DE112011105820T5

DE112011105820T5 - Schmiersystem

Info

Publication number: DE112011105820T5
Application number: DE112011105820.9T
Authority: DE
Inventors: Raimund Stockhammer; Ileana Nedelcu; Rihard Pasaribu; Albertus Maria van der Vorst
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2011-11-08
Filing date: 2011-11-08
Publication date: 2014-08-21
Also published as: WO2013068037A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmiersystem (100), umfassend ein Schmierfettreservoir (110), eine Schmierfettpumpe (115) und ein Schmierrohr (120) zum Zuführen von Schmierfett vom Reservoir zu einer oder mehreren Schmierstellen (131, 132, 133, 141, 142, 143). Das System umfasst erfindungsgemäß weiterhin eine Schmierölzuführvorrichtung (150) zum Zuführen von Schmieröl (153) von einem Schmierölreservoir (152) zu einer Rohrbohrung des Schmierrohrs (120), so dass stromabwärts der Vorrichtung (150) Schmierfett zusammen mit einem sich an der Rohrbohrung bildenden Schmierölfilm durch das Schmierrohr gefördert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Schmiersystem zum Fördern von Schmierfett von einem Schmierfettreservoir zu einer oder mehreren Schmierstellen.
HINTERGRUND
Es gibt viele Maschinenanlagen, die mehrere, eine Fettschmierung benötigende Bauteile aufweisen. Ein Verfahren zum Zuführen von Schmierfett zu den verschiedenen Bauteilen beruht auf einem Zentralschmiersystem. Beispielsweise können in einer Papierfabrik die Lager, die die Rollen abstützen, in dieser Art und Weise mit Schmierfett versorgt werden. Das Schmiersystem ist zur Zufuhr zu der relevanten von Schmierfett mit der geforderten Durchflussleistung Zahl von Schmierstellen über die betreffenden Distanzen ausgelegt. Dies erfordert oft die Verwendung hoher Druckgradienten. Des Weiteren muss ein Schmierfett gewählt werden, welches mit der geforderten Durchflussleistung im geeigneten Temperaturbereich gefördert werden kann.
Bei den im Handel erhältlichen Schmierfetten schwankt die Förderfähigkeit beträchtlich. Schmierfett ist eine halbfeste Substanz, die in der Regel ein in einer Eindickermatrix, wie z. B. einer Metallseife, gehaltenes Grundöl umfasst. Die Förderfähigkeit des Schmierfetts hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. der Viskosität des Grundöls, der Temperatur des Schmierfetts, der Struktur des Eindickermaterials, dem Verhältnis von Schmieröl zu Eindicker und dem Vorhandensein von Additiven. Die Förderfähigkeit schwankt jedoch sogar bei Schmierfetten, die eine sehr ähnliche Zusammensetzung und Konsistenz aufweisen, d. h. die Förderfähigkeit muss geprüft werden, bevor ein Schmierfett in einem Zentralschmiersystem verwendet werden kann.
Es kann deshalb der Fall eintreten, dass ein Schmierfett, welches ein bestimmtes Bauteil optimal schmieren würde, nicht gewählt wird, weil es beispielsweise bei tiefen Temperaturen ein inakzeptables Förderverhalten aufweist. Somit muss entweder ein anderes Schmierfett gewählt werden, oder das Schmiersystem muss angepasst werden, damit die Verwendung des optimalen Schmierfetts ermöglicht wird. Beispielsweise könnte das System mit einem Heizmittel versehen werden, so dass sich das Schmierfett leichter fördern lässt. Ein automatisches Schmiersystem dieser Art ist in der EP 0595097 beschrieben.
Es versteht sich von selbst, dass das Erwärmen des Schmierfetts den Energiebedarf beträchtlich erhöht. Wenn des Weiteren ein bestimmtes Schmierfett normalerweise nicht gewählt werden kann, weil es unter Druck zum Ausbluten neigt, wird dieses Problem durch Erwärmen des Schmierfetts nicht gelöst. Unter „Ausbluten” wird die Trennung des Grundöls von der Eindickermatrix unter Einwirkung des Systemdrucks bei einem gegebenen Druckgefälle verstanden. Dabei wird Schmieröl aus dem Schmierfett gefördert, wobei eine feste Substanz zurückbleibt, die zu Verstopfungen führen kann.
Demzufolge besteht ein Verbesserungsbedarf in der Bereitstellung eines Zentralschmiersystems, das dazu ausgeführt ist, die Verwendung einer breiten Vielfalt von Schmiermitteln zu gestatten, inklusive Schmiermitteln, die zum Ausbluten neigen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung beruht in einem Schmiersystem, umfassend ein Schmierfettreservoir, eine Pumpe und ein Schmierrohr zum Zuführen von Schmierfett vom Reservoir zu einer oder mehreren Schmierstellen. Erfindungsgemäß umfasst das System ferner eine Schmierölzufuhrvorrichtung zum Zuführen von Schmieröl von einem Schmierölreservoir zu einer Rohrbohrung des Schmierrohrs, so dass stromabwärts der Vorrichtung Schmierfett zusammen mit einem Schmierölfilm, der sich an der Rohrbohrung bildet, durch das Schmierrohr gefördert wird.
Der Schmierölfilm an der Rohrbohrung weist eine erheblich geringere Viskosität als die Schmierfetthauptmasse auf, d. h. der Schmierölfilm wirkt als eine Wandgleitschicht. Die Gleitwirkung ist am ausgeprägtesten, wenn sich das Schmierfett in einem nicht verformten Zustand bewegt, was als Propfenströmung bezeichnet wird. Während der Propfenströmung, die bei niedrigen Durchflussleistungen und niedrigen Druckgefällen auftritt, steigert das Vorhandensein einer Gleitschicht die Durchflussleistung des Schmierfetts, das bei einem gegebenen Druckgefälle im Rohr gefördert werden kann.
In einem Fettschmiersystem wird das Schmierfett jedoch allgemein mit sehr viel höheren Durchflussleistungen und bei verhältnismäßig hohen Druckgefällen gefördert, d. h. dass das Schmierfett geschert wird und sich in einem verformten Zustand bewegt. Bei Schmierfett handelt es sich um eine scheren verdünnende Substanz, und die Viskosität des Schmierfetts nimmt mit zunehmender Scherspannung ab. Somit verkleinert sich bei zunehmender Durchflussleitung (und Scherspannung) der Unterschied zwischen der Viskosität des Schmierölfilms und derjenigen des verformten Schmierfetts. Mit anderen Worten kann die Gleitwirkung hinsichtlich der Verbesserung der Förderfähigkeit bei einem gegebenen Druckgefälle eine vernachlässigbare Rolle spielen. Das Vorhandensein einer Gleitschicht wirkt sich trotzdem günstig auf das Schmiersystem aus, besonders wenn das Pumpen aufhört.
Die Beendigung des Pumpens bewirkt im Rohr einen Abfall des Druckgefälles, aber das Gefälle fällt nicht unverzüglich auf null ab. Im Gegenteil: Schmierfett kann sehr gut Druck aufstauen, und es kann pro Meter Rohrlänge mehrere Minuten dauern, bis sich das Schmierfett relaxiert. Während dieser Relaxationsphase steht das Schmierfett noch immer unter Druck, es ist jedoch nicht fähig, sich zu bewegen, oder kann lediglich kriechen, wenn das Druckgefälle unter einen Mindestschwellwert das Fordern fällt. Somit besteht das Risiko darin, dass durch das verbleibenden Druckgefälle das Herausbewegen (Ausbluten) von Schmieröl aus der Eindickermatrix verursacht wird, so dass feste Masse zurückbleibt. Wie eingangs erwähnt, kann dies Verstopfungen verursachen.
In einem erfindungsgemäßen Schmiersystem, in dem die Rohrbohrung des Schmierrohrs einen als eine Gleitschicht wirkenden Schmierölfilm aufweist, ist das Risiko des Ausblutens und des Verstopfens erheblich verringert. Wie ausgeführt, verbessert die Gleitschicht die Förderfähigkeit bei niedrigen Durchflussleistungen des Schmierfetts, d. h. dass das Schmierfett besser fähig ist, sich weiter zu bewegen, wenn der Pumpvorgang aufhört. In der Folge ist die Relaxationszeit bedeutend kürzer.
Der vorliegende Erfinder hat entdeckt, dass die Verkürzung der Relaxationszeit im Vergleich zu ohne Gleitschicht gefördertem Schmierfett proportional ist zur Schmierölfilmstärke und umgekehrt proportional ist zur Viskosität des die Gleitschicht bildenden Schmieröls. Wenn für ein bestimmtes Schmierfett eine starke Verkürzung der Relaxationszeit wünschenswert ist, wird somit dementsprechend ein Schmieröl mit niedriger Viskosität gewählt und/oder eine verhältnismäßig hohe Schmierölfilmstärke an der Rohrbohrung bereitgestellt. Das Vorhandensein einer geeigneten Gleitschicht kann die Relaxationszeit des Schmierfetts auf einen Sekundenbruchteil pro Meter Rohrlänge verringern, d. h. dass das Schmierfett für das Auftreten von Ausbluten nicht lange genug unter Druck verweilt. Ein Schmierfett, welches wegen des Verstopfungsrisikos beim Anhalten von Pumpen normalerweise nicht gewählt würde, kann somit bei einem erfindungsgemäßen Schmiersystem ohne Weiteres gewählt werden.
Es soll angemerkt werden, dass es sich bei einer Wandgleitschicht um ein Phänomen handelt, das auf natürliche Weise auftreten kann, wenn Schmierfett durch ein Rohr gefördert wird. Allerdings werden die Mechanismen, die zur Bildung einer solchen Schicht führen, bis heute nicht verstanden, und es ist für eine gegebene Art von Schmierfett unmöglich vorauszusagen, in welchem Ausmaß eine Gleitschicht vorhanden sein wird. Bei einem erfindungsgemäßen Schmiersystem ist das Vorhandensein einer Gleitschicht an der Rohrbohrung des Schmierrohrs gewährleistet.
Die Rohrbohrung weist typischerweise einen Durchmesser von zwischen 5 und 30 mm auf, und die Schmierölzufuhrvorrichtung ist dazu ausgeführt, einen Schmierölfilm in einer Stärke von zwischen 0,01 und 100 Mikrometer bereitzustellen. Noch typischer wird der Schmierölfilm in einer Stärke von zwischen 0,1 und 20 Mikrometer bereitgestellt. Wie erwähnt, kann die Filmstärke jedoch abhängig von der gewünschten Verkürzung der Relaxationszeit des Schmierfetts gewählt werden.
Bei der Schmierölzufuhrvorrichtung kann es sich um jede Einrichtung handeln, die zur Bildung eines Schmierölfilms auf der Innenfläche einer von einer Sekundärsubstanz durchströmten Leitung geeignet ist. In einer Ausführungsform weist das Schmierrohr einen Einlassabschnitt und einen Auslassabschnitt auf, wobei der Einlassabschnitt an das Schmierfettreservoir angeschlossen ist und der Auslassabschnitt an die Schmierölzufuhrvorrichtung angeschlossen ist. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Einlassabschnitt über eine gewisse Überlappungslänge hinweg in den Auslassabschnitt hinein, wobei ein kleiner radialer Spalt zwischen dem Außendurchmesser des Einlassabschnitts und dem Innendurchmesser (der Bohrung) des Auslassabschnitts besteht. An einem geschlossenen Ende des Auslassabschnitts, das den Einlassabschnitt umgibt, ist ein Schmieröleinlass, der an eine Schmierölzufuhrleitung angeschlossen ist, vorgesehen. Somit kann Schmieröl von einem Schmierölreservoir zum Innendurchmesser des Auslassabschnitts gefördert werden. Das Schmieröl fließt dann unter Erzeugung eines Schmierölfilms an der Bohrung des Auslassabschnitts entlang der Überlappungslänge durch den radialen Spalt.
Eine derartige Anordnung ist in der US 3826279 beschrieben. Mehrere andere Anordnungen zum Bilden eines Films einer ersten Flüssigkeit auf der Innenfläche einer von einer zweiten Flüssigkeit durchströmten Leitung sind offenbart worden, wie beispielsweise in der US 5361 797 , US 2821205 , US 3993097 und US 35021 03 erläutert. Die betreffenden Anordnungen sind für die Schmierung von Transportrohrleitungen vorgesehen, welche zähflüssige Substanzen wie Rohöl oder Schlamm nach Art der Propfenströmung befördern. Die gleichen Grundprinzipien können bei einem Schmierfett befördernden Rohr von viel kleinerem Durchmesser angewandt werden.
Dementsprechend kann ein erfindungsgemäßes Schmiersystem eine Schmierölzufuhrvorrichtung mit einer eigens vorgesehenen Schmierölpumpe zum Zuführen des Schmieröls von einem Schmierölreservoir zur Bohrung des Schmierrohrs aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Schmieröl unter Verwendung der gleichen Pumpe gefördert, die das Schmierfett fördert.
Zweckmäßigerweise umfasst das Schmierrohr einen Zusatzkanal, der an einer ersten Stelle vom Schmierrohr abzweigt und an einer zweiten Stelle, stromabwärts der ersten Stelle, wieder in das Schmierrohr zurückführt. Der Zusatzkanal enthält Schmieröl und funktioniert als Schmierölreservoir. Wenn Schmierfett vom Schmierfettreservoir gefördert wird, tritt an einem Ende etwas Schmierfett in den Zusatzkanal ein, was somit am anderen Ende den Austritt von Schmieröl bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Schmieröleinlass an der zweiten Stelle vorgesehen, wo der Zusatzkanal wieder in das Schmierrohr zurückführt.
Eine Vielfalt von Schmierölen kann zum Bilden des Schmierölfilms verwendet werden. In einer Ausführungsform ist das „zugesetzte” Schmieröl gleich dem Grundöl des Schmierfetts, was die Verträglichkeit gewährleistet. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird zur Bereitstellung einer gewünschten Funktionalität ein anderes Schmieröl gewählt. Beispielsweise kann das zugesetzte Schmieröl bei niedrigen Temperaturen eine erheblich niedrigere Viskosität als die des Grundöls des Schmierfetts aufweisen. Wie erwähnt, führt die Verwendung eines Schmieröls mit niedriger Viskosität zu einer kürzeren Relaxationszeit des Schmierfetts. Nachstehend wird ein weiterer Vorteil dieser Weiterentwicklung erläutert.
Bei einem erfindungsgemäßen Schmiersystem wird gleichzeitig mit dem Schmierfett eine geringe Menge an Schmieröl an die eine oder die mehreren Schmierstellen geliefert. Unter Umständen, unter denen das Schmierfett nicht optimal zur Bildung eines Schmiermittelfilms zwischen den Verschleißflächen der Bauteile fähig ist, kann das Schmieröl somit zur Bereitstellung einer Zusatzschmierung gewählt werden. Man stelle sich beispielsweise einen Lastkraftwagen mit mehreren Lagern vor, die mittels eines erfindungsgemäßen Schmiersystems geschmiert werden. Gehen wir davon aus, dass es sich beim Schmierfett um ein standardmäßiges Lagerfett mit einem Eindicker auf Metallseifenbasis und einem Mineralgrundöl handelt, dass das Öl im Ölreservoir ein Esteröl ist und dass das System bei einer Anlauftemperatur von –25 Grad Celsius betrieben werden muss. Bei dieser Temperatur kann die Viskosität des Grundöls des Schmierfetts zu hoch zum Bilden eines ausreichenden Schmierölfilms sein. Im Gegensatz dazu weist das Esteröl bei dieser Temperatur eine optimale Viskosität auf und ist zur Bildung eines guten Schmierölfilms fähig. Auch wenn im Verhältnis zur Menge des Schmierfetts nur eine sehr kleine Menge an Esteröl zugeführt wird, kann der Esterölfilm die Lagerschmierung für eine kurze Zeitdauer bereitstellen, die ausreichend ist, damit die Lagerbetriebstemperatur so weit ansteigt, dass das Grundöl des Schmierfetts einen ausreichenden Schmierölfilm bilden kann. In der Folge erfahren die Lager während des Anlaufs weniger Verschleiß und Reibung, was schlussendlich zu einer verbesserten Lebensdauer führt.
Somit weist ein erfindungsgemäßes Schmiersystem mehrere Vorteile auf. Diese und weitere Vorteile sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a ist ein Prinzipschaubild eines erfindungsgemäßen Schmiersystems, das eine Schmierfettpumpe und eine Schmierölzufuhreinrichtung umfasst;
1b zeigt ein Detail der Schmierölzufuhrvorrichtung aus 1a;
2 ist eine Durchflusskennlinie, die die Rheologie eines Beispiels eines Schmierfetts zeigt, das mit dem Schmiersystem gefördert werden kann;
3 ist für das Schmierfett von 1 ein Kurvenbild von Durchflussleistung gegenüber Druckgefälle, basierend auf einem Schmierölfilm mit vier verschiedenen Stärken, wobei das Schmieröl das gleiche ist wie das Grundöl des Schmierfetts;
4 ist für das Schmierfett von 1 ein Kurvenbild von Durchflussleistung gegenüber Druckgefälle, basierend auf einem Schmierölfilm mit vier verschiedenen Stärken, wobei es sich beim Schmieröl um ein Schmieröl mit niedrigerer Viskosität als die des Grundöls des Schmierfetts handelt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
1 zeigt ein Blockdiagramm eines erfindungsgemäßen Fettschmiersystems. Das System 100 umfasst ein Schmierfettreservoir 110, welches ein Schmierfett (nicht gezeigt) und eine über ein Hauptschmierrohr 120 an mehrere in Reihe geschaltete Schmiermittelverteiler angeschlossene Pumpenheinheit 115 aufnimmt. Die Schmiermittelverteiler 130, 140 führen die Verteilung dosierter Mengen des Schmierfetts an eine Anzahl von Schmierstellen 131, 132, 133, 141, 142, 143 aus. Im in 1 abgebildeten System liefern die Schmierstellen Schmierfett an Wälzlager, die eine Reihe von Achsen an einem Schienenfahrzeug abstützen. Alternativ dazu kann das System Progressivverteiler zum Zuführen dosierter Mengen von Schmierfett an die Schmierstellen 131, 132, 133, 141, 142, 143 umfassen. Die Ausgestaltung von Zentralschmiersystemen zum Zuführen von Schmierfett ist im. Stand der Technik wohl bekannt und wird hier nicht näher besprochen.
In einem erfindungsgemäßen Fettschmiersystem umfasst das System weiterhin eine Schmierölzufuhrvorrichtung 150. Zweckmäßigerweise weist das Hauptschmierrohr 120 einen an das Schmierfettreservoir 110 angeschlossenen Einlassabschnitt 122 auf. Ein Auslassabschnitt 125 des Hauptrohrs ist an die Schmierölzufuhrvorrichtung 150 angeschlossen. Die Funktion der Schmierölzufuhrvorrichtung besteht in der Bereitstellung eines Schmierölfilms an einer Rohrbohrung des Auslassabschnitts 125, so dass stromabwärts der Vorrichtung 150 gleichzeitig sowohl Schmierfett als auch eine Schmierölschicht gefördert werden.
In 1b ist ein Beispiel für eine bevorzugte Schmierölzufuhrvorrichtung näher dargestellt. Die Vorrichtung 150 umfasst ein Schmierölreservoir 152, das an einem Schmieröleinlass 155 am Auslassabschnitt 125 des Hauptrohrs angeschlossen ist. Das Schmierölreservoir wird durch ein Schmieröl 153 gebildet, das in einen Kanal 157 enthalten ist, der vom Einlassabschnitt 122 des Hauptrohrs abzweigt. Wenn Schmierfett vom Schmierfettreservoir 110 gefördert wird, tritt somit etwas Schmierfett an einem Ende in den Kanal 157 ein, was am anderen Ende den Austritt von Schmieröl erzwingt, wobei das andere Ende an den Schmieröleinlass 155 angeschlossen ist. Vorzugsweise ist der Kanal 157 zur einfachen Wiederbefüllung mit Schmieröl vom Einlass- und Auslassabschnitt des Hauptrohrs trennbar.
Im abgebildeten Beispiel weist der Auslassabschnitt 125 des Hauptrohrs einen so um den Endteil 123 des Einlassabschnitts 122 angeordneten Kragenteil 127 auf, dass sich der Kragenteil 127 und der Endteil 123 um eine gewisse Länge überlappen. Der Schmieröleinlass 155 ist am Kragenteil 127 vorgesehen, vorzugsweise bei einem geschlossenen Ende des Kragenteils. Weiterhin besteht zwischen dem Außendurchmesser des Endteils 123 und dem Innendurchmesser des Kragenteils 127 ein geringer radialer Spalt. Wenn Schmieröl vom Schmierölreservoir 152 über den Schmieröleinlass 155 in den Kragenteil 127 gefördert wird, wird das Schmieröl durch den radialen Spalt entlang dem Großteil der Überlappungslänge fließen, so dass die Bohrung des Auslassabschnitts 125 mit einem ringförmigen Schmierölfilm versehen wird. Zur Begünstigung der Bildung eines ringförmigen Films kann die Bohrung des Kragenteils 127 mit einer Spiralnut versehen werden.
Nun wird der Vorteil der Bereitstellung eines Schmierölfilms an der Rohrbohrung des Auslassabschnitts 125 erläutert. Nehmen wir ein Beispiel an, in dem es sich beim Schmierfett im Schmierfettreservoir 110 um ein Schmierfett auf Lithiumseifenbasis mit einem Grundöl auf Mineralölbasis mit einer Konsistenz der NLGI-Klasse II handelt. Das Schmierfett ist vom Hersteller der Lager als das für Achslager optimale Schmierfett vorgegeben worden. In diesem Beispiel ist das Schmieröl 153 im Schmierölreservoir das gleiche wie das Grundöl des Schmierfetts und weist eine Viskosität von 12,7 Pa·s bei –10°C auf. Nehmen wir weiterhin an, dass der Auslassabschnitt 125 des Schmierrohrs 120 einen Bohrungsdurchmesser von 8 mm aufweist, dass das Schmiersystem eine Temperatur von –10°C aufweist und dass das Schmierfett mit einem Druckgefälle von 13 bar/m gefördert wird.
Wenn das Pumpen aufhört, hält das System einen Druckgradienten von ungefähr 5 bar/m (500000 Pa/m), welcher aufgrund der hohen Viskosität des Schmierfetts bei geringer Scherspannung langsam abgebaut wird. Der beibehaltene Druckgradient Δρ/Δχ wird anhand der Schmierfettfließgrenze τ_yield und des Rohrdurchmessers d gemäß der folgenden Korrelation geschätzt: Δρ/Δχ = τ_yield·4/d
Die Fließgrenze τ_yield ist aus einer in 2 gezeigten Fließkurve für das Schmierfett zu entnehmen. Die Y-Achse 210 stellt die Scherviskosität (Pa·s) dar, und die X-Achse stellt die Scherspannung (Pa) dar. Das Schmierfett weist eine Viskositätsgrenze unter niedriger Scherung η₀ von ungefähr 1,5·10⁵ Pa·s auf. Bei steigender Scherspannung nimmt die Scherviskosität allmählich ab, bis die Fließgrenze τ_yield erreicht wird. Die Fließgrenze tritt in einem Bereich in Erscheinung, wo die reversible Verformung einer irreversiblen Verformung weicht und Fließen beginnt. Wie aus 2 ersichtlich, weist das Schmierfett eine Fließgrenze von ungefähr 1000 Pa auf.
Wenn an der Bohrung des Schmierrohrs kein Schmierölfilm vorhanden ist, kann die Zeit zum Abbau eines gehaltenen Drückgefälles von 5 bar/m bei –10°C in der Größenordnung einiger Stunden liegen und ist proportional zur Durchflussleistung des Schmierfetts, wenn das Pumpenaufhört. Die zum Abbau des Druckgradienten benötigte Zeit wird auch als Relaxationszeit des Schmierfetts bezeichnet. Während dieser Zeit bewegt sich das Schmierfett sehr langsam, aber es besteht das Risiko, dass sich das Grundöl schneller bewegt. Mit anderen Worten kann Schmieröl aus dem Schmierfett ausbluten, wodurch die Konzentration von Seifenfasern erhöht wird. Nach einer gewissen Zeit führen die Fasern zu Verstopfungen, im Besonderen der Schmierfettverteilereinheiten 130, 140, die an das Hauptschmierrohr 120 angeschlossen sind. Aus diesem Grund wird das Schmierfett im Schmierfettreservoir 110 als für die Verwendung in herkömmlichen Zentralschmiersystemen ungeeignet erachtet.
Nehmen wir nun an, dass die Schmierölzufuhrvorrichtung 150 in dem System der 1a und 1b zur Bereitstellung eines Schmierölfilms an der Bohrung des Schmierrohrs ausgelegt ist, wobei der Schmierölfilm eine Stärke von 10 μm aufweist. Der vorliegende Erfinder hat eine Formel zur Berechnung einer Obergrenze einer effektiven Viskosität für Schmierfett η_eff abgeleitet, welche den Schmierfettfluss bei niedrigen Druckgefällen beschreibt, d. h. bei der Annahme, dass lediglich die Schmierölschicht geschert wird und dass sich das Schmierfett propfenartig bewegt. Die effektive Viskosität η_eff kann wie folgt ausgedrückt werden: η_eff = (η_oil·r)/(4·h_oil) [Gleichung 1] wobei

η_oil: die Viskosität des Schmieröls 153 bei der Systemtemperatur (Pa·s),
r: der Radius der Rohrbohrung des Schmierrohrs (m),
h_oil: die Stärke des an der Rohrbohrung gebildeten Schmierölfilms (m) ist.

Wenn das Pumpen beendet wird, beträgt somit die effektive Viskosität des Schmierfetts im Auslassabschnitt 125 der Schmiervorrichtung (12,7·0,004)/(4·1^–5) = 1,3 – 10³Pa·s. Im Ergebnis wird die Relaxationszeit des Systems um einen Faktor von ungefähr 100 verringert. Diese hundertfache Verringerung der Relaxationszeit bedeutet, dass praktisch kein Ausblutungsrisiko besteht und dass das Schmierfett gefahrlos im erfindungsgemäßen Schmiersystem gefördert werden kann.
Der Reduktionsfaktor ergibt sich aus dem Verhältnis der Viskositätsgrenze unter niedriger Scherung des Schmierfetts (siehe 2) zur effektiven Viskosität, d. h. η₀/n,_eff (1,5·10⁵/1,3 – 10³). Aufgrund der Gleichung 1 kann der Reduktionsfaktor R auch ausgedrückt werden als: R = Ho(4·hoi,)/(η_oil·r)
Wird eine starke Verringerung der Relaxationszeit benötigt, kann somit die Filmstärke erhöht und/oder ein Schmieröl mit einer niedrigeren Viskosität verwendet werden.
Die Wirkung von Ölfilmstärke und Schmierölviskosität ist aus den Kurvenbildern in den 3 bzw. 4 ersichtlich. Die Gleichung 1 wurde dazu verwendet, die Durchflussleistung bei steigendem Druckgefälle für das Schmierfett der 2 zu berechnen. Die Berechnungen wurden für unterschiedliche Schmierölstärken auf der Basis von zwei verschiedenen Schmierölen mit verschiedenen Viskositäten ausgeführt. Der Rohrdurchmesser wird wiederum mit 8 mm angenommen, und es wird davon ausgegangen, dass das System eine Temperatur von –10 Grad Celsius aufweist. In 3 beruhen die Berechnungen auf dem gleichen Schmieröl wie oben beschrieben (d. h. mit einer Viskosität von 12,7 Pa·s bei –10°). In 4 beruhen die Berechnungen auf einem Schmieröl mit einer Viskosität von 0,12 Pa·s bei –10°C.
Die y-Achse 310 in 3 stellt die Schmierfettdurchflussleistung (cm³/min) und die x-Achse 320 stellt das Druckgefälle im Schmierrohr (bar/m) dar. Es werden vier Kurven 331, 332, 333, 334 gezeigt, wobei die erste Kurve 331 die berechnete Durchflussleistung auf Grundlage einer Filmstärke von 0 μm angibt. Die zweite Kurve 332, die dritte Kurve 333 und die vierte Kurve 334 geben jeweils die berechnete Durchflussleistung auf Grundlage einer Filmstärke von 1,0, 10 bzw. 100 μm an.
Wenn das Pumpen aufhört, hält das System, wie oben erläutert, ein Druckgefälle von 5 bar/m. Bei diesem Druckgefälle kann das Schmierfett mit einer Durchflussleistung von ungefähr 0,06 cm³/min bewegt werden, wenn kein Schmierölfilm vorhanden ist (erste Kurve 331). Beträgt die Schmierölfilmstärke 1,0 μm (zweite Kurve 332), 10 μm (dritte Kurve) und 100 μm (vierte Kurve), erhöht sich die Durchflussleistung auf ungefähr 0,2 cm³/min, 2 cm³/min bzw. 20 cm³/min. Somit erhöht sich die Durchflussleistung beim gegebenen Druckgefälle von 5 bar/m proportional zur Schmierölfilmstärke. Das Druckgefälle bleibt selbstverständlich nicht konstant, wenn das Pumpen aufhört wird. Während der Relaxationszeit fällt das Druckgefälle, wie oben erläutert, auf null. Somit fällt das Druckgefälle bei zunehmender Schmierölfilmstärke rascher ab (d. h. die Relaxationszeit verkürzt sich), weil das Schmierfett, relativ gesehen, rascher bewegt werden kann.
Die Kurven in 3 zeigen auch, wie die Wirkung des Schmierölfilms für das gegebene Schmieröl bei geringen Druckgefällen am ausgeprägtesten ist. Nehmen wir wieder an, dass vor Beenden des Pumpens das Schmierfett mit einem Druckgefälle von 13 bar/m gefördert worden ist. Es ist ersichtlich, dass bei diesem Druckgradienten ein Schmierölfilm mit einer Stärke von 1 Mikrometer (zweite Kurve 332) die Durchflussleistung von förderbarem Schmierfett im Verhältnis zu einer Filmstärke null (erste Kurve 331) nicht steigert. Die Steigerung ist vernachlässigbar, wenn die Filmstärke 10 Mikrometer beträgt (dritte Kurve 333). Wenn die Filmstärke 100 Mikrometer beträgt, ist die Steigerung der Durchflussleistung erheblich; es kann jedoch nicht in jedem Fall wünschenswert sein, den Schmierölfilm in einer solch verhältnismäßig großen Stärke bereitzustellen.
Eine Verbesserung der Förderfähigkeit, d. h. eine Steigerung der Durchflussleistung des Schmierfetts, das bei einem gegebenen Druckgefälle gefördert werden kann, kann bei verhältnismäßig hohen Druckgefällen und bei verhältnismäßig geringen Filmstärken erzielt werden, wenn das den Schmierölfilm bildende Schmieröl eine niedrige Viskosität aufweist. Dies ist aus 4 ersichtlich, in welcher das Schmieröl, wie erwähnt, eine Viskosität von 0,12 Pa·s bei –10°C aufweist.
In 4 stellt die y-Achse 410 die Schmierfettdurchflussleistung (cm³/min) und die x-Achse 420 das Druckgefälle im Schmierrohr (bar/m) dar. Wiederum werden vier Kurven 431, 432, 433, 434 gezeigt, wobei die erste Kurve 431 die berechnete Durchflussleistung auf Grundlage einer Filmstärke von 0 μm angibt. Die zweite Kurve 432, die dritte Kurve 433 und die vierte Kurve 434 geben die berechnete Durchflussleistung auf Grundlage einer Filmstärke von 1,0, 10 bzw. 100 μm an.
Bei einem Druckgefälle von 13 bar/m kann das Schmierfett mit einer Leistung von ungefähr 20 cm³/min gefördert werden, wenn die Schmierölfilmstärke null ist (erste Kurve 431). Das Vorhandensein eines Schmierölfilms mit einer Stärke von lediglich 1 Mikrometer (zweite Kurve 432) ergibt bei diesem Druckgefälle bereits eine erhebliche Steigerung der Durchflussleistung. Wie aus der dritten und vierten Kurve 433, 434 weiter ersichtlich ist, ist die Steigerung der Durchflussleistung proportional zur Filmstärke.
Der Vergleich von 4 mit 3 zeigt auch die Wirkung eines Schmierölfilms mit verhältnismäßig niedrigerer Viskosität, wenn das Pumpen aufhört. Bei einem gehaltenen Druckgefälle von 5 bar/m und einer Filmstärke von 10 Mikrometern (dritte Kurve 433) beträgt die Durchflussleistung von Schmierfett ungefähr 100 cm³/min. Im Fall des Schmieröls der 3, ergab ein Film der gleichen Stärke eine Durchflussleistung von 2 cm³/min. Somit wird die Wirkung des Schmierölfilms ausgeprägter, wenn ein Schmieröl niedriger Viskosität von 0,12 Pa·s bei –10°C gewählt wird.
In einem erfindungsgemäßen Schmiersystem bietet die Wahl eines Schmieröls niedriger Viskosität zum Bilden des Schmierölfilms an der Rohrbohrung des Schmierrohrs mehrere Nutzen. Ein verhältnismäßig dünner Film (mit einer Stärke in der Größenordnung von 1 Mikrometer) kann die Relaxationszeit erheblich verkürzen und die Förderfähigkeit beim Betriebsdruckgefälle des Systems verbessern. Zweckmäßigerweise ist die Viskosität des Schmierölfilms bei Systemtemperatur mindestens 10-mal niedriger als jene des Grundöls des Schmierfetts.
Die Erfindung ist nicht als auf die oben beschriebenen Ausführungen beschränkt zu verstehen, wobei im Schutzbereich der nachfolgenden Patentansprüche eine Anzahl zusätzlicher Varianten und Abänderungen möglich sind.

Claims

Schmiersystem (100) umfassend ein Schmierfettreservoir (110), eine Schmierfettpumpe (115) und ein an das Schmierfettreservoir angeschlossenes Schmierrohr (120), dadurch gekennzeichnet, dass das System weiterhin eine Schmierölzufuhrvorrichtung (150) zum Zuführen von Schmieröl (153) von einem Schmierölreservoir (152) zu einer Rohrbohrung des Schmierrohrs (120) aufweist, so dass stromabwärts der Vorrichtung (150) Schmierfett zusammen mit einem Schmierölfilm, der sich an der Rohrbohrung bildet, durch das Schmierrohr gefördert wird.
System nach Anspruch 1, wobei der Schmierölfilm eine Stärke von zwischen 0,1 and 100 μm aufweist.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schmierölfilm eine Stärke von zwischen 1,0 und 20 μm aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schmierölzufuhrvorrichtung (150) eine eigens vorgesehene Schmierölpumpe zum Zuführen des Schmieröls (153) aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Schmieröl mittels der Schmierfettpumpe (115) aus dem Schmierölreservoir (152) gefördert wird.
System nach Anspruch 5, wobei die Schmierölzufuhrvorrichtung einen zumindest teilweise mit Schmieröl (153) gefüllten Zusatzkanal (157) aufweist, wobei der Zusatzkanal an einer ersten Stelle vom Schmierrohr (120) abzweigt und an einer zweiten Stelle, stromabwärts der ersten Stelle, wieder in das Schmierrohr zurückführt.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmierrohr (120) einen an das Schmierfettreservoir (110) angeschlossen Einlassabschnitt (122) und einen an die Schmierölzufuhrvorrichtung (150) angeschlossenen Auslassabschnitt (125) aufweist, wobei sich der Schmierölfilm an einer Rohrbohrung des Auslassabschnitts bildet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Schmieröl (153) im Schmierölreservoir (152) bei gleicher Temperatur eine niedrigere Viskosität als ein Grundöl des Schmierfetts aufweist.
System nach Anspruch 8, wobei die Viskosität des Schmieröls (153) um einen Faktor von mindestens zehn niedriger ist.