DE102008055632B4

DE102008055632B4 - Verfahren zur Schmierung eines Getriebes

Info

Publication number: DE102008055632B4
Application number: DE102008055632A
Authority: DE
Inventors: Sönke Siegfriedsen
Original assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Current assignee: Aerodyn Engineering GmbH
Priority date: 2008-11-03
Filing date: 2008-11-03
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2028-11-04
Also published as: CN102177369A; DE102008055632A8; WO2010060401A1; EP2342483A1; DE102008055632A1; RU2475668C2; RU2011114387A; CN102177369B; US20110233003A1; CA2737439A1

Abstract

Verfahren zur Schmierung eines Getriebes mit Öl, mit den Schritten – Zuführen von Öl zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes, – Abführen des Öls aus dem Getriebe, – Erzeugen eines im Getriebeinnenraum im Verhältnis mm das Getriebe umgebenden atmosphärischen Luftdruck höheren Drucks zum Bewirken eines vorbestimmten Ölabflusses aus dem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überdrucks im Getriebeinnenraum in Abhängigkeit von der Lufttemperatur außerhalb des Getriebes und/oder der Temperatur im Getriebeinnenraum und/oder der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl gesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Schmierung eines Getriebes mit Öl, mit den Schritten a. Zuführen von Öl zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes, b. Abführen des Öls aus dem Getriebe, und c. Erzeugen eines im Getriebeinnenraum im Verhältnis zum das Getriebe umgebenden atmosphärischen Luftdruck höheren Drucks zum Bewirken eines vorbestimmten Ölabflusses aus dem Getriebe.
Zur Verringerung von Reibung und Materialverschleiß werden die sich gegeneinander bewegenden Komponenten eines Getriebes geschmiert. Bei Getrieben erfolgt dieses üblicherweise dadurch, dass das Getriebe in einem (offenen) Schmierölkreislauf, in dem das Getriebe an eine Schmieröl zuführende Leitung und eine vom Getriebe Schmieröl abführende Leitung angeschlossen ist, wobei Schmieröl zuführende und abführende Leitung mittels einer Pumpe verbunden sind.
So sind beispielsweise aus der CH 675 758 A5 , der US 4 529 061 A und der DE 101 32 739 A1 Getriebe mit einem Schmierölkreislauf bekannt, bei denen der Getriebeinnenraum zum Einstellen des Ölstands oder zur Vermeidung von Planschverlusten unter Überdruck gesetzt wird.
Allerdings ergibt sich bei der kreislaufgeführten Ölschmierung das Problem, dass das Schmieröl in einem weiten Temperaturbereich fließfähig gehalten werden muss, ohne dass es zu einer Beeinträchtigung des Schmierverhaltens des Öls und damit zu einer die Getriebefunktion und/oder die Getriebelebensdauer herabsetzenden Situation kommt.
Beispielsweise besteht bei Windenergieanlagen an Standorten mit sehr niedrigen Jahrestemperaturmittelwerten, z. B. in der inneren Mongolei, in Sibirien und auch in Kanada, das Problem, dass das Anfahren der Windenergieanlagen nach beispielsweise witterungsbedingtem Stillstand und Auskühlen der Anlagen zu Getriebeschäden führen kann. Bei Temperaturen unterhalb von –20°C wird das bei Anfahren der Anlagen im Öltank und im Getriebezulauf erwärmte Getriebeöl an die Schmierstellen des Getriebes gefördert, erkaltet dort und fließt nur sehr langsam oder überhaupt nicht in den Ölsumpf ab.
Zwar werden bereits bei Getrieben, die in sehr kalten Regionen zum Einsatz kommen, bestimmte chemische Verbindungen und Stoffgemische verwendet, die über einen weiten Temperaturbereich nur geringe Viskositätsänderungen aufweisen und den hohen Belastungen im Getriebe ohne Veränderung standhalten. Darüber hinaus wird auch versucht die Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit dieser Schmieröle dadurch zu unterstützen, dass Heizelemente, z. B. beheizbare Ummantelungen von dem Getriebe Schmieröl zuführenden Leitungen oder in das Lumen der Leitungen eingebrachte Heizstäbe, vorgesehen sind, die das Schmieröl auf einer Temperatur vorhalten, die die gewünschten Schmiereigenschaften und die Fließfähigkeit des Schmieröls zumindest in den zuführenden Leitungen aufrecht erhält.
Nichtsdestotrotz bleibt das vorgenannte Problem bestehen, dass sich das Schmieröl beim Zuführen von Öl zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes, d. h. beim Einbringen in den Getriebeinnenraum, stark abkühlen wird, wenn das Getriebe sehr niedrigen Außentemperaturen ausgesetzt ist. Damit sind Getriebe an Standorten mit sehr niedrigen Außentemperaturen aufgrund ungenügender Schmierung und gleichzeitig ungenügender Wärmeabfuhr, die üblicherweise hauptsächlich mit dem Getriebeöl erfolgt, anfällig für Getriebestörungen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines Getriebes zu schaffen, das ohne großen Aufwand auch bei niedrigen Außentemperaturen einen genügenden Umlauf des Öls und damit eine ausreichende Schmierung und Kühlung der Getriebekomponenten gewährleistet.
Die Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
Grundgedanke der Erfindung ist es, den oben genannten Problemen dadurch entgegenzuwirken, dass der Getriebeinnenraum in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern mit einem im Verhältnis zum atmosphärischen Druck höheren Luftdruck beaufschlagt wird und der Durchfluss des Schmieröls durch das Getriebe annähernd unabhängig von der Temperaturdifferenz zwischen Öl zuführendem Anschluss und Getriebe dadurch erfolgen kann, dass der über dem Ölsumpf erzeugt Überdruck das Öl aus dem Getriebeinnenraum über den ölabführenden Anschluss herausdrückt. Hierfür weist das Getriebe einen Kompressor auf.
Bevorzugt ist auch eine Steuerung vorgesehen, die den vom Kompressor erzeugten Überdruck auf einen im Verhältnis zum Einspritzdruck des Getriebeöls kleineren Wert begrenzt, damit sichergestellt ist, dass die Getriebölzufuhr jederzeit erfolgen kann. Besonders bevorzugt ist auch vorgesehen, dass sowohl der vom Kompressor erzeugte Überdruck als auch der Einspritzdruck von der Steuerung unter Einhaltung des vorgenannten Merkmals geregelt werden kann.
Die Höhe des Überdrucks richtet sich nach der Lufttemperatur außerhalb des Getriebes, der Temperatur im Getriebeinnenraum, dem Ölstand im Getriebeinnenraum, der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl, der Fließgeschwindigkeit im Ölabfluss, der Viskosität und/oder der Differenz aus dem Volumenstrom von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl. Hierfür sind in Abhängigkeit des gewählten Parameters geeignete Sensoren vorzusehen, die mit der den Kompressor ansteuernden Steuerung bzw. einer mit der Steuerung verbundenen Auswerteinheit kommunizierend verbunden ist.
Schließlich ist auch bevorzugt vorgesehen, dass der Kompressor eine Filtereinrichtung zum Abscheiden von Aerosolen und/oder Feuchtigkeit aufweist, um Schädigungen des Kompressors und des Getriebes durch Partikel oder durch Feuchtigkeit vorzubeugen.
Es versteht sich für den Fachmann, dass die das Getriebe abdichtenden Dichtungen derart dimensioniert sein müssen, dass diese einem im Getriebeinnenraum angelegten Überdruck standhalten können. Bei einer Beaufschlagung des Getriebeinnenraums mit einem Überdruck von 500 hPa müssen schleifende Dichtungen verwendet werden, die diesen Belastungen standhalten. Labyrinthdichtungen können an diesen Stellen nur als Vorschaltdichtungen verwendet werden.
Ein für das Verfahren erfindungsgemäß ausgestalteter Schmierölkreislauf ist nun derart aufgebaut, dass ein Getriebe, eine dem Getriebe Schmieröl zuführende Leitung, eine vom Getriebe Schmieröl abführende Leitung und eine mit der Schmieröl zuführenden und Schmieröl abführenden Leitung verbundene Pumpe vorgesehen ist, wobei ein mit dem Getriebe verbundener Kompressor Außenluft bzw. wenn es sich um das Getriebe einer Windenergieanlage handelt Luft aus dem Gondelinnenraum in den Getriebeinnenraum einen vorbestimmten Luftdruck erzeugend einbringt, der zur Aufrechterhaltung des Ölflusses im Kreislauf dient.
Bevorzugt ist ein Tank vorgesehen, aus dem eine Pumpe dem Getriebe über die dem Getriebe Schmieröl zuführende Leitung Schmieröl führt, wobei das über die vom Getriebe abführende Leitung abgeführte Schmieröl dem Tank wieder zugeführt wird. Im Tank wird Schmieröl bevorzugt vortemperiert und zum Zuführen zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes vorgehalten. Gleichermaßen vorteilhaft ist es, die Schmieröl zuführenden Leitungen mit Heizelementen, z. B. in das Lumen der Leitungen eingebrachte Heizstäbe oder temperierbare Ummantelungen, zu versehen, um den die Fließfähigkeit des Öls geeigneten Temperaturbereich im Schmierölkreislauf aufrecht zu erhalten.
Weiterhin sollte der Kompressor eine Filtereinrichtung zum Abscheiden von Aerosolen und/oder Feuchtigkeit aus der dem Getriebeinnenraum zuzuführenden Luft aufweisen, damit keine das Getriebe schädigenden Partikel in den Getriebeinnenraum gelangen.
Bevorzugt ist auch eine Steuerung vorgesehen, die den vom Kompressor erzeugten Überdruck auf einen im Verhältnis zum Einspritzdruck des Getriebeöls kleineren Wert begrenzt. Dieses soll verhindern, dass gleichzeitig Getriebeöl über den Abfluss aus dem Getriebe hinausgedrückt und das Zuführen von Getriebeöl über den Zufluss aufgrund missgünstiger Druckverhältnisse verhindert wird.
Da sich die Umwelt- und Temperaturbedingungen periodisch, z. B. während des Tagesverlaufs, ändern, ist auch eine Steuerung vorgesehen, die die Höhe des im Getriebeinnenraum erzeugten Luftdrucks bzw. Überdrucks (im Verhältnis zum atmosphärischen Druck) in Abhängigkeit von vorbestimmten Parametern reguliert. Diese vorbestimmten Parameter sind die Lufttemperatur außerhalb des Getriebes oder, wenn das Getriebe in einer Windenergieanlage verbaut ist, außerhalb der Windenergieanlage, die Temperatur im Getriebeinnenraum, der Ölstand im Getriebeinnenraum, die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl und/oder die Differenz aus dem Volumenstrom von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl.
Ist der Schmierölkreislauf als offener Kreislauf ausgebildet, kann der Luftdruck im Getriebeinnenraum besonders einfach gesteuert werden, wenn der Kompressor durch die Steuerung einfach an- und ausgeschaltet wird, da sich der Luftdruck im Getriebe automatisch auf den atmosphärischen Luftdruck anpassen wird. Hierzu kann beispielsweise eine Druckmesseinrichtung vorgesehen sein, die den Kompressor an- und ausschaltet.
So kann der Luftdruck beispielsweise bei Überschreiten eines vorgegebenen Ölstand-Messpegels erhöht werden oder bei Vorliegen eines zu niedrigen Ölstand-Messpegels wieder durch Abschalten des Kompressors auf Atmosphärendruck angeglichen werden.
Gleichermaßen kann bei Betrieb der Anlage, in die das Getriebe eingebunden ist, z. B. eine Windenergieanlage, bereits dann für einen erhöhten Luftdruck im Getriebeinnenraum gesorgt werden, wenn die Getriebeinnenraumtemperatur unterschritten und/oder Getriebeöl gefördert wird, aber nicht abfließt.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt, wird Schmieröl zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes zu- und von diesen wieder abgeführt. Erfindungsgemäß wird dabei nun ein im Verhältnis zum das Getriebe umgebenden atmosphärischen Luftdruck höherer Druck zum Bewirken eines vorbestimmten Ölabflusses aus dem Getriebe erzeugt.
Auch hier muss darauf geachtet werden, dass der im Getriebeinnenraum erzeugte Überdruck kleiner als der Einspritzdruck des Getriebeöls ist.
Dabei ergibt sich der vorbestimmte höhere Luftdruck, wie oben bereits erwähnt, aus der Lufttemperatur außerhalb des Getriebes/der Windenergieanlage, der Temperatur im Getriebeinnenraum, dem Ölstand im Getriebeinnenraum, der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl und/oder der Differenz aus denn Volumenstrom von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl.
Selbstverständlich ist auch hier darauf zu achten, dass die Dichtungen dem im Getriebeinnenraum bevorzugt mit gereinigter und/oder getrockneter Luft erzeugten Luftdruck standhalten.

Claims

Verfahren zur Schmierung eines Getriebes mit Öl, mit den Schritten – Zuführen von Öl zu den schmierungsbedürftigen Bestandteilen des Getriebes, – Abführen des Öls aus dem Getriebe, – Erzeugen eines im Getriebeinnenraum im Verhältnis mm das Getriebe umgebenden atmosphärischen Luftdruck höheren Drucks zum Bewirken eines vorbestimmten Ölabflusses aus dem Getriebe, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überdrucks im Getriebeinnenraum in Abhängigkeit von der Lufttemperatur außerhalb des Getriebes und/oder der Temperatur im Getriebeinnenraum und/oder der Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl gesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im Getriebeinnenraum erzeugte Überdruck kleiner als der Einspritzdruck des Getriebeöls ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe des Überdrucks zusätzlich in Abhängigkeit von dem Ölstand im Getriebeinnenraum, der Fließgeschwindigkeit im Ölabfluss, der Viskosität und/oder der Differenz aus dem Volumenstrom von dem Getriebe zu- und vom Getriebe abgeführtem Schmieröl gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdruck im Getriebeinnenraum mit von Aerosolen gereinigter und/oder getrockneter Luft erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Getriebe zugeführte Öl temperiert wird.