DE102010020145A1 - Mehrstufiger Getriebeverdichter - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung geht aus von einem mehrstufigen Getriebeverdichter (2) mit einer ersten Prozessstufe (4), einer zweiten Prozessstufe (8) und einem Getriebe (12), über das die beiden Prozessstufen (4, 8) mit unterschiedlicher Drehzahl miteinander gekoppelt sind. Ein hoher Wirkungsgrad des Getriebeverdichters (2) kann erreicht werden, wenn das Getriebe (12) eine Verdichterantriebswelle (40, 66) mit einer dritten Drehzahl, die von den Drehzahlen der Prozessstufen (4, 8) unterschiedlich ist, mit den beiden Prozessstufen (4, 8) koppelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen mehrstufigen Getriebeverdichter mit einer ersten Prozessstufe, einer zweiten Prozessstufe und einem Getriebe, über das die beiden Prozessstufen mit unterschiedlicher Drehzahl miteinander gekoppelt sind.
  • Getriebeverdichter werden zum Verdichten von Luft oder chemischen Gasen, zur Lufttrennung, in der Metallurgie und bei weiteren Prozessen verwendet. Die Luft oder andere Gase, die im Folgenden vereinfachend ebenfalls als Luft bezeichnet sind, wird in der ersten Prozessstufe auf einen ersten Druck verdichtet, dann der zweiten Prozessstufe zugeführt, wo sie auf einen zweiten und höheren Druck verdichtet wird.
  • Große Getriebeverdichter, z. B. für moderne Luftzerlegungsanlagen zur Produktion mehrerer tausend Tonnen Sauerstoff pro Tag, müssen hohe Volumenströme mit hohen Wirkungsgraden verdichten. Zum Erreichen eines hohen Wirkungsgrads werden die die Luftverdichtung bewirkenden Prozessstufen mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben, wobei in der Regel die zweite Prozessstufe mit einer höheren Drehzahl betrieben wird als die erste Prozessstufe.
  • Zum Herstellen der unterschiedlichen Drehzahl mit einem einzigen Verdichterantrieb ist der Getriebeverdichter mit einem Getriebe ausgestattet, das die beiden Prozessstufen mit unterschiedlicher Drehzahl miteinander koppelt. Der Antrieb kann sowohl ein Elektromotor als auch eine Turbomaschine sein, beispielsweise eine Dampfturbine oder eine Gasturbine.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mehrstufigen Getriebeverdichter anzugeben, der mit geringem Aufwand und hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch einen mehrstufigen Getriebeverdichter der Eingangs genannten Art gelöst, bei dem das Getriebe erfindungsgemäß eine Verdichterantriebswelle mit einer dritten Drehzahl mit den beiden Prozessstufen koppelt, wobei die dritte Drehzahl von den Drehzahlen der beiden Prozessstufen verschieden ist.
  • Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zur Luftverdichtung eine Prozessstufendrehzahl von weit oberhalb 1000 U/min benötigt wird, um ein sehr großes Luftvolumen mit hohem Wirkungsgrad verdichten zu können. Wird als Verdichterantrieb ein Elektromotor verwendet, so müsste dieser – um direkt mit einem der beiden Laufräder starr koppelbar zu sein – ein sehr schnell laufender Elektromotor sein, der beispielsweise über einen Frequenzumrichter verfügt. Ein solcher Elektromotor ist kostspielig.
  • Um einen Standardelektromotor verwenden zu können, ist es daher vorteilhaft, wenn das Getriebe die Drehzahl des Verdichterantriebs, also der Verdichterantriebswelle, auf eine für eine Prozessstufe geeignete Drehzahl wandelt, insbesondere für das der ersten Prozessstufe. Hierdurch kann eine verhältnismäßig niedrige Drehzahl des Verdichterantriebs auf eine höhere zweite Drehzahl der ersten Prozessstufe und auf eine noch höhere dritte Drehzahl der zweiten Prozessstufe übersetzt werden. Es können sowohl der Verdichterantrieb als auch die beiden Prozessstufen mit einer für sie jeweils optimalen Drehzahl betrieben werden, sodass der Getriebeverdichter mit einem einfachen Antrieb, beispielsweise einem einfachen Elektromotor, mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden kann.
  • Der Getriebeverdichter kann ein Luftverdichter oder Prozessgasverdichter sein, wobei Gase jeglicher Art im Folgenden vereinfachend auch als Luft bezeichnet werden. Zweckmäßigerweise ist der Getriebeverdichter ein Turboverdichter. Die Verdichterantriebswelle, auch Anschlusswelle genannt, dient zum Verbinden mit einem Verdichterantrieb, also zum Übertragen der vollständigen von dem Verdichterantrieb in den Getriebeverdichter eingetragenen Antriebsleistung.
  • Eine Prozessstufe kann eine Radialverdichterstufe mit einem Laufrad sein, z. B. in der Bauweise einer Überhangstufe, wie bei Getriebeverdichtern üblich, oder mehreren auf einer Welle hintereinander angeordneten Laufrädern zwischen zwei Wellenlagern. Eine Prozessstufe kann auch eine Axialverdichterstufe sein, die eine oder mehrere auf einer Welle rotierende Axialbeschaufelungsreihen umfasst.
  • Zur Vereinfachung der Begriffe wird im Folgenden sowohl ein Laufrad einer Radialverdichterstufe als auch eine rotierende Beschaufelungsreihe einer Axialverdichterstufe als Schaufelrad bezeichnet. Jede der beiden Prozessstufen ist mit zumindest einem Schaufelrad ausgestattet. Die Drehzahl einer Prozessstufe ist die Drehzahl von deren zumindest einem Schaufelrad. Durch das Getriebe sind die Schaufelräder der beiden Prozessstufen mit unterschiedlicher Drehzahl miteinander gekoppelt.
  • Eine Prozessstufe ist durch einen Einlass, z. B. einen Einlassstutzen, und einen Auslass, z. B. einen Auslassstutzen gekennzeichnet. Sie kann ein oder mehrere Schaufelräder umfassen, wobei zwei Radiallaufräder auf einer gemeinsamen Welle auch zwei Prozessstufen bilden können, wenn sie jeweils eigene Einlässe und Auslässe haben. Eine Prozessstufe kann einen Arbeitsschritt oder eine Arbeitsetappe in einem Arbeitsprozess bewerkstelligen, z. B. der Luftverdichtung. Zwei Prozessstufen können zwei Arbeitsschritte in einem einzigen Arbeitsprozess nacheinander ausführen oder zwei Arbeitsschritte in zwei separaten Arbeitsprozessen. Die beiden Prozessstufen können die gleiche Luft nacheinander auf unterschiedliche Drücke verdichten. Hierzu sind die beiden Prozessstufen zweckmäßigerweise in Form und/oder Größe unterschiedlich ausgeführt. Vorteilhafterweise sind die Prozessstufen und das Getriebe in einem einzigen Verdichtergehäuse angeordnet und sind von diesem umschlossen.
  • Das Verdichtergehäuse umfasst zweckmäßigerweise mehrere voneinander abgeschlossene Druckräume, wobei die erste Prozessstufe, die zweite Prozessstufe und das Getriebe druckdicht voneinander abgegrenzt werden können.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst das Getriebe ein Planetengetriebe. Mit Hilfe eines Planetengetriebes können hohe Kräfte verbunden mit hohen Drehzahlen stabil und langzeitzuverlässig übertragen werden.
  • Eine besonders effektive Anordnung des Planetengetriebes im gesamten Getriebe kann erreicht werden, wenn das Sonnenrad zentral im Getriebe angeordnet ist, also insbesondere zentralsymmetrisch zu den Antriebswellen der beiden Prozessstufen. Besonders vorteilhaft ist eine fluchtende Anordnung der Sonnenradachse mit der Welle der ersten Prozessstufe.
  • Außerdem wird vorgeschlagen, dass die Verdichterantriebswelle über das Planetengetriebe mit den beiden Prozessstufen gekoppelt ist. Die Antriebsenergie beider Prozessstufe kann über ein einziges Planetengetriebe geführt werden, wodurch dieses effizient genutzt wird. Zweckmäßigerweise ist die Verdichterantriebswelle zentriert zum Planetengetriebe geführt, wobei eine fluchtende Anordnung der Verdichterantriebswelle mit der Achse des Sonnenrads vorteilhaft ist.
  • Vorteilhafterweise ist das Sonnenrad gehäusefest gehalten, also fest zum Getriebegehäuse, zum Gehäuse des Getriebeverdichters, zum Gehäuse eines Antriebs, also beispielsweise eines Motorgehäuses, oder fest zu einem anderen zum Gehäuse des Getriebeverdichters stationären Element.
  • Ist die Verdichterantriebswelle starr mit einem Planetenhalter des Planetengetriebes verbunden, so kann eine effiziente Übersetzung vom Antrieb über das Planetengetriebe zu den Prozessstufen erreicht werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Prozessstufe starr mit einem Hohlrad des Planetengetriebes verbunden ist. Durch diese symmetrische Anordnung von erster Prozessstufe zum Planetengetriebe kann eine stabile Übertragung hoher Kräfte auf die Prozessstufe, also auf deren Schaufelrad oder Schaufelräder, erreicht werden.
  • Durch das Planetengetriebe wird zweckmäßigerweise eine Drehzahl der Verdichterantriebswelle auf eine zu dieser unterschiedlichen, insbesondere höhere Drehzahl der ersten Prozessstufe gewandelt. Diese beiden Drehzahlen liegen hierbei zweckmäßigerweise am Planetenträger und am Hohlrad des Planetengetriebes an.
  • Zur Erzeugung der dritten Drehzahl für die zweite Prozessstufe ist es vorteilhaft, wenn das Getriebe zusätzlich zum Planetengetriebe ein Stirnradgetriebe umfasst. Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Welle der zweiten Prozessstufe zweckmäßigerweise die Ritzelwelle eines Ritzels des Stirnradgetriebes ist. Es kann eine einfache und effektive Kraftübertragung durch ein Abrollen der Ritzelwelle beziehungsweise des Ritzels auf dem Hohlrad des Planetengetriebes erreicht werden.
  • Eine effektive Verbindung zwischen dem Planetengetriebe und dem Stirnradgetriebe kann erreicht werden, wenn das Hohlrad des Planetengetriebes starr mit einer Stirnradverzahnung des Stirnradgetriebes verbunden ist. Zweckmäßigerweise ist das Großrad des Stirnradgetriebes hierbei durch das Planetengetriebe gebildet, beziehungsweise durch das Hohlrad des Planetengetriebes.
  • Von der Art des Aufbaus und der Kraftübertragung ist es außerdem vorteilhaft, wenn das Getriebe ein Stirnradgetriebe mit einem Großrad enthält, wobei die erste Prozessstufe symmetrisch zum Großrad angeordnet ist. Hierdurch besteht außerdem die Möglichkeit, die erste Prozessstufe als zentrale Axialverdichterstufe auszuführen.
  • Zur Verdichtung besonders hoher Luftströme, insbesondere in einem Bereich oberhalb von 500.000 m3/h, ist die Verwendung einer Axialverdichterstufe als erste Prozessstufe vorteilhaft. Luft kann durch einen großvolumigen axialen Einlass eingesaugt und in großem Volumen effektiv verdichtet werden. Eine mechanisch besonders belastbare und kompakte Anordnung des Getriebeverdichters kann erreicht werden, wenn die erste Prozessstufe, also z. B. die Beschaufelung der ersten und als Axialverdichterstufe ausgeführten Prozessstufe, starr mit dem Großrad gekoppelt ist.
  • Ist die zweite Prozessstufe eine Radialverdichterstufe, so kann eine effektive Verdichtung auf einen hohen Enddruck erreicht werden.
  • Zur Verdichtung eines hohen Volumenstroms in der zweiten Prozessstufe auf einen hohen Druck ist eine Zwischenkühlung vorteilhaft. Hierzu kann der aus der ersten Prozessstufe austretende Volumenstrom einem Zwischenkühler zugeführt werden, der im Luftstromweg zwischen den beiden Prozessstufen angeordnet ist. Zur effektiven Verdichtung von Luft kann die in der ersten Prozessstufe verdichtete Luft so eine Rückkühlung erfahren, bevor sie in die zweite Prozessstufe eintritt und auf ihren Enddruck verdichtet wird. Hierzu umfasst der Getriebeverdichter zweckmäßigerweise einen Luftausgang von der ersten Prozessstufe aus dem Getriebeverdichter heraus und einen Lufteingang in den Getriebeverdichter herein zur zweiten Prozessstufe, sodass ein Kühler an den Lufteingang und den Luftausgang angeschlossen werden kann. Die in der ersten Prozessstufe verdichtete Luft wird durch den Kühler zur Rückkühlung geführt und gelangt nach der erfolgten Rückkühlung in die zweite Prozessstufe. Es ist auch möglich, den Kühler innerhalb des Verdichtergehäuses anzuordnen.
  • Insbesondere wenn die erste Prozessstufe eine Axialverdichterstufe ist, ist es vorteilhaft, wenn der durch sie verdichtete Volumenstrom auf mehrere zweite Prozessstufen aufgeteilt werden kann, deren Bearbeitungsvolumen kleiner ist. Bei dieser Anordnung können mehrere Radialverdichterstufen als zweite Prozessstufen parallel eingesetzt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der aus der ersten Prozessstufe austretende und bereits vorverdichtete Volumenstrom auf mehrere Volumenströme zum Nachverdichten in mehrere zweiten Prozessstufen aufgeteilt wird.
  • Somit umfasst der Getriebeverdichter vorteilhafterweise mehrere parallel eingesetzte zweite Prozessstufen mit jeweils getrennten Antriebswellen. Jede der zweiten Prozessstufen ist zweckmäßigerweise jeweils eine Radialverdichterstufe mit einem Laufrad in Überhangbauweise. Die zweiten Prozessstufen können symmetrisch um ein Getriebezentrum verteilt werden, sodass eine symmetrische und damit robuste Kraftaufteilung im Getriebe erfolgt.
  • Die beiden Prozessstufen können derart ausgeführt sein, dass die Saugseite der zweiten Prozessstufe mit der Druckseite der ersten Prozessstufe verbunden ist. Hierdurch kann Luft in einem ersten Prozessschritt vorverdichtet und in einem nachfolgenden Prozessschritt nachverdichtet werden. Alternativ ist es denkbar, dass die beiden Prozessstufen in unterschiedlichen Arbeitsprozessen arbeiten, sodass der ersten Prozessstufe andere Luft zugeführt wird als der zweiten Prozessstufe. Auf diese Weise können mit dem Getriebeverdichter unterschiedliche Gase und/oder unterschiedliche Volumina in den beiden Prozessstufen bearbeitet werden.
  • Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichnungen dargestellt ist.
  • Es zeigen:
  • 1 Eine schematische Darstellung eines Getriebeverdichters mit einem Axialverdichter- und einem Radialverdicherteil sowie einem Kühler,
  • 2 eine schematische Darstellung einer Luftführung vom Axialverdicherteil zum Radialverdicherteil und
  • 3 eine schematische Darstellung eines alternativen Getriebeverdichters mit einer koaxialen Führung der Verdichterantriebswelle und einem Sonneradhalter.
  • 1 zeigt einen Getriebeverdichter 2 in einer geschnittenen und schematischen Darstellung. Der Getriebeverdichter 2 umfasst eine erste Prozessstufe 4 in Form einer Axialverdichterstufe bzw. eines Axialverdichters mit einer nur schematisch angedeuteten Axialbeschaufelung 6, die einreihig oder mehrreihig sein kann, also ein oder mehrere auf einer gemeinsamen Welle und starr miteinander verbundene Schaufelräder umfassen kann. Weiter verfügt der Getriebeverdichter 2 über zwei zweite Prozessstufen 8 jeweils in Form einer Radialverdichterstufe bzw. eines Radialverdichters mit jeweils einem nur schematisch angedeuteten Radiallaufrad 10.
  • Die drei Prozessstufen 4, 8 sind über ein Getriebe 12 miteinander verbunden, das ein Planetengetriebe 14 und ein Stirnradgetriebe 16 umfasst. Beide Prozessstufe 4, 8 und das Getriebe 12 sind in einem Verdichtergehäuse 18 angeordnet, dass diese Elemente umschließt. Das Getriebe 12 ist innerhalb des Verdichtergehäuses 18 in einem Getriebegehäuse 20 angeordnet. Das Verdichtergehäuse 18 ist in mehrere druckdicht voneinander abgegrenzte Kammern unterteilt, wobei die erste Prozessstufe 4 und beide zweiten Prozessstufen 8 druckdicht voneinander getrennt sind. Das Getriebe 12 ist in seinem Getriebegehäuse 20 ebenfalls druckdicht von den Prozessstufen 4, 8 getrennt, so dass kein verdichtetes oder unverdichtetes Prozessgas in das Getriebegehäuse 20 gelangt. Ebenfalls möglich ist es, dass das Getriebegehäuse 20 zumindest stückweit außen liegt und so einen Teil des Verdichtergehäuses 18 bildet.
  • Ein Kühler 22 ist außerhalb des Verdichtergehäuses 18 platziert, wobei es ebenso gut möglich ist, den Kühler 22 innerhalb des Verdichtergehäuses 18 unterzubringen. Ebenfalls außerhalb des Verdichtergehäuses 18 ist ein Antrieb 24 zum Antrieb des Getriebeverdichters 2 angeordnet, der ein Elektromotor, eine Dampfturbine, eine Gasturbine oder ein anderer geeigneter Antrieb 24 sein kann.
  • Der Getriebeverdichter dient zum Verdichten von Luft, die durch den Einlass 26 der ersten Prozessstufe 4 eingesaugt, durch die Axialbeschaufelung 6 auf einen ersten Druck von z. B. 3,96 bar verdichtet und dem Kühler 22 zugeführt wird. Der verdichtete Volumenstrom beträgt in diesem Ausführungsbeispiel z. B. 800.000 m3/h. Die durch die Verdichtung erwärmte Luft wird im Kühler 22 heruntergekühlt und verlässt den Kühler 22 mit einem Druck von z. B. 3,87 bar und wird den beiden Radiallaufrädern 10 der zweiten Prozessstufe 8 zugeführt, wie durch Pfeile 28 angedeutet ist. Durch die zweite Prozessstufe 8 werden die beiden Luftströme auf jeweils 8,67 bar nachverdichtet und verlassen den Getriebeverdichter 2 durch entsprechende Auslässe 30. Volumina und Drücke sind durch entsprechende bauliche Abmessungen und Drehzahlen in weiten Bereichen an unterschiedlichste Erfordernisse anpassbar.
  • Die Verteilung der in der ersten Prozessstufe 4 vorverdichteten Luft auf zwei Luftströme in die beiden zweiten Prozessstufen 8 ist in 2 schematisch dargestellt. Die durch die Axialbeschaufelung 6 verdichtete Luft wird radial nach außen in ein Luftverteilungssystem 32 gedrückt, wie durch Pfeile 34 angedeutet ist. Hierbei wird die vorverdichtete Luft zu gleichen Teilen auf zwei Strömungskanäle 36 verteilt, die die Luft jeweils zu einem Kühlelement 38 des Kühlers 22 führen. Hierdurch wird die vorverdichtete Luft von dem einstufigen Axialverdichter auf die beiden Radialverdichters der beiden zweiten Prozessstufen zu gleichen Teilen aufgeteilt.
  • Zum Antrieb der beiden Prozessstufen 4, 8 ist der Verdichterantrieb 24 über eine Verdichterantriebswelle 40 mittelbar (1) oder unmittelbar (3) mit dem Planetengetriebe 14 verbunden. In beiden Darstellungen ist der Getriebeverdichter 2, 42 von oben gezeigt, die beiden Kühlelemente 38 stehen jeweils seitlich oder unterhalb des Getriebes 12.
  • Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Sonnenrad 44 gehäusefest gehalten. Es ist über eine Sonnenradachse 46 fest mit dem Getriebegehäuse 18 verbunden. Der Antrieb des Getriebes 12 erfolgt über die Verdichterantriebswelle 40, die in 1 gestrichelt dargestellt ist und die unterhalb der Sonnenradachse 46 starr mit einem ebenfalls gestrichelt gezeichneten Zahnrad 48 verbunden ist. Das Zahnrad 48 kämmt mit einem darüber liegenden Zahnrad 50, das starr mit dem Planetenträger 52 des Planetengetriebes 14 verbunden ist. Die beiden Zahlräder 48, 50 bilden ein weiteres Stirnradgetriebe, dessen Getriebeverhältnis entsprechend den gegebenen Erfordernissen an den Getriebeverdichter 2 angepasst werden kann.
  • Der Antrieb 24 treibt die Verdichterantriebswelle 40 mit einer Drehzahl von beispielsweise 1.000 U/min an. Diese Drehzahl wird auf 1.500 U/min des Zahnrads 50 und damit des Planetenträgers 52 übersetzt. Der Planetenträger 52 treibt mit seinen Planetenrädern 54 durch das gehäusefest gehaltene Sonnenrad 44 ein Hohlrad 56 an, das mit einer Geschwindigkeit von 3.400 U/min rotiert. Das Hohlrad 56 ist über eine Axialradwelle 58 mit der Axialbeschaufelung 6 verbunden und treibt dies mit einer Drehzahl von 3.400 U/min an.
  • Das Hohlrad 56 ersetzt oder bildet das Großrad 60 des Stirnradgetriebes 16, wobei das Hohlrad 56 mit einer Innenverzahnung für die Planetenräder 54 und mit einer Außenverzahnung für Stirnräder 62 des Stirnradgetriebes 16 versehen sein kann. In einer anderen Ausführungsform ist das Hohlrad 56 auf einen Flansch aufgesetzt, der das Großrad 60 für das Stirnradgetriebe 16 bildet. Das Großrad 60 bzw. der Flansch rotieren mit der gleichen Geschwindigkeit wie das Hohlrad 56. Durch das Stirnradgetriebe 16 werden die beiden Stirnräder 62 mit einer Drehzahl von 9.400 U/min angetrieben. Durch die starre Kopplung der Stirnräder 62 mit den Ritzelwellen 64 der Radiallaufräder 10 mit denen sie starr gekoppelt sind, wird die Drehzahl von 9.400 U/min auf die Radiallaufräder 10 übertragen. Durch diese hohe Drehzahl findet eine leistungsoptimierte Verdichtung der Luft auf den Enddruck statt.
  • In einer anderen Ausführungsform sind zusätzlich zu den beiden zweiten Prozessstufen 8 eine oder mehrere dritte Prozessstufen denkbar. Jede dritte Prozessstufe wird über ein Ritzel bzw. Stirnrad angetrieben, das analog zu den Stirnrädern 62 das Großrad 60 kämmt. Die weiteren Stirnräder können eine andere Zähnezahl aufweisen, als die Stirnräder 62, so dass die dritte Prozessstufe oder die dritten Prozessstufen mit einer unterschiedlichen Drehzahl zu der zweiten Prozessstufe oder den zweiten Prozessstufen antreibbar ist. Auf diese Weise sind drei Prozessstufen erreichbar, die jeweils mit einer eigenen Drehzahl angetrieben werden, wobei jede der drei Drehzahlen unterschiedlich zu den beiden anderen ist.
  • Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sonnenradachse 46 durch das Getriebegehäuse 18 hindurch nach außen geführt. Sie kann durch den Antrieb 24 hindurchgeführt und mit einem stationären Element verbunden sein, so dass es gehäusefest gehalten ist. Die Verdichterantriebswelle 66 ist hierbei als Hohlwelle ausgeführt und verläuft koaxial um die Sonnenradachse 46. Sie überträgt die Antriebsdrehzahl des Antriebs und unmittelbar auf den Planetenträger 52.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Sonnenradachse 46 als Sonnenradwelle eingesetzt wird, die mit dem Antrieb 24 verbunden ist. Sie kann zusätzlich zum Planetenträger 52 angetrieben werden, wobei die Drehzahl der Sonnenradachse 46 verschieden zur Drehzahl der Verdichterantriebswelle 66 ist, wenn eine Übersetzung der Drehzahl auf das Hohlrad 56 erreicht werden soll. Bei gleicher Drehzahl wird auch das Hohlrad 56 mit dieser Drehzahl betrieben. Durch eine gegenläufige Drehrichtung von Sonnenradachse 46 und Verdichterantriebswelle 66 kann die Übersetzung auf das Hohlrad 56 noch vergrößert werden. Zusätzlich kann das zwischen dem Antrieb 24 und dem Getriebeverdichter 42 anliegende Drehmoment verringert werden, im Extremfall sogar gegen Null geführt werden.
  • Weiter denkbar und vorteilhaft ist eine Aufteilung des Antriebs 24 in zwei beispielsweise hintereinander liegende Antriebsteile, wie durch den zusätzlich und gestrichelt dargestellten Antriebsteil 68 angedeutet ist. Ein Antriebsteil 68 ist zur Rotation der Sonnenradachse 46 vorgesehen und der andere Antriebsteil- in diesem Fall bildet der durchgezogen gezeichnete Antrieb 24 den anderen Antriebsteil – zur Rotation der Verdichterantriebswelle 66 und damit des Planetenträgers 52. Beide Antriebsteile 68 sind zweckmäßigerweise zur gegenläufigen Rotation vorbereitet, so dass mit ihnen eine hohe Drehzahlübersetzung mit zweimal der halben Antriebsleistung im Vergleich zum solitären Antrieb 24 erreicht werden kann.
  • Durch die Konstruktion der Verbindung von Planetengetriebe 14 mit Stirnradgetriebe 16 ist die für den Getriebeverdichter 2 vorteilhafte Anordnung von miteinander fluchtender Verdichterantriebswelle 66 und Axialradwelle 58 möglich, also einer koaxialen Anordnung, durch die eine kompakte und leistungsfähige Mechanik entsteht. Außerdem sind die beiden Wellen 58, 66 zentralsymmetrisch im Getriebeverdichter 2 angeordnet. Außerdem sind die beiden Radiallaufräder 10 zentralsymmetrisch um die beiden Wellen 58, 66 angeordnet sind. Ebenfalls möglich sind mehr als zwei Radiallaufräder 10, die zweckmäßigerweise ebenfalls zentralsymmetrisch um die beiden Wellen 58, 66 angeordnet sind.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel können die beiden Stirnräder 62 der Getriebeverdichter 2, 42 eine unterschiedliche Zähnezahl aufweisen, sodass die beiden Radiallaufräder 10 mit unterschiedlicher Drehzahl betrieben werden können. Hierdurch können die beiden Luftteilströme auf einen unterschiedlichen Enddruck verdichtet werden. Durch eine asymmetrische Ausgestaltung der beiden Strömungskanäle 36 kann der Luftstrom zu ungleichen Teilen auf die Radiallaufräder 10 verteilt werden, sodass beispielsweise ein kleinerer Strom auf ein schneller drehendes Radiallaufrad 10 zur höheren Verdichtung gegeben wird.

Claims (12)

  1. Mehrstufiger Getriebeverdichter (2) mit einer ersten Prozessstufe (4), einer zweiten Prozessstufe (8) und einem Getriebe (12), über das die beiden Prozessstufen (4, 8) mit unterschiedlicher Drehzahl miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) eine Verdichterantriebswelle (40, 66) mit einer dritten Drehzahl, die von den Drehzahlen der Prozessstufen (4, 8) unterschiedlich ist, mit den beiden Prozessstufen (4, 8) koppelt.
  2. Getriebeverdichter (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterantriebswelle (40, 66) über ein Planetengetriebe (14) mit den Prozessstufen (4, 8) gekoppelt ist.
  3. Getriebeverdichter (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterantriebswelle (60) zentriert zum Planetengetriebe (14) geführt ist.
  4. Getriebeverdichter (2) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichterantriebswelle (40, 66) mit einem Planetenträger (52) des Planetengetriebes (14) starr verbunden ist.
  5. Getriebeverdichter (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozessstufe (4) starr mit einem Hohlrad (56) des Planetengetriebes (14) verbunden ist.
  6. Getriebeverdichter (2) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlrad (56) des Planetengetriebes (14) starr mit einer Stirnradverzahnung eines Stirnradgetriebes (16) des Getriebes (12) verbunden ist.
  7. Getriebeverdichter (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Prozessstufe (8) starr mit einer Ritzelwelle (64) des Stirnradgetriebes (16) verbunden ist.
  8. Getriebeverdichter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (12) ein Stirnradgetriebe mit einem Großrad (60) enthält, wobei die erste Prozessstufe (4) symmetrisch zum Großrad (60) angeordnet ist.
  9. Getriebeverdichter (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozessstufe (4) starr mit dem Großrad (60) gekoppelt ist.
  10. Getriebeverdichter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Prozessstufe (4) eine Axialverdichterstufe und die zweite Prozessstufe (8) ein Radialverdichterstufe ist.
  11. Getriebeverdichter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere parallel eingesetzte zweite Prozessstufen (8) mit jeweils getrennten Antriebswellen vorhanden sind.
  12. Getriebeverdichter (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite der zweiten Prozessstufe (8) mit der Druckseite der ersten Prozessstufe (4) verbunden ist.
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