DE102012220297A1

DE102012220297A1 - Schmiervorrichtung

Info

Publication number: DE102012220297A1
Application number: DE201210220297
Authority: DE
Inventors: Armin Buergy; Dieter Hess; Stefan SCHÜRMANN; Andreas Schönfeld
Original assignee: Lincoln GmbH; SKF Lubrication Systems Germany AG
Current assignee: SKF Lubrication Systems Germany GmbH
Priority date: 2012-11-08
Filing date: 2012-11-08
Publication date: 2014-05-08

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung (1) umfassend eine Kolbenpumpe (2), wobei die Kolbenpumpe (2) einen linear beweglichen Kolben (3) aufweist, der in der Bohrung eines Zylinderelements (4) beweglich angeordnet ist, um eine definierte Menge Schmierstoff von einer Schmierstoffzufuhr (5) zu einem Schmierstoffauslass (6) zu fördern, wobei der Kolben (3) mit einem Bewegungselement (7) verbunden ist, mit dem er linear bewegt werden kann. Um die Menge an auszubringendem Schmierstoff besser steuern zu können, sieht die Erfindung vor, dass das Bewegungselement (7) als linearer Schrittmotor ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung umfassend eine Kolbenpumpe, wobei die Kolbenpumpe einen linear beweglichen Kolben aufweist, der in der Bohrung eines Zylinderelements beweglich angeordnet ist, um eine definierte Menge Schmierstoff von einer Schmierstoffzufuhr zu einem Schmierstoffauslass zu fördern, wobei der Kolben mit einem Bewegungselement verbunden ist, mit dem er linear bewegt werden kann.
Werden bei gattungsgemäßen Schmiervorrichtungen Kolbenpumpen eingesetzt, gilt für diese, dass sie stets bei einer gegebenen Einstellung mit einem festen Hub arbeiten; während des Betriebs lässt sich Hub nicht verändern. Demgemäß wird pro Hub ein definiertes Volumen an Schmierstoff aus der Schmiervorrichtung ausgebracht.
Zur Beeinflussung des Schmierstoff-Fördervolumens pro Hub, werden üblicherweise die Verhältnisse in der Kolbenkammer verändert. Hierzu stehen mehrere Möglichkeiten zur Verfügung.
Der Kolbenraum füllt sich über eine Ansaugbohrung. Verschiebt man diese, so ändert sich hierdurch auch der wirksame Kolbenraum. Diese Änderung erfordert regelbare bzw. einstellbare Elemente wie beispielsweise eine Kolbenbuchse. Die Ansaugbohrung ist Teil der Kolbenbuchse. Durch Verschiebung in Richtung der Längsachse zum Kolben hin wird das Fördervolumen größer, bei Verschiebung in Gegenrichtung kleiner.
Dann ist der Umbau der Kolbenpumpe dahingehend möglich, dass ein anderer Kolbendurchmesser gewählt wird. Ein größerer Kolben liefert mehr Fördervolumen, ein kleinerer weniger Volumen.
Allerdings bedingen die insoweit zusätzlich zum Einsatz kommenden Elemente Verluste und Verschleiß. Die Bauweise wird dadurch auch komplexer und wartungsanfälliger.
Möglich ist es auch, den Hub der Kolbenpumpe zu verändern. Dies erfordert allerdings einen Umbau des Kolbenantriebs, z. B. kann eine andere Exzenterscheibe eingebaut werden. Dies allerdings erfordert ein Anhalten der Pumpe und einen entsprechend zeitaufwändigen Umbau. In dieser Zeit ist keine Schmierstoff-Förderung möglich.
Eine weitere Möglichkeit, Einfluss auf das Schmierstoff-Fördervolumen zu nehmen, ist die Veränderung der Hubzahl. Demgemäß wird die Kolbenpumpe schneller betrieben, um mehr Schmierstoff pro Zeit zu fördern. Nachteilig ist hier allerdings, dass die Schmierung nicht mehr synchron zu einer Reibbewegung, z. B. zur Bewegung eines Kolbens in einem Zylinder, erfolgt. Daher wird hier lieber ein erhöhter Schmierstoffverbrauch und somit eine Überschmierung der Schmierstelle in Kauf genommen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schmiereinrichtung der eingangs genannten Art so fortzubilden, dass es möglich wird, sehr kleine Volumina an Schmierstoff präzise fördern zu können, um somit auf wechselnde Betriebsbedingungen einer zu schmierenden Anlage schnell zu optimal reagieren zu können. Diese Reaktion soll ohne Eingriffe von außen, d. h. ohne Einstell- oder Umbauarbeiten an der Schmieranlage möglich sein.
Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement für den Kolben als linearer Schrittmotor ausgebildet ist.
Der Schrittmotor kann dabei ein Spindel-Mutter-System umfassen, wobei die Mutter zur linearen Bewegung der Spindel von einem Elektromotor drehangetrieben ist.
Der Schrittmotor kann als Reluktanzschrittmotor oder als Permanentmagnetschrittmotor ausgebildet sein.
Ein Schrittmotor ist zumeist ein Synchronmotor, bei dem der Rotor, d. h. das drehbare Motorteil samt Welle, durch ein gesteuertes schrittweise rotierendes elektromagnetisches Feld der Statorspulen, d. h. des nicht drehbaren Motorteils, um einen minimalen Winkel (Schritt) oder sein Vielfaches gedreht werden kann. Vorliegend werden Schrittmotoren in Form eines Linearmotors eingesetzt.
Ist der Schrittmotor als Reluktanzschrittmotor ausgeführt, besteht der Rotor aus einem gezahnten Weicheisenkern. Bei diesem Material verschwindet nach dem Ausschalten des Statorstromes das Magnetfeld. Bei eingeschaltetem Strom fließt der magnetische Fluss durch den Weicheisenkern des Rotors. Die Drehbewegung des Rotors kommt zustande, weil vom gezahnten Stator der nächstliegende Zahn des Rotors angezogen wird, da sich so der magnetische Widerstand verringert.
Ist der Schrittmotor als Permanentmagnetschrittmotor ausgebildet, besteht der Stator aus Weicheisen und der Rotor aus Dauermagneten, die abwechselnd einen Nordund einen Südpol aufweisen. Mit dem Stator-Magnetfeld richtet man den dauermagnetischen Rotor so aus, dass eine Drehbewegung entsteht.
Der Schrittmotor kann mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung stehen. In diesem Falle ist gemäß einer Weiterbildung vorgesehen, dass im Bereich des Schmierstoffauslasses ein Durchflussmengenmesser für ausgebrachten Schmierstoff angeordnet ist, der mit der Steuer- oder Regeleinrichtung in Verbindung steht. Damit wird es möglich, die ausgebrachte Menge an Schmierstoff im geschlossenen Regelkreis gemäß einer Vorgabe zu regeln.
Zwischen einem Betätigungselement des Schrittmotors, insbesondere der oben genannten Spindel des Spindel-Mutter-Systems, und dem Kolben kann ein Kupplungselement zum Ausgleich eines radialen Versatzes angeordnet sein.
Oberhalb des Zylinderelements ist meist eine Ansaugkammer angeordnet, die mit der Bohrung des Zylinderelements in fluidische Verbindung bringbar ist, wobei vorzugsweise die Schmierstoffzufuhr in die Ansaugkammer mündet. Die Ansaugkammer ist des Weiteren vorteilhaft mit einem Entlüftungselement versehen.
Am Ende der Bohrung des Zylinderelements, in Fließrichtung des Schmierstoffs gesehen, kann ein Rückschlagventil angeordnet sein.
Mit der vorgeschlagenen Lösung ist es möglich, eine variable Kleinstmengenförderung von Schmierstoff zu bewerkstelligen, wozu der Schrittmotor entsprechend angesteuert wird.
Der Erfindungsvorschlag kann überall dort eingesetzt werden, wo wechselnde Betriebsbedingungen ein variables und exakt einstellbares Schmierstoff-Fördervolumen erfordern. Als Beispiel sei eine Kompressorschmierung genannt.
Das System Kolbenpumpe mit Schrittmotor für den Linearantrieb des Kolbens ist ideal, um kleine Mengen an Schmierstoff reproduzierbar fördern zu können. Durch die Möglichkeit einer individuellen Festlegung des genauen Kolbenhubs per Schrittmotor können Schmierstoff-Volumina auf einen Kubikmillimeter genau gefördert werden.
Dadurch kann das Schmiersystem exakt jene Schmierstoff-Menge an eine Schmierstelle liefern, die tatsächlich benötigt wird. Ein Überschmieren, wie es bei vorbekannten Lösungen durch eine ungünstige Abstufung der Elemente der Kolbenpumpe immer wieder auftritt, kann verhindert werden.
Somit kann eine bedarfsgerechte Schmierung erfolgen, die die Umwelt schont und Kosten spart.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch eine Schmiervorrichtung mit einer Kolbenpumpe, wobei der Kolben noch außerhalb einer Bohrung in einem Zylinderelement ist,
2 in der Darstellung nach 1 die Vorrichtung, wobei jetzt der Kolben in die Bohrung im Zylinderelement eingeführt ist und Schmierstoff gefördert wird,
3 die Eingriff des Kolbens in die Bohrung im Zylinderelement gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung und
4 die Schmiervorrichtung, betrieben in einem geschlossenen Regelkreis.
In den 1 und 2 ist eine Schmiervorrichtung 1 dargestellt, deren Kernbestandteil eine Kolbenpumpe 2 ist. Die Kolbenpumpe 2 umfasst einen Kolben 3, der in die Bohrung eines Zylinderelements 4 eintauchen kann, um durch seine translatorische Bewegung Schmierstoff zu fördern. Der Schmierstoff gelangt von einer Schmierstoffzufuhr 5 (Eingangsverschraubung) zunächst in eine Ansaugkammer 12, die mittels eines Entlüftungselements 13 entlüftet werden kann. Die Ansaugkammer 12 steht in fluidischer Verbindung mit der Bohrung im Zylinderelement 4. Hierdurch kann Schmierstoff von der Ansaugkammer 12 in die Bohrung des Zylinderelements 4 (Kolbenraum 15) gelangen, wenn – was in 1 dargestellt ist – der Kolben 3 etwas aus der Bohrung herausgehoben ist.
Die Ansaugkammer 12 wird nach oben durch eine Wand 19 begrenzt, die in einem Gehäuse 20 des Schmiervorrichtung 1 festgelegt ist. Hierfür ist ein Sprengring 21 vorgesehen. Die Dichtigkeit der Ansaugkammer 12 wird durch Dichtungen 22 hergestellt.
Wird der Kolben 3 (nach unten) in die Bohrung im Zylinderelement 4 eingeschoben, wird die sich in der Bohrung befindliche Menge an Schmierstoff in Richtung eines Schmierstoffauslasses 6 gefördert. Ein Rückschlagventil 14 verhindert das Rückfließen von gefördertem Schmierstoff.
Das insoweit vorbekannten Konzept einer Schmiervorrichtung 1 zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass das Bewegungselement 7, das den Kolben 3 nach oben bzw. nach unten translatorisch bewegt, ein linearer Schrittmotor ist.
Im vorliegenden Falle ist der Schrittmotor 7 mit einem Spindel-Mutter-System versehen. Wird die Mutter vom Drehantrieb schrittweise gedreht, wird die Spindel, die ein Betätigungselement 10 für den Kolben 3 bildet, entsprechend translatorisch und schrittweise getaktet bewegt.
Vorliegend ist der linear arbeitender Schrittmotor 7 und namentlich das Betätigungselement 10 (Spindel) über ein Kupplungselement 11 mit dem Kolben 3 verbunden, so dass ein möglicher Achsversatz ausgeglichen werden kann.
Bei der Abwärtsbewegung des Kolbens 3 (von der Stellung des Kolbens 3 gemäß 1 zu derjenigen gemäß 2) taucht der Kolben 3 in den Kolbenraum 15 ein. Ein Dichtelement 16 verhindert den Rückstrom des geförderten Schmieröls vom Kolbenraum 15 in die Ansaugkammer 12.
Die fortschreitende Bewegung des Kolbens 3 führt zu einem Druckaufbau im Kolbenraum 15. Das Rückschlagventil 14 öffnet sich und das Schmieröl wird unter Druck über den Schmierstoffauslass 6 (Ausgangsverschraubung) zur Schmierstelle 17 gefördert (s. 4).
Das Dichtelement 16 ist in 1 und 2 als Weichdichtung ausgebildet. Genauso ist es aber auch möglich, dass die Dichtigkeit des Kolbens 3 in seiner Bohrung im Zylinderelement 4 dadurch hergestellt wird, dass der Kolben 3 in seine Bohrung eingeschliffen ist. Dies ist in 3 illustriert.
Bei der Umkehr der Hubbewegung des Kolbens 3 (Bewegung des Kolbens 3 nach oben) verschließt das Rückschlagventil 14 den Weg zum Schmierstoffauslass 6 (d. h. zur Ausgangsverschraubung). Durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens 3 entsteht im Kolbenraum 15 ein Unterdruck. Nachdem der stangenförmige Kolben 3 den Kolbenraum 15 verlässt, saugt der Unterdruck Schmieröl von der Ansaugkammer 12 in den Kolbenraum 15.
Der Schrittmotor 7 kann seinen translatorischen Verschiebeweg über eine Steueroder Regeleinrichtung 8 variabel auf den jeweiligen Fördermengenbedarf je Hub anpassen. Dabei wird die Schrittweite des Motors verändert, was zu einer Veränderung des Kolbenhubs und somit der Fördermenge führt.
Das System arbeitet vorteilhafter Weise ohne mechanische Einstellungen und ist jederzeit aus der Ferne elektrisch regelbar. Über einen Regelkreis ist eine automatische bedarfsgerechte Anpassung an die Betriebsbedingungen möglich.
Dieses Regelkonzept ist in 4 illustriert. Die Kolbenpumpe 2 mit Schrittmotor 7 ist an ein Schmierölreservoir 18 angeschlossen. Die Kolbenpumpe 2 fördert den Schmierstoff über eine Leitung zur Schmierstelle 17. Dabei durchströmt der Schmierstoff einen Durchflussmengenmesser 9 (d. h. eine Volumenkontrolle), der das Fördervolumen detektiert und als Signal an die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 8 weitergibt. Dieses Signal ist mit S₁ in 4 bezeichnet.
Von der Schmierstelle 17 wird ebenfalls ein Signal S₂ über den Schmierstoffbedarf und die Betriebsbedingungen an die Steuer- bzw. Regeleinrichtung 8 übertragen. Die Signale S₁ und S₂ werden abgeglichen und die erforderlichen Einstellungen der Kolbenpumpe 2 ermittelt. Das Stellsignal für die Kolbenpumpe 2 ist mit S₃ angegeben. Der Pumpenhub bestimmt das Fördervolumen. Dieser Prozess wird kontinuierlich wiederholt, wodurch ein Regelkreis entsteht. Die optimale Versorgung der Schmierstelle mit Schmierstoff ist gegeben.
Falls erforderlich kann eine Zwischenschmierung ausgelöst oder mit einem erhöhten Fördervolumen die Leitungen schnell entlüftet werden.
Bezugszeichenliste

1: Schmiervorrichtung
2: Kolbenpumpe
3: Kolben
4: Zylinderelement
5: Schmierstoffzufuhr
6: Schmierstoffauslass
7: Bewegungselement (linearer Schrittmotor)
8: Steuer- oder Regeleinrichtung
9: Durchflussmengenmesser
10: Betätigungselement (Spindel)
11: Kupplungselement
12: Ansaugkammer
13: Entlüftungselement
14: Rückschlagventil
15: Kolbenraum
16: Dichtelement
17: Schmierstelle
18: Schmierölreservoir
19: Wand
20: Gehäuse
21: Sprengring
22: Dichtung
S₁: Signal (Ist-Fördervolumen an Schmierstoff)
S₂: Signal (Betriebsbedingungen und Schmierstoffbedarf)
S₃: Signal (Pumpenförderleistung)

Claims

Schmiervorrichtung (1) umfassend eine Kolbenpumpe (2), wobei die Kolbenpumpe (2) einen linear beweglichen Kolben (3) aufweist, der in der Bohrung eines Zylinderelements (4) beweglich angeordnet ist, um eine definierte Menge Schmierstoff von einer Schmierstoffzufuhr (5) zu einem Schmierstoffauslass (6) zu fördern, wobei der Kolben (3) mit einem Bewegungselement (7) verbunden ist, mit dem er linear bewegt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegungselement (7) als linearer Schrittmotor ausgebildet ist.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (7) ein Spindel-Mutter-System umfasst, wobei die Mutter zur linearen Bewegung der Spindel von einem Elektromotor drehangetrieben ist.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (7) als Reluktanzschrittmotor ausgebildet ist.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (7) als Permanentmagnetschrittmotor ausgebildet ist.
Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrittmotor (7) mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung (8) in Verbindung steht.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Schmierstoffauslasses (6) ein Durchflussmengenmesser (9) für ausgebrachten Schmierstoff angeordnet ist, der mit der Steuer- oder Regeleinrichtung (8) in Verbindung steht.
Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Betätigungselement (10) des Schrittmotors (7) und dem Kolben (3) ein Kupplungselement (11) zum Ausgleich eines radialen Versatzes angeordnet ist.
Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb des Zylinderelements (4) eine Ansaugkammer (12) angeordnet ist, die mit der Bohrung des Zylinderelements (4) in fluidische Verbindung bringbar ist, wobei vorzugsweise die Schmierstoffzufuhr (5) in die Ansaugkammer (12) mündet.
Schmiervorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaugkammer (12) mit einem Entlüftungselement (13) versehen ist.
Schmiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Bohrung des Zylinderelements (4), in Fließrichtung des Schmierstoffs gesehen, ein Rückschlagventil (14) angeordnet ist.