DE102011008810A1

DE102011008810A1 - Vorrichtung zur Versorgung eines Lagers mit einer Schmierflüssigkeit

Info

Publication number: DE102011008810A1
Application number: DE102011008810A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kaiser; Matthias Stahl; Peter Moser
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Versorkeit (2), umfassend eine in das Lager (1; 1') führende Zuleitung (3; 3') für die Schmierflüssigkeit (2) zwischen dem Lager (1; 1') und einem Speicher (4) für die Schmierflüssigkeit (2). Die Aufgabe, eine insbesondere energetisch autarke druckunabhängige konstante Zuführung von Schmierflüssigkeit in das Lager sicherzustellen, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Zuleitung (3; 3') ein mechanisch selbstregelnder Durchflussbegrenzer (5; 5') für die Schmierflüssigkeit (2) angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach Anspruch 1 zur Versorgung eines Lagers mit einer Schmierflüssigkeit.
Aus der Praxis ist bekannt, eine Schmierflüssigkeit einem Lager zuzuführen, und zwar mittels einer Zuleitung, die in das Lager führt, wobei die Zuleitung zwischen dem Lager und einem Speicher für das fluide Schmiermittel angeordnet ist. Das Lager erfordert für den normalen Betrieb eine definierte, zeitlich konstante Menge an Schmiermittel pro Zeiteinheit. Der Speicher entleer sich jedoch, so dass ein zeitlicher Druckabfall und damit eine zeitliche Abnahme der in das Lager gelangenden Menge an Schmierflüssigkeit die Folge ist. Druckbeaufschlagte Speicher haben Druckschwankungen zur Folge, so dass auch in diesem Fall die pro Zeiteinheit in das Lager gelangende Menge an Schmierflüssigkeit nicht ohne weiteres konstant ist.
Die in das Lager pro Zeiteinheit gelangende Menge an Schmierflüssigkeit kann beispielsweise durch eine gesteuerte Pumpe eingestellt und insbesondere konstant gehalten werden. Dazu muss ein Regelkreislauf für die Steuerung der Pumpe vorgesehen sein, der einen Sensor umfasst, wobei der Sensor die momentane Durchflussrate der Schmierflüssigkeit in der Zuleitung ermittelt, beispielsweise als Milliliter pro Stunde, diese momentane Durchflussrate mit einem Sollwert vergleicht und aus der Differenz die Pumpe ansteuert, so dass die Durchflussrate konstant gehalten wird. Eine derartig gesteuerte Pumpe ist aufwendig und kann nur mit einer elektrischen Versorgung betrieben werden, ist also insbesondere nicht energetisch autark.
Es sind weiter Pumpen bekannt, die eine konstante Durchflussrate liefern, die allerdings ebenfalls eine elektrische Versorgung erforderlich machen.
Es ist weiter bekannt, in der Zuleitung eine Drossel, insbesondere ein betätigbares Ventil vorzusehen, dabei sind jedoch Fehleinstellungen möglich. Bei einer Drossel bzw. einem Ventil hängt die Durchflussrate der Schmierflüssigkeit von der Druckdifferenz ab, so dass eine konstante Durchflussrate nicht ohne weiteres zu erhalten ist, sondern zusätzliche Maßnahme erfordert.
GB 1,148,435 beschreibt eine Vorrichtung zur Versorgung eines Lagers mit einem Schmieröl, dabei ist eine in der Lager führende Zuleitung vorgesehen, in der von einer Pumpe druckbeaufschlagtes Schmiermittel geleitet ist. Von der in das Lager führenden Zuleitung durch ein Ventil getrennt ist ein Vorratsbehälter für das Schmieröl vorgesehen, dessen Druck überwacht wird.
JP 11166549 AA (Abstract) beschreibt eine Ölumlaufschmierung mit einem Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Öls, wobei der Temperatursensor ein Ventil in der Zuleitung so steuert, dass bei einer ansteigenden Temperatur mehr Öl in das Lager geleitet wird.
JP 06207621 AA (Abstract) beschreibt ein elektrisch angesteuertes Ventil, um die pro Zeiteinheit in das Lager geleitete Menge an Schmierflüssigkeit konstant halten zu können.
US 4,671,681 A beschreibt ein mechanisch betätigbares Ventil, das sicherstellt, dass bei einem zu hohen Einpressdrucke eines Schmiermittels die Zuleitung zu dem Lager von einem durch vorgespanntes Federelement beaufschlagten Zapfen blockiert wird.
DE 2 243 122 A beschreibt einen pneumatisch betätigbaren, aufblähbaren Ring, der den Durchfluss von Schmiermittel begrenzt.
Aufgabe der Erfindung
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine insbesondere energetisch autarke druckunabhängige konstante Zuführung von Schmierflüssigkeit in das Lager sicherzustellen.
Zusammenfassung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in der Zuleitung ein mechanisch selbstregelnder Durchflussbegrenzer für die Schmierflüssigkeit angeordnet ist.
Der mechanisch selbstregelnde Durchflussbegrenzer weist beispielsweise eine elastisch verformbare, zum Beispiel aus Kunststoff oder Edelstahl gefertigte Scheibe mit einer Durchlassbohrung auf, wobei die Scheibe senkrecht zu der Druckdifferenz in der Zuleitung angeordnet ist, wobei eine Zunahme der Druckdifferenz eine Verengung der Durchlassbohrung und eine Abnahme der Druckdifferenz eine Weitung der Durchlassbohrung bewirkt, derart, dass über einen großen Bereich annähernd unabhängig von der Druckdifferenz, der Fluss durch die Durchlassbohrung im wesentlichen konstant gehalten wird. Die Scheibe, die als biegsamer Regelstern ausgebildet ist, liegt abhängig von der Druckdifferenz an einer konischen Messfläche an, wobei der effektive Querschnitt der Durchlassbohrung verringert bzw. vergrößert wird.
Der mechanische selbstregelnde Durchflussbegrenzer hält die Durchflussrate in der Zuleitung, also das pro Zeiteinheit durch die Zuleitung tretende Volumen der Schmierflüssigkeit, über einen weiteren Druckbereich im wesentlichen konstant. Der Durchflussbegrenzer arbeitet rein mechanisch und erfordert keine elektrische Ansteuerung, ist also energetisch autark.
Nach einem vergleichbaren Prinzip arbeitende Durchflussbegrenzer sind beispielsweise bei Wasserleitungen in Häusern oder für hydraulische Zuleitungen in Luftfahrzeugen bekannt.
Gemäß der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis ermöglichen kleinbauende Durchflussbegrenzer Durchflussraten in der Größenordnung von Millilitern pro Stunde und sind für die Zufuhr von Schmierflüssigkeiten in Lager grundsätzlich geeignet.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Durchflussbegrenzer in dem Lager, insbesondere in einem Lagerring des Lagers, angeordnet ist. Der Durchflussbegrenzer ist damit Teil des Lagers. Der Lagerhersteller kann den Durchflussbegrenzer so einstellen, dass die Durchflussrate in der Einbaustellung des Lagers einen optimalen Wert erhält, unabhängig von den Druckverhältnissen, auf die der Lagerhersteller keinen Einfluss hat.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in der Zuleitung zwischen dem Durchflussbegrenzer und dem Lager ein Sperrventil angeordnet ist. Das Sperrventil stellt sicher, dass bei einem längeren Stillstand des Lagers, wenn kein Bedarf an Schmierflüssigkeit besteht, die Zufuhr der Schmierflüssigkeit unterbrochen werden kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Versorgung eines Lagers mit einer Schmierflüssigkeit,
2 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Abwandlung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels, und
3 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Abwandlung des in 1 dargestellten Ausführungsbeispiels.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Vorrichtung zur Versorgung eines Lagers 1 mit einer Schmierflüssigkeit 2, nämlich einem Schmieröl, wobei die Vorrichtung eine in das Lager 1 führende Zuleitung 3 für die Schmierflüssigkeit 2 zwischen dem Lager 1 und einem Speicher 4 für die Schmierflüssigkeit 2 aufweist. In der Zuleitung 3 ist ein mechanisch selbstregelnder Durchflussbegrenzer 5 angeordnet, der, weitgehend unabhängig von der in der Zuleitung 3 herrschenden Druckdifferenz, eine von der Druckdifferenz unabhängige, insbesondere auch zeitlich konstante Durchflussrate des Schmiermittels 2 in das Lager 1 sicherstellt. Aufgrund der zeitlich konstanten Durchflussrate ist die pro Zeiteinheit in das Lager 1 eintretende Volumenmenge des Schmiermittels 2 im wesentlichen konstant.
Der Durchflussbegrenzer 5 umfasst dabei eine elastisch biegsame, insbesondere vorgespannte Scheibe mit einer Durchlassöffnung für das Schmiermittel 2, die in Abhängigkeit von der in der Zuleitung 3 herrschenden Druckdifferenz in unterschiedlichen Ausmaß gegen eine konische Fläche gedrückt wird, derart, dass die Querschnittsfläche der Durchlassöffnung mit zunehmender Druckdifferenz verringert und mit abnehmender Druckdifferenz vergrößert wird, so dass, weitgehend unabhängig von der Druckdifferenz, die Durchflussrate im konstant bleibt.
In der Zuleitung 3 ist zwischen dem Durchflussbegrenzer 5 und dem Lager 1 ein Sperrventil 6 angeordnet, so dass, falls dem Lager 1 kein Schmieröl 2 zugeführt werden soll, beispielsweise bei einem längeren Stillstand des Lagers 1, die Zuleitung 3 blockiert werden kann.
Der Speicher 4 versorgt ein weiteres Lager 1' mit dem Schmieröl, wobei zwischen dem weiteren Lager 1' und dem Speicher 4 eine weitere Zuleitung 3' vorgesehen ist, in der ein weiterer Durchflussbegrenzer 5' und ein weiteres Sperrventil 6' angeordnet ist.
Die beiden Durchflussbegrenzer 5, 5' sind jeweils auf eine andere Durchflussrate eingestellt, die für beide Lager 1, 1', einen unterschiedlichen Wert aufweist. Die jeweilige Durchflussrate ist dabei auf den Lagertyp sowie auf die Betriebsbedingung des jeweiligen Lagers 1, 1' optimal eingestellt.
Der Speicher 4 ist Teil einer Membranpumpe und umfasst eine Membran 7 zwischen dem Vorrat an Schmieröl 2 und einem abgeschlossenen Luftpolster 8. Die Membran 7 ist gespannt und beaufschlagt, ggf. zusätzlich zu dem hydrostatischen Druck des Schmieröls 2 in dem Behälter des Speichers 4, das in die Zuleitungen 3, 3' eintretende Schmieröl mit dem gleichen, zeitlich ggf. veränderlichen Druck.
Die Membranpumpe mit dem Speicher 4 ist Teil eines Schmierkreislaufs, umfassend einen Schmieröltank 9, eine Pumpe 10, die Schmieröl von dem Schmieröltank 9 in den Speicher 4 druckbeaufschlagt fördert, und ein Überdruckventil 11, das überschüssiges Schmieröl aus dem Speicher 4 zurück zu dem Schmieröltank 9 abgibt.
Durch die Pumpe 10 kann der Druck in den Zuleitungen 3, 3' zu den Lagern 1, 1' schwanken, wobei diese Schwankung aufgrund der Durchflussbegrenzer 5, 5' in den Zuleitungen 3, 3' die in das jeweilige Lager 1, 1' pro Zeiteinheit geförderte Menge Schmieröl 2 unbeeinflusst lässt.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der in 2 und 3 dargestellten Abwandlungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder in ihrer technischen Wirkung vergleichbare Merkmale. Die Abwandlungen unterscheiden sich insbesondere in der Einbindung des Speichers 4 in einen Schmierstoffkreislauf.
2 zeigt den Speicher 4, der mit einer bestimmten Menge an Schmieröl 2 vorbefüllt ist, wobei der Speicher 4 diese Menge mit der Zeit an die beiden Lager 1, 1' über die Zuleitungen 3, 3' abgibt, so dass der Speicher 4 leerläuft und der Druck in den Zuleitungen 3, 3' zeitlich abnimmt. Trotz der Abnahme des Drucks ermöglichen die Durchflussbegrenzer 5, 5' in den Zuleitungen 3, 3' eine zeitlich im wesentlichen konstante Durchflussrate des Schmiermittels 2 zu den Lagern 1, 1'. Unterschreitet die in dem Speicher 4 vorhandene Menge an Schmiermittel 2 einen kritischen Wert, wird über ein Ölauffüllventil 12 weiteres Schmieröl in den Speicher 4 eingefüllt, so dass der Druck in den Zuleitungen 3, 3' ansteigt. Trotz des kurzfristigen Druckanstiegs stellen die Durchflussbegrenzer 5, 5' sicher, dass die Durchflussrate des Schmiermittels 2 in den Zuleitungen 3, 3' zu den Lagern 1, 1' im wesentlichen konstant bleibt.
3 zeigt den Speicher 4, der mittels einer Pumpe 13 aus dem Vorrat eines Schmiermitteltanks 14 druckbeaufschlagt befüllt wird. Zwischen der Pumpe 13 und dem Speicher 4 ist ein Rückschlagventil 15 vorgesehen, so dass der Druck in dem Speicher 4 einen kritischen Wert nicht übersteigt. Der kritische Wert des Rückschlagventils 15 ist so auf die den Arbeitsbereich der Durchflussbegrenzer 5, 5' maximal begrenzende Druckdifferenz ausgelegt, dass bei jedem Druck innerhalb der Zuleitung 3, 3' die Durchflussbegrenzer 5, 5' die Durchflussrate zu den beiden Lagern 1, 1', die für die beiden Lager 1, 1' jeweils unterschiedliche, optimale Werte aufweist, konstant hält.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel waren die Durchflussbegrenzer 5, 5' jeweils beabstandet von den Lagern 1, 1' angeordnet. Es versteht sich, dass die Durchflussbegrenzer 5, 5' in die Lager 1, 1' baulich integriert, beispielsweise in einem Lagerring der Lager 1, 1' aufgenommen, und an einer Auslassöffnung der Zuleitung 3, 3' angeordnet sein können. Der Lagerring bildet dann mit dem Durchflussbegrenzer eine kompakte bauliche Einheit.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Schmierflüssigkeit 2 ein Schmieröl. Es versteht sich, dass als Schmierflüssigkeit auch Wasser oder ein anderes fluides Medium vorgesehen sein kann. Es versteht sich weiter, dass die Lager 1, 1' auch mediengeschmiert sein können, also die Durchflussrate der Durchflussbegrenzer 5, 5' so hoch sein kann, dass die Lager 1, 1' ständig von der Schmierflüssigkeit, beispielsweise dem Wasser, durchsetzt werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Lager 1, 1' in Meerwasser zu betreiben und als Schmierflüssigkeit gereinigtes Meerwasser oder Süßwasser vorzusehen, das aus dem umgebenden Meerwasser durch eine Entsalzungsanlage gewonnen wird.
Bezugszeichenliste

1, 1': Lager
2: Schmieröl
3, 3': Zuleitung
4: Speicher
5, 5': Durchflussbegrenzer
6, 6': Sperrventil
7: Membran
8: Luftpolster
9: Schmieröltank
10: Pumpe
11: Überdruckventil
12: Ölauffüllventil
13: Pumpe
14: Schmiermitteltank
15: Rückschlagventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

GB 1148435 [0006]
JP 11166549 AA [0007]
JP 06207621 AA [0008]
US 4671681 A [0009]
DE 2243122 A [0010]

Claims

Vorrichtung zur Versorgung eines Lagers (1; 1') mit einer Schmierflüssigkeit (2), umfassend eine in das Lager (1; 1') führende Zuleitung (3; 3') für die Schmierflüssigkeit (2) zwischen dem Lager (1; 1') und einem Speicher (4) für die Schmierflüssigkeit (2), dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (3; 3') ein mechanisch selbstregelnder Durchflussbegrenzer (5; 5') für die Schmierflüssigkeit (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussbegrenzer in dem Lager, insbesondere in einem Lagerring des Lagers, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zuleitung (3; 3') zwischen dem Durchflussbegrenzer (5; 5') und dem Lager (1; 1') ein Sperrventil (6, 6') angeordnet ist.