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Die Erfindung betrifft einen Turbokompressor, und betrifft insbesondere einen mehrstufigen Turbokompressor mit einer Mehrzahl von auf unterschiedlichen achsparallelen Wellen gelagerten Kompressorlaufrädern.
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Mehrstufige Turbokompressoren mit einer Mehrzahl von auf unterschiedlichen achsparallelen Wellen gelagerten Kompressorlaufrädern sind aus dem Stand der Technik als Getriebekompressoren bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Turbokompressor bereitzustellen, der trotz seiner auf mehrere achsparallele Wellen verteilten Kompressorstufen kompakt und damit platzsparend aufgebaut ist.
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Dies wird mit einem Turbokompressor gemäß Anspruch 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist ein mehrstufiger Turbokompressor bzw. Getriebekompressor eine Gehäuseanordnung, eine Antriebsradanordnung, die in der Gehäuseanordnung rotationsgelagert ist, und eine Mehrzahl von zueinander achsparallelen Ritzelwellen auf, die jeweils einen mit der Antriebsradanordnung in Drehantriebsverbindung stehenden Ritzelabschnitt aufweisen, wobei jede Ritzelwelle an wenigstens einem Ende von zwei Enden dieser ein mit der Ritzelwelle drehantriebsverbundenes in Zusammenwirkung mit der Gehäuseanordnung eine jeweilige separate Kompressorstufe des Turbokompressors bildendes Kompressorlaufrad aufweist und mittels zwei Rotationslagern in der Gehäuseanordnung rotationsgelagert ist, und wobei jede Kompressorstufe mittels einer Dichtungsanordnung gegen einen Fluiddurchtritt zum Ritzelabschnitt der das jeweilige Kompressorlaufrad tragenden Ritzelwelle hin abgedichtet ist.
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Der erfindungsgemäß aufgebaute Turbokompressor weist mehrere achsparallele Ritzelwellen auf, deren Kompressorlaufräder eine Mehrzahl von Kompressorstufen bilden. Dadurch, dass alle Ritzelwellen über die Antriebsradanordnung miteinander in Drehantriebsverbindung stehen, können alle Ritzelwellen bzw. Kompressorstufen mit einem einzigen Drehantrieb simultan drehangetrieben werden. Dadurch, dass die Kompressorlaufräder in Auslegerbauweise ausschließlich an den Enden der Ritzelwellen angeordnet sind, kann der Fluideinlass zur jeweiligen Kompressorstufe in einfacher Weise axial realisiert werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind alle Kompressorstufen, ggf. unter Verwendung von Zwischenkühlern oder anderen Anlagenkomponenten, hintereinander geschaltet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist wenigstens eine Ritzelwelle der Mehrzahl von Ritzelwellen an ihren beiden Enden jeweils ein Kompressorlaufrad auf, wobei die beiden Rotationslager dieser Ritzelwelle zwischen den beiden Kompressorlaufrädern angeordnet sind.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung werden auf vorteilhafte Weise mit einer Ritzelwelle zwei simultan angetriebene Kompressorstufen realisiert.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Ritzelabschnitt jeder an beiden Enden mit einem Kompressorlaufrad versehenen Ritzelwelle zwischen den Rotationslagern der jeweiligen Ritzelwelle angeordnet.
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Auf diese Weise kann der Drehantrieb für die jeweilige Ritzelwelle besonders platzsparend in die Ritzelwelle eingeleitet werden.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist jede Dichtungsanordnung zwischen dem zu der jeweiligen Kompressorstufe gehörenden Kompressorlaufrad und einem in einer Achsrichtung der das jeweilige Kompressorlaufrad tragenden Ritzelwelle folgenden Rotationslager der beiden Rotationslager der Ritzelwelle angeordnet.
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Auf diese Weise werden mit einer einzigen Dichtungsanordnung pro Kompressorstufe alle nicht unmittelbar mit der Fluidkompression in Verbindung stehenden Komponenten gegen Fluiddurchtritt bzw. Fluidbeaufschlagung geschützt.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebsradanordnung wenigstens eine drehbar in der Gehäuseanordnung gelagerte Zentralwelle mit einem mit der Zentralwelle drehantriebsverbundenen Zentralzahnrad auf, wobei das Zentralzahnrad mit dem Ritzelabschnitt wenigstens einer Ritzelwelle der Mehrzahl von Ritzelwellen in Zahneingriff steht.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können somit eine, mehrere oder alle Ritzelwellen des Turbokompressors mit dem Zentralzahnrad drehantriebsverbunden sein, sodass der Drehantrieb auf äußerst kompakte und platzsparende Weise in die jeweiligen Ritzelwellen einleitbar ist.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebsradanordnung zwei jeweils drehbar in der Gehäuseanordnung gelagerte Zentralwellen auf, wobei jede Zentralwelle ein damit drehantriebsverbundenes Zentralzahnrad aufweist, und wobei jedes Zentralzahnrad mit dem Ritzelabschnitt wenigstens einer Ritzelwelle der Mehrzahl von Ritzelwellen in Zahneingriff steht, so dass der Ritzelabschnitt jeder Ritzelwelle mit dem einen Zentralzahnrad oder mit dem anderen Zentralzahnrad der beiden Zentralzahnräder in Zahneingriff steht.
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Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung können über die zwei Zentralwellen z. B. zwei unterschiedliche Übersetzungsstufen für zwei Gruppen von Ritzelwellen bzw. Kompressorstufen des Turbokompressors realisiert werden, wobei dann die Ritzelwellen einer Gruppe antriebsmäßig jeweils einer der beiden Zentralwellen zugeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung stehen die beiden Zentralwellen miteinander in Drehantriebsverbindung. Dies kann durch direkten Zahneingriff der beiden Zentralzahnräder oder auch z. B. durch zusätzliche Zahnräder realisiert sein.
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Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird gewährleistet, dass trotz Aufteilung des Drehantriebs auf zwei Zentralwellen nur ein einziger Drehantrieb für den Turbokompressor benötigt wird.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Kompressorstufen des Turbokompressors von radialer oder halbaxialer Bauart, wobei die Gehäuseanordnung für jedes Kompressorlaufrad ein das Kompressorlaufrad umgebendes gemeinsam mit einem jeweiligen Einlaufeinsatz die jeweilige Kompressorstufe bildendes Spiralgehäuse aufweist. Mit anderen Worten ist der Turbokompressor von einem Getriebekompressor radialer Bauart gebildet.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist jede Dichtungsanordnung eine Labyrinthdichtung, eine Kohleringdichtung oder eine Trockengasdichtung oder eine Kombination von zwei oder allen dieser Dichtungsarten auf.
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Damit lässt sich sicher jeglicher Prozeßgasdurchtritt von der jeweiligen Kompressorstufe in den Getriebebereich (Ritzelabschnitt und Antriebsradanordnung) und umgekehrt vermeiden.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung weist der Turbokompressor acht, neun oder zehn Kompressorstufen auf.
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Gemäß Ausgestaltungen dieser Ausführungsform der Erfindung können somit z. B. vier Ritzelwellen mit je zwei Kompressorlaufrädern, fünf Ritzelwellen, wobei vier dieser Ritzelwellen je zwei Kompressorlaufräder und eine dieser Ritzelwellen ein Kompressorlaufrad aufweisen, oder auch fünf Ritzelwellen mit je zwei Kompressorlaufrädern vorgesehen sein. Andere Ausgestaltungen sind natürlich möglich.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung weist ein mehrstufiger, vorzugsweise acht- bis zehnstufiger, Turbokompressor bzw. Getriebekompressor radialer Bauart eine Mehrzahl von über ein Zentralzahnrad oder zwei miteinander in Eingriff stehende Zentralzahnräder angetriebenen Ritzelwellen auf, die jeweils an mindestens einem Ende oder aber an beiden Enden Kompressorlaufräder aufweisen, die über einen geeigneten Verbindungsmechanismus, vorzugsweise eine Verzahnung und eine axiale Dehnschraube oder eine Schrumpfverbindung oder Scherstifte, mit den Ritzelwellen verbunden sind.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung bilden diese Kompressorlaufräder mit den sie umgebenden Bauteilen, hierzu zählen u. a, ein jeweiliges Spiralgehäuse und ein jeweiliger Einlaufeinsatz, jeweils einzelne Kompressorstufen. Die Kompressorstufen können über Zwischenkühler oder andere Elemente hintereinander geschaltet sein, wodurch ein hoher Enddruck mit zulässigen Endtemperaturen bei gleichzeitig hohem Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die einzelnen Kompressorstufen über geeignete Dichtungen zum Getriebe hin abgedichtet. Vorzugsweise kommen hier Labyrinthdichtungen, Kohleringdichtungen oder Trockengasdichtungen oder Kombinationen aus diesen zum Einsatz. Eine oder mehrere Kompressorstufen können mit verstellbaren Vorleitgitterschaufeln ausgestattet sein.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die Ritzelwellen und die Zentralwellen in einer das Getriebegehäuse bildenden Konstruktion der Gehäuseanordnung gelagert, wobei vorzugsweise Gleitlager verwendet sind.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung kann der Drehantrieb z. B. bei Elektromotorantrieb direkt über eine Zentralwelle erfolgen oder z. B. bei Turbinenantrieb über ein Ende einer der Ritzelwellen erfolgen. Im letzten Fall trägt die Ritzelwelle an diesem Ende eine Kupplung zur Leistungsübertragung von der Antriebsturbine.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung sind die Kompressorlaufräder über Verzahnungen mit Dehnschrauben oder Schrumpfsitzen oder formschlüssigen Stiftverbindungen mit den Ritzelwellen verbunden.
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Gemäß Ausführungsformen der Erfindung werden Axialschübe der Kompressorlaufräder über Druckkämme von den Ritzelwellen auf das Zentralrad bzw. die Zentralräder übertragen, wobei eine Radwelle, zusätzlich zu den Radiallagern ein Axiallager oder ein kombiniertes Axial-/Radiallager vorgesehen ist.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren detaillierter beschrieben.
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1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Turbokompressors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Schnittansicht des Turbokompressors von 1.
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3 beinhaltet die 3A und 3B, welche eine schematische Schnittansicht bzw. eine schematische Vorderansicht eines Turbokompressors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen.
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4 beinhaltet die 4A und 4B, welche eine schematische Schnittansicht bzw. eine schematische Vorderansicht eines Turbokompressors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigen.
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1 und 2 zeigen eine schematische perspektivische Ansicht bzw. eine schematische Schnittansicht eines Turbokompressors 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, ist der Turbokompressor 1 als Getriebekompressor radialer Bauart ausgebildet.
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Der Turbokompressor 1 weist eine Gehäuseanordnung 10, eine Antriebsradanordnung 20, die in der Gehäuseanordnung 10 rotationsgelagert ist, und fünf zueinander achsparallele Ritzelwellen 30 auf.
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Jede Ritzelwelle 30 weist einen mit der Antriebsradanordnung 20 in Drehantriebsverbindung stehenden Ritzelabschnitt 31 auf.
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Jede Ritzelwelle 30 weist zwei Enden (nicht separat bezeichnet) auf, an denen jeweils ein mit der Ritzelwelle 30 drehantriebsverbundenes in Zusammenwirkung mit der Gehäuseanordnung 10 eine jeweilige Kompressorstufe 2 radialer Bauart des Turbokompressors 1 bildendes Kompressorlaufrad 40 befestigt ist.
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Im Ergebnis weist der in 1 gezeigte Turbokompressor 1 zehn separate Kompressorstufen 2 radialer Bauart auf. Die Kompressorstufen 2 können über Zwischenkühler (nicht gezeigt) hintereinander geschaltet sein, wodurch ein hoher Enddruck mit zulässigen Endtemperaturen bei gleichzeitig hohem Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.
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Wie 2 zeigt, ist jede Ritzelwelle 30 mittels zwei Rotationslagern 11 in einem Getriebegehäuse 14 der Gehäuseanordnung 10 rotationsgelagert, wobei die beiden Rotationslager 11, 11 der jeweiligen Ritzelwelle 30 zwischen deren beiden Kompressorlaufrädern 40, 40 angeordnet sind und der Ritzelabschnitt 31 der jeweiligen Ritzelwelle 30 zwischen den beiden Rotationslagern 11, 11 angeordnet ist.
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Wie ferner aus 2 ersichtlich, ist jede Kompressorstufe 2 mittels einer Dichtungsanordnung 50 gegen einen Fluiddurchtritt zum Ritzelabschnitt 31 der das jeweilige Kompressorlaufrad 40 tragenden Ritzelwelle 30 hin abgedichtet. Die Dichtungsanordnung 50 ist dabei zwischen dem zu der jeweiligen Kompressorstufe 2 gehörenden Kompressorlaufrad 40 und dem in einer Achsrichtung AR der das jeweilige Kompressorlaufrad 40 tragenden Ritzelwelle 30 folgenden Rotationslager 11 der beiden Rotationslager 11, 11 der Ritzelwelle 30 angeordnet.
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Jede Dichtungsanordnung 50 kann gemäß nicht detailliert dargestellten Ausführungsformen der Erfindung eine Labyrinthdichtung, eine Kohleringdichtung oder eine Trockengasdichtung oder eine Kombination von zwei oder allen dieser Dichtungsarten aufweisen.
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Die Antriebsradanordnung 20 weist zwei jeweils über Rotationslager 12 drehbar in dem Getriebegehäuse 14 der Gehäuseanordnung 10 gelagerte Zentralwellen 60 und 70 auf, wobei jede Zentralwelle 60, 70 ein damit drehantriebsverbundenes Zentralzahnrad 61 bzw. 71 aufweist.
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Des Zentralzahnrad 71 der in 1 oberen Zentralwelle 70 steht mit den jeweiligen Ritzelabschnitten 31 der drei in 1 oberen Ritzelwellen 30 in Zahneingriff und das Zentralzahnrad 61 der in 1 unteren Zentralwelle 60 steht mit den jeweiligen Ritzelabschnitten 31 der zwei in 1 unteren Ritzelwellen 30 in Zahneingriff, so dass der Ritzelabschnitt 31 jeder Ritzelwelle 30 mit dem einen Zentralzahnrad 61 oder mit dem anderen Zentralzahnrad 71 der beiden Zentralzahnräder 61, 71 in Zahneingriff steht.
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Wie ebenfalls aus 1 ersichtlich, ist das in 1 obere Zentralzahnrad 71 als Doppelzahnrad ausgebildet, wobei ein Zahnradabschnitt kleineren Durchmessers mit dem in 1 unteren Zentralzahnrad 61 in Zahneingriff steht, so dass die beiden Zentralwellen 60, 70 miteinander in Drehantriebsverbindung stehen, und ein Zahnradabschnitt größeren Durchmessers mit den Ritzelabschnitten 31 der drei in 1 oberen Ritzelwellen 30 in Zahneingriff steht.
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Wie aus 1 und 2 ersichtlich, weist die Gehäuseanordnung 10 für jedes Kompressorlaufrad 40 ein das Kompressorlaufrad 40 umgebendes gemeinsam mit einem jeweiligen Einlaufeinsatz 41 (siehe 2) die jeweilige Kompressorstufe 2 bildendes Spiralgehäuse 13 auf. Wie 2 exemplarisch zeigt, ist die in 2 rechts unten angeordnete Kompressorstufe 2 zusätzlich mit verstellbaren Vorleitgitterschaufeln 42 ausgestattet. Auch weitere Kompressorstufen 2 können mit einem verstellbaren Vorleitgitter ausgestattet sein oder keine der Kompressorstufen 2.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung wird der Drehantrieb mittels eines nicht gezeigten Elektromotors direkt über ein Ende der in 1 unteren Zentralwelle 60 eingeleitet, wobei an diesem Ende eine Kupplung (nicht gezeigt) zur Leistungsübertragung von dem Elektromotor vorgesehen ist.
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Die 3A und 3B zeigen eine schematische Schnittansicht (aus Sicht eines Pfeils A in 3B) bzw. eine schematische Vorderansicht eines Turbokompressors 1' gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Der Turbokompressor 1' gemäß den 3A und 3B gleicht in seiner Konstruktion im Wesentlichen jenem gemäß den 1 und 2, so dass ähnliche Elemente mit gleichen jedoch mit einem Apostroph versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind und im Folgenden nur die Wesentlichen Unterschiede aufgezeigt sind.
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Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 und 2 sind beim Turbokompressor 1' gemäß den 3A und 3B zwei Zentralzahnräder 61a' und 61b' auf einer Zentralwelle 60' angeordnet, wobei der Ritzelabschnitt 31' einer in 3B linken mittleren Ritzelwelle 30' mit dem einen Zentralzahnrad 64b' und den Ritzelabschnitten 31' zwei weiterer Ritzelwellen 30', 30' in Zahneingriff steht und die Ritzelabschnitte 31' der restlichen drei Ritzelwellen 30' mit dem anderen Zentralzahnrad 61a' in Zahneingriff stehen.
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Die 4A und 4B zeigen eine schematische Schnittansicht (aus Sicht eines Pfeils A in 4B) bzw. eine schematische Vorderansicht eines Turbokompressors 1'' gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Der Turbokompressor 1'' gemäß den 4A und 4B gleicht in seiner Konstruktion im Wesentlichen jenem gemäß den 1 und 2, so dass ähnliche Elemente mit gleichen jedoch mit einem Doppel-Apostroph versehenen Bezugszeichen bezeichnet sind und im Folgenden nur die Wesentlichen Unterschiede aufgezeigt sind.
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Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 und 2 ist beim Turbokompressor 1'' gemäß den 4A und 4B ein einziges Zentralzahnrad 61'' auf einer einzigen Zentralwelle 60'' angeordnet, wobei die Ritzelabschnitte 31'' aller Ritzelwellen 30'' mit dem Zentralzahnrad 61'' in Zahneingriff stehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Turbokompressor
- 1'
- Turbokompressor
- 1''
- Turbokompressor
- 2
- Kompressorstufe
- 10
- Gehäuseanordnung
- 11
- Rotationsleger
- 12
- Rotationslager
- 13
- Spiralgehäuse
- 14
- Getriebegehäuse
- 20
- Antriebsradanordnung
- 30
- Ritzelwelle
- 30'
- Ritzelwelle
- 30''
- Ritzelwelle
- 31
- Ritzelabschnitt
- 31'
- Ritzelabschnitt
- 31''
- Ritzelabschnitt
- 40
- Kompressorlaufrad
- 41
- Einlaufeinsatz
- 50
- Dichtungsanordnung
- 60
- Zentralwelle
- 60'
- Zentralwelle
- 60''
- Zentralwelle
- 61
- Zentralzahnrad
- 61''
- Zentralzahnrad
- 61a'
- Zentralzahnrad
- 61b'
- Zentralzahnrad
- 70
- Zentralwelle
- 71
- Zentralzahnrad
- 80
- Druckkamm
- AR
- Achsrichtung
