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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stirnradgetriebe mit wenigstens zwei verzahnten Stirnrädern gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Stirnradgetriebe der gattungsgemäßen Art sind beispielsweise aus
WO 2012/028231 A1 ,
WO 2015/177332 A1 ,
WO 2017/207215 A1 und
WO 2017/072211 A1 bekannt. Mit solchen Stirnradgetrieben werden beispielsweise Verdichterstufen in der Petrochemie-, Erdöl- und Gasindustrie, Kältetechnik, Luftzerlegungsanlagen (Air-Separation-Plants), Stahlerzeugung und Geothermie angetrieben. Dabei betrifft die vorliegende Erfindung sowohl Stirnradgetriebe mit nur zwei Wellen, von denen eine zum Beispiel ein Großrad und die andere zum Beispiel ein Ritzel trägt, wie auch Stirnradgetriebe mit drei oder mehr Wellen, von denen insbesondere eine ein Großrad und die anderen jeweils ein Ritzel oder ein Zwischenrad tragen, wobei ein solches Zwischenrad arbeiten kann, um ein weiter entfernt vom Großrad angeordnetes Ritzel anzutreiben. Je mehr Ritzelwellen vorgesehen sind, umso mehr Verdichterstufen oder Verdichter können über das Stirnradgetriebe angetrieben werden, beispielsweise mittels eines einzigen Antriebs oder auch mit mehreren Antrieben.
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Als Antrieb kommt beispielsweise wenigstens ein E-Motor und/oder eine Gasturbine oder Dampfturbine in Betracht. Prinzipiell erfolgt der Antrieb an der Welle des Großrades oder auch eines Zwischenrades, jedoch ist auch ein Antrieb an einer Welle eines Ritzels möglich.
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Zur Reduzierung von Ventilationsverlusten und Strömungsverlusten weisen die Gehäuse von gattungsgemäßen Stirnradgetrieben ein inneres Gehäuse auf, auch Umhüllung genannt, welches die Zahnräder eng umhüllt. Die Umhüllung kann eine vollständige oder eine teilweise sein. Das Innengehäuse beziehungsweise die Umhüllung ist wiederum in einem Außengehäuse gelagert und wird von diesem umschlossen. Je nach Anzahl der Wellen umfassen das Innengehäuse und/oder das Außengehäuse eine oder mehrere horizontale Teilfugen. Es können auch Innengehäuse oder sogar Außengehäuse ohne horizontale Teilfugen vorgesehen sein. Bei Bedarf werden auch vertikale Teilfugen vorgesehen.
WO 91/05965 A1 offenbart ein Stirnradgetriebe mit einem solchen Innengehäuse und einer Kühlmitteleinspritzung im Bereich des Verzahnungseingriffs.
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Die Wellen sind in der Regel im Außengehäuse gelagert. Die Verzahnungen der Stirnräder werden geschmiert und/oder gekühlt, wofür entsprechende Schmierstoff- oder Schmiermitteleinspritzungen vorgesehen sein können.
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Zur Verteilung und Abfuhr von solchem Schmiermittel- und/oder Kühlmittel können Öffnungen im Innengehäuse vorgesehen sein, über die das Schmiermittel- und/oder Kühlmittel in den Raum zwischen der Wand des Inngehäuses und der Wand des Außengehäuses strömt und dann in einen Sumpf im Außengehäuse abläuft. Ein Kühlmittelstrom kann auch über die Oberfläche der Innengehäusewand hinweg oder durch Kanäle innerhalb der Innengehäusewand geleitet werden, um Wärme abzuführen.
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Bei der Lagerung der Wellen im Außengehäuse wurden herkömmliche Axial-Radiallager vorgeschlagen, wobei je Welle eine entsprechende Axial-Radiallager-Kombination vorgesehen ist. Alternativ kann auch für eine Ritzelwelle auf die Axiallagerung im Gehäuse verzichtet werden und stattdessen eine Relativlagerung der Ritzelwelle in der Axialrichtung über eine Abstützung an der Nachbarwelle, insbesondere am Großrad erfolgen. Hierfür werden sogenannte Druckkammlagerungen verwendet. Solche Druckkammlagerungen weisen einen Druckkamm auf, der scheibenförmig ist und radial über das Ritzel hinaussteht und seitlich am Großrad oder ein zusätzlich zum Großrad beziehungsweise am Großrad vorgesehenen Anlaufring anliegt, um Axialkräfte zu übertragen. Der Anlagebereich ist insbesondere geschmiert und kann einen Schmierkeil ausbilden.
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EP 0 592 803 B1 beschreibt ein Stirnradgetriebe für einen Mehrwellenturbokompressor mit mehreren Verdichterstufen, wobei die Wellen in oder an einem Getriebegehäuse gelagert sind, zum Beispiel mit Magnetlagern, an dessen Außenseite sich ein Außengehäuse anschließt, das zusammen mit dem Getriebegehäuse ein Innengehäuse umschließt, welches zusammen mit den im Innengehäuse angeordneten Laufrädern strömungsleitende Kanäle für die Verdichterstufen ausbildet. Zur Axiallagerung der Ritzelwellen weisen diese entweder ein eigenes Axiallager im Verdichtergehäuse auf, wofür besonders ein Magnetlager vorgeschlagen wird, oder es sind Entlastungskolben vorgesehen, die dem Ausgleich von Axialschüben dienen. Zugleich ist die Anordnung der Verdichterstufen bevorzugt derart, dass sich Axialschübe aus den verschiedenen Verdichterstufen wechselseitig aufheben.
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Gemäß einer Ausführungsform wird der verbleibende Axialschub von Druckkämmen über das Großrad vom axialen Drucklager der Großradwelle aufgenommen. Hierbei sind die Druckkämme frei im verhältnismäßig großen Innenraum des Getriebgehäuses auf der entsprechenden Ritzelwelle neben den radialen Magnetlagern positioniert.
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Nachteilig bei den bekannten Ausführungsformen ist, dass diese immer noch eine vergleichsweise große Verlustleistung aufweisen, die maßgeblich durch Ventilation und Lagerverluste sowie Reibungsverluste erzeugt wird. So zeigen die vorgenommenen Maßnahmen, beispielsweise das Vorsehen von Innengehäuse, welche die Verzahnungsteile eng umschließen und die wirkungsgradoptimierende Gestaltung von Lagern, besonders Axiallagern, jeweils für sich genommen Verbesserungen bei der Reduzierung der Verlustleistung. Jedoch führt beispielsweise die genannte Anordnung der Druckkämme an der Ritzelwelle wieder zu einer Verlustleistungserhöhung, welche die im Vergleich zu einzelnen Axiallagerungen der Wellen im Außengehäuse erzielte Verlustleistungsreduzierung zumindest teilweise wieder zunichtemacht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Stirnradgetriebe anzugeben, das in seinem Wirkungsgrad durch Reduzierung von Verlustleistung nochmals optimiert ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch ein Stirnradgetriebe mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte und besonders zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.
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Ein erfindungsgemäßes Stirnradgetriebe weist wenigstens zwei verzahnte, jeweils auf einer Welle angeordnete Stirnräder auf, deren Verzahnungen paarweise miteinander kämmen. Insbesondere sind drei oder mehr Stirnräder mit jeweils einer eigenen Welle vorgesehen.
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Die Stirnräder weisen jeweils einen radial äußeren Umfang (oder Umfangsfläche) auf, in dem die Verzahnung angeordnet ist, sowie zwei voneinander abgewandte Axialseiten. Über dem größten Teil ihres radial äußeren Umfangs und über dem größten Teil ihrer voneinander abgewandten Axialseiten werden die Stirnräder von einem Innengehäuse umschlossen. Dabei umschließt das Innengehäuse die Stirnräder vergleichsweise eng, sodass die Wand des Innengehäuses der Kontur der Stirnräder folgt und in der Radialrichtung sowie bevorzugt auch in der Axialrichtung zwischen der Wand des Innengehäuses und der Außenkontur der Stirnräder ein Spalt verbleibt, der bevorzugt weniger als ein Zehntel, besonders bevorzugt weniger als ein Zwanzigstel des Durchmessers des jeweiligen Stirnrads beträgt.
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Das Innengehäuse wird wiederum von einem separat zu diesem angeordneten Außengehäuse vollumfänglich umschlossen und ist im Außengehäuse gelagert, das bedeutet, das Außengehäuse trägt das Innengehäuse. Auch die Wellen sind im Außengehäuse gelagert. Somit ist das Innengehäuse zwischen der Wellenlagerung und vorteilhaft mit einem Axialabstand zu dieser, bezogen auf die Axialrichtung der Wellendrehachsen, und den Stirnrädern positioniert, wobei auf beiden Axialseiten der Abstand des Innengehäuses von den Stirnrädern in der Axialrichtung in der Regel kleiner als der genannte Axialabstand zu der Wellenlagerung ist.
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Wenigstens ein erstes der Stirnräder ist im Außengehäuse über seine Welle mit einem Axiallager oder Axial-Radiallager gelagert und wenigstens ein zweites der Stirnräder ist über eine Druckkammlagerung in eine oder beide Axialrichtungen seiner Welle gegen das erste der Stirnräder axial abgestützt gelagert. Somit erfolgt die Axiallagerung des zweiten Stirnrads über das erste Stirnrad und es kann auf eine Axiallagerung des zweiten Stirnrads im Gehäuse verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß ist die Druckkammlagerung wenigstens teilweise innerhalb des Innengehäuses positioniert und wird wenigstens teilweise radial außen vom Innengehäuse überdeckt.
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Unter einer Druckkammlagerung wird dabei insbesondere das System aus Druckkamm und Anlaufring verstanden.
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Durch die Erfindung wird der eingangs genannte Nachteil der Druckkammlagerung, nämlich eine Ventilationsleistungserhöhung durch die freie Druckkammlagerung im Außengehäuse vermieden. Erst durch die Erfindung können die wirkungsgradoptimierenden Eigenschaften der Druckkammlagerung voll ausgeschöpft werden, weil durch die wenigstens teilweise Umhüllung die Ventilationsverluste der Druckkammlagerung erheblich reduziert werden und gleichzeitig die vermiedenen Reibungsverluste des im Außengehäuse eingesparten Axiallagers zum Tragen kommen.
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Bevorzugt handelt es sich bei den Stirnrädern wenigstens um ein Großrad und wenigstens ein mit dem Großrad kämmendes Ritzel.
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Gemäß einer Ausführungsform sind ein einziges Großrad und ein einziges Ritzel vorgesehen.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform sind wenigstens zwei Ritzel vorgesehen, die mit dem Großrad kämmen, beispielsweise direkt.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform kämmt wenigstens ein Ritzel direkt mit dem Großrad und wenigstens ein anderes Ritzel kämmt über ein Zwischenrad mit dem Großrad.
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Das wenigstens eine Ritzel kann mit jeweils einer Druckkammlagerung gegen das Großrad axial abgestützt gelagert sein, wobei die Druckkammlagerung einen Druckkamm oder bevorzugt zwei Druckkämme umfasst, der/die auf einer axialen Seite des Ritzels beziehungsweise auf jeweils einer axialen Seite des Ritzels angeordnet ist/sind, in Radialrichtung über das Ritzel hinausragt/hinausragen und sich in Axialrichtung unmittelbar oder mittelbar gegen das Großrad abstützt/abstützen. Bei einer mittelbaren Abstützung ist beispielsweise am Großrad oder neben dem Großrad ein Anlaufring vorgesehen, an dem sich ein Druckkamm abstützt. Der Anlaufring kann insbesondere Teil des Großrades sein, einteilig oder am Großrad angebracht.
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Zwischen dem Anlaufring und dem Druckkamm kann ein im Querschnitt keilförmiger Schmierspalt vorgesehen sein, um eine Art hydrodynamisches Schmierlager, insbesondere Öllager, auszubilden.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine Druckkamm neben dem Ritzel auf der Welle, die das jeweilige Ritzel trägt, gelagert und insbesondere gegen einen Wellenbund der Welle abgestützt. Damit kann eine besonders zuverlässige und exakte axiale Positionierung des Druckkamms erreicht werden. In einer alternativen Ausbildung kann der Druckkamm ach einteilig mit der Ritzelwelle ausgebildet sein.
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Das Innengehäuse deckt den wenigstens einen Druckkamm radial außen bevorzugt über einen Umfang von wenigstens 120° oder wenigstens 180° ab. Hierfür ist eine entsprechende Mantelfläche im Innengehäuse vorgesehen. Zusätzlich oder alternativ überdeckt die Mantelfläche wenigstens die halbe axiale Breite und insbesondere die gesamte axiale Breite des Druckkamms. Die Mantelfläche kann sogar in der Axialrichtung über den Druckkamm hinausstehen, einseitig oder beidseitig.
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Zwischen der Mantelfläche und dem Druckkamm kann in der Radialrichtung bevorzugt ein Spalt vorgesehen sein, der maximal einem Zehntel oder maximal einem Zwanzigstel des Durchmessers des Druckkamms entspricht. Damit können besonders geringe Ventilationsverluste erreicht werden.
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Besonders bevorzugt umschließt das Innengehäuse den wenigstens einen Druckkamm in der Umfangsrichtung vollumfänglich mit der genannten Mantelfläche, um die Verlustleistungen durch Ventilationsverluste maximal zu reduzieren.
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Der Druckkamm oder ein axial neben dem Druckkamm auf der Welle positionierter Schleuderring kann eine radial nach außen vorstehende, über dem Umfang umlaufende Schleuderkante aufweisen, um Schmiermittel und/oder Kühlmittel, das vom Druckkamm oder dem Schleuderring erfasst wird, radial nach außen wegzuschleudern. Daher ist diese Schleuderkante insbesondere axial außerhalb des Innengehäuses positioniert, das bedeutet, dass die Mantelfläche in Axialrichtung nicht bis über die Schleuderkante reicht.
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In der Mantelfläche können einzelne, in der Umfangsrichtung mit Abstand zueinander angeordnete Radialöffnungen vorgesehen sein, um Kühlmedium und/oder Schmiermedium in den Raum außerhalb des Innengehäuses zu leiten. Solche Radialöffnungen sind besonders dann sinnvoll, wenn die Schleuderkante von der Mantelfläche überdeckt wird, können aber auch unabhängig von der Schleuderkante als Ventilationsöffnungen zum Einsatz gelangen oder in einer Ausführungsform, bei der die Schleuderkante nicht in der Radialrichtung vom Innengehäuse beziehungsweise der Mantelfläche überdeckt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird der wenigstens eine Druckkamm nur auf einer axialen Seite vom Innengehäuse überdeckt, insbesondere auf der dem Ritzel zugewandten axialen Seite. Damit kann besonders viel Schmiermittel oder Kühlmittel auf der anderen axialen Seite aus dem Innengehäuse austreten, um Reibungsverluste am Druckkamm zu reduzieren.
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Besonders bevorzugt umschließt das Innengehäuse das wenigstens eine Ritzel mit (jeweils) einer Ritzelmantelfläche, die sich über einen Umfang des Ritzels von wenigstens 120° oder wenigstens 180° und insbesondere über dessen gesamte axiale Breite erstreckt. Die Ritzelmantelfläche kann auf einem kleineren Radius als die den Druckkamm überdeckende Mantelfläche positioniert sein, jeweils bezogen auf eine Wellendrehachse der das Ritzel beziehungsweise den Druckkamm tragenden Welle. Damit können besonders kleine Radialspalte zwischen dem Innengehäuse und dem Ritzel sowie dem Innengehäuse und dem Druckkamm erreicht werden.
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Die Ritzelmantelfläche und die Mantelfläche, die den Druckkamm überdeckt, können über ein Seitenteil des Innengehäuses verbunden sein. Das Seitenteil kann radial zur Wellendrehachse angeordnet sein. Das Seitenteil kann ebenso wie die weiteren Bereiche des Innengehäuses aus Blech hergestellt sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird das Großrad axial seitlich von einem Großradseitenteil überdeckt, das einteilig mit einem sich radial zur Wellendrehachse erstreckenden Steg auf der Mantelfläche und/oder einteilig mit dem Seitenteil ausgeführt ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Seitenteil getrennt von einem Großradseitenteil, das das Großrad axial seitlich überdeckt, im Außengehäuse gelagert.
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Zur Ölabfuhr aus dem Innengehäuse kann das Seitenteil und/oder das Großradseitenteil Axialöffnungen, sogenannte Ventilationsöffnungen, aufweisen, wobei in der Regel ein Ölluftgemisch über die Ventilationsöffnungen austritt. Dies gilt entsprechend, wenn ein anderes Mittel als Öl zur Schmierung und/oder Kühlung der Verzahnungsbereiche verwendet wird.
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Um eine besondere Förderwirkung für zum Druckkamm geleitetes Schmiermittel und/oder Kühlmittel zu erreichen, kann der wenigstens eine Druckkamm und/oder der Schleuderring radial und/oder spiralförmig angeordnete Nuten und/oder Vorsprünge zum Erzeugen einer Pumpwirkung auf ein auftreffendes Fluid aufweisen.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf der Mantelfläche und/oder anderen Oberflächenbereichen des Innengehäuses, insbesondere auf der Ritzelmantelfläche, dem Seitenteil und/oder dem Großradseitenteil, wenigstens ein Kühlmittelleitelement und/oder wenigstens ein Kühlmittelkanal, der insbesondere über seinem Umfang geschlossen ist, vorgesehen. Damit kann eine besonders gezielte Kühlung einzelner Bereiche des Innengehäuses und entsprechend der im Innengehäuse angeordneten Bauteile und Bereiche, insbesondere der Zahneingriffsbereiche, erreicht werden.
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Zusätzlich oder alternativ können auch die Mantelfläche und/oder andere Oberflächenbereiche des Innengehäuses, insbesondere die Ritzelmantelfläche, das Seitenteil und/oder das Großradseitenteil, mit einem Kühlmittel besprüht und/oder benetzt werden. Beispielsweise kann hierfür wenigstens eine Düse vorgesehen sein, aus der das Kühlmittel gesprüht wird.
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Auch das Einspritzen von Kühlmittel und/oder Schmiermittel in die Zahneingriffsbereiche kann beispielsweise mit entsprechenden im oder am Innengehäuse vorgesehenen Düsen, insbesondere Flachstrahldüsen, vorgesehen sein, wobei für die Schmiermittel- und/oder Kühlmittelversorgung der Düsen bevorzugt Kanäle im Innengehäuse vorgesehen sind, insbesondere innerhalb der Innengehäusewand.
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Bevorzugt weist die Welle des Großrads wenigstens ein Radiallager und wenigstens ein Axiallager auf, insbesondere ein Radiallager und ein Axial-Radiallager. Mit diesen Lagern ist die Welle des Großrads im Außengehäuse gelagert. Das wenigstens eine Ritzel hingegen ist bevorzugt ausschließlich mit einem oder mehreren Radiallagern im Außengehäuse gelagert.
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Im Außengehäuse ist vorteilhaft ein Ölsumpf oder allgemein Schmiermittelsumpf vorgesehen, der aus den Lagern und/oder aus dem Innengehäuse austretendes Öl oder Schmiermittel aufnimmt. Das Innengehäuse ist bevorzugt frei von einem solchen Ölsumpf oder Schmiermittelsumpf.
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Jede Welle eines Ritzels kann vorteilhaft ein oder zwei Verdichterlaufräder aufnehmen, um einen mehrstufigen Verdichter auszubilden. Insbesondere kommen bis zu fünf Ritzelwellen und 10 Verdichterstufen in Betracht.
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Stirnraddurchmesser von mehr als einem Meter, beim Großrad gegebenenfalls von mehr als drei Meter sind möglich.
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Übersetzungsverhältnisse zwischen dem Großrad und den Ritzeln von mehr als 10 oder mehr als 20, beispielsweise 24, kommen in Betracht.
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Die Stirnräder können geradverzahnt oder schrägverzahnt oder mit Pfeilverzahnung ausgebildet sein. Die Stirnräder können, insbesondere bei schräger Verzahnung mit Kühlrille in der Umfangsrichtung in der Verzahnung ausgebildet sein.
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Außerhalb einer Teilfuge gelagerte Wellen können als Steckwellen ausgeführt sein.
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Das Stirnradgetriebe weist insbesondere nicht die Funktion einer Zahnradpumpe auf und dementsprechend kann das Stirnradgetriebe frei von einem Druckanschluss sein, an welchem durch die Zahnräder druckbeaufschlagtes und/oder gefördertes Druckmedium, insbesondere Öl anliegt.
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Die Stirnräder können vollständig oberhalb eines Ölsumpfes im Außengehäuse angeordnet sein, demnach nicht in den Ölsumpf eintauchen oder allgemein frei von einem Eintauchen in einen Flüssigkeitsvorrat sein. Stattdessen kann insbesondere Schmiermedium von oben oder seitlich auf die Stirnräder gespritzt oder geleitet werden.
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Auch eine Ausführungsform ohne Ölsumpf im Außengehäuse ist möglich.
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Folgende Merkmale und Maßnahmen können ebenfalls zur Wirkungsgradverbesserung und zur Leistungsverbesserung eines erfindungsgemäßen Stirnradgetriebes beitragen, einzeln oder in Kombination, sind jedoch nicht zwingend:
- An jeder Ritzelwelle ist die direkte Montage von bis zu zwei Laufrädern eines Verdichters oder dergleichen möglich. Die Laufräder können beispielsweise direkt mit einer Kegelverbindung, einem Flansch oder einer Hirth-Verbindung an der Ritzelwelle montiert sein. Die Laufräder sind dabei außerhalb des Außengehäuses angeordnet, jedoch können Teile der entsprechenden Strömungsmaschine in das Außengehäuse integriert werden, beispielsweise ein Spiralgehäuse für das Laufrad.
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An einem freien Wellenende kann auch eine zusätzliche Pumpe zur Schmierölversorgung angeordnet sein, insbesondere auch über eine zusätzliche Getriebestufe zur Anpassung der Pumpendrehzahl.
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Es sind auch weitere Ausgestaltungen möglich, welche über ein zusätzliches freies Wellenende auf der Großradwelle, einer Ritzelwelle oder einer Zwischenwelle verfügen, das heißt ein Ende ohne Verdichterlaufrad, wobei an diesem freien Wellenende weitere Antriebsmaschinen, Getriebe oder Arbeitsmaschinen angeordnet oder angekoppelt sein können.
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Die Lagerung der Wellen kann bevorzugt über Gleitlager erfolgen, zum Beispiel Festsegmentlager oder Kippsegmentlager, welche zumindest teilweise auch als hydrostatische Lager ausgeführt sein können.
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Beim erfindungsgemäßen Stirnradgetriebe können insbesondere sehr hohe Umfangsgeschwindigkeiten der Getriebeverzahnungen von bis zu 200 m/s oder mehr erreicht werden. Durch ausreichende Kühlung kann die Verzahnungstemperatur auf maximal 125° C eingestellt werden.
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Für Wartungsarbeiten bleibt bei einem Innengehäuse mit horizontaler Teilfuge bevorzugt der untere Teil des Innengehäuses im Außengehäuse, das heißt nur der obere Teil des Innengehäuses wird abgehoben. Eine Inspektionsmöglichkeit im eingebauten Zustand wird vorteilhaft ferner vorgesehen, beispielsweise durch Öffnungen im Innengehäuse im Bereich der Verzahnungseingriffe.
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Die Stirnräder sind bevorzugt fast vollständig vom Innengehäuse umschlossen, insbesondere über wenigstens annähernd 360° (z. B. wenigstens 330° oder wenigstens 340° oder wenigstens 350°), und nur im Bereich von jeweils zwei kämmenden Stirnrädern sind Öffnungen für Inspektionen vorgesehen. Ebenso sind die Druckkämme über ihrem radial äußeren Umfang vorteilhaft zumindest fast vollständig (z. B. wenigstens 330° oder wenigstens 340° oder wenigstens 350°) oder über 360° eingehaust mit der genannten Mantelfläche und ggf. dem Seitenteil.
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Auf der Innengehäusemantelfläche des Großrads (Großradmantelfläche) ist bevorzugt wenigstens ein Kühlkanal aufgesetzt. Auch die Ritzelmantelflächen der Ritzel können bevorzugt mit wenigstens einem Kühlkanal ausgestattet sein. Solche Kühlkanäle umschließen die Verzahnungen insbesondere um weniger als 360° und enden im Bereich des Verzahnungseingriffs.
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Kühlkanäle können auch segmentiert ausgeführt sein. Somit können sich mehrere einzelne Kanäle für ein Stirnrad ergeben, die bevorzugt in Umfangsrichtung hintereinander angeordnet sind und kühlmittelleitend miteinander verbunden sind.
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Das Innengehäuse ist bevorzugt als Schweißkonstruktion ausgeführt. Zur besseren Positionierung während der Fertigung können die Blechteile bevorzugt über ein Nut-Feder-System positioniert und zueinander ausgerichtet werden. Hierdurch lässt sich eine aufwändige, nachgelagerte mechanische Bearbeitung, besonders im Bereich der Verzahnungsteile, vermeiden, da eine Formabweichung minimiert wird und exakt innerhalb der spezifizierten Konstruktionstoleranzen verbleibt.
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Der Abstand zwischen den rotierenden Teilen und dem Inngehäuse und/oder Außengehäuse (Verzahnung, Wellen und/oder Druckkamm) kann auf 1 bis 10 mm begrenzt werden.
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Die Kühlkanalsegmente können durch Verbindungen innerhalb der Teilfuge des Innengehäuses miteinander verbunden werden, wodurch ein Kühlmittelstrom, insbesondere Kühlölstrom, an der Teilfuge von einem Gehäuseteil in das andere Gehäuseteil übergeben werden kann.
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Die Einhausung der Druckkämme, insbesondere die Mantelfläche, die den jeweiligen Druckkamm umschließt, kann zusätzlich einen oder mehrere Kühlkanäle aufweisen, die bevorzugt von außen aufgesetzt werden. Diese erstrecken sich bevorzugt bogenförmig um weniger als 360° entlang des Druckkammaußendurchmessers.
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Innerhalb des Innengehäuses und/oder in den Kühlkanälen, insbesondere im Bereich der Mantelfläche und/oder Ritzelmantelfläche und/oder Großradmantelfläche, können Temperatursensoren angeordnet werden, um eine besonders bedarfsgerechte Regelung der Kühlmittelmenge zu ermöglichen. Ferner können auch für andere Sensoren Aussparungen und/oder Befestigungsmöglichkeiten besonders am Innengehäuse vorgesehen sein, zum Beispiel zur Erfassung einer Drehzahl, von Schwingungen, einer Beschleunigung, des Druckes oder zur Anordnung eines Drehgebers (Keyphasor).
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Überschüssiges Schmiermittel und/oder Kühlmittel insbesondere im Bereich der Druckkammlagerung am Großrad beziehungsweise neben der Verzahnung des Großrades kann in radialer Richtung durch Ventilationsschlitze im Innengehäuse abgeführt werden. Auch in axialer Richtung können besonders im Bereich des Kopfkreises bis Fußkreises der Verzahnungsteile zusätzliche axiale Ventilationsschlitze im Innengehäuse vorgesehen sein.
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Die Schmierung der Verzahnungen kann direkt aus den Kühlkanälen, insbesondere über Flachstrahldüsen, oder über Schmierölbohrungen erfolgen.
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Die Schmierung der Verzahnung kann auch über getrennt von den Kühlkanälen ausgeführte Kanäle und/oder Rohrleitungen erfolgen.
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Das Schmiermittel, insbesondere Öl, und das Kühlmittel, insbesondere ebenfalls Öl, können aus einem gemeinsamen Ölsystem oder aus getrennten Ölsystemen bezogen werden.
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Bei der Verwendung von Flachstrahldüsen werden vorteilhaft Düsen mit abgeflachten Seitenflächen verwendet. Hierdurch kann die Kontur in den Blechteilen des Innengehäuses bereits vorgefertigt werden. Während dem folgenden Schweißprozess bei der Montage des Innengehäuses ist damit keine aufwändige Positionierung und/oder Verdrehsicherung nötig. Andere nicht rotationssymmetrische Geometrien sind ebenfalls einsetzbar.
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Das Einspritzen des Schmiermittels und/oder Kühlmittels für die Verzahnung kann in den Eingriff und/oder den Ausgriff erfolgen. Bei einer Einspritzung sowohl in den Eingriff als auch in den Ausgriff können gleiche Schmiermittel- und/oder Kühlmittelmengen oder verschiedene Schmiermittel- und/oder Kühlmittelmengen vorgesehen sein. Damit kann eine optimale Schmierfilmdicke erreicht werden.
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Die Montage eines Innengehäuseunterteils erfolgt bevorzugt über Laschen in der primären Teilfuge des Außengehäuses, bevorzugt über Laschen, welche in der Höhe einstellbar sind, beispielsweise mittels Einstellschrauben und/oder Einstellblechen, Shims. Um die notwendige Bearbeitung an der Außengehäuseteilfuge zu minimieren oder um im Retrofit-Fall ein neues Innengehäuse montieren zu können, sind die Laschen bevorzugt gekröpft ausgeführt, um eine gemeinsame Montage mit der Außengehäuseteilfuge zu ermöglichen.
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Ein Innengehäuseoberteil wird bevorzugt mit einem Innengehäuseunterteil verschraubt.
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Eine Einhausung für weitere Stirnräder, welche sich nicht auf der Höhe der primären Außengehäuseteilfuge befinden, kann über ein zweites Innengehäuse erfolgen, das bevorzugt in einer zweiten Außengehäuseteilfuge befestigt ist oder über eine zweite Teilfuge mit dem ersten Innengehäuse verschraubt ist.
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Bevorzugt kann die Position des Unterteils des Innengehäuses, das in der primären Teilfuge des Außengehäuses gelagert ist, in der Axialrichtung eingestellt werden, beispielsweise mittels einer Verzahnung, mit Keilen und/oder mit Verstellschrauben.
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Seitenwände des Innengehäuses können im Bereich der Öffnungen für die Wellen eine ringförmige Abschöpfkante aufweisen, welche aus den Öffnungen austretendes Schmiermittel, insbesondere Öl aus den Gleitlagern, oder aus den Ventilationsschlitzen des Innengehäuses austretendes Medium vor ungewollter Rückführung durch die Sogwirkung der Verzahnungsteile abschirmt.
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Die Seitenwände des Innengehäuses können weitere Versteifungsbleche, welche gleichzeitig eine Ablenkung des im Raum zwischen Außengehäuse und Innengehäuse entstehenden Spritzöls bewirken, aufweisen.
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Wenn zur Abfuhr von Wärme Kühlkanäle am Innengehäuse vorgesehen sind, können strömungsgeschwindigkeitserhöhende Einrichtungen integriert werden, die zu einer bevorzugt turbulenten Strömung des Kühlmittels im Kühlkanal, bevorzugt Öl, führt. Hierfür sind beispielsweise Einbauten im Kühlkanal möglich, welche zum einen die vom Kühlmittel überströmte Oberfläche des Kühlkanals vergrößern und zum anderen die Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels im Kanal temporär erhöhen. Beispielsweise können eingebaute Bleche und/oder querschnittsbeschränkende Bohrungen vorgesehen sein, und/oder auch eingelegte wabenförmige Strukturen und/oder Materialien zur Verbesserung des Wärmeübergangskoeffizienten, zum Beispiel aus Kupfer, Aluminium, Kupferlegierungen oder Aluminiumlegierungen.
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Der Ein- und/oder Austritt des Kühlmittels in die Kühlkanäle kann drehrichtungsabhängig gewählt werden, um eine optimale Kühlwirkung zu erreichen. Auch kann das aus dem Innengehäuse austretende Kühlmittel über die Oberfläche des Innengehäuses ohne aufgesetzte Kühlkanäle oder Kühlkanäle einzelner Stirnräder geleitet werden, um eine zusätzliche Wärmeabfuhr zu erzeugen. Hierfür sind dann besondere Kühlmittelleitelemente auf der Oberfläche des Innengehäuses sinnvoll, um das Kühlmittel gezielt zu leiten.
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Wenn Kühlkanäle auf dem Innengehäuse vorgesehen sind, so kann ein gemeinsamer Kanal vorgesehen sein, der sich über eine Ritzelverzahnung und dem oder den seitlich daneben angeordneten Druckkämmen erstreckt, demnach auf der Ritzelmantelfläche und den Mantelflächen für die Druckkämme. Alternativ sind die Kühlkanäle auf den Mantelflächen des Innengehäuses für die Druckkämme und der Ritzelmantelfläche durch Wände voneinander getrennt.
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In der Teilfuge des Innengehäuses können Öffnungen, Rohrleitungen und/oder Schläuche vorgesehen sein, die eine strömungsleitende Verbindung zwischen wenigstens einem Kühlkanal im oberen Gehäuseteil und wenigstens einem Kühlkanal im unteren Gehäuseteil des Innengehäuses herstellen.
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Wenn mehrere Kühlkanäle in Axialrichtung nebeneinander vorgesehen sind, so können diese vollständig voneinander getrennt sein. Alternativ sind Durchbrüche in axialer Richtung vorgesehen, welche die Kanäle miteinander verbinden.
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Kühlkanäle für einen Druckkamm und die Verzahnung können auch hinsichtlich der Kühlmittelströmung vollständig getrennt voneinander ausgeführt sein, sodass die einzelnen Ströme unabhängig voneinander eingestellt werden können.
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Kühlkanäle für das Großrad oder eines Zwischenrades können getrennt von Kühlkanälen der Ritzel vorgesehen sein oder mit diesen verbunden werden.
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Besonders im Bereich des Druckkamms und/oder einer Ritzelverzahnung kann eine Trennung von Kühlmittel und Schmiermittel entfallen und dieser Bereich kann mit Schmiermittel gekühlt werden.
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In den Kanälen können zusätzliche Einbauten zur Erhöhung der Steifigkeit und der genannten Erzielung von turbulenten Strömungen vorgesehen sein.
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Die Strömung in den Kühlkanälen kann am Eintritt und/oder am Austritt gedrosselt werden. Die Abfuhr des Kühlmediums erfolgt idealerweise in einen Ölsumpf im Außengehäuse oder in eine Ölauffangwanne.
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Bei einer Ausführungsform mit geschlossenen Kühlkanälen ist es nicht erforderlich, dass das Kühlmittel und das Schmiermittel identisch beziehungsweise mischbar sind. Bei einer solchen Ausführungsform kann das Kühlmittel geschlossen in die Kühlmittelkanäle ein- und ausgeleitet werden. Als Kühlmittel wären neben Öl zum Beispiel auch Wasser, Glykol oder andere flüssige oder gasförmige Stoffe möglich.
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Vorteilhaft bei der Verwendung von getrenntem Kühl- und Schmiermittelkreisläufen ist die Verwendung unterschiedlicher Reinheitsklassen des Mittels, beispielsweise des Öls. So braucht das Kühlmittel nicht ständig gefiltert werden, was sich positiv auf das Filtersystem, insbesondere Ölfiltersystem, hinsichtlich der notwendigen Dimensionierung auswirkt.
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Auch kann bei der Verwendung von getrennten Schmiermittel- und Kühlmittelkreisläufen die Ausführung mit unterschiedlichen Temperaturniveaus der beiden Medien vorteilhaft bezogen auf den Wärmeaustausch beziehungsweise das Schmierverhalten der Medien sein.
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Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren exemplarisch beschrieben werden.
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Es zeigen:
- 1a-1d schematische Darstellungen von erfindungsgemäß ausgeführten Stirnradgetrieben;
- 2 eine Prinzipdarstellung einer Druckkammlagerung bei einem erfindungsgemäßen Stirnradgetriebe;
- 3 eine Draufsicht schräg von oben auf ein erfindungsgemäß ausgeführtes Stirnradgetriebe in teilweiser Schnittansicht;
- 4 eine Ansicht eines erfindungsgemäß ausgeführten Innengehäuses eines Stirnradgetriebes;
- 5 eine mögliche verstellbare Lagerung des Innengehäuses im Außengehäuse;
- 6 schematisch mögliche Inspektionsöffnungen im Innengehäuse;
- 7 eine weitere mögliche Gestaltung eines Innengehäuses mit darin positionierten Elementen gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 8 einen Axialschnitt durch eine Ritzelwelle aus der 7;
- 9 eine Draufsicht auf das Innengehäuse aus der 7 im Bereich der Ritzelwelle;
- 10 eine mögliche Kühlung der Ritzelwelle;
- 11 einen Axialschnitt durch eine Ritzelwelle mit der möglichen Anordnung von Kühlkanälen am Innengehäuse;
- 12 einen schematischen Radialschnitt durch das Innengehäuse bei der Gestaltung gemäß der 11;
- 13 eine weitere mögliche erfindungsgemäße Ausführungsform mit einer Draufsicht auf den Bereich der Ritzelwelle;
- 14 einen Axialschnitt durch die Ritzelwelle gemäß der 13;
- 15 eine weitere mögliche erfindungsgemäße Ausführungsform;
- 16 eine Draufsicht auf das Innengehäuse im Bereich der Ritzelwelle gemäß der 15;
- 17 einen schematischen Axialschnitt durch die Ritzelwelle aus der 16.
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Die in den 1a bis 1b gezeigten Stirnradgetriebe unterscheiden sich durch die Anordnung von Laufrädern beziehungsweise Pumpen und die Anzahl der Stirnräder sowie die entsprechende Anzahl der Wellen. Diese Ausführungsbeispiele sind nicht abschließend und weitere Anordnungen sind möglich.
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Gemäß der 1a umfasst das Stirnradgetriebe drei Stirnräder 1, 2, 3, wobei das Stirnrad 1 als Großrad 10 ausgeführt ist und die Stirnräder 2, 3 jeweils als Ritzel 11 ausgeführt sind. Die Ritzel 11 sind bezogen auf das Großrad 10 diametral zueinander angeordnet und kämmen mit dem Großrad 10. Insbesondere sind alle Wellen 5 der Stirnräder 1, 2, 3 in einer gemeinsamen Teilfuge des Außengehäuses 7 gelagert.
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Auf der Welle 5 des Stirnrads 2 sind zwei Laufräder 26 eines Verdichters positioniert, die Welle 5 des Stirnrads 3 wird von einem externen Antrieb 27 angetrieben. Somit folgt der Antriebsleistungsfluss vom Antrieb 27 über das Stirnrad 3 auf das Stirnrad 1, anschließend zum Stirnrad 2 und zu den Laufrädern 26.
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Die Stirnräder 1, 2, 3 sind gemeinsam in einem Innengehäuse 6 positioniert und werden von diesem eng umschlossen. Das Innengehäuse 6 ist innerhalb eines Außengehäuses 7 angeordnet und wird von diesem getragen.
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Die Wellen 5 sind im Außengehäuse 7 gelagert. Insbesondere ist die Welle 5 des Stirnrads 1 mit einem schematisch dargestellten Radiallager 17 und einem Axial-Radiallager 8 im Außengehäuse 7 gelagert, wohingegen die Welle 5 des Stirnrads 2 frei von Axiallagern ist und nur über Radiallager 17 im Außengehäuse 7 gelagert ist. Axialkräfte, die auf das Stirnrad 2 wirken, werden über eine Druckkammlagerung 9 mit zwei Druckkämmen 9.1, die sich in der Axialrichtung beidseitig am Stirnrad 1 abstützen, auf das Stirnrad 1 übertragen und von dessen im Außengehäuse 7 axial gelagerter Welle über das Axial-Radiallager 8 auf das Außengehäuse 7 abgeführt.
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Das Stirnrad 3 kann eine Axiallagerung im Außengehäuse 7 neben einer Radiallagerung aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform können Axialkräfte jedoch zusätzlich oder alternativ vom Antrieb 27 aufgenommen werden.
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Die Druckkammlagerung 9, hier mit den beiden Druckkämmen 9.1, innerhalb des Innengehäuses 6 angeordnet und wird ebenfalls vom Innengehäuse 6 eng umschlossen.
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Die Ausgestaltung gemäß der 1 b entspricht jener der 1 a mit dem Unterschied, dass der Antrieb 27 auf der Welle 5 des Großrads 10 vorgesehen ist und das Stirnrad 2 über seine Welle 5 zwei Laufräder 26 des Verdichters oder mehrerer Verdichter antreibt. Ferner ist auf der Welle 5 des Großrads 10 eine Pumpe 28, insbesondere Schmiermittelpumpe und/oder Kühlmittelpumpe, angeordnet.
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Im Unterschied zur 1a steht das Stirnrad 3 nicht in unmittelbarer Triebverbindung mit dem Stirnrad 1, sondern es ist ein viertes Stirnrad 4 vorgesehen, das als Zwischenrad 29 ausgeführt ist und mit dem Stirnrad 1 und dem Stirnrad 3 kämmt. Dies ist jedoch nicht zwingend, wie zum Beispiel aus der 1c ersichtlich ist.
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Zur Ableitung von Axialkräften ist bei der in der 1 b gezeigten Ausführungsform auch das Stirnrad 3 über eine Druckkammlagerung 9 mit zwei Druckkämmen 9.1 in der Axialrichtung auf dem benachbarten Stirnrad 4 gelagert, hier dem Zwischenrad 29, über welches das Stirnrad 3, das als Ritzel 11 ausgeführt ist, vom Stirnrad 1, das als Großrad 10 ausgeführt ist, angetrieben wird. Alternativ könnte das Stirnrad 3 wiederum unmittelbar mit dem Stirnrad 1 kämmen und sich über die Druckkammlagerung 9 am Stirnrad 1 abstützten, siehe die 1c.
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Das Stirnrad 4 weist ebenfalls eine Welle 5 auf, die bevorzugt über Radiallager und Axiallager beziehungsweise ein Radiallager und ein Axial-Radiallager im Außengehäuse 7 gelagert ist (nicht dargestellt). Die Ritzel 11 hingegen können wiederum frei von Axiallagerungen im Außengehäuse 7 sein.
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Das Innengehäuse 6 umschließt alle Stirnräder 1, 2, 3, 4 und die beiden Druckkammlagerungen 9.
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Die Ausgestaltung gemäß der 1 c entspricht jener der 1 b, nur das hier auf das Zwischenrad 29 verzichtet wird und, wie dargelegt, das Stirnrad 3 über die Druckkammlagerung 9 am Stirnrad 1 abgestützt ist. Im Übrigen wird auf die Beschreibung zur 1b verwiesen.
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Bei der Ausführungsform gemäß der 1d sind nur zwei Stirnräder 1, 2 vorgesehen, von denen das Stirnrad 1 als Großrad 10 ausgeführt ist und das Stirnrad 2 als Ritzel 11 ausgeführt ist. Das Großrad 10 wird vom Antrieb 27 über die Welle 5 angetrieben und treibt das Ritzel 11 und über dessen Welle 5 das Laufrad 26 an. Das Ritzel 11 ist über die Druckkammlagerung 9 mit den beiden Druckkämmen 9.1 axial gelagert und kommt ohne Axiallagerung im Außengehäuse 7 aus. Die Welle 5 des Großrads 10 ist im Außengehäuse 7 axial gelagert und radial gelagert. Das Innengehäuse 6 umschließt die beiden Stirnräder 1, 2 und die Druckkammlagerung 9.
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In der 2 ist nochmals eine Ausführungsform mit zwei Stirnrädern 1, 2 gezeigt, ausgeführt als Großrad 10 und Ritzel 11. Die Verzahnung der beiden miteinander kämmenden Stirnräder 1, 2 ist insbesondere als Schrägverzahnung ausgeführt. Dies kann auch bei den anderen hier dargestellten Ausführungsformen vorgesehen sein.
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Das Ritzel 11 beziehungsweise dessen Welle 5 ist über eine Druckkammlagerung 9 mit den beiden Druckkämmen 9.1 axial gelagert und leitet Kräfte, die in der Axialrichtung auf die Welle 5 des Ritzels 11 übertragen werden, siehe den Pfeil, über das Großrad 10 und dessen Welle 5 auf das Außengehäuse 7 ab. Hierfür ist ein Axiallager oder Axial-Radiallager der Welle 5 des Stirnrads 1 im Außengehäuse 7 vorgesehen. Die Welle 5 des Ritzels 11 hingegen kann im Außengehäuse 7 ausschließlich radial gelagert sein.
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Die beiden Stirnräder 1, 2 und die Druckkammlagerung 9 mit den Druckkämmen 9.1 werden vom Innengehäuse 6 eng umschlossen.
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In der 3 ist ein erfindungsgemäß ausgeführtes Stirnradgetriebe gezeigt, umfassend drei Wellen 5, von denen die mittlere das Großrad 10 trägt und die beiden äußeren, welche die mittlere Welle 5 zwischen sich einschließen, jeweils ein Ritzel tragen, das in der Darstellung nicht ersichtlich ist, weil es innerhalb des Innengehäuses 6 angeordnet ist. Die Ausschnitte im Außengehäuse 7 und im Innengehäuse 6 dienen lediglich der Veranschaulichung verschiedener Merkmale und sind in der Praxis nicht vorhanden. Insbesondere erkennt man, dass das Innengehäuse 6 im Bereich des Großrads 10 eine Großradmantelfläche 30 aufweist, welche der Verzahnung beziehungsweise dem radial äußeren Durchmesser des Großrads 10 radial gegenübersteht, mit einem vergleichsweise kleinen Radialspalt. Entsprechend sind Ritzelmantelflächen 18 des Innengehäuses 6 vorgesehen, die der radial äußeren Oberfläche der Ritzel eng gegenüberstehen und die Ritzel radial überdecken. In der 3 ist nur eine Ritzelmantelfläche 18 ersichtlich.
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Bei der Ausgestaltung gemäß der 3 ist auf die Großradmantelfläche 30 ein Kühlmittelkanal 24 aufgesetzt, um Wärme aktiv mit einem Kühlmittel abzuleiten.
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Aus der 3 ist die Lagerung des Innengehäuses 6 über Laschen 31 in der Teilfuge des Außengehäuses 7 ersichtlich. Dies stellt ein bevorzugtes Lagerkonzept dar. Dabei ist insbesondere die Position des Innengehäuses 6 in der Axialrichtung, das heißt in Richtung der Wellendrehachsen 19 der Wellen 5, verstellbar.
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In der 4 ist exemplarisch ein Innengehäuse 6 gezeigt, das fünf Wellen (nicht dargestellt) aufnehmen kann, nämlich vergleichsweise zentral die Welle eines Großrads (nicht dargestellt), beidseitig daneben die Welle eines Ritzels (nicht dargestellt) und die Welle eines Zwischenrads (nicht dargestellt), jenseits des Zwischenrads die Welle eines weiteren Ritzels (nicht dargestellt) und oberhalb des Großrads die Welle eines weiteren Ritzels (nicht dargestellt). Ferner sind Axialöffnungen 21 entlang des äußeren Umfangs der oberen Gehäusehälfte des Innengehäuses 6 erkennbar, über die heißes Schmiermittel, insbesondere Öl, aus dem Bereich der Verzahnungen abgeleitet werden kann. Die Axialöffnungen 21 werden auch als Ventilationsöffnungen bezeichnet.
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Die 5 zeigt eine Einrichtung zur Einstellung der Axialposition des Innengehäuses 6 relativ zum Außengehäuse 7. Über Stellschrauben 32 kann das Innengehäuse 6 innerhalb des Außengehäuses 7 in der Axialrichtung verschoben werden.
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Die Ansicht der 6 dient besonders der Darstellung von Inspektionsöffnungen 33 im Innengehäuse 6 im Bereich der Zahneingriffe der hier nicht dargestellten Stirnräder. Im Bereich des nicht näher gezeigten Großrads, des Zwischenrads und des Ritzels sind wiederum Axialöffnungen 21, auch Ventilationsöffnungen genannt, ersichtlich, die jeweils entlang des äußeren Umfangs im Bereich zwischen Fußkreis und Kopfkreis der Verzahnungen angeordnet sind. Eine zusätzliche vergleichsweise große Axialöffnung 21 ist im Bereich der Verzahnung zwischen dem hier nicht dargestellten Großrad und dem Zwischenrad gezeigt. Entlang des äußeren Umfangs um die einzelnen Stirnräder sind wiederum Kühlmittelkanäle 24 im Innengehäuse vorgesehen. Diese können an ihren Enden im Bereich der Verzahnungseingriffe Düsen 25 aufweisen, um Kühlmittel und/oder Schmiermittel in den Bereich der Verzahnung einzuspritzen.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Innengehäuse 6 zweiteilig ausgeführt und, wie zuvor, entlang einer horizontalen Teilfuge geteilt.
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In der 7 ist nochmals das Innengehäuse 6 für ein Stirnradgetriebe mit einem Großrad 10 und zwei Ritzeln gezeigt. Die Ritzel werden vom Innengehäuse 6 und beidseitig angeordneten Druckkämmen 9.1 vollständig überdeckt und sind daher nicht sichtbar. Das Großrad 10 ist durch die Axialöffnungen 21 erkennbar.
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Im Bereich des Großrads 10 sind die Axialöffnungen 21 in den Großradseitenteilen 22 entlang des äußeren Umfangs als Ventilationsöffnungen vorgesehen. Man erkennt ferner besonders gut die Laschen 31 zur Lagerung des Innengehäuses 6 in einem hier nicht dargestellten Außengehäuse. Über die Laschen 31 kann das Innengehäuse 6 im Außengehäuse in dessen Teilfuge verschraubt werden. Die Laschen 31 sind ferner im Bereich der Teilfuge des Innengehäuses 6 verschraubt. Andere Ausgestaltungen sind möglich.
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Zumindest eines der Ritzel im Innengehäuse 6 ist über eine Druckkammlagerung 9 axial gelagert, wie sich besonders aus den 8 und 9 ergibt. So trägt die Welle 5 des Ritzels 11 zwei Druckkämme 9.1, die jeweils an einem Wellenbund 12 der Welle 5 axial anliegen und in Richtung der Wellendrehachse 19 das Ritzel 11 zwischen sich einschließen. Die Druckkämme 9.1 sind in Richtung der Wellendrehachse 19 axial außen mit Sicherungsringen 34 gesichert. 34 ist im dargestellten Fall kein klassischer Sicherungsring sondern ein geteilter Ring (Axialring), der in einer Nut sitzt und radial vom Haltering gesichert wird. Halteringe 35 haben zum Druckkamm 9.1 einen minimalen Spalt. Ferner können Halteringe 35 vorgesehen sein, welche axial neben den Druckkämmen 9.1 und anliegend an diesen auf der Welle 5 positioniert sind.
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Die Druckkämme 9.1 werden in der Radialrichtung von Mantelflächen 15 des Innengehäuses 6 überdeckt. Diese Mantelflächen 15 schließen sich in der Axialrichtung an die Ritzelmantelfläche 18, welche dem Ritzel 11 in der Radialrichtung gegenübersteht, an und sind über Seitenteile 20 mit der Ritzelmantelfläche 18 verbunden.
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Die Mantelflächen 15 weisen radial angeordnete Stege 37 auf, die, wie aus der 7 und der 9 ersichtlich ist, mit den Großradseitenteilen 22 verbunden sind, die seitlich das Großrad 10 zwischen sich einschließen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeweils eine einstückige Seite aus Großradseitenteil 22, Stegen 37, Mantelflächen 15 und Seitenteilen 20 für das Oberteil des Innengehäuses 6 und das Unterteil des Innengehäuses 6 auf beiden Axialseiten des Innengehäuses 6 vorgesehen, wobei die Seitenteile 20, 22 auf entgegengesetzten Seiten über die Großradmantelfläche 30, hier wiederum mit einem Kühlmittelkanal 24, und die Ritzelmantelfläche 18 miteinander verbunden sind.
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Auf ihren axialen Außenseiten werden die Druckkämme 9.1 nicht vom Innengehäuse 6 überdeckt, um entsprechend Kühlmittel und/oder Schmiermittel ableiten zu können.
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Die Stege 37 radial außen auf den Mantelflächen 15 können zugleich Kühlmittelleitelemente 23 darstellen, die ein auf die Mantelfläche 15 oder die Ritzelmantelfläche 18 aufgespritztes Kühlmittel in die Umfangsrichtung leiten.
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Im Bereich der Seitenteile, insbesondere des Großradseitenteils 22, können um die Öffnungen für die Wellen 5 Abschöpfkanten 36 vorgesehen sein, welche austretendes Öl daran hindern, in Richtung der Axialöffnungen 21 und Öffnung der Welle 5 im Seitenblech 22 zu strömen, an denen aufgrund der Sogwirkung der Verzahnungsteile ein Unterdruck herrschen kann.
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Auch auf den Seitenteilen, insbesondere dem Großradseitenteil 22, können Kühlmittelleitelemente 23 vorgesehen sein, die zugleich zur strukturellen Verstärkung dienen können.
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Wie besonders aus der 9 ersichtlich ist, können neben den besonders in der 7 ersichtlichen Axialöffnungen 21 auch Radialöffnungen 16 als Ventilationsöffnungen im Innengehäuse 6 vorgesehen sein, beispielsweise im Bereich der Großradmantelfläche 30, jedoch auch in anderen Mantelflächen.
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Beispielsweise erkennt man in der 7 eine entsprechende Radialöffnung 16 in der Mantelfläche 15.
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In der 10 ist nochmals die Einspritzung von Kühlmittel und/oder Schmiermittel über eine Düse 25, in der der Kühlmittelkanal 24 mündet, im Bereich des Verzahnungseingriffs dargestellt.
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Die 11 und 12 zeigen eine mögliche Anordnung von Kühlmittelkanälen 24 im Bereich der Ritzel 11. So ist sowohl auf der Ritzelmantelfläche 18 ein Kühlmittelkanal 24 angeordnet, der sich in der Umfangsrichtung um das Ritzel 11 erstreckt, als auch auf jeder Mantelfläche 15, die jeweils einen Druckkamm 9.1 in der Radialrichtung überdeckt und über die Seitenteile 20 mit der Ritzelmantelfläche 18 verbunden ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die radial weiter außen positionierten Kühlmittelkanäle 24 auf den Mantelflächen 15 getrennt vom radial weiter innen positionierten Kühlmittelkanal 24 auf der Ritzelmantelfläche 18 angeordnet. Es können jedoch kühlmittelleitende Verbindungen vorgesehen sein, insbesondere Durchbrüche oder dergleichen.
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Seitenwände der Kühlmittelkanäle 24 können durch parallele Stege 37 ausgebildet sind. Gegebenenfalls sind die axial inneren oder äußeren Stege 37 mit den Großradseitenteilen 22 einstückig ausgeführt (siehe die 9 und 13).
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In den 13 und 14 ist eine Ausführungsform dargestellt, bei welcher axial neben den Druckkämmen 9.1 jeweils ein Schleuderring 13 mit einer Schleuderkante 14 vorgesehen ist, um über die Druckkämme 9.1 axial hinweg strömendes Schmiermittel und/oder Kühlmittel zu erfassen und radial nach außen zu schleudern. Entsprechend wird die Schleuderkante 14 radial außen nicht von der Mantelfläche 15 abgedeckt.
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In den 15 und 16 sind nochmals Axialöffnungen 21 und Radialöffnungen 16 im Bereich der Druckkammlagerung 9 und im Bereich des Außendurchmessers des Großrads 10 im Innengehäuse 6 gezeigt. Im Bereich der Druckkammlagerung 9 sind die Axialöffnungen 21 in den Seitenteilen 20 vorgesehen und die Radialöffnungen 16 in den Mantelflächen 15. Im Bereich des Großrads 10 sind die Axialöffnungen 21 im Großradseitenteil 22 vorgesehen und die Radialöffnungen 16 in der Großradmantelfläche 30.
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Entsprechende Axialöffnungen 21 im Innengehäuse 6 im Bereich der Druckkämme 9.1 sind auch aus der 17 ersichtlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stirnrad
- 2
- Stirnrad
- 3
- Stirnrad
- 4
- Stirnrad
- 5
- Welle
- 6
- Innengehäuse
- 7
- Außengehäuse
- 8
- Axial-Radiallager
- 9
- Druckkammlagerung
- 9.1
- Druckkamm
- 10
- Großrad
- 11
- Ritzel
- 12
- Wellenbund
- 13
- Schleuderring
- 14
- Schleuderkante
- 15
- Mantelfläche
- 16
- Radialöffnung
- 17
- Radiallager
- 18
- Ritzelmantelfläche
- 19
- Wellendrehachse
- 20
- Seitenteil
- 21
- Axialöffnung
- 22
- Großradseitenteil
- 23
- Kühlmittelleitelement
- 24
- Kühlmittelkanal
- 25
- Düse
- 26
- Laufrad
- 27
- Antrieb
- 28
- Pumpe
- 29
- Zwischenrad
- 30
- Großradmantelfläche
- 31
- Lasche
- 32
- Stellschraube
- 33
- Inspektionsöffnung
- 34
- Sicherungsring
- 35
- Haltering
- 36
- Abschöpfkante
- 37
- Steg
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2012028231 A1 [0002]
- WO 2015177332 A1 [0002]
- WO 2017207215 A1 [0002]
- WO 2017072211 A1 [0002]
- WO 9105965 A1 [0004]
- DE 3022020 C2 [0008]
- DE 4017226 A1 [0008]
- DE 4239131 A1 [0008]
- DE 4241141 A1 [0008]
- DE 102010015724 A1 [0008]
- EP 0592803 B1 [0009]
