KR20070086106A

KR20070086106A - 톱니 바퀴 장치

Info

Publication number: KR20070086106A
Application number: KR1020077013267A
Authority: KR
Inventors: 볼프강 지브만즈
Original assignee: 욀리콘 라이볼트 바쿰 게엠베하
Priority date: 2004-12-02
Filing date: 2005-11-03
Publication date: 2007-08-27
Also published as: WO2006058814A1; DE502005006235D1; JP2008522115A; EP1817512B1; EP1817512A1; DE102004058056A1

Abstract

본 발명은 전동용, 특히 스크류 펌프 전동용 기어 장치에 관한 것이며, 상기 기어 장치는 함께 회전하기 위해 샤프트(14)에 고정되는 기어(12)를 포함한다. 윤활제의 통과를 위한 채널 시스템(30, 32)이 상기 샤프트(14) 내에 구현되며, 상기 채널 시스템의 하나 이상의 출구(34)가 상기 샤프트의 원주부(36)에 배열된다. 방사상 갭(40)이 형성되도록 상기 기어(12)에 근접하게 상기 샤프트(14) 상에 디스크(16)가 배열된다. 상기 기어의 치형부의 영역(50)을 윤활하기 위해 방사상 갭(40)에 의해 저장 챔버(42) 안으로 윤활제가 운반된다.

Description

톱니 바퀴 장치 {TOOTHED WHEEL ARRANGEMENT}

본 발명은 광범위한 머신의 전동 장치(transmission), 특히 스크류 펌프 및 편심 피스톤 펌프와 같은 2축 머신 또는 터보 머신 내에서 구현되는 바와 같이, 고속 회전 동력 전동 기어 또는 감속 기어 내에 사용하도록 구성되는 톱니 바퀴 장치에 관한 것이다.

고속 회전 전동에 있어서, 맞물림부(mesh)의 윤활은 상당히 중요하다. 단순한 전동에서, 예컨대 소용돌이치는 오일에 의해 야기되는 오일의 분무를 통해 베어링의 윤활을 위해 어떠한 방식으로든 필요한 윤활은 종종 충분하지만, 이것은 증가하는 회전수 및 회전 속도에서 치형부 측면에 오일 공급을 불충분하게 할 수도 있으며, 이로 인해 심한 소음을 야기할 뿐만 아니라 치형부 측면의 마모를 증가시키고 심지어 치형부를 파손시킨다. 이러한 이유로, 고속 회전 전동은 치형부 측면에 대한 오일 공급을 양호하게 할 뿐만 아니라 치형 맞물림부에서 냉각 및 감쇠되는 것을 보장할 수 있는 가압 윤활을 필요로 할 수 있다. 여기서, 윤활, 냉각 및 감쇠 방식으로 정확하게 치형 맞물림부에 작용할 수 있도록 2개의 기어 맞물림의 기어 림(gear rim) 바로 앞에서만 오일을 공급하는 것이 필요하다. 이러한 요구 조건은 다양한 윤활 개념의 원칙을 형성해 왔다.

적하 에지(dripping edges)로부터 떨어지는 투하 오일에 의한 낙하 윤활(drop lubrication)에서, 오일의 드롭이 맞물림부에 도달하기 바로 전에 2개의 맞물림 기어의 치형부 상에 오일의 드롭이 마주치도록 한 쌍의 기어 위에 적하 에지가 위치하는 방식으로 중력이 사용된다. 이러한 원리는 대응하는 하우징 구성에 의해 용이하게 실현되며, 오일은 투하기 디스크(flinger disc)에 의해 오일조(oil sump)로부터 하우징 벽에 대해 투하되며, 이러한 하우징 벽을 따라 적하 에지로 오일이 유동한다. 이러한 유형의 윤활은 중력의 유효 방향에 의존하기 때문에, 이 윤활은 오로지 일정한 장착 위치에서 구현될 수 있으며, 기어가 회전한다는 점에 관해 추가의 제한을 가짐으로써, 발산되는 맞물림을 가지기 때문에 오로지 수렴되는 맞물림에 의해서만 기름칠이 그 완전한 효과를 가지므로, 치형부의 맞물림 위치에 오일이 도달하기 전에 기어가 회전하는 동안 이미 오일이 떨어지게 된다.

낮은 오일 압력에서 공급 라인으로부터의 적하에 의한 드롭 윤활은 오일의 공급을 제외한 상기한 작동 원리에 대응한다. 저-전달 오일 펌프는 상기한 적하 에지에 의해서와 같이 수렴 기어의 치형부 상에 오일이 떨어지는 치형 맞물림부에 직접 파이프라인을 통해 오일을 전달한다. 중력의 유효 방향은 이러한 유형의 기름칠을 고려해야함에도 불구하고, 역시, 오일 펌프는 선택적인 위치에 위치될 수 있으며, 복수의 기어 쌍에 오일을 공급할 수도 있고 또한 적절한 파이프라인 시스템을 통해 베어링에 오일을 제공할 수도 있다. 상기한 원리와 비교할 때, 이러한 유형의 윤활은 다소 더 정교하지만, 펌프 위치 및 윤활 지점에 관한 장점으로 인해 이러한 윤활이 역시 빈번하게 실시된다.

다량의 오일과 높은 튐 속도로 인해 전체 전동 공간을 통해 강하게 소용돌이치는 오일과 공기의 혼합물이 유동한다면, 집중적인 오일 분무를 이용한 오일 분무 윤활을 사용할 수도 있어서, 충분한 강도로 베어링과 기어와 같은 모든 윤활 지점에 도달한다. 그러나, 이러한 오일 분무 윤활의 경우 큰 부피의 오일이 순환되어야 한다. 또한, 예컨대 오일 분무가 단지 거의 이용되지 않는 경우, 개별의 기어에서는 윤활제의 공급 부족이 발생될 수 있다.

연속적으로 배열되는 복수의 기어를 갖춘 고속 전동에서, 장착 위치는 종종, 양호하게 배향된 드롭 윤활이 사용될 수 있도록 실현될 수 없다. 이러한 경우에 오일 분무 윤활이 더 이상 충분하지 않은 경우, 튐 윤활(splash lubrication)이 필요하며, 가압된 오일이 파이프라인 시스템을 통해 각각의 치형 맞물림부 안으로 직접 분사된다. 이것은 높은 비용을 수반하는 상당히 복잡한 파이프라인 구성이 되게 할 수 있다.

작은 기어들을 갖는 고속 전동에서, 가압된 오일이 회전 샤프트 안으로 분사되고, 각각의 중심 보어가 오일을 기어로 안내한 후, 기어 내에 형성된 보어 시스템을 통해, 윤활 및 냉각을 위해 치형 맞물림부 내에 다량의 오일이 존재하는 2개의 각자의 치형부 사이에 오일을 전달한다.

이러한 유형의 윤활은 소형 가스 터빈(예컨대, 소위 항공기 내의 APU라고 하는 보조 가스 터빈)의 행성 드라이브 내에 자주 적용되며, 여기서는 상당히 높은 터빈 속도(예컨대, 40,000 내지 80,000 rpm)가 컴팩트한 행성 드라이브를 통해 비교적 낮은 출력 속도(예컨대, 8,000 내지 12,000 rpm)로 변환되어야 한다. 예컨 대, 출력측 상의 하나의 링 기어, 축방향으로 고정된 3개의 2-단 행성 기어, 및 터빈 회전자에 연결되는 태양 기어를 포함하는 행성 드라이브에서는, 태양 기어 안으로 그리고 단계 행성 기어의 축 안으로 오일이 분사되어, 각각의 치형 맞물림부가 각자의 보어 시스템을 통해 직접 윤활된다.

치형부의 각기 개수와 각각의 루트 직경에 따라, 작은 깊이의 소형 보어(예컨대, 1mm의 직경과 15mm의 길이를 갖는 보어)가 필요하며, 이것이 기어의 제조에 있어 실행가능성의 제한이 되며 게다가 상당한 비용을 초래한다. 또한, 이러한 기어들은 작은 전체 크기에 한정된다.

본 발명의 목적은 경제적이고 신뢰성 있는 윤활을 기어 장치에 제공하는 것이다.

상기한 목적은 아래의 청구의 범위 청구항 1에 따른 기어 장치에 의해 본 발명에 따라 달성된다.

본 발명의 기어 장치는 함께 회전하기 위해 샤프트 상에 배치되는 기어를 포함한다. 이 샤프트에는 윤활제가 통과하기 위한 채널 시스템이 제공된다. 여기서, 채널 시스템은 예컨대 윤활유와 같은 윤활제가 공급되는 중심 보어를 포함할 수 있다. 기어의 치형부를 향해 윤활제가 공급되게 되어야 하므로, 채널 시스템은 항상 샤프트의 원주부를 따라 하나 이상, 바람직하게 복수의 출구를 포함한다. 본 발명에 따라, 기어에 근접하게 샤프트 상에 디스크가 배열된다. 이 디스크는 적어도 부분적으로 기어와 디스크 사이에 방사상 갭이 형성되도록 배열된다. 이 방사상 갭은 출구와 소통된다. 따라서, 출구로부터 나오는 윤활제는 방사상 갭 안으로 유동하며, 회전 이동으로 인해 방사상 갭이 종결되는 기어의 치형부의 일부분에 도달한다.

본 발명의 방사상 갭의 구성으로 인해, 실질적으로 반경 방향으로 기어 치형부에 윤활제를 전달하는데 있어 간단한 방법이 달성된다. 따라서, 치형부 바닥에서의 종결과 복잡한 방사상 보어를 기어에 제공하게 하는 것이 필요하지 않다. 이것은 제조 비용을 상당히 감소시킨다. 또한, 본 발명에 의해 제공되듯이, 방사상 갭을 형성하기 위해 디스크를 제공하는 것이 커다란 기어 직경에 의해 실현될 수 있다는 장점을 갖는다. 기어 내의 방사상 보어는 더 이상 윤활제의 공급을 필요로 하지 않기 때문에, 본 발명의 윤활제의 공급은 치형부 형상과 독립적이다. 따라서, 본 발며으이 윤활제의 공급은 인볼류트 기어(involute gear)로서 구성되는 기어, 또는 스퍼 기어, 나선형 기어 또는 헤링본 기어(herringbone gear)에 사용될 수 있다.

바람직하게, 방사상 갭과 인접하는 저장 챔버가 형성된다. 따라서, 이 저장 챔버는 기어 치형부 부근에 제공되며, 오일이 멀리 투하되는 것이 실질적으로 방지되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이것은 윤활제의 대부분이 기어 맞물림부에서 맞물려있는 치형부 측면을 따라 통과한다는 것을 의미한다. 본 발명에 의해 제공되는 저장 챔버로 인해, 보다 많은 부분의 윤활제가 치형 맞물림부 바로 전에 치형부 측면에 공급된다. 이들 영역에서, 기어의 치형부가 인접하는 기어의 치형부와 맞물리지 않은 곳에서, 윤활제가 자유로이 투하되는 것이 바람직하다. 따라서, 치형부의 윤활이 필요하지 않는 영역에서는 원치않은 압력 형성이 발생하지 않는다. 본 발명에 의하면, 저장 챔버는 치형부의 부근에 윤활제를 유지시키며 치형부를 향해 윤활제를 인도한다. 이 저장 챔버를 제공함으로써 적어도 윤활제의 대부분이 치형부 맞물림부를 통과하는 것을 보장한다.

바람직하게, 저장 챔버는 기어를 갖춘 기어 맞물림부와 디스크 또는 디스크의 대응하는 탭에 의해 형성된다. 마찬가지로, 저장 챔버는 또한 제1 디스크와 함께, 맞물린 기어와 연결되는 제2 디스크에 의해 형성된다.

이 디스크는 개별의 부품이지만, 기어와 일체로 형성되는 부품일 수도 있다.

맞물린 기어는 또한 경사 기어 또는 다른 특수한 형태일 수도 있다.

바람직하게 환형 형상을 갖는 방사상 갭을 형성하기 위해, 기어와 디스크 사이에 복수의 스페이서(spacer)가 제공되는 것이 바람직하다. 이 스페이서는 개별 부재일 수 있다. 바람직하게, 스페이서는 기어 및/또는 디스크 상에서 돌출부로서 구성된다. 특히, 이것은 디스크와 함께 샤프트 상에 기어가 장착되는 것을 허용하며 예컨대 너트에 의해 샤프트 상에 기어를 고정시키는 것을 가능하게 한다. 이것은 조립 작업을 상당히 단순화시킨다.

바람직하게, 복수의 스페이서 중 하나 이상은 이 스페이서가 샤프트의 원주부 내에 제공되는 채널 시스템의 하나 이상의 출구와 방사상으로 마주하여 위치되도록 배열된다. 이로 인해, 방사상 갭 내로의 윤활제의 분배를 보장한다. 따라서, 스페이서는 또한 배플(baffle)로서 기능한다. 특히 수 개의 출구가 제공되는 것이 바람직하며, 바람직하게로는 스페이서가 각각의 출구와 마주하여 배열되어 넓은 전개 분배를 달성한다.

하나 이상의 출구와 방사상 갭 사이에는 샤프트를 둘러싸는 바람직하게 환형의 수집 챔버가 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 수집 챔버를 제공함으로써, 치형부에 일정한 충분한 윤활제의 공급이 보장되고, 원주부에 걸쳐 균일한 분배가 실시된다. 이것은 특히 기어 장치의 초기 작동 시에 유리하다.

또한, 본 발명은 예컨대 바람직하게 진공을 생성시키는데 사용되는 스크류 펌프와 같은 스크류 펌프에 적합한 전동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 전동 장치는 상기한 바와 같이 구성된 2개의 맞물림 기어 장치를 포함한다. 본 발명에 따르면, 2개의 방사상 갭과 인접하는 저장 챔버가 공통 저장 챔버로서 구성된다. 이 경우, 공통 저장 챔버는 2개의 디스크에 의해 형성된다.

본 발명은 또한 특히 진공을 생성시키는데 사용되는 스크류 펌프에 관한 것이다. 이 스크류 펌프는 모터에 연결되는 모터 회전자를 포함한다. 제1 기어 장치의 제1 동기화 기어는 모터 회전자의 기어와 맞물린다. 제2 기어 장치의 제2 동기화 기어는 제1 동기화 기어와 맞물린다. 본 발명에 의하면, 제1 기어 장치는 상기한 바와 같이 구성되며 유리하게 개선된다. 제1 기어 장치에 추가로, 상기한 바와 같이 제2 기어 장치를 구성 및 전개시키는 것이 특히 바람직하다.

아래에서는 첨부 도면과 바람직한 실시예에 관하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 기어 장치를 통한 개략적인 단면도이다.

도 2는 도 1의 선에 따른 개략적인 단면도이다.

도 3은 기어 장치를 통한 개략적인 단면도이다.

기어 장치(10)는 샤프트(14) 상에 위치되는 기어(12)를 포함한다. 또한, 샤프트(14) 상에는 디스크(16)가 위치한다. 도시된 실시예에서, 기어(12) 및 디스크(16)는 모두 너트(18)에 의해 유지되며, 디스크(16)는 볼 베어링(22)의 내부 레이스(20)를 가압한다.

기어(12)는 예컨대 모터와 연결되는 기어(24)와 맞물린다. 또한, 기어(12)는 샤프트(28) 상에 유지되는 다른 기어(26)와 맞물린다. 스크류 펌프 내에 기어 장치가 사용되는 경우, 샤프트(14, 28)는 2개의 기어(12, 26)를 통해 동기화 되는 2개의 동기화 샤프트이다.

윤활제의 공급에 대해, 샤프트(14)는 중심 보어(30)와 이 중심 보어(30)와 소통되는 방사상 보어(32)를 구비한다. 방사상 보어(32) 각각은 샤프트(14)의 샤프트 원주부(36) 내에 제공되는 출구(34)를 각각 구비한다.

이러한 출구(34)와 환형 수집 챔버(38)가 소통된다. 이 환형 수집 챔버(38)는 디스크(16)와 이 디스크(16)와 인접하게 배열되는 기어(12)에 의해 형성된다. 환형 수집 챔버(38)는 반경 방향으로 테이퍼 형상을 가지며 디스크(16)와 기어(12) 사이의 원형의 환형 방사상 갭(40)에서 종결된다.

역시 원형의 환형 형상을 갖는 저장 챔버(42)는 반경 방향에서 방사상 갭(40)과 결합된다. 이 저장 챔버(42)는 기어(24) 상의 환형 돌출부(46)와 기 어(26) 상의 대응하는 돌출부(48)로 각각 형성된다. 이러한 저장 챔버를 제공함으로써, 방사상 갭(40)을 통해 공급되는 윤활제가 치형부의 영역(50)에서 이용가능하게 되며 실질적으로 화살표(52)의 방향에서 치형부 간극을 통해 유동한다.

환형 갭(40)을 형성하기 위해, 디스크(16)와 기어(12) 사이에 스페이서(54)가 위치하며, 이 스페이서는 도시된 실시예에서 기어(12)의 밀링형 웨브(milled-out web)이다. 도시된 실시예에서는 4개의 스페이서(54)(도 2)가 제공된다. 이 스페이서(54)는 각각 방사상으로 연장하는 채널(32)의 출구(34)와 각각 방사상으로 마주하여 위치한다.

도 3의 전동 장치에서는 상기한 기어 장치와 유사한 2개의 기어 장치가 포함되어 있으며, 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서 동일한 참조 부호가 사용된다.

도 3의 전동 장치의 근본적인 차이점은 저장 챔버(42)가 2개의 디스크(16, 56)로 형성된다는 것이다. 여기서, 2개의 디스크 중 하나, 즉 도시된 실시예에서 디스크(16)는 방사상 돌출부(44)를 구비한다. 다른 디스크(56)는 이러한 돌출부를 특징으로 갖지 않는다. 바람직하게, 디스크(56)는 쐐기형 단면을 갖는 돌출부(58)를 구비한다. 돌출부(58)는 2개의 맞물림 기어(12)의 치형부를 향해 저장 챔버(42) 내의 윤활제를 인도한다.

또한, 도 3에 도시된 실시예에서, 윤활제의 공급은 상이하게 구성되어 있는데, 도 1에 도시된 윤활제의 공급도 가능하다. 도 3에 도시된 실시예에서, 윤활제는 공급 요소(60)를 통해 파이프(62) 안으로 먼저 공급된다. 파이프(62)는 샤프트의 중심 보어(64) 내에 배열되며 중심 보어(64)의 내경 보다 작은 외경을 가져서 갭(68)이 형성된다. 방사상 보어(32)는 이 갭(68)과 소통된다. 따라서, 파이프(52) 안으로 공급되는 오일은 환형 채널(64)을 통해 방사상 보어(32)에 도달하기 전에 다른 기능(예컨대, 오일의 일부분을 전환시킴으로써 베어링을 윤활시킴)을 위해 사용될 수 있다.

Claims

전동용, 특히 스크류 펌프 전동용 기어 장치로서,

함께 회전하기 위해 샤프트(14)에 고정되는 기어(12)와,

상기 샤프트의 원주부(36)에 제공되는 하나 이상의 출구(34)를 구비하며 윤활제를 통과시키기 위한 채널 시스템(30, 32; 62, 68, 32)과, 그리고

상기 하나 이상의 출구(34)와 소통되며 윤활제의 공급을 위해 상기 기어의 치형부의 영역(50)에서 종결되는 방사상 갭(40)이 적어도 부분적으로 상기 기어(12)와의 사이에 형성되도록 상기 기어(12)에 근접하게 상기 샤프트(14) 상에 배열되는 디스크(16)를 포함하는

기어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 방사상 갭(40)과 인접하는 저장 챔버(42)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는

기어 장치.
제 2 항에 있어서,

상기 디스크(16) 상에 제공되는 돌출부(44)에 의해 제1 저장 챔버 벽이 형성되는

기어 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

맞물림 기어(24, 26) 상에 제공되는 돌출부에 의해 제2 저장 챔버 벽이 형성되는

기어 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방사상 갭(40)이 환형 형상을 갖는

기어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 기어(12)와 상기 디스크(16) 사이에 복수의 스페이서(54)가 제공되는

기어 장치.
제 6 항에 있어서,

상기 복수의 스페이서(54) 중 하나 이상이 상기 하나 이상의 출구(34)와 방사상으로 마주하여 위치되는

기어 장치.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 출구(34)와 상기 방사상 갭(40) 사이에 특히 환형의 수집 챔버(38)가 제공되는

기어 장치.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 2개의 맞물리는 기어 장치를 포함하는 특히 스크류 펌프용 전동 장치로서, 상기 2개의 디스크(16, 56)가 공통의 저장 챔버(42)를 형성하는

전동 장치.
모터 및 연관된 기어(24)와 연결되는 모터 회전자와,

제1 기어 장치(10)의 상기 모터 회전자의 기어(24)와 맞물리는 제1 동기화 기어(12)와, 그리고

상기 제1 동기화 기어(12)와 맞물리는 제2 동기화 기어(26)를 포함하는 스크류 펌프에 있어서,

상기 제1 기어 장치가 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 구성되는 것을 특징으로 하는

스크류 펌프.
제 10 항에 있어서,

상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따라 구성되는 제2 기어 장치가 더 제공되는

스크류 펌프