DE1190602B

DE1190602B - compressor

Info

Publication number: DE1190602B
Application number: DE1958Z0006993
Authority: DE
Inventors: Erich John; Dr-Ing Heinrich Zink
Original assignee: Renk GmbH
Current assignee: Renk GmbH
Priority date: 1958-12-03
Filing date: 1958-12-03
Publication date: 1965-04-08

Description

Verdichter Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter, bei dem das Laufrad und das innere Sonnenrad eines dem Laufrad vorgeschalteten Planetenrädergetriebes auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind.Compressor The invention relates to a compressor in which the impeller and the inner sun gear of a planetary gear set upstream of the impeller are arranged on a common shaft.

Bei einer vorbekannten Kreiselpumpe trägt die Welle auf der einen Seite das Laufrad und auf der anderen Seite das Sonnenrad eines Planetenrädergetriebes, über dessen Verzahnung nichts offenbart ist. Diese Welle ist in zwei Lagern, einem Kugel- und einem Rollenlager, geführt, woraus sich ergibt, daß außer einem hohen Konstruktionsaufwand auch erhebliche Lagerverluste in Kauf genommen werden müssen. Bei einem bekannten Gebläse sind zwei Gleitlager für die Gebläseradwelle vorgesehen. Diese Welle ist von der das Sonnenrad eines vorgeschalteten Planetenrädergetriebes tragenden Welle durch eine Strömungskupplung getrennt. Angaben über die Art der Verzahnung des Sonnenrades fehlen. Die Lagerverluste sind auch bei diesem Gebläse hoch.In a previously known centrifugal pump, the shaft carries on one side The impeller on the side and the sun gear of a planetary gear on the other side, about the interlocking of which nothing is revealed. This shaft is in two bearings, one Ball and a roller bearing, out of which it follows that except for a high one Construction effort and considerable storage losses must be accepted. In a known fan, two slide bearings are provided for the impeller shaft. This shaft is the sun gear of an upstream planetary gear supporting shaft separated by a fluid coupling. Information about the type of The toothing of the sun gear is missing. The storage losses are also with this blower high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Lagerverluste zu verringern und einen für hohe Drehzahlbereiche und große Übersetzungen geeigneten Verdichter zu schaffen.The invention is based on the object of reducing storage losses and a compressor suitable for high speed ranges and large gear ratios to accomplish.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Verdichter der eingangs angegebenen Gattung nach der Erfindung die Welle lediglich in einem Lager geführt und das lediglich in den Planetenrädern gelagerte Sonnenrad unter einem solchen Winkel einfach schrägverzahnt, daß die sich aus dem Zahndruck ergebende Axialkraft um einen geringen, für die Stabilisierung der Welle in axialer Richtung ausreichenden Betrag kleiner oder größer als die vom Laufrad erzeugte Schubkraft ist.In order to solve this problem, in a compressor, the one specified at the beginning Genus according to the invention, the shaft only guided in a bearing and that only Sun gear mounted in the planetary gears is simply helical geared at such an angle, that the axial force resulting from the tooth pressure by a small one, for the stabilization the shaft in the axial direction sufficient amount smaller or larger than that of the Impeller generated thrust.

Der durch den Gegenstand der Erfindung erzielbare technische Fortschritt besteht darin, daß die Lagerreibung infolge der Verwendung nur eines einzigen Lagers und der fast völligen Kompensierung des Axialschubes auf ein Mindestmaß herabgedrückt wird. so daß trotz hoher Drehzahlen geringe Leistungsverluste auftreten und eine lange Lebensdauer erreicht wird.The technical progress achievable by the subject matter of the invention is that the bearing friction as a result of the use of only a single bearing and the almost complete compensation of the axial thrust pushed down to a minimum will. so that low power losses occur despite high speeds and a long service life is achieved.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Welle axial in das Getriebegehäuse einführbar ist und infolge ihrer vom Durchmesser des inneren Sonnenrades unabhängigen Dimensionierung eine Verlegung der Biegekritischen über die Drehzahl des Verdichter-Laufrades ermöglicht.Another advantage is that the shaft is axially inserted into the gear housing is insertable and as a result of their independent of the diameter of the inner sun gear Dimensioning a relocation of the bending critical over the speed of the compressor impeller enables.

Das Auffinden des Vorschlags nach der Erfindung war nicht naheliegend, weil aus keiner der vorbekannten Anordnungen das der Erfindung zugrunde liegende Problem hervorgeht. Selbst das an sich bei Dampfturbinen oder einer anderen Arbeitsmaschine bekannte Ausgleichen des Axialschubes des Laufrades mit dem des schrägverzahnten Zahnrades eines Zahnradgetriebes führte nicht zur Erfindung, weil dadurch nur ein Merkmal einer Merkmalgruppe bekannt war. Insbesondere war dort über die Lagerung einer das Laufrad eines Verdichters und das innere Sonnenrad eines Planetenrädergetriebes tragenden Welle nichts ausgesagt.Finding the proposal according to the invention was not obvious, because none of the previously known arrangements is the underlying of the invention Problem emerges. Even that in itself with steam turbines or another work machine known balancing of the axial thrust of the impeller with that of the helical gear Gear of a gear transmission did not lead to the invention, because it is only a Characteristic of a characteristic group was known. In particular, there was about storage one the impeller of a compressor and the inner sun gear of a planetary gear bearing wave nothing said.

Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist die Welle im Lager axial nach beiden Richtungen einstellbar.According to a further proposal of the invention, the shaft is in the camp axially adjustable in both directions.

Schließlich empfiehlt es sich, die Welle als Hohlwelle und an der einen Stirnseite zur Befestigung des Laufrades sich flanschartig erweiternd auszubilden.Finally, it is recommended to use the shaft as a hollow shaft and on the to design an end face for fastening the impeller widening like a flange.

Ein weiteres Erfindungsmerkmal ist dadurch gegeben, daß das einzige Getriebelager als Luftlager ausgebildet ist, dessen Kompressionsluft von der durch das Laufrad komprimierten Luft abgezweigt ist. Es sind zwar Luftlager schon bekannt. Ihre Anwendung bei Verdichter-Getriebe-Anordnungen mit der Maßgabe, die Luftfüllung von der verdichteten Luft abzuzweigen, ist jedoch bisher noch nicht nahegelegt worden.Another feature of the invention is that the only one Gearbox bearing is designed as an air bearing, the compression air of which by the the impeller is branched off compressed air. Air bearings are already known. Their application in compressor-gear arrangements with the proviso that the air filling branching off from the compressed air has not yet been suggested.

In der Zeichnung ist die Erfindung schematisch an Hand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Längsschnitt durch das Planetenrädergetriebe mit Laufrad, F i g. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch die Lagerung der gemeinsamen Welle und deren Verbindung mit dem Laufrad und F i g. 3 einen schematischen Längsschnitt durch ein als Luftlager ausgebildetes Wellenlager.In the drawing, the invention is shown schematically on the basis of exemplary embodiments shown. It shows F i g. 1 shows a longitudinal section through the planetary gear transmission with impeller, F i g. 2 shows an enlarged partial cross-section through the mounting of FIG common shaft and its connection with the impeller and F i g. 3 a schematic Longitudinal section through a shaft bearing designed as an air bearing.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 erfolgt der Antrieb des Planetenrädergetriebes über die Antriebswelle 1, die im Lager 2 des Gehäusedeckels 3 gelagert ist. Diese Antriebswelle 1 setzt sich in dem Planetenräderträger 1', 14 fort, der im Lager 13 des weiteren Gehäusedeckels 5 gelagert ist. Im Planetenräderträger 1',14 sind drei oder mehrere Hohlachsen 15 befestigt, auf denen die Planetenräder 17 drehbar gelagert sind. Diese Planetenräder 17 sind durch die Axiallager 16 eingestellt. Sie kämmen mit dem äußeren Sonnenrad 18 und dem inneren Sonnenrad 22, das auf der Getriebeabtriebswelle 7 befestigt ist oder einen Teil dieser Abtriebswelle 7 bildet. Das äußere Sonnenrad 18 wird mit den an ihm befestigten Schei-ben 21 im Gehäuse 4 axial geführt. Die Arretierung des äußeren Sonnenrades 18 gegenüber dem Getriebegehäuse 4 erfolgt durch elastisch nachgiebige Pufferelemente 19, die in gegenüberliegende Hohlräume des Getriebegehäuses 4 und des äußeren Sonnenrades 18 eingelegt sind. Diese Pufferelemente können vorzugsweise aus hülsenartig geformten Federpaketen bestehen.According to the embodiment of FIG. 1, the planetary gear is driven via the drive shaft 1, which is mounted in the bearing 2 of the housing cover 3. This drive shaft 1 continues in the planet gear carrier 1 ′, 14 , which is mounted in the bearing 13 of the further housing cover 5. In the planet gear carrier 1 ', 14 three or more hollow axles 15 are attached, on which the planet gears 17 are rotatably mounted. These planet gears 17 are set by the axial bearings 16 . They mesh with the outer sun gear 18 and the inner sun gear 22, which is fastened on the transmission output shaft 7 or forms part of this output shaft 7. The outer sun gear 18 with the disks 21 attached to it is guided axially in the housing 4. The locking of the outer sun gear 18 with respect to the gear housing 4 takes place by means of elastically resilient buffer elements 19 which are inserted into opposing cavities of the gear housing 4 and the outer sun gear 18. These buffer elements can preferably consist of spring assemblies shaped like a sleeve.

Das einzige Getriebelager 6 für die Abtriebswelle 7 befindet sich in dem Lagerdeckel 5 (vgl. auch F i g. 2). An dem einen freien Ende ist die Abtriebswelle 7 flanschartig erweitert, damit das Laufrad 8 mit dem Flansch 7' fest verbunden, z. B. verschraubt, werden kann. Dieser Flansch 7' ist durch eine Labyrinthdichtung 24 gegenüber dem Lagerdeckel 5 des Planetenrädergetriebegehäuses abgedichtet. Am Getriebelager 6 ist die Abtriebswelle 7 mit Hilfe der Lagerscheiben 9 und 10 axial festgelegt. Mittels der Paßscheibe 11 und der Mutter 12, die auf der Abtriebswelle 7 verstellbar ist, kann das Spiel des Axiallagers eingestellt werden.The only gear bearing 6 for the output shaft 7 is located in the bearing cover 5 (see also FIG. 2). At one free end, the output shaft 7 is extended like a flange so that the impeller 8 is firmly connected to the flange 7 ', for. B. screwed, can be. This flange 7 'is sealed by a labyrinth seal 24 with respect to the bearing cover 5 of the planetary gear housing. The output shaft 7 is axially fixed on the gearbox bearing 6 with the aid of the bearing washers 9 and 10. By means of the adjusting washer 11 and the nut 12, which is adjustable on the output shaft 7, the play of the axial bearing can be adjusted.

Die Zahnräder des Planetenrädergetriebes haben eine einfach schräge Verzahnung, die so gerichtet ist, daß der vom inneren Sonnenrad 22 herrührende Axialdruck demjenigen entgegengerichtet ist, der vom Laufrad 8 ausgeht. Hierbei sind das Laufrad 8 und das innere Sonnenrad 22 so dimensioniert, daß der Axialdruck des Laufrades 8 etwas größer als derjenige des Sonnenrades 22 ist. Bei einem in der Praxis ausgeführten Beispiel übt das einfach schrägverzahnte Sonnenrad 22 eine Schubkraft von etwa 310 kg und das Laufrad 8 eine entgegengesetzt gerichtete Axialkraft von etwa 325 kg aus. Die Restschubkraft beträgt also in diesem Falle 15 kg. Es versteht sich von selbst, daß durch entsprechende Dimensionierung dieser Teile beliebige andere Schubkräfte erzielt werden können. Wesentlich ist nur, daß eine geringfügige Restschubkraft aus beiden gegeneinander gerichteten Kräften resultiert, die so gerichtet sein soll, daß eine einwandfreie Anlage der Abtriebswelle 7 am Getriebelager 6 erfolgt, wodurch eine Stabilisierung der Welle in axialer Richtung erreicht wird. Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß F i g. 1 und 2 wirkt die vom Laufrad 8 herrührende Restschubkraft über den Flansch 7' auf die Lagerscheibe 9, die somit sicher am Getriebelager 6 anliegt. Die geringfügige Ölmenge, die über die Lagerscheibe 9 hinausgelangt, wird durch die Labyrinthdichtung 24 zurückgehalten, so daß kein Schmieröl aus dem Getriebegehäuse 4, 5 herausgelangen kann. Im Sinne der Erfindung ist es aber auch möglich, das Sonnenrad 22 so zu dimensionieren, daß dessen Axialschub größer als derjenige des Laufrades 8 ist. In diesem Fall erfolgt die Anlage der Abtriebswelle 7 über die Lagerscheibe 10 am Getriebelager 6. Damit die mit hoher Tourenzahl umlaufende Abtriebswelle 7 eine möglichst geringe Masse hat, ist sie hohl ausgebildet.The gears of the planetary gear train have a single inclined toothing, which is directed in such a way that the axial pressure originating from the inner sun gear 22 is opposite to that which originates from the impeller 8 . Here, the impeller 8 and the inner sun gear 22 are dimensioned such that the axial pressure of the impeller 8 is somewhat greater than that of the sun gear 22 . In an example carried out in practice, the single helical toothed sun gear 22 exerts a thrust force of approximately 310 kg and the impeller 8 exerts an oppositely directed axial force of approximately 325 kg. The residual thrust in this case is therefore 15 kg. It goes without saying that any other desired thrust forces can be achieved by appropriate dimensioning of these parts. It is only essential that a slight residual thrust results from the two opposing forces, which should be directed so that the output shaft 7 rests properly on the gearbox bearing 6 , thereby stabilizing the shaft in the axial direction. In the case of the exemplary embodiment according to FIG. 1 and 2, the residual thrust force originating from the impeller 8 acts via the flange 7 ′ on the bearing washer 9, which thus rests securely on the gearbox bearing 6. The small amount of oil that goes beyond the bearing disk 9 is retained by the labyrinth seal 24 so that no lubricating oil can get out of the gear housing 4, 5. For the purposes of the invention, however, it is also possible to dimension the sun gear 22 such that its axial thrust is greater than that of the impeller 8. In this case, the output shaft 7 is in contact with the gearbox bearing 6 via the bearing washer 10. In order that the output shaft 7 rotating with a high number of revolutions has the lowest possible mass, it is hollow.

Gemäß F i g. 3 kann an Stelle des Wellenlagers nach F i g. 2 auch ein Luftlager 20 verwendet werden, das sich über eine möglichst große Länge der Abtriebswelle 7 erstreckt. Diese Welle wird vom Luftpolster, das unter Druck im Lagerspalt 25 gebildet wird, getragen. Die Druckluft wird von der komprimierten Luft des Laufrades 8 abgezweigt und durch die Bohrungen 26 und 27 in den Lagerspalt 25 geführt.According to FIG. 3 can instead of the shaft bearing according to FIG. 2, an air bearing 20 can also be used, which extends over the greatest possible length of the output shaft 7. This wave is carried by the air cushion which is formed in the bearing gap 25 under pressure. The compressed air is branched off from the compressed air of the impeller 8 and passed through the bores 26 and 27 into the bearing gap 25.

Claims

Claims: 1. Compressor, in which the impeller and the inner sun gear of a planetary gear set upstream of the impeller are arranged on a common shaft, characterized in that the shaft (7) is guided only in a bearing (6) and that only in the The sun gear mounted on planetary gears is simply helical at such an angle that the axial force resulting from the tooth pressure is less or greater than the thrust generated by the impeller (8) by a small amount sufficient to stabilize the shaft (7) in the axial direction.

2. Compressor according to claim 1, characterized characterized in that the shaft (7) in the bearing (6) is axially adjustable in both directions is.

3. Compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft (7) as a hollow shaft and on one face for fastening the impeller (8) is designed to widen like a flange.

4. Compressor according to claim 1 or following, characterized in that the shaft bearing is designed as an air bearing (20), the compression air of which is branched off from the air compressed by the impeller (8). Documents considered: German Patent No. 913 945; German Auslegeschrift No. 1004 929; German patent application G 6558 I aj27 c (published on November 6, 1952); Kraft, "The modern steam turbine", 1954, p.341; "Construction", 1951, p. 260.