DE102019214380A1

DE102019214380A1 - Dichtungskonzept für eine Ausgangswelle

Info

Publication number: DE102019214380A1
Application number: DE102019214380.6A
Authority: DE
Inventors: Simon Hetmaniok
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2019-09-20
Filing date: 2019-09-20
Publication date: 2021-03-25
Also published as: CN112539223A; US20210088142A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit einer Welle (101), einem Lager (103a, 103b) und einer gehäusefesten Struktur (111); wobei die Welle (101) mittels des Lagers (103a, 103b) drehbar in der gehäusefesten Struktur (111) gelagert ist; wobei zwischen der Welle (101) und der gehäusefesten Struktur (111) ein erster Spalt (113) verläuft; wobei das Lager (103a, 103b) und der erste Spalt (113) über einen Hohlraum schmierstoffleitend miteinander verbunden sind. Die gehäusefeste Struktur (111) bildet eine erste Auffangwanne (115) für Schmierstoff; wobei die erste Auffangwanne (115) ausgebildet ist, von dem ersten Spalt (113) abtropfenden Schmierstoff aufzufangen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ausgangswellen von Getrieben in vertikaler Einbaulage werden üblicherweise mit Radialwellendichtringen abgedichtet. Radialwellendichtringe unterliegen aber einem Verschleiß. Insbesondere bei Getrieben mit längerer Nutzungsdauer, etwa bei Windkraft- oder Seilbahngetrieben, ist dies problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abdichtung eines Getriebes zu verbessern. Insbesondere soll die Dichtheit des Getriebes über einen längeren Zeitraum gewährleistet sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten und ergeben sich aus den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen.
Die Anordnung weist eine Welle, ein Lager und eine gehäusefeste Struktur auf. Die Welle kann ein- oder mehrstückig ausgeführt sein. Insbesondere kann es sich bei der Welle um eine Anordnung mehrerer miteinander gefügter Stücke handeln, die um eine gemeinsame Drehachse drehbar sind und relativ zueinander drehfest fixiert sind.
Vorzugsweise ist die Welle als Ausgangswelle ausgeführt, etwa wenn die Anordnung ein Windkraftgetriebe oder ein Teil eines Windkraftgetriebes ist. Eine Ausgangswelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Ausgangsdrehmoment eines Getriebes überträgt. Entsprechend verläuft die Ausgangswelle durch das Getriebegehäuse hindurch. Ein Teil der Ausgangswelle befindet sich also innerhalb des Getriebegehäuses, während sich ein weiterer Teil der Ausgangswelle außerhalb des Getriebegehäuses befindet.
Handelt es sich bei der Anordnung etwa um ein Seilbahngetriebe oder einen Teil eines Seilbahngetriebes, ist die Welle bevorzugt als Eingangswelle ausgeführt. Eine Eingangswelle zeichnet sich dadurch aus, dass sie ein Eingangsdrehmoment eines Getriebes überträgt. Entsprechend verläuft die Eingangswelle durch das Getriebegehäuse hindurch. Ein Teil der Eingangswelle befindet sich also innerhalb des Getriebegehäuses, während sich ein weiterer Teil der Eingangswelle außerhalb des Getriebegehäuses befindet.
Bei der gehäusefesten Struktur handelt es sich um eine Struktur, die relativ zu einem Getriebegehäuse unbeweglich fixiert ist. Insbesondere kann die gehäusefeste Struktur in dem Getriebegehäuse fixiert sein. Auch kann es sich bei der gehäusefesten Struktur um das Getriebegehäuse selbst oder einen Teil davon handeln.
Die Welle ist mittels des Lagers drehbar in der gehäusefesten Struktur gelagert. Dabei ist ein Innenring des Lagers bevorzugt auf der Welle fixiert oder wird von dieser einstückig ausgebildet, während ein Außenring des Lagers vorzugsweise in der gehäusefesten Struktur fixiert ist oder von dieser einstückig ausgebildet wird. Die Drehachse der Welle verläuft vorzugsweise vertikal. Auch kann die Drehachse mindestens teilweise vertikal orientiert sein. Dies bedeutet, dass ein von null verschiedener Richtungsvektor des Verlaufs der Drehachse vertikal orientiert ist. Die Drehachse verläuft in dem Fall also nicht horizontal und ist um einen von null verschiedenen Winkel gegenüber der Horizontalen geneigt.
Zwischen der Welle und der gehäusefesten Struktur verläuft ein erster Spalt. Der Spalt verläuft vollständig um die Welle bzw. deren Drehachse herum und ist in sich geschlossen. Vorzugsweise ist der Spalt rotationssymmetrisch zu der Drehachse. Der Spalt bildet gegenüber dem Schmierstoff, mit dem das Lager geschmiert wird, eine Engstelle. Dadurch wirkt der Spalt als eine berührungsfreie Dichtung für das Lager. Es kann sich um einen einfachen, etwa zylindrischen Spalt oder um einen als Labyrinthdichtung ausgestalteten Spalt handeln.
Insbesondere bei vertikaler Einbaulage der Welle können Schmierstoffleckagen, die dazu führen, dass Schmierstoff durch den Spalt hindurch austritt, nicht ausgeschlossen werden. Erfindungsgemäß ist daher ein mehrstufiges Dichtsystem vorgesehen. Eine durch den Spalt gebildete erste Dichtungsstufe wird erfindungsgemäß ergänzt durch eine zweite Dichtungsstufe, die durch eine erste Auffangwanne zustande kommt. Mit Auffangwanne wird eine wannenförmige Struktur zum Auffangen und Zwischenspeichern einer Flüssigkeit, etwa von Schmierstoff, bezeichnet. Vorliegend bildet die gehäusefeste Struktur die erste Auffangwanne.
Die erste Auffangwanne ist ausgebildet, von dem ersten Spalt abtropfenden Schmierstoff aufzufangen. Der erste Spalt und die erste Auffangwanne sind relativ zueinander so angeordnet, dass Schmierstoff von dem ersten Spalt in die erste Auffangwanne abtropfen kann. Der Schmierstoff, der von dem ersten Spalt abtropft, gelangt direkt in die erste Auffangwanne, insbesondere ohne in Kontakt mit weiteren Getriebeteilen zu kommen. Auf dem Weg von dem ersten Spalt in die erste Auffangwanne befindet sich der abtropfende Schmierstoff also im freien Fall.
Da der erste Spalt vollständig um die Welle bzw. die Drehachse herum verläuft, verläuft auch die erste Auffangwanne vollständig um die Welle bzw. die Drehachse herum. Mindestens ein Teil des Inneren der ersten Auffangwanne ist ein Thoroid, dessen Mittelachse mit der Drehachse der Welle identisch ist.
Durch die erfindungsgemäße erste Auffangwanne wird verhindert, dass von dem ersten Spalt abtropfender Schmierstoff außerhalb des Getriebes gelangt. Insbesondere sind dazu keine verschleißanfälligen Wellendichtringe erforderlich. Der mehrstufige Aufbau des Dichtungskonzepts ermöglicht zudem eine leckagefreie Abdichtung der Welle.
Die Erfindung kommt insbesondere dann vorteilhaft zur Anwendung, wenn sich der Spalt unterhalb des Lagers befindet. Eine derartige Anordnung hat zur Folge, dass sich oberhalb des Spalts Schmierstoff sammelt. Da der Spalt als berührungslose Dichtung wirkt, lässt sich nicht verhindern, dass eine geringe Menge des Schmierstoffs durch den Spalt gelangt. Dieser Schmierstoff tritt nicht in die Umwelt aus, sondern wird von der ersten Auffangwanne aufgenommen.
Damit die erste Auffangwanne nicht überläuft, ist sie in einer bevorzugten Weiterbildung mit einem Ablauf versehen. Der Ablauf befindet sich vorzugsweise am Boden der ersten Auffangwanne. Durch den Ablauf kann der von der ersten Auffangwanne aufgenommene Schmierstoff abfließen.
In einer bevorzugten Weiterbildung bildet die gehäusefeste Struktur neben der ersten Auffangwanne eine zweite Auffangwanne aus. Diese verläuft wie die erste Auffangwanne vollständig um die Drehachse der Welle herum. Bevorzugt ist mindestens ein Teil des Inneren der zweiten Auffangwanne als Thoroid ausgestaltet, dessen Mittelachse mit der Drehachse der Welle identisch ist.
Da die Welle relativ zu der gehäusefesten Struktur und damit relativ zu der ersten Auffangwanne drehbar ist, verläuft zwischen der ersten Auffangwanne und der Welle ein zweiter Spalt. Dieser ist vorzugsweise rotationssymmetrisch zu der Drehachse der Welle. Um sicherzugehen, dass auch unter ungünstigen Umständen durch diesen Spalt kein Schmierstoff austreten kann, wirkt die zweite Auffangwanne weiterbildungsgemäß als eine dritte Dichtungsstufe. Dies bedeutet, dass die zweite Auffangwanne ausgebildet ist, über den zweiten Spalt austretenden Schmierstoff aufzufangen. Der über den zweiten Spalt austretende Schmierstoff wird im Inneren der zweiten Auffangwanne gesammelt.
Das Risiko eines Austritts von Schmierstoff wird weiter minimiert, wenn die Anordnung mit einer Dichtung weitergebildet ist, die den zweiten Spalt abdichtet. Bei dieser Dichtung kann es sich um eine Berührungsdichtung, etwa einen V-Ring handeln.
Um den im Inneren der zweiten Auffangwanne gesammelten Schmierstoff abzuführen, ist auch die zweite Auffangwanne bevorzugt mit einem Ablauf weitergebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist mindestens ein Teil der zweiten Auffangwanne zwischen der Welle und der ersten Auffangwanne angeordnet. Dies bedeutet, dass mindestens eine radial, das heißt orthogonal zu der Drehachse der Welle verlaufende Ebene beide Auffangwannen schneidet Dadurch lässt sich die zweite Auffangwanne unterhalb des zweiten Spalts anbringen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 1 dargestellt. Im Einzelnen zeigt:

1 eine Welle mit Dichtungsanordnung.

Die in 1 dargestellte Welle 101 ist mittels zweier Kegelrollenlager 103a, 103b drehbar gelagert. Die Kegelrollenlager 103a, 103b sind in X-Anordnung angeordnet und bilden ein Festlager für die Welle 101.
Den Kegelrollenlagern 103a, 103b wird mittels Einspritzschmierung 105 Öl zugeführt. Um das Öl aus den Lagern 103a, 103b abzuführen, sind Rücklaufkanäle 107a, 107b vorgesehen.
Die Drehachse der Welle 101 verläuft vertikal. Daher sammelt sich Öl unterhalb der Lager 103a, 103b. An dieser Stelle läuft zwischen einem auf der Welle 101 fixierten Ring 109 und einer gehäusefesten Struktur 111 ein Spalt 113. Der Spalt 113 wirkt als Spaltdichtung. Diese ist für einen Großteil des unter den Lagern 103a, 103b angesammelten Öls undurchlässig. Es lässt sich allerdings nicht verhindern, dass ein geringer Anteil des Öls durch den Spalt 113 hindurchtritt. Dieses Öl wird in einer ersten, von der gehäusefesten Struktur 111 gebildeten Auffangwanne 115 gesammelt. Über einen Ablauf 117 wird das Öl aus der ersten Auffangwanne 115 abgeleitet.
Ein V-Ring 119 dichtet einen zwischen der ersten Auffangwanne 115 und dem Ring 109 verlaufenden Spalt ab. Unter normalen Betriebsbedingungen kann durch den V-Ring 119 kein Öl entweichen. Um auch zu verhindern, dass im Fehlerfall an dieser Stelle durchtretendes Öl in die Umwelt gelangt, ist unterhalb des V-Rings 119 eine zweite Auffangwanne 123 angeordnet. Die zweite Auffangwanne 123 ist mit der ersten Auffangwanne 115 verschraubt. Öl, das durch den V-Ring 119 durchgetreten ist und sich in der zweiten Auffangwanne 123 gesammelt hat, wird über einen Ablauf 125 abgeführt.
Bezugszeichenliste

101: Welle
103a: Kegelrollenlager
103b: Kegelrollenlager
105: Einspritzschmierung
107a: Rücklaufkanal
107b: Rücklaufkanal
109: Ring
111: gehäusefeste Struktur
113: Spalt
115: erste Auffangwanne
117: Ablauf
119: V-Ring
123: zweite Auffangwanne
125: Ablauf

Claims

Anordnung mit einer Welle (101), einem Lager (103a, 103b) und einer gehäusefesten Struktur (111); wobei die Welle (101) mittels des Lagers (103a, 103b) drehbar in der gehäusefesten Struktur (111) gelagert ist; wobei zwischen der Welle (101) und der gehäusefesten Struktur (111) ein erster Spalt (113) verläuft; wobei das Lager (103a, 103b) und der erste Spalt (113) über einen Hohlraum schmierstoffleitend miteinander verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusefeste Struktur (111) eine erste Auffangwanne (115) für Schmierstoff bildet; wobei die erste Auffangwanne (115) ausgebildet ist, von dem ersten Spalt (113) abtropfenden Schmierstoff aufzufangen.
Anordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die erste Auffangwanne (115) einen Ablauf (117) aufweist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die gehäusefeste Struktur (111) eine zweite Auffangwanne (123) ausbildet; wobei zwischen der ersten Auffangwanne (115) und der Welle (101) ein zweiter Spalt verläuft; wobei die zweite Auffangwanne (123) ausgebildet ist, über den zweiten Spalt austretenden Schmierstoff aufzufangen.
Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch eine Dichtung (119), die den zweiten Spalt abdichtet.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Auffangwanne (123) einen Ablauf (125) aufweist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5; dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der zweiten Auffangwanne (123) zwischen der Welle (101) und der ersten Auffangwanne (115) angeordnet ist.