DE3707992A1 - Gearing, particularly for turbine compressors - Google Patents

Gearing, particularly for turbine compressors

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DE3707992A1 DE19873707992 DE3707992A DE3707992A1 DE 3707992 A1 DE3707992 A1 DE 3707992A1 DE 19873707992 DE19873707992 DE 19873707992 DE 3707992 A DE3707992 A DE 3707992A DE 3707992 A1 DE3707992 A1 DE 3707992A1
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    • F04D25/163—Combinations of two or more pumps ; Producing two or more separate gas flows driven by a common gearing arrangement

Abstract

An intermediate gear (14) is provided with pressure ridges (18) which interact with front-face sliding surfaces (42, 40) on an input gear (4) and an output gear (34), both of which are in engagement with the intermediate gear (14). As a result, the mass of the gears and pressure ridges is lower than when just two gears are used and the centre distance is the same.

Description

Die Erfindung betrifft ein Getriebe, insbesondere für Turbinen-Kompressoren, mit einfach-schrägverzahnten Zahnrädern und mit Druckkämmen, welche die zwischen den Zahnrädern, die miteinander in Eingriff sind, durch die Schrägverzahnung entstehenden Axialkräfte aufnehmen.The invention relates to a transmission, in particular for Turbine compressors, with single helical teeth Gears and with pressure combs, which the between the gears that mesh with each other axial forces generated by the helical teeth record, tape.

Getriebe mit Druckkämmen sind aus den DE-PS 4 01 652, DE-OS 29 24 349 und DE-OS 30 47 334 bekannt. Druck­ kämme dienen dazu, die Axialkräfte, welche innerhalb der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder durch deren schräg zur Axialrichtung verlaufenden Zähne entstehen, innerhalb dieser Zahnräder zu kompensieren und dadurch Axialdrucklager zur Aufnahme solcher Axialkräfte zu vermeiden.Gearboxes with pressure combs are from DE-PS 4 01 652, DE-OS 29 24 349 and DE-OS 30 47 334 known. Pressure Comb combs the axial forces inside of the meshing gears their teeth that are oblique to the axial direction arise to compensate within these gears and thereby thrust bearing to accommodate such Avoid axial forces.

Zum Antrieb von sehr schnell laufenden Maschinen, wie beispielsweise Turbinen-Kompressoren, sind sehr hohe Drehzahlen erforderlich. Diese werden durch Ge­ triebe erzeugt, welche eine relativ niedrige Dreh­ zahl einer Antriebsmaschine, beispielsweise eines Elektromotors, auf die gewünschte hohe Drehzahl um­ wandeln. Dies erfolgt bei bekannten Einrichtungen durch einstufige Getriebe mit einem im Durchmesser großen Antriebszahnrad und einem mit ihm in Ein­ griff befindlichen, im Durchmesser kleinen Zahnrad. Durch den großen Durchmesser des Antriebszahnrades hat dieses bei hohen Drehzahlen sehr große Flieh­ kräfte. Die Verwendung von Druckkämmen bei den bekannten Getrieben führt außerdem zu großen axialen Längen der aus Zahnrad und Druckkämmen gebildeten Einheiten. Dadurch haben die bekannten Zahnrad- Druckkamm-Einheiten große Schwungmassen. Große Schwungmassen haben den Nachteil, daß entsprechend starke Lager für diese Schwungmassen und hohe An­ triebsleistungen für den Antrieb dieser Schwung­ massen erforderlich sind. Ein weiterer Nachteil vieler bekannten Getriebe mit Druckkämmen besteht darin, daß bei der Herstellung der Zähne der Zahn­ räder die Druckkämme auf mindestens einer Stirnseite der Zahnräder ein axiales Herausfahren und Einfahren von Schleifscheiben in die Zahnlücken bei der Zahn­ herstellung verhindern, oder die Druckkämme mit so großem axialem Abstand von den Zahnrädern angeordnet werden müssen, daß andere Nachteile entstehen. Solche anderen Nachteile sind die Gefahr von Torsionen der Verzahnung infolge von großen Abständen der das Zahn­ rad haltenden Lager, und große axiale Abmessungen.For driving very fast running machines, such as turbine compressors are very high speeds required. These are by Ge  drives generated which has a relatively low rotation number of a prime mover, for example one Electric motor, to the desired high speed walk. This is done in known facilities through single-stage gearbox with a diameter large drive gear and one with it in one handle located, small diameter gear. Due to the large diameter of the drive gear has this very large flee at high speeds powers. The use of pressure combs in the known gears also leads to large axial Lengths of the gear and pressure combs Units. As a result, the well-known gear Compression units with large flywheels. Size Flywheels have the disadvantage that accordingly strong bearings for these flywheels and high loads power for driving this momentum masses are required. Another disadvantage there are many known gears with pressure combs in the fact that in the manufacture of the teeth the tooth wheel the pressure combs on at least one end face the gears axially extend and retract of grinding wheels in the tooth gaps at the tooth prevent production, or the pressure combs with so large axial distance from the gears must be that other disadvantages arise. Such other disadvantages are the risk of torsion Interlocking due to large gaps between the tooth wheel bearing, and large axial dimensions.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, ein Getriebe zur Übersetzung einer niedrigen Dreh­ zahl in eine sehr hohe Drehzahl zu schaffen, welches auch bei großem Achsabstand zwischen einer Antriebs­ welle und einer Abtriebswelle kleinere Schwungmassen als die bekannten Getriebe hat und trotzdem kon­ struktiv einfach ist.The object of the invention is to be achieved a gear to translate a low rotation number to create a very high speed, which even with a large center distance between a drive shaft and an output shaft with smaller flywheels  than the known gearbox and still kon is structurally simple.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daßThis object is achieved according to the invention in that

  • - ein Antriebszahnrad,- a drive gear,
  • - ein mit diesem in Eingriff stehendes Zwischen­ zahnrad,- An intermediate with this gear,
  • - und ein ebenfalls mit dem Zwischenzahnrad in Eingriff befindliches Abtriebszahnrad vorge­ sehen sind,- And one with the intermediate gear in Engaged output gear pre-selected see are
  • - daß alle drei Zahnräder eine Schrägeverzahnung haben,- That all three gears have helical teeth to have,
  • - daß auf beiden Seiten des Zwischenzahnrades je ein Druckkamm in der Nähe der stirnseitigen Enden der Schrägverzahnung vorgesehen ist,- That on both sides of the intermediate gear one print comb each near the front Ends of the helical toothing is provided,
  • - daß die beiden Druckkämme über die Zahnspitzen des Zwischenzahnrades radial hinausragen,- That the two pressure combs over the tooth tips of the intermediate gear protrude radially,
  • - daß das Antriebszahnrad und das Abtriebszahn­ rad unmittelbar neben ihrer Verzahnung, je­ doch radial nach innen versetzt, stirnseitig Gleitflächen haben, die mit den Druckkammern des Zwischenzahnrades zusammenwirken.- That the drive gear and the driven tooth rad immediately next to their teeth, each but offset radially inwards, on the front Have sliding surfaces with the pressure chambers of the intermediate gear cooperate.

Durch die Erfindung ergeben sich folgende Vorteile: Kleine Schwungmassen, auch wenn der Achsabstand zwischen einer Antriebswelle und einer Abtriebswelle sehr groß ist; nur ein einziges Rad benötigt Druckkämme zur Kompensierung von Axialkräften der einfach-schrägen Verzahnung der Zahnräder; kleine Abmessungen in radialer und axialer Richtung; insgesamt einfache und preiswerte Konstruktion; alle Zahnräder können auf einfache Weise hergestellt werden, da die Druckkämme so angeordnet sind, daß sie ein axiales Einfahren und Ausfahren von Schleifscheiben zur Her­ stellung der Zähne der Zahnräder nicht behindern, insbesondere bei dem als Ritzel ausgebildeten Abtriebs­ zahnrad, welches vorzugsweise zusammen mit einer Welle aus einem einstückigen Teil besteht.The following advantages result from the invention: Small flywheels, even if the center distance between an input shaft and an output shaft is very large; only one wheel needed Combs to compensate for the axial forces of the single-helical toothing of the gears; small Dimensions in radial and axial direction; a total of simple and inexpensive construction; all gears can be produced in a simple manner, since the Pressure combs are arranged so that they are axial Retracting and extending grinding wheels to the fro position of the teeth of the gears, especially with the output gear designed as a pinion  gear, which preferably together with a Shaft consists of a one-piece part.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben, welche eine bevorzugte Aus­ führungsform der Erfindung zeigt.The invention is described below with reference to the Described drawing, which is a preferred off management form of the invention shows.

Die Zeichnung zeigt ein Getriebe im Axialschnitt zum Antrieb von Turbinen-Kompressoren.The drawing shows a gearbox in axial section Drive of turbine compressors.

Das Getriebe besteht im wesentlichen aus einem auf einer Antriebswelle 2 drehfest angeordneten Antriebs­ zahnrad 4 mit einer einfach-schrägverzahnten Ver­ zahnung 6 und zwei stirnseitig auf beiden Seiten vor­ gesehenen Ringbünden 8 radial innerhalb der Verzahnung 6; einem auf einer Zwischenwelle 12 angeordneten Zwischen­ zahnrad 14 mit einer einfachen Schrägverzahnung 16, welche mit der Schrägverzahnung 6 des Antriebszahn­ rades 4 in Eingriff ist, und zwei Druckkämmen 18, von welchen je einer auf jeder Stirnseite 20 des Zwischen­ zahnrades 14 durch Befestigungsmittel 22 befestigt ist; und einem auf einer Abtriebswelle 32 vorgesehenen Ab­ triebszahnrad 34, welches eine einfache Schrägver­ zahnung 36 aufweist, die mit der Schrägverzahnung 16 des Zwischenzahnrades 14 in Eingriff ist. Die Ab­ triebswelle 32 und das Abtriebszahnrad 34 bilden zu­ sammen ein einstückiges Ritzel. Das Abtriebszahn­ rad 34 ist auf beiden Stirnseiten mit je einem kurzen, über die stirnseitigen Enden 37 der Verzahnung 36 überstehenden, jedoch erst am Zahnfuß 39 beginnenden Ansatz 38 versehen. Die Ansätze 38 bilden stirnseitig Gleitflächen 40, und die Stirnflächen 42 der Ring­ bünde 8 des Antriebszahnrades 4 bilden Gleitflächen, welche mit jeweils gegenüberliegenden stirnseitigen Gleitflächen 44 der Druckkämme 18 zusammenwirken und axiales Auseinanderlaufen der drei Zahnräder 4, 14 und 34 verhindern.The gearbox consists essentially of a drive gear 4 arranged in a rotationally fixed manner on a drive shaft 2 with a single helical toothing 6 and two end faces on both sides in front of the annular collars 8 seen radially within the toothing 6 ; an arranged on an intermediate shaft 12 intermediate gear 14 with a simple helical toothing 16 which engages with the helical toothing 6 of the drive toothed wheel 4 , and two pressure combs 18 , one of which is fastened on each end face 20 of the intermediate toothed wheel 14 by fastening means 22 ; and a provided on an output shaft 32 from drive gear 34 , which has a simple helical toothing 36 , which is in engagement with the helical toothing 16 of the intermediate gear 14 . From the drive shaft 32 and the driven gear 34 together form a one-piece pinion. The driven tooth wheel 34 is provided on both ends with a short, over the end ends 37 of the teeth 36 protruding, but only beginning at the tooth base 39 approach 38 . The approaches 38 form end faces sliding surfaces 40 , and the end faces 42 of the ring collars 8 of the drive gear 4 form sliding surfaces, which interact with opposite end sliding surfaces 44 of the pressure combs 18 and prevent axial divergence of the three gears 4 , 14 and 34 .

Alle drei Verzahnungen 6, 16 und 36 sind gleich breit, d. h. in axialer Richtung gleich lang. Die Ringbünde 8 und die Ansätze 38 ragen axial nur geringfügig über die stirnseitigen Enden 37 der Verzahnungen 6, 16 und 36 hinaus, befinden sich jedoch radial innerhalb dieser Verzahnungen. Auch die Druckkämme 18 haben einen entsprechenden kleinen Abstand von den stirn­ seitigen Enden 37 des Zwischenzahnrades 14. Dadurch sind in den Eingriffsbereichen, in welchen die Ver­ zahnung 6 mit der Verzahnung 16 in Eingriff ist, und die Verzahnung 16 mit der Verzahnung 36 in Eingriff ist, stirnseitig Zwischenräume 48 gebildet, über welche Öl in die Zahnlücken zwischen den Zähnen der Verzahnungen 6, 16 und 36 hineinfließen oder heraus­ fließen kann. Dadurch wird eine Überhitzung der Ver­ zahnung in den Eingriffsbereichen vermieden.All three toothings 6 , 16 and 36 have the same width, ie the same length in the axial direction. The ring collars 8 and the lugs 38 project axially only slightly beyond the front ends 37 of the toothings 6 , 16 and 36 , but are located radially within these toothings. The pressure combs 18 are also at a corresponding small distance from the front ends 37 of the intermediate gear 14 . As a result, in the engagement areas, in which the toothing 6 engages with the toothing 16 and the toothing 16 engages with the toothing 36 , gaps 48 are formed on the end face, via which oil into the tooth gaps between the teeth of the toothing 6 , 16 and 36 can flow in or out. This prevents the teeth from overheating in the engagement areas.

Die Druckkämme 18 haben die Form von Ringen mit einer die Zwischenräume 48 bildenden ringförmigen Aus­ nehmung 50 auf den den Stirnseiten 20 des Zwischen­ zahnrades 40 zugewandten Innenseiten. Die Ausneh­ mungen erstrecken sich jeweils vom radial äußeren Umfang der Druckkämme 18 bis mindestens zum Zahn­ grund der Verzahnung 16 des Zwischenzahnrades 14. Der Außendurchmesser der Druckkämme 18 ist nur so groß, wie dies erforderlich ist, damit die Gleit­ flächen 44 an den Gleitflächen 32 und 42 anliegen können. Der Innendurchmesser der ringförmigen Druck­ kämme 18 ist so groß wie möglich gewählt, wie dies die Befestigungsmittel 22 zulassen, damit die zentrische Öffnung 54 der ringförmigen Druckkämme 18 so groß wie möglich ist und damit viel Masse einge­ spart wird.The pressure combs 18 have the shape of rings with an intermediate space 48 forming an annular recess 50 on the end faces 20 of the intermediate gear 40 facing inner sides. The Ausneh lines each extend from the radially outer circumference of the pressure combs 18 to at least the tooth base of the toothing 16 of the intermediate gear 14th The outer diameter of the pressure combs 18 is only as large as is necessary so that the sliding surfaces 44 can rest against the sliding surfaces 32 and 42 . The inner diameter of the annular pressure combs 18 is chosen as large as possible, as the fasteners 22 allow, so that the central opening 54 of the annular pressure combs 18 is as large as possible and thus a lot of mass is saved.

Die Antriebswelle 2 wird von einem Antrieb 60, vor­ zugsweise einem Elektromotor, angetrieben. Die Ab­ triebswelle 32 treibt zwei beidseitig des Abtriebs­ zahnrades 34 entgegengesetzt zueinander angeordnete Turbinen-Kompressoren 62. Vom Antrieb 60 und von den Kompressoren 62 können Axialkräfte auf das Getriebe übertragen werden. Zur Abstützung dieser Axial­ kräfte können an der Antriebswelle 2 und der Abtriebs­ welle 32 Axialdrucklager angebracht werden. Kurze Kraftübertragungswege und eine kleinere Anzahl von Axialdrucklagern erhält man dann, wenn solche Axial­ kräfte über die Druckkämme 18 auf das Zwischenzahnrad übertragen und von Axialdrucklagern 64 und 66 aufge­ nommen werden, welche an der Zwischenwelle 12 ange­ ordnet sind und von welchen das eine Axialdruck­ lager 64 Druckkräfte in der einen Axialrichtung und das andere Axialdrucklager 66 Druckkräfte in der ent­ gegengesetzten Axialrichtung aufnimmt. Ferner sind für alle Wellen jeweils Radialdrucklager 68 zur Auf­ nahme von Radialkräften vorgesehen.The drive shaft 2 is driven by a drive 60 , preferably an electric motor. From the drive shaft 32 drives two bilateral of the output gear 34 oppositely arranged turbine compressors 62nd Axial forces can be transmitted from the drive 60 and from the compressors 62 to the transmission. To support these axial forces 32 thrust bearings can be attached to the drive shaft 2 and the output shaft. Short power transmission paths and a smaller number of thrust bearings are obtained when such axial forces are transmitted to the idler gear via the pressure combs 18 and taken up by thrust bearings 64 and 66 , which are arranged on the intermediate shaft 12 and of which the one thrust bearing 64 Compressive forces in one axial direction and the other thrust bearing 66 absorbs compressive forces in the opposite axial direction. Furthermore, radial thrust bearings 68 are provided for taking up radial forces on all shafts.

Bei Turbinen-Kompressoren 62, deren Gehäuse sehr großen Durchmesser haben, ist auch der Achsabstand zwischen der Antriebswelle 2 und der Abtriebswelle 32 sehr groß, um an einem der Kompressoren 62 vorbei zum Antrieb 60 zu gelangen. Wenn dieser große Achsabstand mit nur zwei Zahnrädern überbrückt wird, muß minde­ stens eines dieser Zahnräder einen sehr großen Durch­ messer haben, was eine große Masse darstellt. Die gesamte Masse aller Zahnräder einschließlich Druck­ kämme wird gemäß der Erfindung verringert, indem ins­ gesamt drei Zahnräder 4, 14, 34 verwendet werden. Dabei kann das Zwischenzahnrad 14 einen gleich großen, größeren oder kleineren Durchmesser als das Antriebs­ zahnrad 4 haben.In the case of turbine compressors 62 , whose housings have very large diameters, the center distance between the drive shaft 2 and the output shaft 32 is also very large in order to get past one of the compressors 62 to the drive 60 . If this large center distance is bridged with only two gears, at least one of these gears must have a very large diameter, which represents a large mass. The total mass of all gears including pressure combs is reduced according to the invention by using a total of three gears 4 , 14 , 34 . The intermediate gear 14 can have the same size, larger or smaller diameter than the drive gear 4 .

Gemäß der in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsform hat das Antriebszahnrad 4 einen größeren Außendurchmesser als das Zwischenzahnrad 14, und das Zwischenzahnrad 14 hat einen großeren Außen­ durchmesser als das Abtriebszahnrad 34. Das Getriebe übersetzt somit zweimal eine niedrige Antriebsdreh­ zahl in eine höhere Abtriebsdrehzahl.According to the preferred embodiment shown in the drawing, the drive gear 4 has a larger outer diameter than the intermediate gear 14 , and the intermediate gear 14 has a larger outer diameter than the driven gear 34 . The transmission thus translates twice a low input speed into a higher output speed.

Claims (6)

1. Getriebe, insbesondere für Turbinen-Kompressoren, mit einfach-schrägverzahnten Zahnrädern und mit Druckkämmen, welche die zwischen den Zahnrädern, die miteinander in Eingriff sind, durch die Schräg­ verzahnung entstehenden Axialkräfte aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - ein Antriebszahnrad (4),
  • - ein mit diesem in Eingriff stehendes Zwischen­ zahnrad (14),
  • - und ein ebenfalls mit dem Zwischenzahnrad (14) in Eingriff befindliches Abtriebszahnrad (34) vorgesehen sind,
  • - daß alle drei Zahnräder eine einfache Schräg­ verzahnung (6, 16, 36) haben,
  • - daß auf beiden Seiten (20) des Zwischenzahn­ rades (14) je ein Druckkamm (18) in der Nähe der stirnseitigen Enden (37) der Schrägver­ zahnung (16) vorgesehen ist,
  • - daß die beiden Druckkämme (18) über die Zahn­ spitzen des Zwischenzahnrades (14) radial hinausragen, und
  • - daß das Antriebszahnrad (4) und das Abtriebs­ zahnrad (34) in der Nähe neben ihrer Ver­ zahnung, jedoch radial nach innen versetzt, stirnseitig Gleitflächen (42, 32) haben, die mit den Druckkämmen (18) des Zwischen­ zahnrades (14) zusammenwirken.
1. Transmission, in particular for turbine compressors, with single helical gears and with pressure combs, which accommodate the axial forces arising between the gears which are in engagement with one another by the helical gearing, characterized in that
  • - a drive gear ( 4 ),
  • - An intermeshing gear ( 14 ),
  • - and a driven gear ( 34 ) which is also in engagement with the intermediate gear ( 14 ) is provided,
  • - That all three gears have a simple helical toothing ( 6 , 16 , 36 ),
  • - That on both sides ( 20 ) of the intermediate toothed wheel ( 14 ) a pressure comb ( 18 ) in the vicinity of the front ends ( 37 ) of the helical teeth ( 16 ) is provided,
  • - That the two pressure combs ( 18 ) over the tooth tips of the intermediate gear ( 14 ) protrude radially, and
  • - That the drive gear ( 4 ) and the output gear ( 34 ) in the vicinity next to their Ver toothing, but offset radially inward, have end faces sliding surfaces ( 42 , 32 ) which with the pressure combs ( 18 ) of the intermediate gear ( 14 ) work together.
2. Getriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkämme (18) an den Stirnseiten (20) des Zwischenzahnrades (14) befestigt sind.2. Transmission according to claim 1, characterized in that the pressure combs ( 18 ) on the end faces ( 20 ) of the intermediate gear ( 14 ) are attached. 3. Getriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkämme (18) zwischen sich und den stirn­ seitigen Enden (37) der Verzahnungen (6, 16, 36) in den Bereichen des Eingriffes der Verzahnungen zwischen den drei Zahnrädern jeweils Zwischenräume (48) zur Zirkulation von Flüssigkeit in und aus den Zahn­ lücken zwischen den Zähnen der Verzahnungen (6, 16, 36) bilden.3. Gearbox according to claim 1 or 2, characterized in that the pressure combs ( 18 ) between themselves and the end ends ( 37 ) of the toothings ( 6 , 16 , 36 ) in the areas of engagement of the toothings between the three gears gaps ( 48 ) for the circulation of liquid in and out of the tooth gaps between the teeth of the teeth ( 6 , 16 , 36 ) form. 4. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle (12) von mindestens einem der drei Zahnräder mit mindestens einem Axialdrucklager (64, 66) zur Aufnahme von Axialkräften versehen ist, die von einem Antrieb (60) am Antriebszahnrad (4) oder einer vom Abtriebszahnrad (36) angetriebenen Maschine er­ zeugt werden. 4. Transmission according to one of claims 1 to 3, characterized in that a shaft ( 12 ) of at least one of the three gears is provided with at least one thrust bearing ( 64 , 66 ) for absorbing axial forces from a drive ( 60 ) on Drive gear ( 4 ) or one of the driven gear ( 36 ) driven machine he testifies. 5. Getriebe nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das oder die Axialdrucklager (64, 66) an einer Welle (12) des Zwischenzahnrades (14) vorgesehen sind.5. Transmission according to claim 4, characterized in that the or the thrust bearing ( 64 , 66 ) on a shaft ( 12 ) of the intermediate gear ( 14 ) are provided. 6. Getriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der, jeweils über die Spitzen der Verzahnungen gemessene, Durchmesser des Zwischenzahnrades (14) kleiner ist als der Durchmesser des Antriebszahn­ rades (4), aber größer als der Durchmesser des Abtriebszahnrades (36).6. Transmission according to one of claims 1 to 5, characterized in that the, measured in each case via the tips of the toothing, diameter of the intermediate gear ( 14 ) is smaller than the diameter of the drive toothed wheel ( 4 ), but larger than the diameter of the driven gear ( 36 ).
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