DE1503499C3 - Doppelschrägverzahntes Planetengetriebe mit mindestens drei Planetenrädern für den Antrieb von Turbomaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein doppelschrägverzahntes Planetengetriebe mit mindestens drei Planetenrädern für den Antrieb von Turbomaschinen, deren Laufrad oder Laufradgruppe mit dem inneren, in den Planetenrädern gelagerten Zentralrad verbunden ist.

Bei einem bekannten Planetengetriebe dieser Art ist in einer Ausführungsform ein Lager vorhanden, welches als Radial- und Axiallager ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich ein sehr großer Aufwand und unerwünschte Reibungsverluste. Nach einer anderen bekannten Ausführungsform wird eine Turboverdichterwelle ohne jedes Lager erst dann möglich, wenn an beiden Wellenenden je ein Planetengetriebe angeordnet ist mit jeweils einem zugeordneten Elektromotor. Dieser Aufwand ist sehr groß und steht in keinem Verhältnis zur Einsparung der schnellaufenden Lager der Turboverdichterwelle. Auch hinsichtlich der Reibungsverluste ist diese Lösung unwirtschaftlich, da ein zusätzliches Planetengetriebe und ein Elektromotor mehr Energieverluste aufweist als ein eingespartes Turboverdichter-Wellenlager.

Weiterhin ist ein Reibradgetriebe bekannt, welches vier Planetenräder aufweist. Die konstruktive Ausbildung ist hierbei so, daß das Zentralrad und das Laufrad starr miteinander verbunden sind. Beide stützen sich auf umlaufende Reibräder. Diese konstruktive Ausführungsform ist nur für langsame Drehzahlen gedacht, und infolge der Reibradanordnung ergibt sich für die Lagerung von Zentralrad und Laufrad jeweils eine axiale Linienberührung. Infolge dieser Reibradanordnung treten konstruktiv und praktisch andere Lagerungs- und Übertragungsprobleme auf, als bei doppelschrägverzahnten Planetengetrieben für den Antrieb von Turbomaschinen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein doppelschrägverzahntes Planetenradgetriebe der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei geringem baulichem Aufwand und geringem Gesamtverlust des Aggregates eine gesonderte Lagerung der schnellaufenden Welle vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in an sich bekannter Weise das Zentralrad und das Laufrad starr miteinander verbunden sind und daß die Doppeischrägverzahnung axial so auseinandergezogen ist, daß die radialen Zahnkräfte bei Nennleistung größer sind als die jeweilige Gewichtsbelastung durch Innenrad und Laufrad bzw. Laufradgruppe. Dadurch

ίο ergibt sich der Vorteil, daß eine gesonderte Lagerung der schnellaufenden Welle vermieden wird, wobei die radiale und axiale Führung des Laufrades durch die . Doppeischrägverzahnung des Innenrades bewirkt wird.

Somit ist der Aufwand sehr gering, und es entstehen keine zusätzlichen Reibungsverluste. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine einwandfreie Zentrierung des Laufrades gefördert.

Die Merkmale der Unteransprüche sind an sich bekannt. Für sie wird lediglich Schutz in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt (

F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Antriebsaggregat für einen Gasverdichter,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform der Erfindung.
Ein Elektromotor, von dem nur der Wellenstumpf 10 dargestellt ist, ist über ein Planetengetriebe 12 mit einem Verdichterlaufrad 14 antriebsmäßig verbunden. Das Planetengetriebe weist umlaufende Außenräder 16 und 18 auf, die jeweils mit einer Hälfte einer Doppeischrägverzahnung versehen sind. Diese Außenräder 16 und 18 stehen im Eingriff mit mindestens drei Planetenrädern 20, welche auf ortsfest im Planetenträger 22 des Planetengetriebes 12 angeordneten Lagerbolzen 24 gelagert sind. Die Planetenräder 18 stehen ihrerseits im Eingriff mit einem gleichzeitig als Verdichterwelle dienenden inneren Zentralrad 26. .

Es handelt sich bei dem Planetengetriebe 12 also um einen Typ mit umlaufendem äußeren Zentralrad und feststehendem Planetenträger. Die Erfindung ist jedoch in gleicher Weise auch bei anderen Arten von Planetengetrieben anwendbar, insbesondere bei Planetenge- / trieben mit umlaufendem Planetenträger, und stillstehendem äußeren Zentralrad. Wesentliche Voraussetzung für die Anwendung der Erfindung ist, daß ein schnellaufendes inneres Zentralrad 26 vorhanden ist.
Die beiden Außenräder 16 und 18 des Planetengetriebes 12 sind über Zahnkupplungen 28 und 30 mit einem Zwischenring 32 verbunden, welcher seinerseits über eine Zahnkupplung 34 mit einem Außenring 36 im Eingriff steht, der wiederum über eine weitere Zahnkupplung 38 mit einem Flansch 40 in Verbindung steht, welcher drehfest auf dem Wellenstumpf 10 des Antriebsmotors befestigt ist.

Das innere Zentralrad 26 ragt mit einem konischen Wellenstummel 42 aus dem Gehäuse 22 heraus und nimmt auf diesem konischen Wellenstummel das Verdichterlaufrad 14 auf, welches mit Hilfe einer Mutter 44 auf einem Gewindezapfen 46 des Wellenstummels 42 festgezogen ist. Die Durchtrittsöffnung für das gleichzeitig als Verdichterwelle dienende innere Zentralrad 26 durch das Gehäuse 12 ist mit einer Radialdichtung 48 versehen, welche das zu verdichtende Gas von dem Schmieröl des Getriebes trennen soll. Diese Dichtung kann auch als Axialdichtung ausgeführt werden und wird dann unempfindlicher gegen radiale Verlagerun-

gen des Laufrades beim Anfahren.

In dieser Durchtrittsöffnung ist ein Ring 50 vorgesehen, dessen innere Umfangsfläche mit gleitfähigem Material versehen ist und geschmiert werden kann.

Wie aus F i g. 1 zu ersehen ist, weisen die beiden Hälften der Doppelschrägverzahnung der Planetenräder 20 und des inneren Zentralrades 26 und damit auch die beiden Außenräder 16 und 18 einen weiteren Abstand auf als er sonst üblich ist. Dadurch wird über die drei Planetenräder 20 eine sichere radiale Führung des im übrigen ungelagerten Verdichterlaufrades 14 gewährleistet.

Der Axialschub des Laufrades wird von einer Hälfte der Doppelschrägverzahnung aufgenommen und weitergegeben an ein langsam laufendes Axiallager, das entweder an der langsam laufenden Welle des Planetengetriebes oder der mit ihr gekuppelten Maschine angeordnet ist. Normalerweise wird die Mehrbelastung der Verzahnung durch die Axialkraft so gering sein, daß sie ohne besondere Maßnahmen von der Verzahnung aufgenommen werden kann. In Ausnahmefällen kann die durch die Axialkraft beanspruchte Verzahnungshäifte der Doppelschrägverzahnung entweder breiter oder mit größerem Schrägungswinkel ausgeführt werden. Beide Maßnahmen lassen sich auch gleichzeitig anwenden.

Durch einen am Getriebegehäuse 22 vorgesehenen Ringflansch 52 kann das Getriebegehäuse 22 unmittelbar mit dem Flansch des angeschlossenen Elektromotors verbunden werden. Da das Verdichterlaufrad 14 sich unmittelbar an der anderen Stirnseite des Planetengetriebes anschließt, entsteht ein besonders kurz bauendes Aggregat, das zudem einen hohen Wirkungsgrad aufweist, da für das gesamte Aggregat einschließlich des Motors nur noch fünf Lagerstellen benötigt werden, während bisher bekanntgewordene Konstruktionen mindestens neun Lagerstellen aufweisen. Da zudem durch die beschriebene Konstruktion eine gesonderte Verdichterwelle, eine Kupplung zwischen der Verdichterwelle und dem inneren Zentralrad des Planetengetriebes, eine Getriebeeingangswelle und die zugehörige Motorkupplung entfallen, entsteht eine besonders preisgünstige Konstruktion.

Eine weitere Ausführung der Erfindung ist in F i g. 2 dargestellt. Bei dieser Bauart wird ein Planetengetriebe verwendet, welches im Gegensatz zu den bisher beschriebenen Planetengetrieben keine äußeren Zentralräder enthält und für besonders hohe Umfangsgeschwindigkeiten an den Teilkreisen der Zahnräder geeignet ist. Der Antrieb des Gasverdichters erfolgt wiederum durch einen Elektromotor.

Das äußere Getriebegehäuse 52' wird mit dem Flansch 54 an einen Elektromotor angeschraubt. In das Getriebegehäuse 52' ist der Planetenträgereinsatz 56 eingesetzt und verschraubt. Der Planetenträgereinsatz 56 enthält über den Umfang verteilt mindestens drei Lagerbolzen 58 für drei oder mehr Planetenräder 60.

ίο Die Planetenräder bestehen aus einer geradverzahnten Zahnradstufe 62 und einer doppelschrägverzahnten Zahnradstufe mit den beiden Teilhälften 64 und 66. An Stelle der geradverzahnten Zahnradstufe 62 kann auch eine Zahnradstufe mit einfach, schräg oder mit doppelschräger Verzahnung verwendet werden. Der Antrieb des Verdichters erfolgt über den Wellenstumpf des Elektromotors, der über eine Doppelzahnkupplung 68 mit dem ungelagerten inneren geradverzahnten Zentralrad 70 verbunden ist. Dieses treibt die Planetenräder 60 an, so daß sie mit höherer Drehzahl laufen. Von der doppelschrägverzahnten Stufe dieser Planetenräder wird wiederum das innere Zentralrad 72 angetrieben. Dieses innere Zentralrad ist ungelagert und mit dem Verdichterlaufrad 74 fest verbunden. Für die Ausführung der doppelschrägverzahnten Stufe sowie für die Ausführung der Verbindung vom inneren Zentralrad 72 und Laufrad 74 einschließlich Dichtring 76 und Spielbegrenzungsring 78 gilt es, was sinngemäß bei der Beschreibung von F i g. 1 angegeben wurde.

Die Aufnahme des Verdichteraxialschubes geschieht über eine Pfeilhälfte der Doppelschrägverzahnung. Der Axialschub wird dadurch auf eines oder mehrere der Planetenräder 60 übertragen, die den Axialschub an den Planetenträger 56 weiterleiten. Hierzu wird eines oder mehrere der Planetenräder an ihren Stirnseiten zum Planetenträger 56 hin durch axiale Lager festgelegt. Außerdem muß eines der Planetenräder 60 auch nach der Seite hin, auf die der Axialschub nicht wirkt, durch ein Axiallager festgelegt werden, wodurch die axiale Festlegung des gesamten Planetenradsatzes geschieht.

Wenn man das Verdichterlaufrad 14 bzw. 74 durch ein Turbinenlaufrad ersetzt und den Elektromotor durch einen Elektrogenerator oder eine andere Arbeitsmaschine, kann die erfindungsgemäße Konstruktion auch als Turbinenaggregat mit den gleichen vorteilhaften Eigenschaften eingesetzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Doppelschrägverzahntes Planetengetriebe mit mindestens drei Planetenrädern für den Antrieb von Turbomaschinen, deren Laufrad oder Laufradgruppe mit dem inneren, in den Planetenrädern gelagerten Zentralrad verbunden ist, dadurch, gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise das Zentralrad (26, 72) und das Laufrad (14, 74) starr miteinander verbunden sind und daß die Doppelschrägverzahnung axial so auseinandergezogen ist, daß die radialen Zahnkräfte bei Nennleistung größer sind als die jeweilige Gewichtsbelastung durch Innenrad und Laufrad bzw. Laufradgruppe.

2. Planetengetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Pfeilhälfte der Verzahnung, auf die der Axialschub des Laufrades (14, 74) bzw. der Laufradgruppe wirkt, breiter ist als die andere.

3. Planetengetriebe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß diejenige Pfeilhälfte der Verzahnung, auf die der Axialschub des Laufrades (14, 74) bzw. der Laufradgruppe wirkt, eine größere Zahnschräge besitzt als die andere.