SE1051070A1

SE1051070A1 - Stationär växelenhet

Info

Publication number: SE1051070A1
Application number: SE1051070A
Authority: SE
Inventors: Niklas Bennstedt
Original assignee: Autoinvent Transip Ab
Priority date: 2010-10-13
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2012-04-14
Also published as: EA201390356A1; US20130186223A1; SE535444C2; EP2627931A4; WO2012050514A1; US9512899B2; BR112013008569A2; CN103154510B; CL2013000978A1; ZA201302806B; CN103154510A; ES2584382T3; EP2627931B1; KR20130119931A; CA2850080A1; EP2627931A1; AU2011314425A1

Description

Sammanfattninq av uppfinningg Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att undanröja eller åtminstone begränsa delar av eller samtliga ovannämnda problem. I detta syfte föreslås ett förfarande för uppväxling av hastigheten av en rotations- rörelse från en första hastighet, som tillförs en ingående axel, till en andra hastighet, som avges av en utgående axel, vilket förfarandet innefattar överföring av rotationsrörelsen från den ingående axeln via ett drivande kugghjul på den ingående axeln, vilket drivande kugghjul är sned- skuret och har en första kuggsnedvinkel, till en mellanaxelanordning i syfte att åstadkomma ett första axialtryck hos den ingående axeln i en första axiell riktning; överföring av rotationsrörelsen från mellanaxelanordningen via ett drivet kugghjul på den utgående axeln, vilket drivet kugghjul är snedskuret och har en andra kuggsnedvinkel, som är större än nämnda första kugg- snedvinkel, till den utgående axeln, i syfte att åstadkomma ett andra axial- tryck hos den utgående axeln i en andra riktning, vilken andra riktning är väsentligen motsatt den första riktningen; och ansättning av nämnda första axialtryck och andra axialtryck på samma ställe av en axiellt stel stödkonstruktion, så att nämnda första och andra axial- tryck motverkar varandra och åtminstone delvis tar ut varandra i nämnda stödkonstruktion.

Skillnaden hos kuggsnedvinklarna medför att tryckens storlek bli mera lika, vilket innebär att graden med vilken axialtrycken åtminstone delvis tar ut varandra ökar. Den resulterande kraften mot den axiellt stela stödkonstruk- tionen blir därmed begränsad. Och genom att låta axialtrycken verka mot samma ställe av stödkonstuktionen, kan den axiella rörelsen av den ingående och utgående axeln på grund av varierande lastförhållanden minimeras. Vid uppväxlingsförfarandena enligt teknikens ståndpunkt får däremot den in- gående och utgående axeln i allmänhet låta sitt respektive dynamiska axial- tryck verka mot motstående ändväggar av ett växellådshus, så att växel- lådshuset utböjs eller deformeras något under den axiella lasten och den ingående och utgående axeln därigenom skjuts isär något. Sådan förskjutning kan medföra förtida lagerbrott, speciellt under varierande lastförhållanden.

Axiell förskjutning nödvändiggör också en lite mera förlåtande växelenhets- konstruktion, vid vilken ett betydande kuggspel eller glapp ger en viss rörelse- frihet. Genom att istället låta motsatt riktade axialtryck verka mot samma ställe av en stödkonstruktion, blir det möjligt att åstadkomma ett axiellt stelt 3 förhållande mellan den ingående och utgående axeln, så att den ingående och utgående axeln inte förflyttas i någon betydande utsträckning i axiell riktning iförhållande till varandra. Följaktligen kan en växelenhet med mindre glapp och därmed ökad livslängd byggas för ett sådant uppväxlingsför- farande. I hela denna beskrivning ska ”väsentligen motsatta riktningar" uppfattas som riktningar som bildar en vinkel i förhållande till varandra på mer än 165°.

Enligt en utföringsform är nämnda axiellt stela stödkonstruktion en huvudaxiallageranordning, som förbinder den ingående och utgående axeln med varandra, så att axialtrycken åtminstone delvis tar ut varandra via huvud- axiallageranordningen. Huvudaxiallageranordningen kan innefatta ett eller flera axiallager, som är utformade som en "trycklageranordning”, dvs är ut- formade att stödja när den ingående och utgående axeln trycks mot varandra; som en "draglageranordning", dvs som stöd när den ingående och den ut- gående axeln dras isär; eller som en dubbelriktad lageranordning som stöd i båda axiella riktningar.

Enligt en utföringsform är den axiellt stela stödkonstruktionen en huvudaxiallagerhållare, som axiellt håller den ingående axeln och den ut- gående axeln, så att axialtrycken åtminstone delvis tar ut varandra via huvud- lagerhållaren. Huvudaxiallagerhållaren kan vara vilken som helst axiellt stel konstruktion som håller både den ingående axeln och den utgående axeln i respektive axiallager så att det blir möjligt att låta de respektive axialtrycken ta ut varandra. Huvudaxiallagerhållaren kan tex vara en centralt placerad kon- sol i en växelenhet, varvid konsolen håller den ingående och utgående axeln på så sätt att den ingående axelns drivande kugghjul och den utgående axelns drivna kugghjul är placerade på ömse sidor om nämnda konsol. Den ingående respektive utgående axeln kommer därigenom att samtidigt dra eller samtidigt trycka från eller mot motsatta sidor av huvudaxiallagerhållaren, så att trycken åtminstone delvis tar ut varandra. Alternativt kan huvudaxial- lagerhållaren utgöra en del av en ändvägg av ett växellådshus, i förhållande till vilken vägg den ingående axelns drivande kugghjul och den utgående axelns drivna kugghjul kan vara anordnade på samma sida. Vid en sådan lösning kommer en av nämnda axlar utöva en axiellt dragande kraft mot väggen, medan den andra axeln kommer att utöva en axiellt tryckande kraft, så att trycken åtminstone delvis tar ut varandra i väggen.

Enligt en utföringsform innefattar förfarandet 4 överföring av nämnda rotationsrörelse via ett flertal mellanaxlar hos mellanaxelanordningen; och för varje mellanaxel hos mellanaxelanordningen, generering av ett axialtryck för ett drivet kugghjul, som är snedskuret och har en drivet kugghjul-kuggsnedvinkel; generering av ett axialtryck för ett drivande kugghjul, som är snedskuret och har en drivande kugghjul-kugg- snedvinkel, varvid det drivande kugghjulets kuggsnedvinkel är större än det drivna kugghjulets kuggsnedvinkel; riktning av det drivna kugghjulets axialtryck i nämnda andra riktning; och riktning av det drivande kugghjulets axialtryck i nämnda första riktning, så att axialtrycken av det drivna respektive drivande kugghjulet hos varje mellanaxel åtminstone delvis tar ut varandra i nämnda mellanaxel. Genom att åtminstone en del av axialtrycken som påverkar mellanaxeln tar ut varandra, reduceras de resulterande sammantagna axiallasterna på en växelenhet.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen undanröjs eller åtminstone begränsas en del av eller samtliga ovannämnda problem med hjälp av en stationär växelenhet, som innefattar en ingående axel och en utgående axel, som är väsentligen parallell med den ingående axeln, varvid växelenheten är utformad att åstadkomma ett utväxlingsförhållande mellan den ingående axeln och den utgående axeln via en mellanaxelanordning, varvid den in- gående axeln är försedd med ett drivande kugghjul i ingrepp med ett drivet kugghjul hos mellanaxelanordningen, och varvid den utgående axeln är försedd med ett drivet kugghjul i ingrepp med ett drivande kugghjul hos mellanaxelanordningen, varvid utväxlingsförhållandet är oenhetligt, så att ett kugghjul av den ingående axelns drivande kugghjul och den utgående axelns drivna kugghjul är inrättat att arbeta med ett förhållandevis lägre vridmoment medan det andra kugghjulet är inrättat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment, varvid nämnda förhållandevis högre vridmoment är högre än nämnda förhållandevis lägre vridmoment; varvid den ingående axeln är lagrad i en ingående axel-huvudaxiallageranordning, som är monterad på en huvudaxiallagerhållare, och är anordnad att begränsa den axiella rörelsen av den ingående axeln i en första axiell riktning; varvid den utgående axeln är lagrad i en utgående axel-huvudaxiallageranordning, varvid nämnda ut- gående axel-huvudaxiallageranordning är samlokaliserad med nämnda ingående axel-huvudaxiallageranordning på nämnda huvudaxiallagerhållare, varvid nämnda utgående axel-huvudaxiallageranordning är inrättad att ' fi , s<:;¿g,y begränsa den axiella rörelsen av den utgående axeln i en andra axiell riktning, vilken andra axiella riktning är väsentligen motsatt den första axiella riktningen; varvid huvudaxiallagerhållaren stelt förbinder nämnda ingående axel-huvudaxiallageranordning med nämnda utgående axel-huvudaxial- lageranordning; varvid den ingående axelns drivande kugghjul är snedskuret i en första snedskärningsriktning; varvid den utgående axelns drivna kugghjul av är snedskuret i en andra snedskärningsriktning, vilken andra snedskär- ningsriktning är densamma som nämnda första snedskärningsriktning vid ett positivt utväxlingsförhållande och motsatt nämnda första snedskärnings- riktning vid ett negativt utväxlingsförhållande; och varvid kugghjulet som är anordnat att arbeta med ett förhållandevis lägre vridmoment har en kugg- snedvinkel som överstiger kuggsnedvinkeln för kugghjulet som är anordnat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment.

När vridmomentet vid en sådan växelenhet tillförs den ingående axeln i en rotationsriktning, kommer axialtrycket som genereras av den ingående axelns drivande kugghjul att vara riktat i en första axiell riktning, riktad mot nämnda ingående axel-huvudaxiallageranordning. Axialtrycket som genereras av den utgående axelns drivna kugghjul kommer att vara riktat i en andra axiell riktning, som är väsentligen motsatt nämnda första axiella rikt- ning. Följaktligen kommer den ingående och utgående axelns axialtryck att vara riktade i motsatta riktningar och utövas mot samma ställe, dvs där den ingående och den utgående axelns huvudaxiallageranordningar är förenade medelst huvudaxiallagerhållaren. Följaktligen kan en sådan växelenhet användas för genomförande av det ovan beskrivna förfarandet och omfattas således av samma uppfinningskoncept. Skillnaden mellan kuggsnedvinklarna kommer att medföra att storleken på trycken blir mera utjämnad, varigenom graden med vilken axialtrycken åtminstone delvis tar ut varandra i huvud- axiallagerhållaren ökar. Den resulterande kraften på axiallagerhållaren blir därmed begränsad. Tack vare att den ingående och den utgående axeln är anordnade att utöva sitt respektive axialtryck mot samma axlellt stela ställe, reduceras axlarnas axiella rörelser. Därigenom möjliggörs mindre spel, vilket förlänger växelenhetens livslängd. Dessutom reducerar den reducerade axiella rörelsen så kallad "glidning", ett fenomen som förklaras närmare nedan. Liknande uttrycket "väsentligen motsatta riktningar” ska uttrycket "väsentligen parallellt" tolkas som bildande av en vinkel på mindre än 15°. 6 Enligt en utföringsform är huvudaxiallagerhållaren fäst vid ett växel- lådshus. Därigenom kan huvudaxiallagerhållaren även överta funktionen att verka som ett radiellt stöd.

Enligt en utföringsform är nämnda ingående axel-huvudaxiallager- anordning inrättad på en första sida av huvudaxiallagerhållaren och nämnda utgående axel-huvudaxiallageranordning inrättad på en andra sida av huvud- axiallagerhållaren, varvid nämnda andra sida är motsatt nämnda första sida.

Enligt en annan aspekt av uppfinningen undanröjes eller åtminstone begränsas delar av eller samtliga ovannämnda problem med hjälp av en stationär växelenhet infattande en ingående axel och en utgående axel, som är väsentligen parallell med den ingående axeln, varvid växelenheten är ut- formad att åstadkomma ett utväxlingsförhållande mellan den ingående axeln och den utgående axeln via en mellanaxelanordning, varvid den ingående axeln är försedd med ett drivande kugghjul i ingrepp med ett drivet kugghjul hos mellanaxelanordningen, och varvid den utgående axeln är försedd med ett drivet kugghjul i ingrepp med ett drivande kugghjul hos mellanaxelanord- ningen, varvid utväxlingsförhållandet är oenhetligt så att ett kugghjul av den ingående axelns drivande kugghjul och den utgående axelns drivna kugghjul är inrättat att arbeta med ett förhållandevis lägre vridmoment och det andra kugghjulet med ett förhållandevis högre vridmoment, varvid det förhållandevis högre vridmomentet är högre än det förhållandevis lägre vridmomentet, varvid den ingående axeln är lagrad l den utgående axeln i en huvudaxiallager- anordning, som är inrättad att begränsa den ingående axelns axiella rörelse relativt den utgående axeln i en första axiell riktning; varvid den ingående axelns drivande kugghjul är snedskuret i en första snedskärningsriktning; varvid den utgående axelns drivna kugghjul är snedskuret i en andra sned- skärningsriktning, vilken andra snedskärningsriktning är detsamma som nämnda första snedskärningsriktning vid ett positivt utväxlingsförhållande och motsatt nämnda första snedskärningsriktning vid ett negativt utväxlings- förhållande; och varvid kugghjulet som är inrättat att arbeta med ett för- hållandevis lägre vridmoment har en kuggsnedvinkel som överstiger kugg- snedvinkeln av drevet som är inrättat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment. l en sådan växelenhet kommer, när vridmoment tillförs den ingående axeln i en rotationsriktning, axialtrycket som genereras av den ingående axelns drivande kugghjul att vara riktat i nämda första axiella rikt- ning mot huvudaxiallageranordningen. Det axiella trycket som genereras av den utgående axelns drivna kugghjul kommer att vara riktat i en andra axiell 7 riktning, som är väsentligen motsatt nämnda första axiella riktning.

Följaktligen kommer den ingående och den utgående axelns axialtryck att vara motsatt riktade och utövas mot samma ställe, dvs där axlarna är för- enade medelst huvudaxiallageranordningen. En sådan växelenhet kan användas för att genomföra det ovan beskrivna förfarandet och omfattas därför av samma uppfinningskoncept. Skillnaden mellan kuggsnedvlnklarna kommer att medföra att tryckens storlek blir mera utjämnad, vilket medför att graden med vilken axialtrycken åtminstone delvis tar ut varandra i huvudaxial- lageranordningen ökar. Det resulterande axialtrycket som verkar mot den in- gående och den utgående axeln kan därigenom begränsas. Tack vare att den ingående och den utgående axeln är inrättade att utöva sitt respektive axial- tryck på samma, väsentligen oeftergivliga huvudaxiallageranordning gör att axlarnas radiella rörelser reduceras. Detta gör det möjligt att arbeta med mindre kuggspel, varigenom växelenhetens livslängd ökas. Dessutom medför reducerad axiell rörelse reducerad glidning hos de rullande elementen i de axiallagren.

Enligt en utföringsform är den ingående axeln inrättad på en första sida av huvudaxiallageranordningen och är den utgående axeln inrättad på en andra sida av huvudaxiallageranordningen, varvid den andra sidan är motsatt den första sidan.

Enligt en utföringsform av någon av de ovan beskrivna växelenheterna är varje huvudaxiallageranordning en dubbelriktad axiallageranordning för begränsning av den axiella rörelsen av den ingående respektive utgående axeln i två axiella riktningar. Därigenom tas axiella krafter uti huvudaxial- lagerhållaren eller i huvudaxiallagret, beroende på fallet, oberoende av rotationsriktningen eller växelenhetens ingående vridmoment.

Vid en utföringsform av någon av de ovan beskrivna växelenheterna är den ingående axeln ansluten till en roterande kraftkälla för drivning av den ingående axeln i nämnda rotationsriktning, varvid snedskärningsriktningen för den ingående axelns drivande kugghjul är vald att åstadkomma ingående axel-axialtryck i nämnda första axialriktning när den roterande Kraftkällan överför vridmoment till den ingående axlen i nämnda rotationsriktning. Detta innebär implicit att den utgående axelns axialtryck därigenom utövas i nämnda andra axialriktning, väsentligen motsatt nämnda första axialriktning.

Genom anslutning av växelenheten till en roterande kraftkälla för mottagning av rotationskraft i huvudsak i nämnda första rotationsriktning, blir det möjligt att utforma växelenheten så att den tål ett större vridmoment i den förut- ä~~š-:,fz=ll1':r'l'*i'.>'° ' 8 bestämda rotationsriktningen än i en rotationsriktning motsatt nämnda rotationsriktning. På så sätt kan vikt sparas och konstruktionen göras enklare, eftersom trycklagret (-en) kan vara enkelriktat (-de) och/eller husväggarna kan göras tunnare.

Enligt en utföringsform av någon av de ovan beskrivna växelenheterna är den ingående och den utgående axeln axiellt förbelastade i en förbelast- ningsanordning. Var och en av den ingående och den utgående axeln kan vara förbelastad i en förbelastningsanordning antingen mellan ett par ytter- ligare förbelastningslager eller mellan en huvudaxiallageranordning och ett ytterligare förbelastningslager. l det senare fallet har huvudaxiallageranord- ningen den dubbla funktionen att ta ut dynamiska axiallaster och att fungera som ett av förbelastningslagren av en förbelastningsanordning. De ytterligare förbelastningslagren kan vara placerade t ex vid respektive ändvägg av ett växellådshus. Genom riktning av det dynamiska axialtrycket mot ett enda, axiellt stelt ställe, där trycken åtminstone delvis tar ut varandra när växel- enheten drivs i en framåtriktad, högbelastad rotationsriktning. kan storleken på förbelastningskraften väljas friare och med högre noggrannhet. När koniska rullager används, reducerar noggrann axiell förbeastning skidding och ser till att en större del av lagrens rullande element är i kontakt med lagrens inner- och ytterbanor under större del av varje varv av respektive axel, varigenom den axiella lasten kan fördelas bättre mellan de rullande elementen. Av detta skäl har ett korrekt förbelastat axiallager generellt en förväntad större livslängd än ett icke-förbelastat axiallager. Ett alltför högt förbelastat axiallager har dock generellt en förväntad kortare livslängd än ett icke-förbelastat lager. Genom att eliminera en betydande del av de dyna- miska axialkrafterna kan axlarnas förbelastning hållas på en lägre, mera konstant och mera noggrant valbar nivå. Dessutom kan vilket som helst hus eller vilken som helst stödkonstruktion, som uppbär de förbelastade tryck- lagren dimensioneras tillräckligt styvt för den statiska förbelastningen utan att bli överdrivet tung, vilket hade varit fallet om den hade behövt ta upp även stora dynamiska axialkrafter som härrör från de snedskurna kugghjulens drift.

Det blir också möjligt att anordna de förbelastade trycklagren i en flexibel hållare, så att en vald, konstant axiell förbelastningskraft åstadkommes.

Därutöver medför axiell förbelastning även en viss reducering av respektive axels axial- och radialrörelser, varigenom den förväntade livslängden ökar.

Enligt en utföringsform av någon av de ovan beskrivna växellådorna är den ingående axeln och den utgående axeln väsentligen koncentriska. På så 9 sätt kommer endast ett minimalt tvärriktat vridmoment att påverka huvudtryck- lagret (huvudaxiallagerhållaren), och en minimal böjningskraft att påverka den utgående axeln. l hela denna beskrivning ska "väsentligen koncentrisk” tolkas som att en central geometrisk axel av åtminstone endera den ingående axeln eller den utgående axeln sträcker sig genom en yta som definieras av de yttre gränserna av ett axiallager som uppbär den andra axeln.

Enligt en utföringsform av någon av de ovan beskrivna växellådorna har den ingående axelns drivande kugghjul en ingående axel-drivande kugg- hjul-delningsdiameter Din och en ingående axel-drivande kugghjul-kuggsned- vinkel *Pin ; varvid den utgående axelns drivna kugghjul har en utgående axel- drivet kugghjul-delningsdiameter Dm och en utgående axel-drivet kugghjul- kuggsnedvinkel 410m; och varvid den ingående axelns drivande kugghjul och den utgående axelns drivna kugghjul uppfyller ett förhållande Din tan qlout 0.2 I < m! Dout tan Win <5, där lm, är växelenhetens utväxlingsförhållande. På så sätt kan den resulterande axialkraften reduceras ytterligare. Företrädesvis gäller Im Dmtan Tou, < 2 D tan *Pin så att de ingående och utgående axialtrycken tar ut varandra i ännu större utsträckning i huvudaxiallagret eller huvudaxiallagerhållaren beroende på fallet ifråga.

Enligt en utföringsform av vilken som helst ovan beskriven växelenhet innefattar mellanaxelanordningen ett flertal väsentligen parallella mellanaxlar, som är seriekopplade, varvid varje mellanaxel är försedd med ett snedskuret drivet kugghjul och ett snedskuret drivande kugghjul, varvid varje mellanaxels drivande kugghjul är vänt åt samma håll som samma mellanaxels drivna kugghjul. På så sätt tar axialtrycken vid varje mellanaxel åtminstonde delvis ut varandra iform av en tryckande eller dragande axialkraft i varje mellanaxel.

Företrädesvis omfattar varje mellanaxel av nämnda flertal mellanaxlar ett drivet kugghjul, som har en drivet kugghjuI-delningsdiameter Ddﬁvem och en drivet kugghjul-kuggsnedvinkel Wdﬂven, i, och ett drivande kugghjul, som har en drivande kugghjuI-delningsdiameter Dd,ive_ i och en drivande kugghjul- 0.5 < out kuggsnedvinkel Wdﬂvai , varvid drivande kugghjul-kuggsnedvinkeln Wd,i,,e_ iskiljer sig från drivet kugghjul-kuggsnedvinkeln Wd,i,,en_ i; och 0-2< KDdrive, iictan Wdriven, Û/(Ddriven, i*tan Wdrive, < 5- Under dessa särskiljda förhållanden gäller att axialtrycks- komponenterna som påverkar varje mellanaxel tar ut varandra i en ännu större utsträckning. Ännu hellre gäller, o-5< KDdrive, iictan Wdriven, Û/(Ddriven, man Wdrive, < 2- så att större delen av axialtryckskomponenterna som påverkar varje mellan- axel upphävs. Det inses att WdÜVeHJ inte behöver vara identiskt med Wdﬂven, 1-1 ; detta kan vara fallett ex om axlarna i fråga inte är exakt parallella.

Enligt en utföringsform av vilken som helst ovan beskriven växelenhet är växelenheten en uppväxlingsväxelenhet. Och enligt en utföringsform av vilken som helst ovan beskriven växelenhet har växelenheten ett utväxlings- förhållande mellan den ingående axeln och den utgående axeln på mindre än 1/20. De häri beskrivna växelenhetslösningarna är särskilt väl lämpade för stora ingående vridmoment hos en uppväxlingsväxelenhet och/eller en växel- enhet med ett högt utväxlingsförhållande.

Enligt en utföringsform av vilken som helst ovan beskriven växelenhet har växelenheten ett fast utväxlingsförhållande. En sådan konstruktion är relativt kompakt och tillförlitlig, vilket gör den särskilt väl lämpad för indistriella tillämpningar och för effektalstring, tex i vindturbiner. Enligt en utföringsform är växelenheten inkopplad mellan en rotor och en generator av en vindturbin.

Kort beskrivninq av ritninqarna Ovanstående och ytterligare ändamål med, särdragav och fördelar med föreliggande uppfinning förklaras närmare nedan i den illustrerade och icke-begränsade noggranna beskrivningen av föredragna utföringsformer av föreliggande uppﬁnning med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka lika- dana hänvisningssiffror används för beteckning av liknande element, varvid: Fig 1 är en schematisk perspektivvy av en vindturbin; Fig 2 är en schematisk sidovy i sektion av gondolen av vindturbinen i fig 1; Fig 3 är en schematisk perspektivvy av växeln av en stationär växel- enhet; Fig 4 är en schematisk vy ovanifrån i sektion av en stationär växel- enhet innefattande växeln i fig 3; 11 Fig 5a är en schematisk sidovy i tvärsektion längs linjen V-V av växel- enheten i fig 4; Fig 5b är en förstorad vy av området i fig 5a som definieras av en streckad rektangel; Fig 6a är en schematisk tvärsektionsvy av en andra utföringsform av en växelenhet; Fig 6b är en förstorad vy av området i ﬁg 6a som definieras av en streckad rektangel; Fig 7a är en schematisk sidovy i tvärsektion av en tredje utföringsform av en växelenhet; Fig 7b är en förstorad vy av området i fig 7a som defineras av en streckad rektangel; Fig 8a är en schematisk vy ovanifrån i tvärsektion av en fjärde utföringsform av en växelenhet; och Fig 8b är en schematisk sidovy i tvärsektion längs linjen B-B av växel- enheten i fig 8a. ﬂgqrann beskrivninq av de exemplifierande utförimlormerna Vindturbinväxellådor enligt teknikens ståndpunkt, vilka i allmänhet är av planetväxeltyp, har en del svagheter. l syfte att t ex åstadkomma en för- hållandevis jämn lastfördelning mellan planetväxlarna och att samtidigt bibehålla rimliga krav på tillverkningstoleranser, tillåts solhjulet i allmänhet att inrikta sig självt i radiell riktning. Eftersom i allmänhet snedskurna kugghjul används för att minimera buller från vindturbinen, utsätts axlarna av en växel- enhet för axialtryck, som måste tas upp av axiallager i växellådshuset.

Rotoraxeln överför typiskt mycket höga vridmomentnivåer till växelenheten; följaktiligen kan den radiella och den axiella lasten på den ingående axelns lager i en typisk växelenhet vara mycket höga. Den mycket höga lasten kan få växellådshuset att flexa eller ge efter, vilket medför ökat axiellt lagerspel och gör ett väsentligt kuggspel nödvändigt. Sådant axiellt spel kan begränsa turbinens livslängd; följaktligen måste växellådshuset utformas så att det kan ta upp betydande krafter.

Axialtryckets riktning varierar med växelenhetens lastförhållande; axiellt obegränsade axlar kan därför förflyttas i den axiella riktningen oeroende på vindturbinens last. Detta utgör ett särskilt problem när lastrikt- ningen är odefinierad, dvs när vindhastigheten är sådan att växelenheten knappast belastas. Sådana förhållanden kan förekomma t ex då vindhastig- 12 heten avtar med en hastighet som motsvarar den naturliga inbromsnings- hastigheten av vindturbinen baserad på friktionen och samtliga roterande delars vinkelmoment. Ett sådant lastförhållande ökar antalet axiella för- flyttningar fram och tillbaka för axlarna inom det möjliga axialspelet, vilket kan få rullelementen av rullager att stanna och bryta smörjfilmen. Detta kan leda till att rullagren går sönder i förtid. Dessutom kan i ett lager kontaktförlust mellan rullelementen och en lagerbana medföra en intermittent, glidande kontakt mellan lagerbanan och rullelementen. Detta fenomen kallas glidning och kan medföra ökat lagerslitage. Dessutom kan alternerande torsions- transienter, som uppstår på grund av stort spel, dvs avstånd mellan tänderna på kugghjul, som äri ingrepp med varandra, också bidraga till förkortning av en typisk växelenhets livslängd. lfig 1 visas schematiskt en vindturbin 10, som innefattar ett vindturbin- torn 12 och en gondol 14. En rotor 16, som har vingar 18, är ansluten till gondolen 14. Vind 17, som kan ha varierande intensitet och ritkning, driver rotorn 16 så att rotorn roterar kring en t ex horisontell axel i en rotations- riktning 19. En typisk rotationshastighetför vindturbinrotorn 16 kan t ex ligga mellan 5 och 30 rpm. lfig 2 visas gondolens 14 insida schematiskt. Rotorn 16 (fig 1) är kopplad till en generator 22 via en växelenhet 24, som växlar upp rotorns 16 låga rotationshastighet till en högre hastighet för generatorn 22. En ingående växelenhetsaxel 26 förbinder rotorn 16 med växelenheten 24 och åstad- kommer en långsam rotationsrörelse med högt vridmoment i nämnda rotationsriktning 19 (fig 1) för växelenhet 24. En utgående växelenhetsaxel 28 förbinder växelenheten 24 med generatorn 22 och åstadkommer en hög- hastighetsrotationsrörelse med lågt vridmoment för generatorn 22, som omvandlar rotationsrörelsen till elektrisk effekt för fördelning t ex via ett elektriskt kraftnåt (ej visat).

En typisk generator 22 kan tex vara utformad att arbeta med en rotationshastighet på mellan 500 och 5000 rpm (varv i minuten), och mera typiskt mellan 1000 och 2000 rpm. Följaktligen är det totala utväxlings- förhållandet ljoj för växelenheten 24, definierat som den nominella rotations- hastigheten för den ingående axeln 26 delad med den nominella rotations- hastigheten för den utgående axeln 28, företrädesvis mindre än 1/20 (dvs mindre än 0,05), och mera föredraget mellan 1/50 och 1/200. En del vind- turbiner 10 kan vara avsedda att arbeta med en fast hastighet för generatorn 22, som t ex 1500 rpm, varvid snedställningen av vindturbinvingarna 18 styrs 13 baserat på vindens 17 hastighet och riktning så att 1500 rpm erhålles vid den utgående axeln 28. En del vindturbiner 10 kan vara försedda med frekvens- styrningorgan vid generatorn 22, så att generatorn 22 kan kompensera för hastighetsfluktuationer hos rotorn 16.

En vindturbin 10 ställer särskilda krav på växelenhetens 24 mekaniska stabilitet. En typisk vindturbinsväxelenhet 24 kan t ex överföra en effekt i storleksordningen 1-10 MW. Vridmomentet för den ingående axeln 26 av en vindturbinväxelenhet 24 kan typiskt överstiga 100 kNm. l fig 3 visas växelenhetens 24 växel mera detaljerat. Den ingående axeln 26 är kopplad till den utgående axeln 28 via en mellanaxelanordning 29, som innefattar en första mellanaxel 30 och en andra mellanaxel 32, som är seriekopplade. Den ingående axeln är försedd med ett drivande kugghjul 34, som ingriper med ett drivet kugghjul 36 på den första mellanaxeln. Den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 har en större delningsdiameter Dir. än den motsvarande delningsdiametern Ddñve., av den första mellanaxelns 30 drivna kugghjul 36, så att ingreppet vid den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 med mellanaxelns 30 drivna kugghjul 36 medför en första upp- växling, med utväxlingsförhållandet l1, av rotationshastigheten från den ingående axeln 26 till den första mellanaxeln 30.

Den första mellanaxeln 30 är försedd med ett drivande kugghjul 38, som ingiper med ett drivet kugghjul 40 på den andra mellanaxeln 32. Den första mellanaxelns 30 drivande kugghjul 38 har en större delningsdiameter Dd,i,,e_1 än den motsvarande delningsdiametern Ddﬂven av den andra mellan- axelns 32 drivna kugghjul 40, så att ingreppet av den första mellanaxelns 30 drivande kugghjul 38 med mellanaxelns 32 drivna kugghjul 40 medför en andra uppväxling, med utväxlingsförhållandet lg, av rotationshastigheten från den första mellanaxeln 30 till den andra mellanaxeln 32.

Den andra mellanaxeln 30 är försedd med ett drivande kugghjul 42, som ingriper med ett drivet kugghjul 44 på den utgående axeln 28. Den andra mellanaxelns 32 drivande kugghjul 42 har en större delningsdiameter Ddrive, 2 än den motsvarande delningsdiametern Dom av den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44, så att ingreppet för den andra mellanaxelns 32 drivande kugghjul 42 med den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 medför en tredje uppväxling, av utväxlingsförhållandet lg, av rotationshastigheten från den andra mellanaxlen 32 till den utgående axeln 28. Följaktligen innefattar växel- enheten 24 tre växelsteg med utväxlingsförhållandena li, lg, l3, vilket ger ett 14 totalt utväxlingsförhållande lm = l1*l2*|3 från den ingående axeln 26 till den utgående axeln 28.

I fig 4 visas växelenheten 24 anordnad i ett växellådshus 45.

Den ingående axelns 46 drivande kugghjul 34 är ett i en snedskär- ningsriktning snedskuret kugghjul, vilken snedskärningsriktning i detta exempel är höger riktning, varvid höger riktning är definierad som så att kuggarna vrids medurs med ökande avstånd från en betraktare som tittar längs den geometriska axeln Am för den ingående axelns 26 drivande kugg- hjul 34. Den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 har dessutom en kugg- snedvinkel l-Pi, som är definierad som värdet utan förtecken för vinkeln som bildas mellan en tangent mot kugghjulets snedskärning vid delningscirkeln och riktningen för den centrala geometriska axeln Am för den ingående axelns drivande kugghjul 34.

Den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 är ett i en andra sned- skärningsriktning snedskuret kugghjul, varvid nämnda andra snedskär- ningsriktning i detta exempel är vänster riktning, varvid vänster riktning är definierad som så att kuggarna vrids moturs med ökande avstånd från en betraktare som tittar utmed den geometriska axeln Aon, för den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44. Den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 har dessutom en kuggsnedvinkel Wow, definierad som värdet utan förtecken för vinkeln som bildas mellan en tangent mot kugghjulets snedskärning vid del- ningscirkeln och riktningen för den centrala geometriska axeln Aout för den utgående axelns drivna kugghjul 44. Samma definition för kuggsnedvinkeln gäller, mutatis mutandis, för växelenhetens 24 andra snedskurna kugghjul.

När den ingående axeln 26 roteras i rotationsriktningen 19 (fig 3), vilken rotationsriktning är medurs sett i riktningen för den centrala geo- metriska axeln Am för den ingående axeln 26 i riktning mot den utgående axeln 28, kommer den ingående axelns 26 snedskurna drivande kugghjul 34 åstadkomma en axialkraft F1 som verkar mot den ingående axeln 26, På grund av snedskärningsriktningen av den ingående axelns 26 drivande kugg- hjul 34 blir axialtrycket F1 riktat mot den utgående axeln 28.

Den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44, som via nämnda första och andra mellanaxel 30, 32 kommer att roteras i en utgående riktning 47 (fig 3) motsatt rotationsriktningen 19, kommer att generera ett axialtryck F2 som verkar mot den utgående axeln 28. På grund av snedskärningsriktningen av den utgående axelns 26 drivna kugghjul 44 kommer axialtrycket F2 att vara riktat mot den ingående axeln 26. Axialtryckens F1, F2 riktningar är illustrerade med hjälp av pilar.

Den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28 är koncentriska och möts i ett huvudaxiallagerstöd 50. Vid huvudaxiallagerstödet 50 är den ingående och utgående axeln 26, 28 lagrade på ett sätt som beskrivs närmare nedan. Huvudaxiallagerhållaren 50 är fäst på växellådshuset 45 på ett icke roterande sätt och bildar i detta särskilda exempel en konsol för fast- hållning av den ingående axeln 26 på en första ingångssida 52 av denna och den utgående axeln 28 på en andra utgångssida 54 av denna. Huvudaxial- lagerhållarens 50 ingångssida 52 är motsatt utgångssidan 54.

Huvudaxiallagerhållaren 50 utgör en axiellt stel stödkonstruktion, i vilken den ingående och utgående axeln 26, 28 är lagrade för överföring av axialtryck F1, F2 därtill. Tack vare att snedskärningsriktningarna av den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 och den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 är riktade så att de respektive axialtrycken F1, F2 är riktade i mot- satta riktningar, kommer axialtrycken F1, F2 delvis ta ut varandra i huvud- axiallagerhållaren 50. Och tack vare att den ingående och utgående axeln 26, 28 är koncentriska, kommer axialtrycken F1, F2 inte att medföra något väsentligt tvärriktat vridmoment eller någon väsentlig tvärriktad böjningskraft mot huvudaxiallagerhållaren 50 eller mot axlarna 26, 28 själva.

När vridmoment överförs till den ingående axeln 26 i rotationsrikt- ningen 19 (fig 3), tar axialtrycken F1, F2 ut varandra som tryckkraft när den ingående och utgående axeln 26, 28 möts i huvudaxiallagerhållaren 50. Vid normal drift av en vindturbin 10 (fig 1) är det genomsnittliga och momentana vridmomentet som tillförs växelenheten 24 typiskt större i rotationsriktningen 19 än iden motsatta riktningen. Följaktligen behöver växelenheten 24 inte nödvändigt vis utformas så att den kan ta upp stora axialtryck i motsatta rikt- ningar, dvs tryck som verkar för att pressa den ingående axeln 26 bort från den utgående axeln 28.

Enligt ovanstående deﬁnition av utväxlingsförhållandet lm. kommer de motsatta rotationsriktningarna för den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28 att medföra ett negativt totalt utväxlingsförhållande lm. l syfte att åstadkomma ett axialtryck F2 för en utgående axel i en riktning motsatt ett axialtryck F1 för den ingående axeln gäller generellt att den andra snedskär- ningsriktningen, vilken andra riktning motsvarar den utgående axelns 28 rotationsriktning, bör vara detsamma som den första snedskärningsriktningen, vilken första riktning motsvarar den ingående axelns 26 rotationsriktning, för 16 ett jämt antal mellanaxlar i serie mellan den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28. För ett udda antal mellanaxlar i serie mellan den in- gående axeln 26 och den utgående axeln 28 bör den andra snedskärnings- riktningen vara densamma som den första snedskärningsriktningen. För en medurs rotationsriktning19 för den ingående axeln 26, sett i den axiella rikt- ningen mot den utgående axeln 28, gäller dessutom att för den ingående axeln 26 ett åt höger snedskuret drivande kugghjulet 34 bör väljas för att åstadkomma axialtryck F1, F2 som möts vid huvudaxiallagerhållaren 50. För en moturs riktad rotationsriktning 19 för den ingående axeln 26, bör för den ingående axeln 26 ett åt vänster skuret drivande kugghjul 34 väljas för att åstadkomma axialtryck F1, F2 som möts vid huvudaxiallagerhållaren 50.

Företrädesvis uppfyller den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 och den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 förhållandet I Dan tan Won: m Dom tan Win Det har visat sig att en betydande del av den ingående och den ut- gående axelns 26, 28 axialtryck F1, F2 tar ut varandra om detta förhållande är uppfyllt.

Mera föredraget gäller 0.2 < <5 (1) Di tan WW 0.5< Imi-è <2, (2) Dout tan Win och idealt gäller m z1_ (3) Dour tan LPin så att en i det närmaste komplett axialtrycksbalans föreligger mellan F1 och F2. På så sätt kan de axiella krafterna som den ingående och den utgående axeln 26, 28 utövar mot växellådshusets axiella ändväggar väsentligen elimineras. Fackmannen inser att förhållandena (1)-(3) ovan också kan varieras i syfte att kompensera för friktion i växelenheten 24.

Enligt ett specifikt exempel som uppfyller samtliga förhållanden ovan för en växelenhet 24 som har ett totalt utväxlingsförhållande lm på 1/100, kan den ingående axelns 26 drivande kugghjul ha en delningsdiameter Din på 2500 mm och en kuggsnedvinkel Win på 2,5°, medan den utgående axelns 28 drivet kugghjul 44 kan ha en delningsdiameter Dom på 200 mm och en kugg- snedvinkel 410m på 20°. 17 I syfte att åstadkomma en minimal total kraft mot växellådshuset 50, kan även mellanaxelanordningens 29 mellanaxlar 30, 32 (fig 3) balanseras axiellt. Detta kan åstadkommas genom att varje mellanaxel 30, 32 förses med ett respektive drivande kugghjul och ett respektive drivet kugghjul snedskurna i samma snedskärningsriktning, företrädesvis med en större kuggsnedvinkel hos respektive kugghjul med större delningsdiameter än hos respektive drev med mindre delningsdiameter. l den som exempel visade växelenheten 24 i fig 4 har den första mellanaxelns 30 drivna kugghjul 36 en drivet kugghjul- kuggsnedvinkel Wdﬂvem och det drivande kugghjulet 38 en drivande kugghjul- kuggsnedvinkel Wdﬂveﬂ riktad i samma snedskärningsriktning som hos det drivna kugghjulet 36. När den ingående axeln 26 roteras i nämnda rotations- riktning kommer därigenom åtminstone en del av axialtrycken som genereras av den första mellanaxelns 30 snedskurna kugghjul 36, 38 tas ut som en dragkraft i den första mellanaxeln 30. Det drivna kugghjulets 36 delnings- diameter Ddrivem är större än det drivande kugghjulets 38 delningsdiameter Dd,ive_ 1; följaktligen överstiger företrädesvis ingående axel-kuggsnedvinkeln Wm-.VeJ utgående axel-kuggsnedvinkeln Wdﬂvem 1, så att den axiella balansen förbättras ytterligare.

Företrädesvis gäller för varje mellanaxelanordning 0-2< |(Ddrive,i*tan Wdriven.Ö/(Ddrivemftan Wdrivej" < 51 (4) där i den specifika utföringsformen i fig 4 i=1 representerar de respektive egenskaperna Ddﬂven, 1, Wdﬂvenj, Ddfive; och Wd,ive_1 för den första mellanaxeln och i=2 representerar respektive egenskaper för den andra mellanaxeln 32.

Mera föredraget gäller 0-5< KDdrive, iktan Wdriven, Û/(Ddriven, iittan Wdrive, < 2» och idealt gäller KDdrive, Man Wdriven. Ö/(Ddriven, Iwan Wdrive, :1- (6) Under dessa förhållanden kan mellanaxlarna balanseras helt i den axiella riktningen, och deras lagring kan ske utan axiallager, dvs de kan lagras för huvudsakligt stöd endast i den radiella riktningen.

Som ett specifikt exempel som uppfyller samtliga villkor ovan kan i växelenheten 24 i fig 3 den första mellanaxelns 30 drivna kugghjul 36 ha en delningsdiameter Dd,;ven_1 på 550 mm och en kuggsnedvinkel WCMVQHJ på 2,5°; den första mellanaxelns 30 drivande kugghjul 38 ha en delningsdiameter Ddﬂve; på 1500 mm och en kuggsnedvinkel *Pdﬂveﬂ på 7°; den andra mellan- 18 axelns 32 drivet kugghjul 40 ha en delningsdiameter Ddﬂvem 2 på 400 mm och en kuggsnedvinkel Wdﬂven; på 7°; och den andra mellanaxelns 32 drivande kugghjul 42 ha en delningsdiameter Ddﬂve' 2 på 1100 mm och en kuggsned- vinkel Wdfive; på 20°.

I fig 5a, som visar sektionen V-V längs den centrala geometriska axeln Am i fig 4, visas en exemplifierande lagring av den ingående och den ut- gående axeln 26, 28, och i den förstorade vyn i fig 5b visas detaljer av hur axlarna 26, 28 är lagrade i huvudaxiallagerhållaren 50. Den ingående axeln 26 är lagrad i huvudaxiallagerhållaren 50 i en ingående axel-huvudaxiallager- anordning 56, som innefattar ett första axiallager, i form av ett första koniskt rullager 58, och ett andra axiallager, i form av ett andra koniskt rullager 60.

De båda koniska rullagren 58, 60 är koniska åt olika håll, så att de till- sammans bildar en dubbelriktad axiallageranordning, dvs ingående axel- axiallageranordningen 56 är anordnad att ta upp betydande axiella krafter i båda axialriktningar.

På motsvarande sätt är den utgående axeln 28 lagrad i huvudaxial- lagerhållaren 50 i en utgående axel-huvudaxiallageranordning 62, som också innefattar två koniska rullager 64, 66, som är koniska i motsatta riktningar och på så sätt bildar en dubbelriktad axiallageranordning. De ingående och ut gående huvudaxiallageranordningarna 56, 62 är samlokaliserade på huvud- axiallagerhållaren 50, som förbinder huvudaxiallageranordningarna 56, 62 på ett axiellt stelt sätt.

Tack vare att den ingående och den utgående axelns huvudaxiallager- anordningar 56, 62 är dubbelriktade tas, när ett vridmoment tillförs den in- gående axeln 26 i en riktning motsatt nämnda rotationsriktning 19, axial- trycken F1, F2 ut som en dragkraft i huvudaxiallagerhållaren 50. På så sätt reduceras de axiella krafterna mot växellådshusets 45 axiella ändväggar 78, 80 oberoende av den ingående axelns 26 arbetsriktning.

Ett extralager 68 stöder den ingående axeln i radialriktningen. Eftersom ingående axel-huvudaxiallageranordningen 56 är dubbelriktad och åstad- kommer allt axiellt stöd som behövs, behöver extralagret 68 inte utformas för att ge något axiellt stöd. Följaktligen kan extralagret 68 vara ett enkelt, radiellt stödjande lager av den t ex cylindriska, icke koniska rullagertypen.

Alternativt kan extralagret 68 också vara ett axialaxiallager, t ex av konisk rullagertyp, som stöder den ingående axeln 26 i en axialriktning. På så sätt kan extralagret 68 användas som ett förbelastningslager för axiell för- belastning av den ingående axeln 26 mellan extralagret 68 och ingående 19 axel-huvudaxiallageranordningen 56. Vid en sådan lösning bildar extraiagret 68 och ingående axel-axiallageranordningen 56 tillsammans en förbelast- ningsanordning, som permanent kan hålla den ingående axeln 26 under drag- eller tryckbelastning. På så sätt kan ingående axel-huvudaxiallageranord- ningens 56 livslängd ökas. Dessutom kan ett minimalt kuggspel byggas in i de mötande kuggarna av växelenhetens 24 kugghjul, så att hela växel- enhetens 24 livslängd ökas. Även den utgående axeln 28 kan förbelastas med hjälp av en för- belastningsanordning som bildas av ett extra axiellt axlallager 70 och utgående axel-huvudaxiallageranordningen 62. Det är också möjligt att noggrant förbelasta mellanaxlarna 30, 32, som kan vara axiellt balanserade i linje med vad som beskrevs ovan under hänvisning till fig 4 med hjälp av lik- nande förbelastningsanordningar med axlallager. l fig 6a-b visas en alternativ lagerlösning för växelenheten 24, vid vilken lösning den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28 är anord- nade att överföra axialtryck F1, F2 till varandra på ett mera direkt sätt. l det särskilda i fig 6a-b visade exemplet är den utgående axeln 28 lagrad iden ingående axeln 26 via en huvudaxiallageranordning 156, som tillåter den ingående och den utgående axeln 26, 28 att rotera oberoende av varandra.

Huvudaxiallageranordningen 156 innefattar ett första koniskt rullager 158 och ett andra koniskt rullager 160, som är anordnade i ett axiellt urtag 174 iden ingående axeln 26. De båda koniska rullagren 158, 160 är koniska i olika rikt- ningar, så att de tillsammans bildar en dubbelriktad axiallageranordnlng. På så sätt möts den ingående och den utgående axelns 26, 28 axialtryck F1, F2 och tar åtminstone delvis ut varandra vid huvudaxiallageranordningen 156 oberoende av den ingående axelns 156 rotationsriktning. Huvudaxiallager- anordningen 156 bildar således en axiellt stel stödkonstruktion för oeftergivlig upptagning av axiella krafter från både den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28.

Den ingående axeln 26 är lagrad i ett extralager 176, som är monterat i en lagerhållare 150. Extralagret 176 behöver inte vara ett axlallager, eftersom axialtrycket huvudsakligen kommer att tas upp av huvudaxiallageranord- ningen 156. På samma sätt som beskrevs ovan med hänvisning till ﬁg 5a-b kan extraiagret 176 alternativt dock också vara ett axlallager, som kan användas för förbelastning av den ingående axeln 26 mot exempelvis ett andra extralager 68.

Varken lagerhållaren 150 eller det däri monterade extralagret 176 behövs för balansering av de dynamiska axialtrycken som uppstår när växelenheten arbetar; de kan således undvaras och det radiella stödet åstadkommas med hjälp av andra medel som fackmannen har till sitt för- fogande.

Som ett alternativ till integrering i växelenheten 24 av en huvud- axiallageranordning 156 som är dubbelriktad, kan det för en växelenhet, som är avsedd för en lösning, i vilken den i huvudsak utsätts för höga vridmoment i en enda, förutbestämd rotationsriktning 19 (fig 3), räcka att använda en enkel- riktad huvudaxiallageranordning i enlighet med beskrivningen ovan. lfig 7a-b visas en ytterligare alternativ utföringsform av växelenhetens 24 lager, vid vilken utföringsform den ingående axeln 26 är ihålig och huvud- axiallageranordningen 156 är placerad långt in i urtaget 174 i den ingående axeln 26. Även om ifig 7a axialtrycket F1 visas på den utgående axeln 28, inses det att axialtrycket F1 verkar mot den ihåliga ingående axeln 26 som omger den utgående axeln 28.

Vid lösningen ifig 7a-b är den ingående och den utgående axeln förbundna med varandra via en huvudaxiallageranordning 156, via vilken axlarnas 26, 28 axialtryck F1, F2 tar ut varandra. Som ett alternativ (ej visat) kan dock den ingående axeln 26 vara lagrad i växellådshusets 45 axiella änd- vägg 178 i en ingående axel-huvudaxiallageranordning, som är utformad att överföra axialtryck från den ingående axeln 26 till den axiella ändväggen 178.

På motsvarande sätt kan den utgående axeln 28 vara lagrad i samma axiella ändvägg 178 av växellådshuset 45 i en utgående axel-huvudaxiallageranord- ning, som är utformad att överföra axialtryck från den utgående axeln 28 till den axiella ändväggen 178. Vid en sådan lösning bildar växellådshusets 45 axiella ändvägg 178 en huvudaxiallagerhållare på ett sätt som liknar det som beskrevs ovan under hänvisning till fig 5a-b. En sådan lösning skulle dock skilja sig från anordningen i fig 5a-b genom att den ingående axelns 26 drivande kugghjul 34 och den utgående axelns 28 drivna kugghjul 44 skulle vara placerade på samma sida om huvudaxiallagerhållaren, så att endera ingående axel- eller utgående axel-huvudaxiallageranordningen skulle uppta en axiell tryckkraft, medan den andra skulle uppta en axiell dragkraft när växelenheten 24 arbetar.

I fig 8a-b visas en alternativ lösning för mellanaxlarna, vid vilken lösning växelenheten 24 innefattar en första mellanaxelanordning 29 och en andra mellanaxelanordning 29”. Vardera mellanaxelanordning 29, 29' inne- 21 fattar en första mellanaxel 30, 30' försedd med ett drivet kugghjul 36, 36' och ett drivande kugghjul 38, 38', och en respektive andra mellanaxel 32, 32', vilken andra mellanaxel 32, 32' också är försedd med ett drivet kugghjul 40, 40' och ett drivande kugghjul 42, 42”. De båda mellanaxelanordningarna 29, 29' är parallellt anordnade och utformade att åstadkomma ett identiskt utväxlingsförhållande lm, mellan den ingående axeln 26 och den utgående axeln 28. Den ingående och den utgående axeln 26, 28, samt växelenhetens 24 mellanaxlar 30, 30', 32, 32' kommer att balanseras axiellt under samma förhållanden, enligt definitionen i vidhängande krav, som vid vilken som helst annan ovan i samband med fig 1-7b beskriven utföringsform. l det särskilda i fig 8b visade exemplet tar den ingående och den utgående axelns 26, 28 axiella krafter åtminstone delvis ut varandra i en huvudaxiallageranordning 156 på ett sätt liknande det som beskrevs ovan i samband med fig 6a-b.

Två parallella mellanaxelanordningar, som ingriper med samma drivande respektive drivna kugghjul 34, 44 på den ingående och den ut- gående axeln 26, 28 visas i fig 8a-b. Växelenheten kan dock också vara för- sedd med vilket som helst annat antal parallella mellanaxelanordningar, och mellanaxlarna kan vara inkopplade mellan olika uppsättningar drivande kugg- hjul på den ingående axeln 26 och drivna kugghjul på den utgående axeln 28; den generella principen med axialtrycksbalansering som avslöjas häri gäller hur som helst.

Uppfinningen har ovan beskrivits i huvudsak under hänvisning till ett fåtal utföringsformer. Fackmannen inser dock att andra utföringsformer än de ovan beskrivna också är möjliga inom ramen för uppfinningen såsom den definieras av de vidhängande kraven.

Det inses t ex att särdragen för de olika ovan beskrivna utförings- formerna kan kombineras så att ytterligare utföringsformer erhålles. Således representerar t ex förhållandena (1)-(6), som bekrevs ovan i samband med fig 4, föredragna förhållanden mellan utväxlingsförhållanden, kugghjulsdelnings- diametrar och respektive kuggsnedvinklar för samtliga utföringsformer.

Dessutom kan växelenheten, beroende på det önskade utväxlings- förhållandet, vara försedd med vilket som helst antal mellanaxlar inkopplade i serie mellan den ingående axeln och den utgående axeln, som tex en enda mellanaxel eller tre mellanaxlar. l syfte att åstadkomma den ovan beskrivna axialtrycksbalansen bör respektive snedskärningsriktning, delningsdiameter och kuggsnedvinkel för den ingående axelns drivande kugghjul och den ut- 22 gående axelns drivna kugghjul väljas på motsvarande sätt enligt beskriv- ningen ovan.

Växelenheten kan också vara försedd med vilket som helst antal mellanaxelanordningar inkopplade parallellt mellan den ingående och den utgående axeln. De ovanstående matematiska uttrycken och förhållandena avseende axiell balans gäller fortsatt, om de parallella mellanaxelanord- ningarna är likadana avseende kuggsnedvinklarna och kugghjulsradierna. För parallella mellanaxelanordningar som inte är likdana, behöver förhållandena (1)-(6) justeras på motsvarande sätt, vilket fackmannen inser.

Växelenheten behöver inte vara anordnad i ett hus som bildar en låda; alternativt kan växelenheten 24 vara anordnad i en öppen konstruktion eller ett öppet stativ, vari axlarna kan lagras och huvudaxiallagerhållaren 50 kan anbringas.

Växelenheten 24 kan utgöra en del av en större växelenhet eller ett större Växelsystem; Växelenheten 24 kan t ex kombineras, med andra växlar, som är anslutna till den ingående och/eller den utgående axeln 26, 28, så att ett större Växelsystem bildas. Växelenheten 24 kan t ex vara kopplad till en planetväxel, som tillsammans med Växelenheten 24 bildar ett Växelsystem som har ett totalt utväxlingsförhållande som skiljer sig från det för enbart växelenheten 24.

Ovan har beskrivits hur Växelenheten 24 kan användas för åstad- kommande av ett utväxlingsförhållande i en vindturbin. Tillämpningsområdet för en växelenhet enligt uppfinningen är dock inte begränsat till effekt- alstringsinstallationer, såsom vindturbiner; exempelvis kan stationära, axial- trycksbalanserade växelenheter också användas i andra industriella tillämp- ningar, såsom pappersbruk.

Uttrycken ”snedskuretkugghjul” och ”kuggsnedvinkel” ska tolkas brett så att de omfattar kugghjul som har krökta kuggar, såsom spiralskurna kugg- hjul, men vilka i sin helhet följer en väsentligen spiralformig bana, på så sätt att dessa kugghjul fungerar på ett sätt motsvarande spiralskurna kugghjul.

Claims

10 15 20 25 30 35 23 PATENTKRAV

1. Förfarande för uppväxling av hastigheten för en rotationsrörelse från en första hastighet, som åstadkommes av en ingående axel (26), till en andra hastighet, som avges av en utgående axel (28), innefattande överföring av nämnda rotationsrörelse från den ingående axeln (26), via ett drivande kugghjul (34) på den ingående axeln (26), vilket drivande kugghjul (34) är snedskuret och har en första kuggsnedvinkel (ll-lin). till en mellanaxelanordning (29), så att ett första axialtryck (F1) åstadkommes hos den ingående axeln (26) i en första axiell riktning; överföring av nämnda rotationsrörelse från mellanaxelanordningen (29), via ett drivet kugghjul (44) på den utgående axeln (28), vilket drivet kugghjul (44) är snedskuret och har en andra kuggsnedvinkel (Woui), som år större än nämnda första kuggsnedvinkel (Win). till den utgående axeln (28), i syfte att generera ett andra axialtryck (F2) hos den utgående axeln (28) i en andra riktning, varvid den andra riktningen är väsentligen motsatt nämnda första riktning; utövande av nämnda första axialtryck (F1) och nämnda andra axial- tryck (F2) mot samma ställe av en axiellt stel stödkonstruktion (50; 156), så att nämnda första och andra axialtryck (F1, F2) motverkar varandra och åtminstone delvis tar ut varandra i nämnda stödkonstruktion (50; 156).

2. Förfarande enligt krav 1, vid vilket den axiellt stela södkonstruktionen är en axiallageranordning (156) som förbinder den ingående och den utgående axeln (26, 28) med varandra.

3. Förfarande enligt något av de föregående kraven, vid vilken den axiellt stela stödkonstruktionen är en huvudaxiallagerhållare (150) som axiellt stödjer den ingående axeln (26) och den utgående axeln (28).

4. Förfarande enligt något av de föregående kraven, dessutom innefattande överföring av nämnda rotationsrörelse via ett flertal mellanaxlar (30, 32) av nämnda mellanaxelanordning (29); och för varje mellanaxel (30, 32) av nämnda mellanaxelanordning (29) generering av ett drivet kugghjul-axialtryck i ett snedskuret drivet kugg- hjul (36, 40), som har en drivet kugghjul-kuggsnedvinkel (Wdmen, 1; Wdﬂvem 2); 10 15 20 25 30 35 24 generering av ett drivande kugghjul-axialtryck i ett snedskuret drivande kugghjul (38; 42), som har en drivande kugghjul-kuggsnedvinkel (Wd,ive_1; Wdm 2), varvid nämnda drivande kugghjul-kuggsnedvinkel (Hime, 1; Wd,i,,e_ 2), är större än nämnda drivet kugghjul-kuggsnedvinkel (Wd,ive,.,1; Wdﬂvem 2) ; riktning av nämnda drivet kugghjul-axialtryck i nämnda andra riktning; och riktning av nämnda drivande kugghjul-axialtryck i nämnda första rikt- ning, så att axialtrycken för respektive drivna och drivande kugghjul (36, 38; 40, 42) av varje mellanaxel (30; 32) delvis tar ut varandra i varje mellanaxel (30, 32).

5. Stationär växelenhet innefattande en ingående axel (26) och en utgående axel (28), som är väsentligen parallell med den ingående axeln (26), vilken växelenhet (24) är utformad att åstadkomma ett utväxlingsförhållande (lm) mellan den ingående axeln (26) och den utgående axeln (28) via en mellan- axelanordning (29), varvid den ingående axeln (26) är försedd med ett drivande kugghjul (34) i ingrepp med ett drivet kugghjul (36) hos mellanaxel- anordningen (29), och varvid den utgående axeln (28) är försedd med ett drivande kugghjul (44) i ingrepp med ett drivet kugghjul (42) hos mellanaxel- anordningen (29), varvid utväxlingsförhållandet (lm) är oenhetligt, så att ett kugghjul (44) av den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) och av den utgående axelns (28) drivna kugghjul (44) är inrättat att arbeta med ett för- hållandevis lägre vridmoment, och det andra kugghjulet är inrättat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment, varvid nämnda förhållandevis högre vridmoment är högre än nämnda förhållandevis lägre vridmoment, kännetecknad av att den ingående axeln (26) är lagrad i en ingående axel-huvudaxial- lageranordning (56), som är monterad i en huvudaxiallagerhållare (50) och är inrättad att begränsa den ingående axelns (26) axiella rörelse i en första axiell riktning; att den utgående axeln (28) är lagrad i en utgående axel-huvudaxial- lageranordning (62), vilken utgående axel-huvudaxiallageranordning (62) är samlokaliserad med nämnda ingående axel-huvudaxiallageranordning (56) på huvudaxiallagerhållaren (50), varvid nämnda utgående axel-huvudaxial- lageranordning (62) är inrättad att begränsa den utgående axelns (28) axiella rörelse i en andra axiell riktning, vilken andra axiell riktning är väsentligen motsatt nämnda första axiella riktning; 10 15 20 25 30 35 25 att huvudaxiallagerhållaren (50) stelt förbinder ingående axel-huvud- axiallageranordningen (56) med utgående axel-huvudaxiallageranordningen (62): att den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) är snedskuret i en första snedskärningsriktning; att den utgående axelns (28) drivna kugghjul (44) är snedskuret i en andra snedskärningsriktning, vilken andra snedskärningsriktning är den- samma som nämnda första snedskärningsriktning vid ett positivt utväxlings- förhållande (lrot) och motsatta nämnda första snedskärningsriktning vid ett negativt utväxlingsförhållande (lm); och att nämnda kugghjul (44), som är inrättat att arbeta med ett för- hållandevis lägre vridmoment, har en kuggsnedvinkel (l-l-lout) som överstiger kuggsnedvinkeln (Win) för nämnda kugghjul (34), som är inrättat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment.

6. Stationär växelenhet enligt krav 5, vid vilken huvudaxiallagerhållaren (50) är fäst vid ett växellådshus (45).

7. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-6, vid vilken nämnda ingående axel-huvudaxiallageranordning (56) är inrättad på en första sida (52) av huvudaxiallagerhållaren (50), och vid vilken nämnda utgående axel- huvudaxiallageranordning (62) är anordnad på en andra sida (54) av huvud- axiallagerhållaren (50), varvid nämnda andra sida (54) är motsatta nämnda första sida (52).

8. Stationär växelenhet innefattande en ingående axel (26) och en utgående axel (28), som är väsentligen parallell med nämnda ingående axel (26), varvid växeln är utformad att åstadkomma ett utväxlingsförhållande (lm) mellan nämnda ingående axel (26) och nämnda utgående axel (28) via en mellan- axelanordning (29), varvid den ingående axeln (26) är försedd med ett drivande kugghjul (34) i ingrepp med ett drivet kugghjul (36) på nämnda mellanaxelanordning (29), och varvid den utgående axeln (28) är försedd med ett drivet kugghjul (44) i ingrepp med ett drivkugghjul (42) på nämnda mellanaxelanordning (29), varvid utväxlingsförhållandet (lm) är oenhetligt, så att ett kugghjul (44) av den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) och den utgående axelns (28) drivna kuhgghjul (44) är inrättat att arbeta med ett förhållandevis lägre vridmoment, och varvid det andra kugghjulet (34) är _ pt,- 10 15 20 25 30 35 26 inrättat att arbeta med ett förhållandevis högre vridmoment, varvid nämnda förhållandevis högre vridmoment är högre än nämnda förhållandevis lägre vridmoment, kännetecknad av att den ingående axeln (26) är lagrad i den utgående axeln (28) i en huvudaxiallageranordning (156), som är inrättad att begränsa den ingående axelns (26) axiella rörelse i förhållande till den utgående axeln (28) i en första axiell riktning; att den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) är snedskuret i en första snedskärningsriktning; att den utgående axelns (28) drivna kugghjul (44) är snedskuret i en andra snedskärningsriktning, varvid nämnda andra snedskärningsriktning är densamma som nämnda första snedskärningsriktning vid ett positivt utväxlingsförhållande (lm) och motsatta nämnda första snedskärningsriktning vid ett negativt utväxlingsförhållande (lt.,;); och varvid kugghjulet (44), som är inrättat att arbeta med ett förhållandevis lägre vridmoment, har en kuggsnedvinkel (Wow) som överstiger kuggsned- vinkeln (Win) för kugghjulet (34), som är inrättat att arbeta med ett för- hållandevis högre vridmoment.

9. Stationår växelenhet enligt krav 8, vid vilken den ingående axeln (26) är inrättad på en första sida av huvudaxiallageranordningen (156) och vid vilken den utgående axeln (28) är inrättad på en andra sida av huvudaxiallager- anordningen (156), vilken andra sida är motsatt nämnda första sida.

10. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-9, vid vilken huvudaxial- lageranordningen /-arna (56, 62; 156) är dubbelriktad /-e för begränsning av den axiella rörelsen av den ingående och/eller utgående axeln (26, 28) i två axiella riktningar.

11. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-10, vid vilken den ingående axeln och den utgående axeln (26, 28) är axiellt förbelastade i en förbelast- ningsanordning.

12. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-11, vid vilken den ingående axeln (26) och den utgående axeln (28) är väsentligen koncentriska. 10 15 20 25 30 35 27

13. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-12, vid vilken den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) har en ingående axel-drivande kugghjul- delningsdiameter (Diii) och en ingående axel-drivande kugghjul-kuggsned- vinkel (\Piii); vid vilken den utgående axelns (28) drivna kugghjul (44) har en utgående axel-drivet kugghjul-delningsdiameter (Doiii) och en utgående axel- drivet kugghjul-kuggsnedvinkel (W.,i,i); och vid vilken den ingående axelns (26) drivande kugghjul (34) och den utgående axelns (28) drivna kugghjul (44) uppfyller följande förhållande Din tan qjout 9.2 < m, ___-_ Dont tan Win I <5, där lioi är växelenhetens(24) utväxlingsförhållande.

14. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-13, vid vilken nämnda mellanaxelanordning innefattar ett flertal väsentligen parallella mellanaxlar (30, 32; 30', 32'), som är seriekopplade, varvid varje mellanaxel (30, 32; 30', 32') är försedd med ett snedskuret drivet kugghjul (36, 40; 362 40') och ett snedskuret drivande kugghjul (38, 42; 38', 42'), varvid varje mellanaxels (30, 32; 30', 32') drivande kugghjul (38, 42; 38', 42') är snedskuret i samma sned- skärningsriktning som samma mellanaxels (30, 32; 30', 32') drivna kugghjul (36, 40; 36', 40').

15. Stationär växelenhet enligt krav 14, vid vilken, för varje mellanaxel (30; 32; 30'; 32') av nämnda flertal mellanaxlar, det respektive drivna kugghjulet (36; 40; 36'; 40') har en drivet kugghjuI-delningsdiameter (Dii,ii,e,i_ i) och en drivet kugghjul-kuggsnedvinkel (Wdriven, Ü; det respektive drivande kugghjulet (38; 42; 38'; 42') har en drivande kugghjuI-delningsdiameter (Diiiiiie, i) och en drivande kugghjul-kuggsnedvinkel (Wdiivià i), varvid nämnda drivande kugghjul-kuggsnedvinkel (Wdim i) skiljer sig från nämnda drivet kugghjul-kuggsnedvinkel (Wdiive,i_ i), och 0-2< KDdrive, iﬂfan Wdriven, Û/(Ddriven, man Wdrive, < 5-

16. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-15, vilken växelenhet är en uppväxlingsväxel (24). 10 28

17. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-16, vilken växelenhet (24) har ett utväxlingsförhållande (lm) mellan den ingående axeln (26) och den utgående axeln (28) på mindre än 1/20.

18. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-17, vilken växelenhet (24) har ett fast utväxlingsförhållande (lm).

19. Stationär växelenhet enligt något av kraven 5-18, vilken växelenhet (24) är en växelenhet för en vindturbin (10).