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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schienenfahrzeuggetriebe mit einer Abtriebswelle und mit einer Dichtungsanordnung zur Abdichtung des Wellendurchgangs.
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Zum Abdichten von Wellendurchführungen in Fahrzeuggetrieben können Radialwellendichtringe verwendet werden, deren elastische Dichtlippe auf einer Außenumfangsfläche einer Getriebewelle anliegt, um so einen Spalt zwischen der im Betrieb rotierenden Getriebewelle und einem stationären Getriebegehäuse abzudichten. In der Regel weisen solche Radialfederringe eine über den gesamten Umfang umlaufende Ringwendelfeder auf, welche die Dichtlippe mit einer radial nach innen gerichteten Federkraft an die Umfangsfläche der Getriebewelle andrückt. Durch den Anpressdruck entsteht im Betrieb jedoch Reibungsverlust und Reibungswärme, welche die Lebensdauer des Radialwellendichtrings verkürzt. Bei sehr schnell drehenden Getriebewellen können solche Radialwellendichtringe nicht mehr verwendet werden, weil deren Anwendung auf eine maximale Umfangsgeschwindigkeit begrenzt ist.
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In der DIN 5569-1 sind Radsatzlager für außengelagerte Radsätze an Schienenfahrzeugen mit Zylinderrollenlagern und Labyrinthdichtung angegeben. Ferner ist ein Radsatzgetriebe für ein Schienenfahrzeug aus der
DE 10 2013 208 290 A1 bekannt, welches eine berührungslose Dichtung in Form einer Labyrinthdichtung zur Abdichtung einer Wellendurchführung aufweist. Eine solche Labyrinthdichtung ist verschleißfrei und es treten keine reibungsbedingten Leistungsverluste und kein Temperatureintrag durch Reibung auf. Solche berührungslosen Dichtungen eignen sich auch für sehr hohe Drehzahlen. Aufgrund dieser Vorteile werden derartige Labyrinthdichtungen üblicherweise bei Radsätzen von Schienenfahrzeugen zur Abdichtung von Wellendurchführungen verwendet. Nachteile dieser Dichtungsanordnung sind die aufwändige Montage sowie die sehr begrenzte Toleranz für Achsversatz und Relativbewegungen am Dichtspalt. Ferner sind solche Labyrinthdichtungen empfindlich gegen Schmutzeintrag sowie Eintrag von Luftfeuchtigkeit, weil Labyrinthdichtungen aus technischer Sicht nicht komplett abdichten, also quasi undicht sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine insbesondere im Hinblick auf Langlebigkeit eine breite Anwendbarkeit verbesserte Lösung zur Abdichtung einer Wellendurchführung an einem Fahrzeuggetriebe, insbesondere an einem Schienenfahrzeuggetriebe zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Fahrzeuggetriebe mit einer Dichtungsanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Es wird ein Fahrzeuggetriebe mit einem Gehäuse und mit einer Getriebewelle vorgeschlagen, wobei sich die Getriebewelle durch eine Wellendurchführung in dem Gehäuse hindurch erstreckt. Ferner ist ein Radialwellendichtring zum Abdichten der Wellendurchführung vorgesehen. Der Radialwellendichtring weist eine Dichtlippe auf. Der Radialwellendichtring dichtet also einen Getriebeinnenraum nach außen hin ab. Dazu ist der Radialwellendichtring in einem Ringspalt angeordnet, der sich in der Wellendurchführung zwischen der rotierbar gelagerten Getriebewelle und dem Gehäuse ergibt. Der Radialwellendichtring kann an dem Gehäuse befestigt sein, indem er beispielsweise in eine passende Wellendurchgangsbohrung des Gehäuses eingepresst ist.
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Der Radialwellendichtring weist darüber hinaus eine Vielzahl an Segmentfederelementen zum segmentweisen Andrücken der Dichtlippe an eine Umfangsfläche der Getriebewelle auf, wobei die Segmentfederelemente über den Umfang des Radialwellendichtrings verteilt angeordnet sind. Die Segmentfederelemente dienen dem segmentweisen Andrücken der Dichtlippe an eine Umfangsfläche der Getriebewelle. Die Dichtlippe kann so einen Berührungskontakt zwischen dem im Gehäuse befestigten Radialwellendichtring und der rotierbar gelagerten Getriebewelle bilden, sodass der Ringspalt komplett geschlossen ist.
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Das segmentweise Andrücken wird im Folgenden Segmentanfederung genannt. Die radiale Vorspannung, mit der die Dichtlippe an die Oberfläche bzw. Umfangsfläche der Getriebewelle angedrückt wird, ist durch die Segmentanfederung in allen Umfangsbereichen der Dichtlippe gleich groß. Die Segmentanfederung bewirkt eine gleichmäßige Anpresskraft über den gesamten Umfang der Wellendurchführung, welche zumindest teilweise geringer sein kann als eine Anpresskraft eines herkömmlichen Radialwellendichtrings ohne Segmentfederelemente. Mit anderen Worten drücken die Segmentfederelemente die Dichtlippe bei gleicher Dichtwirkung mit einer geringeren Kraft auf die Umfangsfläche der Getriebewelle. Dadurch entsteht eine geringere innere wie auch äußere Reibung und damit weniger Reibungswärme, insbesondere im Vergleich mit einem Radialwellenring mit einer über den gesamten Umfang umlaufenden kreisringförmigen Feder, beispielsweise einer Ringwendelfeder. Fahrzeuggetriebe mit schnell laufender Getriebewelle können so auch mit hohen Gleitgeschwindigkeiten an der Dichtlippe betrieben werden. Eine für den jeweiligen Anwendungsfall geeignete minimale Anpresskraft, welche gerade so groß ist, dass die Dichtlippe sicher abdichtet, kann durch die Materialeigenschaften und durch die geometrische Gestaltung der Segmentfederelemente erreicht werden.
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Besonders vorteilhaft ist ein Fahrzeuggetriebe, bei dem der Radialwellendichtring in der Wellendurchführung kein über den gesamten Umfang umlaufendes Federelement wie beispielsweise eine Ringwendelfeder aufweist, weil dabei die Anpresskraft allein durch eine geeignete Auswahl der Segmentfederelemente bestimmt werden kann und nicht durch ein umlaufendes Federelement beeinflusst wird.
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Die vorgeschlagene Segmentanfederung ermöglicht ferner größere Relativbewegungen der Getriebewelle gegenüber dem Gehäuse in radialer Richtung. Es sind dadurch Wellenversätze und Rundlaufabweichungen bis zu mehreren Millimetern möglich ohne spürbare Verschlechterung der Dichtwirkung. Die Richtungsangaben radial und axial beziehen sich jeweils auf die Rotationsachse der Getriebewelle, soweit nicht anders angegeben.
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Die Segmentfederelemente können dabei als Einzelfederelemente ausgebildet sein, sodass kein die Einzelfederelemente verbindender Führungsring oder Federring erforderlich ist. Die Einzelfederelemente können auch in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet sein.
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Der Radialwellendichtring kann einen Grundkörper aufweisen, in den die Segmentfederelemente zumindest teilweise eingebettet sind. Der Grundkörper kann im Wesentlichen aus einem Elastomer bestehen. Die Segmentfederelemente können beispielsweise mithilfe eines Vulkanisationsverfahrens in den Grundkörper bzw. in dessen Elastomer eingebettet werden. Die Segmentfederelemente sind vorzugsweise aus einem Metall gefertigt, insbesondere aus einem Federstahl, sodass bei der beschriebenen Ausführung beispielsweise eine Gummi-Metall-Verbindung geschaffen wird. In anderen Ausführungen können die Segmentfederelemente auch formschlüssig in den Grundkörper eingebettet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Dichtlippe an einem Endbereich eines elastischen Schenkels des Radialwellendichtrings angeordnet ist, und dass sich die Segmentfederelemente jeweils von dem Endbereich des elastischen Schenkels bis in den Grundkörper erstrecken. Auf diese Weise wird eine verbesserte Wärmeabfuhr von der Dichtlippe erreicht. Durch die relative Nähe der Segmentfederelemente zur Dichtlippe führen diese die an der Dichtlippe erzeugte Wärme noch besser ab. Diese Wärmeabfuhr kann noch weiter verbessert werden, indem die Segmentfederelemente jeweils in den elastischen Schenkel und in den Grundkörper eingebettet sind, sodass die an der Dichtlippe entstehende Wärme aus dem Endbereich des elastischen Schenkels über die Segmentfederelemente in den Grundkörper des Radialwellendichtrings abgeführt wird. Dadurch können noch höhere Gleitgeschwindigkeiten ermöglicht werden.
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Die Erfindung umfasst schließlich auch ein Schienenfahrzeug mit einem oben beschriebenen Fahrzeuggetriebe, wobei die Getriebewelle eine Radsatzwelle des Schienenfahrzeugs ist. In diesem Fall ist das Fahrzeuggetriebe demnach als Radsatzgetriebe des Schienenfahrzeugs ausgebildet. Durch Schienenstöße und Flachstellen an den Schienenrädern werden im Fahrbetrieb zwischen der rotierenden Radsatzwelle, das heißt der Getriebewelle und dem Gehäuse Relativbewegungen insbesondere in radialer Richtung verursacht. Solche Relativbewegungen müssen von einer Dichtungsanordnung an der Wellendurchführung ausgeglichen werden, wobei die Dichtwirkung dauerhaft erhalten bleiben soll. Vergleichbare Relativbewegungen können auch zwischen einer Eingangswelle eines Getriebes in einem Schienenfahrzeug entstehen. Daher kann die Erfindung auch an dieser Stelle angewendet werden, sodass die erwähnte Getriebewelle die Eingangswelle des Getriebes bzw. des Radsatzgetriebes ist.
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Herkömmliche Radialwellendichtringe wurden, aufgrund der eingangs beschriebenen Nachteile, für diese Anwendungszwecke bisher nicht eingesetzt. Überraschenderweise hat sich nun jedoch herausgestellt, dass das vorgeschlagene Fahrzeuggetriebe bei Schienenfahrzeugen vorteilhaft verwendet werden kann, weil dabei im Vergleich zu den bisher zu diesem Zweck verwendeten Labyrinthdichtungen eine bessere Abdichtung erreicht wird. So kann durch die vorgeschlagene Lösung jeglicher Schmutzeintrag in das Radsatzgetriebe verhindert werden. Die an der Getriebewelle anliegende Dichtlippe gewährleistet somit gegenüber einer berührungslosen Labyrinthdichtung einen deutlich besseren Schutz gegen schädliche äußere Einflüsse wie Staub, Nässe und Feuchtigkeit. Derartige Einflüsse sind gerade im Umfeld eines bodennah angeordneten Radsatzgetriebes vorherrschend und kritisch für die Lebensdauer der Bauteile. Darüber hinaus kann auch Kondensationsfeuchte im Inneren des Fahrzeuggetriebes verhindert werden, weil durch den vollständig abgedichteten Spalt an der Wellendurchführung keine Luftfeuchtigkeit eindringen kann.
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Im Folgenden werden die Erfindung und deren Vorteile anhand des Ausführungsbeispiels in der anliegenden Figur noch näher erläutert.
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Dabei zeigen
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einem Fahrzeuggetriebe mit einer Wellendurchführung und
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines Ausschnitts aus einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuggetriebe.
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Dabei ist von dem Fahrzeuggetriebe 1 ein Ausschnitt des Gehäuses 2 mit einer Wellendurchführung 3, sowie eine Getriebewelle 4 dargestellt. Die Getriebewelle 4 ist in dem Gehäuse 2 rotierbar um eine Rotationsachse 11 gelagert. Die Getriebewelle 4 erstreckt sich durch die Wellendurchführung 3 hindurch, sodass sie aus einem von dem Gehäuse 2 umschlossenen Innenraum des Fahrzeuggetriebes 1 herausragt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Getriebewelle 4 die Radsatzwelle eines Schienenfahrzeuges, an deren Enden jeweils ein Schienenrad befestigt ist. Eine solche Radsatzwelle ragt dementsprechend an zwei Wellendurchführungen aus dem Gehäuse 2 des Getriebes 4 heraus. Der Einfachheit halber ist in der 1 nur die obere Hälfte einer der beiden Wellendurchführungen 3 dargestellt.
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Zur Abdichtung der Wellendurchführung 3 ist ein Radialwellendichtring 5 vorgesehen. Der Radialwellendichtring 5 umfasst einen Grundkörper 8, einen elastischen Schenkel 9, eine Mehrzahl an Segmentfederelementen 7 und einen Verstärkungsring 12. An einem Endbereich 10 des elastischen Schenkels 9 ist eine Dichtlippe 6 angeordnet, welche in Berührungskontakt mit der Oberfläche der Getriebewelle 4 steht.
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Der Grundkörper 8 und der elastische Schenkel 9 bestehen aus einem elastischen Material und sind vorliegend einstückig gefertigt. Der Verstärkungsring 12 ist aus einem härteren Material gefertigt und gibt dem Radialwellendichtring 5 Stabilität. Eine Außenumfangsfläche des Verstärkungsrings 12 bildet die Kontaktfläche gegenüber einer passenden Wellendurchgangsbohrung 13 des Gehäuses 2.
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Die Segmentfederelemente 7 sind teilweise in dem Grundkörper 8 eingebettet. Durch die Segmentfederelemente 7 wird eine ausreichende Anpressung der Dichtlippe an die abzudichtende Oberfläche der Getriebewelle 4 erreicht. Ferner sorgen die Segmentfederelemente 7 für eine Nachstellwirkung bei fortschreitendem Verschleiß der Dichtlippe 6. Die Segmentfederelemente 7 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Einzelfederelemente ausgebildet und in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnet.
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Die Segmentfederelemente 7 erstrecken sich jeweils von dem Endbereich des elastischen Schenkels 9 bis in den Grundkörper 8. Zur Verbesserung der Wärmeabfuhr von der Dichtlippe 6 kann in anderen Ausführungsformen vorgesehen sein, dass die Segmentfederelemente 7 jeweils in den elastischen Schenkel 9 und in den Grundkörper 8 eingebettet sind, sodass die an der Dichtlippe 6 entstehende Wärme aus dem Endbereich 10 des elastischen Schenkels 9 über die Segmentfederelemente 7 in den Grundkörper 8 des Radialwellendichtrings 5 abgeführt wird.
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Die 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines gleichen Ausschnitts aus einem sehr ähnlichen Ausführungsbeispiel wie in 1. Der einzige Unterschied ist, dass der in 2 dargestellte Radialwellendichtring 14 eine über den gesamten Umfang umlaufende Ringwendelfeder 15 zusätzlich aufweist. Diese Ringwendelfeder 15 ist in einem umgeschlagenen Ende der Segmentfederelemente 7 angeordnet. Die Ringwendelfeder 15 bewirkt eine zusätzliche Anpresskraft der Dichtlippe 6 auf die zu dichtende Oberfläche der Getriebewelle 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeuggetriebe
- 2
- Gehäuse
- 3
- Wellendurchführung
- 4
- Getriebewelle
- 5
- Radialwellendichtring
- 6
- Dichtlippe
- 7
- Segmentfederelemente
- 8
- Grundkörper
- 9
- elastischer Schenkel
- 10
- Endbereich
- 11
- Rotationsachse
- 12
- Verstärkungsring
- 13
- Wellendurchgangsbohrung
- 14
- Radialwellendichtring
- 15
- Ringwendelfeder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013208290 A1 [0003]
