DE578949C - OElschleuder fuer Achslager von Schienenfabhrzeugen - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
3. JULI 1933

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 2Od GRUPPE 18 oi

Walter Peyinghaus in Egge b. Volmarstein, Ruhr*) Ölschleuder für Achslager von Schienenfahrzeugen

Patentiert im Deutschen Reiche vom 6. August 1930 ab

Die für die Ölförderung einer Schleuderschmierung maßgebende Oberfläche der Förderköpfe ist bisher versuchsmäßig in verschiedener Weise ausgebildet worden. Neben einer glatten, ebenen Fläche finden sich Köpfe mit Aufsätzen von rohr- oder schaufelärtigen Gebilden oder rinnenartig nach der unteren Mitte der Köpfe zusammenlaufenden Vertiefungen, die mit einer schöpfenden zugleich eine windfangende, den kritischen Schleuderpunkt (Schwerkraft =s Schleuderkraft) besser überwindende Wirkung ausüben sollen, aber zur Verbesserung der Schleuderwirkung nichts beitragen. Daneben finden sich Förderscheiben in Fächerform, also mit in Umfangsrichtung wellig ausgebildeter Oberfläche, die lediglich eine größere ölmenge im Ölbad aufnehmen und nach oben fördern wollen. Endlich sind nach innen

ao sanft gewölbte Förderköpfe bekanntgeworden, deren Krümmung bei an sich glatter Oberfläche das abgeschleuderte Öl nach einer anderen Richtung, nämlich dem gerillten Teil des Schleudergehäuses, ablenken soll.

Der Erfindungsgegenstand will demgegenüber mit seiner uneben ausgebildeten Oberfläche der Förderköpfe nicht eine ölmitnahme im Bade verbessern oder eine wirksamere Abgabe im kritischen oder unteren Drehzahlbereich erreichen, sondern die Abschleuderung im zentrifugalen Drehzahlbereich so beeinflussen, daß sie nicht vorzeitig an die Seitenwände des Schleudergehäuses, sondern vorwiegend in seiner Scheitelzone erfolgt. Er ist gekennzeichnet durch Förderköpfe, deren Oberflächen, um das öl in den wichtigeren Fahrbereichen zuverlässig im höchstgelegenen Sektor des Förderkopfweges abzuschleudern, in radialer Richtung so gewellt sind, daß der längs dieser Oberfläche in radialer Richtung von einem öltropfen zu durchlaufende Weg mehrfach länger ist als der geradlinig gemessene radiale Abstand seines Anfangs- und seines Endpunktes; dabei können mehrere Abschnitte der Förderkopfoberflächen mit verschiedenem Verhältnis der in radialer Richtung auf der Oberfläche zu durchlaufenden ölwege zu den geradlinig gemessenen radialen Abständen ihrer Anfangs- und Endpunkte vorgesehen sein.

Der Erfindungsgegenstand ist das Ergebnis einer systematischen, auf dynamischer Grundlage entwickelten Untersuchung der Schleuderverhältnisse, der folgender Gedankengang zugrunde liegt:

Die Aufgabe, die eine Schleuderschmierung zu erfüllen hat, nämlich das öl eines unten im Gehäuse angeordneten Ölbades an die gegenüberliegende obere Gehäusewand zu befördern, von wo es der Lagerstelle zulaufen soll, würde sich mit einem glatten und kurzen Schleuderblatt, das am Ende eines Schleuderstabes von großem Schleuderdurchmesser angeordnet wäre, überhaupt nicht erfüllen

*) Von den: Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Walter Lehmann in Wuppertal-Elberfeld.

lassen, weil das vom Blatt beim Eintauchen in das Bad aufgenommene öl unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft bereits im seitlichen Sektor des Schleudergehäuses —» etwas 5 oberhalb der Achsmitte — an die Gehäusewand gespritzt würde, dem Lager also gar nicht zulaufen könnte.

Die Voraussetzung einer wirksamen Schleuderschmierung ist also die Abschleuderung nach Zurücklegung eines bestimmten Drehwinkels, der zwischen 90 und 150⁰ ab Austrittsstelle des Blattes aus dem Ölbade liegt, außerdem unabhängig sein muß von der Geschwindigkeit, mit der sich das Fahrzeug bewegt, also von der Drehzahl der Achse.

Berechnet man nun diesen Winkel α unter Aufstellung der Bedingung

Drehzeit der Schleuder (t^s) = Rutschzeit des Tropfens auf der Blattoberfläche (i^w)

OO

und unter Berücksichtigung der Zentrifugalkraft (Z), die dem Tropfen während seiner Bewegung über die Blattoberfläche bis zur Abschleuderkante eine bestimmte lebendige Kraft erteilt (zunächst ohne Rücksicht auf die seitlich ablenkende Tangentialkraft, die verzögernd wirkende Kohäsionskraft und die zunächst beschleunigend, später ebenfalls verzögernd wirkende Schwerkraft), so ergibt sich folgende Gleichung für den Drehwinkel:

360⁰
π

(2)

π α γ d_m

Diese Gleichung, in der w den tatsächlich zurückgelegten Rutschweg des Tropfens auf der Blattoberfläche, α die w entsprechende radiale Tropfenbahn in einer senkrechten Querebene und d^m den mittleren Schleuderdurchmesser des Schleuderstabes bedeuten, leitet sich aus folgenden Beziehungen ab:

et⁰ = 360⁰ ·

η
"6Ö~

■t^s,

(«1—»0)'

dm

In diesen Gleichungen bedeuten α den Drehwinkel der Schleuder, η die Drehzahl der Achse in der Minute, Ψ die,Drehzeit der Schleuder, t^w die Rutschzeit des Tropfens auf der Blattoberfläche, v°, v^m, v^z die anfängliche mittlere und endliche Geschwindigkeit des öltropfens auf der Blattoberfläche in radialer Richtung, Z die Zentrifugalkraft, m die Masse eines öltropfens und ω die Winkelgeschwindigkeit = .

Aus der oben angegebenen Bedingung (1) i^s = t^w ergibt sich dann, da v° = ο ist, die mit der Gleichung (2) gefundene Beziehung für den Drehwinkel a, woraus zunächst die bedeutsame Tatsache hervorgeht, daß der Öltropfen bei unveränderten Schleuderblatt- und Schleuderstabverhältnissen stets nach Zurücklegung des gleichen Drehwinkels cc abgeschleudert wird, ganz gleich, welche Drehzahl die Achse macht, d. h. mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug fährt. Aus der Gleichung (2) geht aber weiter hervor, daß das Verhältnis —-, also die Länge

des Rutschweges· des Tropfens auf der Blattoberfläche oder ihr Unebenheitsgfad, von bestimmendem Einfluß auf die Winkeldrehung des Schleuderstabes ist, nach der die Abschleuderung des Öles erfolgt.

Für die gegebenen Verhältnisse der Achsschmierung von Schienenfahrzeugen, d. h. also festliegenden Schleuder durchmesser d^m (==300 bis 350 mm) und nur in engen Grenzen veränderlicher radialer Tropfenbahn a (= 60

bis 70 mm), mithin einem Verhältnis -„j- ^ 1/5 ,

ergibt sich z. B., daß der tatsächliche Rutschweg des Tropfens w das I³I₄- bis anfache der radialen Tropfenbahn α sein muß,- wenn ein Drehwinkel von 90 bis 150⁰ ab Austrittsstelle des Blattes aus· dem ölbade erreicht werden soll, bevor die Abschleuderung eintritt. -

In dem Grenzfall einer glatten ebenen Oberfläche (a = w) würde der Drehwinkel α für die bei Güterwagen üblichen Abmessungen des Schleudergehäuses 54⁰ sein. Das öl verließe also bei dieser glatten Ausbildung der Oberfläche viel zu früh das Blatt und könnte nicht in die Auffangmulde der Lagerschale gelangen.

Der große Spielraum, der oben für den Drehwinkel α (90 bis 150⁰) angegeben war, ergibt sich aus der Breite der Schleuderzone, die im oberen .Schleudergehäuse vorzusehen ist, um die ölverteilungskanäle der Lagerschale gleichmäßig mit öl zu versorgen. Die Blattoberfläche wird demgemäß in Sektoren zu unterteilen sein, die verschieden lange Rutschwege w haben, um eine Differenzierung des Drehwinkels zwischen 90 und 150⁰ und ng damit eine gleichmäßige Ölverteilung über die ganze Breite der Schleuderzone, gegebenenfalls auch eine Bevorzugung gewisser Abschnitte dieser Zone, zu erreichen.

Die oben entwickelten Beziehungen galten ohne Berücksichtigung der Schwerkraft, der Tangentialkraft und der Kohäsionskraft des

Öles auf dem Blatte, die je nach der Stellung der Schleuder bzw. dem Viskositätsgrade des Öles in verzögerndem bzw. seitlich ablenkendem Sinne auf die Abschleuderung einwirken. Die Schwerkraft beeinflußt den Drehwinkel nur unbedeutend, weil sie im unteren Gehäusesektor beschleunigend und im oberen verzögernd auf die Abschleuderung wirkt. Sie kann im Schleuderbereich angesichts der

ίο überwiegenden Größe der Zentrifugalkraft unberücksichtigt bleiben.

Die verzögernde Wirkung der Kofaäsionskraft, d. h. der Schubkraft zweier sich aneinander vorbeischiebenden ölschichten, ver-

x5 schwindet praktisch bei Fahrgeschwindigkeiten über 30 km und öltemperaturen über 30⁰ ganz. Bei 15 bis 30 km tritt eine gewisse Verzögerung der Abschleuderung, d. h. eine Vergrößerung des Drehwinkels α, um 10 bis 20° gegenüber der durch den Welligkeitsgrad

der Blattoberfläche I — I gegebenen Stelle ein,

jedoch nur dann, wenn die öltemperatur unterhalb 30⁰ bleibt. Dieser Einfluß der Kohäsionskraft kann daher ebenfalls unberücksichtigtbleiben, zumal Geschwindigkeiten von 15 bis 30 km als Anfahrperioden nur vorübergehend durchlaufen werden.

Der Einfluß der Tangentialkraft, die als Trägheitskraft seitlich ablenkend bald in verzögerndem (Anfahren), bald in beschleunigendem Sinne (Bremsung) auf den öltropfen bei seiner Bewegung über die Blattoberfläche wirkt, kann schon deshalb praktisch vernachlässigt werden, weil er bei den hier in Frage kommenden Schleuderstabverhältnissen (d^m — 300 mm) nur den 13. bis 15. Teil der Zentrifugalkraft ausmacht, also den Drehwinkel, nach dem die Abschleuderung ab Ölbad erfolgt, bei einem in Fahrt befindlichem Fahrzeug nur unwesentlich beeinflußt.

Daraus ergibt sich also, daß der öltropfen im Schleuderbereich in seiner Bahn auf dem Blatte maßgebend von der Zentrifugalkraft bestimmt wird und vorzeitig vom Blatte abfliegen, also für die Lagerschmierung verlorengehen würde, wenn sein Rutschweg nicht durch Unebenheiten auf der Blattoberfläche erfindungsgemäß künstlich verlängert würde.

go Diese künstliche Verlängerung des Rutschweges des Tropfens wird erfindungsgemäß erreicht durch Wellung der Blattoberfläche in radialer Richtung mit den in den Abb. 1, 2 und 3, 4 dargestellten Ausführungsformen.

Die Zeichnung, die Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, zeigt in

Abb. ι eine Ansicht,

Abb. 2 einen Querschnitt eines konzentrisch zur Achsmitte gewellten Schleuderblattes, Abb. 3 eine Ansicht,

Abb. 4 eine Aufsicht auf ein radial gewelltes Schleuderblatt,

Abb. 5 einen Querschnitt durch das Schleudergehäuse einer Achsbuchse in der Schleuderblattebene mit Aufsicht auf die Lagerbüchse, und zwar in schematischer Darstellung.

In den Abbildungen bedeuten a die radiale Blattlänge, w den Rutschweg des Tropfens auf der Blattoberfläche, d^m den mittleren Schleuderdurchmesser des Stabes und α den Drehwinkel.

Aus den Ausführungsformen der Zeichnung ergibt sich, daß durch eine wellige Gestaltung der Blattoberfläche — entweder in dem Sinne, daß konzentrisch zur Achsmitte angeordnete Wellenzüge (Abb. 1, 2), bei denen künstliche Erhöhungen mit dazwischenliegenden Vertiefungen abwechseln, oder in radialer Richtung gekrümmte Schlangenlinien vorgesehen werden, die den öltropfen gemäß Abb. 3 und 4 in Umfangsrichtung aus der geraden Bahn ablenken — der längs dieser Oberfläche in radialer Richtung von einem öltropfen unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft zu durchlaufende Weg ein Mehrfaches des geradlinig gemessenen radialen Abstandes seines Anfangs- und Endpunktes wird, so daß die Ölabschleuderung an die Gehäuse- 9" wand künstlich so lange verzögert wird, bis das Blatt die obere Schleuderzone erreicht hat

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Ölschleuder für Achslager von Schienenfahrzeugen mit Förderköpfen, deren Oberflächen nicht in einer zur Drehachse senkrechten Ebene liegen, gekennzeichnet durch Förderköpfe, deren Oberflächen, um das öl in den wichtigeren Fahrbereichen zuverlässig im höchstgelegenen Sektor des Förderkopfweges abzuschleudern, in radialer Richtung so gewellt sind, daß der längs dieser Oberfläche in radialer Richtung von einem Öltropfen zu durchlaufende Weg mehrfach langer ist als der geradlinig gemessene radiale Abstand seines Anfangs- und seines Endpunktes.

2. ölschleuder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschnitte der Förderkopfoberflächen mit verschiedenem Verhältnis der in radialer Richtung auf der Oberfläche zu durchlaufenden Ölwege zu den geradlinig gemessenen radialen Abständen ihrer Anfangs- und Endpunkte vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen