ES2334821T3 - Rodamiento, turbina eolica y procedimientos de fabricacion de un rodamiento. - Google Patents
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Abstract
Rodamiento (7) que comprende: anillos de rodamiento (8, 9) con pistas de rodadura (12), y por lo menos una fila (10) de elementos rodantes de rodamiento (11, 15) dispuestos entre dichos anillos y en contacto con dichas pistas de rodadura, por lo menos una de dichas pistas de rodadura (12) comprende una o más zonas de hendidura (13) en relación con una forma estándar de las pistas de rodadura, caracterizado porque dicha zona de hendidura (13) por lo menos está dispuesta en un material de una característica de material de rodamiento menos buena que el material endurecido de la pista de rodadura.
Description
Rodamiento, turbina eólica y procedimientos de
fabricación de un rodamiento.
La invención se refiere a un rodamiento según el
preámbulo de la reivindicación 1, a una turbina eólica y a los
procedimientos de fabricación de un rodamiento. Un rodamiento según
el preámbulo de la reivindicación 1 es conocido por ejemplo a
partir del documento EP 1 524 442.
Los rodamientos se utilizan en una amplia
variedad de campos técnicos con el fin de sostener, guía y reducir
la fricción del movimiento entre diferentes partes tales como partes
fijas y móviles.
Los rodamientos pueden afrontar fuerzas de carga
muy altas en algunos campos técnicos tales como en la zona de las
grúas y las turbinas eólicas.
Las pistas de rodadura de un rodamiento de una
pala deben endurecerse con el fin de que el rodamiento consiga unas
propiedades de fatiga de la superficie inferior aceptables. El modo
normal de endurecer las pistas de rodadura es tanto mediante el
templado por llama como el templado por inducción. El proceso de
templado que domina en la industria es disponer tanto una
herramienta de llama como de inducción que sigue la circunferencia
de los anillos del rodamiento hasta que la pista de rodadura ha sido
endurecida. Debido a que la herramienta de templado únicamente
puede endurecer una pequeña sección o fracción de la pista de
rodadura cada vez, el fabricante de rodamientos de palas tiene que
empezar en una ubicación arbitraria o muy definida en los anillos
del rodamiento y continuar entonces alrededor de la circunferencia
hasta que la herramienta de templado vuelva a la posición de
inicio.
El solapamiento de las posiciones de inicio y
final en el proceso de templado no se permite con el fin de evitar
un recocido o revenido de la pista de rodadura ya endurecida o con
el fin de evitar características impredecibles del material. Como
consecuencia de ello una pequeña parte de la pista de rodadura está
menos endurecida, es decir zonas de "puntos blandos" en la
pista de rodadura endurecida. La interpretación actual dentro del
campo técnico de los rodamientos es que las zonas de "puntos
blandos" son tan pequeñas que no tienen influencia en la vida
del
rodamiento.
rodamiento.
Sin embargo, éste no es siempre el caso y el
objeto de la presente invención es establecer una técnica
antifricción que proporcione una vida total más larga de un
rodamiento.
La invención proporciona un rodamiento en el que
por lo menos una de dichas pistas de rodadura comprende una o más
zonas de hendidura con relación a una forma normal de la pista de
rodadura, estando dicha zona de hendidura colocada en un material
de unas características antifricción más pobres del material que la
parte endurecida de la pista de rodadura.
De ese modo es posible establecer una técnica
antifricción que proporcione una vida total más larga de un
rodamiento transfiriendo las fuerzas de carga inferiores en los
elementos rodantes de rodamiento a unas posiciones específicas de
la pista de rodadura.
La expresión "forma normal de las pistas de
rodadura" se debe entender como la geometría o contorno fabricado
normal de las pistas de rodadura, por ejemplo, una geometría
simétrica axial o giratoria.
La utilización de una o más zonas de hendidura
en partes de la superficie de la pista de rodadura del rodamiento
va en contra de las enseñanzas dentro de la zona técnica. La
uniformidad y la consistencia de las pistas de rodadura y la fuerza
de la carga en la fila de bolas de rodamiento generalmente se
considera que es de gran importancia en el establecimiento de un
rodamiento.
En un aspecto de la invención, dichos elementos
rodantes de rodamiento son bolas o rodillos de rodamiento.
En otro aspecto de la invención, dicho
rodamiento son unos medios de conexión entre diferentes piezas de
una turbina eólica tal como por ejemplo el rodamiento de una pala,
guiñada, rotor, engranaje o generador de la turbina eólica.
Los rodamientos de una turbina eólica
generalmente trabajan en condiciones duras de carga en las que
pueden experimentar fuerzas axiales y radiales así como grandes
momentos de doblado o inclinación.
Especialmente, los rodamientos de las palas
trabajan en unas condiciones duras de carga debido a la presencia
de las fuerzas axiales y radiales así como de grandes momentos de
doblado o inclinación mientras realizan movimientos oscilatorios
limitados en lugar de un movimiento giratorio continuo. Con el fin
de conseguir una elevada vida total del rodamiento es por lo tanto
muy ventajoso transferir fuerzas de carga inferiores con los
elementos rodantes de rodamiento en posiciones específicas de la
pista de rodadura tales como zonas en donde la fuerza de carga es
más elevada o la resistencia antifricción es inferior.
En aspectos de la invención, una o cada una de
las pistas de rodadura comprende una zona de hendidura. De ese modo
se asegura que algunos o todos los "puntos blandos" de las
pistas de rodadura en un rodamiento experimenten fuerzas de carga
inferiores a partir de los elementos rodantes de rodamiento tales
como las zonas menos endurecidas y las zonas del tapón de
llenado.
Según la invención, dicha zona de hendidura por
lo menos está colocada en un material de unas características
antifricción más pobres del material que el material endurecido de
la pista de rodadura por ejemplo material de la pista de rodadura
más pobre que está menos endurecido, sin endurecer o de fragilidad
más elevada. La zona de hendidura asegura que menos fuerza de carga
es transferida a por lo menos algo de la zona del material de
rodamiento más pobre. De este modo se evita que el material de
rodamiento en la zona se exfolie y eventualmente se reduzca la vida
total del rodamiento.
En un aspecto de la invención, dicha zona de
hendidura comprende una zona de características antifricción más
pobres del material y zonas de transición en el material endurecido
adyacente de la pista de rodadura. De ese modo es posible crear una
zona tratada en la que se asegura que menos fuerza de carga es
transferida desde el elemento rodante de rodamiento a toda la zona
de material de rodamiento más pobre.
Mediante la expresión "características
antifricción más pobres del material" específicamente se hace
referencia al material de rodamiento que está menos endurecido en
comparación con el material endurecido adyacente. La zona menos
endurecida se considera que es material con por lo menos un 15% de
menor dureza con relación al resto de la pista de rodadura.
En un aspecto de la invención, dicha zona de
hendidura comprende un taladro o una forma de ranura con una
profundidad mínima en las zonas de transición. De ese modo es
posible transferir menos fuerza de carga del elemento de rodadura a
la zona de hendidura.
En un aspecto de la invención, la forma de dicha
zona de hendidura está muy definida y es reproducible mediante una
máquina con una profundidad mínima en las zonas de transición. De
ese modo es posible crear zonas de hendidura similares o incluso
idénticas en diferentes pistas de rodadura con los mismos procesos
de la máquina así como en otros rodamientos.
En un aspecto de la invención, dicha zona de
hendidura comprende una forma de doble curvatura, un taladro en
forma de cuenco o una ranura con una profundidad mínima X_{lh1},
X_{lh2} en las zonas de transición. De ese modo es posible
transferir los elementos rodantes de rodamiento desde fuerzas de
carga elevadas hasta fuerzas bajas de carga y viceversa a través de
la zona de hendidura de una manera continua.
En un aspecto de la invención dicha zona de
hendidura comprende una forma continua o suave con una profundidad
mínima X_{lh1}, X_{lh2} en las zonas de transición.
El término "continúa o suave" hace
referencia a una línea o curva que se extiende sin interrupción ni
irregularidades tales como un borde (por ejemplo, la derivada del
contorno de la hendidura debe ser una función continua).
La forma continua asegura que un elemento
rodante de rodamiento transfiere desde fuerzas de carga elevadas
hasta fuerzas de carga bajas y viceversa sin rodadura sobre los
bordes que rápidamente se desgastarían y enviarían el material
suelto al interior del rodamiento.
En un aspecto de la invención, dicha zona de
hendidura se extiende perpendicular a través de la pista de rodadura
desde un borde de la pista de rodadura hasta el otro. De este modo
se asegura que los elementos rodantes de rodamiento transfieren
menos fuerza de carga en la zona de hendidura sin tener en cuenta
las fuerzas axiales ni radiales así como momentos grandes de
doblado o inclinación en el rodamiento.
En otro aspecto de la invención, dicha zona de
hendidura únicamente se extiende a través de partes de la pista de
rodadura tales como los lados o la parte inferior de la pista de
rodadura. De ese modo es posible transferir una fuerza de carga
baja mediante el elemento rodante de rodamiento en la zona de
hendidura cuando el rodamiento se encara a fuerzas axiales o
radiales así como a grandes momentos de doblado o inclinación.
En otro aspecto de la invención, la profundidad
mínima X_{lh1}, X_{lh2} en la zona de transición en la zona de
hendidura es por lo menos 1 por mil del diámetro D_{b} de las
bolas de rodamiento, por ejemplo en el intervalo de 2 a 20 por mil.
De ese modo, es posible reducir o eliminar inicialmente la fuerza de
carga transferida por las bolas de rodamiento en una cantidad tal
que el material de la pista de rodadura no se exfolie, ni se
deteriore ni tampoco se reduzca la vida completa del rodamiento.
En otro aspecto de la invención, la profundidad
mínima X_{lh1}, X_{lh2} en la zona de transición en la zona de
hendidura es por lo menos 0,7 por mil del diámetro D_{b} de los
rodillos de rodamiento por ejemplo en el intervalo de 1 a 50 por
mil. De ese modo, es posible reducir o eliminar inicialmente la
fuerza de carga transferida por los rodillos de rodamiento en una
cantidad tal que el material de la pista de rodadura no ser
exfolie, se deteriore ni tampoco se reduzca la vida completa del
rodamiento.
En otro aspecto de la invención, dichas zonas de
hendidura son hendiduras con relación a una línea o forma de la
base normal de las pistas de rodadura.
En un aspecto de la invención, dicha una o más
zonas de hendidura comprenden una profundidad mínima X_{lh1},
X_{lh2} en la zona de transición ta de por lo menos 0,04
milímetros por ejemplo en el intervalo de 0,01 a 1,5 milímetros tal
como por ejemplo entre 0,2 y 0,6 milímetros con relación al diámetro
D_{b} de las bolas de rodamiento, que son de por lo menos 30
milímetros, por ejemplo aproximadamente 38,10, 44,45, 50,80, 53,98,
63,50, 76,20 ó 101,60 mm así como otras dimensiones.
En otro aspecto de la invención, dicha una o más
zonas de hendidura comprenden una profundidad mínima X_{lh1},
X_{lh2} en la zona de transición ta de por lo menos 0,04
milímetros con relación al diámetro D_{b} de los rodillos de
rodamiento que son de por lo menos 20 mm.
En un aspecto adicional de la invención, cada
una de dicha una o más zonas de hendidura es inferior a 360 grados
por ejemplo, inferior a 15 grados de la longitud de la pista de
rodadura. De ese modo es posible reducir o eliminar la fuerza de
carga en por lo menos un elemento rodante sin causar una influencia
significante en el funcionamiento global del rodamiento.
En incluso un aspecto adicional de la invención,
cada una de dicha una o más zonas de hendidura por lo menos está
colocada en una zona de contacto antifricción de una pista de
rodadura para los elementos rodantes de rodamiento. De ese modo es
posible reducir o eliminar la fuerza de carga en por lo menos un
elemento rodante sin causar una influencia significante en el
funcionamiento global del rodamiento.
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La invención se describirá a continuación
haciendo referencia a las figuras en las cuales:
la figura 1 ilustra una turbina eólica de módem
grande;
la figura 2 ilustra un ejemplo de un rodamiento
de pala para una turbina eólica;
la figura 3 ilustra una fila de bolas de
rodamiento tal como por ejemplo una fila del rodamiento de la pala
ilustrado en la figura 2;
la figura 4 ilustra las zonas de contacto de un
rodamiento;
la figura 5 ilustra una vista en sección
transversal de una sección de un rodamiento según la invención;
la figura 6a ilustra esquemáticamente en una
vista lateral una forma de realización de un rodamiento según la
invención provisto de bolas de rodamiento;
la figura 6b ilustra esquemáticamente en una
vista lateral una forma de realización de un rodamiento de rodillos
radial según la invención provisto de rodillos de rodamiento;
la figura 6c ilustra esquemáticamente, en una
vista en sección transversal, un rodamiento de tres filas de
rodillos en una forma de realización según la invención;
la figura 7 ilustra en perspectiva una sección
de una pista de rodadura del rodamiento con una hendidura según una
forma de realización preferida de la invención;
la figura 8 ilustra una sección del rodamiento
que incluye una zona de hendidura con mayor detalle;
la figura 9 ilustra esquemáticamente la fuerza
de carga de un elemento rodante de rodamiento en diferentes
posiciones de la zona de hendidura;
la figura 10 ilustra diferentes medios del
proceso de fabricación del rodamiento según la invención;
la figura 11a ilustra una forma de realización
de la invención con un primer tipo de zona de hendidura; y
la figura 11b ilustra una forma de realización
de la invención con un segundo tipo de zona de hendidura.
La figura 1 ilustra una turbina eólica de módem
1 montada en un cimiento 6. La turbina eólica comprende una torre
2, que incluye una serie de secciones de la torre y una góndola 3
colocada en la parte superior de la torre 2. El mecanismo de
guiñada con un rodamiento y motores de guiñada permite que la
góndola gire con relación a la torre de tal modo que el rotor de la
turbina eólica se pueda encarar al viento.
El rotor de la turbina eólica, que comprende por
lo menos una pala y está ilustrado en la figura con tres palas de
la turbina eólica 5, está conectado al cubo 4 a través de mecanismos
de regulación del paso. Cada mecanismo de regulación del paso
incluye un rodamiento de la pala 7 el cual permite que la pala se
incline con relación al viento. El cubo está conectado a la góndola
a través del árbol el cual se extiende fuera de la parte frontal de
la góndola. El árbol está directamente conectado a un generador o
indirectamente a través de un mecanismo de engranajes y árboles de
baja velocidad y de alta velocidad en los que las conexiones pueden
comprender uno o más rodamientos de los árboles tales como los
rodamientos del rotor y del generador.
La figura 2 ilustra un ejemplo de un rodamiento
de pala 7 para una turbina eólica. La pala de la turbina eólica 5
está conectada al anillo interior 8 del rodamiento de la pala 7 con
una serie de espárragos. El anillo exterior 9 del rodamiento de la
pala está también conectado con una serie de espárragos al cubo 4.
Entre las pistas de rodadura de los anillos del rodamiento 8, 9
están colocadas dos filas 10 de bolas de rodamiento que permiten
que la pala de la turbina eólica 5 se incline con relación al cubo
4.
La pala de la turbina eólica también puede estar
conectada al anillo exterior y el cubo al anillo interior en otras
formas de realización.
Otros tipos de rodamientos podrán ser conocidos
por los expertos en la materia de los rodamientos tales como los
rodamientos para las turbinas eólicas y las grúas.
Ejemplos de posibles tipos de rodamientos:
- -
- rodamiento de bolas de 4 puntos de contacto,
- -
- rodamientos de empuje por ejemplo rodamientos de empuje de rodillos esféricos, rodamientos de empuje de bolas, rodamientos de empuje de bolas de contacto angular y rodamientos de empuje de rodillos cilíndricos, o
- -
- rodamientos oscilantes por ejemplo rodamientos de tres filas de rodillos (3 RRB) o rodamientos de dos filas de rodillos más una fila de bolas (2 RRB + 1 RBB),
o incluso
- -
- rodamientos de bolas de autoalineación, rodamientos de bolas de ranuras profundas o rodamientos de bolas de contacto angular.
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Los rodillos por ejemplo pueden ser cilíndricos,
de agujas, cónicos, de barril o de forma esférica.
Además, los rodamientos pueden comprender sólo
una fila de bolas de rodamiento o más de dos filas de bolas de
rodamiento tal como por ejemplo tres filas. Además, las filas pueden
estar colocadas una encima de la otra o próximas entre sí.
La figura 3 ilustra una fila de bolas de
rodamiento tal como por ejemplo una fila del rodamiento de la pala
ilustrado en la figura 2.
El rodamiento incluye anillos interior y
exterior del rodamiento 8, 9 con una serie de elementos rodantes de
rodamiento 11 entre ellos y que conectan los anillos del rodamiento.
Los elementos rodantes de rodamiento pueden ser bolas de rodamiento
como se ilustra en la figura 2 o bien rodillos de rodamiento.
La fila de elementos rodantes de rodamiento 11
se puede desplazar en las pistas de rodadura de los anillos del
rodamiento 8, 9 y de tal modo que los anillos del rodamiento giren
libremente en ambos sentidos como se indica mediante las flechas.
Los elementos rodantes de rodamiento se puede mantener separados o
limitados por diferentes tipos de medios de separación tales como
separadores antifricción de plástico o una jaula antifricción
de
metal.
metal.
Adicionalmente se ilustra que los anillos
interior y exterior del rodamiento 8, 9 presentan cada uno de ellos
una zona de la pista de rodadura lh la cual tiene una o más
características relevantes del material la cual es de un valor más
pobre que la pista de rodadura en general. Una característica
relevante del material puede ser menos endurecimiento del metal o
una fragilidad más elevada en la zona lh en comparación con el resto
de la pista de rodadura.
La zona menos endurecida se considera que es un
material con menos del 15% menor de dureza con relación al resto de
la pista de rodadura. Esto se aplica tanto a los procedimientos de
medición de la dureza Rockwell C (RHC) como de la dureza
Vickers.
Las dos zonas lh están ilustradas con diferentes
tamaños en las que la zona mayor lh en el rodamiento interior
8 puede ser la zona del tapón de llenado. El tapón cierra el
taladro que ha sido utilizado cuando se han introducido las bolas
de rodamiento dentro del rodamiento y a continuación se puede
utilizar como un taladro de inspección. La zona del taladro tapado
generalmente marca el principio y el fin del proceso de templado
como ha sido descrito antes en este documento.
La zona lh más pequeña del anillo exterior del
rodamiento ilustra el principio y el fin del proceso de templado de
un anillo del rodamiento sin un taladro de llenado tapado.
La zona lh puede ser también una zona del anillo
del rodamiento con unas características del material relevantes más
pobres debido al solapamiento del proceso de templado.
La figura 4 ilustra las zonas de contacto 16 en
un anillo del rodamiento 12 de un rodamiento de bolas. Las zonas de
contacto 16 corresponden a la pista de rodadura de un anillo del
rodamiento en la que los elementos de rodadura (ilustrados por una
bola de rodamiento 11) pueden estar en contacto con los anillos del
rodamiento y pueden transferir la fuerza de carga. El contacto de
los elementos rodantes de rodamiento sobre los anillos del
rodamiento puede cambiar con el tamaño de la fuerza de carga.
Una o más zonas de contacto similares existen
para el diseño del rodamiento de rodillos (por ejemplo, ver las
figuras 6b y 6c).
La figura 5 ilustra una vista en sección
transversal de una sección de una forma de realización preferida
del rodamiento según la invención. La sección incluye cuatro
elementos rodantes de rodamiento idénticos los cuales están
ilustrados como bolas de rodamiento 11 entre los anillos del
rodamiento 8, 9 y las pistas de rodadura 12. Las pistas de rodadura
de los anillos del rodamiento 8, 9 incluyen ambas una zona de
hendidura 13 que por lo menos está colocada en la zona lh de los
anillos del rodamiento.
La figura ilustra que las bolas de rodamiento,
que rodean una bola de rodamiento en una zona de hendidura 13,
soportan una fuerza de carga elevada F_{h} mientras la bola de
rodamiento en la zona de hendidura 13 únicamente soporta una fuerza
de carga inferior F_{1}, preferiblemente una fuerza de carga
despreciable o sin fuerza. Por consiguiente, las zonas de hendidura
experimentan menos fuerza de carga o nada de fuerza a partir de las
bolas de rodamiento en las zonas de hendidura.
La fuerza de carga F_{1} de la bola de
rodamiento en la zona de hendidura 13 es baja o no existe. La
distancia en la zona de hendidura 13 con relación a dos zonas de
contacto del rodamiento opuestas 16 del rodamiento es similar o
mayor que el diámetro de la bola de rodamiento. Por consiguiente,
las otras bolas de rodamiento, que están colocadas en la parte
endurecida de la pista de rodadura, transportan la fuerza de carga
elevada F_{h} del rodamiento.
La figura 6a ilustra esquemáticamente la zona de
hendidura 13 en una sección de la pista de rodadura del rodamiento
12. La ilustración representa desde el centro del rodamiento radial
hacia fuera hacia los anillos del rodamiento, con por ejemplo el
anillo interior extraído. O representa desde el exterior de los
anillos del rodamiento radial hacia dentro del centro del
rodamiento con el anillo exterior extraído. Tres bolas de rodamiento
(ilustradas con líneas de puntos) están colocadas en la pista de
rodadura y con la segunda bola entrando hacia abajo en el interior
de la zona de hendidura 13.
La figura ilustra una forma de realización en la
que la pista de rodadura del rodamiento está dividida en una parte
endurecida de la pista de rodadura y una parte menos endurecida o
zona lh de la pista de rodadura. La parte menos endurecida
tiene una longitud L_{lh} la cual es mucho menor que la longitud
L_{h} de la parte endurecida, por ejemplo una longitud L_{lh}
que sustancialmente corresponde al tamaño del taladro del tapón de
llenado es decir, un poco mayor que el diámetro de una bola de
rodamiento y menor que dos veces el diámetro de la bola.
La figura ilustra también que la zona de
hendidura 13 puede llegar más allá de la zona de la parte menos
endurecida y se puede extender dentro de la parte endurecida de la
pista de rodadura por ejemplo estando provista de una longitud
L_{d} que sea mayor que L_{lh}.
La figura ilustra también que la longitud
L_{d} de la zona de hendidura tratada 13 se puede extender más
allá de la parte menos endurecida o sin endurecer de la pista de
rodadura por ejemplo dentro de una o de ambas zonas aproximadas de
la parte endurecida (como se explicará más adelante con relación a
la figura 9).
La longitud L_{lh} por ejemplo puede estar
entre 0,5 y 1 centímetro con relación a un diámetro total del
rodamiento de más de un metro. La longitud de la zona de hendidura
L_{d} preferiblemente es inferior a 15 grados de la longitud de
una pista de rodadura. Para una longitud de la zona de hendidura
L_{d} que corresponde sustancialmente a un diámetro de bola
D_{b}, por ejemplo que corresponde a la zona del tapón de llenado
en un anillo del rodamiento, puede darse el siguiente caso: 7,9
grados para un rodamiento de bolas de 4 puntos de contacto de
anillo oscilante con una bola de 40 milímetros y un radio del
rodamiento de 291,5 milímetros. O para el mismo tipo de rodamiento
con bolas de 53,98 milímetros y un radio del rodamiento de 955
milímetros igual a 3,2 grados.
El diámetro de la bola de rodamiento por ejemplo
puede ser 38,10, 44,45, 50,80, 53,98, 63,50, 76,20 ó 101,60
milímetros así como otras dimensiones.
La figura 5b ilustra esquemáticamente la zona de
hendidura 13 en una sección de la pista de rodadura del rodamiento
12. La ilustración representa desde el centro del rodamiento radial
hacia fuera hacia los anillos del rodamiento con, por ejemplo, el
anillo interior extraído. O se ve desde el exterior de los anillos
del rodamiento radial hacia dentro del centro del rodamiento con el
anillo exterior extraído.
Tres rodillos de rodamiento 15 (ilustradas con
líneas de puntos) están colocados en la pista de rodadura y con el
segundo rodillo entrando hacia abajo en el interior de la zona de
hendidura 13.
La parte menos endurecida tiene una longitud
L_{lh} la cual es mucho menor que la longitud L_{h} de la parte
endurecida y menos que el diámetro del rodillo (o bola), por ejemplo
aproximadamente 0,2 del diámetro del rodillo (o bola).
La figura 6c ilustra esquemáticamente una
sección transversal de una forma de realización de un rodamiento
oscilante según la invención.
El rodamiento está ilustrado como un rodamiento
de rodillos de triple fila (3 RRB) pero también puede incluir dos
filas de rodillos (fila superior e inferior; que transporta momentos
de doblado o inclinación así como fuerzas de carga axial) y una
única fila (fila intermedia; que transporta una fuerza de carga
radial) de bolas de rodamiento (2 RRB + 1 RBB). Cada zona de
hendidura 13 de las seis pistas de rodadura del rodamiento se
ilustra con líneas de puntos.
Las filas combinadas radial y de empuje de los
elementos de rodadura en el rodamiento 3 RRB o 2 RRB + 1 RBB se
pueden utilizar en aplicaciones de cargas muy elevadas tales como
las turbinas eólicas o las grúas.
La figura 7 ilustra una forma de realización
preferida de un rodamiento según la invención y especialmente una
sección de la pista de rodadura del rodamiento 12 en perspectiva que
incluye una bola de rodamiento 11 de las muchas bolas en una fila
del rodamiento. Las bolas pueden estar en una posición o desplazarse
en la pista de rodadura durante el movimiento entre las piezas
fijas y móviles conectadas a través del rodamiento. Además, las
otras bolas de rodamiento transferirán la fuerza de carga completa
desde un anillo del rodamiento hasta el anillo opuesto del
rodamiento en donde una o más bolas de rodamiento están en zonas de
hendidura y transfieren menos fuerza carga o nada de fuerza. Una
pista de rodadura de rodamiento normal generalmente comprende de 30
a 120 elementos rodantes de rodamiento.
La figura ilustra también una zona de hendidura
13 en la pista de rodadura en la que la longitud de la zona es
menor que el diámetro de la bola de rodamiento 11. La zona de
hendidura es una hendidura en por lo menos una parte menos
endurecida o sin endurecer de la pista de rodadura como se ha
mencionado anteriormente en la presente memoria.
La zona de hendidura se extiende desde el borde
lateral hasta el borde lateral de la pista de rodadura por ejemplo
con formada como un taladro o una ranura. Además, la zona comprende
una doble curvatura o una forma continua similar en la dirección de
la pista de rodadura.
La zona de hendidura también puede estar en
partes de la pista de rodadura por ejemplo en los lados de la pista
de rodadura y no en la parte inferior de la pista de rodadura como
se ha mencionado anteriormente en la presente memoria (véase la
figura 11a).
La figura 8 ilustra un elemento rodante de
rodamiento en la zona de hendidura y entre los anillos del
rodamiento 8, 9 con mayor detalle.
La bola de rodamiento 11 presenta un diámetro
D_{b} en el que el diámetro es mucho mayor que la profundidad X
de la zona en cualquier punto lo largo de la hendidura.
La profundidad desde la línea o forma de la base
B de la pista de rodadura hasta el punto más bajo de la zona de
hendidura debe ser de tal forma que el elemento rodante de
rodamiento pueda volver a la superficie normal del rodamiento sin
problemas.
Las fechas grandes MD de la figura ilustran las
posibles direcciones del desplazamiento del elemento rodante de
rodamiento que corresponden a la dirección de la pista de rodadura
12.
En otra forma de realización de la invención,
ambas pistas de rodadura opuestas pueden comprender zonas de
hendidura, es decir una bola de rodamiento puede entrar dentro de
dos zonas de hendidura en lugar de únicamente en una.
La figura 9 ilustra esquemáticamente la fuerza
de carga F de un elemento rodante de rodamiento en diferentes
posiciones de la zona de hendidura 13. La línea B define una forma
normal del contorno de una pista de rodadura de rodamiento.
La zona de hendidura 13 comprende
preferentemente una zona de unas características antifricción del
material más pobres lh y dos zonas de transición ta en el material
endurecido adyacente de la pista de rodadura. Las zonas de
transición representan el descenso desde la forma de contorno normal
de la pista de rodadura hasta las profundidades mínimas X_{lh1},
X_{lh2} en la transición entre el material endurecido y la zona de
características antifricción más pobres del material lh.
Generalmente la zona de hendidura presenta una profundidad máxima
entre las dos profundidades mínimas X_{lh1}, X_{lh2} en el
extremo de las zonas de transición (es decir, en la transición
hacia el material de rodamiento más pobre). La pista de rodadura
procede con una forma o contorno normal en los otros lados de la
zona de transición ta.
La forma de la zona de hendidura está
representada en la dirección de giro del rodamiento y es continua es
decir sin bordes. La bola de rodamiento experimentará una
transición continua desde una fuerza de carga completa F_{h}
sobre menos fuerza F_{lh} o nada de fuerza en el extremo de las
zonas de transición hasta una fuerza menor F_{1} o sin fuerza en
la zona del material de rodamiento más pobre. La fuerza de carga
menor F_{lh} debe ser próxima a la fuerza sin carga de tal modo
que toda la zona lh vea menos o nada de fuerza de carga.
Sin carga o aproximadamente sin fuerza de carga
se puede conseguir con una relación entre el diámetro y la
profundidad que corresponda a aproximadamente 38,10 milímetros/0,2
milímetros o 53,98 milímetros/0,6 milímetros dependiendo del tamaño
del rodamiento, la conformidad de la pista de rodadura, las cargas
del rodamiento así como la rigidez de la estructura circundante
sobre la cual está montado el rodamiento.
La forma de la zona de hendidura puede ser una
curvatura doble, un taladro en forma de cuenco, una ranura o una
forma continua similar. La forma estará bien definida con el fin de
que sea reproducible por una máquina.
La figura 10 ilustra una etapa del proceso en la
fabricación de un anillo del rodamiento con una zona de hendidura
según la invención.
Se utiliza un proceso de extracción de material
tal como un proceso de rectificado con el fin de establecer la zona
de hendidura 13.
El proceso de extracción de material de la zona
de hendidura en una forma de realización del procedimiento de
fabricación se puede realizar introduciendo una máquina
rectificadora o fresadora 14 dentro de la parte inferior de la
pista de rodadura y preferiblemente extrayendo material del borde
del fondo de la pista de rodadura es decir, perpendicular a la
dirección de la pista de rodadura. A continuación se da la vuelta al
anillo del rodamiento y el proceso se repite desde el otro borde
hasta el fondo de la pista de rodadura. De este modo se establece
una zona de hendidura en la pista de rodadura desde un borde hasta
el otro perpendicular a la dirección de giro del rodamiento.
El proceso también se puede realizar en una
etapa entrando una máquina con una muela para acabar superficies
que corresponda sustancialmente en diámetro al diámetro de la pista
de rodadura.
Las zonas de hendidura también se pueden
establecer primero mediante el proceso de extracción de material en
otra forma de realización del proceso de fabricación y el proceso de
templado se puede realizar a continuación sobre los anillos del
rodamiento es decir empezando y terminando en las zonas de
hendidura.
La figura 11 ilustra una forma de realización de
la invención en la que la zona de hendidura 13 (líneas de puntos)
se establece únicamente en los lados interiores del anillo del
rodamiento. Sin embargo, la zona de hendidura también se puede
establecer en el fondo del anillo del rodamiento o en el fondo así
como en otras posiciones con el fin de establecer una zona de
hendidura con menos cobertura que desde un borde hasta el otro del
anillo (a través de la pista de rodadura).
La figura 11b ilustra una forma de realización
de la invención en la que la zona de hendidura 13 se establece
desde un borde hasta el otro borde del anillo del rodamiento (a
través de la pista de rodadura).
La invención ha sido ejemplificada anteriormente
haciendo referencia a los ejemplos específicos de rodamientos de
las palas en una turbina eólica. Sin embargo, se comprenderá que la
invención no está limitada a los ejemplos particulares sino que se
puede diseñar y alterar en una multitud de variedades sin apartarse
del alcance de la invención como se especifica en las
reivindicaciones, por ejemplo, con relación a otros rodamientos de
la turbina eólica, así como a otras aplicaciones que impliquen
rodamientos muy grandes que deban afrontar fuerzas de carga axiales
y radiales así como momentos de doblado o inclinación tales como una
grúa grande, un radar o rodamientos para satélites aéreos.
\vskip1.000000\baselineskip
- 1.
- turbina eólica
- 2.
- torre de la turbina eólica que incluye por lo menos dos secciones de la torre
- 3.
- góndola de la turbina eólica
- 4.
- cubo de la turbina eólica
- 5.
- pala de la turbina eólica
- 6.
- cimiento para la turbina eólica
- 7.
- rodamiento de pala para un mecanismo de regulación del paso de una pala de turbina eólica
- 8, 9.
- anillos de rodamiento con pistas de rodadura para elementos rodantes de rodamiento
- 10.
- filas de elementos rodantes de rodamiento tales como bolas o rodillos de rodamiento
- 11.
- bola de rodamiento
- 12.
- pista de rodadura del rodamiento
- 13.
- zona tratada en la pista de rodadura mediante un proceso de extracción de material, por ejemplo un proceso de rectificado
- 14.
- máquina de extracción del material tal como una máquina rectificadora o una máquina para el acabado de superficies
- 15.
- rodillos de rodamiento
- 16.
- zona de contacto antifricción entre los anillos del rodamiento y los elementos de rodadura
- B
- línea o forma base de la pista de rodadura del rodamiento
- F_{h}
- fuerza de carga elevada en un elemento rodante de rodamiento
- F_{lh}
- fuerza de carga menor en un elemento rodante de rodamiento en la zona de hendidura
- F_{l}
- fuerza de carga más pequeña en un elemento rodante de rodamiento en la zona de hendidura
- D_{b}
- diámetro de la bola o del rodillo de rodamiento
- lh
- zona menos endurecida o sin endurecer o frágil de una pista de rodadura, por ejemplo material de rodamiento más pobre
- L_{h}
- longitud de la parte endurecida de la pista de rodadura
- L_{lh}
- longitud de la zona del material de rodamiento más pobre en la pista de rodadura por ejemplo parte menos endurecida o sin endurecer de la pista de rodadura
- L_{d}
- longitud de la zona tratada
- MD
- dirección del giro de los elementos de rodadura
- ta
- zona de transición entre el material de rodamiento más pobre y el material endurecido normal de la pista de rodadura
- X
- profundidad de la zona tratada
X_{lh1}, X_{lh2} profundidad en
la zona tratada en la transición entre la zona de transición y el
material de rodamiento más
pobre.
Claims (36)
1. Rodamiento (7) que comprende:
anillos de rodamiento (8, 9) con pistas de
rodadura (12), y
por lo menos una fila (10) de elementos rodantes
de rodamiento (11, 15) dispuestos entre dichos anillos y en
contacto con dichas pistas de rodadura,
por lo menos una de dichas pistas de rodadura
(12) comprende una o más zonas de hendidura (13) en relación con
una forma estándar de las pistas de rodadura,
caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) por lo menos está dispuesta en un material de una
característica de material de rodamiento menos buena que el
material endurecido de la pista de rodadura.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Rodamiento (7) según la reivindicación 1,
caracterizado porque dichos elementos rodantes de rodamiento
son bolas (11) o rodillos (15) de rodamiento o combinaciones de los
mismos.
3. Rodamiento (7) según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque dicho rodamiento son los medios de
conexión entre diferentes partes de una turbina eólica (1) tales
como un rodamiento de pala, guiñada, rotor, engranaje o generador
de la turbina eólica (1).
4. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una pista de
rodadura comprende una zona de hendidura (13).
5. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada pista de
rodadura comprende una zona de hendidura (13).
6. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) por lo menos está dispuesta en un material que está
menos endurecido, sin endurecer o de mayor fragilidad que el
material endurecido de la pista de rodadura.
7. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) comprende una zona de característica menos buena de
material de rodamiento y las zonas de transición (ta) en el
material endurecido adyacente de la pista de rodadura.
8. Rodamiento (7) según la reivindicación 7,
caracterizado porque dicha zona de hendidura (13) comprende
una forma de orificio o de ranura con una profundidad mínima
(X_{lh1}, X_{lh2}) en las zonas de transición (ta).
9. Rodamiento (7) según la reivindicación 7 u 8,
caracterizado porque la forma de dicha zona de hendidura
(13) está bien definida y es reproducible mediante una máquina con
una profundidad mínima (X_{lh1}, X_{lh2}) en las zonas de
transición (ta).
10. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 9, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) comprende un orificio en forma de cuenco o una
ranura con una profundidad mínima (X_{lh1}, X_{lh2}) en las
zonas de transición (ta).
11. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) comprende una forma continua y suave con una
profundidad mínima (X_{lh1}, X_{lh2}) en las zonas de
transición (ta).
12. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) se extiende de borde a borde de la pista de rodadura
sustancialmente perpendicular a la dirección (MD) del giro de los
elementos rodantes.
13. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque dicha zona de
hendidura (13) se extiende únicamente a través de partes de la
pista de rodadura (12) tales como los lados o el fondo de la pista
de rodadura.
14. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque la profundidad
mínima (X_{lh1}, X_{lh2}) en la zona de transición en la zona
de hendidura (13) es por lo menos 1 por mil del diámetro (D_{b})
de las bolas de rodamiento por ejemplo en el intervalo de 2 a 20 por
mil.
15. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque la profundidad
mínima (X_{lh1}, X_{lh2}) en la zona de transición en la zona
de hendidura (13) es por lo menos 0,7 por mil del diámetro
(D_{b}) de los rodillos de rodamiento por ejemplo en el intervalo
de 1 a 50 por mil.
\global\parskip0.950000\baselineskip
16. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque dichas zonas de
hendidura (13) son hendiduras con relación a la línea o forma de
base normal (B) de las pistas de rodadura.
17. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque dichas una o
más zonas de hendidura (13) comprenden una profundidad mínima
(X_{lh1}, X_{lh2}) en la zona de transición (ta) de por lo
menos 0,04 milímetros por ejemplo en el intervalo de 0,1 a 1,5
milímetros tal como entre 0,2 y 0,6 milímetros con relación al
diámetro (D_{b}) de las bolas de rodamiento que es de por lo menos
30 milímetros, por ejemplo aproximadamente 38,10, 44,45, 50,80,
53,98, 63,50, 76,20 o 101,60 milímetros así como otras
dimensiones.
18. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque dichas una o
más zonas de hendidura (13) comprenden una profundidad mínima
(X_{lh1}, X_{lh2}) en la zona de transición (ta) de por lo
menos 0,04 milímetros con relación al diámetro (D_{b}) de los
rodillos de rodamiento que son de por lo menos 20 milímetros.
19. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de
dichas una o más zonas de hendidura (13) es inferior a 360 grados
por ejemplo inferior a 15 grados de la longitud de la pista de
rodadura.
20. Rodamiento (7) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores caracterizado porque cada una de
dichas una o más zonas de hendidura (13) por lo menos está
dispuesta en una zona de contacto de rodamiento (16) de una pista
de rodadura para los elementos rodantes de rodamiento (11, 15).
21. Turbina eólica (1), que comprende
unos medios de conexión entre las diferentes
partes de la turbina eólica tales como las partes fijas y
móviles
en la que dichos medios de conexión incluyen uno
o más rodamientos (7) que comprenden una o más zonas de hendidura
(13) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 18.
\vskip1.000000\baselineskip
22. Turbina eólica según la reivindicación 21,
en la que dichos rodamientos son rodamientos de la pala, guiñada,
rotor, engranaje o generador.
23. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento, comprendiendo dicho procedimiento las etapas que
consisten en:
establecer por lo menos dos anillos de
rodamiento,
endurecer una gran parte de la pista de rodadura
de cada anillo de rodamiento mediante un proceso de templado, y
establecer una zona de hendidura en dicha pista
de rodadura
en el que dicha zona de hendidura está por lo
menos dispuesta en material de una característica más pobre del
material de rodamiento que el material endurecido de la pista de
rodadura.
\vskip1.000000\baselineskip
24. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento, comprendiendo dicho procedimiento las etapas que
consisten en:
establecer por lo menos dos anillos de
rodamiento,
establecer una zona de hendidura en por lo menos
una pista de rodadura, y
endurecer cada anillo de rodamiento mediante un
proceso de templado
en el que dicha zona de hendidura por lo menos
está dispuesta en material de una característica más pobre de
material de rodamiento que el material endurecido de la pista de
rodadura.
\vskip1.000000\baselineskip
25. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según la reivindicación 23 ó 24, en el que dicha zona de
hendidura se establece mediante un proceso de extracción de material
tal como por ejemplo un proceso de rectificado o fresado en dicha
pista de rodadura mediante una máquina rectificadora o
fresadora.
26. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, en el
que dicha zona de hendidura se establece en cada pista de rodadura
del rodamiento.
27. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, en el
que dicha zona de hendidura se establece en una zona de
características menos buenas de material en la pista de rodadura,
es decir la longitud (L_{d}) de la zona de hendidura es la misma o
inferior que la longitud de la zona de características más pobres
del material en la pista de rodadura (L_{lh}).
\global\parskip1.000000\baselineskip
28. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 26, en el
que dicha zona de hendidura se establece en una zona (lh) de
características más pobres de material en la pista de rodadura y
las zonas de transición en el material endurecido adyacente de la
pista de rodadura es decir la longitud (L_{d}) de la zona de
hendidura es mayor que la longitud de la zona de características
más pobres de material en la pista de rodadura (L_{lh}).
29. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 25 a 28, en el
que el proceso de extracción de material establece la zona de
hendidura en la pista de rodadura mediante la utilización de una
máquina fresadora radial o una máquina para el acabado de
superficies.
30. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 29, en el
que el proceso de extracción de material establece la zona de
hendidura como una forma continua y suave tal como un orificio en
forma de cuenco o una ranura con una profundidad mínima (X_{lh1},
X_{lh2}) en las zonas de transición.
31. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 30 en el
que el proceso de extracción de material establece dicha zona de
hendidura (13) borde a borde de la pista de rodadura (12).
32. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 30, en el
que el proceso de extracción de material establece dicha zona de
hendidura (13) en partes de las pistas de rodadura (12) por ejemplo
en los lados o el fondo de la pista de rodadura.
33. Procedimiento para la fabricación de un
rodamiento según cualquiera de las reivindicaciones 23 a 32, en el
que dichas una o más zonas de hendidura (13) están dispuestas con
relación a una línea o forma base (B) de las pistas de rodadura
(12).
34. Utilización de un rodamiento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en una turbina eólica de
regulación de paso o por pérdida aerodinámica activa con una
velocidad fija o variable por ejemplo como un rodamiento de pala de
un mecanismo de regulación del paso.
35. Utilización de un rodamiento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, en un rodamiento de
guiñada, rotor, engranaje o generador de una turbina eólica.
36. Utilización de un rodamiento según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20 en rodamientos muy grandes
que experimentan fuerzas de carga axiales y radiales así como
momentos de doblado/inclinación.
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