JP2008522115A - 歯車装置 - Google Patents

Abstract

伝動装置、特にスクリュポンプ伝動装置のための歯車装置は、歯車（１２）を相対回動不能に保持している軸（１４）を有している。該軸（１４）内には潤滑剤を導通させるための通路システム（３０，３２）が構成されている。軸周面（３６）には通路システム（３０，３２）の出口開口（３４）が配置されている。半径方向ギャップ（４０）を構成するためには歯車（１２）に隣接して軸（１４）の上に円板（１６）が配置されている。半径方向ギャップ（４０）によっては、領域（５０）にて歯を潤滑するために貯蔵室（４２）内への潤滑剤の搬送が行なわれる。

Description

本発明は種々異なる形式の機械に使用できる歯車装置、特にターボ機械又は同期化された２軸機械、例えばスクリュポンプ及び転動ピストンポンプにて使用される高速回転する増速又は減速出力伝動装置に使用できる歯車装置に関する。さらに本発明は伝動装置並びに特に真空を発生させるために適したスクリュポンプに関する。

高速回転する伝動装置の場合には、歯の噛合の潤滑は大きな意義を持つ。簡単な伝動装置においては、例えば渦動する油によって発生される伝動装置室内の油霧による、いずれにしても軸受潤滑に必要な潤滑でしばしば十分ではあるけれども、回転数もしくは周速度の増大に伴って、歯面の給油が不十分となり、強すぎる騒音の発生のほかに、歯の破損を招く歯面の強すぎる摩耗も発生する。この理由から高速回転する伝動装置の場合には、良好な歯面給油のほかに歯の噛合における冷却と緩衝とを保証する強制潤滑が必要になる。この場合には２つの歯車の歯面が噛合はじめる直前に、油が正確に歯の噛合を潤滑し、冷却しかつ緩衝するように油が供給される必要がある。

遠心作用で放射された油が滴下縁にて滴下することによる油滴潤滑の場合には、歯車の歯が噛合う直前に、互いに噛合う２つの歯車の歯に油が落下するように滴下縁が１対の歯車の上側に取付けられる形で重力が利用されている。この原理は簡単に、適当なケーシング構成形態によって実現される。この場合には油は遠心円板によって油溜めからケーシング壁へ遠心作用で放射される。この油はケーシング壁に沿って滴下縁に達する。この潤滑形式には重力の作用方向が関連するので、所定の組込状態でしか使用することができない。この場合には付加的に歯車の回転方向も制限される。何故ならば給油は噛合が進む場合にしかフルに作用しないからである。すなわち、歯車の噛合が減少する場合には、歯車が回転する間に、油は歯の噛合部に達する前にすでに遠心力の作用で再び外へ放出されることになる。

低い油圧の下で、搬送導管からの滴下による油的潤滑は、油の供給を除いて先きに記載した作用原理に相応する。弱搬送する油ポンプによって油は導管を介して直接的に歯の噛合部へ導かれ、先きの滴下縁の場合のように、油滴が互いに噛合う歯車の歯の上に落下させられる。この給油形式でも重力の作用方向を考慮しなければならないけれども、油ポンプは任意の個所に設けることができる。この場合には適当な導管システムを介して複数の歯車対の他に軸受にも油を供給することができる。先きの原理と比較してこの潤滑形式はいくらか多くの費用がかかるが、ポンプの場所と潤滑部位の数とに関する利点によりこの油潤滑装置はしばしば使用される。

強い油霧を用いた油潤滑は、大きな油量と高い放射速度とによって強く渦動させられた油／空気混合物が全伝動装置室を通過し、すべての潤滑部位、例えば軸受及び歯車に十分な強さで達するようになっていると、回転数が高い場合にも使用することができる。しかし、このような油潤滑の場合には大きな油量が循環させられなければならない。さらに例えば油霧が弱くしか達しえないと個々の歯車における潤滑剤の不足供給が生じる。

相前後して配置された複数の歯車を有する高速回転する伝動装置の場合には目差した油滴潤滑が使用され得るように組込み状態を構成することはしばしばできない。このような場合に、油霧潤滑がもはや十分でないと、噴射潤滑が必要である。この噴射潤滑では導管システムによって圧力油はそれぞれ歯の噛合部を狙って噴射される。これは大きなコストをもたらすきわめて費用のかかる導管構成を必要とする。

小さな歯車を有する高速回転する伝動装置においては、圧力油が回転する軸内へ噴射される。この軸の該当する中心孔は油を歯車に供給し、次いでこの歯車はこの油を歯車内へ配置された孔システムを介して２つの歯の間へ、歯の噛合部に潤滑と冷却とのためにより大きな油量が存在するように供給される。

この潤滑形式は小型ガスタービン（例えば補助ガスタービン、いわゆる飛行機におけるＡＰＵ）の遊星歯車伝動装置にしばしば使用される。このような小型ガスタービンにおいては、きわめて高いタービン回転数（例えば４００００から８００００Ｕ／ｍｉｎ）が構造の小さい遊星歯車伝動装置を介して比較的にわずかな出力回転数（例えば８０００から１２０００Ｕ／ｍｉｎ）にもたらされなければならない。例えばタービンロータと結合された１つの太陽歯車と、軸に固定された、２重段の３つの遊星歯車と、１つの出力側の中空歯車とから成る遊星歯車伝動装置においては、油は各孔システムを介して各歯の噛合部が直接潤滑されるように太陽歯車内と段付き遊星歯車装置の軸内へ噴射される。

その都度の歯数と該当する歯元円直径とに関連しては、深い小さな孔（例えば直径１ｍｍで、長さが１５ｍｍである孔）が多数必要である。これらの孔は歯車の製造の実行可能性に限界を与えることが考えられ、加えて著しい費用増大の原因となる。さらにこのような歯車は小さな構成寸法に制限される。

本発明の課題は費用的に好適でかつ信頼度の高い潤滑性を有する歯車装置を提供することである。

本発明の課題は本発明によれば請求項１の歯車装置によって解決された。

本発明による歯車装置は軸の上に相対回動不能に配置された歯車を有している。該軸内には潤滑剤を導通させるための通路システムが設けられている。この場合には通路システムは潤滑剤、例えば潤滑油が供給される例えば１つの中心孔を有している。さらに通路システムは半径方向に延びる孔を単数又は複数個有し、該孔が中心孔に接続されている。潤滑剤は歯車の歯の方向に搬送されるようにしたいので、通路システムはいずれにしても少なくとも１つの、有利には複数の出口開口を軸周面に有している。本発明によれば軸の上には歯車に隣接して１つの円板が配置されている。この場合、円板の配置は、歯車と円板との間に少なくとも部分的に半径方向ギャップが構成されるように行なわれる。該半径方向ギャップは前記出口開口に接続されている。該出口開口から流出する潤滑剤は半径方向ギャップ内に達し、回転運動に基づき、半径方向ギャップが終っている歯車の歯の領域に達する。

半径方向ギャップの本発明による構成によって簡単な形式で潤滑剤はほぼ半径方向で歯車の歯に向かって搬送される。これにより、それぞれ歯底に達する、製作費用のかかる半径方向の孔を歯車に設けることは必要ではなくなった。この結果、製作費用は著しく低減された。さらに半径方向ギャップを構成するために本発明にしたがって円板を設けることは、これが歯車直径が大きい場合にも実現できるという利点を有している。歯車における潤滑剤を搬送するための半径方向の孔はもはや必要でないので、本発明の潤滑剤供給は歯形とは無関係になる。したがって本発明による潤滑剤供給は例えばインボリュート歯として構成された歯車又は直歯、斜歯又はやま歯を持った歯車の場合にも使用することができる。

有利には半径方向ギャップに接続した貯蔵室が構成される。この貯蔵室は歯車の歯の領域に設けられ、潤滑剤が遠心力で放出されることがほぼ回避されるように構成されていると有利である。これは、潤滑剤が歯の噛合部にて大部分、噛合う歯面に沿って滑動することを意味する。歯が噛合う直前に、本発明にしたがって貯蔵室が設けられていることにより、著しく大きい潤滑剤部分が歯面へ導かれる。１つの歯車の歯が隣接する歯車の歯と噛合っていない領域へは潤滑剤は有利には自由に噴射される。したがって歯の潤滑が必要でない領域にて、不都合な負の圧力の形成は行なわれない。貯蔵室によって本発明にしたがって潤滑剤は歯の領域に留められかつ歯に向かって導かれる。貯蔵室を設けることで潤滑剤の少なくとも大きな部分が噛合部を通して導かれることが保証される。

有利には貯蔵室は円板もしくは円板の適当な付加部と当該歯車と噛合う歯車とによって形成されている。同様に貯蔵室は噛合う歯車に結合された第２の円板によって第１の円板と共に形成されることもできる。

円板は別個の構成部分であることができるが、しかし歯車と一体に構成された構成部分であることもできる。

互いに噛合う歯車は傘歯車又は他の特殊形状の歯車であることもできる。

有利にはリング形に構成されている半径方向ギャップを構成するためには歯車と円板との間にはスペーサが設けられる。スペーサは別個の構成部分であることができる。有利にはスペーサは歯車及び／又は円板の付加部として構成されていることができる。特にこれによって、歯車を円板と一緒に軸に取付け、特にナットにより一緒に軸に固定することができる。これにより取付けは著しく簡易化される。

有利には少なくとも１つのスペーサは、通路システムの軸周面に設けられた少なくとも１つの出口開口に半径方向で向き合って位置するように配置されている。これによって半径方向ギャップにおける潤滑剤の分配が保証される。したがってスペーサは付加的にそらせ壁として用いられる。この場合には各出口開口には１つのスペーサが配置され、大きく広がった分配が与えられる。

有利には少なくとも１つの出口開口と半径方向ギャップとの間には有利にはリング形に軸を取囲む集め室が構成されている。集め室を設けることによって歯に搬送するために常に十分な量の潤滑剤が存在しかつ周方向に一様な分配が行なわれることが保証される。これは歯車装置を始動する場合に特に有利である。

さらに本発明は例えばスクリュポンプに適した伝動装置に関する。この場合、スクリュポンプは有利には真空を発生させるために使用される。本発明による伝動装置は先きに記述したように構成された２つの噛合う歯車装置を有している。本発明によれば両方の半径方向ギャップに接続した貯蔵室は１つの共通した貯蔵室として構成されている。この場合、共通の貯蔵室は両方の円板によって形成されている。

さらに本発明は特に真空を発生するために使用されるスクリュポンプに関する。このスクリュポンプはモータと結合されたモータロータを有している。モータロータの歯車とは、第１の歯車装置の第１の同期歯車が噛合っている。本発明によれば第１の歯車装置は先きに記述したように構成されかつ有利な形式で変化させられた構成を有することもできる。特に有利であるのは第１の歯車装置に加えて第２の歯車装置も先きに記述したように構成されるかもしくはその変化させられた構成を有していることである。

以下、本発明を添付図面を用いて有利な実施例に基づき詳細に説明する。

図１は歯車装置の概略的な側面図である。

図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略的な断面図である。

図３は伝動装置の概略的な断面図である。

歯車装置１０は軸１４の上に配置された歯車１２を有している。さらに軸１４の上には円板１６が配置されている。図示の実施例では歯車１２と円板１６とは一緒にナット１８を介して保持されている。この場合、円板１６は球軸受２２の内側の軸受シェル２０に押付けられている。

歯車１２には例えばモータと結合された歯車２４が噛合っている。さらに歯車１２には別の歯車２６が噛合っており、この歯車２６は軸２８の上に保持されている。歯車装置をスクリュポンプのために使用した場合には軸１４，２８は両方の歯車１２，２６を介して同期化される２つの同期軸である。

潤滑剤を供給するためには軸１４は中心孔３０と、中心孔３０に接続された半径方向の孔３２とを有している。半径方向の孔３２はそれぞれ１つの出口開口３４を有している。この出口開口３４は軸１４の軸周面３６に設けられている。

出口開口３４にはリング形に構成された集め室３８が接続されている。集め室３８は円板１６と該円板１６に隣接して配置された歯車１２とから構成されている。集め室３８は半径方向で先細に構成されかつ円板１６と歯車１２との間に円形リング形に構成された半径方向ギャップ４０に開口している。

半径方向には半径方向ギャップ４０は同様に円形リング形の貯蔵室４２に接続している。貯蔵室４２は円板１６のリング形の付加部４４並びに歯車２４における対応する付加部４６もしくは歯車２６における対応する付加部４８によって構成されている。貯蔵室を設けることによって半径方向ギャップ４０を通って搬送された潤滑剤は歯の領域５０に送られ、ほぼ矢印５２の方向で歯中間室を通って流れる。

リングギャップ４０を構成するためには円板１６と歯車１２との間にはスペーサ５４（図１）がある。このスペーサ５４は図示の実施例では歯車１２のフライス加工されたウェブとして構成されている。図示の実施例では４つのスペーサ５４（図２）が設けられている。この場合、スペーサ５４は半径方向で、半径方向に延びる通路３２の出口開口３４に向き合って配置されている。

先きに記述した歯車装置に似た歯車装置を２つ有している、図３に示された伝動装置においては同じ又は類似した構成部材は同じ符号で示されている。

図３に示された伝動装置の重要な相違は貯蔵室４２が両方の円板１６，５６によって構成されていることである。この場合には、両方の円板の一方、図示の実施例では円板１６が半径方向に延びる付加部４４を有している。他方の円板５６はこのような付加部を有していない。有利には円板５６は楔形の横断面を有している付加部５８を有している。この付加部５８で貯蔵室４２内にある潤滑剤は両方の噛合う歯車１２の歯に向かって導かれる。

さらに図３に示された実施例では潤滑剤供給装置は異って構成されている。この場合には図１で示した潤滑剤供給装置も可能である。図３に示された実施例では潤滑剤の供給はまず、供給エレメント６０を介して管６２内へ行なわれる。管６２は軸の中心孔６４内に配置されており、中心孔６４の内径に較べて小さい外径を有しているのでギャップ６８が構成されている。このギャップ６８には同様に半径方向に延びる孔３２が接続されている。このような形式で管６２内へ搬送された油はリング通路を通って半径方向孔３２に達する前に付加的な機能（油の１部が分岐されて例えば軸受潤滑）に供給されることができる。

歯車装置の概略的な断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略的な断面図。 伝動装置の概略的な断面図。

符号の説明

１０ 歯車装置
１２ 歯車
１４ 軸
１６ 円板
１８ ナット
２０ 軸受シェル
２２ 球軸受
２４ 歯車
２６ 歯車
２８ 軸
３０ 中心孔
３２ 半径方向の孔
３４ 出口開口
３６ 軸周面
３８ 集め室
４０ 半径方向ギャップ
４２ 貯蔵室
４４ 付加部
４６ 付加部
４８ 付加部
５０ 領域
５２ 矢印
５４ スペーサ
５６ 円板
５８ 付加部
６０ 供給エレメント
６２ 管
６４ 中心孔
６８ ギャップ

Claims (11)

1. 伝動装置、特にスクリュポンプ伝動装置のための歯車装置であって、
   軸（１４）に相対回動不能に結合された歯車（１２）を有していること、
   前記軸（１４）内に設けられた通路システム（３０，３２；６２，６８，３２）を潤滑剤の導通のために有し、該通路システム（３０，３２；６２，６８，３２）が軸周面（３６）に配置された少なくとも１つの出口開口（３４）を有していること、
   前記軸（１４）の上に、前記歯車（１２）に隣接して円板（１６）が配置され、前記歯車（１２）と該円板（１６）との間に半径方向ギャップ（４０）が構成され、該半径方向ギャップ（４０）が前記少なくとも１つの出口開口（３４）と接続されておりかつ前記歯車の歯の領域（５０）に潤滑剤を供給するために開口していること
   を特徴とする、伝動装置のための歯車装置。
2. 前記半径方向ギャップ（４０）に接続した貯蔵室（４２）を有している、請求項１記載の歯車装置。
3. 第１の貯蔵室壁が前記円板（１６）に設けられた付加部（４４）によって形成されている、請求項２記載の歯車装置。
4. 第２の貯蔵室壁が、当該歯車（１２）と噛合う歯車（２４，２６）に設けられた付加部によって形成されている、請求項２又は３記載の歯車装置。
5. 前記半径方向ギャップ（４０）がリング状に構成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の歯車装置。
6. 当該歯車（１２）と前記円板（１６）との間に複数のスペーサ（５４）が設けられている、請求項１から５までのいずれか１項記載の歯車装置。
7. 前記スペーサ（５４）の少なくとも１つが半径方向で、前記少なくとも１つの出口開口（３４）に向き合って配置されている、請求項６記載の歯車装置。
8. 前記少なくとも１つの出口開口（３４）と前記半径方向ギャップ（４０）との間に、特にリング状である貯蔵室（４２）が構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の歯車装置。
9. 請求項１から８までのいずれか１項に記載した、２つの噛合う歯車装置を有し、両方の前記円板（１６，５６）が共通の貯蔵室（４２）を構成していることを特徴とする、伝動装置、特にスクリュポンプのための伝動装置。
10. スクリュポンプであって、
    モータと結合されたモータロータとこれに所属するモータロータ歯車（２４）とを有しており、
    第１の歯車装置（１０）の、前記モータロータ歯車（２４）に噛合う第１の同期歯車（１２）と、前記第１の同期歯車（１２）に噛合う第２の同期歯車（２６）とを有しているスクリュポンプにおいて、前記第１の歯車装置が請求項１から８までのいずれか１項に従って構成されていることを特徴とする、スクリュポンプ。
11. 付加的に第２の歯車装置が請求項１から８までのいずれか１項に従って構成されている、請求項１０記載のスクリュポンプ。

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