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Die Erfindung betrifft ein Getriebe für den Antrieb eines Schleuderprüfstands umfassend ein Getriebegehäuse, in dem ein Übersetzungsgetriebe mit einer vertikalen Ausgangswelle und einer zu dieser koaxialen Eingangswelle angeordnet ist, wobei die Ausgangswelle ein dem Übersetzungsgetriebe zugeordnetes oberes Ende und ein mit einem Prüfling verbindbares, unteres Ende hat,
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Schleuderprüfstände sind Maschinen zur Festigkeitsprüfung an schnell rotierenden Maschinenteilen, wie z. B. Rotoren von Turbinen, Verdichtern, schnelllaufenden Elektromotoren, Kupplungen usw.. Ein Prüfstand dieser Art ist aus
DE 11 25 206 B bekannt. Das Prüfen solcher Rotoren erfolgt mit einer Prüfdrehzahl, wobei diese deutlich über der maximalen Betriebsdrehzahl der Rotoren liegt. Zur Erfüllung der Prüfaufgabe erfordern Schleuderprüfstände daher einen Antrieb für sehr hohe Drehzahlen. Es sind Antriebe bekannt, die zur Erzeugung der hohen Drehzahlen ein Übersetzungsgetriebe verwenden.
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Bei der Prüfung von Rotoren mit Überdrehzahl kommt es in vielen Fällen zum gewollten oder ungewollten Bersten des Prüflings. Bevor es jedoch zur vollständigen Zerlegung des Prüflings aufgrund der Fliehkraftbeanspruchung kommt, verlagern sich meist Massenelemente im rotierenden Prüfling und führen damit zu sehr großen Unwuchten und in der Folge zu großen Schwingungsamplituden der den Prüfling tragenden Antriebswelle. Es besteht daher das Erfordernis, große Schwingungsamplituden zuzulassen. Aufgrund dieses Erfordernisses hat sich bei Schleuderprüfständen eine Bauweise herausgebildet, bei der der Prüfling an einer vergleichsweise dünnen und damit sehr elastischen, vertikal angeordneten Welle, der sogenannten Schleuderwelle hängt. Die Schleuderwelle kann außerdem durch ein spezielles, nachgiebiges Dämpfungslager geführt werden. Aufgrund der Elastizität der Schleuderwelle und der Nachgiebigkeit des Dämpfungslagers kann der Schleuderstand großen Schwingungsamplituden auch bei hohen Drehzahlen standhalten.
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Eine die Dynamik des Prüflings und der Schleuderwelle berücksichtigende Bauweise eines Schleuderprüfstands hat zur Folge, dass die Montage und die Herrichtung des Prüflings für den Schleuderversuch in der Handhabung umständlich ist. Die umständliche Handhabung erweist sich vor allem dann als nachteilig, wenn der Prüfling mit Sensorik für Messungen während der Schleuderprüfung zu bestücken ist, was häufig vorkommt. Solche Messungen können z. B. Temperaturen und Zugspannungen des Prüflings betreffen. Um die Handhabung zu verbessern, kann bei bekannten Antrieben für Schleuderprüfstände die Schleuderwelle herausgenommen und nach der Verbindung mit dem Prüfling wieder in den Antrieb eingeführt werden. Diese Bauweise lässt sich aber nicht immer verwirklichen. Vor allem bei kleinen und sehr schnell rotierenden Antrieben ist das Herausnehmen der Schleuderwelle aus geometrischen Gründen und aus Gründen der Festigkeit nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Getriebe für den Antrieb eines Schleuderprüfstands der angegebenen Art zur Verfügung zu stellen, das sich für einen kleinen und mit sehr hoher Drehzahl rotierenden Antrieb eignet und das zur Erleichterung der Handhabung ein Herausnehmen der mit dem Prüfling kuppelbaren Schleuderwelle aus dem Getriebe gestattet.
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Die genannte Aufgabe wird durch ein Getriebe mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Getriebes sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Das Getriebe nach der Erfindung umfasst ein Getriebegehäuse, in dem ein Übersetzungsgetriebe mit einer vertikalen Ausgangswelle und einer zu dieser koaxialen Eingangswelle angeordnet ist, wobei die Ausgangswelle ein dem Übersetzungsgetriebe zugeordnetes oberes Ende und ein mit einem Prüfling kuppelbares, unteres Ende hat, wobei das Getriebegehäuse ein von diesem im eingebauten Zustand des Getriebes trennbares unteres Gehäuseteil aufweist, in dem die Ausgangswelle in einem Abstand von ihren Enden mittels Lagern axial und radial gelagert ist, und wobei das Übersetzungsgetriebe so ausgebildet ist, dass die Ausgangswelle zusammen mit dem Gehäuseteil und den darin angeordneten Lagern von dem Getriebegehäuse entfernbar ist.
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Bei dem Getriebe nach der Erfindung wird das Herausnehmen der mit dem Prüfling kuppelbaren und die Schleuderwelle bildenden Ausgangswelle durch das Trennen und Entnehmen eines unteren Gehäuseteils ermöglicht, in dem sich ausschließlich die Lager der Ausgangswelle befinden. Das Gehäuseteil ist von unten an das Getriebegehäuse angeflanschte und kann nach Lösen der Flanschverbindung zusammen mit der Ausgangswelle von dem eingebauten Getriebe entfernt werden. Nach Herausnehmen der vom Getriebe getrennten Einheit aus unterem Gehäuseteil und Ausgangswelle aus dem Schleuderprüfstand kann der Prüfling sehr einfach an der Ausgangswelle montiert und hergerichtet werden. Die Ausgangswelle verbleibt hierbei in dem sie lagernden und mit ihr abgenommenen Gehäuseteil und ist dadurch gegen Beschädigung beim Anbringen des Prüflings geschützt. Infolge dieses Schutzes kann der sich an den Prüfling anschließende Wellenabschnitt der Ausgangswelle sehr dünn ausgebildet sein, wie es für eine Schleuderprüfung von sehr kleinen Rotoren mit hohen Prüfdrehzahlen vorteilhaft ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist das Übersetzungsgetriebe ein Planetengetriebe, wobei die Eingangswelle eine Hohlrad trägt, dessen innen liegender Zahnkranz mit in dem Getriebegehäuse gelagerten Planetenrädern in Eingriff ist und wobei ein mit den Planetenrädern zusammenwirkendes Sonnenrad von einem mit Außenverzahnung versehenen oberen Endabschnitt der Ausgangswelle gebildet ist. Diese Ausgestaltung des Übersetzungsgetriebes begünstigt das Herausnehmen der Ausgangswelle aus dem Getriebe und ermöglicht eine bei kleinem Durchmesser einfache und für sehr hohe Drehzahlen geeignete Ausführung der Ausgangswelle.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die aus einem Stück hergestellte Ausgangswelle einen das Sonnenrad bildenden oberen Abschnitt, einen mittleren Abschnitt von gegenüber dem ersten Abschnitt geringerem Durchmesser und einen unteren Abschnitt von gegenüber dem mittleren Abschnitt geringerem Durchmesser auf. Vorzugsweise ist zwischen dem oberen und dem mittleren Abschnitt der Ausgangswelle eine Lagerschulter zur axialen Lagerung der Ausgangswelle gebildet. Diese Gestaltung der Ausgangswelle ist einfach herstellbar und verfügt in ihren verschiedenen Funktionsbereichen über einen jeweils passenden Durchmesser. Während der Durchmesser am Sonnenrad und im Bereich der Lagerung nicht zu klein sein sollte, sorgen die verringerten Durchmesser des mittleren und unteren Abschnitts für die gewünschte Elastizität und für eine Verringerung des Reibmoments.
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Die Lagerung der Ausgangswelle im unteren Gehäuseteil weist vorzugsweise ein den oberen Abschnitt lagerndes Radialgleitlager, ein mit der Lagerschulter zusammenwirkendes Axialgleitlager und ein den mittleren Abschnitt umgebendes Dämpfungslager auf. Die Ausgangswelle ist dabei vorteilhaft so in dem Getriebegehäuse angeordnet, dass nur der untere Abschnitt durch eine mit einer Dichtung versehene Gehäuseöffnung aus dem Getriebegehäuse herausragt. Die Anordnung der Dichtung an dem unteren Abschnitt der Ausgangswelle hat den Vorteil, dass hier die Beanspruchung der Dichtung aufgrund des kleineren Durchmessers am geringsten ist.
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Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung erstreckt sich das aus dem Getriebehäuse herausragende Ende der Ausgangswelle durch eine Fangvorrichtung, die zur Verhinderung zu großer Radialschwingungen der Ausgangswelle bestimmt ist. Die Fangvorrichtung weist vorzugsweise mehrere, um die Ausgangswelle herum angeordnete Wälzlager mit zur Ausgangswelle parallelen Drehachsen auf, wobei die Wälzlager drehbare Außenringe haben, deren Mantelflächen sich in einem Abstand von der Ausgangswelle befinden. Die Fangvorrichtung kann außerdem mit einem breitbandig messenden Sensor zur Überwachung der Schwingungen der Ausgangswelle versehen sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung näher erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Die Zeichnung zeigt einen Querschnitt durch ein für einen Schleuderstand bestimmtes Getriebe.
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Das in der Zeichnung dargestellte Getriebe hat ein fest mit einem Maschinenständer verbindbares Getriebegehäuse 1, das aus einem oberen Gehäuseteil 2, einem mittleren Gehäuseteil 3 und einem unteren Gehäuseteil 4 zusammengesetzt ist. Das obere Gehäuseteil 2 und das untere Gehäuseteil 4 sind jeweils mit einem Flansch 5 bzw. 6 versehen, an dem sie mittels Schrauben fest mit dem mittleren Gehäuseteil 3 verbunden sind. An den Flanschen 5, 6 angeordnete Dichtungen dichten die Verbindungsstellen ab. Das mittlere Gehäuseteil 3 weist einen plattenförmigen Abschnitt 7 auf, der sich über den Flansch 5 hinaus nach außen erstreckt und zur Befestigung des Gehäuses in einem Prüfstand dient.
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Das Getriebehäuse 1 umschließt eine Kammer, in der ein als Planetengetriebe ausgebildetes Übersetzungsgetriebe 8 mit einer Eingangswelle 9 und einer Ausgangswelle 10 angeordnet ist. Die Achsen der Eingangswelle 9 und der Ausgangswelle 10 sind vertikal und koaxial zueinander ausgerichtet. Die Eingangswelle 9 wird von einer Antriebsspindel gebildet, die in einem in das obere Gehäuseteil 2 eingesetzten Spindelgehäuse 11 drehbar gelagert ist. Die Antriebsspindel kann auf verschiedene Weise, entweder direkt oder über ein Getriebe, beispielsweise ein Zugmittelgetriebe, durch einen elektrischen Motor oder eine Turbine angetrieben werden.
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Das getriebeseitige Ende der im Spindelgehäuse 11 gelagerten Eingangswelle 9 trägt ein Hohlrad 12, dessen Nabe 13 drehfest mit der Eingangswelle 9 verbunden und mittels einer Schraube und einer Stufenscheibe axial an einer Schulter der Eingangswelle 9 befestigt ist. Das Hohlrad 12 weist eine zylindrische Hohlradhülse 14 auf, die an ihrem nabenfernen Ende einen auf der Innenseite verzahnten Zahnkranz 15 trägt. Der Zahnkranz 15 ist in Zahneingriff mit drei als Stirnräder ausgebildeten Planetenrädern 16, die in regelmäßigem Abstand voneinander angeordnet sind und im mittleren Gehäuseteil 3 und zur Achse der Eingangswelle 9 parallele Achsen drehbar gelagert sind. In der Zeichnung ist nur eines der Planetenräder 16 zu sehen, alle drei Planetenräder sind jedoch gleich ausgebildet.
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Wie der Zeichnung zu entnehmen, hat das dargestellte Planetenrad 16 beidseitig Lagerzapfen 17, die jeweils in einem Wälzlager 18 bzw. 19 gelagert sind. Das untere Wälzlager 18 befindet sich in einer Aufnahmebohrung im Gehäuseteil 4. Das obere Wälzlager 19 ist in einer Aufnahmebohrung in einem Deckelteil 20 angeordnet, das mittels nicht dargestellter Schrauben und durch Passstifte 21 exakt ausgerichtet an dem Gehäuseteil 3 befestigt ist.
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Das mit den Planetenrädern 16 zusammenwirkende Sonnenrad 22 des Übersetzungsgetriebes 8 wird von dem mit einer Außenverzahnung versehenen oberen Ende der aus einem Stück bestehenden Ausgangswelle 10 gebildet. Dies ermöglicht einen kleinen Durchmesser des Sonnenrads und vermeidet Festigkeitsnachteile einer nicht stoffschlüssigen Verbindung zwischen Sonnenrad und Welle. Die Ausgangswelle 10 weist einen oberen Abschnitt 23 auf, der sich von der Sonnenradverzahnung mit konstantem Durchmesser bis zu einer Lagerschulter 24 erstreckt, an die sich ein mittlerer Abschnitt 25 anschließt, der einen geringeren Durchmesser hat als der Abschnitt 23. Auf den mittleren Abschnitt 25 folgt nach unten an einer Stufe 26 ein unterer Abschnitt 27, der einen kleineren Durchmesser hat als der mittlere Abschnitt 25.
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Der obere Abschnitt 23 der Ausgangswelle 10 befindet sich in einer Bohrung des mittleren Gehäuseteils 3, deren Innendurchmesser erheblich größer ist als der Außendurchmesser des Abschnitts 23. Das Einführen und Herausnehmen der Ausgangswelle 10 aus dem Gehäuseteil 3 ist daher leicht möglich, ohne dass es zu einer Berührung zwischen der Ausgangswelle 10 und dem Gehäuseteil 3 kommt. Das untere Ende des Abschnitts 23 der Ausgangswelle 10 ist radial in einem Radialgleitlager 28 und mit der Lagerschulter 24 axial an einem Axialgleitlager 29 gelagert. Das Axialgleitlager 29 stützt die Ausgangswelle 10 nur nach unten in Schwerkraftrichtung ab. Einer Lagerung in der Gegenrichtung bedarf es aufgrund der vertikalen Anordnung der Welle nicht. Eine zu große Bewegung der Ausgangswelle 10 nach oben wird durch ein Anschlagelement 30 begrenzt, das an dem Deckelteil 20 angebracht ist.
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Die aus Axial- und Radialgleitlagern 28, 29 bestehende Lagerung befindet sich in dem unteren Gehäuseteil 4. Dieses enthält weiterhin unterhalb dieser Lagerung ein Dämpfungslager 32, das den mittleren Abschnitt 25 der Ausgangswelle 10 umgibt und mit diesem zusammenwirkt. Das Dämpfungslager 32 ist in radialer Richtung nachgiebig und hat die Aufgabe, radiale Schwingungen des mittleren Abschnitts 23 der elastischen Ausgangswelle 10 zu dämpfen. Auf diese Weise können relativ große Schwingungsamplituden der Ausgangswelle 10 auch bei hohen Drehzahlen beherrscht werden.
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Das Dämpfungslager 32 befindet sich in einer zylindrischen Kammer des Gehäuseteils 4, die an ihrem unteren, offenen Ende durch einen am Gehäuseteil 4 befestigten Deckel 33 verschlossen ist. Der Deckel 33 hat eine zentrale Öffnung, durch die der untere Abschnitt 27 der Ausgangswelle 10 hindurchgeführt ist. Die Öffnung in dem Deckel 33 ist ausreichend groß, damit der Abschnitt 27 ungehindert schwingen kann.
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Zwischen dem Deckel 33 und dem Dämpfungslager 32 befindet sich in dem Gehäuseteil 4 eine Ringscheibe 34, die eine Vakuumdichtung 35 trägt, die dichtend an dem Abschnitt 27 anliegt. Zusätzliche Dichtringe dichten die Ringscheibe 34 gegenüber dem Deckel 33 und den Deckel 33 gegenüber dem Gehäuseteil 4 ab. Der Innenraum des Getriebegehäuses 1 ist auf diese Weise an dem Austrittsende der Ausgangswelle 10 vakuumdicht verschlossen. Dies ist notwendig, weil in einem Schleuderprüfstand das untere Ende des Getriebegehäuses 1 zum Begrenzen einer Vakuumkammer dienen kann, die den Prüfling während der Schleuderprüfung umgibt.
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Die Zahnräder des Übersetzungsgetriebes 8, seine Lager und die Lager der Ausgangswelle 10 werden mit einem flüssigen Schmiermittel geschmiert, das über eine Zuführleitung 37 im Gehäuseteil 3 zugeführt und über nicht näher dargestellte Verteilungsbohrungen an die einzelnen Schmierstellen innerhalb des Getriebegehäuses 1 gelangt. Überschüssiges Schmiermittel wird über eine Rückführleitung 38 abgeführt.
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An das aus dem Deckel 33 herausragende Ende des unteren Abschnitts 27 der Ausgangswelle 10 kann, wie die Zeichnung zeigt, eine Aufnahme 40 für einen Prüfling 41 mittels einer Wellenkupplung formschlüssig gekuppelt sein. Die Aufnahme 40 hat einen zylindrischen Schaft mit einer das Wellenende aufnehmenden, zentralen Bohrung. Der Schaft der Aufnahme 40 ist von einer Fangvorrichtung 42 umgeben, die an der Unterseite des Deckels 33 befestigt ist. Die Fangvorrichtung 42 enthält drei von Wälzlagern gebildete Fanglager 43, die in regelmäßigem Abstand voneinander und in einem Abstand von dem Schaft der Aufnahme 40 angeordnet sind. Durch die Fanglager 43 können zu große Radialschwingungen der Aufnahme 40 verhindert werden.
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Die Fangvorrichtung 42 enthält weiterhin einen breitbandig messenden Sensor 44 zur Überwachung der Schwingungen der Aufnahme 40 während der Schleuderprüfung eines Prüflings.
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Ein für den Einsatz in einem Schleuderprüfstand sehr vorteilhaftes Merkmal des Getriebes nach der Erfindung besteht darin, dass die Ausgangswelle 10 mit ihrer Lagerung auf einfache Weise aus dem Getriebegehäuse 1 herausgenommen werden kann, obwohl das Getriebe in einen Schleuderprüfstand eingebaut ist und bleibt. Um dies zu ermöglichen, sind die Lager der Ausgangswelle 10, nämlich das Radialgleitlager 28, das Axialgleitlager 29 und das Dämpfungslager 32 und auch die Vakuumdichtung 35 vollständig in dem unteren Gehäuseteil 4 angeordnet und das untere Gehäuseteil 4 ist von unten in das mittlere Gehäuseteil 3 so eingesetzt, dass es nach dem Lösen der Schrauben, die den Flansch 6 mit dem Gehäuseteil 3 verbinden, in Richtung der Achse der Ausgangswelle 10 aus dem Gehäuseteil 3 herausgenommen werden kann.
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Das Gehäuseteil 4 ist mit einer zylindrischen Mantelfläche 46 in einer Aufnahmebohrung 47 im Gehäuseteil 3 geführt und ist dadurch gegen Kippen und Verkanten beim Abnehmen und beim Wiedereinsetzen des Gehäuseteils 3 gesichert. Die Gefahr einer Beschädigung der Ausgangswelle 10 beim Herausnehmen und Wiedereinsetzen in das Getriebe wird auf diese Weise vermieden. Das Einführen der Sonnenradzähne in die Zahnlücken der Planetenräder kann durch abgeschrägte Zahnkanten an der Stirnseite des Sonnenrades 22 erleichtert werden.
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Weiterhin ist das die Ausgangswelle 10 treibende Sonnenrad 22 so ausgebildet und angeordnet, dass es zusammen mit der Ausgangswelle 10 aus dem Getriebe herausgezogen und auch in das Getriebe wieder eingesetzt werden kann. Begünstigt wird dies durch die Bauweise des Übersetzungsgetriebes als Planetengetriebe nach dem bekannten Stöckicht-Prinzip. Hierbei bedarf das Sonnenrad keiner eigenen Lagerung, sondern es ist gewissermaßen schwimmend zwischen den Planetenrädern angeordnet und wird durch diese zentriert. Das Herausnehmen und Einsetzen des Sonnenrades wird daher nicht durch ein zusätzliches Lager behindert. Vorzugsweise ist das Sonnenrad, wie die Zeichnung zeigt, integraler Bestandteil der Ausgangswelle 10. Dies ermöglicht einen kleinen Sonnenraddurchmesser und ein hohes Übersetzungsverhältnis zur Erzielung hoher Drehzahlen der Ausgangswelle.
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Das beschriebene Getriebe zeichnet sich weiterhin durch eine einfache und kompakte Bauweise aus und ermöglicht durch seine günstige Lastverteilung kleine Durchmesser des Sonnenrads und der Ausgangswelle 10. Die schwimmende Anordnung des Sonnenrades und die von ihm gebildete Lagerung des oberen Endes der Ausgangswelle bewirken ein günstiges rotordynamisches Verhalten, das extrem hohe Drehzahlen der Ausgangswelle 10 erlaubt. Durch die in Stufen erfolgende Verringerung des Durchmessers der Ausgangswelle werden bei ausreichender Festigkeit eine für hohe Drehzahlen geeignete Lagerung, ein günstiges Schwingungsverhalten und eine für leichte Prüfkörper erwünschte hohe Elastizität erreicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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