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Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für Antriebe von Schienenfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Durch die
DE 10 2011 085 204 A1 wurde ein einstufiges Stirnradgetriebe für den Antrieb von Schienenfahrzeugen bekannt. Das Stirnradgetriebe umfasst eine von einem Antrieb angetriebene Antriebswelle mit einem Ritzel sowie eine Abtriebswelle mit einem Zahnrad, welches mit dem Ritzel in Eingriff steht. Die Ritzelwelle ist über ein einfaches Zylinderrollenlager sowie über ein kombiniertes Lager, welches aus einem Zylinderrollenlager und einem Vierpunktlager besteht, gegenüber einem Getriebegehäuse gelagert. Die Abtriebswelle ist über Kegelrollenlager gegenüber dem Getriebegehäuse gelagert. Bei derartigen Antrieben für Schienenfahrzeuge tritt das Problem auf, dass bei einer zu geringen Belastung der Wälzlager der Abwälzvorgang gestört sein kann und ein Gleiten der Wälzkörper gegenüber den Lagerringen auftritt. Dadurch kann es zu Beschädigungen des Lagers kommen. Eine zu geringe Radialbelastung der Lager kann einerseits bei sehr hohen Geschwindigkeiten oder bei Abschaltung des Antriebes auftreten. In letzterem Falle sind die Wälzlager völlig unbelastet mit der Folge, dass die Wälzkörper, insbesondere Zylinderrollen ins Gleiten kommen. Um dieses Problem zu lösen, wurde bei dem bekannten Antrieb vorgeschlagen, den Druckwinkel des Vierpunktlagers zu erhöhen, d. h. auf etwa 45°. Dadurch wird die Radialbelastung des Vierpunktlagers reduziert, während gleichzeitig die Radialbelastung des benachbarten Zylinderrollenlagers erhöht wird, sodass ein Gleiten vermieden werden kann.
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Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Technik, ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Getriebe der eingangs genannten Art für alle Betriebszustände, insbesondere bei abgeschaltetem Antrieb sicherzustellen, dass eine Mindestbelastung der Wälzlager aufrechterhalten wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß ist bei einem Getriebe der eingangs genannten Art ein zusätzliches Lager vorgesehen, welches gegenüber dem Getriebegehäuse und der Antriebswelle in radialer und/oder axialer Richtung durch mindestens einen Kraftspeicher verspannt ist. Unter Kraftspeicher soll hier ein Federelement beliebiger Art verstanden werden, welches eine permanente Kraft in radialer und/oder axialer Richtung auf das zusätzliche Lager ausübt und damit eine Belastung der Antriebswelle in radialer und/oder axialer Richtung bewirkt. Dadurch wird die erforderliche Mindestbelastung der übrigen Wälzlager erreicht und ein Gleiten mit seinen schädlichen Folgen für die Lager vermieden. Der Kraftspeicher kann beliebiger Art sein, z. B. als mechanisches Federelement oder als pneumatisches Federelement (Luftfeder) ausgebildet sein. Ebenso sind elastomere Elemente (Gummifedern) als Kraftspeicher denkbar.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Lager als Radiallager, insbesondere als Zylinderrollenlager ausgebildet. Dieser Lagertyp ist für besonders hohe radiale Belastungen geeignet.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zweite Lager als kombiniertes Radial- und Axiallager, insbesondere als Kombination eines Zylinderrollen- und eines Vierpunktlagers ausgebildet. Diese Lagerkombination kann sowohl hohe radiale Belastungen als auch axiale Belastungen aufnehmen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Lager als Rillenkugellager oder als Vierpunkt-Lager ausgebildet, welches sowohl Radial- als auch Axialkräfte aufnehmen kann, welche durch die erfindungsgemäße Verspannung hervorgerufen werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kraftspeicher einen ersten in radialer Richtung auf das zusätzliche Lager wirkenden Kraftspeicher. Der erste Kraftspeicher bewirkt somit die radiale Verspannung und übt eine Radialbelastung auf die Antriebswelle und damit auf die übrigen Lager aus.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der mindestens eine Kraftspeicher einen zweiten in axialer Richtung auf das zusätzliche Lager wirkenden Kraftspeicher, durch welchen die axiale Verspannung des zusätzlichen Lagers und damit eine Axialbelastung der Antriebswelle bewirkt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der erste Kraftspeicher als Druckfederelement ausgebildet, welches im Getriebegehäuse angeordnet und in radialer Richtung geführt werden kann.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der zweite Kraftspeicher als mindestens eine Tellerfeder ausgebildet, welche sich einerseits gegenüber dem Getriebegehäuse und andererseits gegenüber dem zusätzlichen Lager abstützt. Dadurch wird eine Axialbelastung der Antriebswelle erreicht.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das zusätzliche Lager in einer in radialer und/oder axialer Richtung verschiebbaren Lagerbuchse angeordnet. Durch diese Verschiebbarkeit kann das zusätzliche Lager dem radialen oder axialen Druck der Kraftspeicher nachgeben und diesen Druck in die Antriebswelle einleiten.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind der erste und/oder der zweite Kraftspeicher respektive das Druckfederelement und/oder die Tellerfedern gegenüber der Lagerbuchse abstützbar. Dadurch erfolgt eine mittelbare Krafteinleitung auf das zusätzliche Lager.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen
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1 die erfindungsgemäße Lagerung der Antriebswelle eines Getriebes und
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1a einen Teilschnitt in der Ebene Ia-Ia in 1.
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1 zeigt ein teilweise dargestelltes Getriebe 1 mit einer Antriebswelle 2, welche beidseitig in einem Getriebegehäuse 3 gelagert ist. Auf der Antriebswelle 2 mit der Rotationsachse a ist ein Ritzel 4 angeordnet, welches mit einem nicht dargestellten Abtriebszahnrad auf einer Abtriebswelle in Eingriff steht. Das Getriebe 1 ist somit als einstufiges Stirnradgetriebe ausgebildet, welches vorzugsweise bei Schienenfahrzeugen für den Antrieb einzelner Achsen eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch bei einem mehrstufigen Stirnradgetriebe anwendbar. Die Antriebswelle 2, auch Ritzelwelle 2 genannt, ist einerseits durch ein Zylinderrollenlager 5 und andererseits durch ein kombiniertes Lager, bestehend aus einem weiteren Zylinderrollenlager 6 und einem Vierpunktlager 7, gegenüber dem Gehäuse 3 abgestützt. Die beiden Zylinderrollenlager 5, 6 nehmen ausschließlich Radialkräfte auf, während das Vierpunktlager 7 nur Axialkräfte aufnimmt. Das Vierpunktlager 7 ist radial frei gelagert und stützt daher nur Kräfte in axialer Richtung ab. So weit ist diese Lagerung der Ritzelwelle 2 bekannter Stand der Technik.
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Erfindungsgemäß ist auf der Ritzelwelle 2, benachbart zum ersten Zylinderrollenlager 5, ein zusätzliches Lager 8, ausgebildet als Rillenkugellager 8 mit einem Innenring 8a und einem Außenring 8b, angeordnet. Der Innenring 8a stützt sich einerseits gegenüber einem Bund 2a der Ritzelwelle 2 und andererseits über eine Distanzhülse 9 gegenüber dem Innenring 5a des Zylinderrollenlagers 5 ab und ist damit in axialer Richtung auf der Ritzelwelle 2 fixiert. Der Außenring 8b ist in einer verschiebbaren Lagerbuchse 10 fest angeordnet, wobei die Lagerbuchse 10 einen Bund 10a zur axialen Fixierung des Außenringes 8b aufweist. Die Lagerbuchse 10 ist sowohl in radialer Richtung (senkrecht zur Rotationsachse a) als auch in axialer Richtung (in Richtung der Rotationsachse a) verschiebbar im Gehäuse 3 bzw. im Gehäusedeckel 3a angeordnet. Zwischen dem Bund 10a und dem Gehäusedeckel 3a sind Tellerfedern 11 angeordnet, welche eine Axialkraft auf die Lagerbuchse 10 und damit auf den Außenring 8b des zusätzlichen Lagers 8 ausüben. Die Axialkraft wird über den Innenring 8a des zusätzlichen Lagers 8 auf die Ritzelwelle 2 übertragen und damit in das Vierpunktlager 7 eingeleitet, welches sich über seinen Außenring gehäuseseitig abstützt. Die Lagerbuchse 10 weist eine in Axialrichtung verlaufende Nut 10b auf, in welche ein federbelasteter Hohlzapfen 12 formschlüssig eingreift. Der Hohlzapfen 12 ist in einer Bohrung des Gehäusedeckels 3a geführt und weist eine Ausnehmung auf, in welcher ein als Druckfeder 13 ausgebildeter Kraftspeicher angeordnet ist. Die Druckfeder 13 stützt sich gehäuseseitig ab und übt über den Hohlzapfen 12 eine Radialkraft auf die Lagerbuchse 10 und damit auf das zusätzliche Lager 8 aus. Damit wird eine Radialkraft auf die Ritzelwelle 2 und somit auf die beiden Zylinderrollenlager 5, 6 ausgeübt, die somit bei abgeschaltetem Antrieb einer Mindestbelastung ausgesetzt sind.
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1a zeigt einen Teilschnitt in der Ebene Ia-Ia durch die Lagerbuchse 10 und den Hohlzapfen 12, welcher endseitig konisch ausgebildet ist und in die geneigte Flanken aufweisende Nut 10b formschlüssig eingreift.
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Die Druckfeder 13, welche eine Radialkraft auf das zusätzliche Lager 8 ausübt, wird auch als erster Kraftspeicher, und die Tellerfedern 11, welche eine Axialkraft auf das zusätzliche Lager 8 ausüben, werden auch als zweiter Kraftspeicher bezeichnet. Beide Kraftspeicher gewährleisten eine permanente Radial- und Axialbelastung der Ritzewelle 2 und ihrer Lager 5, 6, 7, also auch bei abgeschaltetem Antrieb.
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Die oben beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Kraftspeicher in Form von mechanischen Federelementen 11, 13 können – im Rahmen der Erfindung – auch durch ein elastomeres Element, z. B. in Form einer Gummifeder ersetzt werden, welche sowohl in radialer als auch in axialer Richtung verspannt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 2
- Antriebs- oder Ritzelwelle
- 2a
- Bund
- 3
- Getriebegehäuse
- 3a
- Gehäusedeckel
- 4
- Ritzel
- 5
- Zylinderrollenlager
- 5a
- Innenring
- 6
- Zylinderrollenlager
- 7
- Vierpunktlager
- 8
- zusätzliches Lager
- 8a
- Innenring
- 8b
- Außenring
- 9
- Distanzhülse
- 10
- Lagerbuchse
- 10a
- Bund
- 10b
- Nut
- 11
- Tellerfeder
- 12
- Hohlzapfen
- 13
- Druckfeder
- a
- Rotationsachse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011085204 A1 [0002]
