NO331391B1 - Transmisjon for vindmolle - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en anordning ved tannreimshjul og spesielt et tannreimshjul med stor diameter, d.v.s. en diameter på 0,3 meter eller mer.

Tannreimshjulet er godt egnet til bruk i en vindmølle, som vist i samme søkers tidligere norske patentsøknad nr. 20090433. Denne søknaden innlemmes herved ved referanse. Tannreimshjulet vil i denne sammenhengen fungere som et reimhjul, idet en reim eller et kjede strekker seg over denne og danner et element for overføring av rotasjon mellom tannreimshjulet og et annet hjul.

Tannreimshjul med en diameter av den størrelsesorden som er omtalt ovenfor er vanskelig å fremstille i ett stykke. Dette ville blitt svært kostbart å både støpe og maskinere. Det ville også være svært uhensiktsmessig å transportere et slikt stort hjul i ett stykke.

Tannreimshjul krever en stor grad av nøyaktighet for å unngå slitasje. I tillegg til disse høye toleransene blir det konstruert inn et lite gap mellom tannreim og nominell hjulprofil, dvs. at tannreimstennene er noen tiendedels millimeter mindre enn oppgitt tannreimhjulsprofil. Dersom hjulet skulle bli unøyaktig blir det uoverensstemmelse mellom tannreim og tennene på hjulet. Dette medfører vesentlig økt slitasje og lav virkningsgrad. Større beltehjul fremstilles i dag typisk ved maskinering av emner laget av støpejern eller sammensveisede stålhjulemner. Maskineringen gir høy nøyaktighet men også høy vekt.

US 2707884 beskriver et tannhjul fremstilt av et ikke-metallisk materiale, og viser segmenter av en tannkrans som festes til et hjul med en ytre rand. Segmentene er forholdsvis lange og festes ved hjelp av bolter som fastholdes i segmentene ved hjelp av gjennomgående tapper som strekker seg i hjulets tverretning.

Dersom dette hjulet skulle fremstilles i stor størrelse og i metall, ville hjulet som bærer segmentene sannsynligvis måtte blir støpt og derved blir forholdsvis tungt. Videre medfører utformingen av segnmentene at disse også sannsynligvis må støpes. Alt i alt ville det ikke bli noen vesentlig vektbesparelse i forhold til et hjul som er støpt i ett stykke og deretter maskinert. Det ville heller ikke innebære noen reduksjon i maskineringsarbeide. Dette er nok årsaken til at teknikken er begrenset til ikke- metalliske hjul. Den eneste fordelen som oppnås ved hjulet ifølge denne løsningen er at segmenter kan skiftes ut dersom de blir skadet.

US 3439551 viser et tannhjul som er fremstilt ved at tannsegmenter er festet til et enkelt platehjul. Dersom platehjulet skal bli sterkt og stabilt nok må dette ha forholdsvis stor veggtykkelse. Dette medfører at platehjulet høyst sannsynlig må støpes og maskineres. Jo større hjulet er, jo kraftigere må godset være og jo tyngre blir hjulet. Et tyngre hjul medfører ikke bare ulemper ved installasjon og vedlikehold, men medfører også driftsmessige ulemper ved at det kreves større krefter for å endre hjulets rotasjonshastighet og at det er mer krevende å få god ballanse i hjulet.

US 1433923 viser et tannhjul som i prinsippet ligner på US 3439551. Dette hjulet er vist brukt i kjedeoverføringen på en sykkel, og vil neppe egne seg for ærlig større hjul enn dette.

SU 948441 beskriver en måte å feste tannsegmenter til hverandre ved de tilstøtende ender. Det er ikke vist hvordan segmentene eventuelt skal forbindes med et hjul.

SU 1346890 beskriver også en måte å feste segmenter til hverandre ved de tilstøtende endene. Det er heller ikke her ikke beskrevet hvordan segmentene eventuelt skal forbindes med et hjul.

Det er derfor behov for å tilveiebringe et hjul av denne typen i flere deler, som kan monteres sammen til et stabilt hjul som kan overføre store krefter. Det er også behov for å tilveiebringe en sammenstilling av hjulets deler som sikrer at hjulet får tilstrekkelig grad av rundhet og er tilstrekkelig fritt for kast. Det er også behov for å finne frem til en metode for å fremstille et tannreimshjul som sikrer nøyaktig innretting av tennene på tannreimshjulet i forhold til tennene på tannreimen, slik at unødig slitasje unngås. Den foreliggende oppfinnelse tar derfor sikte på å tilveiebringe et slikt tannreimshjul.

Dette oppnås ifølge den foreliggende oppfinnelse ved de trekk som er angitt i den kjennetegnende delen av krav 1.

Mindre beltehjul støpes noen ganger i aluminium, spesielt dersom de skal produseres i store serier, men hittil har det ikke blitt produsert store beltehjul i aluminium. Aluminium er i seg selv ikke hardt og slitesterk nok til å kunne benyttes til tannreimsdrift med moderne kevlar- eller karbonfiberreimer, men det finnes flere metoder som eloksering og annen overflatebehandling som kan gi aluminium disse egenskapene

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til et utførelseseksempel vist i de medfølgende figurer, der: Figur 1 viser et tannreimshjul ifølge en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse sett i perspektiv,

Figur 2 viser tannreimshjulet i figur 1 snitt sett fra siden,

Figur 3 viser et utsnitt av tannreimshjulet ved dettes periferi,

Figur 4 viser et snitt gjennom tannreimshjulet ved dettes periferi,

Figur 5 viser et snitt gjennom hele tannreimshjulet,

Figur 6 viser et snitt gjennom tannreimshjulets nav,

Figur 7 viser en alternativ utforming av et tannreimhjulsegment ifølge oppfinnelsen, Figur 8 viser et reimhjul i samsvar med utførelsesformen i figurene 1 og 2, som står i inngrep med en tannreim, Figur 9 viser et reimhjul ifølge oppfinnelsen, samt et verktøysett for å posisjonere segmentene riktig under monteringen og

Figur 10 viser reimhjulet ifølge figur 9 men med sideplatene fjernet.

Figur 1 viser et tannreimshjul ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen for smale hjul. Det omfatter en krans 1 som strekker seg langs hjulets periferi og to skiveformede sideplater 2,3, som er anordnet én på hver side av kransen 1. Sideplatene 2, 3 er utstyrt med en rand 4 som strekker seg langs kransen 1, eiker 5 som strekker seg radielt og forbinder randen 4 med en navdel 6. Navdelen 6 er utstyrt med en åpning 7 hvor det er anordnet en kobling 8. Sideplatene 2,3 og kransen 1 er forbundet med hverandre ved et antall bolter 9 som strekker seg aksielt. Figur 2 viser et snitt gjennom tannreimshjulet fra siden. Kransen 1 er satt sammen av et antall segmenter 10 som hver dekker et vinkelområde på for eksempel ca. 10 Segmentene er hensiktsmessig ekstruderte profiler. Figur 3 viser et snitt gjennom en del av kransen og illustrerer ett helt segment 10 og en del av to hosliggende segmenter 10' og 10". Segmentene er profiler som strekker seg med samme tverrsnitt aksielt, d.v.s. vinkelrett på tegningsplanet ifølge figur 3. Profilene er fortrinnsvis fremstilt av ekstrudert metall, for eksempel aluminium, som ekstruderes i lange profiler med segmentets 10 tverrsnitt. Deretter kappes profilet opp i lengder tilsvarende bredden på kransen 1. Alternativt kan profilene også presstøpes.

Profilet har en buet innside 11 og en tilsvarende buet utside 12. Det er også utformet med et indre hulrom 13 for å spare vekt. Eventuelt kan segmentet 10 ha en U-form. På utsiden 12 er det utformet ribber 14, som strekker seg i profilets lengderetning, d.v.s. i tannreimshjulets bredde. Disse ribbene tjener til å oppnå et nøyaktig inngrep mellom tannreimshjulet og det utenpåliggende beltet (ikke vist).

Ved sine kortender 15,16 er segmentet 10 utformet for inngrep med hosliggende segmenter 10' og 10". Det er således på begge kortender 15 og 16 utformet et U-formet spor 17 som strekker seg i profilets lengderetning, d.v.s. i tannreimshjulets bredde. På den ene kortenden 15 er det forhøyede partier 18, 19 på hver side av sporet 17, og på den andre kortenden er det forsenkede partier 20, 21 på hver side av sporet 17. De forhøyede og de forsenkede partiene er komplementære, slik at når to segmenter 10,10' settes mot hverandre, vil de forhøyede partiene 18,19 helt fylle ut de forsenkede partiene 20,21, samtidig som segmentene ligger helt mot hverandre på flatene 22,23 utenfor disse partiene. De U-formede sporene 17 på de to segmentene 10,10' danner sammen en sirkulær kanal. Denne kanalen er innrettet til å motta en av boltene 9 (se figur 1).

Figur 4 viser et tverrsnitt gjennom segmentet ved bolten 9. Figuren viser også et snitt gjennom sideplatene 2, 3. Man ser her at bolten 9 strekker seg gjennom de to sideplatene 2, 3 og kanalen dannet av sporene 17. Segmentene 10 holdes således på plass i tannreimshjulets aksielle retning. Radielt holdes segmentene 10 på plass både av boltene 9, friksjon fra sideplatene 3,4 og de forhøyede og forsenkede partienes 18,19, 20, 21 gjensidige inngrep.

Det vil i praksis ikke være mulig å oppnå samme nøyaktighetsgrad med aluminiumsekstrudering som det man vil få ved maskinering. Til en viss grad kan man kompensere for dette på følgende måter. Man lager smale tannseksjoner, for eksempel totalt 10 -12 cm brede. Innenfor denne bredden har man en nøyaktighet nok i ekstruderingsprosessen som man kan jobbe videre med. Blir segmentet vesentlig bredere enn dette blir tennene stående for unøyaktig i forhold til hverandre. Tenner som står langt fra hverandre blir gradvis mer unøyaktige i forhold til hverandre og man risikerer at tennene ikke passer inn i tannreimen over hele seksjonen. Moderne tannreimer har en karbonfiberkjerne som gjør at den er helt stiv. Selv på 10-12 cm brede aluminiumsegmenter må man muligens kompensere litt ved å fjerne noen tidels millimeter med aluminium på de ytterste tennene i segmentet. De midterste tennene kan fordelaktig være i full størrelse mens de utover på siden blir gradvis smalere.

Seksjonsbredden og tannjusteringen nevnt ovenfor sikrer at tennene på en seksjon passer inn i belte. For at flere seksjoner skal kunne passe inn i tannreimen må man sørge for at seksjonen kan flyte litt under montering. Det er derfor konstruert inn en liten klaring mellom hvert segment. Når hjulet sammenstilles legges segmentene på plass og boltene festes delvis slik at segmentene kan flyttes litt. For å sikre at den innbyrdes posisjoneringen mellom segmentene blir riktig kan man legge en tannreim rundt beltehjulet når alle segmentene er montert. Deretter kan man forskyve segmentene slik at alle segmentene passer optimalt inn i tannreimen. Når dette er gjort trekkes boltene til med riktig moment. Segmentene blir holdt i posisjon av friksjonskraften mellom platesidene 2,3 på hjulet og endeflatene på seksjonene 10. Denne monteringsmåten vil kreve høy nøyaktighet på kappelengden av seksjonen. Dette er det imidlertid mulig å få til ved for eksempel CNC-kapping.

Innfestingen beskrevet ovenfor gjør det også enkelt å skifte ut enkeltsegmenter. For å gjøre dette fjerner man boltene på hver side av segmentet som skal skiftes ut og løsner på et antall bolter på hver side av dette segmentet. Da kan segmentet 10 som skal utskiftes presses utover. De hosliggende segmentene 10', 10" vil svinge utover med den siden som er nærmest segmentet 10 som skal skiftes ut helt til segmentet 10 som skal skiftes ut går klar av forhøyningene/forsenkingen på de hosliggende segmentene 10', 10". Innsetting av et nytt segment skjer på samme måte.

Denne utformingen av segmenter 10 sikrer at tannreimshjulets krans 1 får en definert sirkulær form. Når tannreimshjulet utsettes for trykket fra beltet, vil segmentene 10 holdes på plass av friksjonskreftene mellom sideplatene 2 og segmentene 10. Figur 8 viser et hjul i samsvar med denne utførelsesformen i inngrep med en tannreim 42

Figur 5 viser et tverrsnitt gjennom tannreimshjulet. Sentralt i dette er det anordnet en klemkobling 8. Klemkoblingen 8 er vist mer detaljert i figur 6. Det omfatter en hylse 24 som har et midtre parti 25 med større diameter og aksielt utragende partier 26,27 på hver ende av det midtre partiet 25. Det dannes således en skulder 28 på hver side av det midtre partiet 25. Sideplatene 2,3 blir etter montasjen liggende an mot disse skuldrene 28 og klemmer derved fast hylsen 24.

Inne i hylsen 24 er det anordnet en klemkobling 30 for montering av hjulet på en aksling. Figur 7 viser en alternativ utforming av et tannreimsegment 10a. Det er i de fleste henseender utformet på samme måte som segmentet 10 i figur 3, men har et noe annet grensesnitt mellom segmentene. I stedet for de forhøyede partiene 18,19 og de forsenkede partiene 20, 21 er det utformet en ribbe 31 og er spor 32. Ribben 31 er noe mindre enn sporet 31, slik at det blir en viss klaring mellom disse. Ribben 31 og sporet 32 kan derved brukes som styring for å plassere segmentene i forhold til hverandre. Ut over dette monteres og justeres segmentene som forklart ovenfor i forbindelse med utførelsesformen ifølge figur 3. Figurene 9 og 10 viser et verktøysett for posisjonering av segmentene 10 ved monteringen. Den eneste forskjellen på figur 9 og 10 er at i figur 10 er sideplatene 3 og 4 fjernet for at det skal være lettere å se verktøyet.

Verktøysettet 43 består av to deler, en monteringstolk 44 og en ytre låsebrakett 45. Tolken 44 har en buet kant 46, med en radius tilsvarende den ønskede indre radien på segmentene 10. Motsatt av den buede kanten 46 er det utformet en leppe 47 som stiver av tolken 44.

Låsebraketten 45 er generelt U-formet. I hvert ben 48 er det utformet et hakk 49. Hakket 49 er innrettet til å ta imot enden av bolten 9.

Under monteringen av segmentene 10 legges først en av sideplatene 3 på et underlag. Deretter plasseres segmentene 10 i omtrent riktig posisjon oppå sideplaten 3. Så legges den andre sideplaten 4 oppå segmentene. Når dette er gjort tres boltene 9 gjennom kanalene som er dannet av sporene 17. Deretter legges en tannreim 50 rundt segmentene. Tannreimen 50 har en lengde tilsvarende omkretsen av reimhjulet 1. Reimen 50 legges slik at tennene på tannreimen 50 kommer i inngrep med tennene på segmentene. Der hvor tannreimens ender møtes benyttes låsebraketten 45 til å fastlåse tannreimens 50 ender til segmentene 10. Dette gjøres ved at braketten 45 tres over segmentene 10 og en av boltene 9. Mutrene skrus så til på hver ende av bolten 9 slik at braketten klemmes fast. De øvrige mutrene skrus bare løst på i denne omgang. Tolken 44 føres så langs innsiden av segmentene 10 slik at det sikres at segmentene danner en sirkel med tilstrekkelig rundhet. Deretter tiltrekkes alle mutrene på boltene 9. Tilslutt fjernes låsebraketten 45 ved å løsne mutrene som holder denne og trekke mutrene til igjen etter at braketten er fjernet.

Claims (16)

1. Anordning ved tannreimshjul omfattende en tannkrans (1) ved hjulets periferi, idet kransen (1) er satt sammen av et antall segmenter (10) som fastholdes i forhold til hverandre i en sirkel,karakterisert vedat segmentene (10) fastholdes mellom to sideplater (2, 3) som strekker seg langs hele hjulets periferi.

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert vedat sideplatene (2, 3) strekker seg fra hjulets periferi til dets nav.

3. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at segmentene (10) er fremstilt av en langstrakt profil, som er kappet i lengder svarende til segmentenes (10) bredde i tannreimshjulets aksielle retning.

4. Anordning ifølge krav 3,karakterisert vedat profilen er et ekstrudert profil.

5. Anordning ifølge krav 3,karakterisert vedat profilen er fremstilt ved presstøping.

6. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertv e d at segmentene (10) ved sine motstående ender har et U-formet spor (17) som sammen med det U-formede sporet (17) på det hosliggende segmentet (10) danner en sirkulær kanal for en gjennomgående bolt (9), som strekker seg gjennom sideplatene (2, 3) og den sirkulære kanalen og klemmer sideplatene (2, 3) mot segmentene (10).

7. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertved at segmentene (10) ved sine motstående ender har forhøyninger (18, 19) og/eller forsenkninger (20, 21) som passer komplementært i hverandre.

8. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertv e d at sideplatene (2, 3) er innrettet til å fastholde en navhylse (24) mellom hverandre.

9. Anordning ifølge krav 8,karakterisert vedat navhylsen har en skulder (28) som sideplaten (2, 3) er innrettet til å hvile mot og et parti (26, 27) som strekker seg aksielt fra skulderen (28) og rager gjennom en åpning i sideplaten.

10. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertv e d at tannreimshjulet er innrettet til å stå i inngrep med et belte (50) eller et kjede som strekker seg over en del av tannreimshjulets periferi.

11. Anordning ifølge ett av de foregående krav,karakterisertv e d at segmentene er utstyrt med tenner (12) for inngrep med en tannreim (50) og at tennene (12) har avtagende bredde fra midt på segmentet til segmentets ytterkant i periferiretningen.

12. Fremgangsmåte for å posisjonere segmenter (10) på et tannreimshjul utformet som angitt i ett av kravene 1 -11,karakterisert vedat segmentene monteres (10) på en slik måte at de kan beveges noe, en tannreim legges rundt hjulets periferi, segmentene (10) forskyves til tenner (12) på alle segmentene (10) står i godt inngrep med tannreimen og at segmentene (10) deretter fikseres i forhold til hverandre.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 12,karakterisert vedat fikseringen skjer ved at det trekkes til bolter (9) som forbinder segmentene (10) med sideplater (2, 3) på tannreimshjulet.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13 eller 14,karakterisert vedat en monteringstolk (44) med en buet kant (46) tilsvarende ønsket innvendige radius på segmentene (10) legges mot innsiden av segmentene (10) før segmentene fikseres.

15. Verktøy for montering av segmenter i samsvar med fremgangsmåten ifølge ett av kravene 12 -14,karakterisert vedat det omfatter en tannreim (50) tilpasset for å legges rundt segmentene og en låseinnretning (50) for å låse tannreimens ender fast til segmentene (10).

16. Verktøy ifølge krav 15,karakterisert vedat det også omfatter en monteringstolk (44) med en buet kant (46) tilsvarende segmentenes (10) ønskede innvendige radius.