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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der zeitweisen Zugabe von Öltropfen in einen Luftstrom einer Schmiereinrichtung zur Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen.
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Zur Öl-Versorgung von Maschinenteilen, wie z.B. Lagern sind verschiedene Verfahren bekannt. Ein insbesondere für schnelldrehende Lage z. B. bei Motorspindeln (60000 1/min) geeignetes Verfahren ist die Öl-Luft-Schmierung, die eine Minimalmengenschmierung darstellt. Der Schmierstoff wird an einer Mischstelle tröpfchenweise einem Luftstrom zugeführt und mittels des Luftstroms in zur Schmierstelle transportiert. Dieses Verfahren gewährleistet eine hohe Effektivität im Hinblick auf den Verbrauch und die Schmierwirkung.
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Neben Hochleistungs-Präzisionsbearbeitungsmaschinen mit Motorspindeln wird dieses Schmierverfahren auch bei Windkraftanlagen eingesetzt.
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Bei derart teuren Maschinen bzw. Anlagen in denen die zu schmierenden Maschinenteile eingesetzt werden ist eine sichere Versorgung der Schmierstellen mit Schmiermittel von äußerster Wichtigkeit. Ausfälle bei der Schmiermittelversorgung können bei diesen Maschinen bzw. Anlagen immens hohe Kosten verursachen.
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Aus der Druckschrift
DE29920784U1 ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Ölstroms einer Einrichtung zur Öl+Luft-Schmierung von Aggregaten bzw. deren Lager, bekannt. Bei dieser Art der Schmierung handelt es sich um eine sogenannte Minimalschmierung bei der durch einen Luftstrom ein Öltropfen schlierenartig auseinandergezogen wird und dabei Öl vom Luftstrom aufgenommen wird. Die Schwankungen in der Schlierenform in einem Kunststoffschlauch werden mit einem kapazitiven oder optischen Sensor erfasst.
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Diese Art der Überwachung des Ölstroms ist aber nicht ausreichend zuverlässig insbesondere bei kleinsten Schmiermittelmengen, die außerdem auch nur zeitweise dem Luftstrom zugegeben werden.
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Bei dem kapazitiven bzw. optischen Messprinzip sind durchsichtige Kunststoffe als Material für die Zuführleitung erforderlich. Für hohe Drücke sind solche Materialen nicht geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Überwachung der zeitweisen Zugabe von Öltropfen in einen Luftstrom einer Schmiereinrichtung zur Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen anzugeben, das die oben angegebenen Nachteile nicht aufweist, dass eine sichere Überwachung auch kleinster Schmiermittelmengen erlaubt und das einfach sowie kostengünstig realisierbar ist.
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Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin bei einer Schmiereinrichtung mit einer Öl-Luft-Schmierung die zeitweise Zugabe von Öltropfen in den Luftstrom einer Zuführleitung mit einem mechatronischen Strömungssensor zu detektieren.
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Der mechatronische Strömungssensor besteht aus einem Gehäuseblock, in dem ein Strömungskanal vorgesehen ist, wobei der Strömungskanal einen Ventilsitz aufweist, der mit einem gegen eine Rückstellkraft verschiebbaren Hubkörper verschließbar ist und mit einem Sensoreinsatz, der die Verschiebung des Hubkörpers erfasst und auswertet.
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Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 zeigt schematisch ein Mischventil M in einem Zuführleitung Z einer Schmiereinrichtung zur Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen. Im ansteuerbaren Mischventil M, als Mischstelle, wird das Schmiermittel, in der Regel Öl, tröpfchenweise dem permanenten fließenden Luftstrom zugeführt.
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In unmittelbarer Nähe zum Mischventil M, d.h. weniger als 20 cm, vorzugsweise 10 cm entfernt, ist ein mechatronische Strömungssensor S in der Zuführleitung Z angeordnet. Die Zuführleitung Z führt zu dem Schmierpunkt SP an dem entsprechenden Maschinenteil, z. B. einem Lager an einer Motorspindel.
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2 zeigt die Schlierenbildung an der Wand der Zuführleitung. Der zugeführte Öltropfen verteilt sich an der Innenwand der Zuführleitung Z und bildet einen Schlierenfilm. Die vorbeiströmende Luft nimmt das Öl auf und transportiert es bis zum Schmierpunkt. Der Schlierenfilm darf dabei je nach Applikation nicht bis zum Austritt der Zuführleitung (Düse) gelangen. Gegebenenfalls ist eine Wendel in der Zuführleitung erforderlich. Zusätzlich kann ein Verwirbelungselement unmittelbar vor dem Austritt der Zuführleitung vorgesehen sein.
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3 zeigt den Strömungssensor S der in dem Zuführleitung Z einer Schmiereinrichtung zur Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen vorgesehen ist. Der Strömungssensor S besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuseblock in dem ein Strömungskanal K vorgesehen ist und einem mechatronischen Strömungssensor (Hubkörper-Strömungssensor), der als Strömungsschalter/Strömungssensor ausgebildet ist.
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Der Gehäuseblock weist zwei 1/8'' Anschlüsse auf. Größere Bauformen eines solchen Strömungssensors mit einem Anschluss mindestens ½'', die auch als Strömungswächter bezeichnet werden, werden von der Fa. ifm electronic gmbh z. B. unter der Bezeichnung SBU32x bzw. SBU42x hergestellt und vertrieben.
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In dem Gehäuseblock ist ein Hubkörper beweglich auf einer Führung gelagert. Das vordere Ende des Hubkörpers verschließt im strömungslosen Zustand einen Ventilsitz. Gegen eine Rückstellkraft einer Feder kann der Hubkörper ausgelenkt werden. Je größer die Auslenkung des Hubkörpers desto größer ist die Strömung des Mediums. Die Auslenkung des Hubkörpers wird mit einem Sensoreinsatz z.B. SBT632 Fa. Ifm electronic gmbh analog erfasst.
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Über ein Gewinde wird der Sensoreinsatz in den Gehäuseblock eingeschraubt. Ein am Sensoreinsatz vorgesehener Steckeranschluss dient zur Energieversorgung des Strömungssensors. Gleichzeitig wird über den Steckeranschluss auch ein Ausgangssignal (Analogsignal/Schaltsignal) ausgegeben, das in einer übergeordneten Auswerteeinheit ausgewertet werden kann. Der zur Ölzugabeeinrichtung, dem Mischventil, führende Zuführleitungabschnitt Z' wird am Einlass „in“ angeschlossen, der zur Schmierstelle S führende Zuführleitungabschnitt Z'' wird am Auslass „out“ angeschlossen.
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4 zeigt schematisch den Signalverlauf des Sensorsignals des Strömungssensors S als Funktion der Zeit t, der nach einer Öltröpfchenzugabe gemessen wird. Das Signal gibt die Auslenkung des Hubkörpers wieder. Das Referenzsignal wird durch die permanente den permanent strömenden Luftstrom generiert.
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Durch Integration des Signalausschlags kann erfindungsgemäß zusätzlich die Ölmenge des Öltropfens bestimmt werden.
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Nachfolgend ist die Funktion der Erfindung näher erläutert.
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Der Luftstrom in der Zuführleitung Z wird mit dem mechatronischen Strömungssensor S kontinuierlich gemessen. Zur tröpchenweise Ölzugabe wird das Mischventil M kurzzeitig angesteuert.
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Der Öltropfen fällt in die Zuführleitung und wird durch den kontinuierlichen Luftstrom langsam auseinandergezogen und entlang der Zuführleitung unter Schlierenbildung geführt.
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Erreicht die Schlierenfront den mechatronischen Strömungssensor so wird der Luftspalt für die Luftströmung quasi verringert und zum Ausgleich der Hubkörper angehoben. Dies ist als deutlich erhöhtes Sensorsignal wahrnehmbar.
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Bei einem Luftstrom von 10-150 l/min führt eine Tropfenzugabe des Öls zu einer merklichen Signaländerung gegenüber dem nur vom reinen Luftstrom herrührenden quasi konstanten Sensorsignal.
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Mit einem Sensoreinsatz 195031 ebenfalls Fa. Ifm electronic gmbh, der als Schalter arbeitet, kann in einfacher Weise auch nur die Zugabe einzelner Öltröpfchen detektiert werden.
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Die Schaltschwelle muss dabei so eingestellt werden, dass die durch das Öltröpfchen bewirkte Auslenkung des Hubkörpers sicher zu einem Schaltsignal führt.
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In vorteilhafter Weise ist der mechatronische Strömungssensor relativ nahe zur Öl-Mischstelle vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel 1/8" Leitung, bedeutet nahe weniger als 20 cm, bevorzugt 10 cm.
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Bei dem Erfindungsgemäßen verfahren werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
- Vorab bei der Inbetriebnahme
- A) Ermittlung des Sensorsignals bei einem reinen Luftstrom ohne Ölzugabe,
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Dieses relativ konstante Sensorsignal dient als Referenzsignal.
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Mehrmalige Zugabe eines Öltropfens in die Zuführleitung.
- B) Detektion der Änderung des Sensorsignals gegenüber dem Referenzsignal
- C) Setzen einer Schwelle, die oberhalb dem Referenzsignal liegt
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Die Schaltschwelle wird so eingestellt, dass ein Öltropfen sicher detektiert werden kann. Im laufenden Betrieb wird permanent überprüft ob das Sensorsignal die Schaltschwelle übersteigt.
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- D) Ausgabe eines Schaltsignals, das die Zugabe eines Öltropfens in die Zuführleitung anzeigt, wenn das Sensorsignal den Schwellwert übersteigt
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Zur Detektion der Ölmengen der zugeführten Öltropfen, werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
- A) Ermittlung des Sensorsignals bei einem reinen Luftstrom ohne Ölzugabe, das als Referenzsignal dient
- B) Detektion der Änderung des Sensorsignals gegenüber dem Referenzsignal
- C) Integration der Änderung des Sensorsignals, die oberhalb des Referenzsignals liegt
- D) Ausgabe eines Integrationswertes, der ein Maß für die Ölmenge des zugegebenen Öltropfens darstellt
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Bei der Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen muss sichergestellt werden, dass keine Unterbrechung der Schmierungswirkung erfolgt. Solche Unterbrechungen können z.B. durch einen leeren Öltank, Verstopfung der Düse oder z.B. durch eine Fehlfunktion des Mischventils auftreten. Die Erfindung erlaubt eine sichere Überwachung, dass zum einen der Luftstrom fließt und dass dem Luftstrom Öl beigefügt wird. Damit kann eine sichere Schmiermittelversorgung des Schmierpunkts gewährleistet werden.
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Weiterentwicklung der Erfindung:
- Bei der Öl-Luft-Schmierung von Maschinenteilen muss sichergestellt werden, dass keine Unterbrechung der Schmierungswirkung erfolgt.
- Um dies sicherzustellen, ist gemäß 1a ein zweiter mechatronischer Strömungssensor S2 unmittelbar vor dem Austritt des Öl-Luftstroms am Schmierpunkt SP vorgesehen. Die Schmierung ist für eine schnell drehende Spindel 60000 U/min vorgesehen.
- Aufgrund der Tatsache, dass der Öltropfen in der Zuführleitung entsprechend seiner Länge auseinandergezogen wird, wird am zweiten Strömungssensor S2 kein Sensorsignal detektiert das der Zugabe eines Öltropfen zugeordnet werden kann.
- Der Strömungssensor S2 detektiert nur noch den Luftstrom. Mit dem ersten mechatronischen Strömungssensor wird quasi die Zugabe des Öltropfen detektiert, hier sollte der Öltropfen in einem geringen Abstand zum Sensor 1-10 cm in die Druckluftleitung (2-6 bar) eingespeist werden. Mit dem zweiten Strömungssensor S2 wird zwar nur der Luftstrom detektiert, da der Öltropfen aber in dem Zuführleitungsabschnitt ZZ'' nicht „verloren geht“ muss er zwangsläufig über den Austritt (Düse) austreten.
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Damit ist eine sichere Schmierung gewährleistet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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