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Die Erfindung betrifft ein autarkes, elektrisch angetriebenes Hochdruck-Schmieraggregat für eine autonome Zentralschmieranlage zur Erzeugung eines Schmierdruckes, durch den wenigstens eine Schmierstelle mit Schmierstoff versorgbar ist, mit mindestens einem Pumpenkolben, der in einem Pumpenzylinder hin und her bewegbar angeordnet ist, mit einem elektromotorischen Antrieb, der über einen Antriebsstrang mit Untersetzungsgetriebe mit dem Pumpenkolben verbunden ist, und mit wenigstens einem Batteriemodul, das als elektrische Energiequelle mit dem elektromotorischen Antrieb verbunden ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Schmierdruckes, wobei ein elektromotorischer Antrieb durch die elektrische Energie eines Batteriemoduls angetrieben wird und den Schmierdruck erzeugt.
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Aus der
DE 92 14 096 U1 ist ein automatischer Schmiermittelspender mit einem batteriebetriebenen Motor bekannt, der über ein Untersetzungsgetriebe eine Drehwelle mit einem Außengewinde antreibt. Durch die Rotation der Drehwelle wird ein Kolben mit einer Kolbenstange, die eine Gewindebohrung aufweist, nach unten gedrückt, wodurch Schmiermittel aus einem Schmiermittelbehälter durch eine Auslassöffnung gepresst wird. Somit ist der Schmiermittelspender der
DE 92 14 096 U1 dazu in der Lage, eine Schmierstelle mit Schmierstoff zu versorgen, auch wenn keine elektrische Energiequelle, beispielsweise ein zentrales Stromnetz oder eine Autobatterie, in der Nähe der Schmierstelle vorhanden ist. Allerdings ist die Vorrichtung der
DE 92 14 096 U1 hinsichtlich Fertigung und Wartung verbesserungswürdig.
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Dieses Problem wird bei dem Schmiermittelspender der
EP 0 845 631 B1 , welcher nach dem gleichen Prinzip wie die Vorrichtung der
DE 92 14 096 U1 funktioniert, dadurch gelöst, dass der Schmiermittelspender aus drei zusammensetzbaren Teilen aufgebaut ist. Für die Montage wird lediglich das als Deckel ausgebildete Oberteil mit dem Unterteil, welches als Schmiermittelvorrat dient, verschraubt. Die Verschraubung von Ober- und Unterteil führt gleichzeitig zur Positionierung und Fixierung eines Einsatzes, auf dem der Antrieb mit dem Kolben und das Batteriefach befestigt sind, zwischen dem Ober- und dem Unterteil.
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Jedoch ist bei beiden bisher beschriebenen Vorrichtungen nachteilig, dass die Höhe des erzeugbaren Druckes gering ist, so dass eine Versorgung der Schmierstelle bei niedrigen Temperaturen und langen Schmierleitungen oder der Antrieb eines passiven Progressivverteilers zur Versorgung mehrer Schmierstellen nicht gewährleistet ist.
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Eine Vorrichtung, die eine dosierte Schmierstoffmenge mit größerem Druck austrägt, ist in der
DE 102 34 881 A1 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung wird der Schmierstoff aus einem Vorratsbehälter mittels eines Stellkolbens zunächst durch einen Durchlasskanal in der Gewindestange des Stellkolbens in eine Axialbohrung eines Stößels gepumpt. Der Stößel ist in Verlängerung zur Gewindestange angeordnet. Der Antrieb der
DE 102 34 881 A1 enthält eine motorgetriebene, koaxial den Stößel umschließende Antriebswelle mit einer Steuerfläche. Der Antrieb bewegt erstens den Stellkolben und erzeugt zweitens eine Hubbewegung des Stößels. Zur Umwandlung der Drehbewegung der Antriebswelle in die Hubbewegung des Stößels, sind die Steuerfläche der Welle und ein Stößelkopf mit komplementären Kulissenflächen an ihren Kontaktflächen versehen. Da der Stößel bzw. der Stößelkopf drehstarr montiert sind, erzeugt die Rotation der Antriebswelle eine Hubbewegung des Stößels, wodurch der Schmierstoff aus der Axialbohrung des Stößels mit einem Förderdruck durch eine Auslassöffnung am Stößelende gepresst wird. Allerdings ist auch der Förderdruck der Schmiervorrichtung der
DE 102 34 881 A1 aufgrund der Energieverluste, die durch die Reibung an den Kontaktflächen von Steuerfläche und Stößelkopf auftreten, nicht ausreichend, um passive druckbetätigte Verteiler mit dem erzeugten Schmierdruck zu betreiben.
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Ferner ist bei den aus dem Stand der Technik bekannten batteriebetriebenen Schmiermittelspendern nachteilig, dass sie als Einzelpunktschmierstoffgeber lediglich eine einzelne Schmierstelle mit Schmiermittel versorgen können. Deshalb muss an jeder einzelnen Schmierstelle ein separater, einzeln zu wartender Spender angebracht sein.
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Somit ist es nicht möglich, eine Zentralschmieranlage mit einem Schmieraggregat zu betreiben, das autark und unabhängig von einer externen Energiequelle, wie einer Autobatterie oder dem zentralen Stromnetz, angetrieben wird.
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Um dennoch mehrere Schmierstellen mit einem batteriebetriebenen Schmierstoffgeber zu betreiben, ist aus der
EP 1 418 379 A2 eine Verteilervorrichtung bekannt, bei der ein hohler Verteilerkörper drehbar in einer feststehenden Verteilerhülse angeordnet ist. Der hohle Verteilerkörper ist dichtend in der Verteilerhülse aufgenommen, so dass der Schmierstoff durch versetzt zueinander angeordnete, radiale Verteilerbohrungen im Körper geleitet wird. Wenn der Verteilerkörper eine Winkelstellung in der Verteilerhülse annimmt, bei der eine radiale Verteilerbohrung fluchtend zu einer Austrittsöffnung in der Verteilerhülse liegt, wird die an dieser Auslassöffnung angeschlossene Nebenleitung nacheinander mit Schmierstoff versorgt. Auf diese Weise ist es möglich, durch die Drehbewegung des Verteilerkörpers mehrere Schmierstellen mit Schmierstoff zu versorgen. Allerdings ist bei der Verteilervorrichtung der
EP 1 418 379 A2 erforderlich, dass die Verteilervorrichtung an eine Spannungsversorgung angeschlossen ist, welche die Energie für die aktive herbeigeführte Rotation des Verteilerkörpers zur Verfügung stellt. Somit ist die Verteilervorrichtung der
EP 1 418 379 A2 kein passiver Verteiler, der lediglich vom Schmierdruck des Schmieraggregats betrieben wird.
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In der
EP 1 052 445 A1 ist ein Schmieraggregat mit einem Gehäuse, das ein Reservoir zur Aufnahme eines Vorrats an Schmiermittel bereitstellt, einer Pumpe in dem Gehäuse und ein Schmierstoffverteiler, der dichtend mit dem Gehäuse verbunden ist, beschrieben. Der Verteiler weist einen Eingang für Schmierstoff sowie mehrere Ausgänge zum Weiterleiten von Schmierstoff an verschiedene Schmierpunkte auf. Verteiler und Gehäuse haben komplementäre Flächen, die gegeneinander abgedichtet sind, so dass der Schmierstoff aus dem Gehäuse direkt über an den Verteiler angeschlossene Leitungen gefördert werden kann.
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Die
DE 691 10 991 T2 betrifft eine Zentralschmiervorrichtung mit einer Pumpenvorrichtung mit einem Motor, einem in Verbindung mit dem Motor betreibbaren Pumpenelement, einem mit der Ansaugseite des Pumpenelementes in Verbindung stehenden Tank und einem mit der Auslassseite des Pumpenelementes in Verbindung stehenden Auslasskanal, einer an den Auslasskanal der Pumpenvorrichtung angeschlossenen Hauptzuführleitung, und einer Mehrzahl an die Hauptzufuhrleitung angeschlossenen Verteiler.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein kompaktes, einfach zu wartendes und zu überwachendes Hochdruck-Schmieraggregat bereitzustellen, das mit hohem Wirkungsgrad autark funktionsfähig dazu in der Lage ist, eine große Anzahl von Schmierstellen einer Zentralschmieranlage, die üblicherweise weit auseinander liegen, mit passiven Progressivverteilern zu betreiben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Pumpenkolben im Wesentlichen achsenparallel zur Spindel des Antriebsstranges angeordnet ist und das Schmieraggregat reibungsreduziert ausgestaltet ist, indem der Antriebsstrang mit zwischen einem Hubelement und dem Pumpenkolben angeordneten Wälzkontaktmitteln versehen ist, und dass der in Betrieb vom Hochdruck-Schmieraggregat erzeugte Schmierdruck wenigstens den Antriebsdruck eines passiven Progressivverteilers entspricht, wobei als Wälzkontaktmittel die Kontaktflächen zwischen dem Hubelement und dem Pumpenkolben so geformt und zueinander angeordnet sind, dass die Rotation des Hubelementes radial zur Hubbewegung wirkende Kräfte auf den Pumpenkolben überträgt und diesen in Rotation versetzt. Unter Hubelement ist ein Bauteil zu verstehen, dass die Rotation einer Welle in eine Hubbewegung eines Kolbens umsetzt, wie beispielsweise eine Kurvenscheibe, eine Taumelscheibe oder einen Exzenter. Diese Axialbauweise zeigt gegenüber der geläufigeren Radialbauweise mit Exzenter als Hubmittel einen verbesserten Wirkungsgrad. Wenn der Pumpenkolben achsparallel zur Spindel angeordnet ist, können also besonders hohe Schmierdrücke erzeugt werden. Ein zusätzlicher Vorteil der Axialbauweise ist, dass der Pumpenkolben, und somit auch das Schmieraggregat, in radialer Richtung bezüglich der Spindel des Antriebsstranges weniger Raum benötigt. Wenn das Hochdruck-Schmieraggregat mit einem Schmiermittelvorratsbehälter mit Rührwerk ausgestaltet ist, kann so der Durchmesser des Rührers verkleinert werden. Ein reduzierter Rührerdurchmesser bedeutet eine Verringerung des erforderlichen Antriebsmomentes für das Rührwerk, was ebenfalls zu Gunsten des Wirkungsgrades und der Effizienz des Schmieraggregates geht.
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Für das erfindungsgemäße Verfahren wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Reibung am Antriebsstrang durch zwischen einem Hubelement und dem Pumpenkolben angeordneten Wälzkontaktmitteln verringert und ein so hoher Schmierdruck erzeugt wird, dass passive Progressivverteiler betrieben werden können, wobei der Pumpenkolben im Wesentlichen achsenparallel zur Spindel des Antriebsstranges angeordnet ist, und wobei als Wälzkontaktmittel die Kontaktflächen zwischen dem Hubelement und dem Pumpenkolben so geformt und zueinander angeordnet sind, dass die Rotation des Hubelementes radial zur Hubbewegung wirkende Kräfte auf den Pumpenkolben überträgt und diesen in Rotation versetzt.
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Durch diese Lösung ist es möglich, mit einem batteriebetriebenen Schmieraggregat so hohe Drücke zu erzeugen, dass damit eine Zentralschmieranlage mit handelsüblichen Standard-Progressivverteilern an jedem Ort betrieben werden kann. Die Wälzkontaktmittel des Antriebsstranges senken die Reibungsverluste, die beispielsweise bei der Vorrichtung der
DE 102 34 881 A1 an der Kontaktfläche zwischen Antriebswelle und Stoßkopf besonders hoch sind, so dass die Energie des Batteriemoduls, beispielsweise einer Primärbatterie, eines wiederaufladbarer Akku oder einer Brennstoffzelle, ausreicht, um sehr hohe Schmierdrücke über 50 bar zu erzeugen.
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Ferner ist es aufgrund der höheren Schmierdrücke nun möglich, den Schmierstoff über längere Transportstrecken zu fördern und mehr Schmierstellen mit einem einzelnen Schmieraggregat zu versorgen. Da nur noch ein zentrales Schmiersystem zu warten und überwachen ist, bietet die erfindungsgemäße Lösung den Vorteil eines sicheren Schmiersystems, das auch dort eingesetzt werden kann, wo bisher keine Spannungsversorgung vorhanden ist, bzw. wo die Kosten und der Aufwand für den Anschluss an vorhandene Spannungsversorgungen zu hoch sind.
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Das solchermaßen verbesserte autarke Hochdruck-Schmieraggregat kann durch verschiedene, voneinander unabhängige, jeweils für sich vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt sein. Auf diese Ausgestaltungen und die mit den Ausgestaltungen jeweils verbundenen Vorteile wird im Folgenden kurz eingegangen.
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So können Wälzlager als Wälzkontaktmittel am Antriebsstrang angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Reibungsverluste gegenüber den gängigen gleitgelagerten Konstruktionen deutlich reduziert sind. Auf diese Weise steigt der Wirkungsgrad des Hochdruck-Schmieraggregates, wodurch es möglich ist, die begrenzte, vom Batteriemodul zur Verfügung gestellte elektrische Energie in sehr hohe Schmierdrücke umzuwandeln. Die Wälzlager können an jeder Stelle des Antriebsstranges angeordnet sein.
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Um den Wirkungsgrad des Hochdruck-Schmieraggregates zu verbessern, können die Wälzkontaktmittel im Kraftfluss der Kolbenkräfte angeordnet sein. In diesem Fall sind die Wälzkontaktmittel unmittelbar an den Stellen angeordnet, wo die höchsten Reibkräfte bzw. Reibmomente und somit auch die größten Energieverluste auftreten. Dies betrifft insbesondere Ausführungen, bei denen die Wälzkontaktmittel an Lagerstellen der rotierenden Antriebsspindel angeordnet sind.
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Als Wälzkontaktmittel sind die Kontaktflächen zwischen dem Hubelement und dem Pumpenkolben, insbesondere dem Kolbenkopf des Pumpenkolbens so geformt und zueinander angeordnet, dass die Rotation des Hubelementes nicht ausschließlich in die translatorische Hubbewegung des Pumpenkolbens umgesetzt wird, sondern außerdem radial zur Hubbewegung wirkende Kräfte auf den Pumpenkolben übertragen werden und diesen in Rotation versetzen.
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Um ein möglichst gleichmäßiges Antriebsdrehmoment zu erhalten, kann das Hubelement an einer Kontaktfläche, die mit dem Pumpenkolben in Verbindung steht, so geformt sein, dass während des Druckhubes eine Drehgeschwindigkeit des Hubelementes in eine im Wesentlichen konstante Hubgeschwindigkeit des Pumpenkolbens umwandelbar ist. Hierzu kann die Kontaktfläche bei einer Radialpumpenbauweise als eine Nocke oder bei einer Axialpumpenbauweise als eine Ebene, die bezüglich der Drehachse der Abtriebsspindel geneigt ist, geformt sein. Somit kann sich der Pumpenkolben während des Druckhubes mit einer im Wesentlichen konstanten Hubgeschwindigkeit, die von der Drehgeschwindigkeit des Hubelementes abhängt, bewegen.
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Auf diese Weise erreicht man, dass eine Kinematik mit gleichmäßig geringem Kraftbedarf und damit hohem Wirkungsgrad für den Antriebsstrang verwendet wird. Weiterhin verringert sich die Reibung zwischen Hubelement und Kolbenkopf, weil sich der Pumpenkolben nicht drehstarr zum Hubelement verhält. So verbessert eine Rotationsbewegung des Pumpenkolbens im Pumpenzylinder die tribologischen Eigenschaften der Kontaktstelle zwischen Hubelement und Pumpenkolben, was sich positiv auf die Schmierdruckerzeugung auswirkt.
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Außerdem sollte der Reibradius, d.h. der Abstand zwischen der Drehachse des Hubelements und dem Kontaktpunkt von Hubelement und Pumpenkolben klein sein, damit das entstehende Reibmoment möglichst gering ist.
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Eine weitere Reduzierung des Rührerdurchmessers kann erreicht werden, indem ein Druckfeder beaufschlagter Kolben an der Grenzfläche zwischen Schmierstoff und Luft in einem Schmierstoffvorratsbehälter des Schmieraggregates angeordnet ist. Im Stand der Technik sind vertikale, an der Behälterwandung bewegte Abstreifer üblich, die an einRührerwerk mit großem Durchmesser gekoppelt sind. Der Vorteil einer Entkopplung von Rührer und Abstreifer ist also, dass erstens ein kleineres Drehmoment auftritt und zweitens ein derartiger Kolben ohne Energie der Batterie funktioniert.
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Das Untersetzungsgetriebe des Antriebsstranges kann vorzugsweise als Planeten-, Stirnrad- oder Kegelradgetriebe ausgestaltet sein, weil diese Getriebe im Vergleich zum ansonsten üblichen Schneckengetriebe einen verbesserten Wirkungsgrad zeigen. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann das Untersetzungsgetriebe eine längere Untersetzung als 300:1 aufweisen. Die höhere Getriebeuntersetzung führt zu einer verringerten Spindeldrehzahl, zu einem geringeren Antriebsmoment des Motors bei einer bestimmten Motordrehzahl. Somit kann das Hochdruck-Schmieraggregat für Anwendungen mit geringerem Strom- bzw. Leistungsbedarf über die Untersetzung des Getriebes optimiert werden.
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Als besonders vorteilhaft hat sich ein Untersetzungsgetriebe, das eine Untersetzung von 300:1 bis 500:1 aufweist, herausgestellt. Insbesondere ein Untersetzungsgetriebe, das eine Untersetzung von im Wesentlichen 400:1 aufweist, ist für den Einsatz im erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregat besonders geeignet, da hier der Energiebedarf des Antriebsmotors besonders gering und an die Abgabeleistungen der elektrischen Energie der Batterie vorteilhaft angepasst ist. Dadurch ist insbesondere der Betrieb des Hochdruck-Schmieraggregates bei niedrigen Temperaturen gewährleistet, so dass hohe Schmierdrücke trotz eines steigenden Leistungsbedarfs des Motors aufgrund der höheren Viskosität des Schmierstoffes und einer sinkenden Leistungsabgabe des Batteriemoduls selbst bei Temperaturen nahe einer unteren Betriebsgrenztemperatur des Schmieraggregates erzeugt werden können.
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Um mehrere Schmierstellen mit einem zentralen Hochdruck-Schmieraggregat mit Schmierstoff zu versorgen, kann wenigstens ein passives Progressivverteilermodul mit dem Pumpenzylinder verbunden sein und mit dem Schmierdruck ein passives Verteilermodul betrieben werden, das wenigstens zwei Schmierstellen, vorzugsweise wenigstens sieben Schmierstellen, mit Schmierstoff versorgt.
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Es können auch mehrere passive Verteilermodule hintereinander oder nebeneinander angeordnet sein, die direkt bzw. über Nebenleitungen vorangestellter passiver Verteilermodule indirekt mit dem Pumpenzylinder verbunden sein und mit dem Schmierdruck des Hochdruck-Schmieraggregats betrieben werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann dabei das Hochdruck-Schmieraggregat als Antriebsmittel des Progressivverteilers dienen. Um jedoch handelsübliche, kostengünstige und auch vom Aggregat entfernt montierte Standardverteiler einsetzen zu können, ist es notwendig, dass mit dem autarken Schmieraggregat ein Schmierdruck von wenigstens 150 bar erzeugt wird.
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Damit das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes von Wasser funktioniert, kann ein Schmierdruck von wenigstens 250 bar erzeugt werden. Bei niedrigen Temperaturen steigt nämlich die Viskosität des Schmiermittels und höhere Schmierdrücke sind notwendig, damit eine zuverlässige Schmierung auch bei dem verschlechterten Fließverhalten des Schmiermittels gewährleistet bleibt. Generell gilt, je höher der maximal erzeugbare Druck einer Pumpe, desto tiefer die untere Betriebsgrenztemperatur.
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Werden Progressivverteiler eingesetzt, die aus modularen Verteileruntereinheiten bestehen, so können die Untereinheiten mit unterschiedlich großen, variabel einstellbaren Verteilerräumen den Progressivverteiler bilden und mit dem erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregat betreiben. Dadurch ist es möglich, dosierbare Verteiler einzusetzen, die durch die vom Verteiler abzweigenden Nebenleitungen unterschiedliche Schmiermengen transportieren.
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Um einen korrekten Schmiermittelabgang am Progressivverteilermodul nachzuweisen, kann gemäß einer weiteren Ausbildungsform ein den Schmierprozess überwachender Zyklensensor in dem Progressivverteilermodul angeordnet und mit dem Batteriemodul verbunden sein. Hierzu kann der Zyklensensor ein Induktivitätsschalter sein, der als modulare Untereinheit in den Progressivverteiler einbaubar und von diesem betreibbar ist. Auf diese Weise kann der komplette Schmierprozess an einer zentralen Stelle, nämlich dem Verteilermodul, überwacht werden. Alternativ können auch mechanische oder magnetische (Reed-)Schalter eingesetzt werden.
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Um eine zuverlässige Überwachung zu gewährleisten, die selbst im entladenen Zustand des Batteriemoduls funktioniert, kann das entladene Batteriemodul eine Entladespannung erzeugen, die zum Betreiben des Zyklensensors erforderlich ist. Somit kann der Zyklensensor auch bei einem entladenen Batteriemodul arbeiten und zumindest eine Fehlermeldung angeben. Dies kann einfach dadurch erreicht werden, dass die Entladespannung des Batteriemoduls wenigstens einer Betriebsspannung des Zyklensensors entspricht. Die Entladespannung, d. h. die Restspannung bei leeren Batterien, beträgt bei einer handelsüblichen Alkalizelle beispielsweise etwa 0,9 Volt pro Zelle.
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Damit die benötigte Energie bereitgestellt wird, ist es daher notwendig, dass gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung das Batteriemodul in Reihe geschaltete oder in Reihe sowie parallel geschaltete Batteriezellen umfasst. Auf diese Weise kann das Batteriemodul wenigstens eine standardisierte Abgabespannung erzeugen, die dazu verwendet wird, alle elektrisch angetriebenen Komponenten des Hochdruck-Schmieraggregates mit Energie zu versorgen. Die Abgabespannung ist somit ein ganzzahliges Vielfaches der Grundspannung einer einzelnen Batteriezelle und die Entladespannung des Batteriemoduls ist die Summe der Entladespannungen aller in Reihe geschalteter Batteriezellen.
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Der Vorteil zusätzlich parallel geschalteter Batteriezellen besteht darin, dass sich bei festgelegter Spannung die Stromstärke und die Kapazität des Batteriemoduls erhöht, was insbesondere bei einem Betrieb des Hochdruck-Schmieraggregats nahe der unteren Betriebstemperatur vorteilhaft ist, um den Kapazitätsverlust einzelner Batteriezellen bei niedrigen Temperaturen zu kompensieren.
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Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die Energiequelle mindestens 7 Batteriezellen, vorzugsweise 12 Batteriezellen, aufweist.
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Dadurch können die Batteriezellen auch Alkalizellen aufweisen, die in der Regel eine Grundspannung von 1,5 Volt zur Verfügung stellt. Der große Vorteil bei dieser Ausführungsform ist, dass das Hochdruck-Schmieraggregat mit kostengünstigen Alkalizellen elektrisch angetrieben und vollkommen autark von jedweder weiteren Energiequelle betrieben werden kann. Außerdem haben Alikalizellen einer geringe Tendenz zur Selbstentladung und können ihre Kapazität effizient, über lange Zeiträume hinweg zur Verfügung stellen.
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Um das Batteriemodul möglichst einfach austauschen zu können, wenn beispielsweise die Batteriezellen entladen sind, kann das Hochdruck-Schmieraggregat einen Aufnahmeschacht für das Batteriemodul aufweisen. Der Aufnahmeschacht sollte in einer von außen gut zugänglichen Stelle angebracht sein, so dass ein einfacher Austausch des Batteriemoduls möglich ist.
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Alternativ kann das Batteriemodul auch im oder außen am Gehäuse des Hochdruck-Schmieraggregates angebracht sein. In zweiten Fall bietet es sich an, am Gehäuse des Hochdruck-Schmieraggregates Befestigungsmittel auszugestalten bzw. anzubringen, über welche das Batteriemodul wiederholt lösbar am Gehäuse befestigt ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann das Batteriemodul eine Solarbatterie mit wenigstens einer Solarzelle und mit wenigstens einem Energiespeicher sein. Dabei kann der Energiespeicher entweder eine Sekundärzelle, also ein Akkumulator, oder ein Kondensator sein. Auf diese Weise kann die Solarzelle Sonnenstrahlen in elektrische Energie umwandeln, die anschließend im Energiespeicher gespeichert wird. Hierbei muss allerdings beachtet werden, dass selbst bei ungünstigen klimatischen Bedingungen, die im Energiespeicher gespeicherte Energie ausreicht, um einen fehlerfreien Betrieb des Hochdruck-Schmieraggregates zu gewährleisten.
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Um den Wirkungsgrad des Solarmoduls zu steigern können Solarmodule verwendet werden, die aus mehreren, übereinander angeordneten Solarzellenschichten aufgebaut sind und Licht unterschiedlicher Wellenlängen absorbieren. Auf diese Weise kann ein breiterer Wellenlängenbereich des Sonnenlichtes vom Solarmodul absorbiert und zum Antrieb des Hochdruck-Schmieraggregates ausgenutzt werden.
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Damit ein solarbetriebenes Hochdruck-Schmieraggregat auch in geschlossenen Räumen, wo ein größerer Streulichtanteil auftritt, funktionsfähig ist, können Solarmodule mit einer texturierten Oberfläche, die beispielsweise mit Mikropyramiden besetzt ist, eingesetzt werden.
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Bei Solarmodulen ist es vorteilhaft, diese mit einer selbstreinigenden Deckschicht zu überziehen, um eine verringerte Energieausbeute durch Verschmutzungen der Solarzellen zu vermeiden. Hierzu können die Solarzellen beispielsweise mit einer Beschichtung aus Titanoxid überzogen werden, die in Verbindung mit Lichteinstrahlung einen Selbstreinigungseffekt bewirkt.
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Die Ausgestaltungen des Solarmoduls ermöglichen somit einerseits, dass Solarzellen mit einer kleineren Fläche einsetzbar sind, die sich leichter am Schmieraggregat montieren lassen und einen verringerten Platzbedarf aufweisen. Andererseits ist mit einer entsprechenden Sonnenkollektionsfläche des Solarmoduls die Funktionsfähigkeit des solarbetriebenen Schmieraggregates, auch bei schlechten Lichtverhältnissen, sichergestellt.
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Dazu bietet sich an, dass der Schmierdruck intermittierend erzeugt wird. Somit kann der Energiespeicher während der langen Ruhephase des Hochdruck-Schmieraggregates aufgeladen werden und in der kurzen Schmierdruck-erzeugenden Schmierphase die benötigte Abgabespannung an die elektrisch zu versorgenden Komponenten des Hochdruck-Schmieraggregates abgeben.
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Auch beim Einsatz von Batteriezellen, die nicht wiederaufladbar sind, führt eine intermittierende Betriebsweise des Hochdruck-Schmieraggregates dazu, dass die Kapazität des Batteriemoduls in Amperestunden das Hochdruck-Schmieraggregat über einen längeren Zeitraum antreiben kann. Hierzu ist es erforderlich, dass der Strombedarf aller Komponenten des Schmieraggregates, die vom Batteriemodul mit Strom versorgt werden, minimiert wird. Es kann beispielsweise ein Motor mit einer Betriebsspannung von weniger als 12 Volt, von 6 Volt eingesetzt werden und die Wicklungszahl des Motors auf einen besonders niedrigen Nennstrom angelegt werden, um den Strombedarf des Motors zu verringern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein Steuermodul mit dem Batteriemodul verbunden sein, durch welches das Hochdruck-Schmieraggregat vom Schmierzustand, in dem Schmierdruck erzeugt ist, in einen Ruhezustand umschaltbar gestaltet ist. Der Antriebsmotor wird nur gezielt in genau festgelegten, zeitlich voneinander beabstandeten, kurzen Schmierphasen eingeschaltet, da der Motor viel Energie benötigt. Nur das Steuermodul muss im Wesentlichen unterbrechungsfrei vom Betriebsmodul mit Energie versorgt werden. Um das Hochdruck-Schmieraggregat mit einer vorgegebenen Kapazität des Batteriemoduls möglichst lange betreiben zu können, ist es daher vorteilhaft, dass ein energiesparendes Steuermodul die Schmierphasen und Ruhephasen des Aggregates steuert.
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Dazu kann beispielsweise die Anzeige des Steuermoduls nur periodisch betrieben werden. So kann die Anzeige energiesparende Leuchtdioden aufweisen, die außerdem nur blinken oder nur auf Knopfdruck aufleuchten.
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Des Weiteren kann der Strombedarf des Steuermoduls gesenkt werden, indem das Steuermodul einen Prozessor mit einer geringen Ruhestromaufnahme, beispielsweise mit weniger als 300 µA, vorzugsweise mit 200 µA, aufweist.
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Um einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei der erforderlichen Spannungsanpassung zu erzielen, kann das Steuermodul gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung mit einem geregelten Schaltnetzteil zur Steuerung der Betriebsspannung des Hochdruck-Schmieraggregates ausgestaltet sein. Eine Anpassung der Spannung ist notwendig, um auch dann einen dauerhaft gleichbleibenden Betrieb des Hochdruck-Schmieraggregates zu erreichen, wenn die Spannung des Betriebsmoduls mit zunehmender Betriebsdauer sinkt. Im Vergleich zu dem üblicherweise eingesetzten Linearreglern, deren Wirkungsgrad nur bei ca. 20 % liegt, besitzt ein geregeltes Schaltnetzteil einen Wirkungsgrad von über 90 %, wodurch sich der benötigte Strombedarf erheblich reduzieren lässt.
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Zur Schonung des Batteriemoduls können lange Schmierphasen in einzelne Intervalle aufgeteilt werden, die durch Pausen unterbrochen werden, in denen sich das Batteriemodul regenerieren kann. Diese Vorgehensweise ist besonders vorteilhaft bei tiefen Umgebungstemperaturen.
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Um eine an den Bedarf der Schmierstellen angepasste Steuerung der Schmierphasen zu ermöglichen, kann das Steuermodul datenübertragend mit einem Betriebssensor, der an einer zu schmierenden Stelle angeordnet und durch den ein Anforderungssignal an das Steuermodul ausgebbar ist, verbunden sein. In dieser Ausführung erfasst der Betriebssensor den Schmierzustand der Reibstelle und signalisiert dem Steuermodul, wann ein Schmierzyklus auszulösen ist. So können die Schmierphasen des Hochdruck-Schmieraggregates in Abhängigkeit vom einem den Schmierbedarf angebenden Schmiersignal gesteuert werden.
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Die Datenübertragung zwischen dem Steuermodul und den Zyklen- bzw. Betriebssensoren können auch auf drahtlosem Wege erfolgen, z.B. mit 2,4 GHz-ISM, per Funk oder blue tooth. In diesem Fall sollten spezielle Sensoren eingesetzt werden, die ihre Versorgungsspannung über ein magnetisches Feld erhalten, das beispielsweise zentral von der Spannungsversorgung der Maschine durch einen Transformator mit beispielsweise 120 KHz erzeugt wird, und insbesonders auf eine geringere Leistungsaufnahme ausgelegt sind.
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Ferner kann das Steuermodul mit einem elektrischen Schaltelement, beispielsweise einen Stromregler, zur Ansteuerung des Antriebsmotors und zur Einstellung der Antriebsdrehzahl ausgestaltet sein. Auf diese Weise wird die Stromstärke am Antriebsmotor begrenzt, und es besteht die Möglichkeit, die Drehzahl über eine Spannungsanpassung an die geforderte Last anzupassen. Dies ermöglicht eine lastunabhängige, konstante Fördermenge. Ferner weisen elektronische Schalter eine geringere Energieaufnahme als die üblichen elektromechanischen Relais auf, was die Betriebsdauer des Batteriemoduls verlängert.
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Damit das Hochdruck-Schmieraggregat in einem festgelegten Temperaturbereich einwandwandfrei funktioniert, kann das Hochdruck-Schmieraggregat eine Betriebsspannung aufweisen, die der Abgabespannung des Betriebsmoduls bei einer unteren Betriebsgrenztemperatur entspricht. Diese untere Betriebstemperatur kann insbesondere bei - 10°C liegen. Bekanntlicherweise schwankt die Kapazität bzw. die Leistung und insbesondere der erzeugte Strom von Batteriezellen in Abhängigkeit von der Betriebstemperatur, so dass bei niedrigen Temperaturen nur ein geringer Strom vom Batteriemodul bereitgestellt werden kann.
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Um ein Hochdruck-Schmieraggregat mit besonders hoher Leistung bzw. bei besonders niedrigen Temperaturen, auch unterhalb von -10°C, betreiben zu können, kann zwischen Energiequelle und Antrieb ein Energieverstärker geschaltet sein, der von einem Aufladezustand, indem er mit der Energiequelle aufladbar verbunden ist, in einen Abgabezustand, indem er mit dem Antrieb, diesen mit Energie versorgend verbunden ist, umschaltbar ausgestaltet ist. Auf diese Weise wird der Energieverstärker, beispielsweise ein Akkumulator oder ein Kondensator, von der Energiequelle im Ruhezustand des Hochdruck-Schmieraggregates langsam aufgeladen werden, und im Schmierzustand die gespeicherte Energie innerhalb des kurzen Schmiertaktes wieder abzugeben und das Hochdruck-Schmieraggregat kurzzeitig mit sehr hoher Leistung betrieben werden. Dazu ist erforderlich, das die Arbeitsleistung des Energieverstärkers größer als die Arbeitsleistung des Batteriemoduls sein. Ferner muss gewährleistet sein, dass eine solche Batteriequelle auch bei tiefen Temperaturen zuverlässig arbeitet.
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Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Die unterstrichenen Merkmale können dabei unabhängig voneinander kombiniert werden, wie dies oben bei den einzelnen vorteilhaften Ausgestaltungen bereits dargelegt wurde.
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Es zeigen:
- 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregates mit einem Progressivverteiler;
- 2 einen vergrößerten Ausschnitt der 1, der eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Antriebsstranges mit Wälzkontaktmittel zwischen Hubelement und Pumpenkolben darstellt; und
- 3 eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregates mit einem Vorratsbehälter und einer Solarbatterie.
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Zunächst wird schematisch der allgemeine Aufbau eines erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregates mit Bezug auf 1 beschrieben.
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Das Hochdruck-Schmieraggregat 1 umfasst ein Batteriemodul 2, das in einem von außen gut zugänglichen Batteriefach 3 innerhalb des Gehäuses 12 des Hochdruck-Schmieraggregates 1 untergebracht ist. Das Batteriemodul 2 enthält mehrere, beispielsweise sieben, in Reihe geschaltete Batteriezellen 4 und wird von einem Deckel 5 lagefixiert, der das Batteriefach 4 verschließt. Für einen besonders einfachen Batteriewechsel können das Batteriemodul 2 bzw. die Batteriezellen 4 auch am Deckel befestigt sein, so dass die Batterie mit Abnahme des Deckels 5 aus dem Fach entnommen wird.
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Das Batteriemodul 2 versorgt sowohl eine modulare Steuereinheit 6 mit einem Bedienelement 7 und einer Anzeige 8 als auch einen Elektromotor 9 mit elektrischer Energie. Zu diesem Zweck sind zwischen Batteriemodul 2 und Steuereinheit 6 bzw. Elektromotor 9 elektrische Leitungen 10a bzw. 10b angebracht. Die zum Motor führende Leitung 10b ist an einer Stelle durch einen Schalter 11 unterbrochen, wobei der Schalter 11 unter der Kontrolle des Steuermoduls 6 steht, so dass das Steuermodul 6 festlegt, wann der Motor 9 vom Batteriemodul 2 mit Energie versorgt und angetrieben wird.
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In 1 ist die Steuereinheit 6 so positioniert, dass die Anzeige 8 außerhalb des Gehäuses 12 des Hochdruck-Schmieraggregates 1 gut sichtbar und die Tasten und Schalter des Bedienelementes 7 gut zugänglich sind.
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Der Antriebsstrang des Hochdruck-Schmieraggregates, welcher die mechanische Energie des Batteriemoduls 2 in einen hydraulischen Schmierdruck Ps umwandelt, enthält den Elektromotor 9, ein Untersetzungsgetriebe 13 mit einem Antriebsritzel 14, eine Abtriebsspindel 15, ein drehstarr auf der Abtriebsspindel 15 montiertes Abtriebszahnrad 16 sowie eine Kurvenscheibe 20 und schließlich ein Pumpenelement 21. Das Pumpenelement 21 ist in einer Pumpenkammer 19, die innerhalb des Aggregatgehäuses 12 liegt, angeordnet und erzeugt den hydraulischen Schmierdruck Ps.
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Der Elektromotor 9 mit dem daran angeschlossenen Übersetzungsgetriebe 13 ist lediglich schematisch dargestellt. Das Untersetzungsgetriebe 12 ist in 1 als Stirnradgetriebe angedeutet, kann aber auch ein Planeten- oder Kegelradgetriebe sein.
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Lediglich die letzte Getriebestufe mit dem Antriebsritzel 14, das auf einer Getriebewelle sitzt und mit dem Abtriebszahnrad 16 im Eingriff steht, ist in 1 beispielhaft dargstellt. Auf diese Weise kann der Elektromotor 9 über das Getriebe 13 die Abtriebsspindel 15 in Rotation R versetzen.
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Die Abtriebsspindel 15 erstreckt sich von einem Ende des Gehäuses 12 bis an das gegenüberliegende Ende, welches innerhalb der Pumpenkammer 19, die in 1 neben dem Batteriefach 4 liegt, endet. Die Abtriebsspindel 15 ist mittels dreier Radialkugellager drehbar innerhalb des Schmieraggregates 1 angeordnet. Zwei der Wälzlager 18 sind innerhalb der Pumpenkammer 19 angebracht, ein weiteres Kugellager 17 befindet sich am anderen Ende der Abtriebswelle 15.
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Die Kugellager 17 und 18 sind in 1 lediglich schematisch dargestellt und sollen verdeutlichen, dass die Abtriebsspindel 15 reibungsreduzierend mit Wälzlagern versehen ist. Genaue konstruktive Einzelheiten, beispielsweise wie die Befestigung der Kugellager 17 und 18 an den Wänden der Gehäuse 12 bzw. 19 realisiert wird, ist nicht im Detail dargestellt.
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Wenn sich die Abtriebsspindel 15 dreht, rotiert auch die auf der Abtriebsspindel 15 drehstarr befestigte Kurvenscheibe 20, welche sich ebenfalls innerhalb der Pumpenkammer 19 befindet.
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Die Kurvenscheibe 20 ist mit einer umlaufenden Führungsnut 26 ausgestaltet, die sich als eine Schnecke einmal komplett um den Umfang der Kurvenscheibe 20 erstreckt.
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In der Pumpenkammer 19 ist ebenfalls ein Pumpenelement 21 untergebracht, das einen Pumpenkolben 22, einen Pumpenzylinder 23 und ein Rückschlagventil 24 umfasst. Der Pumpenkolben 22 ist passgenau und dichtend innerhalb des Pumpenzylinders 23 untergebracht, wodurch sich ein Pumpenraum 25 zwischen dem Rückschlagventil 24 und dem einen Ende des Pumpenkolbens 23 bildet, dessen Volumen sich in Abhängigkeit von der Stellung von des Pumpenkolbens 22 ändert.
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Das andere Ende des Pumpenkolbens 22 ragt aus dem Pumpenzylinder 23 heraus und ist mit einem Kolbenkopf 27 versehen, der einen größeren Durchmesser als der ansonsten zylinderförmige Pumpenkolbenkörper aufweist.
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Mit seinem Rand greift Kolbenkopf 27 in die Führungsnut 26 der Kurvenscheibe 20 ein.
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In 1 ist das Pumpenelement 21 achsparallel zur Abtriebsspindel 16 angeordnet, so dass eine Rotation der Kurvenscheibe 20 eine Hubbewegung der Pumpkolben 22 erzeugt. Die Hubbewegung bewegt den Kolben 22 zwischen einer Abgabestellung, in der das Volumen des Pumpenraumes 25 minimal ist und einer Ausgangsstellung, bei der der Pumpenraum 25 maximales Volumen aufweist, hin und her.
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Während dies Abgabevorgangs wird der im Pumpenraum 22 befindliche Schmierstoff mit einem Schmierdruck Ps durch das Rückschlagventil 24, das aufgrund des Schmierdruckes Ps geöffnet wird, aus dem Pumpenelement 21 und dem Schmieraggregat 1 gepresst.
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Bewegt sich der Pumpenkolben 22 aus der Abgabestellung in die Ausgangsstellung zurück, ist das Rückschlagventil 24 geschlossen. Dabei kann durch ein Bohrloch 28 im Pumpenzylinder 23, Schmierstoff in den Pumpenraum 25 gesaugt werden. Dazu ist eine Schmierstoffleitung 29 innerhalb des Hochdruck-Schmieraggregates 1 angeordnet, die den Pumpenraum 25 bzw. das Bohrloch 28 mit einem Vorratsbehälter (in 1 nicht dargestellt) verbindet.
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Das Rückstellventil 24 ist an dem Ende des Pumpenzylinders 23 angeordnet, das den Pumpenraum 25 festlegt und das eine Schmieröffnung in der Gehäusewand 12 des Hochdruck-Schmieraggregates 1 bildet, die vom Rückstellventil 24 besetzt ist. Auf diese Weise kann Schmierstoff aus dem Pumpenraum 25 durch das Rückschlagventil 24 in eine Hauptleitung 30 abgegeben werden, wenn das Pumpenelement 23 den Schmierdruck Ps erzeugt.
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Zu diesem Zwecke ist die Hauptleitung 30 mit einer Befestigungsmutter 31 an das Schmieraggregat 1 bzw. an das Schmierstoff abgebende Ende des Pumpenzylinders 23 geschraubt.
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Durch die Hauptleitung 30 wird Schmierstoff mit dem Schmierdruck Ps zu einem Progressivverteiler 32 gefördert, in welchen der Schmierstoff mit einem Antriebsdruck PA, der im Wesentlichen dem Schmierdruck Ps entspricht, eingeleitet wird. Das passive Progressivverteilermodul wird somit lediglich durch den Schmierdruck Ps als Antriebsdruck PA betätigt.
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Das Verteilermodul 32 weist vier Verteileruntereinheiten 33 auf, die jeweils den Schmierstoff in zwei Nebenleitungen 34 aufteilen. Des Weiteren besitzt das Verteilermodul 32 einen Zyklenschalter 35 als eine weitere Untereinheit, welche von der Mündung der Hauptleitung 30 am weitesten entfernt angebracht und ebenfalls vom Schmierdruck Ps betätigt wird. Der Zyklenschalter 35 ist jedoch für die Funktionsfähigkeit des Hochdruck-Schmieraggregates 1 nicht erforderlich, sondern stellt ein optionales Zusatzbauteil dar.
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Auf diese Weise ist es möglich, mit einem einzigen Zyklenschalter 35 die ordnungsgemäße Schmierung aller an das Verteilermodul 32 angeschlossenen Nebenleitungen bzw. der an diese Nebenleitungen anschließenden Schmierstellen zu überwachen. Da jedoch ein Leitungsbruch im Schmierstoffstrom nur bis zum überwachten Verteilermodul 32 detektierbar ist, sollte der Zyklenschalter 35 stets an einem Verteiler 32, der unmittelbar vor einer Schmierstelle liegt, angebracht werden.
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Der Zyklenschalter 35 ist über eine elektrische Leitung 36 bis 36' mit dem Batteriemodul 2 verbunden und wird somit vom Batteriemodul 2 mit einer erforderlichen Betriebsspannung Uz versorgt. Außerdem ist der Zyklenschalter 35 über eine Datenleitung 37 bis 37' datenübertragend mit dem Steuermodul 6 verbunden und kann eine fehlerhafte Schmierung an die Steuereinheit 6 melden, die dem Benutzer in der Anzeige 8 sichtbar gemacht oder durch ein akustisches Signal in gut hörbarer Frequenz angezeigt wird. Um den Energiebedarf der Fehlermeldung zu minimieren, bietet es sich an, ein intermittierendes Signal auszugeben. Alternativ kann eine Steuereinheit auch ein Fehlersignal direkt an einen Zentralrechner angeben.
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Das Batteriemodul 2 der 1 ist so ausgelegt, dass selbst bei entladenem Zustand eine Entladespannung UE zur Verfügung steht, die mindestens so groß wie die Betriebsspannung Uz ist und jederzeit gewährleistet.
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Auf diese Weise ist der Zyklenschalter 35 in der Lage, zumindest eine Fehlermeldung an die Steuereinheit 6 auszugeben, um möglichst umgehend Gegenmaßnahmen, beispielsweise Nachfüllen von Schmierstoff in den Vorratsbehälter oder Auswechseln der Batteriezellen K des Batteriemoduls 2 durchgeführt werden können.
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2 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt des Pumpenraumes 25 mit der Kontaktstelle des Antriebsstranges zwischen dem Pumpenelement 21 und Kurvenscheibe 20, die drehstarr auf der Abtriebsspindel 15 montiert ist. In der schematischen Darstellung der 2 werden für Elemente, deren Aufbau und/oder Funktion identisch oder ähnlich Elementen der 1 ist, dieselben Bezugszeichen wie in 1 verwendet.
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Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 ist bei der 2 ein Hochdruck-Schmieraggregat 1 dargestellt, bei dem mit einer Kurvenscheibe 20 zwei Pumpenelemente 21 und 21' betätigt werden.
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2 zeigt, dass die Abtriebsspindel 15 mit Wälzlagern 18 an der Gehäusewand 38 der Pumpenkammer 19 gelagert ist. Der innere, auf der Betriebsspindel 15 liegende Ring des Wälzlagers 18 ist von einer Seite mit einem Befestigungsring 39 und von der anderen Seite über einen Befestigungsabsatz 40 der Kurvenscheibe 20 fixiert.
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Die Kurvenscheibe 20 ist drehstarr auf der Abtriebsspindel 15 befestigt und wird in die andere radiale Richtung von einem weiteren Befestigungsring 41 in Position gehalten. Die Befestigungsringe 39 bzw. 41 können beispielsweise in eine umlaufende Nut der Abtriebswelle 15 eingesetzt oder auf ein Außengewinde aufgeschraubt sein. Die drehstarre Verbindung zwischen der Betriebsspindel 15 und der Kurvenscheibe 20 kann beispielsweise über eine Passfeder mit entsprechender Nut erreicht werden.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 betreibt die Kurvenscheibe 20 zwei Pumpenelemente 21 und 21' an. Dies hat den Vorteil, dass pro Umdrehung der Kurvenscheibe 20 zwei Pumpenhübe erfolgen. Auf diese Weise kann entweder die doppelte Schmierstoffmenge gefördert werden oder ein zweiter Schmierkreis mit anderen Anforderungen, wie einer andere Schmierstoffmenge oder- art, versorgt werden.
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2 zeigt das Bohrloch 28 im Pumpenzylinder 23, an das die Schmierstoffleitung 25 (in 2 nicht dargestellt) angeschlossen wird. Der Pumpenkolben 22 ragt aus dem Pumpenzylinder 23 heraus und weist an seinem Ende einen Kolbenkopf 27 auf, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des restlichen Pumpenkolbens 22 ist. Der Kolbenkopf 27 steht in Eingriff mit der Führungsnut 26 der Kurvenscheibe 20, wobei die Führungsnut 26 in Form einer einmalig umlaufenden Schnecken in der Kurvenscheibe 20 ausgebildet ist.
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Auf diese Weise erzeugt eine Rotation R der Kurvenscheibe 20 eine Hubbewegung H der beiden Pumpenkolben 22. Während des Druck- oder Schmierhubes, bei dem der Pumpenkolben 22 aus der Ausgangsposition, in 2 beim Pumpenelement 21' dargestellt, in die Abgabeposition, in 2 vom Pumpenelement 21 dargestellt, bewegt wird, steht der Pumpenkolben 22 mit seiner äußeren Kopffläche 43 mit einem erster Auflageabsatz 42 der Führungsnut 26 in Kontakt.
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Die Rückholbewegung des Pumpenkolbens 22 von der Abgabe- in die Ausgangsposition erfolgt, indem der zweite Auflageabsatz 44 der Kurvenscheibe 20, welcher näher zum Pumpenzylinder 23 angeordnet ist, an der inneren Kopffläche 45 des Pumpenkolbens 22, die in Richtung des Pumpenzylinder 23 weist, eine Kraft axial zur Antriebsspindelachse ausübt.
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Um die Reibung zwischen den Auflageabsätzen 42 bzw. 44 der Führungsnut 26 und der inneren 45 und äußeren Kopffläche 43 des Pumpenkolbens 22 zu reduzieren, sind diese Elemente in besonders günstiger Weise geometrisch geformt und kinematisch zueinander angeordnet.
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So sind die beiden Kopfflächen 43 und 45 des Pumpenkolbens 22 an den außen an ihren Kontakträndern abgerundet. Die Auflageabsätze 42 und 44 der Kurvenscheibe 20 liegen nicht in einer senkrechten Ebene zur Achse der Spindel 15 angeordnet, sondern sie sind an ihren äußeren Rändern leicht geneigt, und zwar entgegen ihrer jeweiligen axialen Kraftübertragungsrichtung H. In 2 bedeutet dies konkret, dass der erste Auflageabsatz 42 zum Rand hin in Richtung der Rückholbewegung leicht gekippt ist, wohingegen der zweite Auflageabsatz 44 am Rand stets leicht in Schmierrichtung geneigt ist.
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Auf diese Weise bilden die Auflageabsätze 42 und 44 für den Kolbenkopf 27 stets eine Art drehbarer, schiefer Ebene, auf der sich der gewölbte Kolbenkopf 27 rotierend bewegt. Durch die derart geformten Kontaktflächen zwischen Kurvenscheibe 20 und Pumpenkörper 22 überträgt die Kurvenscheibe 20 nicht nur die axiale Kraft zur Erzeugung der Hubbewegung H auf die Pumpenkolben 22.
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Die spezielle Ausgestaltung überträgt zusätzlich zum Hub H eine Rotation R von der Kurvenscheibe 20 auf den kompletten Pumpenkolben 22, da der Kolbenkopf 27 auf den als schiefe Ebene ausgestaltete Auflageabsätze 42 und 44 mit seinen abgerundeten Kopfflächen 43 und 45 abrollt. Somit rotieren die Pumpenkolben 22 in einer Rotationsrichtung R', die der Rotation der Abtriebswelle entgegengesetzt ist. Dadurch reduziert sich die Reibung bzw. das Reibmoment zwischen Kolben 22 und Kurvenscheibe 20 sehr stark, wodurch die erfindungsgemäßen hohen Drücke der autark betreibbaren Hochdruckpumpe 1 überhaupt erst möglich werden.
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Die Reibungsminderung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung kommt insbesondere am Auflagenabsatz 42 zum Tragen, der bei der druckübertragenden Hubbewegung mit der äußeren Kopffläche 43 in Kontakt steht.
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Das Rückstellen des oder der Pumpenkolben 22 kann jedoch auch mittels Federrückstellung gelöst sein. Dann entfällt der Auflageabsatz 44 an der Kurvenscheibe, was die Herstellkosten senkt. In dieser Ausführungsform kann das Reibmoment an der Auflage der Feder dadurch reduziert werden, dass man die Federkraft durch eine Gleitscheibe auf den Kolben überträgt, wobei durch einen Absatz an der Gleitscheibe oder dem Pumpenkolben 22 der Reibradius minimiert wird.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregates 1. Für Elemente, deren Aufbau und/oder Funktion ähnlich oder identisch Elementen der vorangegangenen Ausführungsform ist, werden dieselben Bezugszeichen wie in den vorangegangenen Ausführungsformen verwendet. Der Übersichtlichkeit halber wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zur Ausführungsform der 1 eingegangen.
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Bei 3 ist das Batteriefach 3 nicht innerhalb des Gehäuses 12 des Schmieraggregates 1 angeordnet, sondern über Befestigungsmittel 49 von außen am Gehäuse 12 angebracht. Der Übersichtlichkeit halber sind bis auf den Elektromotor 9 des Antriebes, dem Steuermodul 6, sowie Abschnitte der Schmierstoffleitung 29 und der Abtriebsspindel 15 sämtlicher Komponente des Hochdruck-Schmieraggregates 1 weggelassen worden.
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Dafür ist ein modularer Vorratsbehälter 46 mit einem Rührwerk 57, der ein optionales Bauteil des Schmieraggregates darstellt und beispielsweise als auswechselbare Kartusche ausgeführt sein kann, gezeigt.
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Das Batteriefach 3 weist einen Befestigungsabsatz 47 auf, der über den seitlichen Rand des Batteriefaches 3 hinausragt, und in dem Befestigungslöcher 48 ausgebildet sind.
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Durch die Befestigungslöcher48 sind Befestigungsmittel, in 3 beispielsweise Schrauben 49, geschoben, mit denen das Batteriefach 3 am Gehäuse 11 befestigt ist.
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In 3 weist das Gehäuse 12 dazu Schraublöcher 50 mit einem Innengewinde für die Befestigungsschraube 49 auf. Die in 3 dargestellte Befestigungsform ist jedoch nur beispielhaft, und kann beliebig durch ein alternativer, lösbares Befestigungsmittel, wie beispielsweise Clips oder Haken, ersetzt werden.
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Das Batteriemodul 2 der 3 ist als wiederaufladbarer Akkumulator ausgebildet, der über eine elektrische Leitung 52, beispielsweise einem Kabel, mit von einer Solarzelle 51 verbunden ist und von dieser aufgeladen werden kann. Die Solarzelle 51 wandelt Sonnenlicht S in elektrische Energie um, die dann im Batteriemodul 3 gespeichert wird. Dazu ist es notwendig, dass die Solarzelle 51 an einer nach außen exponierten Stelle des Hochdruck-Schmieraggregates 1 oder in dessen unmittelbarer Nähe angebracht ist.
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In der 3 ist die Solarzelle 51 beispielsweise auf dem Vorratsbehälters 46 angebracht. Alternativ kann das Solarmodul 51 über eine Halterung oder Befestigung an jeder anderen Stelle am Schmieraggregat 1, oder in dessen Nähe, angebracht sein. Es ist auch möglich, die Solarzelle 51 in die Außenkontur der Pumpe zu 1 integrieren, indem beispielsweise das Solarmodul 51 durch direkte Abscheidung von Silizium auf einem Teil der Gehäuseoberfläche 12 hergestellt wird.
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Die Ausführungsform der 3 weist ferner einen Laderegler 53 auf, der die Aufladephase und die Entladephase des Akkumulators 2 zeitlich steuert. In 3 ist der Laderegler 53 beispielsweise am Solarmodul 51 angebracht. Der Laderegler 53 kann allerdings auch an jeder beliebigen anderen Stelle des Gehäuses 12 des Hochdruck-Schmieraggregates 1 liegen oder in die Steuereinrichtung 6 integriert ausgestaltet sein.
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In dem Ausführungsbeispiel der 3 kann das Akku-Batteriemodul 2 während der kurzen Schmierphasen kurzzeitig sehr hohe Leistungen an den Antriebsmotor 9 abgeben, wodurch das Hochdruck-Schmieraggregates 1 in der Schmierphase sehr hohe Drücke Ps erzeugt.
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Während der anschließenden Ruhephase erfolgt dann die Wiederaufladung des Akkumulators 2, so dass er in der nächsten Schmierphase wieder eine ausreichende Menge elektrischer Energie zur Verfügung stellen kann.
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Dieses Prinzip kann selbstverständlich nur dann sinnvoll betrieben werden, wenn die in das Batteriemodul 2 eingespeiste Energie während der Aufladephase größer oder zumindest gleich groß der während der Schmierphase entnommenen Energie ist.
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Ferner ist in 3 der mit Schmierstoff 55 gefüllte Vorratsbehälter 46 gezeigt, der mit einem Rührwerk 57 versehen ist und auf dem Hochdruck-Schmieraggregat 1 aufgesetzt ist.
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Über eine Auslassöffnung 56 im Boden des Vorratsbehälters 46, an die ebenfalls das andere Ende der Schmierleitung 29 angeschlossen ist, wird der Schmierstoff 55 aus dem Vorratsbehälter 46 durch die Auslassöffnung 56 über die Schmierstoffleitung 29 und anschließend durch die Bohrung 28 im Pumpenzylinder 23 in den Pumpenraum 25 geleitet (in 3 nicht dargestellt).
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Im Vorratsbehälter 46 ist ferner eine Rührwerksspindel 58 angeordnet, die in Verlängerung der Abtriebsspindel 15 des Hochdruck-Schmieraggregates 1 angeordnet und drehstarr mit der Abtriebsspindel 15 verbunden ist. Dazu greift eine Nase 59 der Rührwerkesspindel 58 an der Verbindungsstelle in eine komplementär zur Nase 59 geformte Vertiefung 60 der Abtriebsspindel 15. Durch diesen Eingriff von Nase 59 und Nut 60 überträgt die Spindel 15 ihre Rotation R auf die Rührwerksspindel.
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Auf der Rührwerksspindel 58 ist drehstarr in der Nähe des Bodens des Vorratsbehälters 2 ein Rührmittel 61 befestigt, das dazu dient, den Schmierstoff gut zu durchmischen und die Viskosität des Schmierstoffes 55 herabzusetzen.
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Das Rührmittel 61 ist in 1 schematisch als Propellerrührer dargestellt. Es kann jedoch auch jeder andere Rührertyp, wie beispielsweise Schrägblatt-, Scheiben- oder Wendelrührer eingesetzt werden.
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Um das Drehmoment des Rührmittels 61 zu reduzieren, damit der Antrieb weniger Energie verbraucht, ist der Durchmesser des Rührmittel 61 sehr viel kleiner als der Durchmesser des Vorratsbehälters 46.
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Zur optischen Füllkontrolle des Vorratsbehälters 46 ist im Vorratsbehälters 46 ein Abstreifkolben 62, der an der Grenzfläche zwischen mit Schmierstoff 55 gefülltem und bereits entleerten und mit Luft gefüllten Bereich angeordnet ist. Der Abstreifkolben 62 dient dazu, den an der Wandung des Vorratsbehälters 46 verbliebenen Schmierstoff 55 nach unten abzustreifen.
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Üblicherweise erfolgt die Abstreifung durch seitliche Abnehmer, welche mit dem Rührwerk 57 verbunden sind, wodurch jedoch der Durchmesser und das Drehmoment des Rührwerkes 57 und somit der Energiebedarf für ein autarkes, batteriegetriebenes Hochdruck-Schmieraggregat 1 zu hoch sein würde.
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Daher wird der Abstreifkolben 62 von einer Druckfeder 63 in Richtung des Bodens des Vorratsbehälters 46 gedrückt. Beim Befüllen des Vorratsbehälters 46 mit Schmierstoff 55 wird der Abstreifkolben 62 gegen die Federkraft der Druckfeder 63 nach oben bewegt, so dass die in der Deformation der Druckfeder 63 gespeicherte Energie langsam über einen langen Zeitraum zur Betätigung des Abstreifkolbens 63 abgegeben wird, ohne auf die begrenzte Kapazität des Batteriemoduls 2 zuzugreife.
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Die dargestellten Ausführungsformen des Hochdruck-Schmieraggregates 1 stellen lediglich einzelne, konkrete Bauformen dar, deren beispielhafte Beschreibung den Umfang des erfindungsgemäßen Hochdruck-Schmieraggregates 1 bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht beschränken.
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Insbesondere sind die Anordnungen der einzelnen Bauteile bzw. Ergänzungsmodule des Aggregates 1 lediglich beispielhaft angeordnet und können beliebig ersetzt werden. Auch ist die dargestellte Ausführung des Hochdruck-Schmieraggregats in axialer Anordnung zur Abtriebsspindel 15 lediglich eine bevorzugte Ausführung und kann auch durch eine radial zur Abtriebsspindel 15 angeordnete Pumpenelemente 21 ersetzt werden, die durch einen drehstarr auf der Abtriebsspindel 15 befestigten Exzenter angetrieben werden.
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Außerdem sind die dargestellten Ausführungsformen nur schematisch dargestellt, so dass beispielsweise auf die konstruktiven Details zur Anbringung von Lagern oder auf Dichtungen der Übersichtlichkeit halber verzichtet wurde.