DE102004013951A1

DE102004013951A1 - Linerareinheit mit Schmiervorrichtung

Info

Publication number: DE102004013951A1
Application number: DE200410013951
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl.-Ing. Schlereth (FH)
Original assignee: Rexroth Star GmbH
Current assignee: Bosch Rexroth AG
Priority date: 2004-03-22
Filing date: 2004-03-22
Publication date: 2005-10-13

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit mit einer Schmiervorrichtung (50) zum Zuführen von Schmierstoff (S) zu wenigstens einer Schmierstoffabgabestelle (62, 62') der Lineareinheit, wobei die Schmiervorrichtung (50) wenigstens eine mit einem Schmierstoffvorrat (56) verbundene Mikropumpe (52) umfasst sowie eine die Mikropumpe (52) mit der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle (62, 62') verbindende Schmierstoff-Leitungsanordnung (60). Erfindungsgemäß umfasst dabei die Schmierstoff-Leitungsanordnung (60) wenigstens eine Einzelkapillarhohlleitung (64, 64', 66).

Description

Die Erfindung betrifft eine Lineareinheit mit einer Schmiervorrichtung zum Zuführen von Schmierstoff zu wenigstens einer Schmierstoffabgabestelle der Lineareinheit, wobei die Schmiervorrichtung wenigstens eine mit einem Schmierstoffvorrat verbundene Mikropumpe umfasst sowie eine die Mikropumpe mit der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle verbindende Schmierstoff-Leitungsanordnung.

Eine derartige Lineareinheit ist beispielsweise aus der DE 196 47 937 A1 bekannt. Bei dieser Lineareinheit ist jeder Schmierstoffabgabestelle eine gesonderte Schmierstoff fördernde Mikropumpe zugeordnet, die in unmittelbarer Nähe der Schmierstoffabgabestelle angeordnet ist. Die Schmiervorrichtung der bekannten Lineareinheit ist daher nicht nur in der Anschaffung teuer, sondern es muss auch in unmittelbarer Nähe der Schmierstoffabgabestellen der für die Mikropumpen erforderliche Bauraum zur Verfügung gestellt werden.

Aus der DE 196 47 937 A1 ist es aber auch bekannt, für die Schmierstoffzufuhr zu den Schmierstoffabgabestellen eine gemeinsame Schmierstoff-Hauptleitung zu benutzen, von der aus die einzelnen Schmierstoffabgabestellen über eine Mehrzahl von Schmierstoff-Nebenleitungen und diesen Schmierstoff-Nebenleitungen zugeordnete Zumessventile versorgt werden. Auch diese Schmiervorrichtung ist aufgrund der Vielzahl vorzusehender Zumessventile kostspielig in der Anschaffung und erfordert relativ viel Bauraum.

Bei sämtlichen bekannten Schmiervorrichtungen für Lineareinheiten stellt sich zudem das Problem, dass der Schmierstoff aus den den Mikropumpen bzw. Zumessventilen nachgeordneten Leitungsabschnitten bei Stillstand der Mikkopumpe in unerwünschter Weise ausläuft.

Zum Stand der Technik wird ergänzend noch auf die DE 197 54 454 A1 verwiesen. Bei der dort beschriebenen Lineareinheit besitzt die Schmiervorrichtung einen separaten, am linear verfahrenden Teil der Lineareinheit angebrachten Speichertank. Aus diesem Tank gelangt Schmierstoff über einen Schlauch, der in seinem Inneren ein verfilztes Faserelement aufweist, zu dem Zufuhrteil. Außerdem kann die zuzuführende Schmierstoffmenge über ein Ventil gesteuert werden.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lineareinheit bereitzustellen, deren Schmiervorrichtung raumsparend und kostengünstig ist und gleichzeitig ein Leerlaufen der Schmierstoff-Leitungsanordnung bei Stillstand der Mikropumpe verhindert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lineareinheit der gattungsgemäßen Art gelöst, bei welcher die Schmierstoff-Leitungsanordnung wenigstens eine Einzelkapillarhohlleitung umfasst. Der Begriff „Einzelkapillarhohlleitung" wird in dieser Anmeldung im Sinne einer einzigen Hohlleitung verwendet, deren Durchmesser so klein ist, dass der Schmierstoff in ihr den Kapillareffekt zeigt. Dieser Begriff grenzt die Erfindung gegenüber dem Einsatz von Dochten, Filzen oder dergleichen zur Schmierstoffzufuhr ab. Diese verfügen über eine Unzahl von einzelnen Kapillarhohlräumen, die in chaotischer Anordnung miteinander parallel und/oder in Reihe verbunden sind und so eine Schmierstoffzufuhr durch Kapillarwirkung bereitstellen. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Schmierdochte bzw. Schmierfilze an die Lineareinheit den Schmierstoff undefiniert abgeben, so dass die Gefahr besteht, dass mehr Schmierstoff abgegeben wird als zur Schmierung tatsächlich erforderlich ist. Dies ist nicht nur aus Kostengründen, sondern auch aus Umweltschutzgründen nachteilig.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass in der gesamten Beschreibung der vorliegenden Anmeldung auch das Wort „Kapillare" als Abkürzung für den Begriff „Einzelkapillarhohlleitung" verwendet werden wird.

Bei der erfindungsgemäßen Lineareinheit wird der Schmierstoff bei einem Stillstand der Mikropumpe aufgrund des Kapillareffekts in der Schmierstoff-Leitungsanordnung, insbesondere der Kapillare, zurückgehalten. Der Kapillareffekt verhindert somit das unerwünschte Leerlaufen der Schmierstoff-Leitungsanordnung. Zudem kann durch die erfindungsgemäße Schmierstoff-Leitungskapillare aufgrund deren geringen Durchmessers und somit hohen Strömungswiderstands auch nur eine geringe Menge von Schmierstoff zu der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle der Lineareinheit gefördert werden, was einem übermäßigen Schmierstoffverbrauch vorbeugt.

Aber selbst dann, wenn man eine Mikropumpe verwendet, die eine Förderrate von nur etwa 3 ml/h und mehr aufweist, kann die zugeführte Schmierstoffmenge für eine im Betrieb der Lineareinheit kontinuierliche Schmierung immer noch zu groß sein. Man muss sich dabei vor Augen halten, dass ein Schmierstofftropfen etwa 5 bis 10 μl Schmierstoff enthält.

Um die zu der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle jeweils geförderte Schmierstoffmenge, insbesondere im Hinblick auf eine möglicherweise gewünschte Realisierung einer Dauerschmierung, weiter reduzieren zu können, wird vorgeschlagen, dass die Schmierstoff-Leitungsanordnung eine Hauptstrom-Leitung und wenigstens eine Nebenstrom-Kapillare umfasst, wobei sich der von der Mikropumpe kommende Schmierstoff-Gesamtstrom an einer Verzweigungsstelle in einen durch die Hauptstrom-Leitung zum Schmierstoffvorrat zurückgeführten Schmierstoff-Hauptstrom und wenigstens einen durch jeweils eine Nebenstrom-Kapillare zu der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle geführten Schmierstoff-Nebenstrom aufteilt. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn auch die Hauptstrom-Leitung von einer Kapillare gebildet ist. Durch entsprechende Bemessung der Hauptstrom-Leitung kann erreicht werden, dass der Großteil des von der Mikropumpe geförderten Schmierstoffs wieder zum Schmierstoffvorrat zurückgeführt wird und lediglich ein geringer Bruchteil des Schmierstoff- Gesamtstroms zu der Schmierstoffabgabestelle gelangt. Beispielsweise kann die in einem Schmierstoff-Nebenstrom geförderte Schmierstoffmenge weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 1,0%, noch bevorzugter nur etwa 0,03%, der im gleichen Zeitintervall im Schmierstoff-Gesamtstrom geförderten Schmierstoffmenge betragen.

Als Schmierstoff kommt bevorzugt ein Schmierstoff zum Einsatz, dessen Viskosität derart gewählt ist, dass sie bei einer Temperatur von etwa 40°C zwischen etwa 30 mm/s² und etwa 460 mm/s² beträgt, d.h. vorzugsweise ein Schmieröl.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Einzelkapillarhohlleitung aus Kunststoff gefertigt ist. Grundsätzlich ist jedoch auch eine Herstellung aus anderen Werkstoffen, beispielsweise Glas, denkbar.

Die Lineareinheit kann beispielsweise eine Linearführungseinrichtung sein mit einer sich in einer Längsrichtung erstreckenden Führungsschiene und einem auf der Führungsschiene verschiebbar geführten Führungswagen. Alternativ kann die Lineareinheit aber auch eine Linearantriebsvorrichtung sein mit einer sich in einer Längsrichtung erstreckenden Gewindespindel und einer auf der Gewindespindel relativ zu dieser verdrehbar angeordneten Gewindemutter.

Mit der erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung lassen sich bei Lineareinheiten somit sowohl eine präventive Intervallschmierung als auch eine Minimalmengenschmierung bzw. eine bedarfsabhängige Schmierung realisieren.

Bei der präventiven Schmierung erfolgt die Schmierstoffzufuhr in definierten Zeitintervallen. Diese können zeitabhängig oder betriebsstundenabhängig gewählt sein. Die zugeführte Schmierstoffmenge ist dabei so bemessen, dass ein Trockenlaufen der Lineareinheit ausgeschlossen werden kann. Nachteil dieser Methode ist jedoch, dass der Schmierstoffbedarf abhängig vom Einsatzfall stark variieren kann, was zu einer Beeinträchtigung der Leistungsdaten der Lineareinheit führen kann, und noch immer üblicherweise eine zu große Menge an Schmierstoff zugeführt wird.

Als Minimalmengenschmierung bezeichnet man eine Schmierstrategie, bei der der Schmiermittelauftrag auf die geringste erforderliche Menge reduziert wird. Durch diese Minimierung kann es jedoch zum Teil zu einer Mangelschmierung kommen, sodass die Gefahr des Trockenlaufens der Lineareinheit und einer vorübergehenden erhöhten Belastung besteht, die zu zusätzlichem Verschleiß, zu einer Beeinträchtigung der Leistungsdaten oder sogar zur Zerstörung der Lineareinheit führen kann.

Die bedarfsabhängige Schmierung orientiert sich hingegen am tatsächlichen Schmierstoffbedarf in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand und den Umgebungsbedingungen. Voraussetzung für die bedarfsabhängige Schmierung ist daher eine kontinuierliche Überwachung der Schmierstelle und der zugehörigen Parameter in Verbindung mit einem entsprechenden Regelkreis, der im Bedarfsfall die Zufuhr von Schmierstoff regelt.

Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung;
2 eine Ansicht ähnlich 1 einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung;
3 eine Linearführungsanordnung als Beispiel für eine erfindungsgemäße Lineareinheit; und
4 eine Linearantriebsanordnung als weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Lineareinheit.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Schmiervorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Sie umfasst eine Mikropumpe 12, die Schmierstoff S aus einem Schmierstoffvorrat 16 über eine Zufuhrleitung 18 ansaugt und in eine Schmierstoff-Leitungsanordnung 20 abgibt, welche den Schmierstoff S zu einer Schmierstoffabgabestelle 22 fördert. Erfindungsgemäß umfasst die Schmierstoff-Leitungsanordnung 20 wenistens eine Einzelkapillarhohlleitung bzw. Kapillare 24, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel von der Mikropumpe 12 zur Schmierstoffabgabestelle 22 führt. Der Fall, dass die Schmiervorrichtung 10 mehr als eine Schmierstoffabgabestelle mit Schmierstoff S versorgt, ist in 1 gestrichelt dargestellt, nämlich durch eine weitere Kapillare 24', die zu einer weiteren Schmierstoffabgabestelle 22' führt.
Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform wird im Wesentlichen der gesamte von der Mikropumpe 12 bereitgestellte Schmierstoff S zu den Schmierstoffabgabestellen 22, 22' gefördert. Sollte die mit der Ausführungsform gemäß 1 pro Zeiteinheit geförderte Menge an Schmierstoff S jedoch zu hoch sein, beispielsweise weil man nicht eine Intervallschmierung, sondern eine Dauerschmierung realisieren möchte, so kann dies mit der in 2 dargestellten Ausführungsform in die Praxis umgesetzt werden.
Bei der in 2 dargestellten Schmiervorrichtung 50 saugt die Mikropumpe 52 Schmierstoff S aus einem Schmierstoffvorrat 56 über eine Leitung 58 in einer pro Zeiteinheit vorbestimmten Menge an, die in 2 mit „(1)" bezeichnet ist. Die Mikropumpe 52 fördert den angesaugten Schmierstoff S dann weiter zu einer Verzweigungsstelle 54, wo sich der Schmierstoff-Gesamtstrom G in einen Schmierstoff-Hauptstrom H und wenigstens einen Schmierstoff-Nebenstrom N aufteilt. Die zum Fördern des Schmierstoff-Nebenstroms N vorgesehene Kapillare 64 der Leitungsanordnung 60 fördert dabei lediglich den einen Bruchteil f des Gesamtstroms G zur Schmierstoffabgabestelle 62, was in 2 durch „(f)" angedeutet ist. Der bei weitem größere Teil des Gesamtstroms, nämlich der Bruchteil (1 – f) des Gesamtstroms G wird über eine weitere Kapillare 66 zum Schmierstoffvorrat 56 zurückgefördert, was in 2 mit „(1 – f)" angedeutet ist.
Wie bei der Ausführungsform gemäß 1 kann auch die Schmierstoff-Leitungsanordnung 60 gemäß 2 eine Mehrzahl von Schmierstoffabgabestellen 62, 62' mit Schmierstoff S versorgen, was in 2 durch die gestrichelte Nebenkapillare 64' angedeutet ist.
Der Bruchteil f des Schmierstoff-Gesamtstroms, der im Nebenstrom N zur Schmierstoffabgabestelle 62 gefördert wird, kann durch entsprechende Bemessung der Haupt- und Nebenstromkapillaren 66 und 64 bestimmt werden, da der Strömungswiderstand einer Kapillare zu deren Länge proportional und zu ihrer Querschnittsfläche umgekehrt proportional ist. Beispielsweise kann mit einer Hauptstromkapillaren 66 von 85 mm Länge und 0,381 mm Innendurchmesser und einer Nebenstromkapillare 64 von 380 mm Länge und 0,0635 mm Innendurchmesser erreicht werden, dass im Nebenstrom N lediglich 0,03% des von der Mikropumpe 52 geförderten Gesamtstroms G an Schmierstoff S zur Schmierstoffabgabestelle 62 gelangt.
In 3 ist als ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Lineareinheit eine Linearführungsanordnung 100 dargestellt mit einer sich in Längsrichtung L erstreckenden Führungsschiene 102 und einem auf der Führungsschiene in deren Längsrichtung L geführten Führungswagen 104. In dem Führungswagen 104 sind eine Mehrzahl von endlosen Wälzkörperumläufen vorgesehen, mittels derer der Führungswagen 104 auf Laufflächen 106 der Führungsschiene 102 geführt ist. Üblicherweise sind die Schmierstoffabgabestellen im Bereich der Umkehrabschnitte der Wälzkörperumläufe vorgesehen, welche in den Endplatten 108 des Führungswagens 104 vorgesehen sind.
Als weiteres Beispiel für eine erfindungsgemäße Lineareinheit ist in 4 eine Linearantriebsanordnung 200 dargestellt. Diese Linearantriebsanordnung 200 umfasst eine sich in Längsrichtung L erstreckende Gewindespindel 202, welche an einer nicht dargestellten, übergeordneten Baueinheit um ihre Längsachse L drehantreibbar angeordnet ist. Auf der Gewindespindel ist eine Gewindemutter 204 relativ zur Gewindespindel 202 verdrehbar, relativ zu der übergeordneten Baugruppe jedoch unverdrehbar geführt. Auch der Eingriff zwischen Gewindespindel 202 und Gewindemutter 204 kann über eine Mehrzahl von Wälzkörperumläufen erfolgen, denen im Betrieb Schmierstoff zugeführt werden muss.

Claims

Lineareinheit (100; 200) mit einer Schmiervorrichtung (10; 50) zum Zuführen von Schmierstoff (S) zu wenigstens einer Schmierstoffabgabestelle (22, 22'; 62, 62') der Lineareinheit, wobei die Schmiervorrichtung (10; 50) wenigstens eine mit einem Schmierstoffvorrat (16; 56) verbundene Mikropumpe (12; 52) umfasst sowie eine die Mikropumpe (12; 52) mit der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle (22, 22'; 62, 62') verbindende Schmierstoff-Leitungsanordnung (20; 60), dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoff-Leitungsanordnung (20; 60) wenigstens eine Einzelkapillarhohlleitung (24, 24; 64, 64', 66) umfasst.
Lineareinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierstoff-Leitungsanordnung (60) eine Hauptstrom-Leitung (66) und wenigstens eine Nebenstrom-Einzelkapillarhohlleitung (64, 64') umfasst, wobei sich der von der Mikropumpe (52) kommende Schmierstoff-Gesamtstrom (G) an einer Verzweigungsstelle (54) in einen durch die Hauptstrom-Leitung (66) zum Schmierstoffvorrat (56) zurückgeführten Schmierstoff-Hauptstrom (H) und wenigstens einen durch jeweils eine Nebenstrom-Einzelkapillarhohlleitung (64, 64') zu der wenigstens einen Schmierstoffabgabestelle (62, 62') geführten Schmierstoff-Nebenstrom (N) aufteilt.
Lineareinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auch die Hauptstrom-Leitung (66) von einer Einzelkapillarhohlleitung gebildet ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Schmierstoff-Nebenstrom (N) geförderte Schmierstoffmenge weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 1,0%, noch bevorzugter nur etwa 0,03%, der im gleichen Zeitintervall im Schmierstoff-Gesamtstrom (G) geförderten Schmierstoffmenge beträgt.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Viskosität des Schmierstoffs (S) derart gewählt ist, dass sie bei einer Temperatur von etwa 40°C zwischen etwa 30 mm/s² und etwa 460 mm/s² beträgt.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikropumpe (12; 52) einen Schmierstoff-Gesamtstrom (G) von etwa 3ml/h und mehr fördert.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Einzelkapillarhohlleitung (24, 24'; 64, 64', 66) aus Kunststoff gefertigt ist.
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lineareinheit eine Linearführungsvorrichtung (100) ist mit einer sich in einer Längsrichtung (L) erstreckenden Führungsschiene (102) und einem auf der Führungsschiene (102) verschiebbar geführten Führungswagen (104).
Lineareinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lineareinheit eine Linearantriebsvorrichtung (200) ist mit einer sich in einer Längsrichtung (L) erstreckenden Gewindespindel (202) und einer auf der Gewindespindel (202) relativ zu dieser verdrehbar angeordneten Gewindemutter (204).