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Fliehkraft-Kreislaufschmierung für auf einem Kurbelzapfen sitzende
Stangenlager, insbesondere von Lokomotiven Die Erfindung bezieht sich auf eine für
Stangenlager, insbesonder,° von Lokomotiven.
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Hei einer bekannten Schmierung dieser Art wird <las Schmieröl den
Lagerflächen periodisch, d. h. bei jedem Umlauf des das Stangenlager tragenden Kurbelzapfens
nur auf einem Teil des Kurbelkreises, zugeführt. Bei dieser Schmierung wird das
01 durch die Fliehkraft von einem seitlich oberhalb des Stangenauges angeordneten
Schmierölbehälter durch eine mit einem Rückschlagventil versehene Rohrleitung zu
den Lagerflächen geleitet und von diesen durch eine zweite mit einem Rückschlagventil
verselicne Rohrleitung wieder durch die hlie'likraft in den Schinierölbe'hälter
zurückgefiirdei-t. 13ei dieser Schmierung wird nahezu das gesamte c`@1, rlas j;
durch die Zu-Leitung zugefii'hrt wird, durch die Rückleitung wieden in den Behälter
zurückgefördert. Nur ein geringer Bruchteil des Öles tritt an den Stirnseiten des
Lagers aus, so daB bei dieser Schmierung die Abdichtung des Stangenauges gegenüber
dem Kurbelzapfen praktisch keine Bedeutung hat.
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Fliehkraft-Kreislaufschmierungen, bei denen das Öl den Lagerflächen
ununterbrochen zugeführt wird, sind gleichfalls 'bekannt. Bei diesen Schmierungen
stehen aber die Dichtungen der an den Stirnseiten der Lager vorgesehenen Ölsammelräume
unter dem Druck des Schmieröles. Bei Schadhaftwerden der Dichtungen kann daher die
bekannte Schmierung nicht mehr wirken.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Fliehkraft-Kreislaufschmierung
zu schaffen, die ununterbrochen arbeitet, so daß in den
Laufflächen
flüssige Reibung erzielt wird, und bei der die Dichtungen von dem Öldruck entlastet
sind.
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Bei der Lösung der Aufgabe knüpft die Erfindung an die zuerst erwähnte
Schmierung an, bei der außen am Stangenkopf ein Schmierölbehälter befestigt ist,
von dem aus eine Leitung nach der Lagerfläche führt, durch die das Öl von der Fliehkraft
in Richtung auf die Lagerfläche geschleudert wird, und in den eine andere Leitung
mündet, durch die das 01 aus der Lagerfläche durch die Fliehkraft in den
Behälter zurückgeschleudert wird. Das Wesen der Erfindung besteht in erster Linie
darin, daß die nach der Lagerfläche führende Leitung während des Zapfenumlaufs eine
Zeitlang die Verbindung des im Behälter befindlichen Öles mit einem im Kurbelzapfen
vorgesehenen Kanalsystem herstellt, von dem aus die Fliehkraft das Öl an die Lagerfläche
fördert.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung für den Treibzapfen eines Lokomotivtriebwerkes dargestellt.
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Abh. i zeigt den mittleren Längsschnitt durch den in seiner 'höchsten
Stellung befindlichen Treibzapfen; Abb. 2 ist in kleinerem Maßstab teilweise der
Schnitt nach der Linie II-II der Abb. i ; A-bb.3 ist ein Schaubild, das an Hand
von Schnitten entsprechend der Abb. 2 für acht verschiedene Kurbelzapfenstellungen
die Lage der ()lspiegel und den Schmierölumlaufveranschaulicht.
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Auf dem Treibzapfen i, der auf einem Kurbelradius R um die Längsachse
2 eines nichtdargestellten Treibradsatzes umläuft, sitzen nebeneinander eine Kuppelstange
3 und eine Treibstange 4. _\n dem -Auge der Treibstange 4 ist außen ein Schmierölbehälter
5 angebracht, der den gesamten i)linhalt der Lager 6 und 7 der Kuppelstange 3 und
der Treibstange 4 aufzunehmen vermag, die als mit einem Ausguß versehene einteilige
Büchsen ausgebildet sind. Der Schmierölbe'hälter 5 ist ein Zylinder mit angesetztem
Kegelstumpf, deren Längsmittelachsen 8 zusammenfallen und zur Längsmittelachse 9
des Treibzapfens i parallel verlaufen. An der Stirnseite io des kegelstumpfförmigen
Teiles des Behälters 5 ist eine Einfülliififnung angebracht. Der Schmierölbehälter
5 ist an einer solchen Stelle des Auges der Treibstange 4 angeordnet, die bei der
tiefsten Lage des Kurbelzapfens i möglichst weit von dessen Drehachse 2 entfernt
ist (vgl. hierzu die Stellung V in Abb. 3). Diese Anordnung des Schmierölbehälters,
5 hat zur Folge, daß in ihn bei stillstehenden Treibzapfen i <las in den Lagern
6, 7 befindliche Öl zum größten "Feil von selbst zurücklaufen kann (vgl. auch Abb.
2). Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel befindet sich der Schmierölbehälter 5
in Abb. 2 und 3 rechts unten vom Auge der Treibstange Beiderseits der Enden der
Lager 6, 7 sind in den .Augen der Stangen 3, 4 zur Längsmittelachse 9 des
Treibzapfens i achsgleiche Ringräume i i,12 und 13 vorgesehen, die als Sammelräume
für das seitlich aus den Lagerflächen 14, 15 austretende Öl dienen. Der Sammelraum
i 1 ist durch eine in der Kuppel-Stange 3 sitzende kreisringförmige Dichtung 16
gegenüber dem nur teilweise dargestellten Radkörper 17 abgedichtet. Der Sammelraum
12 ist durch eine Dichtung 18, die in einem mit der Treibstange starr verbundenen
Ring i9 untergebracht ist, gegen eine mit dem Treibzapfen i starr verbundene Abschlußscheibe
2o abgedichtet. Der Sammelraum 13, der in einem gleichfalls mit der Treibstange
4 starr verbundenen ringförmigen Gehäuse 21 vorgesehen ist, ist durch eine Dichtung
22 gegenüber einem mit dem Kuppelstangenkörper 3 starr verbundenen Ringkörper 23
abgedichtet. Die Durchmesser der ringförmigen Sammelräume i 1, 12, 13 sind größer
gewählt als die Außendurchmesser der zugehörigen Dichtungen 16, 18, 22, so daß diese
nicht unter dem Druck des Schmieröles stehen.
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Von dem mittleren Sammelraum 13 geht etwa an der tiefsten Stelle eine
nahezu waagerechte Rohrleitung 24 aus (s. besonders Abb. 2), die etwa in der Mitte
des Schtnierölbehälters 5 in diesen mündet. Von ilim aus führt eine nach der Längsmittelachse
9 des Treibzapfens i gerichtete Leitung 25 nach dem Lagerkörper 7 der Treibstange
4. Die Leitung 25 geht in eine Bohrung 26 des Lagers 7 über, die an ihrem Ende kegelförmig
erweitert ist und mit der Erweiterung 27 die Lagerfläche 15 des Treibzapfens i berührt.
In diesem ist eine in Richtung seiner Längsmittelachse 9 verlaufende Längsho'hrung
28 vorgesehen, die nach außen 'hin durch einen Stopfen 29 öldicht abgeschlossen
ist und von der aus zwei in derDtirchmesserrichtung desTreil>-zapfens i verlaufende
Bohrungen 30, 31 ausgehen. Die 1iöhrullgen 30, 31 sind in dem von der Drehachse
2 des Treibzapfens i abgewandten Zapfenteil angebracht, zeigen also während des
Zapfenumlaufs dauernd von seiner Längsmittelachse 9 nach außen. Von der Längsbohrung
28 geht eine weitere in der Durchmesserrichtung des Treibzapfens i liegende Bohrung
32 aus, die in derselben Querebene des Treibzapfens liegt, in der sich die Leitung
25 und die Bohrung 26 befinden. Die Bohrung 32, deren nach der Lagerfläche 1,5 hin
liegendes Ende gleichfalls eine kegelförmige Aufweitting 33 'hat, vermag beim Umlauf
des Treibzapfens i um seine Drehachse 2 eine Zeitlang mit der Bohrung 26 in Verhind
ung zti treten. Je nach der Gestaltung der Erweiterungen 33 und 27 läßt sich die
Zeit verändern, innerhalb deren sie miteinander in Verbindung stehen. Neben der
Bohrung 32 ist eine weitere &ihrung 34 vorgesehen, die gleichfalls von der Längsbohrung
28 ausgeht, in der Durchmesserrichtung des Treibzapfens i verläuft und die Längsbohrung
28 mit dem Sammelraum 13 verbindet.
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Der Sammelraum i i ist ebenso wie der Sammelraum 12 mit dem Sammelraum
13 durch eine größere Anzahl von in den Stangen 3 und 4 angebrachten Längsbohrungen
35, 36 verbunden, die parallel zur Zapfenachse 9 verlaufen. Die von der Zapfenlängsmittelachse
9 am weitesten entfernt liegenden Stellen der I_äligsl>ohrungen 35 und 36 sind von
der Achse 9 mindestens ebenso weit entfernt wie die Wand des zugehörigen Sammelraumes
i i bzw. 12. Demzufolge müssen Ölteilchen,
die an den Stirnseiten
der Lager 6, 7 ausgetreten sind und infolge des Zapfenumlaufs in einen der Sanilnelrätime
i 1, 12 geschleudert werden, stets unverzüglich durch die Längsbohrungen 35, 36
in den mittleren Sammelraum 13 befördert werden.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung sei an Hand der Abb. 3 erläutert,
in der acht mit I bis VIII bezeichnete Stellungen des Auges der Treibstange 4 dargestellt
sind, die dieses nach Zurücklegung jeweils einer 1/s-Umdrehung des Treibzapfens
i einnimmt. Es sei angenommen, .daß sich der Treibzapfen i in der obersten Stellung
i befindet, und daß sich unter der Einwirkung der Fliehkraft im Sammelratten 13
der Ölspiegel 37 eingestellt hat. Im Schmierölbehälter 5 möge sich dann der Ölspiegel
38 einstellen, dessen Lage gleichfalls durch die l# lie'likraft bestimmt ist. Ferner
sei angenommen, daß das durch die Querbohrungen 30, 31, 32 und 34 sowie durch die
Längsbohrung 28 gebildete Kanalsystem mit 01 nahezu gefüllt sei. Unter der Einwirkung
der F lieli-kraft fließt dann aus dem Kanalsystem durch die Querbohrungen 30, 31
bei der Bewegung des Treibzapfens i von der Stellung I nach der Stellung 1I C51
an die Lagerflächen 14, 15
aus. Das an deren Stirnseiten austretende
01 wird gleichfalls unter der Einwirkung der Fliehkraft in die Sammelräume
11,12 und, 13 geschleudert. Dieser Vorgang wird während des gesamten Zapfenumlaufs
stattfinden. Während sich der Treibzapfen t aus der Stellung 1I in die Stellung
III bewegt, wird also die Ölzufuhr nach den Lagerlliicliell 14, 15 durch die Querbohrungen
30, 31 andauern, und aus den Lagerflächen 14, 15 wird Öl in die Sammelräume i 1,
12, 13 geschleudert. Im übrigen wird aber, abgesehen davon, daß das 01 im
Sammelraum 13 bzw. im Schmieröl'behälter 5 kreist, keine wesentliche Veränderung
eintreten; denn der Ölspiegel 38 bleibt unverändert, während der Ö1-sPiegel 37 nur
geringfügig ansteigt. Bei der Be-@@ egung des Treibzapfens i von der Stellung III
in die Stellung I\" findet zunächst der gleiche Vorgang statt. Dariilwr hinaus gelangt
aber jetzt das im Sammelraum 13 kreisende Schmieröl in denBereich der Leitung z4,
so daß nunmehr unter dem Einfluß der Fliehkraft ein Teil dieses Öls durch,die Leitung
24 in den Schmierölbehälter 5 geschleudert wird; dessen Ölspiegel 38 steigt dabei
ein wenig an. Das Steigen des Ölspiegels 38 dauert bei der Bewegung des Treibzapfens
t von der Stellung IV in die Stellung \' an. In dieser hat der Schmierölspiegel38
seine Höchstlage erreicht, während der Schmieröl-,hiegel 37 im Sammelraum 13 seinen
niedrigsten Stand erlangt hat, weil ein beträchtlicher Teil des Ölinhalte: des Sammelraumes
13 in den Behälter 5 geschleudert wurde. Bei einer Weiterdrehung des Treibzapfens
i in die Stellung VI findet wieder ein geringes Ansteigen des Ölspiegels 37 statt,
während der Ölspiegel 38 im Ölbehälter 5 nur seine Lage in diesem geändert hat.
Bei der Bewegung des Treibzapfens i von der Stellung VI in die Stellung VII steigt
der Schmierölspiegel 37 im Sammelraum 13 weiter, weil durch die Fliehkraft
01 aus dem Kanalsystem 28, 30, 31. 32, 34 an die Lagerflächen 14, i#3 und
von diesen in die Sammelräume 11, 12, 13 geschleudert wird. In der Stellung VII
'beginnt aber bereits der0lspiegel 38 im Schmierölbehälter 5 eine solche Lage einzunehmen,
daß das in diesem befindliche Öl unter dem Einfluß der Fliehkraft in die Leitung
25 und in die Bohrung 26 eindringen kann. Bei der Weiterbewegung des Treibzapfens
i von der Stellung V II in die Stellung VIII füllt zunächst die Fliehkraft die Leitung
25 und die Bohrung 26 vollständig mit 01, bis deren Erweiterung 27 mit der
Erweiterung 33 der Querbohrung 32 des Treibzapfens i zur Deckung kommt. Dann füllt
sich auch das Kanalsystem 28, 30, 31, 32 und 34 mit 01,
während gleichzeitig
das langsame Ausfließen aus d-en Lagerflächen 14, 15 fortdauert. Auf dem Wege des
Treibzapfens i von der Stellung VIII zur Stellung I findet die vollständige Füllung
des Kanalsystems mit 01 statt, das für eine vollständige Schmierung des Treibzapfens
für den nächsten vollen Zapfenumlauf ausreicht. Die Größe der Bohrungen 28, 30,
31, 32 und 34 des Kanalsystems ist dabei so gewählt, daß die von diesem aufgerommene
Schmierölmenge ausreicht, um bei höchstzulässiger Abnutzung der Lagerschalen 6,
7 eine vollständige Schmierung zu gewährleisten. Während des Füllens des Kanalsystems
ist der Sclimierölspiegel 38 in>, Schmieröl'behälter 5 auf seinen niedrigsten Stand
gesunken- .und behält diesen Stand bei, bis beim nächstfolgenden Zapfenunilauf in
der Stellung IV seine Füllung wieder be-0 (1 -nnt. Dieses Spiel findet bei
jedem Zapfen timlatif statt.
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Es ist also durch die Erfindung erreicht, daß durch die Fliehkraft
ununterbrochen C51 an die Lagerflächen 14, 15 geleitet wird, ohne daß die Dichtungen
16, 18, 22 durch den Öldruck belastet werden. Denn alle an den Stirnseiten der Lager
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austretenden Ölteilchen werden durch die Fliehkraft sofort über die Längsbohrungen
35, 36 in den mittleren Sammelraum 13 gefördert.
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Damit auch eine die flüssige Reibung ergebende Schmierung bei geringen
Drehzahlen des Treibzapfens i und damit bei geringen Fahrgeschwindigkeiten gewährleistet
ist, sind die Köpfe der Kuppelstange 3 und der Treibstange 4 mit der üblichen Nadelschmiereinrichtung
39, 40 versehen (Abb. i). Die Bohrungen 41, 42, über die die Nadelschmiereinrichtungen
39, 40 mit den Lagerflächen 14, 15 der Kuppelstange 3 bzw. Treibstange 4 verbunden
sind, sind so angeordnet, daß sie in der obersten Stellung des Treibzapfens i (Stellung
I in Abb.3) in unmittelbarer Verbindung mit den Querbohrungen; 30, 31 des im Treibzapfen
i vorgesehenen Schmierkanalsystems stehen. Während sich der Treibzapfen i in der
Nähe seiner tiefsten Lage befindet (zwischen den Stellungen IV und VI in Abb. 3),
wird durch die Fliehkraft ein Öltröpfchen aus den Nadelschmiervorrichtungen 39,
40 über die Bohrungen 41. 42 an die Lagerflächen 14, 15 geschleudert. In der obersten
Stellung des Treibzapfens i (Stellung I in Abb. 3) wird wieder durch die Fliehkraft
aus denQuerbohrungen 30,3i ein0ltröpfchen über die dann mit ihnen in Verbindung
stehenden
Bo11rungell 41, 42 der Nadelschmiervorrichtungen 39, 40
in diese zurückgeschleudert. infolgedessen bleiben die Ölbehälter 43, 44 der Nadelschmiervorrichtungen
39,, 40 gefüllt. Nur bei sehr geringen Umlaufgeschwindigkeiten dzs Treibzapfens
i wird vorübergehend etwas 01 aus den Behältern 43, 44 ausfließen und die
Schmierung des Treibzapfens i iilwrtielimen. Sobald aber die Umlaufgeschwindigkeit
des Zapfens i wieder steigt, füllen sich die Behälter 43, 44 durch die Fliehkraft
wieder von selbst.
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Die erläuterte Schmierung ist nicht bloß bei Treibzapfen, sondern
auch bei jeder anderen Art von Kurbelzapfen anwendbar. Würde es sich z. B. um die
Schmierung eines Kuppelzapfens handeln, auf dem nur die Kuppelstange 3 angeordnet
ist, so tnüßte der Sammelraum i i so ausgebildet werden, daß er die Wirkung des
Sammelraumes 13 des geschilderten Ausführungsbeispieles übernehmen kann. An ihm
müßte daher auch der Schinierölbehälter 5 mit seiner Zuleitung 24 und der von ihm
ausgehenden Rückleitung 25 angebracht sein. Die dem Saminelrauni i i gegenüberliegende
Seite der Kuppelstange 3 könnte dann durch eine am Stangenkörper 3 befestigte Kappe
abgeschlossen sein.