DE1750958B1

DE1750958B1 - Getriebeanordnung zur verteilung der antriebsleistung auf mehrere getriebene wellen

Info

Publication number: DE1750958B1
Application number: DE19681750958
Authority: DE
Inventors: Richard Stark
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1968-06-21
Filing date: 1968-06-21
Publication date: 1971-09-16
Also published as: GB1198068A; CH486649A; NL7209265A; BE734869A; US3592078A; FR2011374A1; NL6909432A

Description

i 750 958

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine dichter führt. Sie liegen einerseits darin, daß es nicht Getriebeanordnung zur Verteilung der Antriebs- möglich ist, bei hohen Drehzahlen die Belastung der leistung auf mehrere getriebene Wellen, insbesondere Ritzel und Lager durch entsprechend große Bemesauf die Wellen eines Turboverdichters mit zwei oder sung in zulässigen Grenzen zu halten, da ein größerer mehreren Einzelverdichtern, mittels einer auf der 5 Durchmesser zu nicht beherrschbaren Umfangs-Antriebswelle angeordneten zweikränzigen Verzah- geschwindigkeiten und eine Verbreitung zu schlechnung auf zwei oder mehrere, miteinander und zur tem Tragen über die Breite führt. Hieraus resultieren Antriebswelle parallele, voneinander unabhängig auch die Schwierigkeiten hinsichtlich der Aufnahme gelagerte Ritzel, die mit den Antriebswellen der anzu- der Schubkräfte (nicht ausgleichbarer Axialschub) treibenden Maschinen gekuppelt sind, wobei die io der Einzelverdichter. Ein weiteres Problem stellt sich Ritzel beiderseits einer Ebene angeordnet sind, die bei diesen Getrieben hinsichtlich der notwendigen zwischen den Verzahnungen der Antriebswelle senk- Beherrschung der durch die Wärmedehnungen herrecht zu ihrer Achse verläuft. vorgerufenen Bewegungen und Kräfte.

Eine solche Getriebeanordnung ist durch die deut- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Schub-

sche Patentschrift 909 853 bekannt; sie weist ein auf 15 kräfte und Dehnungen innerhalb der Getriebeanord-

einer Antriebswelle angeordnetes zweikränziges nung zu kompensieren, um die Antriebsmaschine

Zahnrad auf, welches vier miteinander und zur davon freizuhalten.

Antriebswelle parallele, voneinander unabhängig Das Getriebe soll dabei geeignet sein, hohe Leistun-

gelagerte Ritzel treibt, wobei jedem Ritzel ein Lauf- gen bei hoher Drehzahl auch im Dauerbetrieb zu

rad des Verdichters zugeordnet ist. Weiter ist ein 20 übertragen.

Kreiselverdichterantrieb bekannt (deutsche Patent- Gemäß der Erfindung werden die erstrebten Ziele

schrift 974 418), bei dem die Übertragung der dadurch erreicht, daß bei der in Rede stehenden

Antriebsleistung von der Welle der Antriebsmaschine Getriebeanordnung

von einem auf dieser sitzenden Zahnrad auf zwei .

parallele, mit verschiedener Drehzahl laufende Ritzel- 25 ^a) ^die Leistungsübertragung von den Verzahnungen wellen erfolgt, deren jede an jedem Ende ein Laufrad J^{r f}f *^lch ^^X1.^al J^"f¹ ^n«*⁸™⁵"? auf die einer Verdichterstufe fliegend trägt. In den beiden Ritzel über Zwischenrader erfolgt, die in Axialvorgenannten Fällen sind die Zahnradgetriebe mit ., schublagern geha ten sind, .
geradverzahnten Stirnrädern ausgeführt. ^b> ^de _t ^r <*^{n den R}!^tze _u ^ln wirkende Axialschub mittels

Bei den vorgenannten bekannten Getriebeanord- 30 f ^ηΐ ^diesen aufgebrachten mitrotierenden Druck-

nungen treten eine Reihe von Schwierigkeiten auf. So ^k™^{n auf die} Zwischenrader übertragen ist

erfolgt im Falle des bekannten mehrstufigen Kreisel- . ^u ,,,.,, , , . . , „

Verdichters (deutsche Patentschrift 909 853) die axiale ^c) sowohl die Verzahnungen der Antriebswelle als

Festlegung des Laufrades jedes der Einradgebläse auf f f^h. ^die Zwischenrader und die Ritzel mit

seinem Tragzapfen durch Ausbildung des Zapfen- as Schragverzahnung versehen sind,

endes als Axialdrucklager. Für die Übertragung hoher Die erfindungsgemäße Getriebeausbildung erlaubt

Leistungen bei hohen Drehzahlen, beispielsweise beim eine Anordnung, bei der die Antriebsmaschine und

Antrieb von Höchstdruckverdichtern, bei denen die die einzelnen von ihr angetriebenen Arbeitsmaschinen,

einzelnen anzutreibenden Arbeitsmaschinen mehr- beispielsweise Teilverdichter, für sich axial fixiert

stufige Verdichter sind, ist eine derartige Ausbildung 40 sind, so daß jede Maschine für sich ihre Wärme-

der Lagerung ungeeignet, und zwar wegen der Schwie- dehnungsbewegungen ausführen kann und von den

rigkeiten, die bei der Aufnahme der Axialschubkräfte Axialschüben sowie Dehnungen und kritischen Dreh-

an schnellaufenden Turbomaschinenwellen entstehen. zahlen der anderen Maschinen unbeeinflußt bleibt,

Die Schwierigkeiten liegen vor allem darin, daß bei und sich diese besser beherrschen lassen. Außerdem j

hohen Drehzahlen die Lagergröße nicht beliebig 45 werden jede Art beweglicher Kupplungen (axial- und '

gesteigert werden kann und somit die Belastungs- radialbeweglich) vermieden, die wegen der gleich-

fähigkeit solcher Lager begrenzt ist. Ein weiterer zeitig hohen Leistung und Drehzahl (hohe Umfangs-

Nachteil sind die bei hohen Drehzahlen stark anstei- kraft und damit verbundene Reibung in z. B. Zahn-

genden Lagerverluste. Die vorgenannten Schwierig- kupplungen) zusätzlich Probleme aufwerfen würden,

keiten und Nachteile sind auch bei dem Kreiselver- 50 Die erfindungsgemäß vorgesehene Schrägverzah-

dichter-Antrieb nach der an zweiter Stelle geannten nung für die Zahnräder der Antriebswelle, für die

deutschen Patentschrift 974418 vorhanden. Diese Zwischenräder und die Ritzel gewährleistet weiter

bekannten mit gradverzahnten Stirnrädern ausgeführ- einen ruhigen Lauf des Getriebes. Dabei werden

ten Zahnradgetriebe sind zudem insbesondere bei Axialbewegungen durch Gleiten (Abwälzen in der

hochbelasteten Getrieben nachteilig, wegen der bei die- 55 Verzahnung) der schrägverzahnten Zahnräder der

ser Verzahnungsart auftretenden stoßartigen zusatz- Antriebswelle gegenüber den axial für sich fixierten,

liehen Beanspruchungen der Zähne und auch wegen ebenfalls schrägverzahnten Zwischenrädern ausge-

des Geräusches bzw. des unruhigen Laufes. glichen, so daß durch axiale Dehnungen hervorge-

Bei Getriebeanordnungen der eingangs erwähnten rufene Kräfte praktisch nicht auf die Axiallager zur

Art, d. h. bei Getrieben, bei denen wegen hoher BeIa- 60 Wirkung kommen. Axiale Kräfte, die trotz der

stung der Getrieberitzel und ihrer Lager eine Vertei- erwähnten Möglichkeit des Gleitens dennoch an den

lung der Leistung auf mehrere Ritzel und eine ent- Verzahnungen zwischen der Antriebswelle und den

sprechende Aufteilung der anzutreibenden Maschine Zwischenrädern entstehen können, werden in ihrer

erforderlich ist, ergeben sich somit eine Reihe von Wirkung auf die Antriebsmaschine bzw. das Axial-

Problemen und Schwierigkeiten; diese treten vor allem 65 lager der Antriebswelle dadurch unschädlich gemacht,

bei Höchstdruck-Turboverdichtern auf, bei denen das daß bei der erfindungsgemäßen Getriebeanordnung

Betriebsmittel große Dichte aufweist, was zu kleinen die Schrägstellung der Zähne für die einander ent-

Läuferabmessungen und hohen Drehzahlen der Ver- sprechenden Räder, die beiderseits der zwischen den

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Verzahnungen der Antriebswelle senkrecht zu den Beanspruchungen und die Betriebssicherheit günstig Wellenachsen verlaufenden Ebene des Getriebes lie- auswirkt. Weiterhin ermöglichen die in ihren Durchgen, mit entgegengesetzter Neigung ausgeführt ist, so messern weitgehend frei wählbaren Zwischenräder daß die Summe der axialen Zahnschübe auf die den Abstand zwischen der Welle der Antriebs-Antriebsmaschine bzw. deren axiales Wellenlager 5 maschine und den anzutreibenden Maschinen entpraktisch auf Null gebracht werden kann. Die erfin- sprechend den platzmäßigen Erfordernissen zu dungsgemäße Getriebeanordnung bietet auch die wählen. Schließlich kann die Drehzahl der Antriebs-Möglichkeit die Einzelantriebe (Zwischenräder und maschine entsprechend ihrer Eigenart gewählt wer-Ritzel) mit ihren zugehörigen Einzelverdichtern so den, so daß ein Elektromotor, eine konventionelle auszulegen, daß die von den Verdichtern und die von io Dampf- oder Gasturbine vorgesehen werden kann,
der Schrägverzahnung zwischen den Zwischenrädern Die Erfindung wird in der anschließenden Beschrei- und Ritzeln herrührenden Axialschübe im Sinne eines bung eines Ausführungsbeispieles der erfinduogsge-Ausgleiches dieser Schubkräfte gegeneinander wirken. mäßen Getriebeanordnung an Hand der Zeichnung Auf diese Weise wird eine besonders weitgehende näher erläutert.
Entlastung der Druckkämme bzw. Axiallager erreicht. 15 In der Zeichnung, die das Getriebe teils in Drauf-

Es ist wohl ein Zahnradgetriebe mit schrägverzahn- sieht, teils im Horizontalschnitt zeigt, bedeutet 1 die ten Stirnrädern (deutsche Auslegeschrift 1188 890) Antriebswelle, zusammengesetzt aus einer Getriebebekannt, bei dem zur Verhinderung einer axialen radwelle und der Welle einer Antriebsmaschine, bei-Relativverschiebung der Zahnräder an den miteinan- spielsweise eines Elektromotors, einer Dampf- oder der zusammenwirkenden Zahnkränzen, einander axial 20 Gasturbine, die in dem Drucklager 4 gegen axiale gegenüberstehende Ringflächen vorgesehen sind. Hier Verschiebungen fixiert ist. Zur Aufnahme der Radialhandelt es sich jedoch nicht um die Übertragung der belastungen sind weitere Lager an den Stellen 5 bis 7 Antriebsleistung mittels einer auf der Antriebswelle vorgesehen. Auf der Antriebswelle 1 sind zwei Verangeordneten zweikränzigen Verzahnung auf zwei zahnungen 2,3 angeordnet, die, wie alle übrigen Zahnoder mehrere voneinander unabhängig gelagerte 35 räder des Getriebes, mit Schrägverzahnung versehen Ritzel, die mit Antriebswellen von Arbeitsmaschinen sind. Die Schrägstellung der Zähne ist bei der Ver-(Einzelverdichtern) gekuppelt sind. zahnung 2 mit entgegengesetzter Neigung zu der der

Weiter ist bei Getrieben für Schiffsantriebe die Verzahnung 3 ausgeführt. Mit 8 ist eine Ebene

Zwischenschaltung von Zwischenrädern, die in Axial- bezeichnet, die zwischen den Verzahnungen 2, 3 der

schublagern gehalten sind und die Verwendung von 30 Antriebswelle 1 senkrecht zur Achse dieser Welle

schrägverzahnten Rädern an sich bekannt (britische steht.

Patentschrift 120 648). Dort handelt es sich aber Die Antriebswelle 1 treibt über ihre Verzahnunnicht um die Verteilung der Antriebsleistung auf gen 2, 3 je zwei Zwischenräder 9,10 bzw. 11,12. Für mehrere Getriebewellen, sondern um den Antrieb die Lagerung jedes Zwischenrades ist jeweils ein der Schraubenwelle durch mehrere Turbinen, bzw. es 35 Radiallager 17 bis 20 und ein gleichzeitig als Axialsind dort keine voneinander unabhängig gelagerte schublager wirkendes Radial- bzw. Traglager 13 bis Ritzel vorgesehen, die mit den Antriebswellen von 16 vorgesehen.

Arbeitsmaschinen gekuppelt sind, d. h. es handelt sich Die Zwischenräder 9 bis 12 treiben ihrerseits die

um eine andere Anordnung als die, von welcher die Ritzel 21 bis 24, deren jedes in zwei Radiallagern 25,

vorliegende Erfindung ausgeht. 40 26 bzw. 27, 28 bzw. 29, 30, bzw. 31, 32 gelagert ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Mit 42 bis 45 sind die von den Ritzeln angetriebe-

Erfindung ist das Getriebe als Vierritzelgetriebe mit nen Arbeitsmaschinen, beispielsweise hintereinander-

symmetrisch zur Achse der Antriebswelle angeord- geschaltete, mehrstufige Einzelverdichter eines

neten Ritzeln und Zwischenrädern ausgebildet. Nach Höchstdruck-Turboverdichters bezeichnet. Die Lei-

einer zweckmäßigen Weiterbildung der Erfindung ist 45 stungsübertragung kann dabei, wie die Zeichnung

vorgesehen, daß die Übersetzung von den Zwischen- erkennen läßt, zweckmäßigerweise über nicht näher

rädern auf die Ritzel eine Übersetzung ins Schnelle bezeichnete feste Kupplungen und die zwischen die

ist. Vorteilhafterweise kann dabei die Übersetzung Ritzel 21 bis 24 und die Maschinenwellen der Ver-

von der Antriebswelle zu den Ritzeln insgesamt eine dichter 42 bis 45 geschalteten Wellenabschnitte 37 bis

Übersetzung ins Schnelle sein. Ansich sind Getriebe- 50 40 erfolgen.

anordnungen mit den vorstehend angegebenen Über- Zur Übertragung des Axialschubes von den Ritzeln Setzungsverhältnissen von Schiffsantrieben her 21 bis 24 auf die Zwischenräder 9 bis 12, und damit bekannt (deutsche Patentschrift 890 293, britische auf die Axialschublager 13 bis 16, sind auf den Rit-Patentschrift 120 648), bei denen jedoch die An- und zein jeweils zwei mit diesen fest verbundene mitrotie-Abtriebsverhältnisse gegenüber dem vorliegenden 55 rende Druckkämme 33 bis 36 angeordnet. Die Druck-Erfindungsgegenstand umgekehrt sind. Durch entspre- kämme sowie die Radkörper der Zwischenräder 9 bis chende Wahl der Übersetzungsverhältnisse ergeben 12 weisen aneinanderliegende Stirnflächen auf, so sich für die erfindungsgemäße Getriebeanordnung daß die Zwischenräder zwischen den Druckkammbesonders günstige Bedingungen. flächen geführt sind, bzw. die Ritzel sich axial mittels

Die Durchmesser der Zwischenräder können 60 dieser Druckkämme auf die Radkörper der Zwischendanach ohne weiteres so gewählt werden, daß diese räder und somit auf die in beiden Richtungen wirken-Räder wesentlich langsamer laufen als die Ritzel bzw. den Axialschublager abstützen können,
die von diesen angetriebenen Arbeitsmaschinen. Dies Axialbewegungen, beispielsweise Wärmedehnungsist vorteilhaft, da die an den Zwischenrädern bzw. bewegungen der Antriebswelle 1 können durch Glei- -wellen erfindungsgemäß vorgesehenen Axialschub- 65 ten der Verzahnungen 2, 3 gegenüber den axial für lager, auf die der Axialschub von den schnellaufenden sich fixierten Zwischenrädern 9, 11 bzw. 10, 12 ausRitzeln übertragen wird, reichlich bemessen werden geglichen werden. Wie die Zeichnung weiter erkennen können, was sich im Hinblick auf die auftretenden läßt, ist die Schrägstellung der Verzahnung 2 mit ent-

gegengesetzter Neigung zu der der Verzahnung 3 ausgeführt. Das gleiche gilt für die Zwischenräder 9, 10 gegenüber den Zwischenrädern 10,12 und sinngemäß auch für die Ritzel.

Dank dieser Anordnung wirken die von den links und rechts der Ebene 8 liegenden Zwischenräder 9 bis 12 auf die Antriebswelle 1 ausgeübten axialen Zahnschübe gegeneinander, bzw. es kann ihre Summe auf den Wert Null gebracht werden. Wie die Zeichnung erkennen läßt, sind sowohl die Antriebsmaschine 41 als auch die einzelnen Verdichter 42 bis 45 für sich axial fixiert, so daß jede Maschine ihre Wärmedehnungsbewegungen unbeeinflußt von den anderen Maschinen ausführen kann.

Wie die Zeichnung erkennen läßt, ist die Übersetzung von der Antriebswelle 1 zu den Ritzeln 21 bis 24 insgesamt eine Übersetzung ins Schnelle. Es kann somit, wie bereits erwähnt, für den Antrieb eines mit hoher Drehzahl anzutreibenden Höchstdruckverdichters eine Antriebsmaschine konventioneller Bauart, d. h. mit verhältnismäßig niedriger Drehzahl gewählt werden.

Aus den dargestellten Durchmessern der Zahnräder ist ersichtlich, daß die Drehzahl der Zwischenräder 9 bis 12 wesentlich niedriger ist, als die der Wellen der Einzelverdichter 42 bis 45, was für die Aufnahme des Axialschubes in den Lagern 13 bis 16 angestrebt wurde. Die Zwischenräder 9 bis 12 sind im Durchmesser außerdem so bemessen, daß die Arbeitsmaschinen (Einzelverdichter 42 bis 45) mit einem sich als zweckmäßig ergebenden Abstand zur Antriebswelle 1 aufgestellt werden können.

Die an den Zwischenrädern vorgesehenen Axialschublager 13 bis 16, auf die, wie vorherbeschrieben, auch der Axialschub von den verhältnismäßig schnelllaufenden Ritzeln 21 bis 24 übertragen wird, können verhältnismäßig reichlich bemessen werden, ohne daß große Lagerverluste bzw. zu hohe Beanspruchungen auftreten.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorbeschriebene bzw. dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Es sind hiervon verschiedene Abwandlungen, insbesondere hinsichtlich der baulichen Anordnung denkbar. So ist es nicht unbedingt erforderlich, daß, wie im Falle des Ausführungsbeispieles, die Achsen jeweils zweier beiderseits der Ebene 8 liegender Ritzel und Zwischenräder in einer Flucht angeordnet sind. Die Achsen der Ritzel und Zwischenräder müssen nicht, wie beim Ausführungsbeispiel, in einer horizontalen Ebene angeordnet sein. Weiter könnte eine von dem dargestellten Ausführungsbeispiel abweichende Anzahl von Zwischenrädern bzw. Ritzeln vorgesehen sein.

Es wäre z.B. auch möglich, daß eine ungerade Anzahl von Ritzeln vorgesehen würde. Ein Schubausgleich wäre dann durch unterschiedliche Zahnschräge in den Verzahnungen bzw. unterschiedliche Leistungsaufteilung möglich.

Insbesondere bei mehr als vier Arbeitsmaschinen können auch zwei Getriebe in axialer Richtung in Reihe geschaltet werden, d. h., es könnte das dargestellte Ausführungsbeispiel so abgewandelt werden, daß die Antriebswelle 1 nach rechts verlängert wird und an dieser Verlängerung eine oder zwei den Verzahnungen 2, 3 entsprechende Verzahnungen vorgesehen werden, die über entsprechend angeordnete Zwischenräder und Ritzel weitere Arbeitsmaschinen in der genannten Weise antreiben.

Die Übersetzungen von der Antriebswelle 1 zu den Ritzeln können auch so gewählt werden, daß die einzelnen Ritzel mit verschiedenen Drehzahlen laufen, so daß jeder Teilverdichter 42 bis 45 für seine günstige Drehzahl ausgelegt werden kann. In allen Fällen in deren mehrere, auch mit voneinander unterschiedlicher Drehzahl laufende Arbeitsmaschinen von einer Antriebsmaschine über eine gemeinsame Antriebswelle anzutreiben sind, kann die Betriebsdrehzahl der Antriebsmaschine über einen λνεΗεη Bereich gewählt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Getriebeanordnung zur Verteilung der Antriebsleistung auf mehrere getriebene Wellen, insbesondere auf die Wellen eines Turboverdichters mit zwei oder mehreren Einzelverdichtern, mittels einer auf der Antriebswelle angeordneten zweikränzigen Verzahnung auf zwei oder mehrere, miteinander und zur Antriebswelle parallele, voneinander unabhängig gelagerte Ritzel, die mit den Antriebswellen der anzutreibenden Maschinen gekuppelt sind, wobei die PJtzel beiderseits einer Ebene angeordnet sind, die zwischen den Verzahnungen der Antriebswelle senkrecht zu ihrer Achse verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Leistungsübertragung von den Verzahnungen (2, 3) der für sich axial fixierten Antriebswelle (1) auf die Ritzel (21 bis 24) über Zwischenräder (9 bis 12) erfolgt, die in Axialschublagern (13 bis 16) gehalten sind,

b) der an den Ritzeln (21 bis 24) wirkende Axialschub mittels auf diesen aufgebrachten mitrotierenden Druckkämmen (33 bis 36) auf die Zwischenräder (9 bis 12) übertragen ist und

c) sowohl die Verzahnungen (2, 3) der Antriebswelle (1) als auch die Zwischenräder (9 bis 12) und die Ritzel (21 bis 24) mit Schrägverzahnung versehen sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Vierritzelgetriebe mit symmetrisch zur Achse der Antriebswelle (1) angeordneten Ritzeln und Zwischenrädern.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung von den Zwischenrädern (9 bis 12) auf die Ritzel (21 bis 24) eine Übersetzung ins Schnelle ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übersetzung von der Antriebswelle (1) zu den Ritzeln (21 bis 24) insgesamt eine Übersetzung ins Schnelle ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen