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Die Erfindung betrifft eine Schmiervorrichtung,
durch die im Betrieb eine Schmierstelle, wie ein Werkzeug und/oder
ein Werkstück
und/oder ein Lager mit einem Schmierstoffnebel versorgbar ist, mit einer
Vernebelungseinrichtung, durch die im Betrieb ein Schmierstoffnebel
erzeugbar ist, und mit einer Fördereinrichtung,
durch die ein Schmierstoff zur Vernebelungseinrichtung förderbar
ist.
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Die Erfindung betrifft ferner ein
Schmierverfahren, bei dem ein Schmierstoff vernebelt und eine Schmierstelle,
wie ein Werkzeug und/oder ein Werkstück, mit dem Schmierstoffnebel
versorgt wird.
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Eine derartige Vorrichtung und ein
derartiges Verfahren sind beispielsweise aus der
EP 1 106 902 A1 bekannt.
Dort wird ein Schmiernebel in einer Zerstäuberdüse erzeugt, der Druckluft und, über eine Pumpe
und einen Öleinlass,
Schmierstoff zugeführt sind.
In der Zerstäuberdüse werden
der Schmierstoff, zum Schmierstoffeinlass gefördert wurde, und die Druckluft
gemischt, um einen Nebel zu erzeugen, der in eine Nebelkammer gesprüht wird.
Auf ähnliche Weise
wird bei der Vorrichtung der
DE 196 54 321 A1 ein Schmierstoffnebel bzw.
-aerosol erzeugt, wobei allerdings der Schmierstoff durch den Unterdruck
in der Zerstäuberdüse selbsttätig, ohne
Fördereinrichtung,
angesaugt wird.
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Bei dieser Art der Aerosolerzeugung
wird der Schmierstoff in der Zerstäuberdüse durch die Druckluft mitgerissen,
so dass die Menge und die Tröpfchengröße des Schmierstoffs
im Druckluftstrom stark abhängig
vom Luftdurchsatz ist. Nimmt dieser ab, so sinkt auch die Menge
des erzeugten Aerosols, unabhängig
davon, wie viel Schmierstoff zur Sprühdüse gefördert wird. Besonders bei kleinen
Luftdurchsätzen,
wie sie bei kleinen zu schmierenden Werkzeugen auftreten, kann man
ein nahezu vollkommenes Einbrechen der Aerosolerzeugung beobachten.
Aufgrund der starken Abhängigkeit
vom Luftdurchsatz sind die bekannten Vorrichtungen und Verfahren
zur Erzeugung eines Schmierstoffnebels äußerst schwer regelbar. Die
Qualität
des erzeugten Schmierstoffnebels hängt stark von den schmierenden
Werkzeugen und Werkstücken
ab.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, das bekannte Schmierverfahren und die bekannte Schmiervorrichtung
so zu verbessern, dass sie den Schmierstoffnebel weitgehend unabhängig von
den zu schmierenden Werkzeugen und Werkstücken erzeugen.
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Diese Aufgabe wird für die Schmiervorrichtung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
die Vernebelungseinrichtung eine Einspritzeinrichtung umfasst, durch
die der Schmierstoff unter Druck zur Vermischung mit einem Trägergas in
eine Mischkammer oder zum Schmieren direkt auf die Schmierstelle
spritzbar ist.
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Für
das eingangs genannte Schmierverfahren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
der Schmierstoff unter Druck direkt auf die Schmierstelle oder in
eine Mischkammer, wo er sich mit einem Trägergas vermischt, gespritzt
wird.
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Diese Lösung ist einfach und unterscheidet sich
von den bekannten, vergaserähnlichen
Vorrichtungen dadurch, dass der Schmierstoffnebel unabhängig vom
Trägergas
durch das Einspritzen des Schmierstoffes erzeugt wird. Dadurch wird
das Trägergas
nicht mehr zur Erzeugung des Schmierstoffnebels, sondern nur noch
zum Transport der durch den Einspritzvorgang erzeugten Schmierstofftröpfchen zur
Schmierstelle benötigt.
Folglich sind die Erzeugung und der Transport des Schmierstoffnebels voneinander
entkoppelt und das Trägergas
kann unabhängig
von seiner Strömungsgeschwindigkeit
bis zur Sättigungsgrenze
mit Schmierstoff angereichert werden. Folglich lässt sich die Fettigkeit, d.h.
die Menge des im Trägergas
gelösten
Schmierstoffes, unabhängig
von den Strömungswiderständen im Strömungsweg
des Trägergases
einstellen.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird demnach
eine Schmiervorrichtung und ein Schmierverfahren bereit gestellt,
durch die im Vergleich zum Stand der Technik die Zusammensetzung
des Schmierstoffnebels einfacher zu regeln ist und die bei einem
breiten Spektrum von zu schmierenden Werkzeugen und Werkstücken einsetzbar
sind.
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Um möglichst feine Schmierstoffnebel
mit Tröpfchen
zu erzeugen, deren größte Durchmesser zwischen
0,1 μm und
4 μm betragen,
ist es von Vorteil, wenn der Schmierstoff unter einem möglichst
hohen Einspritzdruck eingespritzt wird. Hierzu kann eine Hochdruckpumpe
vorgesehen sein, durch die im Betrieb der Schmierstoff zur Einspritzeinrich tung
förderbar
ist. Insbesondere kann eine Hochdruckpumpe eingesetzt werden, die
einen Druck von wenigstens 100 bar erzeugt, typischerweise zwischen
etwa 600 bar und etwa 800 bar. Insbesondere sind Drücke von 2000
bar und mehr möglich.
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Zwischen der Hochdruckpumpe und der
Einspritzeinrichtung kann gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltung ein Druckspeicher angeordnet sein, der
den von der Hochdruckpumpe geförderten Schmierstoff
auf dem Niveau des Förderdrucks
der Pumpe hält.
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Um gemäß einer weiteren Ausgestaltung mehrere
Schmierstellen oder Mischkammern mit Schmierstoff zu versorgen,
können
mehrere Einspritzeinrichtungen vorgesehen sein, der jeweils ein Druckspeicher
zugeordnet ist. Der Druckspeicher kann bei dieser Ausgestaltung
als Sammelleitung ähnlich
einem „common-rail"-System bei Dieselmotoren
ausgestaltet sein, der einzelnen Einspritzeinrichtungen den selben
hohen Einspritzdruck zuführt.
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Eine Hochdruckpumpe kann auch mit
der Zerstäuberdüse eine
bauliche Einheit in Form einer Pumpen-Düsen-Kombination bilden. Bei
dieser Ausgestaltung ist von Vorteil, dass die Versorgung der Pumpen-Düsen-Kombination über einfache
Schmierstoffversorgungsleitungen erfolgen kann, die mit keinem oder
einem nur geringen Vordruck beaufschlagt sind. Daher kann der Schmierstoff über weite
Strecken gefördert
werden, ohne dass die Qualität
des Schmierstoffnebels beeinflusst wird. Durch die einfache Ausgestaltung
der Schmierstoffversorgungsleitungen ist diese Ausgestaltung daher
besonders geeignet, wenn die Einspritzeinrichtung den Schmierstoff
direkt auf die Schmierstelle in Tröpfchenform spritzt. Die Hochdruckpumpe
kann dabei als Dosierpumpe ausgestaltet sein, welche den einzuspritzenden
Schmierstoff in vorgegebener Menge dosiert.
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Um einen möglichst feinen Schmierstoffnebel
durch das Einspritzen zu erhalten, kann in Zuleitungsrichtung des
Schmierstoffes vor der Einspritzeinrichtung eine auf den Schmierstoff
einwirkende Heizvorrichtung vorgesehen sein, durch die die Viskosität des Schmierstoffes
herabgesetzt wird. Die niedrige Viskosität erleichtert die Tröpfchenbildung beim
Einspritzvorgang. Ist die Heizvorrichtung zudem vor der Hochdruckpumpe
angeordnet, so kann der Energieverbrauch der Pumpe aufgrund der
verringerten Viskosität
abgesenkt werden.
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Durch ein geregeltes Heizsystem lässt sich weiterhin über Änderung
der Viskosität
die Tröpfchengröße gezielt
beeinflussen. Werden handelsübliche
Pumpe-Düse-Kombination
bzw. Düsen
aus dem Bereich der Diesel-Einspritztechnik verwendet, so kann eine
Heizvorrichtung erforderlich sein, um die üblicherweise höhere Schmierölviskosität des Dieselkraftstoffes
anzugleichen. Ziel ist bei diesem Einsatz die Begrenzung des Maximaldruckes.
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Die Heizvorrichtung kann so ausgestaltet sein,
dass sie im Betrieb die Temperatur des Schmierstoffes innerhalb
eines vorbestimmten vorzugsweise schmierstoffabhängigen Bereiches, der selbst
einstellbar sein kann, regelt. Durch diese Maßnahme wird vermieden, dass
die Temperatur des Schmierstoffes so hoch steigt, dass eine teilweise Verbrennung
oder Zersetzung von Komponenten des Schmierstoffes stattfindet.
Andererseits wird vermieden, dass die Viskosität des Schmierstoffes bei zu niedriger
Temperatur zu stark ansteigt und die Qualität des Schmierstoffnebels beeinträchtigt.
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Die Einspritzeinrichtung kann insbesondere ein
Einspritzventil aufweisen, das magnetisch und/oder piezoelektrisch
betätigbar
ausgestaltet ist. Das Einspritzventil kann als Dosierventil ausgestaltet sein,
das bei jeweils einer Betätigung
eine vorbestimmte oder einstellbare Menge Schmierstoff passieren
lässt.
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Die Schmiervorrichtung kann ferner
eine von der Mischkammer gebildete oder mit der Mischkammer verbundene
Nebelkammer ausbilden, in der sich Tropfen, deren Durchmesser einen
vorbestimmten Wert überschreitet,
absetzen. Hierzu kann die Nebelkammer mit verschiedenen Einbauten
versehen sein, beispielsweise einer Einrichtung, durch die eine Drallströmung erzeugt
wird. Durch eine solche Drallströmung
werden große
Tropfen nach außen
beschleunigt, während
kleine Tropfen der Drallströmung
folgen können.
Die großen
Tropfen werden abgefangen und aus dem Schmierstoffnebel geleitet.
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Die Nebelkammer kann in einer Ausgestaltung
ein Flüssigkeitsreservoir
aufweisen, das mit der Einspritzeinrichtung flüssigkeitsübertragend verbunden ist. Durch
diese Maßnahme
wird der Verbrauch an Schmierstoff verringert, da sich in der Nebelkammer
abscheidende Tropfen in das Reservoir zurückgeführt und erneut verspritzt werden
kön nen.
Außerdem
vereinfacht sich bei dieser Maßnahme
der konstruktive Aufbau der Schmiervorrichtung.
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Die Nebelkammer kann insbesondere
als ein Druckbehälter
ausgebildet sein, dessen Druck in einer weiteren Ausgestaltung regelbar
sein kann. Der Druck in der Nebelkammer kann zum Transport des Schmierstoffnebels
durch ein Leitungssystem zur Schmierstelle verwendet werden.
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Die Nebelkammer kann über eine
Trägergasleitung
mit dem Trägergas
versorgt werden, wobei in der Trägergasleitung
zur Einstellung des Volumenstroms des Trägergases ein Proportionalventil vorgesehen
sein kann.
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Zur Steuerung des Einspritzvorganges und/oder
der Zufuhr von Trägergas
kann eine Steuereinrichtung mit entsprechender Sensorik vorgesehen sein.
Insbesondere bei einer intervallartigen Einspritzung des Schmierstoffes
können
durch die Steuereinrichtung die Einspritzdauer, die während eines Einspritzvorganges
gespritzte Menge an Schmierstoff und/oder der Einspritzzeitpunkt
an der Einspritzeinrichtung eingestellt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung kann über Drucksensoren
der Druck in der Nebelkammer erfasst und der Volumenstrom des Trägergases
in die Nebelkammer in Abhängigkeit
von diesem Druck gesteuert werden. Dies kann unabhängig von
der Steuerung des Einspritzvorganges des Schmierstoffes erfolgen.
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Ferner kann an einer Ausgangsleitung
aus der Nebelkammer, durch die der Schmierstoffnebel zur Schmierstelle
geleitet wird, ein Aerosolsensor vorgesehen sein, durch den im Betrieb
ein für
die pro Zeiteinheit durch die Ausgangsleitung strömende Aerosolmenge
repräsentatives
Signal erzeugbar und an die Steuereinrichtung ausgebbar ist. Dieses
Signal kann auch in Form der Schmierstoffdichte, beispielsweise
dem Durchmesser und der Anzahl der Schmierstoffteilchen im Trägergasstrom
erzeugt werden. Der Aerosolsensor kann beispielsweise eine Ultraschall-Doppler-Sonde
umfassen, durch die die Anzahl, Geschwindigkeit und Größe der Schmierstoff-Tröpfchen erfasst
werden kann. Hierzu wird ein Ultraschall-Signal in die Aerosolleitung
gestrahlt und die Reflexionen der Tröpfchen werden ausgewertet. Eine
andere Ausführung
des Aerosolsensors könnte eine
optische Vorrichtung umfassen, bei der die Intensität des von
den Aerosoltropfen reflektierten Lichtes ausgewertet wird.
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In Abhängigkeit von dem Signal des
Aerosolsensors kann die Einspritzmenge des Schmierstoffes und der
Sättigungsgrad
des Schmierstoffnebels in der Nebelkammer so verändert werden, dass in der Ausgangsleitung
die Abweichung von einem Sättigungs-Sollwert verringert
wird. Hierbei ist unter Sättigung
der Schmierstoffgehalt des Schmierstoffnebels zu verstehen, also
dessen Fettgehalt.
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In der Ausgangsleitung oder der Eingangsleitung
kann auch ein Luftmengensensor vorgesehen sein, durch den der Volumenstrom
des Trägergases erfassbar
ist. Durch den Trägergasstrom
in der Ausgangsleitung werden im Wesentlichen die Transporteigenschaften
des Schmierstoffnebels zur Schmierstelle beeinflusst. Die Trägergasmenge
kann unabhängig
von der Einspritzung des Schmierstoffes auf einen Wert eingestellt
werden, der einen schnellen, an die Schmierstelle angepassten Transport
des Schmierstoffnebels zur Schmierstelle ermöglicht, ohne dass während dieses
Transportes die Schmierstofftröpfchen
koagulieren und die Schmierstoffnebelqualität verschlechtern. Hierzu kann
das Signal vom Luftmengensensor erfasst und die der Mischkammer
zugeführte
Trägergasmenge
in Abhängigkeit
von einer Abweichung des tatsächlichen
Volumenstroms in der Ausgangsleitung von einem Sollwert geführt werden.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand
von Ausführungsformen
mit Bezug auf die Zeichnungen beispielhaft erläutert. Dabei können einzelne
Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen beliebig miteinander
kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine
schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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3 eine
schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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4 eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Zunächst wird der Aufbau einer
erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung
anhand der Ausführungsform
der 1 beschrieben.
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Die Schmiervorrichtung 1 weist
eine Mischkammer 2 auf, in die durch eine Einspritzeinrichtung 3 Schmierstoff 4 eingespritzt
wird. Die Größe der Mischkammer 2 hängt davon
ab, ob ein möglichst gleichmäßiger Aerosolstrom
erzielt werden soll, dann wählt
man eine eher große
Mischkammer, oder eine schnelle Änderung
der Dosierung des Aerosols angestrebt wird, dann ist die Mischkammer
eher kleiner.
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Die Mischkammer 2 ist als
Druckbehälter ausgeführt, wobei über eine
Trägergasleitung 5 unter Druck
stehendes Trägergas,
wie beispielsweise Druckluft, in die Mischkammer 2 geführt wird.
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Das Trägergas 5 vermischt
sich in der Mischkammer 2 mit dem eingespritzten Schmierstoff 4 zu einem
Schmierstoffnebel bzw. einem Aerosol. Die Mischkammer 2 und
die Einspritzeinrichtung 3 bilden bei der Ausführungsform
der 1 eine Vernebelungseinrichtung
für den
Schmierstoff.
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In der Mischkammer 2 können strömungstechnische
Einbauten (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche eine Strömung 6 in
der Mischkammer erzeugen, durch die aufgrund des Einspritzvorganges
entstehende Schmierstofftröpfchen
mit einem über
einen bestimmten Höchstdurchmesser
liegende Tröpfchendurchmesser
herausgefiltert werden. Die herausgefilterten Strömungströpfchen sammeln
sich an der Wand oder am Boden der Mischkammer 2 an und
bilden eine Vorratsmenge 7 an Schmierstoff.
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Die Strömung 6 kann beispielsweise
ein Drallströmung
sein, bei der große
Tröpfchen
radial nach außen
beschleunigt werden und sich an den Wänden der Mischkammer 2 absetzen.
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Auf diese Weise bildet sich im Inneren
der Mischkammer 2 ein Schmierstoffnebel bzw. ein Aerosol
nur aus kleinen Tröpfchen.
Dieser Schmierstoffnebel wird über
eine Ausgangsleitung 8 zu Schmierstellen (nicht gezeigt),
wie zu schmierenden Werkzeugen oder Werkstücken geleitet.
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Alternativ kann der Schmierstoff
auch in eine in der Trägergasleitung 5 angeordnete
Mischkammer eingespritzt werden, ähnlich wie bei einer Benzin-Einspritzung
bei Verbrennungskraftmotoren. In dieser Mischkammer findet eine
Vermischung des Trägergases
und des Schmierstoffes statt. Bei dieser Ausgestaltung weist der
Druckbehälter
dann eine der Mischkammer nachgeschaltete Nebelkammer auf, in die
der Schmierstoffnebel aus der Mischkammer geleitet wird und in der
die großen
Tropfen ausgeschieden werden.
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Die Einspritzeinrichtung 3 umfasst
eine Hochdruckpumpe 9, durch die Schmierstoff aus der Schmierstoffvorratsmenge 7 über eine
Ansaugleitung 10 angesaugt und auf ein sehr hohes Druckniveau,
wie beispielsweise 800 bar gebracht wird. Auch Drücke von
2000 bar und darüber
sind möglich. Zusätzlich zur
Hochdruckpumpe 9 kann eine Vordruckpumpe 9' vorgesehen
sein, die in 1 gestrichelt
angedeutet ist.
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An der Hochdruckseite der Pumpe 9 ist
ein piezoelektrisch oder mechanisch betätigtes Einspritzventil 11,
das in einer Zerstäuberdüse 12 endet, angeordnet.
Die Zerstäuberdüse 12 erzeugt
beim Einspritzen in die Mischkammer 2 Schmierstofftröpfchen,
deren größter Durchmesser
in Abhängigkeit von
dem von der Hochdruckpumpe 9 erzeugten Druck typischerweise
zwischen 0,1 μm
und 4 μm
betragen kann. Das Einspritzventil 11 und/oder die Hochdruckpumpe 9 können als
Dosierventil bzw. Dosierpumpe so ausgestaltet sein, dass sie die Schmierstoffmenge
pro Einspritzvorgang dosieren. Das Einspritzventil 11 wird
intervallartig von einer Steuereinrichtung 13 betätigt.
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Zwischen der Hochdruckpumpe 9 und
der Schmierstoffsammelmenge 7 kann eine Heizvorrichtung 14 vorgesehen
sein, die den der Hochdruckpumpe 9 zugeführten Schmierstoff
aufheizt, wodurch sich dessen Viskosität verringert. Die Heizvorrichtung 14 kann
einen Temperatursensor 15 sowie ein Heizelement 16 umfassen
und zusammen mit einer Steuereinrichtung, beispielsweise der Steuereinrichtung 13,
einen Regelkreis bilden, mit dem die Temperatur des Schmierstoffes
innerhalb eines vorbestimmten, veränderbar vorgebbaren Bereiches
einstellbar ist. Dieser Bereich ist vorzugsweise so gewählt, dass
die Temperatur des beheizten Schmierstoffes ausreichend hoch ist,
um die Viskosität
des Schmierstoffes und damit die von der Hochdruckpumpe 9 zu
leistende Arbeit wirksam zu verringern, und gleichzeitig ausreichend
niedrig ist, dass keine Zersetzung oder Zerstäubung des Schmierstoffes stattfinden
kann.
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Natürlich kann die Heizeinrichtung 14 auch zwischen
der Hochdruckpumpe 9 und dem Einspritzventil 11 angeordnet
sein, wobei dann allerdings die Hochdruckpumpe 9 aufgrund
der höheren
Viskosität des
unbeheizten Schmierstoffes mehr Arbeit leisten muss.
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In der Trägergasleitung 5 ist
eine Durchflusssteuerungseinrichtung 17 vorgesehen, durch
die in Abhängigkeit
von einem über
eine Steuerleitung 18 von einer Steuereinrichtung, beispielsweise
der Steuereinrichtung 13, ausgegebenes Signal eine veränderlich
vorgebbare Durchflussmenge an Trägergas
pro Zeiteinheit einstellbar ist. Die Durchflusssteuereinrichtung 17 kann
beispielsweise ein Proportionalventil umfassen. Die Durchflussmenge
richtet sich im Wesentlichen nach der Art des verwendeten Schmierstoffes,
insbesondere seiner Viskosität,
nach den Umgebungsbedingungen, wie der Temperatur und dem Druck,
und nach dem verwendeten Werkzeug sowie den Bearbeitungsbedingungen,
wie der Zerspangeschwindigkeit und der Werkstücks- bzw. Werkzeugtemperatur.
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In der Ausgangsleitung 8 kann
ein Aerosolsensor 19 vorgesehen sein, durch den die Dichte
und Anzahl der Schmierstofftröpfchen
im Trägergasstrom erfassbar
und als Signal an eine Steuereinrichtung, beispielsweise die Steuereinrichtung 13,
ausgebbar ist. Des Weiteren kann durch den Aerosolsensor 19 der
Trägergasvolumenstrom
in der Ausgangsleitung 8 erfasst und in Signalform an eine
Steuereinrichtung, beispielsweise die Steuereinrichtung 13,
ausgegeben werden.
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Der Aerosolsensor kann als ein Ultraschall-Doppler-Sensor
ausgestaltet sein, der Ultraschall-Signale in die Ausgangsleitung 8 sendet
und die von den Schmierstoff-Tröpfchen
reflektierenden Ultraschallwellen empfängt.
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In einer alternativen Ausgestaltung
kann als Aerosolsensor auch ein optischer Sensor vorgesehen sein,
der das von den Schmierstoff-Tröpfchen
reflektierte Licht misst.
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Der Druck in der Mischkammer 2 wird über einen
Drucksensor 20 erfasst und in Signalform an eine Steuereinrichtung,
wie die Steuereinrichtung 13, weitergeleitet. Auf ähnliche
Weise kann ein Drucksensor 20' den von der Hochdruckpumpe 9 erzeugten
Druck und ein Drucksensor 20'' den Druck in
der Versorgungsleitung für
das Trägergas
erfassen und an eine Steuereinrichtung, wie die Steuereinrichtung 13,
ausgegeben.
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Im Folgenden wird die Funktion der
Erfindung beispielhaft an der Ausführungsform der 1 erläutert.
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Vor dem Beginn der Aerosolerzeugung
wird Schmierstoff, beispielsweise ein Schmieröl, in einen Vorratsbehälter, der
bei der Ausführungsform
der 1 von der Mischkammer 2 selbst
gebildet wird, geschüttet.
Dort bildet sich dann eine Schmierstoff-Vorratsmenge 7.
Aus der Schmierstoffvorratsmenge 7 pumpt die Hochdruckpumpe 9 den
Schmierstoff unter einem Druck von bis zu 2000 bar und mehr zum
Einspritzventil 11. Wenn das Ventil 11 von der Steuereinrichtung 13 betätigt wird,
wird der Schmierstoff mit hohem Druck durch die Zerstäuberdüse 12 gepresst
und als Tröpfchenstrahl 4 zerstäubt in die Mischkammer 2 gespritzt.
In der Mischkammer 2 werden die so erzeugten Schmierstofftröpfchen von einer
Trägergasströmung 6 erfasst,
so dass die Tröpfchen,
deren Durchmesser oberhalb einer vorbestimmten Grenze liegt, ausgeschieden
und in die Schmierstoffvorratsmenge 7 zurückgeführt werden.
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In einer anderen Ausführungsform
beinhaltet die Mischkammer nur ein sehr kleines Volumen, welches
so klein ist, dass der Austritt des Aerosols aus den Düsen ungestört so erfolgen
kann, dass die Tröpfchen
die Innenwandung nicht berühren.
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Durch die Änderung der Strömungsverhältnisse
in der Mischkammer, beispielsweise durch Änderung der Rotationsgeschwindigkeit
einer Drallströmung
oder durch eine Änderung
des Einspritzdruckes kann die mittlere Tröpfchengröße in der Mischkammer eingestellt
werden.
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Der erzeugte Schmierstoffnebel wird
aus der unter Druck stehenden Mischkammer 2 durch die Ausgangsleitung 8 einer
in 1 nicht dargestellten Schmierstelle
zugeführt,
wobei der Schmierstoffnebel an einem Aerosolsensor 19 vorbei
geleitet werden kann.
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Durch den Aerosolsensor 19 werden
Eigenschaften des zu der Schmierstelle geleiteten Schmierstoffnebels
erfasst, wie beispielsweise die mittlere Anzahl und der mittlere
Durchmesser der Schmierstofftröpfchen
pro Volumeneinheit, deren Geschwindigkeit sowie die Strömungsgeschwindigkeit
der Schmierstofftröpfchen.
Diese Daten werden vom Aerosolsensor 19 an die Steuereinrichtung 13 ausgegeben.
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Durch die Steuereinrichtung 13 wird
die Fettigkeit , d.h. der Schmierstoffgehalt pro Volumeneinheit,
an die Erfordernisse der Schmierstelle angepasst.
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Liegt die Fettigkeit in der Ausgangsleitung 8 unter
einem vorbestimmten Schwellenwert, so betätigt die Steuereinrichtung 13 das
Einspritzventil 11 einmal oder mehrmals nacheinander, um
mehr Schmierstoff in die Mischkammer 2 zu spritzen und die
Fettigkeit zu erhöhen.
Dabei kann je nach dem von der Steuereinrichtung 13 festgestellten
Unterschieds zwischen dem tatsächlichen
Schmierstoffgehalt und dem Soll-Schmierstoffgehalt die Einspritzdauer
bzw. die Anzahl der einzelnen Einspritzvorgänge und damit die Einspritzmenge
gesteuert werden. Die Menge kann auch über die Einspritzdauer beeinflusst
werden. Im Normalfall wird kontinuierlich mit unterschiedlichen
Frequenzen/PWM-Verhältnissen getaktet.
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Wird vom Aerosolsensor 19 oder
von einem Luftwassermesser (nicht gezeigt) ein zu fetter Schmierstoffnebel,
d.h. ein Schmierstoffnebel mit zu hohem Schmierstoffgehalt, festgestellt,
so kann die Zeitspanne zwischen aufeinanderfolgenden Einspritzzyklen
durch die Steuereinrichtung verlängert werden.
Zusätzlich
kann Trägergas
in die Mischkammer 2 eingeleitet werden, so dass der Schmierstoffnebel
magerer wird.
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Wird am Aerosolsensor 19 eine
zu geringe Strömungsgeschwindigkeit
des Schmierstoffnebels festgestellt, was in einer Koagulation der
Schmierstofftröpfchen
und einer schlechten Schmiermittelversorgung der Schmierstelle resultieren
kann, so wird der Druck in der Mischkammer 2 erhöht, indem mehr
Trägergas über das
Proportionalventil 17 der Mischkammer 2 zugeführt wird.
Um die Fettigkeit des Schmierstoffnebels konstant zu halten, wird
entsprechend mehr Schmierstoff durch das Einspritzventil 11 in
die Mischkammer 2 gespritzt.
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Somit werden die Schmierstoffmenge
und die Trägergasmenge
im Schmierstoffnebel bzw. in der Mischkammer 2 unabhängig voneinander
eingestellt, was bei den bisherigen, auf dem Vergaserprinzip basierten
Vorrichtungen nicht möglich
war.
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Um auch bei einer längeren Betriebsdauer eine
gleichmäßige Tröpfchengröße zu erzielen,
wird der Druck unmittelbar vor dem Einspritzventil 11 möglichst
konstant gehalten.
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Bei Pumpdüsen-Kombinationen erfolgt die Druckerzeugung über eine
Kolbenpumpe angetrieben durch eine Nockenwelle. Der Druck vor dem Ventil
ist dabei nicht konstant, sondern drehzahlabhängig. Der Druck hinter der
Hochdruckpumpe 9 wird über
den Drucksensor 20' bestimmt
und die Hochdruckpumpe 9 betätigt bzw. die Drehzahl der
Nockenwelle wird erhöht,
sobald der Druck in diesem Bereich unter einem vorbestimmten bzw.
veränderlich
einstellbaren Schwellenwert fällt.
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Da die Tröpfchengröße auch durch die Viskosität des Schmierstoffes
bestimmt wird, wird das Heizelement 16 betätigt, sobald
die vom Temperatursensor 15 gemessene Temperatur unter
einen vorbestimmten bzw. einstellbaren Schwellenwert fällt.
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Für
die Einspritzeinrichtung 3 kann insbesondere ein Einspritzventil 11 mitsamt
Einspritzdüse 12 aus
der Automobiltechnik und/oder eine Hochdruckpumpe 9 aus
der Automobiltechnik verwendet werden.
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2 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, wobei für
Elemente, deren Aufbau und/oder Funktion aus der Ausführungsform
der 1 bekannt ist, dieselben
Bezugszeichen verwendet werden. Der Einfachheit wird lediglich auf
die Unterschiede zur Ausführungsform
der 1 eingegangen.
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Im Unterschied zur Ausführungsform
der 1 weist die 2 mehrere Schmiervorrichtungen 1, 1', 1'' auf, die im Wesentlichen gleich
aufgebaut sind. Der Aufbau jeder einzelnen Schmiervorrichtung 1, 1', 1'' entspricht dabei dem Aufbau der Ausführungsform
der 1. Allerdings ist
lediglich eine einzige Hochdruckpumpe 9 vorgesehen, die über eine
Sammelleitung 21, die gleichzeitig als Druckspeicher dient,
die Einspritzventile 11, 11' und 11'' mit
unter Druck stehendem Schmierstoff versorgt. Jedes Einspritzventil 11, 11', 11'' ist einer eigenen Mischkammer 2, 2', 2'' zugeordnet, aus der jeweils eine
Ausgangsleitung 8, 8', 8'' führt. Die
Hochdruckpumpe 9 fördert über ein
weitere Sammelleitung 22 den Schmierstoff aus sämtlichen
Schmierstoffvorratsmengen 7, 7', 7'' der
Vorrichtungen 1, 1' und 1''.
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Über
eine gemeinsame Trägergassammelleitung 23 wird
jede der Mischkammern 2, 2', 2" mit Trägergas versorgt.
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Bei der Ausführungsform der 2 wird die Zusammensetzung des Schmierstoffnebels
in der jeweiligen Ausgangsleitung 8, 8', 8'' von der Steuereinrichtung 13 durch
unabhängige
Ansteuerung der Durchflussmengensteuerungsvorrichtung 17, 17', 17'', der jeweiligen Einspritzventile 11, 11', 11'' und der Heizvorrichtungen 14, 14' und 14'' wie ei der Ausführungsform
der 1 geregelt.
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In der Sammelleitung 21 wird
der Schmierstoff und sämtlichen
Ventilen 11, 11', 11'' mit dem gleichen Druck zur Verfügung gestellt. Über den
Einspritzzeitpunkt, die Einspritzdauer und die Einspritzmenge der
jeweiligen Einspritzventile 11, 11', 11'' und die
zugeführte
Trägergasmenge
durch die Durchflusssteuerungsvorrichtungen 17, 17', 17'' wird die Fettigkeit des Schmierstoffnebels
jeder Vorrichtung 1, 1', 1'' unabhängig gesteuert.
Auf diese Weise kann jede der Vorrichtungen 1, 1', 1'' Schmierstellen mit unterschiedlichen
Anforderungen an die Zusammensetzung des Schmierstoffnebels bedienen.
Bei einem Bearbeitungszentrum können
beispielsweise durch die Vorrichtung 1 die Lager einer
Werkzeugmaschine, durch die Vorrichtung 1' Fräsköpfe und durch die Vorrichtung 1'' ein Drehstahl einer Drehbank geschmiert
werden.
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Die Steuerung und der Aufbau der
einzelnen Vorrichtungen 1, 1', 1'' entspricht
im übrigen
der oben bei der Ausführungsform
der 1 beschriebenen Steuerung.
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In 3 ist
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung 1 gezeigt.
Dabei werden für
Elemente, deren Funktion und/oder Aufbau aus einer der vorangegangenen Ausführungsformen
bekannt ist, dieselben Bezugszeichen wie bei diesen Ausführungsformen
verwendet. Der Einfachheit halber wird lediglich auf die Unterschiede
zu den vorangegangenen Ausführungsformen
eingegangen.
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Die Ausführungsformen der 3 unterscheidet sich von
den Ausführungsformen
der 1 und 2 lediglich dadurch, dass
die Einspritzeinrichtung 3 eine integrierte Pumpe-Düse-Kombination aufweist, durch
die der Schmierstoff in Tröpfchenform 4 in
die Mischkammer 2 eingespritzt wird. Die Pumpe-Düse-Kombination 24 weist
ein Einspritzventil auf, und eine Einspritzpumpe, vorzugsweise eine
Dosierpumpe, die auf ein Signal von der Steuereinrichtung 13 direkt
eine vorbestimmte Schmierstoffmenge in die Mischkammer 2 spritzt.
Eine derartige Pumpe-Düse-Kombination
ist aus der Automobiltechnik, insbesondere aus der Dieselmotoren-Technik,
bekannt.
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Im übrigen entspricht der Aufbau
der Ausführungsform
der 3 dem Aufbau der
Ausführungsform
der 1.
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Auch bei der Ausführungsform der 3 wird die Schmierstoffmenge durch die
Pumpe-Düse-Kombination 24 unabhängig von
der Menge des durch die Trägergasleitung 5 zugeführten Trägergases
dosiert.
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In 4 ist
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung 1 gezeigt,
bei der im Unterschied zu den oben beschriebenen Ausführungsformen
die Einspritzeinrichtung 3 den Schmierstoff 4 in
Tröpfchenform
direkt auf Schmierstellen, wie einem Fingerfräser 25 und einem Drehstahl 25' oder Werkstücken 26, 26' gerichtet. Natürlich können auch
Lagerstellen, Kugellager oder Wälzlager
durch die Schmiervorrichtung 1 geschmiert werden. In diesem
Fall besteht die Vernebelungseinrichtung nur aus der Einspritzeinrichtung 3.
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Um einen Transport des Schmierstoffnebels über weite
Strecken zu vermeiden, was in einer Verschlechterung der Qualität des Schmierstoffnebels resultieren
würde,
wird der Schmierstoffnebel direkt an den Schmierstellen 25, 25', 26, 26' durch eine Pumpen-Düsen-Kombination 24 erzeugt
und auf die Schmierstellen gerichtet. Die Pumpen-Düsen-Kombination 24 erzeugt
einen Spritzdruck von typischerweise etwa 800 bar, vorzugsweise
von 2000 bar und mehr. Aufgrund dieses hohen Spritzdruckes erhalten die
Schmierstofftröpfchen,
die die Pumpen-Düsen-Kombination 24 verlassen,
eine so hohe kinetische Energie, dass sie die sich mit den Schmierstellen 25, 26' mitdrehende
Luftschicht 27 durchschlagen und auf der jeweiligen Schmierstelle
auftreffen. Auf diese Weise ist eine sichere Schmierung gewährleistet.
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Der Schmierstoff von den Schmierstellen 25, 25', 26, 26' wird durch
Auffangbehälter 28 gesammelt und
der Schmierstoffvorratsmenge 7 zugeführt. Über Leitungen 29 werden
in der Nähe
der Schmierstelle die Pumpen-Düsen-Kombinationen 24 mit
Schmierstoff aus der Schmierstoffvorratsmenge 7 versorgt.
In den Leitungen 29 können
auch Heizeinrichtungen, wie oben beschrieben, vorgesehen sein.
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Der Einspritzzeitpunkt, die Einspritzmenge und
die Einspritzdauer können über die
Steuereinrichtung 13 in vorbestimmten Zeitintervallen oder
in Abhängigkeit
von Signalen von einem Bearbeitungssensor 30 gesteuert
werden. Der Bearbeitungssensor 30 liefert für den Schmiervorgang
wesentliche Parameter, wie beispielsweise durch eine berührungsfreie
Wärmemessung
die Temperatur des Werkzeuges 25, 25' und/oder des
Werkstückes 26, 26'. Über eine
Schnittstelle 31 kann die Steuereinrichtung 13 jeweils
mit Werkzeugmaschinen (nicht gezeigt) verbunden sein, um die Bearbeitungsparameter,
wie Bearbeitungsgeschwindigkeit, Zustellgeschwindigkeiten, am Werkzeug 25, 25' gemessene Kräfte in Signalform
zu erhalten und entsprechend die Schmierstoffmenge 4 zu
dosieren.
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Auch hier können als Pumpen-Düsen-Kombinationen 24 Komponenten
von Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden.