PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES.

Procedimiento y dispositivo para prevenir el desgaste excesivo en engranajes,

que contempla lubricar el punto de contacto entre ruedas (1) de un engranaje (2) inyectando lubricante en dicho punto a través de unas piezas (3) alojadas en los entalles (4) que determinan los espacios entre dientes (5), a través de un sistema de canales con abertura lateral previsto en dichas piezas (3). La anchura (a) y grosor (b) de las piezas (3) coincide, con la anchura del valle (4) el espacio existente entre la superficie de la cresta (7) del diente (5) que engrana y la del valle (4) en que se aloja. Las piezas (3), tienen perforaciones pasantes (8) conectadas a unas acanaladuras longitudinales (9) que en uno de los extremos confluyen en un entalle (10) abierto lateralmente. Para inyectar la lubricación utiliza el mismo sistema que lubrica el resto del engranaje.

PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO

EN ENGRANAJES

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento y a un dispositivo para prevenir el desgaste excesivo en engranajes.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un procedimiento, y un dispositivo para llevarlo a cabo, que tiene como finalidad mejorar el comportamiento y prevenir el desgaste excesivo que se produce en los engranaj es de máquinas sometidas a granes esfuerzos, estando particularmente pensado para ser aplicado en los engranajes de las turbinas de los aerogeneradores, estando dicho procedimiento basado en la aplicación de la tecnología microfluidica comprendiendo el desarrollo de un sistema de distribución de grasa a través de unas piezas de material blando (por ejemplo plímeros) que se incorporan en el punto de contacto entre los dientes y los entalles del engranaje.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación turbinas para aerogeneradores, centrándose en el ámbito de los sistemas destinados a mejorar el desgaste de los engranajes.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para diseñar turbinas de viento más eficaces, la tendencia actual de los fabricantes es aumentar el diámetro del rotor de manera que éste pueda capturar más energía cinética del viento y así incrementar la potencia y generar más energía. De ese modo se logra rentabilizar más rápido la inversión. La carga en componentes y uniones aumenta debido al aumento de tamaño de todo el rotor, y en consecuencia aumentan las deformaciones presentes en todos los materiales que conforman las piezas de la turbina de viento. Las cargas estáticas presentes aumentan de forma importante haciendo aflorar un problema que no era patente en modelos de aerogeneradores previos de potencias menores.

La mayoría de sistemas que conforman el aerogenerador están ensamblados de manera estática, no así el tren de potencia que transmite par al sistema de orientación de la góndola (YAW) y al cambio de paso variable (Pitch) .

Durante el proceso de operación dinámica de los aerogeneradores, los rodamientos del sistema de cambio de paso variable (Pitch) se encuentran sometidos a esfuerzos alternantes de tracción y compresión.

De forma similar, el sistema de orientación (Yaw) de la góndola se ve afectado por el mismo ciclo de esfuerzos, pero en este caso debido a diferentes velocidades de viento y a pequeños cambios sobre la dirección de éste.

En cada uno de estos ciclos se produce un micro movimiento en el engranaje que expulsa el lubricante e inicia la fricción entre las dos superficies en contacto de los dientes que están trabajando. El contacto entre el metal producido por la ausencia de lubricante induce un desgaste excesivo en el engranaje.

Estudios de fiabilidad como los realizados por Ribrant en el 2005 [10] muestran que el ratio de fallo de los aerogeneradores se debe en un 13, 4% al sistema de pitch y en un 6.7% al sistema de Yaw. Es decir, que podríamos decir que aproximadamente un 20% de los fallos en aerogeneradores podrían estar relacionado con este desgaste excesivo y que esta tasa de fallo puede ir en aumento, si se mantiene el mismo sistema de lubricación y transmisión de potencia, y se incrementa la potencia de los aerogeneradores.

Un 20% de ratio de fallo es suficientemente importante como para motivar que la mayoría de fabricantes de aerogeneradores hayan comenzado a estudiar el desgaste excesivo del conjunto de dientes con mayor carga de trabajo, tanto en el sistema de orientación de la góndola como del sistema de cambio de paso variable que se producen en la región de fricción y su posible solución.

Kürzd6rfer, M;2007 [8] de Baier & k6ppel fue la primera compañía en patentar un sistema para disminuir el desgaste del diente. En su web [ll] se puede ver los diferentes sistemas que ha desarrollado con dicha finalidad. La primera invención que patentó estaba basada en un sistema de inyección puntual de lubricante por la parte superior del diente en la posición de desgaste.

Ejemplos siguientes los encontramos en patentes como las de Dimascio, P et al; 2009 [4] que propone sustituir la región dañada de la corona del rodamiento, con una pieza desmontable unida mediante pernos.

Mashue, A; 2011 [2] propone un sistema de marcas para medir el desgaste excesivo del diente y así poder predecir la reparación antes de producirse la falla.

Takadoum J; 2008 [5] publica los parámetros de las condiciones de servicio a optimizar para minimizar el desgaste en engranajes: superficie de trabajo, fuerzas que actúan, contacto mecánico y tribología del sistema.

Mashue, A; 2011 [1] patenta unas condiciones nuevas no utilizadas hasta el momento que consisten en cambiar la dureza de la corona del rodamiento haciéndola superior a la del piñón (concepto de diseño heredado de engranaj es piñón sinfín) provocando así el desgaste al piñón que por sus dimensiones es más fácil de sustituir.

Klaus P; 2010 [3] propuso un cambio en la tribología del sistema, ya que añadía en la corona del rodamiento o del piñón unos agujeros que inyectan lubricante nuevo en el punto de contacto de los dientes.

Nielsen, T; 2008 [6] propuso un cambio que consistía en ensamblar dos piñones para transmitir el mismo par y así reducir la presión soportada por cada uno de ellos en la superficie de contacto.

En general todas la patentes anteriormente mencionadas pretenden mejorar el desgaste excesivo modificando los parámetros descritos por Takadoum J; 2008 [5]. Klaus P; 2010 [3] modifica el sistema de lubricación que implica mecanizados complejos, Nielsen, T; 2008 [6] modifica el contacto mecánico añadiendo nuevas piezas al sistema, Mashue, A; 2011 [1] modifica las condiciones de la superficie de trabajo teniendo que sustituir piezas por desgaste. En consecuencia se complica la producción obteniendo aplicaciones costosas y de difícil implantación en aerogeneradores en funcionamiento.

[1] Mashue A, Moorer B.G, Goodwin K, inventors; 2011 Jun. 16. Gear set for pitching blade of rotor of wind turbine utilized for providing electricity to utility grid, has pinion/drive gear comprising set of teeth whose hardness is less than harness of teeth of ring gear. United States patent US 2011142617-A1

[2] Mashue A, Pemrick J, inventors; 2011 Jun. 16. Wind turbine with gear indicating wear. United States patent US 2011138951-Al

[3] Klaus P, inventor; 2010 Apr 20. Actuator for adjusting a rotor blade pitch angle. United States patent US 7699584-B2.

[4] Dimascio P, Close R, Auer G, Grimley R, Hamel A, inventors; 2009 Aug. 29. Hub pitch gear repair method. Canada patent CA 2655691-A1.

[5] Takadoum, Jamal; 2008. Materials and Surface Engineering in Tribology. London: Wiley.

[6] Nielsen T, inventor; 2008 Jun. 26. A gear system for yaw drive or a pitch drive for a wind turbine.World Intellectual Property Organization WO 2008j074320-A1.

[8] Kürzd6rfer, M inventor 2 O O 7 M a r. 21. Anstellwinkeleinstellvorrichtung für eine Windkraftanlage. European Patent EP 1764544-A2.

[10]Ribrant, Johan; 2005-2006. Reliability performance and maintenance A survey of failures in wind power systems. Master thesis. Sweden. KTH School of Electrical Engineering.

[ll]Especificaciones de producto Baier & k6ppel, Disponible a: www.beka-lube.de. 2012-05-07.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

En la presente invención se presenta un nuevo sistema de lubricación del punto de contacto entre los dos engranajes que ofrece la posibilidad de lubricar exactamente la zona en contacto con un control de la cantidad de grasa necesaria, el cual, además, es compatible tanto para los nuevos diseños de aerogeneradores como para los que se hallan actualmente en funcionamiento.

De forma concreta, el procedimiento que la presente invención propone se basa en la aplicación de la tecnología microfluidica y por tanto la micro fabricación de un sistema de distribución de grasa que puede adaptarse en el dedendum del engranaje a lubricar.

Para ello se contempla, por una parte, la incorporación de una pieza de micro fabricación cuyas dimensiones serán acordes a la geometría del diseño del engranaje, de manera que para cada caso se diseñará la pieza para adaptarla al conjunto.

En cualquier caso dicha pieza consiste en una tira que se adapta al hueco del dedendum o pie del diente, contemplándose,

lógicamente, la incorporación de una pieza de éstas en cada uno de los dedendum que determinan...

1. -PROCEDIMIENTO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES que, siendo del tipo que contempla la inyección de lubricante al punto de contacto entre las dos ruedas (1) de un engranaje (2) , está caracterizado porque dicha inyección de lubricante en dicho punto se realiza a través de unas piezas (3) alojadas en, al menos, alguno de los entalles (4) que determinan los espacios entre dientes (5) de una de dichas ruedas (1) , siendo dicho lubricante inyectado en dichas piezas (3) a través de un sistema de canales con abertura lateral previsto en ellas para tal fin.

. -PROCEDIMIENTO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según la reivindicación 1, caracterizado porque la inyección se realiza utilizando el mismo sistema que lubrica el resto del engranaje, incorporando al mismo un tercer tubo de alimentación (16) que se suma a los ya previstos normalmente.

. -PROCEDIMIENTO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según la reivindicación 2, caracterizado porque para controlar la acción de la lubricación de los puntos de contacto se dispone una válvula de control (17) en dicho tercer tubo de alimentación (16) , que puede ser accionada mecánicamente por el propio motor

(18) o por el control del aerogenerador.

4. DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según el procedimiento descrito en cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado porque comprende unas piezas (3 ) de configuración planar aproximadamente rectangular, que se adaptan ajustadamente al dedendum ( 6 ) de cada uno de los entalles (4) de la rueda (1) en que se incorporan; y

porque dichas piezas (3) disponen de un sistema de canales de distribución de lubricante.

5. DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según la reivindicación 4, caracterizado porque la anchura (a) y el grosor (b) de las piezas (3) es variable y se adapta en cada caso, respectivamente, a la anchura del dedendum (6) en que se aloja y con el espacio existente entre la superficie de la cresta (7) del diente (5) de la rueda que engrana y la superficie del dedendum (6) en que se aloja.

6. DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el sistema de canales de distribución de lubricante es de número variable según la geometría del engranaje adaptado a la posición del dedendum del diente del engrane.

7. DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según la reivindicación 6, caracterizado porque el sistema de canales de distribución de lubricante comprende una pluralidad de perforaciones pasantes (8) conectadas, por la parte inferior de la pieza, a unas acanaladuras longitudinales (9) que en uno de los extremos de la pieza (3) confluyen en un entalle (10) abierto lateralmente.

8. DISPOSITIVO PARA PREVENIR EL DESGASTE EXCESIVO EN ENGRANAJES, según cualquiera de las reivindicaciones 4-7, caracterizado porque las piezas (3) son de material blando, preferentemente polímero.

FIG.1

FIG_2

3a 8

G o a Q Q o • a • • • o • • O Q o o o ~ • D o O • O

F1G.3

3b FIG.5