DE102012219481A1

DE102012219481A1 - Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung

Info

Publication number: DE102012219481A1
Application number: DE201210219481
Authority: DE
Inventors: Ferdinand Schweitzer; Helmut Landerl; Rammler Reinhard; Gerard A. Tarr; Gregor Schnabl
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Wälzlager (2), das einen Innenring (3) und einen Außenring (4) aufweist, wobei zwischen Innenring (3) und Außenring (4) mindestens eine Reihe Wälzkörper (5) angeordnet ist, wobei die Lageranordnung (1) zumindest in einem der axialen Endbereiche des Wälzlagers (2) eine Dichtungsanordnung (6) aufweist. Um eine hohe Gebrauchsdauer des Wälzlagers zu erreichen, sieht die Erfindung vor, dass die Dichtungsanordnung (6) ein Deckelelement (7) aufweist, das drehfest mit einem der Lagerringe (4) verbunden ist, sowie eine Dichtungsscheibe (8), die drehfest mit dem anderen der Lagerringe (3) verbunden ist, wobei zwischen dem Deckelelement (7) und der Dichtungsscheibe (8) eine Labyrinthdichtung (9) ausgebildet ist, wobei im Bodenbereich (10) des Wälzlagers (2) zwischen einem der Lagerringe (4) und dem Deckelelement (7) ein Ölsumpf (11) angeordnet ist und wobei die Dichtungsscheibe (8) einen sich nach außen erstreckenden Schleuderabschnitt (12) aufweist, der zum Eintauchen in den Ölsumpf (11) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung, umfassend mindestens ein Wälzlager, das einen Innenring und einen Außenring aufweist, wobei zwischen Innenring und Außenring mindestens eine Reihe Wälzkörper angeordnet ist, wobei die Lageranordnung zumindest in einem der axialen Endbereiche des Wälzlagers eine Dichtungsanordnung aufweist.
Im Schienenfahrzeugbau und hier bei elektrischen Fahrmotoren des Schienenfahrzeugs kommen Lageranordnungen der genannten Art zum Einsatz. Sie sind häufig als Zylinderrollenlager oder als Rillenkugellager ausgebildet. Die Dichtungsanordnung ist dabei zumeist als Labyrinthdichtung ausgebildet, so dass die Reibung während des Betriebs des Lagers gering bleibt. Um das Wälzlager dauerhaft in betriebsfähigem Zustand zu halten, muss es mit Schmierstoff versorgt werden, der als Schmierfett oder als Schmieröl zur Verfügung gestellt werden kann.
Das Schmieröl wird gemäß einer verbreiteten Bauform direkt von einem benachbarten Getriebe in die Lageranordnung geleitet, wozu Öl aus dem Getriebe aufgefangen und der Lageranordnung zugeleitet wird. Überschüssiges Öl läuft aus der Lageranordnung wieder ab und wird ins Getriebe zurückgeführt. Dabei werden Gitter mit Maschenweiten im Bereich zwischen 2 mm und 3 mm im Ölfließweg angeordnet, um jedenfalls grobe Verunreinigungen herauszufiltern und zu verhindern, dass derartige Partikel in das Wälzlager gelangen. Das Öl aus dem Getriebe kann dabei aus einer Zone aus dem Getriebe entnommen werden, in der sich Öl absetzt.
Nachteilig ist dabei, dass Öl, das vom Getriebe stammt, mitunter gewisse Verunreinigungen aufweist. Hierbei handelt es sich sowohl um metallische als auch um mineralische Partikel, beispielsweise um Quarzsand, der problemlos das oben genannte Gitter passieren kann. Die Partikel haben zur Folge, dass die Laufbahnen bzw. Wälzkörper des Wälzlagers beschädigt werden können. Die Gebrauchsdauer des Lagers wird dadurch infolge des Abrasivverschleißes an den Laufbahnen bzw. an den Wälzkörpern vermindert. Auch wurde bereits beobachtet, dass es infolge von Ölknappheit im Getriebe auch im Lager zu einer Unterversorgung mit Schmierstoff kommt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Lageranordnung eines Fahrmotors eines Schienenfahrzeugs so fortzubilden, dass es möglich wird, das Lager in einfacher Weise und in hinreichendem Maße mit sauberem Schmierstoff zu versorgen, um so eine Erhöhung der Gebrauchsdauer des Wälzlagers zu erreichen.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung ein Deckelelement aufweist, das drehfest mit einem der Lagerringe verbunden ist, sowie eine Dichtungsscheibe, die drehfest mit dem anderen der Lagerringe verbunden ist, wobei zwischen dem Deckelelement und der Dichtungsscheibe eine Labyrinthdichtung ausgebildet ist, wobei im Bodenbereich des Wälzlagers zwischen einem der Lagerringe und dem Deckelelement ein Ölsumpf angeordnet ist und wobei die Dichtungsscheibe einen sich nach außen erstreckenden Schleuderabschnitt aufweist, der zum Eintauchen in den Ölsumpf ausgebildet ist.
Dabei können auch in beiden axialen Endbereichen des Wälzlagers je eine Dichtungsanordnung angeordnet sein.
Die Dichtungsscheibe kann eine zylindrische Sitzfläche aufweisen, der gegenüberliegend eine radial innenliegende Gegenfläche des Deckelelements unter Spaltbildung angeordnet ist.
Die Labyrinthdichtung wird bevorzugt durch eine Anzahl, vorzugsweise von 2, 3 oder 4, von sich in axiale Richtung erstreckenden Ringabschnitten gebildet, die an der Dichtungsscheibe angeordnet sind und die sich axial unter Bildung von Dichtspalten in korrespondierende Ausnehmungen erstecken, die im Deckelelement eingearbeitet sind.
Der Schleuderabschnitt ist bevorzugt radial außerhalb der Labyrinthdichtung angeordnet, wobei er sich radial nach außen erstreckt.
Zwischen einem das Wälzlager tragenden Gehäuseelement der Lageranordnung und dem Deckelelement kann zumindest ein statisches Dichtelement angeordnet sein; bei diesem, handelt es sich bevorzugt um eine O-Ring-Dichtung.
Im Deckelelement kann mindestens eine Öffnung zum Abfließen überflüssigen Öls aus dem Ölsumpf angeordnet sein.
Sofern insbesondere Öl aus einem benachbarten Getriebe genutzt werden soll, sieht eine Fortbildung vor, dass die Lageranordnung einen Zuführkanal aufweist, der mit einer Ölversorgungsquelle in fluidischer Verbindung steht. Die se Ölversorgungsquelle ist bevorzugt Teil eines Getriebes, das in räumlicher Nähe zur Lageranordnung angeordnet ist. Im Fließweg von der Ölversorgungsquelle in das Innere der Lageranordnung ist dabei bevorzugt ein Filterelement angeordnet.
Die Erfindung sieht also vor, dass ein Schmierstoff-Versorgungssystem für das Wälzlager eingesetzt wird, das es verhindert, dass Verschmutzungs-Partikel aus dem benachbarten Getriebe zu einer vorzeitigen Schädigung der Wälzkontakte im Wälzlager führen. Der vorgesehene Ölsumpf im Bodenbereich des Lagers stellt in Verbindung mit dem Schleuderring sicher, dass es zu einer hinreichenden Versorgung des Wälzkontakts im Wälzlager kommt.
Sehr vorteilhaft ist auch, dass sich die vorgeschlagene Lösung auch sehr gut zur Nachrüstung bestehender Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnungen eignet. Hierbei muss lediglich das Deckelelement und die Dichtungsscheibe eingebaut bzw. ersetzt werden.
Die vorgeschlagene Konzeption einer Lageranordnung kommt also in einem Fahrmotor eines Schienenfahrzeugs (TMBU – Traction Motor Bearing Unit) zum Einsatz. Das Wälzlager ist zuverlässig geschmiert, so dass die Gebrauchsdauer des Lagers und somit des Fahrmotors verlängert werden können. Gegebenenfalls vorgesehene Wartungsintervalle können erhöht werden.
Das Wälzlager ist insbesondere als Zylinderrollenlager oder als Rillenkugellager ausgebildet.
Mit der vorgeschlagenen Ausgestaltung können diverse Vorteile erreicht werden:
Zunächst kann das Service-Intervall für die Wartung des Wälzlagers wesentlich erhöht werden, da eine dauerhafte Versorgung mit sauberem Schmierstoff gewährleistet ist.
Es kommt zu einem geringeren Verschleiß an den Lagerringen und an den Wälzkörpern.
Das Eindringen von Schmutz- bzw. Fremdpartikeln ist wesentlich vermindert, so dass verbesserte Schmierbedingungen im Wälzlager aufrecht erhalten werden können.
Die Schmierstoffversorgung des Wälzlagers ist auch dann noch gesichert, wenn aus irgendwelchen Gründen die Ölversorgung im angrenzenden Getriebe notleidend wird. Insofern liegt die Lageranordnung als ein geschlossenes System vor.
Die Vorgaben betreffend die Lebensdauer von Fahrmotoren von Schienenfahrzeugen können somit verbessert und einfacher eingehalten werden. Gegenwärtige Standards für die Wartungsintervalle erfordern teilweise im Bereich von 600.000 bis 1.000.000 km Laufleistung oder eine Einsatzzeit von 5 Jahren. Demgemäß lassen sich bei Einsatz der vorgeschlagenen Lösung entsprechende Kosten für die Instandhaltung der Lageranordnung einsparen.
Das gilt auch und insbesondere unter Berücksichtigung der Kosten, die im Falle einer Überholung der Lageranordnung infolge vorzeitigen Verschleißes erforderlich sind.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 im Radialschnitt eine Lageranordnung eines Schienenfahrzeug-Fahrmotors,
2 einen Ausschnitt aus 1, wobei der obere Bereich des Wälzlagers und der Dichtungsanordnung zu sehen ist,
3 im Radialschnitt eine zu 1 alternativ ausgestaltete Lageranordnung des Schienenfahrzeug-Fahrmotors und
4 einen Ausschnitt aus 3, wobei der obere Bereich des Wälzlagers und der Dichtungsanordnung zu sehen ist.
In den Figuren ist eine Lageranordnung 1 skizziert, mit der eine rotierende Welle 25 in einem Fahrmotor eines Schienenfahrzeugs gelagert werden kann, beispielsweise einer Eisen- oder Straßenbahn.
Die Lageranordnung 1 umfasst ein Wälzlager 2, das einen Innenring 3, einen Außenring 4 und zwischen den Ringen angeordnete Wälzkörper 5 aufweist. Das Lager hat eine Drehachse, die sich in eine axiale Richtung a erstreckt. Die Abdichtung des Wälzlagers 1 zwecks Schutzes vor Wasser und Schmutz wird von einer Dichtungsanordnung 6 bewerkstelligt.
Das Wälzlager 2 kann in beliebiger Weise ausgeführt sein, d. h. beispielsweise in Stahlausführung, in Hybridausführung mit keramischen Komponenten (Wälzkörpern) oder mit einer Isolationsbeschichtung der Komponenten.
Die Dichtungsanordnung 6 ist gemäß 1 und 2 wie folgt ausgeführt:
Bestandteil der Dichtungsanordnung 6 ist ein Deckelelement 7, das fest mit einem Gehäuseelement 19 verbunden ist, das den Lageraußenring 4 aufnimmt. Das Deckelelement 7 ist mittels einer statischen Dichtung in Form einer O-Ring-Dichtung 20 zum Gehäuseelement 19 hin abgedichtet.
Indes ist mit dem Innenring 3 eine Dichtungsscheibe 8 drehfest verbunden, d. h. der Innenring 3 und die Dichtungsscheibe 8 sind fest auf der zu lagernden Welle 25 angeordnet.
Die Dichtungsscheibe 8 hat in einem in radialer Richtung r innenliegenden Bereich eine Labyrinthdichtung 9 bzw. einen Teil derselben und in einem radial außenliegenden Bereich einen Schleuderabschnitt 12, der nach Art einer Schleuderscheibe ausgebildet ist.
Im Bodenbereich 10 des Wälzlagers 2 ist ein – infolge der O-Ring-Dichtung 20 abgedichteter – Aufnahmeraum ausgebildet, der mit Öl gefüllt ist; mithin ist im Bodenbereich 10 ein Ölsumpf vorhanden, dessen Pegelhöhe mit der Bezugsziffer 11 versehen ist.
Der Schleuderabschnitt 12 ist hinsichtlich seiner radialen Erstreckung so ausgebildet, dass er in den Ölsumpf 11 eintauchen kann. Bei der Drehung des Wälzlagers 2 und somit der Dichtungsscheibe 8 wird folglich Öl aus dem Ölsumpf gerissen und so der Wälzeingriff des Wälzlagers 2 mit Schmierstoff versorgt.
Die Dichtungsscheibe 8 hat eine zylindrische Sitzfläche 13; das Deckelelement 7 ist an seinem radial innenliegenden Ende gleichermaßen mit einer zylindrischen Gegenfläche 14 versehen. Somit bildet sich im montierten Zustand der Lageranordnung ein Spalt 15 aus (s. 2), der bereits für eine gewisse Abdichtung des Wälzlagers 2 sorgt.
Wesentlich wird die Dichtwirkung allerdings durch die Labyrinthdichtung 9 erzielt. Hierbei sind an der Dichtungsscheibe 8 im Ausführungsbeispiel drei sich in axiale Richtung a erstreckende Ringabschnitte 16 angeordnet, die in ringnutartige Ausnehmungen 18 im Deckelelement 7 axial eintreten. Hierbei bilden sich aufgrund der gewählten Abmessungen der Ringabschnitte und der Ausnehmungen 18 Dichtspalte 17 aus, die für eine gute Abdichtung des Wälzlagers 2 sorgen.
In den Bodenbereich 10 des Wälzlagers wird vor der Inbetriebnahme der Lageranordnung eine definierte Menge Schmieröl eingegeben. Diese ist so bemessen, dass eine dauerhafte Schmierung des Wälzlagers erfolgen kann. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass auch eine Fettfüllung des Lagers erfolgen kann; das Schmieröl, das durch den Schleuderabschnitt hochgeschleudert wird und das den Ölsumpf 11 bildet, kann in diesem Falle Grundöl sein, dass aus dem Schmierfett austritt. Insofern kann also auch eine kombinierte Öl-Fett-Schmierung ins Auge gefasst werden.
Die Lösung gemäß den 3 und 4 ist sehr ähnlich zu der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung. Ein Unterschied besteht darin, dass hier die Versorgung mit Schmieröl von außen erfolgt.
Wie nämlich in den 3 und 4 zu sehen ist, ist oberhalb der Lageranordnung eine Ölversorgungsquelle in Form eines (nicht dargestellten, sondern nur markierten) Getriebes 23 vorgesehen. Vom Getriebe 23 gelangt Schmieröl über ein Filterelement 24 (Standard-Ölfilter) und einen Zuführkanal 22 in das Innere der Lageranordnung 1 und somit zum zu schmierenden Wälzlager 2. Damit sich im Inneren der Lageranordnung 1 nicht zu viel Schmieröl ansammelt, ist in entsprechend gewählter Höhe (mindestens) eine Öffnung 21 in das Deckelelement 7 eingebracht, aus der Schmieröl wieder aus dem Inneren der Lageranordnung abfließen kann. Der Pegel im Ölsumpf 11 wird so auf einem definierten Niveau gehalten.
Die Labyrinthdichtung 9 schafft – gemäß 1 und 2 – ein weitgehend geschlossenes System, von dem Verunreinigungen von außen abgehalten werden können. Wird – gemäß 3 und 4 – ein Ölzufluss erlaubt, stellt das Filterelement 24 sicher, dass keine Verunreinigungen ins Innere der Lageranordnung 1 gelangen.
Der Schleuderabschnitt 12 stellt eine gute Verteilung des Schmieröls sicher. Insbesondere kann so auch bei sehr geringen Drehgeschwindigkeiten eine hinreichende Schmierung des Wälzlagers 2 aufrecht erhalten werden.
Zwecks einfacher Nachrüstung des vorgeschlagenen Konzepts sind die Abmessungen des Deckelelements 7 und der Dichtungsscheibe 8 so gewählt, dass mit diesen Elementen vorhandene Elemente ersetzt werden können.
Bezugszeichenliste

1: Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung
2: Wälzlager
3: Innenring
4: Außenring
5: Wälzkörper
6: Dichtungsanordnung
7: Deckelelement
8: Dichtungsscheibe
9: Labyrinthdichtung
10: Bodenbereich des Wälzlagers
11: Ölsumpf (Ölpegel)
12: Schleuderabschnitt
13: zylindrische Sitzfläche der Dichtungsscheibe
14: Gegenfläche des Deckelelements
15: Spalt
16: Ringabschnitt
17: Dichtspalt
18: Ausnehmung
19: Gehäuseelement
20: statisches Dichtelement (O-Ring-Dichtung)
21: Öffnung
22: Zuführkanal
23: Ölversorgungsquelle
24: Filterelement
25: Welle
a: axiale Richtung
r: radiale Richtung

Claims

Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung (1), umfassend mindestens ein Wälzlager (2), das einen Innenring (3) und einen Außenring (4) aufweist, wobei zwischen Innenring (3) und Außenring (4) mindestens eine Reihe Wälzkörper (5) angeordnet ist, wobei die Lageranordnung (1) zumindest in einem der axialen Endbereiche des Wälzlagers (2) eine Dichtungsanordnung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsanordnung (6) ein Deckelelement (7) aufweist, das drehfest mit einem der Lagerringe (4) verbunden ist, sowie eine Dichtungsscheibe (8), die drehfest mit dem anderen der Lagerringe (3) verbunden ist, wobei zwischen dem Deckelelement (7) und der Dichtungsscheibe (8) eine Labyrinthdichtung (9) ausgebildet ist, wobei im Bodenbereich (10) des Wälzlagers (2) zwischen einem der Lagerringe (4) und dem Deckelelement (7) ein Ölsumpf (11) angeordnet ist und wobei die Dichtungsscheibe (8) einen sich nach außen erstreckenden Schleuderabschnitt (12) aufweist, der zum Eintauchen in den Ölsumpf (11) ausgebildet ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden axialen Endbereichen des Wälzlagers (2) je eine Dichtungsanordnung (6) angeordnet ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungsscheibe (8) eine zylindrische Sitzfläche (13) aufweist, der gegenüberliegend eine radial innenliegende Gegenfläche (14) des Deckelelements (7) unter Spaltbildung (15) angeordnet ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Labyrinthdichtung (9) durch eine Anzahl, vorzugsweise von 2, 3 oder 4, von sich in axiale Richtung (a) erstreckenden Ringabschnitten (16) gebildet wird, die an der Dichtungsscheibe (8) angeordnet sind und die sich axial unter Bildung von Dichtspalten (17) in korrespondierende Ausnehmungen (18) erstrecken, die im Deckelelement (7) eingearbeitet sind.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuderabschnitt (12) radial außerhalb der Labyrinthdichtung (9) angeordnet ist, wobei sich der Schleuderabschnitt (12) radial nach außen erstreckt.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem das Wälzlager (2) tragenden Gehäuseelement (19) der Lageranordnung (1) und dem Deckelelement (7) zumindest ein statisches Dichtelement (20) angeordnet ist, wobei das statische Dichtelement (20) vorzugsweise eine O-Ring-Dichtung ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckelelement (7) mindestens eine Öffnung (21) zum Abfließen überflüssigen Öls aus dem Ölsumpf (11) angeordnet ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zuführkanal (22) aufweist, der mit einer Ölversorgungsquelle (23) in fluidischer Verbindung steht.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölversorgungsquelle (23) Teil eines Getriebes ist, das in räumlicher Nähe zur Lageranordnung angeordnet ist.
Schienenfahrzeug-Fahrmotor-Lageranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Fließweg von der Ölversorgungsquelle (23) in das Innere der Lageranordnung (1) ein Filterelement (24) angeordnet ist.