DE3707992A1 - Getriebe, insbesondere fuer turbinen-kompressoren - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für Turbinen-Kompressoren, mit einfach-schrägverzahnten Zahnrädern und mit Druckkämmen, welche die zwischen den Zahnrädern, die miteinander in Eingriff sind, durch die Schrägverzahnung entstehenden Axialkräfte aufnehmen.

Getriebe mit Druckkämmen sind aus den DE-PS 4 01 652, DE-OS 29 24 349 und DE-OS 30 47 334 bekannt. Druck­ kämme dienen dazu, die Axialkräfte, welche innerhalb der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder durch deren schräg zur Axialrichtung verlaufenden Zähne entstehen, innerhalb dieser Zahnräder zu kompensieren und dadurch Axialdrucklager zur Aufnahme solcher Axialkräfte zu vermeiden.

Zum Antrieb von sehr schnell laufenden Maschinen, wie beispielsweise Turbinen-Kompressoren, sind sehr hohe Drehzahlen erforderlich. Diese werden durch Ge­ triebe erzeugt, welche eine relativ niedrige Dreh­ zahl einer Antriebsmaschine, beispielsweise eines Elektromotors, auf die gewünschte hohe Drehzahl um­ wandeln. Dies erfolgt bei bekannten Einrichtungen durch einstufige Getriebe mit einem im Durchmesser großen Antriebszahnrad und einem mit ihm in Ein­ griff befindlichen, im Durchmesser kleinen Zahnrad. Durch den großen Durchmesser des Antriebszahnrades hat dieses bei hohen Drehzahlen sehr große Flieh­ kräfte. Die Verwendung von Druckkämmen bei den bekannten Getrieben führt außerdem zu großen axialen Längen der aus Zahnrad und Druckkämmen gebildeten Einheiten. Dadurch haben die bekannten Zahnrad- Druckkamm-Einheiten große Schwungmassen. Große Schwungmassen haben den Nachteil, daß entsprechend starke Lager für diese Schwungmassen und hohe An­ triebsleistungen für den Antrieb dieser Schwung­ massen erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil vieler bekannten Getriebe mit Druckkämmen besteht darin, daß bei der Herstellung der Zähne der Zahn­ räder die Druckkämme auf mindestens einer Stirnseite der Zahnräder ein axiales Herausfahren und Einfahren von Schleifscheiben in die Zahnlücken bei der Zahn­ herstellung verhindern, oder die Druckkämme mit so großem axialem Abstand von den Zahnrädern angeordnet werden müssen, daß andere Nachteile entstehen. Solche anderen Nachteile sind die Gefahr von Torsionen der Verzahnung infolge von großen Abständen der das Zahn­ rad haltenden Lager, und große axiale Abmessungen.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Getriebe zur Übersetzung einer niedrigen Dreh­ zahl in eine sehr hohe Drehzahl zu schaffen, welches auch bei großem Achsabstand zwischen einer Antriebs­ welle und einer Abtriebswelle kleinere Schwungmassen als die bekannten Getriebe hat und trotzdem kon­ struktiv einfach ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß

• - ein Antriebszahnrad,
• - ein mit diesem in Eingriff stehendes Zwischen­ zahnrad,
• - und ein ebenfalls mit dem Zwischenzahnrad in Eingriff befindliches Abtriebszahnrad vorge­ sehen sind,
• - daß alle drei Zahnräder eine Schrägeverzahnung haben,
• - daß auf beiden Seiten des Zwischenzahnrades je ein Druckkamm in der Nähe der stirnseitigen Enden der Schrägverzahnung vorgesehen ist,
• - daß die beiden Druckkämme über die Zahnspitzen des Zwischenzahnrades radial hinausragen,
• - daß das Antriebszahnrad und das Abtriebszahn­ rad unmittelbar neben ihrer Verzahnung, je­ doch radial nach innen versetzt, stirnseitig Gleitflächen haben, die mit den Druckkammern des Zwischenzahnrades zusammenwirken.

Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Kleine Schwungmassen, auch wenn der Achsabstand zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle sehr groß ist; nur ein einziges Rad benötigt Druckkämme zur Kompensierung von Axialkräften der einfach-schrägen Verzahnung der Zahnräder; kleine Abmessungen in radialer und axialer Richtung; insgesamt einfache und preiswerte Konstruktion; alle Zahnräder können auf einfache Weise hergestellt werden, da die Druckkämme so angeordnet sind, daß sie ein axiales Einfahren und Ausfahren von Schleifscheiben zur Her­ stellung der Zähne der Zahnräder nicht behindern, insbesondere bei dem als Ritzel ausgebildeten Abtriebs­ zahnrad, welches vorzugsweise zusammen mit einer Welle aus einem einstückigen Teil besteht.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, welche eine bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung zeigt.

Die Zeichnung zeigt ein Getriebe im Axialschnitt zum Antrieb von Turbinen-Kompressoren.

Das Getriebe besteht im wesentlichen aus einem auf einer Antriebswelle 2 drehfest angeordneten Antriebs­ zahnrad 4 mit einer einfach-schrägverzahnten Ver­ zahnung 6 und zwei stirnseitig auf beiden Seiten vor­ gesehenen Ringbünden 8 radial innerhalb der Verzahnung 6; einem auf einer Zwischenwelle 12 angeordneten Zwischen­ zahnrad 14 mit einer einfachen Schrägverzahnung 16, welche mit der Schrägverzahnung 6 des Antriebszahn­ rades 4 in Eingriff ist, und zwei Druckkämmen 18, von welchen je einer auf jeder Stirnseite 20 des Zwischen­ zahnrades 14 durch Befestigungsmittel 22 befestigt ist; und einem auf einer Abtriebswelle 32 vorgesehenen Ab­ triebszahnrad 34, welches eine einfache Schrägver­ zahnung 36 aufweist, die mit der Schrägverzahnung 16 des Zwischenzahnrades 14 in Eingriff ist. Die Ab­ triebswelle 32 und das Abtriebszahnrad 34 bilden zu­ sammen ein einstückiges Ritzel. Das Abtriebszahn­ rad 34 ist auf beiden Stirnseiten mit je einem kurzen, über die stirnseitigen Enden 37 der Verzahnung 36 überstehenden, jedoch erst am Zahnfuß 39 beginnenden Ansatz 38 versehen. Die Ansätze 38 bilden stirnseitig Gleitflächen 40, und die Stirnflächen 42 der Ring­ bünde 8 des Antriebszahnrades 4 bilden Gleitflächen, welche mit jeweils gegenüberliegenden stirnseitigen Gleitflächen 44 der Druckkämme 18 zusammenwirken und axiales Auseinanderlaufen der drei Zahnräder 4, 14 und 34 verhindern.

Alle drei Verzahnungen 6, 16 und 36 sind gleich breit, d. h. in axialer Richtung gleich lang. Die Ringbünde 8 und die Ansätze 38 ragen axial nur geringfügig über die stirnseitigen Enden 37 der Verzahnungen 6, 16 und 36 hinaus, befinden sich jedoch radial innerhalb dieser Verzahnungen. Auch die Druckkämme 18 haben einen entsprechenden kleinen Abstand von den stirn­ seitigen Enden 37 des Zwischenzahnrades 14. Dadurch sind in den Eingriffsbereichen, in welchen die Ver­ zahnung 6 mit der Verzahnung 16 in Eingriff ist, und die Verzahnung 16 mit der Verzahnung 36 in Eingriff ist, stirnseitig Zwischenräume 48 gebildet, über welche Öl in die Zahnlücken zwischen den Zähnen der Verzahnungen 6, 16 und 36 hineinfließen oder heraus­ fließen kann. Dadurch wird eine Überhitzung der Ver­ zahnung in den Eingriffsbereichen vermieden.

Die Druckkämme 18 haben die Form von Ringen mit einer die Zwischenräume 48 bildenden ringförmigen Aus­ nehmung 50 auf den den Stirnseiten 20 des Zwischen­ zahnrades 40 zugewandten Innenseiten. Die Ausneh­ mungen erstrecken sich jeweils vom radial äußeren Umfang der Druckkämme 18 bis mindestens zum Zahn­ grund der Verzahnung 16 des Zwischenzahnrades 14. Der Außendurchmesser der Druckkämme 18 ist nur so groß, wie dies erforderlich ist, damit die Gleit­ flächen 44 an den Gleitflächen 32 und 42 anliegen können. Der Innendurchmesser der ringförmigen Druck­ kämme 18 ist so groß wie möglich gewählt, wie dies die Befestigungsmittel 22 zulassen, damit die zentrische Öffnung 54 der ringförmigen Druckkämme 18 so groß wie möglich ist und damit viel Masse einge­ spart wird.

Die Antriebswelle 2 wird von einem Antrieb 60, vor­ zugsweise einem Elektromotor, angetrieben. Die Ab­ triebswelle 32 treibt zwei beidseitig des Abtriebs­ zahnrades 34 entgegengesetzt zueinander angeordnete Turbinen-Kompressoren 62. Vom Antrieb 60 und von den Kompressoren 62 können Axialkräfte auf das Getriebe übertragen werden. Zur Abstützung dieser Axial­ kräfte können an der Antriebswelle 2 und der Abtriebs­ welle 32 Axialdrucklager angebracht werden. Kurze Kraftübertragungswege und eine kleinere Anzahl von Axialdrucklagern erhält man dann, wenn solche Axial­ kräfte über die Druckkämme 18 auf das Zwischenzahnrad übertragen und von Axialdrucklagern 64 und 66 aufge­ nommen werden, welche an der Zwischenwelle 12 ange­ ordnet sind und von welchen das eine Axialdruck­ lager 64 Druckkräfte in der einen Axialrichtung und das andere Axialdrucklager 66 Druckkräfte in der ent­ gegengesetzten Axialrichtung aufnimmt. Ferner sind für alle Wellen jeweils Radialdrucklager 68 zur Auf­ nahme von Radialkräften vorgesehen.

Bei Turbinen-Kompressoren 62, deren Gehäuse sehr großen Durchmesser haben, ist auch der Achsabstand zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 32 sehr groß, um an einem der Kompressoren 62 vorbei zum Antrieb 60 zu gelangen. Wenn dieser große Achsabstand mit nur zwei Zahnrädern überbrückt wird, muß minde­ stens eines dieser Zahnräder einen sehr großen Durch­ messer haben, was eine große Masse darstellt. Die gesamte Masse aller Zahnräder einschließlich Druck­ kämme wird gemäß der Erfindung verringert, indem ins­ gesamt drei Zahnräder 4, 14, 34 verwendet werden. Dabei kann das Zwischenzahnrad 14 einen gleich großen, größeren oder kleineren Durchmesser als das Antriebs­ zahnrad 4 haben.

Gemäß der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat das Antriebszahnrad 4 einen größeren Außendurchmesser als das Zwischenzahnrad 14, und das Zwischenzahnrad 14 hat einen großeren Außen­ durchmesser als das Abtriebszahnrad 34. Das Getriebe übersetzt somit zweimal eine niedrige Antriebsdreh­ zahl in eine höhere Abtriebsdrehzahl.

Claims (6)

1. Getriebe, insbesondere für Turbinen-Kompressoren, mit einfach-schrägverzahnten Zahnrädern und mit Druckkämmen, welche die zwischen den Zahnrädern, die miteinander in Eingriff sind, durch die Schräg­ verzahnung entstehenden Axialkräfte aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - ein Antriebszahnrad (4),
• - ein mit diesem in Eingriff stehendes Zwischen­ zahnrad (14),
• - und ein ebenfalls mit dem Zwischenzahnrad (14) in Eingriff befindliches Abtriebszahnrad (34) vorgesehen sind,
• - daß alle drei Zahnräder eine einfache Schräg­ verzahnung (6, 16, 36) haben,
• - daß auf beiden Seiten (20) des Zwischenzahn­ rades (14) je ein Druckkamm (18) in der Nähe der stirnseitigen Enden (37) der Schrägver­ zahnung (16) vorgesehen ist,
• - daß die beiden Druckkämme (18) über die Zahn­ spitzen des Zwischenzahnrades (14) radial hinausragen, und
• - daß das Antriebszahnrad (4) und das Abtriebs­ zahnrad (34) in der Nähe neben ihrer Ver­ zahnung, jedoch radial nach innen versetzt, stirnseitig Gleitflächen (42, 32) haben, die mit den Druckkämmen (18) des Zwischen­ zahnrades (14) zusammenwirken.

2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkämme (18) an den Stirnseiten (20) des Zwischenzahnrades (14) befestigt sind.

3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkämme (18) zwischen sich und den stirn­ seitigen Enden (37) der Verzahnungen (6, 16, 36) in den Bereichen des Eingriffes der Verzahnungen zwischen den drei Zahnrädern jeweils Zwischenräume (48) zur Zirkulation von Flüssigkeit in und aus den Zahn­ lücken zwischen den Zähnen der Verzahnungen (6, 16, 36) bilden.

4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (12) von mindestens einem der drei Zahnräder mit mindestens einem Axialdrucklager (64, 66) zur Aufnahme von Axialkräften versehen ist, die von einem Antrieb (60) am Antriebszahnrad (4) oder einer vom Abtriebszahnrad (36) angetriebenen Maschine er­ zeugt werden.

5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Axialdrucklager (64, 66) an einer Welle (12) des Zwischenzahnrades (14) vorgesehen sind.

6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der, jeweils über die Spitzen der Verzahnungen gemessene, Durchmesser des Zwischenzahnrades (14) kleiner ist als der Durchmesser des Antriebszahn­ rades (4), aber größer als der Durchmesser des Abtriebszahnrades (36).