DE4244684A1 - Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs.

Schienentriebfahrzeuge werden mit Antrieben ausgestattet, die den hohen Anforderungen des modernen Verkehrs hinsichtlich Kraftübertragung in einem großen Geschwindigkeitsbereich, hoher Beschleunigungen und großer Bremsverzögerungen genügen. Bei bestimmten Antriebsanordnungen von elektrischen Schienentriebfahrzeugen (z. B. Tatzlagerantrieb, Hohlwellenantrieb) ist es üblich, den Fahrmotor achsparallel zum anzutreibenden Radsatz anzuordnen, wobei die Drehmomentenübertragung vom Fahrmotor über eine Antriebswelle zumeist über ein Ritzel auf ein Großrad und von dort z. B. über eine Abtriebswelle und deren elastische Verbindung mit dem Laufrad erfolgt. Ritzel und Großzahnrad sind von einem Gehäuse umgeben, das ein flüssiges Schmiermittel mit definierter Viskosität enthält. Derartige Getriebe und ihre Bauteile sind z. B. beschrieben in Sachs, K.: Elektrische Triebfahrzeuge Bd. 1, Springer-Verlag Wien - New York 1973, Abschnitt 3.52.

Hohe Umfangsgeschwindigkeiten der An- und Abtriebswellen, die aus der Antriebskonzeption resultierenden Platz- und Spielverhältnisse für das Getriebe sowie die im Fahrbetrieb zu ertragenden Erschütterungen machen es bei modernen Schienentriebfahrzeugen erforderlich, die Dichtungen zwischen den Wänden des Gehäuses des Getriebes und den sie durchstoßenden Wellen als berührungslose Dichtungen auszuführen, wie sie aus der DD-PS 2 81 156 grundsätzlich bekannt sind.

Neben der Realisierung der Energiewandlung erweist es sich bei derartigen Getrieben als besonderes Problem, den inneren Aufbau des Getriebes und das Zusammenwirken der berührungslosen Dichtung zwischen Welle und Gehäuse des Getriebes auf der Abtriebsseite mit den anderen Getriebebauteilen so zu gestalten, daß ein Verlust an Schmiermittel sowie das Eindringen von Fremdstoffen ins Getriebeinnere unter allen Betriebsverhältnissen maximal eingeschränkt, eine lange wartungsfreie Laufdauer erreicht und eine Verschmutzung der Umwelt vermieden wird.

Für die innere Gestaltung eines Getriebes für Schienenfahrzeuge mit einer berührungslosen Dichtung für eine Wellendurchführung sind eine Reihe von technischen Detaillösungen bekannt.

Aus der US-PS 3 529 698 und der DE-AS 10 47 820 ist bekannt, ein Schmierungssystem eines Getriebes für Schienenfahrzeuge zu gestalten, in dem außer einem Ölsumpf im unteren Teil des Gehäuses, in den (zumindest bei der US- PS 3 529 698) sowohl Ritzel als auch Großrad eintauchen, ein zweites Schmiermittelreservoir im oberen Teil des Getriebegehäuses angeordnet ist, aus dem durch verschiedene Auslässe Öl auf die darunter befindlichen Zahnräder bzw. in den Zahneingriff herabtropft. Der untere Sumpf ist durch Einbauten mit Überlauföffnungen noch einmal unterteilt, um durch betriebsbedingte Niveaudifferenzen eine Schmiermittelströmung quer zum Großrad zu erzeugen.

In Sachs, K.: Elektrische Triebfahrzeuge Bd. 1, Springer-Verlag Wien - New York 1973, Abb. 3.221 ist vorgesehen, durch eine besondere, oberhalb des Ölsumpfes und des Großrades dem Zahnradumfang folgende Zwischenwand innerhalb des Getriebegehäuses den Transport des Schmiermittels aus dem Ölsumpf im unteren Teil des Getriebegehäuses, in den das Großrad eintaucht, in den unmittelbaren Zahneingriff zwischen Ritzel und Großrad zu unterstützen.

In Sachs, K.: Elektrische Triebfahrzeuge Bd. 1, Springer-Verlag Wien - New York 1973, Abb. 3.222 ist außerdem ein Entlüftungsrohr aus dem Getriebegehäuse oberhalb des Zahneingriffs zwischen Ritzel und Großrad vorgesehen, das dazu dienen soll, solche atmosphärischen Druckverhältnisse im Getriebe herzustellen, daß die Wellenabdichtung nicht druckbelastet wird.

Aus dem bekannten Stand der Technik resultiert folgendes Problem:

Bei Traktionsgeschwindigkeiten der Schienentriebfahrzeuge über 120 km/h können bisher bewährte Getriebekonstruktionen mit berührungslosen Dichtungen, wie z. B. nach der DD-PS 2 81 156, die Dichtheit nicht unter allen Betriebsbedingungen gewährleisten. Wesentliche Einflußfaktoren sind dabei ein meist zu geringer Abstand zwischen der berührungslosen Dichtung und dem Ölsumpf, ein Aufbau des Schmiersystems, der ohne Reduzierung der Kühl- und Schmierwirkung keine Verringerung der Belastung der berührungslosen Dichtung durch umhergewirbeltes Schmiermittel zuläßt sowie eine solche Luft- und Strömungsführung innerhalb des Getriebes, daß Druckdifferenzen die Dichtwirkung der berührungslosen Dichtung in Frage stellen. Der Weg, Getriebe mit berührungslosen Wellendichtungen, bei denen die Passagen der Dichtungspartner enger toleriert sind oder die Zahl der Umlenkstellen für austretendes Schmiermittel vervielfacht wurde (z. B. durch vielstufige Treppenlabyrinthe), zu bauen, erfordert nicht nur erhöhten technologischen Aufwand und höhere Kosten, sondern ist häufig aufgrund der konstruktions- und betriebsbedingten Platz- und Spielerfordernisse nicht begehbar.

Die Erfindung stellt sich dem Problem, den bekannten Lösungen für den Aufbau eines Getriebes für Schienentriebfahrzeuge solche Lösungen hinzuzufügen, die die Dichtwirkung einer berührungslosen Dichtung der beschriebenen Art unter allen Betriebsverhältnissen auch bei höheren Geschwindigkeiten unterstützen und mit vertretbarem technologischen Aufwand realisierbar sind.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem mit den kennzeichnenden Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Funktion und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung werden mit Hilfe des folgenden Ausführungsbeispiels beschrieben.

In den Zeichnungen ist dargestellt:

Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Getriebes

Fig. 2 ein Querschnitt durch das Getriebe nach Fig. 1

Fig. 3 Quer- und Längsschnitte durch den äußeren Labyrinthring der berührungslosen Dichtung des Getriebes nach Fig. 1.

Nach Fig. 1 enthält das Gehäuse 1 eines Getriebes für Schienentriebfahrzeuge, das in bekannter Weise aus einem Ober- und einem Unterkastenteil in einer Ebene, in der die Achsen von Großrad 2 und Ritzel 3 liegen, dichtend zusammengesetzt sein kann, in der von der Welle 4 der Abtriebsseite durchsetzten Seitenwand eine berührungslose Dichtung, deren zweckmäßiger Aufbau in Fig. 2 gezeigt wird: Ein innerer Labyrinthring 5, der fest mit der rotierenden Welle 4 gekoppelt ist (im Ausführungsbeispiel durch feste Verbindung am Großrad 2), mit hier nicht mehr als drei axial nebeneinanderliegenden trapezförmigen Spritzringen wird von einem äußeren Labyrinthring 6 umgeben, der starr und in üblicher Weise abgedichtet mit dem Gehäuse 1 verbunden ist. Drei Ölnuten 7 umgreifen die Spritzringe des inneren Labyrinthringes 5.

Die Ölnuten 7 werden zumindest in einem Teil ihres Umfanges von einem Ölsammelraum 13 umgeben, der nach dem erstem Ausführungsbeispiel umlaufend in den äußeren Labyrinthring eingearbeitet sein kann (Fig. 2). In den Ölnuten 7 aufgefangenes, von den Spritzringen des inneren Labyrinthringes 5 abgeschleudertes Öl wird durch unterschiedliche Ölablaufkanäle A 8, B 9 und C 10 in den Ölsammelraum 13 abgeleitet.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel die Ölablaufkanäle A 8 im Grund der ersten Ölnut 7 radial zur Achse der Welle 4 als Bohrungen und Langlöcher eingebracht (Schnittbild C-C). Zumindest ein Teil der Ölablaufkanäle B 9 und C 10 der zweiten und dritten Ölnut 7 jedoch sind so angeordnet, daß ihre Achse in einer von der Senkrechten zur Oberfläche des Grundes der Ölnut um den Winkel β abweichenden, vorzugsweise der jeweiligen schwerkraftbedingten Hauptfließrichtung b des Öls in der Ölnut 7 nahekommenden Richtung verläuft (Schnittbilder D-D und E-E).

Im Ausführungsbeispiel ist der Ölsammelraum 13 weitgehend vom Inneren des Gehäuses 1 abgeschirmt, indem er gegenüber dem Inneren des Gehäuses 1 von einem Ölfangring 11 verschlossen und als beruhigter Raum ausgebildet ist, der nur auf einem eng begrenzten Teil seines Umfanges (zweckmäßig am tiefstgelegenen Punkt des Ölsammelraums 13) einen Ölauslauf 14 aufweist. Diese Öffnung wird gegen das Innere des Gehäuses 1 zusätzlich durch eine Ölfanglippe 12 abgeschirmt, die die gesamte Dichtung umgibt, sich im wesentlichen radial und schräg zur Labyrinthachse im Inneren des Gehäuses erstreckt, im Ausführungsbeispiel Teil des Ölfangringes 11 ist und die Labyrinth-Dichtung in an sich bekannter Weise vor herablaufendem oder abgeschleudertem Öl abschirmt.

Die Belastung einer solchen berührungslosen Dichtung mit ablaufendem oder abgeschleudertem Schmiermittel und damit der Grad ihrer Dichtheit hängt - wie oben erläutert - nicht nur von der Ausbildung der Dichtung selbst ab: Sie wird stark von der Menge des "freien" Ölvolumens, das sich in bekannter Weise im Ölsumpf A 17, der sich unterhalb des Großrades 2 im unteren Teil des Gehäuses 1 sammelt und durch die Rotation der Getriebebauteile in den Eingriff zwischen Großrad 2 und Ritzel 3 transportiert wird, von dem geometrischen Abstand des Ruhespiegels 19 des Ölsumpfes A 17 zur berührungslosen Dichtung sowie von den aus der Rotationsbewegung und der abgeschleuderten Schmiermittelmenge resultierenden Druckverhältnissen im Inneren des Gehäuses 1 beeinflußt. Um das "freie" Volumen im Ölsumpf A 17 klein, den Abstand zwischen dessen Ruhespiegel 19 und der berührungslosen Dichtung groß sowie die Druckbelastung durch abgeschleudertes Schmiermittel niedrig zu halten, ohne aber die für effektive Schmierung und Wärmetransport sowie lange wartungsfreie Betriebsdauer erforderliche Gesamtmenge an Schmiermittel zu unterschreiten, sind erfindungsgemäß am Gehäuse 1 vier Lösungen gemeinsam oder alternativ realisiert:

Um stets eine ausreichende Menge an Schmiermittel in den Eingriff zwischen Großrad 2 und Ritzel 3 zu bringen, wird im Bereich des Ritzels 3 ein zweiter Ölsumpf B 18 angeordnet, der besonders bei Anfahrt oder Langsamfahrt des Triebfahrzeuges die Schmiermittelversorgung des Zahneingriffs gewährleistet und durch die Rotation des Großrades 2 (oder mit anderen Mitteln) aufgefüllt wird. Gleichzeitig wird damit die benötigte Gesamtmenge an Schmiermittel unterteilt, die Ölbadbewegung und Ölverwirbelung gedämpft und die berührungslose Dichtung entlastet.

Um ein wirksames Auffüllen des Ölsumpfes B 18 bei beiden Drehrichtungen des Getriebes zu erreichen, sind im Gehäuse 1 eine obere Leiteinrichtung 15 sowie eine untere Leiteinrichtung 16 angeordnet, die in ihrer Form den Konturen des Großrades 2 entlang eines Teils seines Umfanges und unter Bildung eines Spaltes zur Verzahnung folgen und - je nach Drehrichtung unterschiedlich wirksam - umlaufend mitgeschleudertes Schmiermittel auffangen, ihm eine definierte Richtung aufzwingen und es in ungestörter Strömung (d. h. ohne Drucksprünge) in den Ölsumpf B 18 sowie in den Zahneingriff leiten. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird mit der unteren Leiteinrichtung 16 gleichzeitig die Höhe des Ölsumpfs B 18 begrenzt.

Nachdem Versuche mit einem an sich bekannten Entlüfter zum Druckausgleich innerhalb des Gehäuses und Druckentlastung der berührungslosen Dichtung deren Dichtheit nicht unter allen Betriebsbedingungen nachweisen konnten, wurde überraschend eine wirksame Lösung gefunden, indem eine Entlüfteranordnung im oberen Teil des Gehäuses (im Ausführungsbeispiel bestehend aus zwei gleichen Entlüftern 23 in Drehrichtung vor und hinter dem höchsten Punkt des Gehäuses) und eine zweite Lüfteranordnung im unteren Teil des Gehäuses (im Ausführungsbeispiel ein gleichartiger Entlüfter 23 auf dem zusätzlichen Vorratsbehälter 21 knapp oberhalb des Ruhespiegels 19 des Ölsumpfes A 17) angeordnet wurde.

Durch einen zusätzlichen Vorratsbehälter 21, der durch eine Schwallwand 22 mit wenigen Durchbrüchen mit dem Inneren des Gehäuses 1 verbunden ist, wird das Volumen des Ölsumpfs A 17 ausreichend groß gestaltet, die beiden Teilvolumina aber in ihrer Bewegung voneinander entkoppelt. Das ermöglicht, einen niedrigen Ruhespiegel 19 des Ölsumpfs A 17 einzustellen.

Um sowohl die Intensität des Abschleuderns des Schmiermittels innerhalb eines Getriebes mit einem Gehäuse mit den vorstehend genannten Merkmalen zu begrenzen als auch den Einsatz unterschiedlicher Zahnraddurchmesser zu realisieren, ohne den Ruhespiegel 19 des Ölsumpfs A 17 mit negativen Auswirkungen für den Dichtungsgrad der berührungslosen Dichtung ändern oder ein anderes Getriebegehäuse einsetzen zu müssen, können zusätzlich zwei weitere Maßnahmen (für die hier kein Patentschutz begehrt wird) eingeführt werden:

• - Als zusätzliches Mittel für die Beförderung von Schmiermittel kann ein- oder beidseitig des Großrades 2 jeweils eine Schleuderscheibe 20 angeordnet werden, deren Durchmesser und Form so ausgebildet ist, daß sie in den Ölsumpf A 17 eintaucht, den Zahneingriff zum benachbarten Ritzel 3 überdeckt, den Zahneingriff zwischen Großrad 2 und Ritzel 3 sowie den zweiten Ölsumpf B 18 ausreichend mit Öl versorgt, aus dem Zahneingriff herausgequetschtes und abgeschleudertes Öl zurückhält und die berührungslose Dichtung zwischen Abtriebswelle 4 und Gehäuse 1 des Getriebes abschirmt.
• - Auf Grund der Anordnung und oben beschriebenen Wirkung von ein oder zwei Schleuderscheiben ist es nicht mehr erforderlich, daß das Großrad mit seinen Zahnköpfen in den Ölsumpf A 17 eintaucht, ohne daß die Schmierung und Kühlung des Getriebes eingeschränkt wird. Mit einer derartigen Anordnung kann nicht nur das Verwirbeln von Schmiermittel reduziert, sondern gleichzeitig die Voraussetzung geschaffen werden, unterschiedliche Zahnradgrößen und Getriebeübersetzungen in ein und demselben Gehäuse unterzubringen und mit geringstem Aufwand Getriebe für unterschiedliche Anforderungen bereitzustellen.

Bei den Untersuchungen wurde festgestellt, daß die oben genannten, die Gestaltung eines Gehäuses sowie das Zusammenwirken mit einer berührungslosen Dichtung und dem Zahnradsatz eines Getriebes für ein Schienentriebfahrzeug für höhere Geschwindigkeiten betreffenden erfindungsgemäßen Lösungen gegenüber dem bisherigen Stand die Dichtheit unter allen Betriebsbedingungen wesentlich verbessern und mit vertretbarem technologischen Aufwand sowie kostengünstiger zu erreichen sind.

Die Verwendung der erfindungsgemäßen Mittel und Wirkungen auf einem anderen als dem hier beschriebenen Gebiet erscheint möglich.

Liste der Bezugszeichen

 1 Gehäuse
 2 Großrad
 3 Ritzel
 4 Welle
 5 Innerer Labyrinthring
 6 Äußerer Labyrinthring
 7 Ölnut
 8 Ölablaufkanal A
 9 Ölablaufkanal B
10 Ölablaufkanal C
11 Ölfangring
12 Ölfanglippe
13 Ölsammelraum
14 Ölauslauf
15 Obere Leiteinrichtung
16 Untere Leiteinrichtung
17 Ölsumpf A
18 Ölsumpf B
19 Ruhespiegel des Ölsumpfs A
20 Schleuderscheibe
21 Vorratsbehälter
22 Schwallblech
23 Entlüfter
a Breite der Ölnut 7
b Hauptfließrichtung des Öls
β Neigungswinkel der Ölablaufkanäle B9 und C10

Claims (3)

1. Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen mit den Merkmalen:

• - das Getriebe ist in einem Gehäuse (1) eingeschlossen,
• - zur Energiewandlung sind mindestens ein Großrad (2) und ein Ritzel (3) innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet, wobei deren Drehachsen so angeordnet sind, daß die tiefsten Punkte der beiden Zahnkränze in unterschiedlicher Höhe liegen,
• - das Gehäuse (1) des Getriebes wird von mindestens einer Welle (4) durchgriffen,
• - die Dichtung zwischen der rotierenden Welle (4) und dem Gehäuse (1) ist als berührungslose Dichtung ausgebildet,
• - am Grund des Gehäuses (1) befindet sich ein Ölsumpf A (17), gekennzeichnet durch die Merkmale:
• - im unteren Teil des Gehäuses ist oberhalb des ersten Ölsumpfs A (17) ein im Betrieb ständig aus diesem ersten Ölsumpf A (17) aufgefüllter, dem Ritzel (3) zugeordneter zweiter Ölsumpf B (18) angeordnet,
• - im oberen und im unteren Teil des Gehäuses (1) sind unter Spaltbildung gegenüber dem für den Einbau der Zahnräder vorgesehenen Volumen eine obere und eine untere, das umlaufend mitgeschleuderte Öl in den Zahneingriff zwischen Großrad (2) und Ritzel (3) und in den Ölsumpf B (18) einleitende Leiteinrichtung (15, 16) angeordnet.

2. Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß am Gehäuse (1) an sich bekannte Entlüfter (13) in mindestens zwei Ebenen angeordnet sind, wobei zweckmäßigerweise eine Entlüfteranordnung im Bereich des höchsten Punktes des Gehäuses und eine zweite annähernd in Höhe des Spiegels des tiefstgelegenen Ölsumpfes angebracht ist.

3. Getriebe für Antriebe von Schienentriebfahrzeugen nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, daß am Grund des Gehäuses (1) ein zusätzlicher, das zur Schmierung verfügbare Ölvolumen bei vorzugsweise verringertem Ruhespiegel (19) des Ölsumpfes A (17) vergrößernde und mit Mitteln (22) zur Dämpfung der Ölsumpfbewegung ausgestattete Vorratsbehälter (21) angeordnet ist.