-
Die Erfindung betrifft eine Wellenlagerstelle mit Dichtungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs und eine Wellenlagerung mir einer solchen Wellenlagerstelle.
-
Nachfolgend ist die Erfindung anhand einer elektrischen Antriebsmaschine in einem Kraftfahrzeug erläutert, dies ist nicht als eine Einschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen. Für eine elektrische Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere also einen Elektromotor/-generator, kommt als Gehäusematerial häufig eine Aluminiumlegierung zum Einsatz und für die Welle oder die Wellen ein Stahlwerkstoff, gleiches gilt auch für Getriebe und andere Antriebskomponenten. Auf Grund von Temperaturänderungen, wie diese im planmäßigen Betrieb unvermeidbar sind und auf Grund der unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten kommt es zu unterschiedlichen Längenänderungen der Bauteile, welche durch entsprechende Lagerungskonzepte aufzufangen sind. Weiter sind Antriebskomponenten in einem Kraftfahrzeug regelmäßig ölgeschmiert, so dass Wellenlagerstellen mit Dichtringen abzudichten sind. Die genannten Temperaturänderungen und -differenzen können die Dichtwirkung des Dichtrings beeinflussen. Weiter führt eine Erhöhung der Verspannung in dem Dichtring dazu, dass dessen Dichtwirkung verbessert ist und die Abhängigkeit von den Druckverhältnissen abnimmt, diese erhöhte Verspannung des Dichtrings gegenüber der Welle, welche mit diesem abgedichtet ist, erhöht aber die Reibleistung an der Dichtstelle.
-
Die
DE 198 41 099 C1 schlägt eine Radialwellendichtung vor, dabei wird, um einen Radialwellendichtring zu schaffen, der einen Druckausgleich zwischen dem gehäuseinneren und dem gehäuseäußeren Raum ermöglicht, ohne dass ein gehäuseinneres Fluid wie beispielsweise Öl aus dem gehäuseinneren Raum herausgelangen kann, ein Spritzschutz auf der dem gehäuseinneren Raum zugewandten Seite vorgeschlagen.
-
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Wellenlagerstelle mit Dichtungseinrichtung mit verbesserter Effizienz anzugeben. Diese Aufgabe wird durch eine Einrichtung gemäß dem ersten Patentanspruch sowie durch eine Wellenlagerung mit einer solchen Einrichtung gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
-
Im Sinn der Erfindung ist unter einer Wellenlagerstelle eine Lagerstelle zum drehbaren Lagern einer Antriebswelle gegenüber einem Gehäusebauteil zu verstehen. Die Wellenlagerstelle weist ein Radialwellenlager auf, in welchem die Antriebswelle gegenüber einem Maschinengehäuse drehbar gelagert ist. Vorzugsweise ist das Maschinengehäuse als ein Elektromotor/-generator-Gehäuse ausgebildet und weiter vorzugsweis ist in das Maschinengehäuse ein Elektromotor beziehungsweise ein Elektromotor/-generator aufgenommen. Das Radialwellenlager ist insbesondere als ein Wälzlager ausgebildet und vorzugsweise ist dieses als ein Rollenlager oder bevorzugt als ein Kugellager und besonders bevorzugt als ein Rillenkugellager ausgebildet. Das Radialwellenlager ist mittelbar oder unmittelbar in einer Maschinengehäusewandung, also einem Gehäuseabschnitt dieses Maschinengehäuses, aufgenommen. Dabei kann die Maschinengehäusewandung einstückig mit dem Maschinengehäuse oder vorzugsweise als separates Lagerschild ausgebildet sein.
-
Die Maschinengehäusewandung trennt einen Nassraum, dieser kann als Schmiermittelraum aufgefasst werden, von einen schmiermittelfreien Raum, sogenannter Trockenraum, anders gewendet tritt die Antriebswelle durch die Maschinengehäusewandung vom Schmiermittelraum in den schmiermittelfreien Raum. Im Sinne der Erfindung kann unter dem Schmiermittel- oder Nassraum ein Bereich des Maschinengehäuses verstanden werden, in welchem wenigstens ein von einem Fluid, vorzugsweise von einem flüssigen Schmiermittel, wenigstens zeitweise, zu versorgendes Bauteil angeordnet ist, wobei unter einem solchen Bauteil insbesondere ein Wälzlager oder ein Zahnrad oder dergleichen zu verstehen ist. Vorzugsweise ist das im Nassraum aufgenommene Fluid ein Schmieröl, vorzugsweise ein Getriebeöl. Weiter vorzugsweise kann im allgemeinsten Fall der Trockenraum auch als die das Maschinengehäuse umgebende Umwelt aufgefasst werden, bevorzugt ist dieser schmiermittelfreie Raum, als ein Abschnitt des Maschinengehäuses zu verstehen, in welchem spannungsführende Teile eines elektromechanischen Energiewandlers, vorzugsweise eines Elektromotors/-generators aufgenommen sind. Insbesondere der Trockenraum (schmiermittelfreier Raum) ist davor zu schützten, dass Fluid, insbesondere ein flüssiges Schmiermittel, aus dem Nassraum (Schmiermittelraum) in diesen Eintritt, da es dort zu Verunreinigungen oder Funktionsstörungen kommen kann.
-
Weiter ist zum Verhindern des Übertritts von Fluid aus dem Schmiermittelraum in den schmiermittelfreien Raum eine Radialwellendichtung mit wenigstens einem Radialwellendichtring vorgesehen. Das Radialwellenlager ist derart in die Maschinengehäusewandung eingesetzt, dass dieses, bezogen auf eine axiale Richtung, also eine Richtung einer Rotationsachse der Antriebswelle, welche in diesem Radialwellenlager aufgenommen ist, eine dem Schmiermittelraum zugewandte Seite, sogenannte Schmiermittelseite, aufweist und eine dem Schmiermittelraum abgewandte Seite, insbesondere ist diese Seite des Radialwellenlagers dem schmiermittelfreien Raum zugewandt und ist als sogenannte Dichtungsseite des Radialwellenlagers aufzufassen.
-
Die vorgesehene Radialwellendichtung ist axial beabstandet zu der Dichtungsseite des Radialwellenlagers angeordnet, so dass sich in axialer Richtung zwischen der Dichtungsseite und dem Radialwellendichtring eine Schmiermittelkammer ergibt. Weiter ist vorgeschlagen, dass in der Schmiermittelkammer eine Kammertrennwand angeordnet ist, welche die Schmiermittelkammer wenigstens bereichsweise in zwei Teilkammern unterteilt.
-
Eine dieser Teilkammern die durch die Kammertrennwand aus der Schmiermittelkammer gebildet ist, kann als sogenannte Lagerkammer verstanden werden, da diese zwischen der Dichtungsseite des Radialwellenlagers und der Kammertrennwand angeordnet ist. Die zweite der beiden durch die Kammertrennwand aus der Schmiermittelkammer gebildete Kammer kann als Dichtungskammer verstanden werden, da diese zwischen der Kammertrennwand und der Radialwellendichtung, insbesondere dem Radialwellendichtring, angeordnet ist.
-
Die beiden mittels der Kammertrennwand aus der Schmiermittelkammer gebildeten Teilkammern (Lagerkammer, Dichtungskammer) sind aber nicht hermetisch voneinander abgetrennt sondern vielmehr sind diese mittels einer Trennwanddrossel fluidleitend verbunden. Die Erfindung schlägt damit insbesondere vor, dass Drücke, welche in der Lagerkammer auftreten, insbesondere durch eine Pumpwirkung des Radialwellenlagers nicht unmittelbar und direkt auf die Dichtungskammer einwirken, wie dies ohne Kammertrennwand der Fall wäre, sondern dass ein Druckausgleich zwischen der Lagerkammer und der Dichtungskammer über die Trennwanddrossel erfolgt.
-
Die Trennwanddrossel, welche insbesondere von der Kammertrennwand und der Antriebswelle gebildet ist, weist zum fluidleitende Verbinden zwischen der Lagerkammer mit der Dichtungskammer einen Ringspalt auf, welcher zwischen der Kammertrennwand und der Antriebswelle gebildet ist. Weiter ist der Ringspalt derart ausgebildet, dass dieser in einer radialen Richtung, also orthogonal zur Rotationsachse der Antriebswelle, eine von Fluid durchströmbare Höhe aufweist, die größer ist als 0,1 mm und kleiner ist als 3mm.
-
Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere mit einer derartigen Trennwanddrossel zum einen erreichbar ist, dass ein ausreichendes Maß an Schmiermittel aus der Lagerkammer zur Radialwellendichtung gelangen kann, um den Kontakt zwischen der Radialwellendichtung, insbesondere dem Radialwellendichtring, im Betrieb der Antriebswelle zu schmieren und andererseits mildert die Trennwanddrossel Druckschwankungen auf die Radialwellendichtung ab, so dass Undichtigkeiten in Richtung des schmiermittelfreien Raums verhindert sind.
-
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei einer auftretenden Undichtigkeit an einem Radialwellendichtring einen Radialwellendichtring mit höherer Vorspannung zu verwenden, so dass eine Normalkraft des Radialwellendichtrings auf die abzudichtende Welle erhöht ist. Die erhöhte Normalkraft führt neben der verbesserten Dichtwirkung auch zu einem höheren Verlust (Reibleistung). Demgegenüber ermöglicht es die vorgeschlagene Lösung, durch eine Verringerung von Druckeinflüssen auf die Radialwellendichtung bei gleichbleibender Vorspannung eines Radialwellendichtrings die gleiche Dichtwirkung in unterschiedlichen Betriebszuständen zu erzielen, im Vergleich zu einem Radialwellendichtring mit höherer Vorspannung aber ohne Trennwanddrossel.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Radialwellenlager mittelbar in der Maschinengehäusewandung aufgenommen, da das Radialwellenlager in einem Lagertopf aufgenommen ist, welcher das Radialwellenlager radial, wenigstens weitgehend oder bevorzugt vollständig, umgibt. Vorzugsweise weist das Maschinengehäuse und weiter vorzugsweise auch die Maschinengehäusewandung, als einen Bestandteil eine Aluminiumlegierung auf oder besteht aus einer solchen Legierung. Weiter vorzugsweise weist der Lagertopf als einen Bestandteil einen Stahlwerkstoff auf oder besteht aus diesem. Insbesondere in einer Anwendung, in welcher das Radialwellenlager als sogenanntes Loslager ausgebildet ist und mit seinem Lageraußenring gegenüber dem Lagersitz verschieblich in diesem aufgenommen ist, weist ein Lagertopf aus einem Stahlwerkstoff eine höhere Verschleißfestigkeit auf als eine Aluminiumlegierung. Mittels des Lagertopfs ist es dabei erreichbar, dass der Lagertopf statisch in der Maschinengehäusewandung aufgenommen ist (Werkstoffpaarung Stahl/Alu) und weiter ist der bewegliche Lageraußenring des Radialwellenlagers im Lagertopf aufgenommen (Werkstoffpaarung Stahl/Stahl), so dass eine Relativbewegung, insbesondere in axialer Richtung, zwischen der verschleißfesteren Werkstoffpaarung stattfindet. Weiter vorzugsweise ist die Kammertrennwand einstückig mit dem Lagertopf ausgebildet. Insbesondere bildet die Kammertrennwand so einen Absatz zum Aufnehmen von Kräften in axialer Richtung, insbesondere soweit das Radialwellenlager am Lageraußenring mit einer Federlagereinrichtung mit Axialkräften beaufschlagt ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist weist die Kammertrennwand eine der Antriebswelle radial gegenüberliegende Drosselblende auf, bildlich ausgedrückt ist die Kammertrennwand in radialer Richtung, also orthogonal zu der Rotationsachse der Antriebswelle so nahe an die Antriebswelle herangeführt, dass sich zwischen der Kammertrennwand und der Antriebswelle eine Drossel ausbildet. Die Kammertrennwand, beziehungsweise das der Antriebswelle zugewandte Ende dieser, kann demnach als Drosselblende aufgefasst werden. Weiter weist diese Drossel einen wenigstens im Wesentlichen ringspaltartigen Querschnitt auf. Weiter weist die Kammertrennwand im der Antriebswelle unmittelbar gegenüberliegenden Bereich, diese Bereich der Kammertrennwand wird im Rahmen der Erfindung als die Drosselblende bezeichnet, eine axiale Längserstreckung auf, welche größer ist als 0,25 mm und kleiner ist als 5 mm. Insbesondere eine kleine Längserstreckung führt zu einer geringen Flüssigkeitsreibung zwischen der Kammertrennwand und der Antriebswelle wenn diese rotiert und eine große Länge der Drosselblende führt zu einer Erhöhung der Drosselwirkung.
-
Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Längserstreckung aus diesem Bereich einerseits kompatibel mit dem zur Verfügung stehenden Bauraum ist und andererseits zu einer Minderung der Druckpulsationen in der Dichtungskammer gegenüber den Lagerkammer führt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist in axialer Richtung zwischen der Dichtungsseite des Radialwellenlagers, vorzugsweise einem Lageraußenring des Radialwellenlagers, und der Kammertrennwand eine Federlagereinrichtung angeordnet. Weiter ist diese Federlagereinrichtung derart ausgebildet, dass mit dieser in axialer Richtung eine Lagervorspannkraft auf den äußeren Lagerring des Radialwellenlagers aufbringbar ist. Insbesondere durch eine, vorzugsweise „geringe“, Vorspannung auf das Radialwellenlager, ist dessen Tragfähigkeit positiv beeinflussbar. Weiter vorzugsweise ist das Radialwellenlager trotz dieser Federlagereinrichtung in axialer Richtung verschieblich gegenüber der Maschinengehäusewandung, wenigstens in einem bestimmten Bereich, insbesondere bis die Federlagereinrichtung vollständig zusammengepresst ist (auf Block). Demnach ist das Radialwellenlager also wenigstens zeitweise gegenüber der Gehäusewandung in axialer Richtung verschieblich ist. Soweit das Radialwellenlager in dem Lagertopf aufgenommen ist und damit nicht unmittelbar sondern mittelbar in der Maschinengehäusewandung aufgenommen ist, so ist das Radialwellenlager auch gegenüber dem in der Maschinengehäusewandung fixierten Lagertopf verschieblich.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebswelle zur Aufnahme des Radialwellenlagers einen Antriebswellenlagerdurchmesser auf, dieser Durchmesser der Antriebswelle, beziehungsweise dieser Bereich der Antriebswelle, kann auch als sogenannter Lagersitz verstanden werden. Weiter weist die Antriebswelle gegenüberliegend zu der Kammertrennwand einen sogenannten Antriebswellendrosseldurchmesser auf, wobei unter dem Antriebswellendrosseldurchmesser auch ein Durchmesserverlauf also ein Bereich mit sich in axialer Richtung (Richtung der Rotationsachse der Antriebswelle) veränderlichem Außendurchmesser zu verstehen ist. Vorzugsweise bildet dieser Antriebswellendrosseldurchmesser zusammen mit der Drosselblende den Ringspalt für die Trennwanddrossel. Der Antriebswellendrosseldurchmesser, beziehungsweise der Außendurchmesser der Antriebswelle in dem zuvor als Antriebswellendrosseldurchmesser erläuterten Bereich, ist vorzugsweise kleiner, als der Antriebswellenlagerdurchmesser. Insbesondere eine solche Ausgestaltung der Erfindung führt zu einer wirkungsvollen Drosselwirkung, so dass Druckpulsationen in der Dichtungskammer verringert sind.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Drosselblende einen Drosselblendeninnendurchmesser auf, durch welchen die Antriebswelle, insbesondere konzentrisch, hindurch geführt ist, so dass sich zwischen der Drosselblende und der Antriebswelle der Ringspalt für die Trennwanddrossel ergibt. Weiter ist der Drosselblendeninnendurchmesser aus einem Durchmesserbereich in Bezug auf den Antriebswellenlagerdurchmesser derart ausgewählt, dass für den Drosselblendeninnendurchmesser gilt, dass dieser höchstens 1 mm kleiner ist als der Antriebswellenlagerdurchmesser und höchstens 1 mm größer ist als der Antriebswellenlagerdurchmesser. Anders gewendet gilt somit für den Drosselblendeninnendurchmesser, dass dieser aus einem Bereich ausgewählt ist für den gilt Antriebswellenlagerdurchmesser +/- 1 mm. Untersuchungen haben gezeigt, dass mit einem Drosselblendeninnendurchmesser, welcher in etwa dem Antriebswellenlagerdurchmesser (Antriebswellenlagerdurchmesser +/- 1 mm) entspricht, eine besonders platzsparende Konstruktion im Bereich der Schmiermittelkammer ermöglicht ist.
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Lagerung der Antriebswelle, sogenannte Wellenlagerung, vorgeschlagen, wobei die Antriebswelle an wenigstens zwei, in axialer Richtung voneinander beabstandeten Stellen gelagert ist und wobei wenigstens einer dieser Radiallagerstellen als Wellenlagerstelle nach einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen der Erfindung ausgestaltete ist.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Wellenlagerung ist eine der Radiallagerstellen als sogenannte Festlagerstelle ausgebildet. Im Sinne der Erfindung ist eine Festlagerstelle insbesondere derart zu verstehen, dass diese neben der drehbaren Lagerung der Antriebswelle an diesem Ort, die Antriebswelle in axialer Richtung festlegt. Insbesondere durch diese axiale Festlegung ist die Antriebswelle an dieser Festlagerstelle in axialer Richtung also fixiert und weiter ist damit die zweite Radiallagerstelle der Wellenlagerung als Wellenlagerstelle gemäß einer der zuvor erläuterten Ausführungsformen der Erfindung ausgeführt. Derartige Lageranordnungen werden häufig auch als sogenannte Fest-Loslagerung bezeichnet, wobei im vorliegenden Fall die Loslagerseite mittels einer Federlagereinrichtung in axialer Richtung vorgespannt sein kann.
Weiter ist vorgeschlagen, dass die Festlagerstelle in axialer Richtung auf Seite der Schmierraumseite des Radialwellenlagers angeordnet und axial beabstandet zu dieser ist. Ein solche Anordnung führt dazu, dass sich bei einer Temperaturdehnung der Antriebswelle gegenüber dem Maschinengehäuse, die Drosselwirkung der Trennwanddrossel verändert, insbesondere wenn der Antriebswellendrosseldurchmesser in axialer Richtung veränderlich ist, wenn dieser also, ausgehend von einem maximalen Durchmesser, insbesondere dem Antriebswellenlagerdurchmesser, hin zu einem minimalen Durchmesser, insbesondere einem Antriebswellendichtungsdurchmesser (Kontaktierung Radialwellendichtung Antriebswelle), abnimmt, wobei abnehmen bezogen ist, auf die axiale Richtung vom Radialwellenlager hin zum Radialwellendichtring. Insbesondere eine solche Ausgestaltung führt dazu, dass bei „hoher Betriebstemperatur“ ein „kleiner“ Ringspalt ausgebildet ist, weil die Antriebswelle in diesem Zustand eine maximale Längsdehnung aufweist. In diesem Zustand liegt dem Drosselblendeninnendurchmesser ein „großer“ Antriebswellendrosseldurchmesser gegenüber. Nimmt die Betriebstemperatur ab, nimmt auch die Längsdehnung der Antriebswelle ab, und in einem solchen Fall liegt dem Drosselblendeninnendurchmesser dann ein kleinerer Antriebswellendrosseldurchmesser gegenüber, als bei der zuvor erläuterten höheren Betriebstemperatur.
-
Dabei wirkt sich dies über die Betriebstemperatur veränderliche Größe des Ringspalts positiv auf das Betriebsverhalten der Wellenlagerung aus, da bei „hoher“ Betriebstemperatur ein im Nassraum aufgenommenes Schmiermittel dünnflüssiger ist, als bei „niedriger“ Betriebstemperatur. Über den oben genannten Effekt der Größenänderung des Ringspalts der Trennwanddrossel ist dieser durchströmbare Ringspalt bei „niedriger“ Betriebstemperatur groß und bei „hoher“ Betriebstemperatur klein. Eine solche Ausgestaltung der Erfindung hat sich als besonders betriebssicher erwiesen, da sich Viskosität des Fluids im Nassraum und Ringspaltgröße gegengleich entwickeln und so einerseits eine ausreichende Schmierung des Radialwellendichtrings und eine geringe Druckpulsation in der Dichtungskammer über einen weiten Betriebstemperaturbereich ergibt.
-
Nachfolgend sind einzelne Merkmale der Erfindung und Ausführungsformen dieser anhand der Figuren näher erläutert, dabei sind auch andere als die dargestellten Kombinationen von Merkmalen grundsätzlich möglich, es zeigt:
- 1: eine Teilschnittdarstellung (ohne Radialwellenlager) einer Wellenlagerstelle,
- 2: Druckverläufe mit/ohne Kammertrennwand in der Dichtungskammer,
- 3: eine Teilschnittdarstellung der Wellenlagerstelle.
-
In 1 ist eine Maschinengehäusewandung 2 im Schnitt dargestellt, in welcher ein Lagertopf 16 zur Aufnahme eines Radialwellenlagers (in dieser Figur nicht dargestellt) eingesetzt ist. Die Antriebswelle 1 ist um die Rotationsachse 8 drehbar gelagert und erstreckt sich in axialer Richtung 6. Der Lagertopf 16 weist eine Kammertrennwand 12 auf, welche die Schmiermittelkammer in eine Dichtungskammer 14 und eine Lagerkammer 13 unterteilt, wobei diese beiden Kammern (13, 14) fluidleitend durch die Trennwanddrossel 15 miteinander verbunden sind. Die Trennwanddrossel 15 ist durch einen Ringspalt gebildet, welcher sich zwischen der Kammertrennwand 12 und der Antriebswelle 1, insbesondere dem Antriebswellendrosseldurchmesser 19, ergibt. Der Antriebswellendrosseldurchmesser 19 ist in axialer Richtung 6, in der Darstellung von 1 von links nach rechts, abnehmend, die Antriebswelle 1 weist hier also eine konische Gestalt auf.
-
Der Ringspalt zwischen der Kammertrennwand 12 und der Antriebswelle 1, weist in radialer Richtung 7 eine durchströmbare Höhe 21 auf, wobei sich diese Höhe bei einer Längsdehnung der in diesem Bereich konisch ausgestalteten Antriebswelle 1 verändert, soweit ein Festlager zur Lagerung der Antriebswelle 1 vorgesehen ist und soweit dieses Festlager in der Darstellung von 1 links von Lagertopf 16 und beabstandet zu diesem angeordnet ist. Weiter ist der Schmiermittelraum 4 mittels dem Radialwellendichtring 11 gegenüber dem schmiermittelfreien Raum 5 abgedichtet. Die Drosselblende 16 weist die Längserstreckung 17 auf, dabei kann die Längserstreckung 17 der Drosselblende 16 als die Wandstärke der Kammertrennwand 12, gegenüberliegend zur Antriebswelle 1, verstanden werden.
-
Allgemein ist festzuhalten, dass durch eine geringe Längserstreckung 17 der Drosselblende 16 eine weitere Reduzierung von Reibung, insbesondere Flüssigkeitsreibung zwischen der Kammertrennwand 12 und der Antriebswelle 1 erreichbar ist.
-
Die Drosselblende 16 weist den Drosselblendeninnendurchmesser 20 auf und die Antriebswelle 1 weist zur Aufnahme des Radialwellenlagers, welches auch im Lagertopf 16 aufgenommen ist, dien Antriebswellenlagerdurchmesser auf. Weiter weist die Antriebswelle 1 den Antriebswellendichtungsdurchmesser 22 auf, wobei dieser so gestaltete ist, dass der Radialwellendichtring 11 auf diesem Durchmesser 22 läuft und so den Schmiermittelraum 4 gegenüber dem schmiermittelfreien Raum 5 abdichtet.
-
In 2 sind zwei qualitative Druckverläufe für alternierenden Betrieb, bezüglich der Drehzahl der Antriebswelle 1, dargestellt, wobei sich die dargestellten Druckverläufe 26a, 26b jeweils auf den auf die Radialwellendichtung wirksamen Druck beziehen. Überdruck 24 ist ausgehend von der Nulllinie 23 (Atmosphärendruck) in der Darstellung nach oben aufgetragen und Unterdruck 25 entsprechend nach unten. Der Druckverlauf 26a ist über der Zeit 27a aufgetragen, dabei ist erkennbar, dass Drehzahländerungen an der Antriebswelle 1 zu Druckschwankungen im Raum zwischen dem Radialwellenlager 3 und der Radialwellendichtung 11 führen.
-
Dabei sind in 2a und 2b jeweils die gleichen Betriebszustände abgebildet, jedoch repräsentiert 2a den Druckverlauf 26a für eine Wellenlagerstelle ohne Trennwanddrossel 15 oder andersgewendet werden Druckschwankungen, wie sich diese insbesondere aus einer Pumpwirkung des Radialwellenlagers 3 ergeben können, unmittelbar auf den Radialwellendichtung 11 wirksam. 2b hingegen zeigt die gleichen Betriebszustände wie 2a, jedoch für die vorgeschlagene Wellenlagerstelle mit Trennwanddrossel, über welche die Lagerkammer mit der Dichtungskammer fluidleitend, jedoch mit Drosselwirkung der Trennwanddrossel, verbunden sind, anders gewendet wirken sich hier Druckänderungen in der Lagerkammer nur mittelbar auf die Radialwellendichtung 11 aus, dies ist insbesondere an den reduzierten Unterdruckwerten des Druckverlaufs 26b gegenüber 26a erkennbar.
-
Abhängig von der Vorspannung der Radialwellendichtung 11, gibt es eine kritische Unterdruckgrenze 28. Die kritische Unterdruckgrenze repräsentiert dabei den Unterdruck, welcher den Radialwellendichtung 11 zum Abheben von der Antriebswelle bringen kann. Hebt der Radialwellendichtung 11 von der Antriebswelle 1 ab, kann es trotz der Unterdrucksituation zum Austreten von Flüssigkeit aus dem Schmiermittelraum 4 in den schmiermittelfreien Raum 5 kommen.
-
Den 2a und 2b ist zu entnehmen, dass durch die Trennwanddrossel 15 der auf die Radialwellendichtung wirksame Unterdruck reduziert ist, gegenüber eine Anordnung ohne Trennwanddrossel, wobei so eine Radialwellendichtung mit geringerer Vorspannung als ohne Trennwanddrossel zum Einsatz kommen kann, ohne Einbußen in der Betriebssicherheit dieser hinnehmen zu müssen. Die Erfindung führt so zu einer nicht unerheblichen Reduzierung der Reibleistung an der Radialwellendichtung und damit zu einer Erhöhung der Effizienz eines Antriebssystems, welches eine Wellenlagerstelle der vorgeschlagenen Bauart aufweist, gegenüber einer herkömmlichen Wellenlagerung ohne Trennwanddrossel.
-
In 3 ist eine weitere Teilschnittdarstellung der vorgeschlagenen Wellenlagerstelle gezeigt. Die Antriebswelle 1 ist über das Radialwellenlager 3 drehbar um die Rotationsachse 8 gegenüber der Maschinengehäusewandung 2 gelagert. Dabei ist das Radialwellenlager 3 mittelbar über den Lagertopf 16 in der Maschinengehäusewandung 2 aufgenommen und als Rillenkugellager, mit einen als äußerem Lagerring 30 ausgebildeten Lageraußenring und einen Lagerinnenring 29, ausgebildet. Mit dem Lagerinnenring 29 sitzt das Radialwellenlager 3 auf den Antriebswellenlagerdurchmesser und ist in axialer Richtung 6 auf der Antriebswelle 1 festgelegt. Im Lagertopf 16 ist der Lageraußenring in axialer Richtung 6 verschieblich aufgenommen, wobei auf diesen eine Vorspannkraft mittels Federlagereinrichtung 31, insbesondere auf die der Radialwellendichtung 11 zugewandte Stirnseite, sogenannte Dichtungsseite 32, ausgeübt wird. Auf der der Federlagereinrichtung 31 abgewandten Stirnseite weist das Radialwellenlager 3 die Schmiermittelseite 9 auf, welche dem Schmiermittelraum 4 zugewandt ist.
-
Die Kammertrennwand 12 des Lagertopfs 16 trennt den zwischen der Dichtungsseite 32 und der Radialwellendichtung 11 liegenden Raum, sogenannte Schmierkammer in die Lagerkammer 13 und die Dichtungskammer 14, wobei diese beiden Kammern (13, 14) über den Trennwanddrossel 15 fluidleitend, aber gedrosselt, miteinander verbunden sind. Die Trennwanddrossel 15 weist einen durchströmbaren Ringspalt, gebildet zwischen der Antriebswelle 1 und der Kammertrennwand 12, auf, welcher eine Höhenerstreckung orthogonal zur Rotationsachse 8, also in radialer Richtung 7, aufweist.
-
Insbesondere durch die Trennwanddrossel 15 und deren vorgeschlagene Ausgestaltung bzgl. Höhe in radialer Richtung 7 und Längserstreckung in axialer Richtung 6 ist es erreichbar, dass Druckänderungen, welche sich aus dem alternierenden Betrieb der Antriebswelle 1 ergeben können und welche in der Lagerkammer13 auftreten, nicht unmittelbar in der Dichtungskammer 14 abbilden. Insbesondere sind die Unterdruckschwankungen aufgrund des alternierenden Betriebs der Antriebswelle 1 in der Lagerkammer abgemildert und so ist eine Radialwellendichtung 11, insbesondere ein Radialwellendichtring, mit „geringer“ Vorspannung einsetzbar, ohne dass die Dichtwirkung gegenüber dem schmiermittelfreien Raum 5 darunter leidet.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
