NO321148B1 - Hurtiglopende veksel med oljesmoring, spesielt for kapslede banedrivinnretninger - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en hurtigløpende veksel med oljesmøring, spesielt for kapslede banedrivinnretninger, hvor oljereturløp fra labyrintkamrene av berøringsfrie akselpakninger fører til oljesumpen av vekselhuset eller -kassen.

Smøringen av moderne, hurtigløpende banedrivinnretninger er generelt basert på at det store hjul under starten ved hjelp av sine tenner i likhet med en dyppesmøring opptar olje fra oljesumpen av vekselhuset og deretter fukter det drivende, lille tannhjul og som følge av sin dype oppspaltning eller innskjæring med økende turtall skaffer en fin olje-luft-blanding, som blir fordelt i hele vekselen og dermed også slår seg ned på lagerstedene for drivakselen i vekselhuset.

Ved de berøringsfrie akselpakninger for disse lagre er en pålitelig tetning utad hvorved det ikke forekommer slitasje og det skaffes en så stor olje- og gasstetthet som mulig, et stort problem for drivinnretninger med hurtigløpende, store tannhjul. Vanligvis blir det benyttet labyrintpakninger, hvis funksjon beror på strupingen eller droslingen av trykket i spalten. Fra labyrintkamrene av pakningene blir den oljetåke som der kondenseres, via et suge-, hevert- eller sifongsystem stadig utskilt og via oljereturløp ledet tilbake i et kretsløp til det lukkede vekselhus, hvorved det skal bli hindret at lekkasjeolje i stor grad strømmer ut via de ytre smussfjerningskamre av labyrintpakningene. Oljereturkanalene har for dette formål et fall og munner ut over oljesumpen. Ved meget hurtigløpende veksler inntreffer det at olje-luft-blandingen blir medbrakt som en såkalt slepestrøm tilnærmet med vinkelhastigheten av det store hjul i vekselhuset og på grunn av den egne eller indre funksjon blir oppvarmet og utvidet og som følge derav påvirker labyrintpakningene i øket grad. Dette krever blant annet en svært funksjonsdyktig oljereturføring fra labyrintkamrene av pakningene for motvirkning av en oljeutstrømning.

For å redusere friksjons varmen av oljetåken til et akseptabelt nivå, må det dessuten søkes å holde oljemengden i vekselhuset og dermed viskositeten av olje-luft-blandingen så liten som mulig og å skaffe mest mulig uforstyrrede strømningsforhold i vekselhuset. På den annen side må det bli sikret at vekselen ikke i noe tilfelle løper tørr, noe som ville føre til en fastskjæring. En oljemengde som er ubetinget nødvendig for sikker drift, må derfor ikke underskrides. Av denne grunn fås det meget snevre oljenivåtoleranser som må bli overvåket pålitelig.

Det skal vises til teknikk som er kjent fra DE 4244684 og JP 58172484.1 DE 4244684 beskrives en drivmekanisme for jernbanekjøretøy. Mekanismen har en andre oljesump som er tilknyttet et lite tannhjul samt en ledeenhet for å tilføre olje inn mellom det store og lille tannhjulet. JP 58172484 beskriver en vakuumpumpe der det på pumpen er anordnet et vindu for å sjekke oljenivået.

Det er således en oppgave spesielt for banedrivinnretninger, men også for hurtigløpende veksler for andre formål, å bedre oljebortføringen fra spaltepakningene for i størst mulig grad å unngå lekkasjeolje og å skaffe en mest mulig pålitelig, dvs. ømfintlig og stillingstolerant oljenivåvisning uten at strømningsforholdene i vekselhuset forstyrres vesentlig.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst ved de trekk som er angitt i det selvstendige patentkravet 1. Fordelaktige utførelsesformer er angitt i de uselvstendige krav.

Ifølge oppfinnelsen blir det ved hjelp av bernoullieffekten ved løpende veksel, ved munningen av oljereturløpene skaffet et undertrykk, som understøtter bort-strømmingen av olje fra labyrintkamrene av berøringsfrie akselpakninger. Ifølge Bernoulli er nemlig det statiske trykk i et hurtigstrømmende fluid mindre enn i et stasjonært respektive langsommere strømmende fluid og jo mindre desto større strømningsdifferensen er. Dersom det området av vekselhuset som blir gjennomstrømmet av slepestrømmen, blir innsnevret kunstig, blir hastigheten av slepestrømmen i dette område øket og det statiske trykk blir ved dette sted redusert i forhold til det totale system. Dersom oljereturløpene munner ut i et slikt område, inntreffer det i oljereturledningen under driften et sug som vesentlig understøtter bortstrømningen av den olje som har blitt kondensert i pakningssystemet. Denne anordning virker dermed fysikalsk som en venturidyse, selv om formålet er et annet. Hensiktsmessig blir det i et område av vekselhuset anordnet et innsnevret sted, hvor den største hastighet av slepestrømmen inntreffer, nemlig i nærheten av periferien av det store hjul. Ved anvendelse av ledningsfallet for oljereturløpet, er et sted umiddelbart over oljesumpen spesielt egnet. Dersom innsnevringene blir skaffet gjennom materialfortykninger av veggene av vekselhuset i dette område, kan disse på fordelaktig måte også oppta boringer for oljereturløpene fra lageret for det store hjul. Materialfortykningene er fortrinnsvis tildannet på en slik måte at tverrsnittsforandringen av slepestrømmen i de to rotasjonsretninger i så stor grad som mulig fås uten hvirveldannelse. Dessuten kan det i en ytterligere, umiddelbart tilstøtende boring, være opplagret en flottør som for avlesningen av oljenivået er synlig gjennom et seglass eller vindu. Denne anordning av flottøren i det fortykkede område av husveggen bidrar til at strømningsforholdene for olje-luft-blandingen ikke blir forstyrret hverken på innsnevringsstedet eller i andre strømningsfølsomme områder, og i tillegg bortfaller de ellers vanlige, kostbare rørføringer for flottøren. I tillegg blir avlesningen av oljenivået i dette område, dersom den ved en fordelaktig utførelsesform for oppfinnelsen sammenfaller med flatetyngdepunktet for det tillatte oljebadnivå, uavhengig av skråstillingen av vekselhuset, f.eks. på grunn av helningen av strekningen. Sist, men ikke minst, besørger de oljereturløp som munner ut her, en tilstrekkelig stor oljemengde for flottøren ved driftsstillstand.

For å utnytte sugevirkningen også for bortføring av olje fra lageret av drivtannhjulet, kan dettes oljereturledninger likeledes munne ut i det kunstig innsnevrede område.

Omkostningene og plassbehovet for utformingen av vekselen ifølge oppfinnelsen, er forsvinnende liten og fremstillingen er uproblematisk. Innretningen selv er vedlikeholdsfri og det er ikke behov for noen tilleggsenergi. Bortsett fra en eventuelt benyttet flottør for hevning av avlesningsnivået, er det ikke behov for noen mekanisk bevegelige deler. Andre fordelaktige utførelsesformer fremgår av de uselvstendige krav.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til tegningen som viser et utførelseseksempel. Fig. 1 viser et snitt etter linjen A-A gjennom vekselhuset av en banedrivinnretning i planet for akselen av det store hjul ifølge fig. 3. Fig. 2 viser et snitt etter linjen B-B ifølge fig. 3, som forløper parallelt med snittet A-A i tyngdepunktplanet i oljenivået.

Fig. 3 er et sideriss av vekselhuset, sett i retningen for akselen.

Som vist på fig. 1 og 2, blir et stort hjul 1 av en banedrivinnretning drevet av et lite tannhjul (ikke vist nærmere). Det store hjul 1 er via skruer forbundet med et storhjulslegeme 2 som er påkrympet en aksel eller drivaksel (ikke vist) av en drivvogn. Det store hjul 1 og det lille drivtannhjul er via et sylinderrullelager 4 opplagret i et vekselhus 3. Vekselhuset 3 er nedentil avsluttet av en oljesump 5 som er fylt med vekselolje tilnærmet til det midtre parti av tennene av det store hjul 1. Tetningen mellom vekselhuset 3 og storhjulslegemet 2 fås ved hjelp av labyrintpakninger 6. Disse berøringsfrie spaltepakninger tillater store, relative hastigheter og blir prinsipielt ikke slitt. Imidlertid er en lekkasje av labyrintpakningene 6 på grunn av det oljetåketrykk som fås under den hurtigløpende drift, ikke fullstendig unngåelig. Lekkasjeolje blir derfor ved hjelp av et suge-, hevert- eller sifongsystem 7 utfiltrert og tilnærmet fullstendig ført tilbake til oljesumpen 5 via oljereturløp 8. Bare de minste oljespor som ikke finner kretsløpet, blir ført bort forbi de ytterste smussfjerningskamre 9 sammen med smusspartikler som har blitt oppsamlet utenfra.

Vekselhuset 3 har en strømningsteknisk optimal kontur som er antydet med stiplede linjer på fig. 1 og 2. Denne kontur muliggjør en friksjons- og hvirvelfattig

medbringelse av slepestrømmen som består av en olje-luft-blanding, slik at det ikke fås noen for stor oppvarming av denne oljetåke. I området for de nederste tenner og tannfoten av det store hjul 1, er imidlertid konturene av sideveggene av vekselhuset 3 tildannet på en slik måte at det fås innsnevrede områder 10. For dette formål er

husveggen kontinuerlig forsterket på en slik måte at innerveggene av vekselhuset 3 i området for toppunktet eller vinkelspissen av materialfortykningene forløper nedad mot oljesumpen 5, hvorved de ønskede, innsnevrede steder fås i det nedre tannkransområde og tannfoten av det store hjul 1. Et oljereturløp 8 av det store hjul 1 fås gjennom en tverrboring 8a til sugesystemet 7 og en dertil tilsluttet vertikal

boring 8b, som er tildannet i materialfortykningen av husveggene. Den vertikale boring 8b munner ut på høyde med det nedre tannområde av det store hjul 1 innenfor toppunktet av materialfortykningen, dvs. nøyaktig i området 10, hvori det største relative undertrykk i forhold til det totale system innenfor det lukkede vekselhus 3 blir innstilt ved løpende veksel uavhengig av rotasjonsretningen. Dette undertrykk forårsaker et sug som meget kraftig forsterker strømmen av lekkasjeolje ut fra labyrintkamrene av pakningene 6 respektive suge-, hevert- eller sifongsystemene 7. På grunn av sugevirkningen suger det ut tilnærmet ingen vekselolje, noe som avlaster omgivelsene og i lang tid sikrer en konstant oljemengde i vekselhuset 3.

Det sistnevnte er spesielt meget viktig for levetiden av vekselen, fordi det ved hurtigløpende veksler må benyttes en så liten oljemengde som mulig for å holde viskositeten av den olje-luft-blanding som blir dannet, og dermed dennes sterke tendens til oppvarming så liten som mulig uten at vekselen på den annen side blir ødelagt på grunn av oljemangel. En nøyaktig kontroll av oljenivået eller -standen uten forstyrrende påvirkning av strømningsforholdene er derfor en annen betingelse for høyhastighetsdrivinnretninger.

Fig. 2 og 3 viser et utførelseseksempel. Ifølge dette er det umiddelbart foran og etter toppunktet eller vinkelspissen av materialfortykningen i en vegg av vekselhuset 3 anordnet en vertikal flottørboring 11, som nedentil står i forbindelse med oljesumpen 5 og oventil blir krysset av en horisontal utsparing, som utad er avtettet med et seglass eller vindu 13. Ved hjelp av flottøren 14 blir observasjonshøyden hevet over skillefugen mellom vekselhuset 3 og oljesumpen 5, som tilnærmet sammenfaller med oljenivået, uten at det er behov for ytterligere deler, som ville fordyre visningen eller bidra til eventuelle forstyrrende påvirkninger i det strømningsfølsomme område av innerrommet av vekselen.

Som det fremgår av fig. 3, sammenfaller flatetyngdepunktet av oljeoverflaten nøyaktig med stedet for oljenivåvisningen, ifølge en fordelaktig utførelsesform, hvorved den visuelle observasjon av oljenivået eller -standen blir fullstendig uavhengig av en eventuell skråstilling av vekselhuset 3.

Videre fremgår det meget godt av fig. 3 at oljereturløpene 15 er ført fra lageret 16 for det lille tannhjul til det strømningsinnsnevrede område 10 under storhjulslageret 17, hvorved også olje fra lageret 16 for det lille tannhjul blir suget bort under utnyttelse av bernoullieffekten.

Claims (8)

1. Hurtigløpende veksel med oljesmøring, særlig for kapslede banedrivinnretninger, hvor oljereturløp (8,15) fra labyrintkamre av berøringsfrie akselpakninger forløper til vekselhusets oljesump (5), karakterisert vedat oljereturløpene (8,15) munner ut i områder (10), hvori det under drift automatisk, uavhengig av vekselens rotasjonsretning innstiller seg et relativt undertrykk, hvor områdene (10) med undertrykk blir dannet gjennom aksiale, smale steder mellom tannområdet av det store hjul (1) og de tilgrensende vegger av vekselhuset (3).

2. Hurtigløpende veksel ifølge krav 1, karakterisert vedat de smale steder blir dannet gjennom materialvulster i veggene av vekselhuset (3).

3. Hurtigløpende veksel ifølge krav 2, karakterisert vedat materialvulstene er tildannet på en slik måte at slepestrømmen i de to retninger er hvirvelfattig.

4. Hurtigløpende veksel ifølge krav 1, karakterisert vedat labyrintkamrene av akselpakningene (6) via et sifong- eller sugesystem (7) er tilsluttet oljereturløpene (8,15).

5. Hurtigløpende veksel ifølge krav 2, karakterisert vedat oljereturløpene (8) fra lageret for det store hjul er skaffet gjennom boringer (8a,8b) i materialvulstene.

6. Hurtigløpende veksel ifølge krav 2, karakterisert vedat oljereturløpene (15) fra lageret for det lille hjul er skaffet gjennom oljereturledninger, som er tildannet i veggene av vekselhuset (3).

7. Hurtigløpende veksel ifølge krav 2 eller 3, karakterisert vedat en boring (11) for en flottør (14) er synlig gjennom et inspeksjonsvindu (13) og som kommuniserer med oljesumpen (5) er tildannet nær toppunktet eller vinkelspissen av en materialvulst.

8. Hurtigløpende veksel ifølge krav 7, karakterisert vedat boringen (11) ligger i flatetyngdepunktet for den tillatte oljebadoverflate.