DE1503499C3 - Double helical planetary gear with at least three planetary gears for driving turbo machines - 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.The invention relates to a double helical planetary gear with at least three planet gears for the drive of turbo machines, their impeller or impeller group with the inner, in the Planetary gears mounted central gear is connected.

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. In a known planetary gear of this type, a bearing is present in one embodiment, which is designed as a radial and axial bearing. This results in a very great effort and undesirable Frictional losses. According to another known embodiment, a turbo compressor shaft Without any bearing only possible if a planetary gear is arranged on each of the two shaft ends is each with an associated electric motor. This effort is very large and disproportionate to save the high-speed bearings of the turbo compressor shaft. Also with regard to friction losses this solution is uneconomical, since an additional planetary gear and an electric motor more Has energy losses as a saved turbo compressor shaft bearing.

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.Furthermore, a friction gear is known which has four planet gears. The constructive training is here such that the central wheel and the impeller are rigidly connected to one another. Both support each other on rotating friction wheels. This constructive embodiment is only intended for slow speeds, and as a result of the friction wheel arrangement there is one each for the bearing of the central wheel and the impeller axial line contact. As a result of this friction wheel arrangement, there are structurally and practically different storage and transmission problems than with double helical planetary gears for the drive of turbo machinery.

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.The object of the present invention is now to provide a double helical planetary gear of the type mentioned in such a way that with little structural effort and little overall loss of the unit, a separate storage of the high-speed shaft is avoided.

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. DadurchThis object is achieved in that the central wheel and in a known manner the impeller are rigidly connected to each other and that the double helical teeth are pulled apart axially is that the radial tooth forces at nominal power are greater than the respective weight load Inner wheel and impeller or impeller group. Through this

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.ίο there is the advantage that a separate storage the high-speed shaft is avoided, the radial and axial guidance of the impeller by the . Double helical toothing of the internal gear is effected.

Somit ist der Aufwand sehr gering, und es entstehen keine zusätzlichen Reibungsverluste. Durch eine derartige Ausgestaltung wird eine einwandfreie Zentrierung des Laufrades gefördert.Thus, the effort is very low and there are no additional friction losses. By such a Design promotes proper centering of the impeller.

Die Merkmale der Unteransprüche sind an sich bekannt. Für sie wird lediglich Schutz in Verbindung mit dem Hauptanspruch begehrt.The features of the subclaims are known per se. For them only protection in connection with the main claim.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt (The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing described. In the drawing shows (

F i g. 1 einen Axialschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Antriebsaggregat für einen Gasverdichter, F i g. 1 shows an axial section through a drive unit designed according to the invention for a gas compressor,

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. .F i g. 2 shows another embodiment of the invention.
An electric motor, of which only the stub shaft 10 is shown, is drivingly connected to a compressor impeller 14 via a planetary gear 12. The planetary gear has rotating outer gears 16 and 18, each of which is provided with one half of double helical teeth. These outer gears 16 and 18 are in engagement with at least three planet gears 20, which are mounted on bearing pins 24 which are fixedly arranged in the planet carrier 22 of the planetary gear 12. The planet gears 18 for their part are in mesh with an inner central gear 26 which simultaneously serves as the compressor shaft.

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.The planetary gear 12 is therefore of a type with a revolving outer central wheel and a stationary planet carrier. However, the invention can also be used in the same way with other types of planetary gears, in particular with planetary gears / gears with a rotating planet carrier and a stationary outer central gear. An essential prerequisite for the application of the invention is that a high-speed inner central wheel 26 is present.
The two outer gears 16 and 18 of the planetary gear 12 are connected via toothed clutches 28 and 30 to an intermediate ring 32, which in turn engages via a toothed clutch 34 with an outer ring 36, which in turn is connected to a flange 40 via a further toothed clutch 38, which is non-rotatably attached to the stub shaft 10 of the drive motor.

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-The inner central wheel 26 protrudes with a conical stub shaft 42 from the housing 22 and takes on the compressor impeller 14 on this conical stub shaft, which with the aid of a nut 44 is tightened on a threaded pin 46 of the stub shaft 42. The opening for that at the same time serving as a compressor shaft inner central wheel 26 through the housing 12 is with a radial seal 48 provided, which is to separate the gas to be compressed from the lubricating oil of the transmission. This seal can also be designed as an axial seal and is then less sensitive to radial misalignment

gen des Laufrades beim Anfahren.of the impeller when starting up.

In dieser Durchtrittsöffnung ist ein Ring 50 vorgesehen, dessen innere Umfangsfläche mit gleitfähigem Material versehen ist und geschmiert werden kann.In this passage opening a ring 50 is provided, the inner circumferential surface of which is covered with slidable material is provided and can be lubricated.

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. As shown in FIG. 1 can be seen, the two halves of the double helical toothing of the planetary gears 20 and the inner central gear 26 and thus also the two outer gears 16 and 18 a further distance than usual. As a result, a secure radial guidance of the is on the three planet gears 20 otherwise unsupported compressor impeller 14 is guaranteed.

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.The axial thrust of the impeller is absorbed by one half of the double helical gearing and passed on to a slow running axial bearing, which is either on the slow running shaft of the planetary gear or the machine coupled to it is arranged. Usually the extra burden the toothing should be so small by the axial force that it can be removed from the toothing without any special measures can be included. In exceptional cases, the toothed shafts stressed by the axial force the double helical gearing is either wider or with a larger helix angle will. Both measures can also be used at the same time.

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.By means of an annular flange 52 provided on the transmission housing 22, the transmission housing 22 can directly be connected to the flange of the connected electric motor. Since the compressor impeller 14 directly adjoins the other face of the planetary gear, a particularly short one is created building unit, which also has a high degree of efficiency, as for the entire unit including of the engine only five bearings are required, while previously known constructions have at least nine bearing points. In addition, because of the construction described, a separate Compressor shaft, a coupling between the compressor shaft and the inner central wheel of the planetary gear, A transmission input shaft and the associated motor coupling are omitted, creating a special one inexpensive construction.

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.Another embodiment of the invention is shown in FIG. 2 shown. A planetary gear is used in this design used, which, in contrast to the planetary gears described so far, has no external central gears and suitable for particularly high circumferential speeds on the pitch circles of the gears is. The gas compressor is in turn driven by an electric motor.

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.The outer gear housing 52 'is screwed to an electric motor with the flange 54. In the Gear housing 52 ', the planet carrier insert 56 is inserted and screwed. The planet carrier insert 56 contains at least three bearing pins 58 for three or more planet gears 60 distributed over the circumference.

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.ίο The planet gears consist of a straight-toothed one Gear stage 62 and a double helical gear stage with the two halves 64 and 66. An Instead of the straight-toothed gear stage 62, a gear stage with single, inclined or double-inclined Toothing are used. The compressor is driven by the stub shaft of the Electric motor, which has a double tooth clutch 68 with the non-supported inner straight-toothed central wheel 70 is connected. This drives the planet gears 60 so that they run at a higher speed. from the double helical step of these planetary gears, the inner central gear 72 is in turn driven. This inner central wheel has no bearings and is firmly connected to the compressor impeller 74. For execution the double helical step as well as for the execution of the connection from the inner central wheel 72 and impeller 74 including sealing ring 76 and backlash limiting ring 78 applies, which is analogous to the Description of F i g. 1 was specified.

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. The compressor axial thrust is absorbed via an arrow half of the double helical toothing. Of the Axial thrust is thereby transmitted to one or more of the planetary gears 60, which the axial thrust on forward the planet carrier 56. For this purpose, one or more of the planet gears is attached to their end faces fixed to the planet carrier 56 by axial bearings. In addition, one of the planet gears 60 must also towards the side on which the axial thrust does not act, be determined by a thrust bearing, whereby the axial definition of the entire planetary gear set happens.

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.If the compressor impeller 14 or 74 is replaced by a turbine impeller and the electric motor by an electric generator or another work machine, the construction according to the invention can also be used as a turbine unit with the same advantageous properties.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims (3)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Double helical planetary gear with at least three planet gears for driving Turbomachines, their impeller or impeller group with the inner one, which is mounted in the planetary gears Central wheel is connected, characterized in that in a known manner the central wheel (26, 72) and the impeller (14, 74) are rigidly connected to one another and that the double helical teeth is axially pulled apart so that the radial tooth forces are greater at rated power are as the respective weight load by the inner wheel and impeller or impeller group. 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. 2. Planetary gear according to claim 1, characterized in that that arrow half of the toothing, on which the axial thrust of the impeller (14, 74) or the impeller group acts, is wider than the other. 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.3. Planetary gear according to one of the preceding claims, characterized in that the one Arrow half of the toothing on which the axial thrust of the impeller (14, 74) or the impeller group acts, has a larger tooth slope than the other.