DE4241141A1 - Verdichteranlage mit einem im Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Verdichterbereich der Anlage eingeschalteten Zahnradgetriebe - Google Patents
Verdichteranlage mit einem im Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem Verdichterbereich der Anlage eingeschalteten ZahnradgetriebeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Verdichteranlage mit einem im
Antriebsstrang zwischen einer Antriebseinheit und einem
Verdichterbereich der Anlage eingeschalteten Zahnradge
triebe, dieses Zahnradgetriebe umfassend ein Getriebege
häuse, in diesem Getriebegehäuse gelagert eine Getriebe
eingangswelle, ein eingangsnahes Hauptzahnrad und wenig
stens eine von diesem Hauptzahnrad her über ein Ritzel
angetriebene zum Verdichterbereich führende Ausgangswelle
mit einer Achse.
Von einer solchen Getriebe-Turboverdichteranlage wird in
neuester Zeit die Erreichung von Druckverhältnissen von
pA/pE = 60 und mehr gefordert, wobei pE den Druck im
Verdichtereingang und pA den Druck im Verdichterausgang
bedeuten. Voraussetzung hierfür sind die Übertragung
großer Momente bei mittleren Drehzahlen für die auf
geringem Druckniveau verdichtenden Verdichterstufen und
höchste Drehzahlen für die auf höherem Druckniveau ver
dichtenden Verdichterstufen. Diese höchsten Drehzahlen
lassen sich mit einstufigen Getrieben allein nicht mehr
erzielen. Es müssen also in einigen Stufen die Verdich
tereinheiten durch ein einstufiges und in anderen Ver
dichterstufen die Verdichtereinheiten durch ein zwei
stufiges Getriebe angetrieben werden.
Ein Getriebe der eingangs bezeichneten Bauart ist aus der
deutschen Patentschrift DE-C2 40 03 482 bekannt. Bei
dieser bekannten Ausführungsform ist zum Antrieb einer mit
hoher Drehzahl angetriebenen Verdichtereinheit ein zwei
stufiges Zwischenrad vorgesehen, welches mit einem Zahn
ring kleineren Durchmessers in Eingriff mit dem
Hauptzahnrad steht und mit einem Zahnring größeren Durch
messers in Eingriff mit einem Ritzel einer Ausgangswelle
steht.
Eine weitere Vorrichtung eingangs bezeichneter Art ist aus
der DE U 92 01 858 bekannt. Dabei kämmt mit dem eingangs
nahen Hauptzahnrad ein Trippel-Zahnrad und zwar mit seinem
axial mittleren Zahnring geringerer Zähnezahl, während die
beiden axial endständigen Zahnringe von jeweils größerer
Zähnezahl mit je einem Ritzel einer Ausgangswelle in
Eingriff stehen.
Wenn bei den bekannten Lösungen an der Ausgangswelle von
einer Verdichtereinheit oder auch von zwei an den beiden
Enden der Ausgangswelle angebrachten Verdichtereinheiten
ein resultierender Schub auf die Ausgangswelle ausgeübt
wird, so kann man diesen resultierenden Schub durch
Druckkämme auf den mit dem Ritzel kämmenden Zahnkranz
übertragen. Dies ist eine an sich vorteilhafte Lösung,
weil an der Übertragungsstelle zwischen den Druckkämmen
und einem verzahnungsnahen Anlagebereich des Zahnkranzes
relativ geringe Relativbewegungen auftreten, so daß dort
verhältnismäßig geringe Reibungsverluste zu erwarten sind
im Vergleich zu Reibungsverlusten, die man erwarten müßte,
wenn man die Ausgangswelle durch axialschubübertragende
Lagerungen lagern wollte. So vorteilhaft diese Lösung aus
dem vorstehend angegebenen Gründen sein mag, so verbleibt
doch ein gewisses Problem insofern, als resultierender
axialer Schub, der durch einen Druckkamm auf einen dem
Ritzel vorgeschalteten Zahnkranz übertragen wird, zu einem
Kippmoment auf den diesem Zahnkranz zugehörigen Radkörper
führt, der zu schwer kontrollierbaren Fehlstellungen Anlaß
geben kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösung besteht darin,
daß durch Doppel- oder Trippelräder die Gehäusebreite
erhöht und damit die "Biegelänge" der mit Ritzel
versehenen Ausgangswellen größer wird, was zu unkontrol
lierbaren Schwingungen führen kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Lösungen ist es, daß
das auf Kompaktheit und Steifigkeit auszulegende Gehäuse
größer wird und deshalb weiterer Versteifungsmaßnahmen
bedarf. Dieses Getriebegehäuse wird durch Zunahme der
Größe und durch Anbringung von Versteifungsmitteln immer
noch größer und schwieriger zu handhaben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung
der vorstehend zum Stand der Technik angegebenen Nach
teile, eine Verdichteranlage der eingangs bezeichneten Art
so auszubilden, daß Kippbelastungen auf Zahnräder redu
ziert werden und die Gehäusedimensionen möglichst gering
gehalten werden können. Weiter soll die Möglichkeit
erhalten bleiben, auf bekannte Gehäuseformen zurückgreifen
zu können, die bei geringerem Drehzahlbedarf angewandt
wurden und serienmäßig zur Verfügung stehen.
Weiter soll die Möglichkeit erhalten bleiben, in ein und
derselben Lagerstelle eines Getriebegehäuses wahlweise
Wellen für mittlere Drehzahlen und höchste Drehzahlen
einbauen zu können.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorge
schlagen, daß das die Ausgangswelle treibende Ritzel von
dem Sonnenrad eines Planetengetriebes gebildet ist; wobei
ein Planetenradträger dieses Planetengetriebes an dem
Getriebegehäuse festgelegt ist; wobei weiter ein Hohlrad
dieses Planetengetriebes an einem gegenüber dem Getriebe
gehäuse feststehenden Lagerteil drehbar gelagert ist;
wobei weiter dieses Hohlrad eine Außenverzahnung im
Eingriff mit dem eingangsnahen Hauptzahnrad aufweist;
wobei weiter mindestens ein Planetenrad auf dem Planeten
radträger gelagert ist und in Zahneingriff mit einer
Innenverzahnung des Hohlrads sowie mit einer Außenverzah
nung des Sonnenrads steht; wobei weiter das Sonnenrad
oder/und die Ausgangswelle durch mindestens einen Druck
kamm in axialer Richtung an dem mindestens einen Pla
netenrad axial festgelegt ist; und wobei dieses mindestens
eine Planetenrad an dem Planetenradträger durch eine
axialkraftübertragende Lageranordnung in axialer Richtung
abgestützt ist.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich folgende
Vorteile:
Es können wesentlich größere Drehzahlen erzielt werden. So
kann beispielsweise zwischen der Drehzahl der Eingangs
welle NE und der Drehzahl der Ausgangswelle NA problemlos
ein Übersetzungsverhältnis iges von 23,5 erzielt werden,
was bei Annahme einer Drehzahl der Eingangswelle von 2. 980
min-1 zu einer Drehzahl der Eingangswelle NA von 70.000
min-1 führt. Dabei kann der Achsabstand zwischen der Achse
des Hauptzahnrads und der Achse der Ausgangswelle bei ca.
559 mm gehalten werden.
Ein resultierender axialer Schub auf die Ausgangswelle
wird durch einen oder vorzugsweise durch zwei Druckkämme
auf ein oder mehrere vorzugsweise drei Planetenräder
übertragen, die in gleichmäßigem Umfangsabstand um die
Achse der Ausgangswelle angeordnet sind. Der Effekt
geringer Reibung zwischen Druckkamm der Ausgangswelle und
angrenzendem Anlagebereich des Planetenrads tritt auch
hier ein. Zusätzlich tritt aber der Vorteil ein, daß
verhältnismäßig geringe Kippmomente auf den Radkörper des
Planetenrads übertragen werden, da dieses Planetenrad nur
relativ geringen Radius besitzt. Von dem relativ langsamer
laufenden Planetenrad kann der axiale Schub dann relativ
einfach auf den Planetenradträger durch ein axialkraft
übertragendes Lager, beispielsweise ein Rillen-Kugellager,
übertragen werden. Dies wird um so unproblematischer je
größer die Zahl der über den Umfang verteilt angeordneten
Planetenräder ist. Hinzu kommt, daß die durch Schubkraft
übertragung belastenden Lager der Planetenräder angepaßt
an die Planetenradlagerzapfen relativ geringen Durchmesser
besitzen, so daß damit die Umfangsgeschwindigkeiten in
diesen Lagern relativ klein werden.
In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der
mindestens eine Druckkamm an dem mindestens einen Pla
netenrad in radialer Nähe zu dem Verzahnungsteilkreis des
Planetenrads angreift; durch diese Maßnahme wird, wie
schon angedeutet, erreicht, daß geringstmögliche Relativ
geschwindigkeiten an den Berührungsstellen zwischen
Druckkamm und Planetenrad auftreten.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Erfindung
ist vorgesehen, daß die Ausgangswelle durch eine Aus
gangswellenlagereinheit in einer Lageröffnung einer
Seitenwand des Getriebegehäuses gelagert ist, wobei diese
Ausgangswellenlagereinheit einen am Getriebegehäuse in
axialer Richtung und in Umfangsrichtung festgelegten
Lageraußenteil umfaßt. Stellt man sich vor, daß ein
Getriebegehäuse zur Verfügung steht, welches ursprünglich
für direkten Eingriff des Ritzels mit einem Zentralrad
gedacht war, so kann man also in einer Gehäusewand dieses
Getriebegehäuses unter Verwendung des Bohrbilds das für
die Lagerung einer solchen Ausgangswelle mit direkt in das
Hauptrad eingreifendem Ritzel bestimmt war, eine Aus
gangswellenlagereinheit vorsehen, an der alle
Lagerfunktionen für das Planetengetriebe übernommen werden
können. Eine neue Verbohrung des Getriebegehäuses erübrigt
sich damit.
Geht man weiter davon aus, daß die Ausgangswelle bei
Einbau des Planetengetriebes im Durchmesser kleiner wird
als die Ausgangswelle bei direktem Eingriff ihres Ritzels
mit dem Hauptzahnrad, so kann die Ausgangswellenlagerein
heit die Durchmesseranpassung der schlankeren Ausgangs
welle ohne weiteres übernehmen. Es ist hier noch anzumer
ken, daß die schlankere Gestaltung der Ausgangswelle bei
Einschaltung des Planetengetriebes nicht nur baulich
bedingt, sondern auch funktionsmäßig akzeptabel ist, denn
durch die Zwischenschaltung des Planetengetriebes kann die
Ausgangsdrehzahl erhöht werden und damit eine geforderte
Leistung mit geringerem Ausgangswellenquerschnitt über
tragen werden.
Die Ausgangswellenlagereinheit wird bevorzugt als Gleit
lager ausgeführt. Gleitlager sind im besonderem Maße
geeignet, den sehr hohen Drehzahlen standzuhalten. Wie im
Zusammenhang mit der Einführung des Lageraußenteils schon
angedeutet, kann dieses Lageraußenteil auch Lagerfunkti
onen für das Planetengetriebe übernehmen, etwa in der
Weise, daß der Planetenradträger an dem Lageraußenteil der
Ausgangswellenlagereinheit befestigt ist. Dann kann man
weiterhin vorsehen, daß das Hohlrad auf dem Planetenrad
träger gelagert ist.
Im Hinblick auf günstige Momentenübertragungsverhältnisse
und ruhigen Lauf wird empfohlen, daß die Außenverzahnung
des Hohlrads als eine Einfachschrägverzahnung ausgebildet
ist. Dann muß man für eine Axialabstützung des Hohlrads
Sorge tragen und kann dies dadurch erreichen daß das
Hohlrad an mindestens einem seiner axialen Enden an dem
Planetenradträger durch ein axialkraftübertragendes
Kugellager, insbesondere Schrägkugellager, gelagert ist.
Eine von der Montage und vom Raumbedarf her besonders
günstige konstruktive Getriebeeinbaulösung besteht darin,
daß der Lageraußenteil der Ausgangswellenlagereinheit mit
einem im Umfangsbereich der Lageröffnung an der Innenseite
der Gehäusewand anliegenden Stützring ausgeführt ist, daß
an diesem Stützring in einem radial inneren Bereich
desselben ein Trägerhals des Planetenradträgers befestigt
ist, daß dieser Trägerhals des Planetenradträgers an einem
planetenradnahen Ende mit einem radial auswärtsgerichteten
Planetenradträgerflansch ausgebildet ist und daß ein
radial einwärts gerichteter Hohlradträgerflansch in
axialer Richtung zwischen dem Planetenradträgerflansch und
dem Stützring auf dem Planetenradträgerhals gelagert ist.
Die von der Ausgangswelle in das mindestens eine Pla
netenrad eingeleiteten Axialkräfte können von diesem an
den Planetenradträger in der Weise günstig weitergegeben
werden, daß das mindestens eine Planetenrad auf dem
Planetenradträger durch mindestens ein axialkraftübertra
gendes Lager, beispielsweise Rillenkugellager, gelagert
ist.
Für die Herstellung der Verzahnungen an dem Hohlrad und
für den Einbau des Planetengetriebes in das Getriebege
häuse ist es günstig, wenn das Hohlrad von einem eine
Außenverzahnung und eine Innenverzahnung aufweisenden
Außenring und einem an diesem Außenring lösbar befestigten
Hohlradträgerflansch gebildet ist, wobei der Hohlrad
trägerflansch an mindestens einem axialen Ende des Außen
rings befestigt ist.
Für die Herstellung des Sonnenrads und des Planetenrads
erweist es sich als vorteilhaft und kostengünstig, wenn
das Sonnenrad und das mindestens eine Planetenrad mit
geraden Verzahnungen ausgeführt sind. Diese geraden
Verzahnungen können insbesondere dann gewählt werden, wenn
das mindestens eine Planetenrad aus Kunststoff gefertigt
ist.
An der Innenverzahnung des Hohlrads, die mit dem Pla
netenrad bzw. den Planetenrädern in Eingriff steht, wird
ebenso wie an der Eingriffstelle zwischen Planetenrad und
Sonnenrad ein geringeres Drehmoment übertragen als an der
Eingriffstelle zwischen der Außenverzahnung des Hohlrads
und dem Hauptzahnrad. Der Bedarf an Verzahnungsbreite ist
deshalb innerhalb des Hohlrads geringer als der Bedarf an
Verzahnungsbreite an der Außenseite des Hohlrads. Dies
schafft die Möglichkeit, daß die Innenverzahnung des
Hohlrads eine axiale Breite aufweist, welche geringer ist
als die axiale Breite des Hauptzahnrads, und daß minde
stens ein Teil der axialen Breite des Planetenradträgers
in axialer Überlappung mit der axialen Breite des Haupt
zahnrads untergebracht ist. Auf diese Weise erhält man
einen gesamten axialen Breitenbedarf des Planetengetrie
bes, der den bei direkter Drehmomentübertragung von dem
Hauptzahnrad auf die Ausgangswelle bestehenden Raumbedarf
eines Ritzels nicht wesentlich übersteigt und man schafft
somit erneut eine Voraussetzung dafür, daß man ohne
Beeinträchtigung günstiger Montageverhältnisse und ohne
sonstige unerwünschten Kompromisse in ein vorhandenes
ursprünglich für direkten Eingriff zwischen Hauptzahnrad
und Ausgangswelle konzipiertes Getriebegehäuse eine
Planetenradübertragung zwischen Hauptzahnrad und Aus
gangswelle einführen kann.
Wie an sich bei Verdichteranlagen der hier betrachteten
Art mit direkter Drehmomentübertragung zwischen Haupt
zahnrad und Ritzel einer Ausgangswelle bekannt, ist es
vorteilhaft, wenn das Planetengetriebe und dessen Lage
rungen im wesentlichen symmetrisch zu einer bezüglich der
Ausgangswellenachse orthogonalen Symmetrieebene zwischen
zwei Gehäusewänden des Lagergehäuses untergebracht ist.
Wie ebenfalls aus dem Stand der Technik beispielsweise
nach der Figur der DE C2 40 03 482 bekannt, kann man einen
Aufbau dergestalt wählen, daß die Ausgangswelle durch zwei
einander gegenüberliegende Gehäusewände des Lagergehäuses
hindurchgeführt ist.
Dann kann die Ausgangswelle an einem oder an beiden Enden
den Läufer eines Verdichters beispielsweise eines Turbo-
oder eines Schraubenverdichters tragen. Im Falle der
Anordnung je eines Verdichters an beiden Enden kann man
dann durch geeignete Schubkraftabstimmung dafür sorgen,
daß die Ausgangswelle nur durch einen geringen resultie
renden Axialschub belastet wird und demzufolge zwischen
den Druckkämmen der Ausgangswelle und dem Planetenrad bzw.
den Planetenrädern nur eine geringe Axialkraft übertragen
werden muß.
Wie aus der DE C2 40 03 482 bekannt, ist es möglich, daß
das Hauptzahnrad als ein Zentralrad in dem Verdichterge
häuse angeordnet ist und daß Lagerstellen für eine Mehr
zahl von Ausgangswellen um die Achse des Zentralrads
verteilt in dem Getriebegehäuse angeordnet sind. Man kann
dann in eine oder mehrere Lagerstellen eine Ausgangswelle
einsetzen, welche mit ihrem Ritzel in direktem Eingriff
mit dem Zentralrad steht und man kann andererseits in eine
oder mehrere Lagerstellen eine Ausgangswelle einsetzen,
die über ein zugehöriges Planetengetriebe von dem Zen
tralrad her angetrieben wird. Dabei wird man immer wieder
- sofern man die jeweilige Ausgangswelle beidendig mit je
einem Verdichter besetzt - auf eine möglichst weitgehende
Kompensation von Axialschüben an ein und derselben Aus
gangswelle achten. Man kann dies insbesondere dadurch
erreichen, daß man entweder zwei identische parallel
geschaltete und daher auch gleichmäßig beaufschlagte
Verdichter ein und derselben Ausgangswelle zuordnet. Man
kann aber auch zwei in einer mehrstufigen Verdichteran
ordnung schaltungsmäßig benachbarte Verdichtereinheiten
auf ein und dieselbe Ausgangswelle setzen. Das Hauptzahn
rad kann drehfest mit der Eingangswelle verbunden sind und
über diese etwa mit einem Elektromotor oder mit einer
Kolbenbrennkraftmaschine oder mit einer Gas- oder Dampf
turbine verbunden sein. Wählt man als Antriebseinheit eine
Gasturbine so ist es auch denkbar, von dieser Gasturbine
zum Zentralrad eine Übersetzung ins Langsame vorzunehmen,
d. h. die Gasturbine mit einem treibenden Ritzel kleinen
Durchmessers an die Umfangsverzahnung des Zentralrads
anzukoppeln.
Die erfindungsgemäße Gestaltung der Verdichtereinheit ist
insbesondere für Verdichtung von Prozeßmedien der che
mischen Industrie im weitesten Sinne geeignet, wobei zur
chemischen Industrie in diesem Fall auch die erdölverar
beitende Industrie und die nahrungs- und
genußmittelverarbeitende Industrie und dgl. zählen. In
diesen Industrien werden hohe Verdichtungsgrade gefordert.
Man kann die von den einzelnen Ausgangswellen angetrie
benen Verdichtereinheiten beliebig verschalten, wobei
wenigstens ein Teil der Verdichtereinheiten häufig in
Serie geschaltet wird, um ein Prozeßmedium nach und nach
auf den geforderten Druck zu bringen. Es soll auch nicht
ausgeschlossen werden, daß eine oder mehrere Verdichter
stufen im hohen Druckniveaubereich unabhängig von dem
Zahnradgetreibe angetrieben werden, beispielsweise durch
eine Abgasturbine, welche durch eine gerade zur Verfügung
stehende Abgasquelle angetrieben werden kann. Auch ist es
denkbar, in Übereinstimmung mit der parallel laufenden
Anmeldung der Anmelderin mit dem Aktenzeichen P 42 39
138.5 mindestens eine Verdichtereinheit durch eine Turbine
anzutreiben, die ihrerseits durch einen vorverdichteten
Anteil des Prozeßmediums aus einem über das Zahnradge
triebe angetriebene Verdichterstufe mittleren Druckniveaus
angetrieben wird.
Die bei liegenden Figuren erläutern die Erfindung anhand
eines Ausführungsbeispiels. Es stellen dar
Fig. 1 eine Verdichteranlage nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Planetengetriebe, welches beispielsweise an
der Position II der Fig. 1 zwischen Ritzel und
Zentralzahnrad eingeschaltet sein kann.
In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Teil
einer Verdichteranlage gezeigt. Im unteren Teil eines
Getriebegehäuses 1 ist ein drehfest mit einer Getriebe
eingangswelle 3 verbundenes Hauptzahnrad 5 gelagert. Das
Hauptzahnrad 5 treibt mehrere ebenfalls in dem Verdich
tergehäuse 1 gelagerte Ritzel 7. Mit den Ritzeln 7 dreh
fest verbundene Ausgangswellen 9 erstrecken sich durch
Lageröffnungen 11 des Gehäuses 1 hindurch über die Gehäu
sewände hinaus und können, wie an der obersten Ritzelwelle
9 gezeigt, an beiden Enden Läufer 13 von Verdichtern
tragen. Das die in Fig. 1 oben liegende Ausgangswelle 9
antreibende Ritzel ist das Sonnenrad eines Planetenge
triebes 15, dessen Hohlrad 17 eine Außenverzahnung auf
weist und zum Antrieb der Ausgangswelle 9 mit dem als
Zentralrad ausgebildeten Hauptzahnrads 5 kämmt.
In Fig. 2 ist das Planetengetriebe 15 zusammen mit einem
Teil des Hauptzahnrads 5 und des Getriebegehäuses 1 im
Schnitt dargestellt. Die Ausgangswelle 9 ist drehfest mit
einem Sonnenrad 19 verbunden und erstreckt sich durch die
Lageröffnung 11 des Gehäuses 1 hindurch nach außen. Wie in
Fig. 2 gezeigt, kämmt das Sonnenrad 19 mit Planetenrädern,
die in dem relativ zum Gehäuse 1 festgelegten Planeten
radträger 23 drehbar gelagert sind. Das Planetenrad 21
überträgt die Drehung des vom Hauptzahnrad 5 angetriebenen
Hohlrads 17 auf das Sonnenrad 19. Mittels eines Schrägku
gellagers 25 ist das Hohlrad 17 am drehfesten Planeten
radträger 23 drehbar gelagert. Das Hohlrad 17 weist zum
Eingriff mit der Schrägverzahnung des Hauptzahnrads 5 eine
schräge Außenverzahnung 27 auf sowie an ihrem Innenumfang
eine mit dem Planetenrad 21 kämmende, in diesem Fall
gerade Innenverzahnung 29.
Das in diesem Beispiel gezeigte Planetengetriebe 15 hat
ein Übersetzungsverhältnis zwischen der Drehzahl des
Hauptzahnrads 5 und der Drehzahl der Ausgangswelle 9 von
23,5. Dies bedeutet bei einer Hauptzahnraddrehzahl von
2.980 min-1 eine Ausgangswellendrehzahl von 70.000 min-1
mit einer Drehzahl des Hohlrads 17 von 13.708 min-1 und
einer Drehzahl der Planetenräder 21 von 34.000 min-1. Bei
einer derart hohen Ausgangswellendrehzahl ist es nicht nur
eine konstruktive Notwendigkeit zur Unterbringung des
Planetengetriebes 15, sondern sogar höchst erwünscht, den
Durchmesser der Sonnenradausgangswelle 9 klein zu halten.
Dadurch lassen sich die in einem die Welle 9 lagernden
Ölfilm-Gleitlager 31 auftretenden Reibungsverluste wegen
der dem Durchmesser der Ausgangswelle 9 proportionalen
Umlaufgeschwindigkeit derselben relativ gering halten. Ein
von den Verdichterläufern 13 herrührender resultierender
Verdichteraxialschub auf die Ausgangswelle 9 wird über an
der Ausgangswelle 9 fest angebrachte Druckkämme 33 auf die
Planetenräder 21 übertragen. Wegen der durch ein Rillen
kugellager 35 gebildeten axialkraftübertragenden
Lageranordnung wird dieser axiale Verdichterschub auf den
Planetenradträger 23 und damit letztlich auf das fest mit
dem Planetenradträger 23 verbundene Getriebegehäuse 1
übertragen.
Bei den in Fig. 1 gezeigten, direkt mit dem Hauptzahnrad 5
kämmenden Ausgangswellenritzeln 7 mit Druckkamm, wird ein
resultierender Verdichteraxialschub dagegen auf das
Hauptzahnrad 5 übertragen.
Da das Lager 31 der Planetengetriebeausgangswelle 9 in
einer an die herkömmlichen Abmessungen der Lageröffnung 11
angepaßten Ausgangswellenlagereinheit 37 angeordnet ist,
wird eine aufwendige Gehäuseneukonstruktion vermieden. Die
Ausgangswellenlagereinheit 37 weist einen Lageraußenteil
39 auf, der die feste Verbindung zwischen dem Getriebege
häuse 1 und dem Planetenradträger 23 herstellt.
Da die in dem Planetengetriebe 15 übertragenen Drehmomente
wesentlich kleiner sind als die Drehmomente, die von dem
Hauptzahnrad 5 auf die Außenverzahnung des Hohlrads 17
übertragen werden, kann die axiale Breite der Verzahnungen
im Inneren des Planetengetriebes 15 kleiner sein als die
axiale Breite des Hauptzahnrads 5. Aus diesem Grunde kann
das Planetengetriebe 15 axial besonders kompakt sein und
somit in Gehäusen mit relativ geringer Breite eingebaut
werden. Solche relativ schmalen Gehäuse sind im Hinblick
auf Biegeschwingungen der in den Gehäusewänden gelagerten
Wellen besonders vorteilhaft.
Das Hohlrad 17 ist über einen axial nur geringfügig über
das Zentralrad hinausragenden, sich radial auf die Son
nenradwelle 9 zu erstreckenden Hohlradträgerflansch 41
über das Schrägkugellager 25 an einem Trägerhals 43 des
Planetenradträgers 23 gelagert. In axialer Richtung liegt
der Hohlradträgerflansch 41 zwischen einem Stützring 45
des Lageraußenteils 39 und einem die Planetenräder 21
tragenden Planetenradträgerflansch 47, der innerhalb der
axialen Breite des Hauptzahnrads 5 angeordnet ist.
Der Trägerhals 43 des Planetenradträgers 23 ist mittels
Schrauben 44 an dem Stützring 45 der Ausgangswellenlager
einheit 37 befestigt, und der Stützring 45 ist durch
Schrauben 46 an dem Gehäuse 1 befestigt.
Das Lageraußenteil 39 der Ausgangswellenlagereinheit 37
und der Planetenradträger 23 sowie der Hohlradträger
flansch 41 können durch Druckguß erzeugt sein, was sich im
Hinblick auf komplizierte Formen, Ölversorgungskanäle usw.
als besonders günstig erweist.
In dem Planetengetriebe 15 sind bevorzugterweise drei in
Umfangsrichtung gleichmäßig um die Sonnenradwelle 9
angeordnete Planetenräder 21 vorgesehen, so daß sich die
über die Planetenräder 21 auf die Sonnenradwelle 9 über
tragenen radialen Kräfte weitgehend kompensieren. Diese
Planetenräder 21 können aus Kunststoff hergestellt sein.
Die erfindungsgemäße Verdichteranlage bietet also bei
kompakter Bauweise sehr hohe Übersetzungen und ermöglicht
damit sehr hohe Ausgangsdrücke eines in dieser Anlage
verdichteten Mediums.
Claims (21)
1. Verdichteranlage mit einem im Antriebsstrang zwischen
einer Antriebseinheit und einem Verdichterbereich der
Anlage eingeschalteten Zahnradgetriebe,
dieses Zahnradgetriebe umfassend ein Getriebegehäuse
(1), in diesem Getriebegehäuse (1) gelagert eine
Getriebeeingangswelle (3), ein eingangsnahes Haupt
zahnrad (5) und wenigstens eine von diesem Hauptzahn
rad (5) her über ein Ritzel (7, 19) angetriebene zum
Verdichterbereich führende Ausgangswelle (9) mit einer
Achse,
dadurch gekennzeichnet,
daß das die Ausgangswelle (9) treibende Ritzel von dem Sonnenrad (19) eines Planetengetriebes (15) gebildet ist;
wobei ein Planetenradträger (23) dieses Planetenge triebes (15) an dem Getriebegehäuse (1) festgelegt ist;
wobei weiter ein Hohlrad (17) dieses Planetengetriebes (15) an einem gegenüber dem Getriebegehäuse (1) feststehenden Lagerteil (43) drehbar gelagert ist;
wobei weiter dieses Hohlrad (17) eine Außenverzahnung (27) im Eingriff mit dem eingangsnahen Hauptzahnrad (5) aufweist;
wobei weiter mindestens ein Planetenrad (21) auf dem Planetenradträger (23) gelagert ist und in Zahnein griff mit einer Innenverzahnung (29) des Hohlrads (17) sowie mit einer Außenverzahnung des Sonnenrads (19) steht;
wobei weiter das Sonnenrad (19) oder/und die Aus gangswelle (9) durch mindestens einen Druckkamm (33) in axialer Richtung an dem mindestens einen Planeten rad (21) axial festgelegt ist; und
wobei dieses mindestens eine Planetenrad (21) an dem Planetenradträger (23) durch eine axialkraftübertra gende Lageranordnung (35) in axialer Richtung abge stützt ist.
daß das die Ausgangswelle (9) treibende Ritzel von dem Sonnenrad (19) eines Planetengetriebes (15) gebildet ist;
wobei ein Planetenradträger (23) dieses Planetenge triebes (15) an dem Getriebegehäuse (1) festgelegt ist;
wobei weiter ein Hohlrad (17) dieses Planetengetriebes (15) an einem gegenüber dem Getriebegehäuse (1) feststehenden Lagerteil (43) drehbar gelagert ist;
wobei weiter dieses Hohlrad (17) eine Außenverzahnung (27) im Eingriff mit dem eingangsnahen Hauptzahnrad (5) aufweist;
wobei weiter mindestens ein Planetenrad (21) auf dem Planetenradträger (23) gelagert ist und in Zahnein griff mit einer Innenverzahnung (29) des Hohlrads (17) sowie mit einer Außenverzahnung des Sonnenrads (19) steht;
wobei weiter das Sonnenrad (19) oder/und die Aus gangswelle (9) durch mindestens einen Druckkamm (33) in axialer Richtung an dem mindestens einen Planeten rad (21) axial festgelegt ist; und
wobei dieses mindestens eine Planetenrad (21) an dem Planetenradträger (23) durch eine axialkraftübertra gende Lageranordnung (35) in axialer Richtung abge stützt ist.
2. Verdichteranlage nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der mindestens eine Druckkamm (33) an dem minde
stens einen Planetenrad (21) in radialer Nähe zu dem
Verzahnungsteilkreis des Planetenrads (21) angreift.
3. Verdichteranlage nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangswelle (9) durch eine Ausgangswellen
lagereinheit (37) in einer Lageröffnung (11) einer
Seitenwand des Getriebegehäuses (1) gelagert ist,
wobei diese Ausgangswellenlagereinheit (37) einen am
Getriebegehäuse (1) in axialer Richtung und in Um
fangsrichtung festgelegten Lageraußenteil (39) umfaßt.
4. Verdichteranlage nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lageröffnung (11) gegenüber dem Durchmesser
der Ausgangswelle (9) überdimensioniert ist, wobei die
Überdimensionierung durch entsprechende Bemessung der
Ausgangswellenlagereinheit (37) ausgeglichen ist.
5. Verdichteranlage nach einem Anspruch 3 und 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangswellenlagereinheit (37) als Gleitlager
(31), insbesondere mit lagerndem Ölfilm ausgeführt
ist.
6. Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Planetenradträger (23) an dem Lageraußenteil
(39) der Ausgangswellenlagereinheit (37) befestigt
ist.
7. Verdichteranlage nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (17) auf dem Planetenradträger (23)
gelagert ist.
8. Verdichteranlage nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Außenverzahnung (27) des Hohlrads (17) als
eine Einfachschrägverzahnung ausgebildet ist und
daß das Hohlrad (17) an mindestens einem seiner
axialen Enden an dem Planetenradträger (23) durch ein
axialkraftübertragendes Kugellager, insbesondere
Schrägkugellager (25), gelagert ist.
9. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Planetenrad (21) auf dem
Planetenradträger (23) durch mindestens ein axial
kraftübertragendes Lager, insbesondere Rillenkugella
ger (35), gelagert ist.
10. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 3 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lageraußenteil (39) der Ausgangswellenlager
einheit (37) mit einem im Umfangsbereich der Lager
öffnung (11) an der Innenseite der Gehäusewand anlie
gendem Stützring (45) ausgeführt ist, daß an diesem
Stützring (45) in einem radial inneren Bereich des
selben ein Trägerhals (43) des Planetenradträgers (23)
befestigt ist, daß dieser Trägerhals (43) des Pla
netenradträgers (23) an einem planetenradnahen Ende
mit einem radial auswärtsgerichteten Planetenrad
trägerflansch (47) ausgebildet ist und daß ein radial
einwärts gerichteter Hohlradträgerflansch (41) in
axialer Richtung zwischen dem Planetenradträgerflansch
(47) und dem Stützring (45) auf dem Trägerhals (43)
des Planetenradträgers (23) gelagert ist.
11. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hohlrad (17) von einem eine Außenverzahnung
(27) und eine Innenverzahnung (29) aufweisenden
Außenring und einem an diesem Außenring lösbar befe
stigten Hohlradträgerflansch (41) gebildet ist, wobei
der Hohlradträgerflansch (41) an mindestens einem
axialen Ende des Außenrings befestigt ist.
12. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Sonnenrad (19) und das mindestens eine Pla
netenrad (21) mit geraden Verzahnungen ausgeführt
sind.
13. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das mindestens eine Planetenrad (21) aus Kunst
stoff gefertigt ist.
14. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Innenverzahnung (29) des Hohlrads (17) eine
axiale Breite aufweist, welche geringer ist als die
axiale Breite des Hauptzahnrads (5) und daß mindestens
ein Teil der axialen Breite des Planetenradträgers (23)
in axialer Überlappung mit der axialen Breite des
Hauptzahnrads (5) untergebracht ist.
15. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Planetengetriebe (15) und dessen Lagerungen im
wesentlichen symmetrisch zu einer bezüglich der
Ausgangswellenachse orthogonalen Symmetrieebene
zwischen zwei Gehäusewänden des Getriebegehäuses (1)
untergebracht sind.
16. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangswelle (9) durch zwei einander gegen
überliegende Gehäusewände des Getriebegehäuses hin
durchgeführt ist.
17. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangswelle (9) an mindestens einem Ende den
Läufer (13) eines Verdichters insbesondere eines
Turbo- oder Schraubenverdichters trägt.
18. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Paar von Verdichtereinheiten (13) mit den
beiden Enden einer Ausgangswelle (9) derart verbunden
sind, daß von diesen Verdichtereinheiten (13) auf die
Ausgangswelle (9) übertragene Axialschübe sich wenig
stens teilweise kompensieren.
19. Verdichteranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hauptzahnrad (5) als ein Zentralrad in dem
Getriebegehäuse (1) angeordnet ist und daß
Lagerstellen (11) für eine Mehrzahl von Ausgangswellen
(9) um die Achse des Zentralrads (5) verteilt in dem
Getriebegehäuse (1) angeordnet sind.
20. Verdichteranordnung nach Anspruch 19,
dadurch gekennzeichnet,
daß in mindestens einer der Lagerstellen (11) eine
Ausgangswelle (9) mit zugehörigem Ritzel (7) gelagert
ist, welches in direktem Zahneingriff mit dem Haupt
zahnrad (5) steht.
21. Verdichteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Hauptzahnrad (5) drehfest mit der Eingangs
welle (3) verbunden ist.
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