DE102007034116A1

DE102007034116A1 - Vorrichtung

Info

Publication number: DE102007034116A1
Application number: DE102007034116A
Authority: DE
Inventors: Götz SPIESS
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2007-07-21
Filing date: 2007-07-21
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2027-07-22
Also published as: DE102007034116B4

Abstract

Eine Vorrichtung beinhaltet folgende Merkmale: - eine zu schmierende Einrichtung, - ein Ausgabeelement für einen Schmierstoff zum Schmieren der Einrichtung, das derart ausgebildet ist, dass in einem Ausgabeintervall eine Schmierstoffmenge kleiner 500 nl ausgebbar ist, und - das Ausgabeelement ist derart in unmittelbarer Nähe der Einrichtung angeordnet, dass die vom Ausgabeelement ausgegebene Schmeirstoffmenge unmittelbar in einen zu schmierenden Bereich der Einrichtung ausgegeben wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, umfassend eine zu schmierende Einrichtung und Mittel zum Schmieren der Einrichtung.
Aus der DD 268 747 A ist es beispielsweise bekannt, zur Schmierung einer Reihe von Reibstellen, insbesondere von Wälzlagern, sogenannte Öl-Minimalschmierverfahren einzusetzen. Bei derartigen Verfahren werden nicht selten Schmierstoffmengen von kleiner 30 mm³ aller zehn Minuten dem Lager zugeführt. Besonders bei mit hohen und höchsten Umlaufgeschwindigkeiten belasteten Wälzlagern sind sehr geringe Ölzuführmengen pro Zeiteinheit notwendig, um Überrollverluste und damit verbundene Temperaturentwicklung niedrig zu halten. Ein derartiges Öl-Minimalschmierverfahren wird mit der Öl-Luft-Schmierung angestrebt, wobei der periodisch abgegebene Schmierstofftropfen über eine Mischkammer in eine luftdurchströmte Leitung gelangt und längs der Rohrwandung mit Hilfe des Luftstromes in Richtung Schmierstelle transportiert und dabei derartig auseinandergezogen wird, dass an der Schmierstelle über einen längeren Zeitanteil der Periode ein fast kontinuierlicher Schmierstoffstrom ankommt. Die Leitungslänge zur Schmierstelle soll aus Gründen der genannten Gleichmäßigkeit ca. 50 cm betragen. Diese bekannten Öl-Luft-Schmierungen weisen aber wesentliche Nachteile auf. Ein solcher Nachteil besteht darin, dass die Öl-Luft-Schmierung Leitungslängen von ca. 50 cm erfordert. Ursache dafür ist eine erforderliche Wegstrecke, um den dosierten Schmierstofftropfen zu einer auseinandergezogenen Ölschliere umzubilden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass für jedes Wälzlager eine gesonderte Öl-Luft-Leitung erforderlich ist. Die Ursache dafür ergibt sich daraus, dass durch Verzweigung, Abwinkelungen oder Querbohrungen die Ölschliere zerstört bzw. deren Bildung verhindert wird. Ein weiterer Nachteil erwächst im Zusammenhang mit den Stillstandszeiten der Maschine, bei deren Wiederanlaufphase Übertemperaturen in den Wälzlagern entstehen. Die Ursache dafür ist, dass die großen Längen der Zuführungsleitungen in den meisten praktischen Anwendungsfällen nur in Schlangen- oder Spiralform konstruktiv zu integrieren sind. Infolgedessen besitzt die Zuführungsleitung Talpunkte, an denen sich bei Maschinenstillstand der Schmierstoff sammelt und beim Wiedereinschalten dem Wälzlager als tropfenförmiges Überangebot zugeführt wird.
Weiterhin werden für die vorausgehend angesprochene Öl-Luft-Schmierung auch Leitungslängen von mindestens 1 m, typischer Weise 1 bis 4 m und in Einzelfällen auch bis 20 m gefordert. Ferner ist bis zum Betreib abzuwarten bis das Öl aus den Talpunkten bis zur Schmierstelle transportiert wurde. Das Auseinanderziehen des dosierten Öltropfens durch Verwendung der Öl + Luftzuführungsleitungen hat den weiteren Nachteil, dass Dosierungsänderungen nur stark verzögert umgesetzt werden können. Eine gleichmäßige Zuführung und kurze Antwortzeiten auf Dosierwechsel schließen dabei prinzipbedingt einander aus.
Weiterhin ist es beispielsweise aus der WO 2006/089687 A1 bekannt, insbesondere bei einer Werkzeugmaschinenspindel mit einem zum Rotieren vorgesehenen Motorteil, das über ein Wälzlager in einem Statorteil gelagert ist, ein Fettreservoir zum Schmieren des Wälzlagers vorzusehen, wobei die Fettausgabe mittels eines temperaturabhängigen Dehnstoffelements steuerbar ist.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es dabei, eine Vorrichtung, umfassend eine zu schmierende Einrichtung und Mittel zum Schmieren der Einrichtung, zu schaffen, die insbesondere hinsichtlich der Dosiermöglichkeit des in die Einrichtung einzubringenden Schmierstoffs eine Verbesserung aufweist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Vorrichtung folgende Merkmale:

– Eine zu schmierende Einrichtung,
– ein Ausgabeelement für einen Schmierstoff zum Schmieren der Einrichtung, das derart ausgebildet ist, dass in einem Ausgabeintervall eine Schmierstoffmenge kleiner 500 nl ausgebbar ist, und
– das Ausgabeelement ist derart in unmittelbarer Nähe der Einrichtung angeordnet, dass die vom Ausgabeelement ausgegebene Schmierstoffmenge unmittelbar in einen zu schmierenden Bereich der Einrichtung ausgegeben wird.

Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass durch ein Einschießen kleinster Schmierstoffvolumina unmittelbar in den zu schmierenden Bereich der Einrichtung eine aufwendige Öl-Luft-Schmierung ersetzt werden kann. Um dies zu realisieren, ist ein entsprechend ausgebildetes Ausgabeelement vorgesehen, das in unmittelbarer Nähe der Einrichtung derart angeordnet ist, dass die vom Ausgabeelement ausgegebene Schmierstoffmenge unmittelbar in einen zu schmierenden Bereich der Einrichtung ausgebbar ist. Dabei kann das Ausgabeelement auch in die Einrichtung integriert sein.
Für die entsprechende Ausbildung des Ausgabeelements umfasst gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung das Ausgabeelement insbesondere ein Mikrodosierventil. Dabei sind Mikrodosierventile, beispielsweise mittels Piezoantrieb bekannt, bei denen Dosiermengen zwischen 100 bis runter zu 2 nl pro Zyklus ausgegeben werden können. Dabei stellt insbesondere die Ausbildung des Ausgabeelements mit einem Mikrodosierventil mit besonderem Vorteil auch eine besonders wirtschaftliche Lösung dar.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ein Druckbereitstellungselement zum Bereitstellen eines Druckes an einer Eingangsseite des Ausgabeelements, insbesondere des Mikrodosierventils, wobei das Druckbereitstellungselement insbesondere einen Druckübersetzer umfasst, der insbesondere mit einem Druckluftsystem verbunden ist. Der besondere Vorteil liegt dabei darin, dass die eingangsseitige Druckerzeugung im Ausgabeelement durch Anschluss an ein Druckluftsystem möglich ist, das in den meisten Produktherstellanlagen standardmäßig vorhanden ist. Im Gegensatz zu der eingangs beschriebenen Öl-Luft-Schmierung ist dabei aber von Vorteil, dass praktisch kein Luftvolumen benötigt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird der insbesondere flüssige Schmierstoff, beispielsweise ein Öl, aus einem gegenüber dem Ausgabeelement erhöht angeordneten Behälter aufgrund seiner potentiellen Höhenenergie der Eingangsseite des Ausgabeelements zugeführt. Dadurch ergibt sich der besondere Vorteil, dass ein Pumpenaggregat zur Druckerzeugung im Schmierstoffsystem eingespart werden kann und dafür auch keine Druckluftversorgung benötigt wird. Bei besonderen Anwendungen kann aber natürlich nach wie vor auch ein derartiges Druckerzeugungssystem im Schmierstoffsystem vorgesehen sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ausgabeelement mit einem Steuerelement verbunden, das entsprechende Öffnungsimpulse für das Ausgabeelement generiert. Im Falle eines Mikrodosierventils verfügt dabei das Steuerelement über Treiber, die unmittelbar das Mikrodosierventil ansteuern können. Eingangsseitig ist das Steuerelement mit wenigstens einer industrieüblichen Schnittstelle ausgestattet, beispielsweise einer 24-V-Gleichspannungsschnittstelle, einer RS232 und/oder einem entsprechenden Busanschluss.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.
Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Form einer Prinzipskizze eine Vorrichtung, umfassend ein Wälzlager 10 und ein Ausgabeelement 20 für einen Schmierstoff zum Schmieren des Wälzlagers 10. Das als Rillenkugellager ausgebildete Wälzlager 10 umfasst dabei einen Außenring, der fest in einem Gehäuse 2 angeordnet ist. Weiterhin ist ein Innenring des Wälzlagers 10 auf einer gegenüber dem Gehäuse 2 zum Rotieren vorgesehenen Welle 4 einer Werkzeugmaschinenspindel befestigt. Dabei sind zwischen den beiden Ringen des Wälzlagers 10 die als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper angeordnet, die in einem nicht dargestellten Käfig angeordnet sein können.
Das Ausgabeelement 20 ist dabei zum Schmieren des Wälzlagers 10 insbesondere mit Öl als Schmierstoff ausgebildet. Das Ausgabeelement 20 umfasst dabei ein Mikrodosierventil 22, mit dem insbesondere kleinste Schmierstoffmengen von beispielsweise 100 nl bis runter zu 2 nl je Zyklus in einen zu schmierenden Bereich des Wälzlagers 10 geschossen werden. Die Öffnungszeiten des Mikrodosierventils 22 bestimmen dabei das dosierte Schmierstoffvolumen.
Dabei ist das Mikrodosierventil 22 derart in unmittelbarer Nähe des Wälzlagers 10 angeordnet, dass die vom Mikrodosierventil 22 ausgeschossene Schmierstoffmenge unmittelbar in den zu schmierenden Bereich des Wälzlagers 10 ausgegeben wird. Weiterhin kann dabei die Vorrichtung Mittel zum Erzeugen von Sperrluft 50 für das Wälzlager 10 umfassen, wobei dabei insbesondere das Mikrodosierventil 22 derart ausgebildet und angeordnet ist, dass das Kleinstschmierstoffvolumen auch gegen den durch die Sperrluft 50 erzeugten Sperrluftring in das Wälzlager 10 geschossen werden kann.
Für ein entsprechendes Steuern und Generieren der Öffnungsimpulse für das Mikrodosierventil 22 ist das das Mikrodosierventil 22 umfassende Ausgabeelement 20 mit einem Steuerelement 30 verbunden, welches zum Ausgabeelement 20 hin über Treiber verfügt, mit denen unmittelbar das Mikrodosierventil 22 ansteuerbar ist, und das eingangsseitig über wenigstens eine industrieübliche Schnittstelle verfügt.
Für ein Bereitstellen eines notwendigen Drucks für das Mikrodosierventil 22 an einer Eingangsseite des Ausgabeelements 20 umfasst das Ausgabeelement 20 einen integrierten Druckübersetzer 28, der mit einem Druckluftsystem 60 verbunden ist. Weiterhin ist das Öl aus einem gegenüber dem Ausgabeelement 20 erhöht angeordneten Fallölbehälter 40 dem Ausgabeelement 20 zugeführt.
In einer weiteren Ausgestaltung kann der Schmierstoffvorrat einlassseitig mit Druckluft beaufschlagt und auslassseitig dem Ausgabeelement 20 zugeführt werden.
In einer Ausbauform ist die Vorrichtung um einen integrierten Temperatursensor und eine Kompensationselektronik ergänzt. Bei wechselnder Umgebungstemperatur und sich damit ändernder Viskosität des Schmierstoffs wird in Kenntnis der Temperaturabhängigkeit des Zusammenhangs zwischen Öffnungszeit des Mikrodosierventils 22 und dem dosierten Volumen die neue Öffnungszeit errechnet und so der Temperatureinfluss auf das dosierte Volumen kompensiert. In einer weiteren Ausgestaltung ist die Vorrichtung um einen Temperaturregelkreis ergänzt, so dass die Dosierung temperaturunabhängig ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DD 268747 A [0002]
- WO 2006/089687 A1 [0004]

Claims

Vorrichtung, umfassend folgende Merkmale: – Eine zu schmierende Einrichtung, – ein Ausgabeelement für einen Schmierstoff zum Schmieren der Einrichtung, das derart ausgebildet ist, dass in einem Ausgabeintervall eine Schmierstoffmenge kleiner 500 nl ausgebbar ist, und – das Ausgabeelement ist derart in unmittelbarer Nähe der Einrichtung angeordnet, dass die vom Ausgabeelement ausgegebene Schmierstoffmenge unmittelbar in einen zu schmierenden Bereich der Einrichtung ausgegeben wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Ausgabeelement zum Ausgeben einer genau dosierbaren Menge kleiner 100 nl ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Ausgabeelement zum Ausgeben einer genau dosierbaren Menge bis hinunter zu 2 nl ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Ausgabeelement derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Schmierstoffmenge in die Einrichtung injizierbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ausgabeelement ein Mikrodosierventil umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausgabeelement zum Ausgeben eines flüssigen Schmierstoffs ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schmierstoff ein Öl ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Vorrichtung ein gegenüber dem Ausgabeelement erhöht angeordnetes Behältnis umfasst, aus dem der Schmierstoff dem Ausgabeelement zuführbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Vorrichtung ein Druckbereitstellungselement zum Bereitstellen eines Drucks für das Ausgabeelement umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Druckbereitstellungselement mit einer Eingangsseite des Ausgabeelements verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei das Druckbereitstellungselement einen Druckübersetzer umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei das Druckbereitstellungselement für einen Druckluftanschluss ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Vorrichtung ein Steuerelement zum Ansteuern des Ausgabeelements umfasst und das Steuerelement und das Ausgabeelement miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Vorrichtung wenigstens ein Temperaturerfassungsmittel umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das Steuerelement mit dem Temperaturerfassungsmittel verbunden und derart ausgebildet ist, dass bei sich verändernder Temperatur eine Öffnungszeit des Ausgabeelements derart berechnet wird, dass der Temperatureinfluss auf die dosierte Ausgabemenge kompensiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, wobei das Steuerelement mit dem Temperaturerfassungsmittel verbunden und derart ausgebildet ist, dass im Sinne eines Temperaturregelkreises die Dosierung der Ausgabemenge temperaturunabhängig ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die zu schmierende Einrichtung ein Wälzlager oder eine Zahnradanordnung umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei die Vorrichtung Mittel zum Erzeugen von Sperrluft für ein zu schmierendes Wälzlager umfasst und das Ausgabeelement zum Ausgeben des Schmierstoffs in das Wälzlager gegen die Sperrluft angeordnet und ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Vorrichtung einer Spindeleinheit, insbesondere einer Werkzeugmaschine zugehört.