵能够由所述锥形正齿轮传动装置(10)的传动装置轴(2.2)驱动。

3.根据权利要求1或2所述的传动装置，其中，所述环形冷却器(4)包括用于所述传动装置油的入口(4.3)和用于所述传动装置油的出口(4.4)，所述环形冷却器(4)通过所述入口和所述出口连接到所述油循环中；以及一个或多个在所述入口(4.3)与所述出口(4.4)之间延伸的、包围所述驱动轴(2.1)的管(4.5)，所述管用于输送处于压力下的所述传动装置油。

4.根据权利要求3所述的传动装置，其中，所述环形冷却器(4)在所述管(4.5)之间具有作为空气通道使用的槽状开口(4.6)。

5.根据权利要求4所述的传动装置，其中，在所述槽状开口(4.6)中布置有肋片。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置，其中，在所述驱动轴的延伸在所述传动装置壳体(1)之外的整个轴向延伸上，所述驱动轴(2.1)都被所述环形冷却器(4)径向围绕。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置，其中，所述驱动轴(2.1)支撑在轴承罐(5)中，并且所述环形冷却器(4)除了所述驱动轴(2.1)还包围所述轴承罐(5)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传动装置，其中，所述通风装置(9)是轴向或者径向通风装置。

9.一种环形冷却器(4)作为用于冷却传动装置(10)的油空气热交换器的应用。