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Die Erfindung betrifft ein Zahnradabschmiermodul zur automatischen Schmierung von Zahnrädern und Zahnkränzen mit einem mehrere Zähne aufweisenden Schmierelement, das um eine feststehende Achse drehbar angeordnet ist, wobei die Achse mindestens eine zum Schmierelement führende Austrittsöffnung für den Schmierstoff aufweist und das Schmierelement den Schmierstoff abgibt.
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Die Erfindung betrifft die automatische Schmierung von Zahnrädern und Zahnkränzen mit innen- und außen liegender Verzahnung, insbesondere die Schmierung der Zahnradantriebe des Azimut-Antriebs sowie des Antriebs des Rotorblatts einer Windkraftanlage. Diese Zahnradantriebe weisen die Besonderheit auf, dass sie sich während des überwiegenden Teils der Betriebszeit in einer definierten Betriebsstellung befinden, die auch als ”0°-Stellung” bezeichnet wird. Der dieser Stellung entsprechende Azimut-Winkel sowie Anstellwinkel des Rotorblatts kommt beim überwiegenden Teil der Windsituationen zum Einsatz. Die Zähne, die in dieser 0°-Stellung miteinander im Eingriff stehen, sind daher hohen Belastungen und einer hohen Korrosionsgefahr ausgesetzt. Es ist daher erforderlich, diese Bereiche gezielt und regelmäßig zu schmieren.
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Zahnkränze von Windkraftwerken werden überwiegend manuell mittels Pinsel durch Auftragen von Haftschmierstoffen geschmiert. Die manuelle Schmierung hat jedoch den technischen Nachteil, dass der Schmierstoff in Serviceintervallen ungleichmäßig auf die Zahnräder aufgetragen wird. Nur ein konstanter, gleichmäßiger Schmierfilm auf den Zahnflanken gewährleistet ausreichend Schutz der Verzahnung gegen Korrosion und Abrieb. Darüber hinaus ist die manuelle Schmierung außerordentlich personal- und zeitintensiv und daher kostenträchtig.
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Aus der
DE 101 29 089 A1 geht bereits ein gattungsgemäßes Zahnradabschmiermodul zur automatischen Schmierung von Zahnrädern einer Windkraftanlage hervor, bei dem das mehrere Zähne aufweisende Schmierelement für die Führung des Schmierstoffs eine zum Schmierelement führende Achsenbohrung mit einem Austrittsloch aufweist. Jeder Zahn des Schmierelements besitzt vor Kopf eine Durchbohrung, die mit dem Austrittsloch der Achsenbohrung in Übereinstimmung bringbar ist. Bei Übereinstimmung des Austrittslochs mit der Durchbohrung des Schmierelements tritt jeweils der Schmierstoff aus der Achse aus und wird durch die Durchbohrung des Schmierelements zum zu schmierenden Zahnrad übertragen. Durch die Beschichtung des Schmierelements ist stets ein gleichmäßiger Schmierfilm auf dem zu schmierenden Zahnrad vorhanden. Die Schmierstoffversorgung des Zahnradabschmiermoduls erfolgt mit Hilfe einer elektrisch angetriebenen Schmierstoffpumpe, die über eine elektrische Versorgungsleitung oder Akkumulatoren mit Strom versorgt wird. Die Schmierstoffpumpe ist in der Nähe des Zahnradabschmiermoduls angeordnet und fördert den Schmierstoff aus einem Schmierstoffbehälter.
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Die Verlegung der Versorgungsleitungen ist aufwändig und verursacht insbesondere bei Windkraftanlagen hohe Installationskosten, das Austauschen von alternativ vorgesehen Akkumulatoren ist zeit- und personalintensiv und daher ebenfalls kostenträchtig, die Schmierstoffpumpe benötigt eine separate Befestigung und zusätzlichen Raum, der je nach Einsatzort des Zahnradabschmiermoduls nicht in dessen unmittelbarer Umgebung zur Verfügung steht, ferner benötigt die Schmierstoffpumpe eine separate Energieversorgung.
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Ferner ist aus der
US 3 608 672 A ein Zahnradabschmiermodul zur automatischen Schmierung von Zahnrädern mit einem mehrere Zähne aufweisenden Schmierritzel bekannt, das an einer drehbaren Achse angeordnet ist. Die drehbare Achse ist in einem Durchgang in einem Gehäuse des Zahnradabschmiermoduls gelagert. Der das Schmierritzel tragende Abschnitt der drehbaren Achse weist eine Durchgangsbohrung für den Schmierstoff auf, die mit einem Durchgang in dem Schmierritzel kommuniziert. Der Durchgang mündet in einer Austrittsöffnung zu Abgabe des Schmierstoffs an dem Zahngrund des Schmierritzels. An dem das Schmierritzel tragenden Abschnitt der Achse ist stirnseitig eine schraubenförmige Fördereinrichtung befestigt, die in der Durchgangsbohrung des Gehäuses drehbar ist. Die Fördereinrichtung fördert den Schmierstoff aus einem Speicher über eine Ventilanordnung, eine Dosiervorrichtung und einen in dem Gehäuse verlaufenden Kanal in die Durchgangsbohrung der drehbaren Achse.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Zahnradabschmiermodul der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das geringere Installations- und Betriebskosten verursacht, einen geringeren Bauraum und keine separate Energieversorgung benötigt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Zahnradabschmiermodul der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass
- – die Achse als Hohlkörper mit einer Höhlung ausgebildet ist,
- – in der Höhlung des Hohlkörpers eine Fördereinrichtung zum Fördern des Schmierstoffs von einem Schmierstoffeinlass zu jeder Austrittsöffnung angeordnet ist und
- – die Fördereinrichtung einen Drehantrieb aufweist, der an das Schmierelement gekoppelt ist.
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Die Fördereinrichtung, insbesondere eine Kolben-, Membran oder Schlauchpumpe, ist Platz sparend in der Höhlung der Achse untergebracht. Ein zusätzlicher Bauraum für die Fördereinrichtung ist daher nicht erforderlich. Im Interesse der kompakten Bauweise weist die Fördereinrichtung einen Drehantrieb auf, dessen Antriebswelle vorzugsweise achsparallel zu der feststehenden Achse verläuft.
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Das Zahnradabschmiermodul benötigt keine separate Energieversorgung. Das auf der feststehenden Achse drehbar angeordnete Schmierelement greift mit seinen Zähnen in das zu schmierende Zahnrad oder den zu schmierenden Zahnkranz ein und läuft passiv mit. Der wiederum an das Schmierelement gekoppelte Drehantrieb der Fördereinrichtung bezieht seine Energie ebenfalls aus der Drehung des zu schmierenden Zahnrades oder Zahnkranzes.
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Aufgrund der einfachen, keine Verkabelung erfordernden Installation kann das erfindungsgemäße Zahnradabschmiermodul an bestehenden Windkraftanlagen mit geringem Aufwand nachgerüstet werden.
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Das passiv mitlaufende Zahnradabschmiermodul dämpft darüber hinaus Schwingungen, die in dem zu schmierenden Zahnrad angeregt werden.
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Das Zahnradabschmiermodul lässt sich aufgrund des relativ geringen Gewichts und der kompakten Abmessungen nicht nur in Windkraftanlagen mit Vorteil einsetzen, sondern darüber hinaus auch in anderen Anwendungen, wie beispielsweise an Drehkranzverbindungen in der Zement- und Stahlindustrie. Ferner kommt der Einsatz beispielsweise in der Fahrzeug-, Luft und Raumfahrttechnik sowie im Bereich der Papier-, Lebensmittel- und Bergbauindustrie in Betracht.
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Das Schmierelement weist vorzugsweise einen hohlzylindrischen Grundkörper auf, den ein Zahnkranz umgibt. Der Grundkörper ist stirnseitig gegenüber dem Zahnkranz geringfügig eingezogen, so dass die Enden der Achse zumindest um den Betrag des Einzugs in Achsrichtung über den Grundkörper hinausragen. Der Zahnkranz schließt stirnseitig bündig mit mindestens einem der Enden der Achse ab. Ein derart ausgeführtes Schmierelement lässt sich bei einer der Länge der Achse entsprechenden Zahnbreite des Zahnkranzes raumsparend an der Achse sicher befestigen. Außerdem lässt sich die Kopplung zwischen dem Drehantrieb und dem Schmierelement raumsparend an einer der bündig mit der Achse abschließenden Stirnseiten, insbesondere mittels einer Mitnehmerplatte, ausführen.
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Zumindest der Zahnkranz des Schmierelements, vorzugsweise jedoch das gesamte Schmierelement besteht aus einem den Schmierstoff gleichmäßig abgebenden Werkstoff. Als Werkstoffe eignen sich Schaumstoffe, insbesondere geschäumte Polyurethane. Aufgrund der gemischtzelligen bzw. offenporigen Struktur und geringen Dichte sind Schaumstoffe besonders geeignet den aus der Austrittsöffnung im Mantel der Achse austretenden Schmierstoff aufzunehmen und im Eingriffsbereich an das zu schmierende Zahnrad abzugeben. Bei dem Schmierstoff handelt es sich beispielsweise um ein Schmierfett der Klasse NLGI 0 bis NLGI 2.
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Sofern das Schmierelement auf Grund der Schmieraufgabe einen großen Durchmesser aufweisen muss, kann der zylindrische Grundkörper radial nach außen weisende Lamellen besitzen, die in die Zähne des Zahnkranzes aus Schaumstoff hineinragen. Die in die Zähne des Zahnkranzes hineinragenden Lamellen stabilisieren die Zähne des Schmierelements. Zusätzlich kann ein Hart-Schaumstoff zum Einsatz gelangen, der sich durch einen höheren Verformungswiderstand auszeichnet.
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Um den Schmierstoff direkt zu der Oberfläche der mit dem zu schmierenden Zahnrad in Eingriff stehenden Zahnflanken des Schmierelementes zu fördern, kann in einer Ausgestaltung der Erfindung jeder Zahn des Schmierelementes mindestens einen Durchgang aufweisen, der mit der Austrittsöffnung in der Achse in Übereinstimmung bringbar ist. Bei Übereinstimmung der Austrittsöffnung in der Achse mit dem Durchgang eines Zahnes tritt jeweils der Schmierstoff aus der Achse aus und wird durch den Durchgang zu dem zu schmierenden Zahnrad übertragen. Bei dieser Ausführung des Schmierelements genügt es, wenn lediglich die Zahnflanken mit Schaumstoff zur Speicherung und gleichmäßigen Abgabe des Schmierstoffs beschichtet sind. Selbstverständlich kann jedoch auch bei dieser Ausführung das gesamte Schmierelement aus Schaumstoff bestehen.
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Das Schmierelement wird auf der feststehenden Achse durch zwei Sicherungsringe gehalten. Um die Achse nicht länger als das Schmierelement ausführen zu müssen, befinden sich die Sicherungsringe vorzugsweise an den Enden der Achse, die über den eingezogenen Grundkörper des Schmierelementes hinausragen.
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Um stirnseitig einen Schmierstoffaustritt zwischen der Achse und dem Schmierelement zu unterbinden, ist in Achsrichtung zu beiden Seiten jeder Austrittsöffnung ein Dichtring zwischen der Achse und dem Schmierelement angeordnet, der des Schmierelement beidseitig gegen die Achse abdichtet.
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Um das Zahnradabschmiermodul für die Schmierung von Zahnrädern oder Zahnkränzen mit während des Betriebs wechselnden Drehrichtungen einsetzen zu können, ist die Fördereinrichtung derart ausgelegt, dass sie unabhängig von der Drehrichtung des Drehantriebs Schmierstoff fördert. Diese Forderung stellt sich insbesondere auch bei der Schmierung des Azimut Antriebs einer Windkraftanlage.
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Eine raumsparende, stirnseitig nur geringfügig über die Achse und das Schmierelement hinausragende Kopplung zwischen dem Drehantrieb und dem Schmierelement wird derart ausgeführt, dass der Drehantrieb eine in Achsrichtung verlaufende Antriebswelle aufweist, die an einer Stirnseite der Achse über die Achse hinausragt und an dieser Stirnseite eine Mitnehmerplatte angeordnet ist, die sowohl mit der Antriebswelle als auch dem Schmierelement drehfest verbunden ist. Die drehfeste Verbindung der Mitnehmerplatte mit der Antriebswelle wird beispielsweise durch einen formschlüssigen Eingriff eines vieleckigen Abschnitts der Antriebswelle in einem entsprechend geformten Durchgang der Mitnehmerplatte erreicht. An dem Schmierelement wird die Mitnehmerplatte stirnseitig beispielsweise mit Schrauben drehfest festgelegt.
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Für die Integration in die Achse des Zahnradabschmiermoduls und die Ankopplung an das Schmierelement, kommen insbesondere eine Kolben-, Membran- oder Schlauchpumpe mit einen Drehantrieb in Betracht, die entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 10–12 ausgestaltet sind und nachfolgend näher erläutert werden.
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Die Kolbenpumpe weist eine in Achsrichtung hin- und herbewegliche Kolbenstange mit einem Kolben auf. Zwischen dem Drehantrieb und der Kolbenstange ist ein Kurvengetriebe angeordnet, das die Drehbewegung des Drehantriebs in eine translatorische Bewegung umwandelt und diese auf die Kolbenstange überträgt.
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Das von dem zu schmierenden Zahnrad eingehende Drehmoment wird über das Schmierelement aufgenommen und über die Mitnehmerplatte auf die Antriebswelle des Drehantriebs übertragen. Der Drehantrieb umfasst vorzugsweise ein Getriebe, welches das Drehmoment und die Drehzahl anpasst. Die Drehbewegung des Drehantriebs wird drehrichtungsunabhängig von dem Kurvengetriebe in die translatorische Bewegung umgesetzt, den Druck- bzw. Saughub des Kolbens. Der Zylinder verfügt über einen Einlass mit einem druckgesteuerten Einlassventil und einen Auslass mit einem druckgesteuerten Auslassventil. Der Schmierstoff-Einlass des Zahnradabschmiermoduls ist über einen Kanal mit dem Einlassventil des Zylinders verbunden. Das Auslassventil des Zylinders ist über mindestens einen Kanal mit jeder Austrittsöffnung des Zahnradabschmiermoduls verbunden. Das Auslassventil öffnet bei Druckerhöhung im Zylinder mit dem Druckhub des Kolbens und schließt bei Druckminderung im Zylinder mit dem Saughub des Kolbens. Während des Druckhubs des Kolbens wird eine auf den Kolben wirkende Rückstellfeder vorgespannt. Die Rückstellkraft der Rückstellfeder erzeugt gesteuert durch das Kurvengetriebe den Saughub des Kolbens in dem Zylinder. Während des Saughubs gelangt über das Einlassventil Schmierstoff in den Zylinder der während des anschließenden Druckhubs über das Auslassventil in Richtung jeder Austrittsöffnung in der Achse des Zahnradabschmiermoduls gefördert wird.
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Die oszillierende Bewegung des Kolbens in dem Zylinder fördert der Schmierstoff von dem Schmierstoffeinlass des Zahnradabschmiermoduls in Richtung von dessen Austrittsöffnung(en).
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Die Membranpumpe weist eine in Achsrichtung hin- und herbewegliche Betätigungsstange auf, die auf eine Membran einwirkt. Zwischen dem Drehantrieb und der Betätigungsstange ist ein Kurvengetriebe angeordnet, das die Drehbewegung des Drehantriebs in eine translatorische Bewegung umwandelt und diese auf die Betätigungsstange überträgt.
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Das von dem zu schmierenden Zahnrad eingehende Drehmoment wird über das Schmierelement aufgenommen und über die Mitnehmerplatte auf die Antriebswelle des Drehantriebs übertragen. Der Drehantrieb umfasst vorzugsweise ein Getriebe, welches das Drehmoment und die Drehzahl anpasst. Die Drehbewegung des Drehantriebs wird drehrichtungsunabhängig von dem Kurvengetriebe in die translatorische Bewegung umgesetzt.
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Die durch die Membran begrenzte Förderkammer verfügt über einen Einlass mit einem druckgesteuerten Einlassventil und einen Auslass mit einem druckgesteuerten Auslassventil. Der Schmierstoff-Einlass des Zahnradabschmiermoduls ist über einen Kanal mit dem Einlassventil der Förderkammer verbunden. Das Auslassventil der Förderkammer ist über mindestens einen Kanal mit jeder Austrittsöffnung des Zahnradabschmiermoduls verbunden.
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Das Auslassventil öffnet bei Druckerhöhung in der Förderkammer mit dem Druckhub der Betätigungsstange, der die Membran aus ihrer Ausgangslage elastisch verformt und dabei den Förderraum verkleinert. Das Auslassventil schließt bei Druckminderung in der Förderkammer mit der Rückstellung der elastisch verformbaren Membran in ihre Ausgangslage und Vergrößerung des Förderraums. Die Rückstellung der Membran kann zusätzlich durch eine auf die Betätigungsstange wirkende Rückstellfeder unterstützt werden. Die Rückstellgeschwindigkeit wird durch die von dem Kurvengetriebe vorgegebene translatorische Bewegung der Betätigungsstange bestimmt. Während der Vergrößerung des Förderraums gelangt über das Einlassventil Schmierstoff in den Förderraum, der während der Verkleinerung über das Auslassventil in Richtung jeder Austrittsöffnung in der Achse des Zahnradabschmiermoduls gefördert wird.
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Die Schlauchpumpe umfasst einen elastisch verformbaren Schlauch, der parallel zur Rotationsachse der Antriebswelle verläuft. Die Antriebswelle ist mit einer in Achsrichtung verlaufenden Nockenwelle verbunden, deren Nocke während der Drehung der Nockenwelle auf den Schlauch einwirkt und den Schlauch elastisch verformt. Die Rückstellbewegung erfolgt aufgrund des Elastizitätsmoduls des Schlauchs. Der Volumenstrom der Schlauchpumpe wird durch die Drehzahl, den Schlauchdurchmesser und die Eingriffslänge- und -tiefe des Nockens bestimmt.
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Der Schlauch verfügt über einen Einlass mit einem vorgeschalteten druckgesteuerten Einlassventil und einen Auslass mit einem nachgeschalteten druckgesteuerten Auslassventil. Der Schmierstoff-Einlass des Zahnradabschmiermoduls ist über einen Kanal mit dem Einlassventil verbunden. Das Auslassventil ist über mindestens einen Kanal mit jeder Austrittsöffnung des Zahnradabschmiermoduls verbunden.
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Das Auslassventil öffnet bei Druckerhöhung in dem Schlauch, wenn der Nocken den Schlauch elastisch verformt. Das Auslassventil schließt bei Druckminderung im Schlauch, wenn sich der Schlauch in seine Ausgangsform elastisch zurückstellt; dabei gelangt über das geöffnete Einlassventil Schmierstoff in den Schlauch.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zahnradabschmiermoduls mit einer Kolbenpumpe,
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2 eine perspektivische Ansicht des Zahnradabschmiermoduls nach 1 von einer ersten Stirnseite aus betrachtet, teilweise geschnitten,
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3 eine perspektivische Ansicht des Zahnradabschmiermoduls nach 1 von der gegenüberliegenden Stirnseite aus betrachtet, teilweise geschnitten,
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4 eine Detaildarstellung eines Ventilsteuerblocks eines Zahnradabschmiermoduls nach 1,
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5 einen Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zahnradabschmiermoduls mit einer Membranpumpe,
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5a eine vergrößerte Detailsdarstellung der Membranpumpe nach 5,
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6 eine perspektivische Darstellung des Zahnradabschmiermoduls nach 5 von einer ersten Stirnseite aus betrachtet, teilweise geschnitten,
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7 eine perspektivische Ansicht des Zahnradabschmiermoduls nach 5 von der gegenüberliegenden Stirnseite aus betrachtet, teilweise geschnitten,
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8 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Zahnradabschmiermoduls mit einer Schlauchpumpe sowie
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9 eine perspektivische Ansicht des Zahnradabschmiermoduls nach 8, teilweise geschnitten.
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Das erfindungsgemäße Zahnradabschmiermodul (1) zur automatischen Schmierung von Zahnrädern und Zahnkränzen umfasst ein Schmierelement (2) in Form eines Schmierritzels, das um eine als Hohlkörper ausgebildete feststehende Achse (3) drehbar angeordnet ist, eine in dem Hohlkörper der Achse (3) angeordnete Fördereinrichtung (4) zum Fördern eines Schmierstoffs von einem Schmierstoffeinlass (5) zu einer in dem Mantel der Achse (3) mündenden Austrittsöffnung (6). Ein Drehantrieb (7) der Fördereinrichtung (4) ist über eine Mitnehmerplatte (8) an das Schmierelement (2) gekoppelt.
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Einen hohlzylindrischen Grundkörper (2a) des Schmierelementes (2) umgibt ein mehrere Zähne (2b) aufweisender Zahnkranz (2c). Der Grundkörper (2a) ist stirnseitig gegenüber dem Zahnkranz (2c) geringfügig eingezogen, wobei das zur Mitnehmerplatte (8) weisende Ende der Achse (3) um einen kleineren Betrag als der des Einzugs (9) in Achsrichtung (10) über den Grundkörper (2a) hinausragt. Der Zahnkranz (2c) steht gegenüber dem Ende der Achse (3) etwas vor. Die Kopplung zwischen dem Drehantrieb (7) und dem Schmierelement (2) mittels der Mitnehmerplatte (8) erfolgt an dieser Stirnseite. An der gegenüberliegenden Stirnseite ragt die Achse (3) geringfügig über die Stirnseite des Schmierelementes (2) hinaus. Dieses Ende der Achse dient der Aufnahme in einer in 1 gestrichelt dargestellten Platte (11), an der das Zahnradabschmiermodul (1) vorzugsweise lösbar befestigt ist, um dieses für Wartungsarbeiten rasch austauschen zu können.
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Das Schmierelement (2) wird auf der feststehenden Achse (3) durch zwei an den Stirnseiten des Grundkörpers (2a) anliegende Sicherungsringe (12a, 12b) in Achsrichtung verschiebesicher gehalten. Um an den Stirnseiten einen Schmierstoffaustritt zwischen der Achse (3) und dem Schmierelement (2) zu unterbinden, ist in Achsrichtung zu beiden Seiten der Austrittsöffnung (6) ein Lippenring (13a, b) angeordnet, der das Schmierelement (2) beidseitig gegen die Achse (3) abdichtet.
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Die raumsparende, stirnseitig nur geringfügig über die Achse (3) hinausragende Kopplung zwischen dem Drehantrieb der Fördereinrichtung (4) und dem Schmierelement (2) wird derart ausgeführt, dass eine in Achsrichtung verlaufende Antriebswelle (14) (vgl. 2) mit rechteckigem Querschnitt in einen entsprechend geformten, rechteckigen Durchgang in der Mitnehmerplatte (8) eingreift. Die Mitnehmerplatte (8) ist mit drei Schrauben (15a–c), die stirnseitig in den Grundkörper (2a) des Schmierelementes (2) eingreifen, an dem Schmierelement (2) drehfest festgelegt.
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Die in das zu schmierende Zahnrad eingreifenden Zähne (2b) des Schmierelementes (2) übertragen daher über die Mitnehmerplatte (8) das Drehmoment auf die Antriebswelle (14) der Fördereinrichtung (4).
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Da sich die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Zahnradabschmiermoduls (1) lediglich hinsichtlich der in der als Hohlkörper ausgebildeten Achse (3) angeordneten Fördereinrichtung (4) unterscheiden, wird auf die vorstehenden Erläuterungen auch hinsichtlich der Ausführungsbeispiele mit einer als Membranpumpe sowie einer als Schlauchpumpe ausgestalteten Fördereinrichtung (4) vollumfänglich Bezug genommen.
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Die in 1 bis 4 dargestellte, als Kolbenpumpe ausgebildete Fördereinrichtung (4) weist ein zylindrisches Pumpengehäuse (16) auf, das in dem zylindrischen Hohlkörper der Achse (3) drehfest mittels einer Passfeder (17) festgelegt ist; möglich ist jedoch auch eine Ausführungsform, bei der die Kolbenpumpe unmittelbar in die Achse intgriert ist, die damit zugleich das Pumpengehäuse bildet. In der zylindrischen Höhlung des Pumpengehäuses (16) befindet sich ein Ventilblock (18) mit einem druckgesteuerten Einlassventil (18a) und einem druckgesteuerten Auslassventil (18b) eines Zylinders (19), der aus dem Ventilblock (18) und einem unmittelbar an diesen angrenzenden Zylinderblock (20) besteht (vgl. 4). Das Auslassventil (18b) des Zylinders (19) ist über einen Kanal (21) mit der Austrittsöffnung (6) des Zahnradabschmiermoduls (1) verbunden. Das Einlassventil (18a) ist über einen Kanal (22) mit dem Schmierstoffeinlass (5) des Zahnradabschmiermoduls (1) verbunden.
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An den Zylinderblock (20) schließt sich ein Zwischenstück (23) an, das in die Höhlung des Pumpengehäuses (16) eingesetzt wird. Das Zwischenstück (23) nimmt ein Kurvengetriebe (24) auf. Das Kurvengetriebe (24) umfasst einen Kurvenkopf (24a), der stirnseitig an einer Kolbenstange (25) angeordnet ist, deren gegenüberliegendes freies Ende als Kolben in dem Zylinder (19) hin- und herbeweglich geführt ist. Die Kolbenstange (25) umgibt eine spiralige Druckfeder (26), die sich einerseits an dem Zylinderblock (20) und andererseits an dem Kurvenkopf (24a) abstützt. Der Kurvenkopf (24a) weist, wie insbesondere aus 3 ersichtlich, an seiner Oberseite eine in Längsrichtung verlaufende Abflachung (27) auf, auf der gleitend ein Führungselement (28) aufsetzt und dadurch eine Verdrehung des Kurvenkopfs (24a) um seine Längsachse unterbindet.
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An der dem Ende der Kolbenstange (25) gegenüberliegenden Stirnseite des Kurvenkopfs (24a) ist eine Kurvenfläche (24b) angeordnet, die auf einer darauf abgestimmten Kurvenfläche (24c) eines Kurvenkopfes (24d) abgleitet. Der Kurvenkopf (24d) befindet sich an der Stirnseite einer mit der Kolbenstange (25) fluchtenden Getriebewelle (29), die an einer Abtriebswelle (30) eines Planetengetriebes (31) fixiert ist. Das Planetengetriebe (31) passt das Drehmoment und die Drehzahl an, die über die Mitnehmerplatte (8) auf die Antriebswelle (14) des Drehantriebs (7) übertragen wird. An das Planetengetriebe (31) schließt sich in der Höhlung des Pumpengehäuses (16) ein Endverschlussstück (32) an, das das Pumpengehäuse (16) stirnseitig verschließt und eine Durchtrittsöffnung für die Antriebswelle (14) aufweist.
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Unabhängig von der Drehrichtung der Antriebswelle (14) des Drehantriebs (7) wandelt das Kurvengetriebe (24) aufgrund der Beschaffenheit der zusammenwirkenden Kurvenflächen (24b, 24c) der Kurvenköpfe (24a, d) die Drehbewegung in eine translatorische Bewegung der Kolbenstange (25) um, deren in dem Zylinder (19) befindlicher Abschnitt zugleich den Kolben bildet. Selbstverständlich kann die Kolbenpumpe auch mit einem gegenüber der Kolbenstange (25) im Durchmesser größeren Abschnitt ausgestaltet sein, der den Kolben bildet.
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Die vorstehend beschriebene Kolbenpumpe arbeitet wie folgt:
Das von dem nicht dargestellten, zu schmierenden Zahnrad eingehende Drehmoment wird über das Schmierelement (2) aufgenommen und über die Mitnehmerplatte (8) auf die Antriebswelle (14) des Drehantriebs, der im dargestellten Ausführungsbeispiel das Planetengetriebe (31) umfasst, von dem Kurvengetriebe (24) in die translatorische Bewegung der zugleich den Kolben bildenden Kolbenstange (25) umgesetzt. Während des Druckhubs der Kolbenstange (25), kommt es zu einer Druckerhöhung in dem Zylinder (19). Das als federbelastetes Kugelventil ausgestaltete Auslassventil (18b) öffnet in Folge der Druckerhöhung gegen die Kraft der Feder des Kugelventils. Gleichzeitig wird die auf die Kolbenstange und damit den Kolben wirkende Druckfeder (26) vorgespannt.
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Nach Abschluss des Druckhubs erzeugt die Rückstellkraft der Druckfeder (26) gesteuert durch den Verlauf der Kurvenflächen (24b, 24c) des Kurvengetriebes (24) den Saughub der Kolbenstange (25) in dem Zylinder (19). Während des Saughubs gelangt über das ebenfalls als federbelastetes Kugelventil ausgeführte Einlassventil (18a) Schmierstoff in den Zylinder (19), der in dem sich anschließenden Druckhub über das Auslassventil (18b) und den Kanal (21) zu der Austrittsöffnung (6) in der Achse (3) gefördert wird. Dort gelangt der Schmierstoff in den Schaumstoff des Schmierelementes (2), wo er sich aufgrund der offenporigen Struktur gleichmäßig verteilt. Über die Zahnflanken der Zähne (2b) des Schmierelementes (2) wird der Schmierstoff gleichmäßig an die Zähne des zu schmierenden Zahnrades abgegeben.
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Die in 5 bis 7 dargestellte, als Membranpumpe ausgebildete Fördereinrichtung (4) unterscheidet sich im wesentlichen von der Kolbenpumpe dadurch, dass die erforderliche Druckänderung nicht mit Hilfe eines oszillierenden Kolbens, sondern einer oszillierenden Membran (33) erzeugt wird. Die Ausführung des Drehantriebs (7), dessen Kopplung an das Schmierelement (2) sowie das Kurvengetriebe (24) stimmen mit der Ausführung des Zahnradabschmiermoduls mit Kolbenpumpe überein, so dass auf die Ausführungen zu den 1–4 vollinhaltlich Bezug genommen wird.
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Abweichend zu dem Ausführungsbeispiel mit Kolbenpumpe ist der Kurvenkopf (24a) stirnseitig mit einer mit der Abtriebswelle (30) fluchtenden Betätigungsstange (34) verbunden, die an der gegenüberliegenden Stirnseite bis an die Membran (33) heranreicht. Die Betätigungsstange (34) ist fest mit der Membran verbunden. Die Verbindung erfolgt über ein Metallteil in der Membran (33) mit einem Innengewinde, in das ein Gewindeabschnitt der Betätigungsstange (34) eingreift. Der Ventilblock (18) weist eine zylindrische, als Sackloch ausgeführte Vertiefung auf, die eine Förderkammer (35) mit dem Einlassventil (18a) und dem Auslassventil (18b) bildet. Das die Förderkammer (35) bildende Sackloch wird durch die elastische Membran (33) verschlossen, indem deren umlaufender Rand mittels eines Gegenhaltestücks (36) mit einer den Rand der Membran (33) aufnehmenden Nut unmittelbar in dem Pumpengehäuse (16) an dem Ventilblock (18) zur Anlage gebracht wird. Der Gegenhalteblock (36) weist mittig einen Durchgang für die Betätigungsstange (34) auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach 5 ist die Membran (33) aus ihrer Ausgangslage ausgelenkt, wodurch die Förderkammer (35) verkleinert wird. Die Rückstellung der Membran (33) in ihre Ausgangslage, in der sie die Förderkammer planparallel zu deren Grund abschließt, wird zusätzlich durch die Druckfeder (26) unterstützt, die auf den Kurvenkopf (24a) in Richtung der Rückstellkraft der elastischen Membran (33) wirkt. Als Gegenlager stützt sich die Druckfeder (26) an dem Gegenhalteblock (36) ab. In weiterer Abweichung zu der Ausführungsform mit einer Kolbenpumpe ist das Planetengetriebe (31) nicht unmittelbar in dem Pumpengehäuse (16), sondern ebenfalls in dem Zwischenstück (23) gehaltert, was jedoch ohne grundsätzliche Bedeutung für die Funktion und Wirkungsweise der Fördereinrichtung (4) ist.
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Das Zahnradabschmiermodul (1) mit Membranpumpe arbeitet wie folgt:
Das Auslassventil (18b) öffnet bei Druckerhöhung in der Förderkammer (35) mit dem Druckhub der Betätigungsstange (34), der die Membran (33) aus ihrer Ausgangslage elastisch verformt und dabei die Förderkammer (35) verkleinert. Das Auslassventil (18b) schließt bei Druckminderung in der Förderkammer (35) mit der Rückstellung der elastisch verformbaren Membran (33) in ihre Ausgangslage und Vergrößerung der Förderkammer (35). Die Rückstellung der Membran wird dabei zusätzlich durch die richtungsgleich wirkende Kraft der Druckfeder (26) unterstützt. Die Rückstellgeschwindigkeit der Membran in die Ausgangslage wird von dem Verlauf der zusammenwirkenden Kurvenflächen (24b, 24c) des Kurvengetriebes (24) bestimmt. Während der Vergrößerung des Förderraums in der Förderkammer (35) gelangt über das Einlassventil (18a) Schmierstoff in den Förderraum, der während der anschließenden Verkleinerung über das Auslassventil (18b) und den Kanal (21) in Richtung der Austrittsöffnung (6) in der Achse (3) gefördert wird.
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Das Ausführungsbeispiel nach 8 und 9 zeigt eine als Schlauchpumpe ausgestaltete Fördereinrichtung (4). In dem Pumpengehäuse (16) sind im Abstand zueinander zwei Lager- und Ventilblöcke (37, 38) angeordnet zwischen denen sich ein Zwischenstück (39) zur Aufnahme einer Nockenwelle (40) und eines elastisch verformbaren Schlauchs (41) befindet.
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Der erste Lager- und Ventilblock (37) weist eine Aufnahme für einen Lagerzapfen (40a) der Nockenwelle (40) auf. Auf der gegenüberliegenden Seite ist die Nockenwelle (40) unmittelbar mit der Antriebswelle (14) verbunden, die sich durch einen Durchgang in dem zweiten Lager- und Ventilblock (38) hindurch erstreckt und die Drehung auf die Nockenwelle (40) überträgt.
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Der elastisch verformbare Schlauch (41) ist parallel zur Rotationsachse (42) der Antriebswelle (14) bzw. der Nockenwelle (40) im Wirkungsbereich von deren Nocken (40b) angeordnet. Endseitig wird der Schlauch (41) mittels Schlauchhalterungen (41a, 41b) an den Lager- und Ventilblöcken (37, 38) befestigt. Die Schlauchhalter (41a, 41b) sind als hohlzylindrische Stifte ausgeführt, die endseitig einerseits in einen mit dem Einlass- bzw. Auslassventil (18a, 18b) kommunizierenden Kanal und andererseits in den Durchlassquerschnitt des Schlauchs (41) eingeschoben sind. Das in dem ersten Lager- und Ventilblock (37) angeordnete, als Rückschlagventil ausgebildete Einlassventil (18a), ist ausgehend von dem Lager- und Ventilblock (37) über den Kanal (22) mit dem Schmierstoffeinlass (5) verbunden. Das in dem zweiten Lager- und Ventilblock (38) angeordnete, als Rückschlagventil ausgebildete Auslassventil (18b), ist ausgehend von dem Lager- und Ventilblock (38) über den Kanal (21) mit der Austrittsöffnung (6) für den Schmierstoff verbunden.
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Das Zahnradabschmiermodul (1) mit Schlauchpumpe arbeitet wie folgt:
Die mit der Antriebswelle (14) verbundene Nockenwelle (40) wirkt mit ihrer Nocke (40b) während der Drehung der Nockenwelle (40) auf den elastisch verformbaren Schlauch (41) ein und verformt diesen elastisch. Hierdurch wird das für den Schmierstoff in dem Schlauch (41) zur Verfügung stehende Volumen verkleinert und der Druck in dem Schlauch (41) erhöht. Dabei öffnet das Auslassventil (18b), während das Einlassventil (18a) bei Druckerhöhung in Richtung des Schmierstoffeinlasses (5) schließt.
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Das Auslassventil (
18b) schließt bei Druckminderung in dem Schlauch (
41), wenn der Nocken (
40b) nicht mehr auf den Schlauch (
41) einwirkt und sich der Schlauch in seine Ausgangsform elastisch zurückstellt. Gleichzeitig gelangt über das geöffnete Einlassventil (
18a) Schmierstoff in den Schlauch, der bei der nächsten Einwirkung des Nockens und damit einhergehender Druckerhöhung über das Auslassventil (
18b) in Richtung der Austrittsöffnung (
6) gefördert wird. Bezugszeichenliste
| Nr. | Bezeichnung | Nr. | Bezeichnung |
| 1 | Zahnradabschmiermodul | 24d | Kurvenkopf |
| 2 | Schmierelement | 25 | Kolbenstange |
| 2a | Grundkörper | 26 | Druckfeder |
| 2b | Zähne | 27 | Abflachung |
| 2c | Zahnkranz | 28 | Führungselement |
| 3 | Achse | 29 | Getriebewelle |
| 4 | Fördereinrichtung | 30 | Abtriebswelle |
| 5 | Schmierstoffeinlass | 31 | Planetengetriebe |
| 6 | Austrittsöffnung | 32 | Endverschlussstück |
| 7 | Drehantrieb | 33 | Membran |
| 8 | Mitnehmerplatte | 34 | Betätigungsstange |
| 9 | Einzug | 35 | Förderkammer |
| 10 | Achsrichtung | 36 | Gegenhaltestück |
| 11 | Platte | 37, 38 | Lager- und Ventilblock |
| 12a, b | Sicherungsringe | 39 | Zwischenstück |
| 13a, b | Lippenring | 40 | Nockenwelle |
| 14 | Antriebswelle | 40a | Lagerzapfen |
| 15a–c | Schrauben | 40b | Nocken |
| 16 | Pumpengehäuse | 41 | el. verformbarer Schlauch |
| 17 | Passfeder | 41a, b | Schlauchhalter |
| 18 | Ventilblock | 42 | Rotationsachse |
| 18a | Einlassventil | | |
| 18b | Auslassventil | | |
| 19 | Zylinder | | |
| 20 | Zylinderblöcke | | |
| 21 | Kanal | | |
| 22 | Kanal | | |
| 23 | Zwischenstück | | |
| 24 | Kurvengetriebe | | |
| 24a | Kurvenkopf | | |
| 24b | Kurvenfläche | | |
| 24c | Kurvenfläche | | |
