TREN DE ENGRANAJES CON UNA RUEDA DENTADA DISPUESTA EN UN ÁRBOL HUECO Y TURBINA EÓLICA.

La invención se refiere a un tren de engranajes con al menos un engranaje (1),

estando fijada al menos una de las ruedas (2a; 2b) dentadas del engranaje (1) de manera coaxial en un árbol (3) hueco, que a través de al menos dos apoyos (4a, 4b) de árbol está apoyado de manera giratoria en una caja (5) de engranajes. En el árbol (3) hueco está conformado un escalón (8) radial externo como asiento para la rueda (2a) dentada de tipo corona que entra en contacto con el mismo de manera radialmente interna.

Tren de engranajes con una rueda dentada dispuesta en un árbol hueco y turbina eólica.

La presente invención se refiere a un tren de engranajes con al menos un paso de engranaje, estando fijada al menos una de las ruedas dentadas de manera coaxial en un árbol hueco, que a través de al menos dos 5 apoyos de árbol está apoyado de manera giratoria en una caja de engranajes. La invención se refiere además a una

turbina eólica, que comprende un tren de engranajes de este tipo.

El campo de aplicación preferido de la presente invención es la ingeniería de las turbinas eólicas. En particular, en el caso de turbinas eólicas de mayor potencia, es decir a partir de aproximadamente 1, 5 megavatios, se utilizan por regla general trenes de engranajes de construcción muy grande, para convertir una velocidad baja de un rotor que se hace funcionar por el viento en una más elevada, de modo que con una velocidad superior adecuada pueda accionarse un generador eléctrico para la generación de energía eléctrica. Además los trenes de engranajes del tipo que interesa en este caso también pueden utilizarse en otros campos técnicos, tales como la ingeniería naval, la ingeniería automotriz y similares, siempre que este mecanismo preferiblemente de alta potencia se refiera a las clases de potencia superiores especificadas anteriormente.

Del documento DE 34 23 993 A1 se deduce un mecanismo de alta potencia realizado con varios pasos de engranaje, del tipo que interesa en este caso. Este tren de engranajes está realizado como mecanismo de varios pasos con ramificación de la potencia y comprende una disposición de piñones ajustable para la distribución de potencia sobre varias ramas de potencia, que a modo de engranaje planetario está conectada aguas arriba de un dispositivo de distribución de carga adicional, de modo que pueden preverse dos o más piñones dispuestos de manera coaxial con una división de potencia definida. Según el número de piñones se multiplica el número de ramas de potencia. De este modo se produce un mecanismo extremadamente compacto con una densidad de potencia elevada. Este principio de construcción condiciona el uso de árboles huecos, a través de cuyo canal interno se guían en este caso árboles adicionales. El árbol hueco está dotado de manera radialmente externa de una rueda dentada, para retransmitir el flujo de potencia por medio de un par de ruedas cilíndricas. No obstante, esta rueda dentada

siempre es un piñón.

Del documento DE 27 39 596 A1 se deduce otro tren de engranajes, en el que no el piñón sino la rueda dentada más grande que se engrana con el mismo está dispuesta en árboles huecos. Concretamente, dos ruedas grandes conectadas con el árbol secundario del tren de engranajes están dispuestas en árboles huecos alineados entre sí, apoyados en cada caso por separado en la caja de engranajes. Los extremos enfrentados entre sí de los dos árboles huecos coaxiales están conectados a través de acoplamientos dentados con el árbol secundario. Cada árbol hueco está apoyado con en cada caso dos apoyos de árbol dispuestos en el lado de extremo de manera giratoria en la caja de válvula. Cada árbol hueco presenta un diámetro tubular en principio constante y las ruedas dentadas grandes asociadas en cada caso tienen un diámetro de dentado múltiple en comparación con el diámetro de árbol. A través de estas relaciones geométricas se producen ruedas dentadas realmente macizas, que deben

producirse a partir de un material de dentado de alta calidad para poder resistir las cargas durante el funcionamiento. Por el contrario, los árboles huecos asociados están producidos por regla general de un acero de temple.

De manera desventajosa, las ruedas dentadas macizas de este tipo dan lugar a un peso total realmente elevado de un tren de engranajes equipado con las mismas. Además un árbol hueco producido de un acero de calidad superior, por ejemplo, de acero de temple conlleva la desventaja de un material complejo con un tratamiento térmico correspondiente y un mecanizado posterior complejo.

Por tanto, el objetivo de la presente invención es mejorar adicionalmente un tren de engranajes del tipo según el concepto genérico en la medida en que se logren una fabricación simplificada y un ahorro de material.

El objetivo se soluciona partiendo de un tren de engranajes según las características del preámbulo de la reivindicación 1 en conexión con sus características identificadoras. Las reivindicaciones dependientes siguientes 45 indican perfeccionamientos ventajosos de la invención.

La invención incluye la enseñanza técnica de que en el árbol hueco está conformado un escalón radial externo como asiento para la rueda dentada de tipo corona que entra en contacto con el mismo de manera radialmente interna. Mediante la altura de escalón del escalón radial externo puede variarse el grosor de la rueda dentada de tipo corona. Para lograr un ahorro de material lo más elevado posible, la altura de escalón del escalón radial externo debería ser lo más grande posible, preferiblemente mayor que el grosor de tubo promedio del árbol hueco.

Una ventaja de la solución según la invención consiste en que la rueda dentada asociada al árbol hueco especial sólo tiene que realizarse a modo de corona, es decir, en forma de un anillo de pared realmente delgada, de modo que el material de acero de alta resistencia necesario para ello se utilice con ahorro. La solución según la

55 invención posibilita además del ahorro de material y con ello de peso, también una combinación nueva, menos compleja en comparación con el estado de la técnica, de diferentes materiales para el árbol hueco y la rueda dentada. Las investigaciones han mostrado que la solución según la invención reduce el peso total de la pieza en más del 10% con una reducción simultánea del peso del tratamiento térmico y el acero de temple en más del 35%.

En caso de que para fijar la rueda dentada de tipo corona se utilice una operación de contracción, entonces el volumen y el peso reducidos de la rueda dentada de tipo corona que va a calentarse son ventajosos, en particular con respecto a la seguridad del proceso.

La rueda dentada de tipo corona se fija preferiblemente a través de una conexión de árbol-cubo en el árbol hueco. En este caso es concebible una conexión con arrastre tanto de forma como de fuerza. Si, por ejemplo, la rueda dentada se fija en el árbol hueco con arrastre de fuerza mediante contracción, entonces también puede preverse una sujeción con arrastre de forma adicional para evitar un movimiento relativo en caso de momentos elevados. Una sujeción con arrastre de forma de este tipo puede realizarse a través de un perfilado de ejes nervados

o en el caso más sencillo, a través de al menos una chaveta de ajuste.

Se propone producir el árbol hueco preferiblemente de un material fundido. Especialmente adecuada es una fundición esferolítica, por ejemplo GGG40.3. Una fundición esferolítica es un hierro fundido con grafito esférico, en el que la fase de grafito está presente en forma de esferas en la estructura básica. Mediante la configuración en forma de esferas del grafito, el material tiene una resistencia a la tracción, ductilidad y resistencia al impacto realmente elevadas.

Como alternativa, el árbol hueco también puede forjarse a partir de un acero templado, como, por ejemplo, C45 o un acero superior. Como técnica de forjado puede utilizarse el forjado en estampa. En el forjado en estampa pueden alcanzarse las precisiones necesarias con respecto a las dimensiones según el estándar. El material permite por su elevada resistencia a la tracción y su elevada tenacidad dado el caso una reducción de los espesores de material del árbol hueco en comparación con la fundición esferolítica.

Según una medida que mejora la invención se propone que la pared interna de un árbol hueco en la zona de una rueda dentada a modo de corona que lo rodea presente un rebaje de material de forma anular.

Con esta medida se aprovecha la acumulación de material generada en sí misma por la aplicación de la rueda dentada en el árbol hueco, para desde el anillo interno del árbol hueco vaciar el material en la dirección radialmente hacia fuera, de modo que así se produzca una reducción del peso. Esta reducción del peso tiene lugar en este caso en un punto que de otro modo no afecta de manera desventajosa...

1. Tren de engranajes con al menos un engranaje (1) , estando fijada al menos una de las ruedas (2a; 2b) dentadas de dicho engranaje (1) de manera coaxial en un árbol (3) hueco, que a través de al menos dos apoyos (4a, 4b) de árbol está apoyado de manera giratoria en una caja (5) de engranajes, caracterizado porque en el árbol (3) hueco está conformado un escalón (8) radial externo como asiento para la rueda (2a) dentada de tipo corona que entra en contacto con el mismo de manera radialmente interna.

2. Tren de engranajes según la reivindicación 1, caracterizado porque la pared (6) interna del árbol (3) hueco presenta en la zona de la rueda (2a) dentada circundante a modo de corona un rebaje (7) de forma anular o en forma de segmento anular.

3. Tren de engranajes según la reivindicación 2, caracterizado porque el rebaje (7) presenta un perfil de sección longitudinal ajustado a la carga del árbol (3) hueco provocada por el engranaje de diente de la rueda (2a) dentada.

4. Tren de engranajes según la reivindicación 3, caracterizado porque el perfil de sección longitudinal del rebaje (7) está configurado de manera asimétrica.

5. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la altura de escalón (rH) del escalón (8) radial externo es mayor que el grosor de tubo (sR) promedio del árbol (3) hueco.

6. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el árbol (3) hueco con respecto a su conformación original está fabricado de un material fundido.

7. Tren de engranajes según la reivindicación 6, caracterizado porque el árbol (3) hueco está fabricado de fundición esferolítica, en particular GGG40.

8. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizado porque el árbol (3) hueco se fabrica mediante un procedimiento de conformación, en particular mediante forjado, en particular forjado en estampa.

9. Tren de engranajes según la reivindicación 8, caracterizado porque el árbol (3) hueco está fabricado de un acero templado, en particular acero C45, o en particular un acero superior a C45.

10. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda (2a) dentada se compone de un acero de cementación.

11. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la rueda (2a) dentada de tipo corona está fijada en el árbol (3) hueco a través de una conexión árbol-cubo.

12. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación del diámetro de dentado (dz) de la rueda (2a) dentada con respecto al diámetro de árbol (dw) del árbol (3) hueco asociado es mayor que 1, 5.

13. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el engranaje (1) está compuesto por ruedas (2a, 2b) dentadas, que están realizadas como ruedas cilíndricas de dentado oblicuo.

14. Tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el engranaje (1) , con respecto al dimensionamiento de las ruedas (2a, 2b) dentadas y de los árboles asociados en cada caso está diseñado para potencias superiores a partir de 1 kilovatio.

15. Turbina eólica para la generación de energía eléctrica, en la que un tren de engranajes según una de las reivindicaciones anteriores convierte una velocidad baja de un rotor accionado por el viento en una velocidad superior adecuada para un generador eléctrico.