DE10145217A1 - Verfahren zur Versorgung einer Gleitbahnpaarung mit Schmieröl - Google Patents

Abstract

Um ein Verfahren zur Versorgung einer Gleitbahnpaarung (1) mit Schmieröl, wobei die Bestandteile (1a, 1b) der Gleitbahnpaarung während des Betriebs unter Ausbildung eines rechnerischen Schmierspalts (6) aneinander vorbeifahren, während das Schmiermittel gesteuert in den Schmierspalt eingebracht wird, so zu verbessern, daß es unter Beibehalt der technischen Vorteile an Gleitbahnpaarungen allgemein verwendbar bleibt und insbesondere an Rotorflechtmaschinen unter Verringerung der Gefahr einer Verunreinigung der Umgebung durch Schmiermittel eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit zuläßt, muß das Schmieröl (15) zusammen mit einer gesteuerten Menge Mischluft in den Schmierspalt (6) gefördert werden.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Oberbegriff von Anspruch 1.
• Derartige Verfahren sind bekannt.
• Derartige Verfahren finden beispielsweise Anwendung an zueinander rotierenden Maschinenbauteilen, wie zum Beispiel bei Kurbelwellenlagern.
• Darüber hinaus finden derartige Verfahren auch Anwendung an hydrodynamischen Linearführungen, wie diese beispielsweise an Strickmaschinen vorgesehen sind.
• Maßgeblich an derartigen Verfahren ist die Tatsache, daß man sich die Trageigenschaften des hydrodynamischen Schmierfilms zunutze macht, der sich zwischen den beiden Bestandteilen der Gleitbahnpaarung aufbaut.
• Hierunter sind diejenigen Bestandteile der Gleitbahnpaarung zu verstehen, die mit einer vorgegebenen Relativgeschwindigkeit aneinander vorbeifahren. Meist sind hierunter der Stator und der Rotor zu verstehen.
• Durch die Relativgeschwindigkeit, welche diese beiden Bestandteile der Gleitbahn zueinander besitzen, entsteht infolge der hydrodynamischen Effekte ein hydrodynamischer Druckaufbau, der letztlich die Tragfähigkeit der Gleitbahnpaarung so lange gewährleistet, wie die Relativgeschwindigkeit zwischen Stator und Rotor besteht. Diese hydrodynamischen Effekte lassen sich durch die Navier-Stokes-Gleichungen für schleichende Strömungen, bei denen sehr kleine Reynoldszahlen vorausgesetzt werden, mathematisch genau beschreiben.
• Obwohl dies prinzipiell keinerlei Beschränkung der Erfindung darstellen soll, treten derartige Gleitbahnpaarungen auch auf an sogenannten Rotorflechtmaschinen, bei denen die Gleitbahn- und Schlittensegmente mit zueinander entgegengesetztem Drehsinn rotieren und infolge technisch bedingter umfangsmäßiger Unterbrechungen intermittierend aneinander vorbeifahren.
• Dabei ist die Segmentierung der Gleitbahn- und Schlittensegmente deshalb nötig, da diese gruppenweise mit jeweils entgegengesetztem Drehsinn rotieren, wobei die zu verflechtenden Fäden gelegentlich ober- und gelegentlich auch unterhalb der Gleitbahnebene geführt werden müssen um das Flechtergebnis zu erhalten.
• Speziell bei Gleitbahnpaarungen an Rotorflechtmaschinen tritt daher zusätzlich das Problem auf, daß mit jedem neu beginnenden Überfahren eines Gleitbahnsegmentes über ein Schlittenelement der hydrodynamische Druckaufbau stets von Neuem beginnen muß, wobei zusätzlich angestrebt werden muß, daß die Kontamination der Produktumgebung ausgeschlossen wird.
• Es muß daher der jeweilige Eintrag an Schmieröl möglichst gering gehalten werden, um eine unerwünschte Verschmutzung des Flechtprodukts zu vermeiden.
• Eine kontinuierliche Schmierung scheidet dabei aus, weil das Schmieröl nur intermittierend benötigt wird und ansonsten in die Umwelt entlassen werden müßte.
• Zwar gibt es diesbezüglich einige Ansätze zur Steuerung der Zufuhr an Schmiermitteln, wobei man jedoch stets einen gewissen Betriebsverschleiß zulassen will, um die zugeführte Menge an Schmieröl möglichst gering zu halten.
• Ein weiteres Problem bei derartigen Rotorflechtmaschinen besteht also auch darin, daß die Schmierölmenge intermittierend zugeführt werden muß.
• Wesentlich an der Anwendung der Erfindung bei Rotorflechtmaschinen ist also die Tatsache, daß Gleitbahn- und Schlittensegmente der Rotorflechtmaschine in zueinander entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren und auf ihren Rotationswegen intermittierend aufeinander treffen. Dabei besteht zwischen den Gleitbahnsegmenten einerseits und den Schlittensegmenten andererseits ein rechnerischer Abstand, der als Schmierspalt genutzt wird und der zur Verringerung des Verschleißes, zur Verbesserung der Reibbeiwerte und zur Erhöhung der Tragfähigkeit von dem fluidischen Schmiermittel intermittierend gespeist wird.
• Es hat sich gezeigt, daß trotz hunderttausendfacher technischer Bewährung dieses bekannte Verfahren im Hinblick auf Rotorflechtmaschinen eine weitere Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit nicht zuläßt.
• Zwar läßt sich ohne weiteres die zugeführte Schmiermittelmenge beliebig erhöhen. Damit geht aber die Gefahr einer Kontaminierung des Flechtproduktes einher, was unerwünscht ist.
• Der heutige Industriestandard verlangt nach Flechtprodukten, die im wesentlichen frei von Ölrückständen sind.
• Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das bekannte Verfahren so weiterzubilden, daß es unter Beibehalt der technischen Vorteile an Gleitbahnpaarungen allgemein verwendbar bleibt und insbesondere an Rotorflechtmaschinen unter Verringerung der Gefahr einer Verunreinigung der Umgebung durch Schmiermittel eine Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit zuläßt.
• Diese Aufgabe löst die Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
• Wesentlich für die Erfindung ist die Vermischung des an sich tragfähigen Ölfilms im Schmierspalt mit zusätzlich in den Schmierspalt eingetragener Luft. Dabei macht sich die Erfindung die Erkenntnis zu nutze, daß die zusätzlich in den Schmierspalt eingetragene Luft einerseits zu einer Verringerung der Ölmenge führt und andererseits einen hohen Anteil der geforderten Tragfähigkeit des Gleitlagers übernimmt, und am Aufbau des Schmierfilms beteiligt ist, der sich zwischen den Partnern der Gleitbahnpaarung ausbildet.
• Dabei kann das Verfahren so gesteuert werden, daß die zusätzlich eingebrachte Mischluft in Form von Luftbläschen oder ähnlichem vollständig innerhalb des Schmierfilms eingeschlossen ist und dies zumindest so lange bleibt, wie die Partner der Gleitbahnpaarung bzw. die Gleitbahnsegmente und die Schlittensegmente miteinander kämmen. Während dieser Zeitabschnitte sind die einander zugewandten Oberflächen der Partner der Gleitbahnpaarung bzw. die Oberflächen von Gleitbahn- und Schlittensegmenten diejenigen Begrenzungsflächen des Schmierspaltes, aus denen das Öl-Luft-Gemisch nicht entweichen kann.
• Es entsteht daher neben dem hydrodynamisch tragenden Schmierfilm durch das Schmieröl auch eine zusätzliche Luftpolsterung, die in Folge der Feinstverteilung der Luftbläschen innerhalb des Öl-Luft-Gemisches am Aufbau des hydrodynamisch wirksamen Schmierölfilms beteiligt ist.
• Das Grundprinzip der Erfindung beruht daher auf einem pneumatisch-hydrodynamisch wirksamen tragfähigen Film, der aus dem Öl-Luft-Gemisch besteht und neben den bekannten hervorragenden Trageigenschaften durch den hydrodynamischen Schmierfilm auch die elastodynamischen Trageigenschaften eines rein pneumatischen Films aufweist.
• Abhängig von den jeweils zugeführten Mengen von Mischluft und Schmieröl lassen sich somit die Trageigenschaften des pneumatisch-hydrodynamischen Schmierfilms in weiten Bereichen variieren ohne daß die geforderte Tragfähigkeit hiervon negativ beeinflußt wäre.
• Dabei beruht die Erfindung auch auf der Überlegung, daß neben einer Verringerung der für die Tragfähigkeit des Schmierfilms notwendigen Schmierölmenge durch die zugeführte Mischluft auch ein zusätzlicher Kühleffekt zustande kommt, da die Viskositätseigenschaften der Luft zumindest in dem hier interessierenden Temperaturbereich zwischen -10°C und etwa +70°C Außentemperatur praktisch ohne Bedeutung sind.
• Dieser Kühleffekt ist durch die in diesem Temperaturbereich stark abhängige Viskosität des Schmieröls allein durch einen hydrodynamischen Schmierfilm aus Schmieröl nicht erzielbar.
• Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, daß praktisch ständig mit einem Überschuß an Mischluft gefahren werden kann, da auch eine Übermenge an Mischluft keinerlei Kontamination des Flechtguts hervorrufen kann.
• Es lassen sich die Verfahrensparameter daher ohne weiteres so einstellen, daß im Sinne der an sich bekannten Stribeck-Kurve zwischen den Gleitbahn- und Schlittensegmenten stets der vorteilhaft hydrodynamische Schmierfilmeffekt aufrecht erhalten bleibt ohne daß die Gefahr besteht, daß der Reibungszustand in den Bereich der Mischreibung, der links vom Minimum der Stribeck-Kurve zu suchen ist, abfällt.
• Darüber hinaus kann es auch vorteilhaft sein, wenn die zusätzlich eingebrachte Mischluft mit einem derart hohen Druck in den Schmierspalt eingebracht wird, daß sich die homogen und feinverteilten Luftbläschen ausdehnen und auf diese Weise für eine flächengleichmäßige Verteilung des Schmierfilms über den gesamten Flächenbereich der miteinander kämmenden Oberflächen der Bestandteile der Gleitbahnpaarung sorgen.
• Diesen Effekt kann man besonders dann erzielen, wenn die Mischluft zusammen mit dem Schmieröl bereits vor den Austrittsöffnungen dieses Schmiermittels, die zum Beispiel in den Statoren untergebracht sind, zusammengebracht wird. Auf diese Weise wird das Öl-Luft-Gemisch bereits vor dem Schmierspalt bereit gestellt und kann seine vorteilhaften synergistischen Effekte dann sofort im Schmierspalt entfalten, da die einzelnen Mischungsbestandteile Schmieröl und Mischluft bereits miteinander vermengt sind.
• Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Bevorzugt werden Ausführungsformen, bei welchen die Schmierölmenge aus einem Druckspeicher entnommen wird, dessen Druck ausgeregelt ist.
• Dabei kann der Druck im Druckspeicher abhängig von der Umgebungstemperatur und/oder der Temperatur im Schmierspalt und/oder der Temperatur des Schmieröls so ausgeregelt sein, daß mit steigender Temperatur der infolge abnehmender Viskosität auch steigenden Fließfähigkeit des Schmieröls Rechnung getragen wird und umgekehrt.
• Zu diesem Zweck wird vorgeschlagen, daß der Druck im Druckspeicher mit steigender Temperatur abnimmt, zumindest so weit, daß kein überproportionaler Mehraustrag der Schmierölmenge infolge der besseren Fließfähigkeit erfolgt.
• Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt in der Dosierbarkeit des Schmierstoffs. Der Schmierstoff wird aus den Komponenten Mischluft einerseits und Schmieröl andererseits zusammengesetzt. Es handelt sich um ein fettes Gemisch aus Mischluft und Schmieröl, welches innerhalb weiter Bereiche fetter oder magerer eingestellt werden kann.
• Da der Mischluftanteil hinsichtlich der Kontamination unbedeutend ist, läßt sich bei hohem Mischluftanteil ein lediglich geringer Schmierölanteil verwenden ohne daß der hydrodynamische Druckaufbau infolge Schmierölmangels nachteilig beeinflußt wäre. Es läßt sich daher mit der vorliegenden Erfindung ohne weiteres stets im praktisch verschleißfreien hydrodynamischen Bereich der Stribeck-Kurve fahren, der rechts vom Minimum der Stribeck-Kurve angesiedelt ist. Diese Erkenntnis ist von wesentlicher Bedeutung für die Anwendung der Erfindung an Rotorflechtmaschinen, da praktisch eine mit Mischluft verdünnte Ölmenge in feinster Dosierung für die Gleitbahnpaarung bereitgestellt wird, sodaß bei geringer Ölmenge trotzdem verschleißfrei gefahren werden kann.
• Hierfür werden Ausführungsbeispiele genannt.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Es zeigen:
• Fig. 1 die Erfindung anhand einer schematisch dargestellten Linearführung,
• Fig. 1a die Erfindung an der schematisch dargestellten Linearführung einer Rotorflechtmaschine,
• Fig. 2 eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung,
• Fig. 3 den Betriebsbereich der Erfindung und
• Fig. 4 eine weitere Möglichkeit zur intermittierenden Steuerung des Öl-Luft-Gemischs.
• Fig. 5 die Entstehung des Öl-Luft-Gemisches, schematisch
• Sofern im folgenden nichts anderes gesagt ist, gilt die folgende Beschreibung stets für alle Figuren. Im folgenden werden gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen indiziert.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dieser Erfindung.
• Es ist der allgemeine Fall einer hydrodynamischen Linearführung gezeigt.
• Die Gleitbahnpaarung 1 weist einen Stator 1a und einen relativ zum Stator beweglichen Rotor 1b auf. Aus diesen beiden Bestandteilen besteht jede Gleitbahnpaarung.
• Rotor und Stator sind mit zwei sich einander zugewandten Flächen mit geringem Abstand voneinander angeordnet. Der Rotor 1b bewegt sich mit einer Geschwindigkeit |5-4| relativ zum Stator.
• Der geringe Abstand zwischen Rotor und Stator dient der Ausbildung eines - vorzugsweise konvergenten - Schmierspaltes 6, der mit dem Schmiermittel gefüllt ist. Der Schmierspalt resultiert aus dem rechnerischen Abstand zwischen Rotor und Stator.
• Infolge der Geschwindigkeit, welche der Rotor 1b relativ zum Stator 1a besitzt, kommt es in dem zwischen Rotor 1b und Stator 1a ausgebildeten Schmierspalt 6 zu einem hydrodynamischen Druckaufbau, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung so eingestellt sein soll, daß ein abrasiver Kontakt zwischen den beiden sich einander zugewandten Flächen von Rotor 1b und Stator 1a nicht stattfindet.
• Unter diesen Voraussetzungen läuft die gezeigte Gleitbahnpaarung 1 völlig verschleißfrei.
• Jeglicher Betriebsverschleiß ist daher - zumindest rechnerisch - unter Anwendung der vorliegenden Erfindung vermieden.
• Dies gilt hier auch dann, wenn die zugeführte Ölmenge soweit wie möglich heruntergedrosselt wird, da die Schmierfilmdicke im Schmierspalt 6 stets ausreichend groß ist, um einen Kontakt zwischen Rotor 1b und Stator 1a zu verhindern. Maßgeblich am Aufbau des Schmierfilms beteiligt ist hier die Mischluft, die in Form kleiner Lufteinschlüsse im Schmierfilm vorliegt und deshalb einen vorbestimmten Volumenanteil im Schmierfilm übernimmt.
• Zu diesem Zweck wird das Schmieröl zusammen mit einer gesteuerten Menge Mischluft in den Schmierspalt 6 gefördert.
• Die Schmierölzufuhr erfolgt beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einer geeigneten Vorrichtung über die Öl-Luft- Gemischleitung 9a, die beispielsweise anhand der Fig. 2 noch näher erläutert wird, von der rechten durch den Pfeil gekennzeichneten Seite.
• Es handelt sich um ein Öl-Luft-Gemisch, welches unter einem bestimmten Vordruck steht und gegen das Rückschlagventil 10 läuft.
• Das Rückschlagventil 10 kann über den gezeigten Rechner und ein geeignetes Interface 11 bedarfsweise kurz geöffnet werden um das Öl-Luft-Gemisch dann über die gezeigte Leitung 31 in die Tasche 33 zu führen, wo es anschließend in den Schmierspalt 6 austreten kann.
• Der Rechner ist ferner von dem Ausgangssignal des Temperatursensors 19 beaufschlagt, der in den Stator 1a eingebaut ist und dessen Meßfläche sich unterhalb des Schmierspalts 6 befindet, um dort die aktuelle Temperatur im Schmierspalt 6 abzufragen.
• Ferner kann über einen entsprechenden Sensor 18 die Temperatur der Umgebung gemessen werden, die ebenfalls dem Rechner aufgeprägt wird.
• Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch bei Verfahren angewendet werden, bei denen sich die vom Rotor 1b auf den Stator 1a ausgeübte Last während des Betriebs ständig verändert.
• Dies ist beispielsweise bei Rotorflechtmaschinen der Fall, da dort das Spulengewicht im Laufe der Spulreise kontinuierlich abnimmt und auf diese Weise stets abnehmende dynamische, das heißt im Sinne der Erfindung pneumatisch-hydrodynamische Tragfähigkeit des Schmierfilms gefordert ist.
• Der Lastsensor 34 ist hier schematisch dargestellt und gibt sein Lastsignal über eine Funkeinrichtung auf eine korrespondierende Antenne, die am Rechner angebracht ist, so daß auch die zeitliche Änderung des Lastsignals in die Dosierung des Öl-Luft-Gemisches eingehen kann.
• Abweichend hiervon zeigt Fig. 1a eine Weiterbildung, bei welcher sich beidseits des Stators 1a jeweils ein Schmierspalt ausbildet, wobei der Rotor 1b den Stator zum Beispiel U-förmig umfaßt und gegebenenfalls auch an seinem Verbindungsschenkel unter Ausbildung eines pneumatisch-hydrodynamischen Schmierfilms am Stator verschleißfrei gleitgelagert ist.
• Dieser Anwendungsfall tritt insbesondere an Rotorflechtmaschinen auf, bei welchen die Gleitbahn- und die Schlittensegmente während des Betriebs mit zueinander entgegensetztem Drehsinn aneinander vorbeifahren, wobei sich auch hier stets zwischen den sich einander zugewandten Flächen von Rotor 1b und Stator 1a ein Schmierspalt ausbildet, der mit Öl-Luft-Gemisch im Sinne der Erfindung gefüllt ist.
• Ergänzend hierzu zeigt Fig. 2 ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form eines Schaltschemas.
• Ausgehend von einer Druckquelle 23 für Druckluft wird ein Teil der Druckluft über das Wegeventil 24 dem Schmierölspeicher 12 zugeführt.
• Es handelt sich dabei um ein Proportionalwegeventil oder um ein motorisches Manometer nach dem Prinzip Druckwaage.
• Auf diese Weise läßt sich der Durchfluß durch das Wegeventil 24 zum Druckspeicher 12 abhängig von der Stellung des Wegeventils so einstellen, daß auch geringste Mengen Druckluft in den Druckspeicher 12 gelangen können.
• Der Druckspeicher 12 beinhaltet das zum Aufbau des Schmierspalts 6 notwendige Schmieröl 15 und steht unter dem über das Wegeventil 24 eingesteuerten Druck, der über die Drucküberwachung 17 erfaßt und auf den Rechner 26 gegeben wird. Von dort wird der eingestellte Druck im Druckspeicher auf einen vorgegebenen Wert ausgeregelt. Dabei können auch die Temperaturen der Gleitbahn, der Umgebung, des Schmieröls jeweils allein oder kumulativ berücksichtigt werden, wenn man die temperaturabhängige Fließfähigkeit des Schmieröls berücksichtigen will.
• Im vorliegenden Fall ist innerhalb des Druckspeichers 12 eine Gummiblase 13 angeordnet, deren Gasraum 14 über das Wegeventil 24 mit dem bedarfsweise geforderten Druck aufgeblasen wird.
• Innerhalb des Schmieröls 15 befindet sich ein Temperatursensor 16, der die aktuelle Temperatur des Schmieröls 15 mißt und ein entsprechendes Signal an den Rechner 26 übermittelt.
• Dieses Signal dient dem Zweck, eine Überdosierung des Schmieröls zu vermeiden, wenn dieses infolge höherer Temperatur dünnflüssiger wird.
• Zu diesem Zweck ist der Temperatursensor 16 mit dem Rechner verbunden. Dort kann beispielsweise der funktionale Zusammenhang zwischen der Temperatur und der Viskosität des Schmieröls 15 abgelegt sein. Über eine entsprechend angesteuerte Dosiersignalleitung 35 soll dann die Schmierölmenge, die über die Schmierölzuführung 9 in die Mischkammer 7 gelangt, mit steigender Temperatur entsprechend reduziert werden.
• Ferner ist noch wichtig, daß zwischen dem Druckspeicher 12 und der Schmierölzuführung 9 ein Kapillarrohr 20 angeordnet ist, um die zur Mischkammer 7 geführte Menge an Schmieröl möglichst gering zu halten.
• Dies wird dadurch erreicht, daß das Kapillarrohr 20 einen äußerst dünnen Querschnitt hat und über diesen dünnen Querschnitt die Durchflußmenge pro Zeiteinheit des Schmieröls 15 entsprechend verlangsamt wird.
• Weiterhin ist mit der Druckquelle 23 über eine andere Leitung auch die Mischkammer 7 verbunden.
• Diese wird über das proportional arbeitende Wegeventil 25 mit jeweils so viel Mischluft pro Zeiteinheit versorgt, wie die Stellung des Wegeventils 25 vorgibt.
• Die so dosierte Menge Mischluft pro Zeiteinheit gelangt anschließend über die Luftleitung 8 in die Mischkammer 7, wo sie als Mischluft 8a über eine seitlich angeordnete Schmieröldüse 7a von dem jeweils zudosierten Schmierölstorm beaufschlagt wird.
• Die Mischluft wird also in einem Hauptstrom zu dem Schmierspalt 6 geführt, wobei dem Hauptstrom durch seitliche Einspeisung über die Düse 7a das Schmieröl zugeführt wird, sodaß die Mischluft mit dem Schmieröl aufgefettet wird.
• Im vorliegenden Fall ist darüber hinaus auch die Anwendung der Erfindung an einer Rotorflechtmaschine gezeigt.
• Bei derartigen Rotorflechtmaschinen drehen sich Gleitbahnsegmente 2 und Schlittensegmente 3 gruppenweise jeweils in zueinander entgegengesetztem Drehsinn 4 bzw. 5.
• Zwischen Gleitbahn- und Schlittensegmenten ist ein Schmierspalt entsprechend den Fig. 1 und 1a ausgebildet. Es gilt nun, diesen Schmierspalt intermittierend mit dem Öl- Luft-Gemisch gemäß vorliegender Erfindung zu versorgen.
• Dies erfolgt im Prinzip über die Öl-Luft-Gemischleitung 9a, nachdem der aus der Druckquelle 23 stammende Luftstrom und der aus dem Druckspeicher 12 stammende Ölstrom in der Mischkammer 7 entsprechend zubereitet worden sind.
• Hinter der Mischkammer 7 erfolgt eine geringfügige Verdichtung des Öl-Luft-Gemisches welches im Prinzip vor dem Rückschlagventil 10 ansteht. Das Rückschlagventil 10 kann über die Ansteuerleitung 11a kurzzeitig geöffnet werden, wozu es über ein Interface 11 entsprechend vom Rechner 26 beaufschlagt wird.
• Darüber hinaus ist vorgesehen, bei derartigen Rotorflechtmaschinen einen Sensor 21 zum Erfassen der Spulenmasse sowie einen Sensor 22 zum Erfassen der Rotorgeschwindigkeit einzubauen, die Ausgangssignale dieser beiden Sensoren gehen ebenfalls dem Rechner 26 zu.
• Anstelle eines Sensors 21 für die Spulenmasse kann die jeweils verbleibende Spulenmasse auch rechnerisch über die an sich bekannte Drehzahl und die Laufgeschwindigkeit des Flechtgutes ermittelt werden.
• Maßgeblich ist in jedem Fall für die rechnerische Ermittlung die zeitbezogene Massenreduktion der Ablaufspulen über die an sich bekannten Parameter.
• Fig. 3 zeigt darüber hinaus den Betriebsbereich 27, der von der vorliegenden Erfindung gefahren werden kann, während zugleich sämtliche Verschleißparameter durch mechanischen Kontakt zwischen Stator 1a und Rotor 1b ausgeschlossen werden.
• Fig. 3 zeigt insoweit die bekannte Stribeck-Kurve, die ein ausgeprägtes Minimum besitzt.
• Links dieses Minimums befindet sich das Gebiet der Mischreibung, während rechts des Minimums für den vorliegenden Fall der Erfindung der pneumatisch-hydrodynamisch wirksame und insoweit völlig verschleißfreie Bereich gezeigt ist.
• Um in jedem Falle einen verschleißbringenden Kontakt zwischen Rotor 1b und Stator 1a zu vermeiden, kann ein Sicherheitsabstand 28 von dem ausgeprägten Minimum eingehalten werden, welcher dafür sorgt, daß auch unter Berücksichtigung der Oberflächenrauhigkeiten der am Druckaufbau beteiligten Oberflächen von Rotor und Stator ein Flächenkontakt stets ausgeschlossen bleibt.
• Wesentlich für die Anwendung der Erfindung an einer Rotorflechtmaschine ist ein intermittierender Bedarf an Öl- Luft-Gemisch dann, wenn Gleitbahn- und Schlittensegmente in einer Position zueinander stehen, in welcher der pneumatisch- hydrodynamische Druckaufbau erforderlich ist, um den verschleißfreien Betrieb zu gewährleisten.
• Es muß daher bei Rotorflechtmaschinen eine Ansteuervorrichtung vorgesehen sein, über welche das Öl-Luft-Gemisch hinter der Mischkammer 7 intermittierend in den Schmierspalt 6 entlassen werden kann.
• Dieser Anforderung wird die vorliegende Erfindung bereits deshalb gerecht, da sich der fett eingestellte Strom aus Mischluft und Schmieröl mit herkömmlichen Steuermitteln einfach auch in geringen Dosierungen und mit hoher Frequenz zudosieren läßt.
• Hierin liegt ein wesentlicher Aspekt der Erfindung im Hinblick auf Rotorflechtmaschinen, da es bislang nicht gelungen ist, geringste Mengen an Schmieröl intermittierend so zu dosieren, daß praktisch keine Überdosierung erfolgt, während zugleich der Betriebsbereich 27 gemäß Fig. 3 in der verschleißfreien Zone rechts des Minimums der Stribeck-Kurve liegt.
• Allein durch die Möglichkeit, das Öl-Luft-Gemisch bedarfsweise fetter oder magerer einzustellen, läßt sich gemäß vorliegender Erfindung die Schmierölmenge soweit wie möglich reduzieren, während die Tragfähigkeit des pneumatisch-hydrodynamischen Schmierfilms einen verschleißfreien Betrieb der Gleitbahnpaarungen sicherstellt.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt also darin, daß der pneumatisch-hydrodynamische Schmierfilm eine Tragfähigkeit gewährleistet, die einen verschleißfördernden Flächenkontakt zwischen den Bestandteilen der Gleitbahnpaarung vermeidet ohne daß - wie bislang erforderlich - stets mit einem Überschuß an Schmieröl gefahren werden muß.
• Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt aber auch darin, daß diese Forderung insbesondere beim intermittierenden Dosierbetrieb, wie er beispielsweise an Rotorflechtmaschinen erforderlich ist, gewährleistet werden kann, da sich das mehr oder weniger fett eingestellte Öl-Luft-Gemisch auch in hohen Frequenzen auch bei geringen Ölmengen dosieren läßt.
• Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist der Drehschieber.
• Ein derartiger Drehschieber besteht prinzipiell aus einer rotierenden Drehschieberplatte 29, die mit Steueröffnungen 32 versehen ist. Die Steueröffnungen 32 liegen auf einem einheitlichen Radius der Drehschieberplatte und verbinden bei entsprechender Stellung die Öl-Luft-Gemischleitung 9a mit der Ableitung 31, die ihrerseits mit der Tasche 33 verbunden ist und so mit dem Schmierspalt 6 kommuniziert.
• Die Steueröffnungen 33 besitzen dabei voneinander einen Abstand, der ausreichend groß ist um einen kontinuierlichen Strom des Öl-Luft-Gemisches zeitweise zu unterbrechen, sodaß die Ableitung 31 zeitweise unbeaufschlagt bleibt.
• Über die Rotationsgeschwindigkeit der Drehschieberplatte 29 läßt sich somit leicht die Frequenz bestimmen, mit welcher das Leitungssystem 9a - 31 durchgängig bzw. nicht durchgängig ist. Diese Frequenz ist bei Rotorflechtmaschinen auf diejenige Frequenz abzustimmen, mit welcher das Öl-Luft-Gemisch an den Schmierstellen zwischen Gleitbahn- und Schlittensegmenten erforderlich ist.
• Ergänzend hierzu zeigt Fig. 5 das Prinzip der Erfindung anhand eines schematischen Luftstroms, der zunächst einmal der Mischkammer 7 zugeführt wird.
• Es handelt sich um einen reinen Luftstrom, der noch keinerlei Schmierölbestandteile enthält.
• Dieser Luftstrom wird innerhalb der Schmierkammer mehr oder weniger intermittierend mit Schmieröl angefettet sodaß sich hinter der Mischdüse 7a ein Öl-Mischluft-Strom ergibt, der dann in Richtung zur Dosiervorrichtung 10 bzw. 29 geführt wird.
• Dabei entsteht durch den Eintrag des Schmieröls in den ursprünglichen Strom aus Mischluft jeweils eine mit Schmieröl angefettete Zone im Öl-Luft-Gemisch, die ohne Einschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel beim Ausführungsbeipiel gemäß Fig. 2 über die Öl-Luft-Gemischleitung 9a zum Rückschlagventil 10 strömt, welches zeitweilig geschlossen und zeitweilig offen ist.
• Dabei rücken die mit Schmieröl angefetteten Zonen infolge eines gewissen Rückstaueffekts am Rückschlagventil 10 näher zusammen, wodurch die mit Schmieröl angefetteten Zonen mehr oder weniger einheitlich ineinander übergehen. Es entsteht dadurch praktisch ein Öl-Luft-Gemisch, welches über die gesamte Länge eine einheitliche Zusammensetzung aufweist, wobei insbesondere zu sagen ist, daß über die Frequenz des Schmieröleintrags in der Mischkammer 7 der Fettheitsgrad des Öl-Luft-Gemisches bestimmt werden kann.
• Das Rückschlagventil 10 wird - wie bereits erwähnt - über den Rechner 26 und das zwischengeschaltete Interface 11 bedarfsweise aufgesteuert, um auf diese Weise das vor dem Rückschlagventil 10 stehende Gemisch aus Mischluft und Schmieröl stückweise in die Ableitung 31 zu entlassen, welche die Schmierstellen mit diesem Öl-Luft-Gemisch versorgt.
• Die in Fig. 5 gezeigten lang gezogenen Tröpfchen hinter dem Rückschlagventil 10 besitzen voneinander denjenigen Zeitabstand, der durch die Öffnungszeiten des Rückschlagventils 10 vorgegeben ist. Dieser Abstand kann entsprechend der Schmierfrequenz eingestellt sein, der bei Rotorflechtmaschinen durch die Drehzahl zwischen Gleitbahn- und Schlittensegmenten vorgegeben ist.
• Es soll dabei jedoch ausdrücklich noch einmal darauf hingewiesen werden, daß diese tröpfchenweise zudosierten Mengen an Schmiermitteln aus einem Gemisch aus Mischluft und Schmieröl besehen, wobei der jeweilige Bestandteil an Schmieröl innerhalb weiter Bereiche vorbestimmt werden kann, während der Mischluftanteil auch am Aufbau des pneumatisch- hydrodynamischen Schmierfilms beteiligt ist und somit zur Tragfähigkeit dieses Schmierfilms beiträgt. Bezugszeichenaufstellung 1 Gleitbahnpaarung
  1a Stator
  1b Rotor
  2 Gleitbahnsegment
  3 Schlittensegment
  4 Drehsinn von 2
  5 Drehsinn von 3
  6 Schmierspalt
  7 Mischkammer
  7a Schmieröldüse
  8 Luftleitung
  8a Mischluft
  9 Schmierölzuführung
  9a Öl-Luft-Gemischleitung
  10 Rückschlagventil
  11 Interface
  11a Aufsteuerleitung
  12 Druckspeicher
  13 Gummiblase
  14 Gasraum
  15 Schmieröl
  16 Temperatursensor, Schmieröl
  17 Drucküberwachung
  18 Temperatursensor, Umgebung
  19 Temperatursensor, Schmierspalt
  20 Kapillarrohr
  21 Sensor, Spulenmasse
  22 Sensor, Rotationsgeschwindigkeit
  23 Druckquelle
  24 Wegeventil, Schmierölspeicher
  25 Wegeventil, Mischkammer
  26 Rechner, Steuerung
  27 Betriebsbereich
  28 Sicherheitsabstand
  29 Drehschieberplatte
  31 Ableitung
  32 Steueröffnung
  33 Tasche
  34 Lastsensor
  35 Dosiersignalleitung
  

Claims (23)

1. Verfahren zur Versorgung einer Gleitbahnpaarung (1) mit Schmieröl, wobei die Bestandteile (1a, 1b) der Gleitbahnpaarung während des Betriebs unter Ausbildung eines rechnerischen Schmierspalts (6) aneinander vorbeifahren während das Schmiermittel gesteuert in den Schmierspalt eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl (15) zusammen mit einer gesteuerten Menge Mischluft (8a) in den Schmierspalt (6) gefördert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl zusammen mit der Mischluft vor dem Schmierspalt vermischt und dann als Öl-Luft-Gemisch in den Schmierspalt gefördert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölmenge aus einem Druckspeicher (12) entnommen wird, dessen Druck auf einen der erforderlichen Fließgeschwindigkeit entsprechenden Wert ausgeregelt ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckspeicher (12) druckluftbeaufschlagt ist.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckspeicher (12) abhängig von der Temperatur der Umgebung so ausgeregelt wird, daß mit steigender Temperatur der Druck im Sinne der abnehmenden Viskosität des Schmieröls abnimmt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Druckspeicher (12) abhängig von der Temperatur im Schmierspalt (6) so ausgeregelt wird, daß mit steigender Temperatur der Druck im Sinne der abnehmenden Viskosität des Schmieröls abnimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl (15) zur Verringerung des Ölflusses pro Zeiteinheit vor dem Schmierspalt (6) durch ein Kapillarrohr (20) tritt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Mischluft (8a) auf einen vorbestimmten Wert ausgeregelt ist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der Mischluft (8a) im wesentlichen unabhängig von Veränderungen des Schmieröldrucks bleibt.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischluft (8a) in einem Hauptstrom geführt wird, und daß dem Hauptstrom durch seitliche Einspeisung über eine Schmieröldüse (7a) das Schmieröl (15) zugeführt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß pro Zeiteinheit der Volumenstrom Mischluft (8a) größer als der Volumenstrom Schmieröl (15) ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderung des Gemisches aus Schmieröl (15) und Mischluft (8a) intermittierend gesteuert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl (15) in einer möglichst geringen Menge zugeführt wird, jedoch in einer solchen Menge, daß zusammen mit der zugeführten Mischluft (8a) im Schmierspalt (6) ein pneumatisch-hydrodynamisch wirksamer und tragfähiger Schmierfilm entsteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schmieröl (15) und Mischluft (8a) in einer solchen Mindestmenge zugeführt werden, daß der pneumatisch-hydrodynamisch wirksame Schmierfilm (6) unter Berücksichtigung der Verfahrensparameter und insbesondere der Relativgeschwindigkeit |5-4| der Bestandteile (1a, 1b) der Gleitbahnpaarung (1) ausschließlich unter Flüssigkeitsreibung steht.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmieröl (15) intermittierend in den Strom der Mischluft (8a) eingetragen wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß hinter der Eintragstelle des Schmieröls (15) in die Mischluft (8a) zeitweiliges Aufstauen des Öl-Luft-Gemisches in einer Öl-Luft-Gemischleitung erfolgt.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Anteile an Schmieröl (15) und die Mischluft (8a) abhängig von derjenigen Last zusammengemischt werden, welche die Gleitbahnpaarung (1) belastet.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl-Luft-Gemisch abhängig von derjenigen Last dem Schmierspalt (6) zudosiert wird, welche die Gleitbahnpaarung (1) belastet.

19. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 18, mit einer Gleitbahnpaarung (1) deren Bestandteile (1a, 1b) sich relativ zueinander mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit |5-4| bewegen und die zwischen sich einen vorgegebenen Abstand zur Ausbildung eines Schmierspalts (6) bilden, mit einer Schmierölquelle (12) und einer Mischluftquelle die beide in eine Mischkammer (7) münden, von welcher eine Öl-Luft-Gemischleitung (9a) abgeht, die zumindest zeitweilig mit dem Schmierspalt (6) kommuniziert.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß in der Öl-Luft-Gemischleitung (9a) eine intermittierend aufsteuerbare Verschlußvorrichtung (10; 29) angeordnet ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölquelle (12) kontinuierlich mit der Mischkammer (7) verbunden ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmierölquelle (12) diskontinuierlich mit der Mischkammer (7) verbunden und ansonsten unterbrochen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, gekennzeichnet durch einen Regelkreis (16, 18, 19, 26, 35), welcher die jeweils zudosierte Menge an Schmieröl pro Zeiteinheit abhängig von der jeweils gemessenen Temperatur am Schmierspalt bzw. Umgebung bzw. Schmierölquelle so ausregelt, daß der Veränderung der Fließgeschwindigkeit des Schmieröls (15) infolge von Temperaturveränderungen Rechnung getragen wird.