A MAGYAR TUDOMÁNY NAPJA ERDÉLYBEN Kolozsvár, 2013.november 22-23 A ZÖLD ENERGIÁK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK TECHNIKAI ASPEKTUSAI Dr. Gyenge Csaba Egyetemi tanár - Kolozsvári Műszaki Egyetem

Tartalom: 1. Bevezető 2. A szélturbináknál alkalmazott hajtóművek konstruktív és működési jellegzetességei 3. A kifejlesztett fogazatsimίtási technológia 4. A CNC vezérlés programozásához szükséges paraméterek meghatározásához kifejlesztett algoritmusok 5. Gyakorlati megvalósítások 6. Következtetések 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

1. BEVEZETŐ A megújuló energia források szerepe folytonosan nő: a Greenpeace becslései szerint 2050-ben Románia az összenergia szükségletének 85%-át megújuló forrásokból kell fedezze. A Román Statisztikai Intézet adatai szerint 2011-ben az össz 63252 GkW kitermelt energiából, 40%-t a gázalapú hőerőművek termelték, 22%-át a vίzerőművek, ot az atomerőmű és csak 4%-t a szélerőművek. Optimista előrejelzések szerint, 2014végéig a szélerőművekben termelt energia meg kell duplázódjon és ίgy Románia világviszonylatban a 13. helyet foglalhatja majd el a szélenergia felhasználása terén. A szélerőművek felépίtése meglehetősen komplex, és az előállίtási, valamint felszerelési áruk elég magas, ίgy – egyelőre – a szélerőművekben előállίtott energia ára jóval magasabb mint a hő, vagy vίzerőművekben előállίtotté. Viszont a gáz, valamint szénhidrát készletek csökkenése arra késztet, hogy minél intenzίvebben foglalkozzunk az újrahasznosίtható üzemanyaggal működő energiatermelőkkel. Kutatócsoportunk több mint 4 éve foglalkozik a szélturbinákban alkalmazott hajtóművek gyártástechnológiájának fejlesztésével annak érdekében, hogy minél kisebb költségekkel, minél jobb minőséget és élettertamot lehessen elérni. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

2. A SZÉLTURBINÁKBAN ALKALMAZOTT HAJTÓMŰVEK KONSTRUKTÍV ÉS MŰKÖDÉSI JELLEGZETESSÉGEI 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2. ábra. Vízszintes tengelyű szélturbina felépítése: 1- fundamentum, 2-torony, 3-szélirányra állίtó berendezés, 4- gondola, 5- generátor, 6-szélmérő,7-fék, 8- hajtómű, 9-rotorlapát, 10- lapát irányító, 11-forgószárny-agy. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

3. ábra A kétlépcsős bolygó rendszerű multiplikátor kinematikai vázlata 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

108.128  108.102 95.605 95.504  120.65  162.306+0.254  107.65 0.025-0.076 115.887 357.981 E 49.987 49.607 11.9 Df 43.7 De 20.6 34.8 Dd 0.025 0.020 0.010 0.051 3. ábra A gyakorlati kίsérletek keretében gyártott egyik bolygókerék rajza 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

Fogszám 17 Pitch diameter 142.24 Diametral pitch 3.0357 Alapkörátmérő 1. táblázat A 3. ábrán feltüntetett bolygókerék adatai Fogszám 17 Pitch diameter 142.24 Diametral pitch 3.0357 Alapkörátmérő 128.913 Modul 8.367 Fejkör átmérője 162.306 Kapcsoló szög 25° Fogmagasság 10.033 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

3. A KIFEJLESZTETT FOGAZATSIMÍTÁSI TECHNOLÓGIA 4 ábra. A FANUC vezérléssel felújίtott fogköszörűgép munkatere 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

5 ábra. A CNC fogköszörűgép felépítése és koordináta rendszere A köszörülendő fogaskerék legördülési mozgását a köszörűkorong által megvalósίtott burkoló fogaslécen, a Z tengely irányú elmozdulás, valamint a B tengely körüli forgással valósίtottuk meg (5. ábra). Az X tengely irányú mozgás szintén CNC vezérelt, és vele bizosίtható a szükséges tengelytávolság. Az Y tengelyirányú mozgással a hosszirányú profil módosίtásokat lehet programozni, mίg az X tengely körüli forgással a szerszám dőlési szögét. 5 ábra. A CNC fogköszörűgép felépítése és koordináta rendszere 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

Fog geometria beprogramálása Technológiai paraméterek beprogramálása 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

Műveletelem elnevezése 3. táblázat. Egy fogárok köszörüléséhez szükséges alap műveletelemek A műveletelem száma Műveletelem elnevezése f0 A szerszám megfelelő beállítása az előmunkált fogárokba f1 Beforgatás a bal fogoldal kezdőpontjába f2 A szerszám és az előnagyolt bal fogoldal közötti játék kiiktatása f3 A bal fogoldal köszörülése f4 Átgördítés a jobb fogoldalra f5 A szerszám és az előnagyolt jobb fogoldal közötti játék kiiktatása f6 A jobb fogoldal köszörülése f7 Egy foggal való osztás 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

6. ábra A bal fogprofil köszörülésének jellegzetes helyzetei 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

4. A CNC VEZÉRLÉS PROGRAMOZÁSÁHOZ SZÜKSÉGES PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSÁHOZ KIFEJLESZTETT ALGORITMUSOK 7. ábra. A három evolvens szakaszból kialakított fogprofil 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

8. ábra A profilkorrekciós fogprofil kapcsoló egyenesei A három evolvens szakasz burkolása három kapcsoló egyenesen történik, amelyek az alapkörökhöz tartoznak (8.Ábra) . 8. ábra A profilkorrekciós fogprofil kapcsoló egyenesei 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

Az algoritmusok felépítése céljából pontosan meg kellett határozni a technológiai kapcsoló pár jellegzetes relatív helyzeteit (9. ábra). Az ábrán látható tangenciális valamint forgásirányú paraméterek meghatározása céljából több algoritmust fejlesztettünk ki, a különböző szabványok szerint tervezett fogaskerekek számára (DIN, STAS, AGMA,Stb.) -3.táblázat. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

9.ábra A technológiai kapcsoló pár jellegzetes helyzetei CNC fogköszörülésnél 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

1 Szám Algoritmus kódja Elnevezése Alkalmazási terület Ag. 1.1. Általános algoritmus profileltolásos dőltfogú fogaskerekek számára 2 Ag. 1.m Módosított algoritmus profileltolásos és profilkorrekciós dőltfogú fogaskerekek számára 3 Ag. 1m.x Módosított algoritmus profileltolásos és profilkorrekciós AGMA fogaskerekek számára 4 Bg. 1.1 Általános algoritmus profilkorrekció nélküli egyenesfogú fogaskerekek számára 5 Bg. 1.m Módosított algoritmus profileltolásos és profilkorrekciós egyenesfogú fogaskerekek számára 6 Bg. 1.m.x Módosított algoritmus profileltolásos és profilkorrekciós AGMA ferdefogú fogaskerekek számára 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba 17

Z irányú tangenciális mozgás 4. táblázat Bg.1m. A módosított algoritmus profileltolásos és profilkorrekciós egyenesfogú , AGMA normák szerint tervezett fogaskerekek CNC köszörüléséhez   Fogszakasz Z irányú tangenciális mozgás B irányú körmozgás Láb   Közép Fej 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

10. ábra Fogfej és fogláb korrekciók és a fogprofil diagramja Természetesen a megvalósított CNC géppel bármilyen profileltolásos fogazat is köszörülhető. Ugyanakkor megfelelő programozással körhagyó fogazatok (11.ábra) is köszörülhetők anélkül, hogy bármilyen sablon, vagy más vezérlésre szükség lenne. 10. ábra Fogfej és fogláb korrekciók és a fogprofil diagramja 11. ábra Körhagyó fogaskerék 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

5. GYAKORLATI MEGVALÓSÍTÁSOK A kifejlesztett technológiát a szatmárnémeti UNIO gyárban vezettük be és mai napig is sikeresen alkalmazzák. Az előzetes gyakorlati kísérletek egy részét az 5. táblázatban ismeretetett adatú fogaskerekekre végeztük 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

5.táblázat A gyakorati kísérletek keretében megmunkált és leellenőrzött egyes fogaskerekek adatai 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

A teszt fogaskerekeket egy CNC fogaskerékmérő központon ellenőriztük (12. ábra). 12. ábra Az UNIO gyár tulajdonában lévő CNC fogaskerékellenörző központ A 13. és 14. ábrákon a fogprofil, valamint osztáshiba diagramjai láthatók 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

13. ábra A fogprofil és irány diagramja 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

14. ábra Osztáshibák diagramja A részletes ellenőrzések alapján a kifejlesztett technológiával előállἰtott komplex profilú fogaskerekek beilleszkednek a DIN 3962 szabvány 5. pontossági osztályába és a szélturbinákat gyártó németorszégi cég megfelelőknek találta. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

a beállítás a géphez csatolt számítógéppel történik ; A fentiekből megállapíthatók a kifejlesztett fog-köszörűgép és technológia legfontosabb jellemzői: nincs szükség a hagyományos beállításnál alkalmazott váltókerekekre és ezáltal a beállítás nagyon egyszerű; a beállítás a géphez csatolt számítógéppel történik ; a gép rugalmas, többcélú felhasználást biztosít; bármilyen profilkorrekció és profileltolás megvalósítható; nem szükséges a szerszám és a megmunkálandó fogazat profilszögeinek egyenlőnek lennie; megfelelő továbbfejlesztéssel hordóalakú, valamint hengeres-kúpos fogaskerekek is köszörülhetők. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

4. Következtetések A szélturbináknál alkalmazott minél komplexebb konstrukciójú hajtóművek, valamint az igényelt pontossági és működési feltételek új technológiákat igényelnek. A CNC vezérlések nagy segítséget nyújtanak ezirányban, de ezek megfelelő programozása és beállítása komplex fogazáskinematikai és matematikai számításokat igényelnek. A statisztikai előrejelzések szerint 2030-ban a világ összenergia szükséglete kb. 50%-kal lesz nagyobb a mostanihoz viszonyítva. A kőolaj és földgáz tartalékok az előrejelzések szerint alig 2040-2070-ig tudják fedezni a szükségleteket. A fentiek következtében a szakemberek mind jobban kell figyeljenek a megújuló energiaforrásokra, és így mind nagyobb fejlődés észlelhető a szélenergiát felhasználó turbinák fejlesztésében, gyártásában. A szélturbinák minél környezetkímélőbb működése és élettartama nagy mértékben függ a beépített hajtóművektől is. Ezek szerint úgy értékelhetjük, hogy a fentiekben ismertetett ezirányú kutatásaink hozzájárulhatnak e turbinák felépítési és működési paramétereinek javításához. 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba

Köszönöm figyelmüket! 2013.11.22 Dr. Gyenge Csaba