DE20311890U1

DE20311890U1 - Drehdurchführung für Minimalmengenschmierung

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Publication number: DE20311890U1
Application number: DE20311890U
Authority: DE
Original assignee: Deublin GmbH
Current assignee: Deublin GmbH
Priority date: 2003-08-01
Filing date: 2003-08-01
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2013-08-02
Also published as: WO2005011910A1

Abstract

Zuführvorrichtung zur Minimalmengenschmierung für eine rasch rotierende Spindel, mit folgenden Merkmalen:
ein Lagergehäuse (1) mit Anschlüssen (14, 15, 16) für ein gasförmiges Medium und für ein fluides Schmiermittel sowie mit einer Lagerbohrung (13), die eine Lagerachse (6) definiert;
ein Läufer (2) mit einem Spenderohr (22) für das Schmiermittel;
ein Lager (3), das in der Lagerbohrung (13) sitzt und den Läufer (2) drehbar lagert;
dadurch gekennzeichnet,
dass das Lager (3) einen porösen Kohlenstoffkörper (31) enthält und
dass eine Zuführung (15, 33) für gasförmiges Medium in den porösen Kohlenstoffkörper (31) vorgesehen ist, um ein Gaspolster (34) zwischen Kohlenstoffkörper (31) und Läufer (2) zu schaffen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Zuführvorrichtung zur Minimalmengenschmierung für eine rasch rotierende Spindel oder Welle. Solche Spindeln kommen in Werkzeugmaschinen vor, durch die jeweils mit geringen Ölmengen in Form von Öltropfen oder Ölnebel ein damit angebundener Verbraucher, z. B. die Bearbeitungsstelle eines Werkzeugs, versorgt wird. Rasch rotierende Spindeln weisen eine Drehzahl in der Größenordnung von 9000 bis 30.000 oder gar 40.000 U/min auf. Dosiergeräte zur Abgabe kleiner Schmiermittelmengen sind bekannt. Es besteht jedoch das Problem, die dosierte Schmiermittelmenge der rasch rotierenden Spindel zuzuführen. Die Erfindung hat also mit einer Drehdurchführung für eine Minimalmengenschmierung zu tun.
Eine Drehdurchführung ist durch einen ortsfesten und einen drehenden Vorrichtungsteil gekennzeichnet, die gegeneinander abgedichtet werden müssen. Bei sehr hohen Drehzahlen des Vorrichtungsteils werden häufig besondere Lager und Labyrinthdichtungen angewendet, was aufwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zuführvorrichtung zur Minimalmengenschmierung für eine rasch rotierende Spindel oder Welle zu schaffen, bei der man mit wenig technischem Aufwand auskommt.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs gelöst und durch die weiteren Merkmale der Unteransprüche ausgestaltet und weiterentwickelt.
Generell stellt die Zuführvorrichtung eine Drehdurchführung für den Schmierstrom dar, der von einer Dosiereinrichtung geliefert wird, und gibt diesen minimalen Schmierstrom an das Innere einer Welle oder Spindel ab, von wo aus der Schmierstrom an seinen Bestimmungsort gelangt. Im Einzelnen ist ein Lagergehäuse mit Anschlüssen für ein gasförmiges Medium, gewöhnlich Druckluft, und für ein fluides Schmiermittel, gewöhnlich Öl, vorgesehen. Das Lagergehäuse weist eine Lagerbohrung auf, die eine Lagerachse definiert, entlang welcher sich eine rotierende Schmierlanze erstreckt, die aus einem Läufer mit einem Spenderohr für das Schmiermittel aufgebaut ist. In der Lagerbohrung sitzt ein Lager, um den rotierenden Läufer zu lagern. Dieses Lager enthält einen porösen Kohlenstoffkörper, dem das gasförmige Medium zugeführt wird, um ein Luft- oder Gaspolster zwischen dem Kohlenstoffkörper und dem Läufer zu schaffen. Aus Gründen der raschen Rotation des Läufers ist das Gaspolster in der Lage, den Läufer mit seinem Spenderohr schwimmend oder schwebend zu tragen. Gleichzeitig ist das Luft- oder Gaspolster in der Lage, das Innere der Drehdurchführung nach außen hin abzudichten, d. h. den Gasdruck im Inneren der Vorrichtung aufrecht zu erhalten, der bei der hier vorgesehenen Anwendung etwa 4 bis 6 bar beträgt.
Zur Erzeugung eines gleichförmigen Luft- oder Gaspolsters wird der poröse Kohlenstoffkörper über eine Verteilnut beaufschlagt. Die Luft oder das Gas strömt durch die Poren des Kohlenstoffkörpers in den Lagerspalt zwischen Kohlenstoffkörper und Außenumfang des Läufers. Gas/Luft, die aus dem Polster entweicht, gelangt entweder ins Innere des Lagergehäuses oder kann über einen Entlastungskanal abfließen.
Das fluide Schmiermittel wird der Zuführvorrichtung entlang der Lagerachse in einen Hohlraum des Läufers zugeführt, und zu Abdichtungszwecken ist eine Elastomerbuchse vorgesehen, welche den Schmiermittelanschluss von dem Lagerbereich mit dem Gaspolster abgrenzt.
Zweckmäßigerweise weist die Zuführvorrichtung als Anschluss für gasförmiges Medium einen Steuerkanal für das Luftpolster und einen Druckluftanschluss für einen Luftkanal ins Innere der Spindel auf. Der Druckluftanschluss dient dazu, einen Trägerstrom für zugeführtes Schmiermittel zu schaffen, so dass die dosierte minimale Schmiermittelmenge an ihre vorgesehene Schmierstelle gelangen kann. Die Druckluft kann auch über den porösen Kohlenstoffkörper zu dem Luftpolster gelangen, insbesondere auch deshalb, weil die Verteilnut schraubenförmig sein kann und mit dem Inneren des Lagergehäuses verbunden ist, wo auch der Druckluftanschluss einmündet. Wenn der Zulauf des Schmiermittels und der Druckluftanschluss gleichzeitig betätigt werden, gibt es Zeitpunkte, an denen die Spindel rotiert, aber die Ölschmierung fehlt, weswegen man von einem Trockenlaufzyklus spricht. Der Steuerkanal ist für den Fall eines solchen Trockenlaufzyklus geschaffen worden, so dass unabhängig von dem Druckluftanschluss Luft für das Luftpolster, auf dem der Läufer schwimmt oder schwebt, zur Verfügung steht.
Bei intermittierender Zuführung des Schmiermittels könnte das Spenderohr leerlaufen; um dies zu vermeiden, ist ein Rückschlagventil am Zuführende des Spenderohres angeordnet. Das Spenderohr erstreckt sich zwischen dem Läufer und dem Inneren der Spindel bis zu der Stelle, an welcher das Schmiermittel abgegeben werden soll. Am Ende des Spenderohres im Inneren der Spindel befindet sich ein Öltröpfchengeber oder eine Zerstäuberdüse, welche das Schmiermittel in den Luftstrom abgibt, der durch die zugeführte Druckluft erzeugt wird. Da die Druckluft zunächst in dem gerätefesten Lagergehäuse ankommt, jedoch durch die rasch rotierende Spindel strömen soll, ist eine Abdichtung zwischen dem gerätefesten Teil und dem rotierenden Teil notwendig. Die Dichtungstechnik ist frei wählbar, jedoch werden zwei aufeinander gleitende Dichtringe bevorzugt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt:
1 einen Längsschnitt durch die Zuführvorrichtung,
2 eine Ansicht gemäß Pfeil A auf die Zuführvorrichtung und
3 eine Einzelheit gemäß Schnitt B–B in 1.
Die Hauptteile der Zuführvorrichtung sind ein Lagergehäuse 1, ein Läufer 2, ein Lager 3 und eine Abdichteinrichtung 4 zwischen der Zuführungseinrichtung und einer rasch rotierenden Spindel 5, worunter jedes rasch rotierende Maschinenteil verstanden wird. Die Gesamtanordnung ist im wesentlichen symmetrisch zur Drehachse 6–6.
Das Lagergehäuse 1 umschließt einen Hohlraum 10 und umfasst ein Lagerschild 11 und einen rohrförmigen Lagerkörper 12. Das Lagerschild 11 weist eine Lagerbohrung 13 auf, die das Lager 3 aufnimmt, ferner einen Druckluftanschluss 14, einen Druckluft-Steuerkanal 15 und einen Schmiermittelanschluss 16. Der Schmiermittelanschluss 16 ist von einem Montagebereich 17 (2) umgeben, an der die Dosiereinrichtung für die Minimalmengenschmierung befestigt ist, die von bekannter Konstruktion sein kann. Der rohrförmige Lagerkörper 12 verfügt über eine Aufnahmebohrung 18 für das Ende der Spindel 5 und für die Abdichteinrichtung 4. Die beiden Gehäuseteile 11, 12 sind abdichtend miteinander verschraubt. Ein Entlastungskanal 19 führt aus dem Bereich der Lagerbohrung 13 heraus.
Der Läufer 2 umfasst eine gehärtete und geschliffene Hülse 21 und ein Spenderohr 22, die einen axialen Hohlraum 20 umschließen. In diesem Hohlraum 20, nahe des Schmiermittelanschlusses 16, sitzt ein Rückschlagventil 23, welches den Eintritt von Schmiermittel in den Hohlraum 20 ermöglicht, aber den Rückfluss zu dem Schmiermittelanschluss 16 sperrt. Der Hohlraum 20, der sich im Rohrinneren fortsetzt, endet an einer Zerstäuberdüse 25 im Inneren der Spindel 5 in der Nähe des Werkzeugs im Falle einer Werkzeugmaschine. Werkzeughalter und Werkzeug besitzen einen Förderkanal für Öl-Luft-Gemisch, um dieses an die Bearbeitungsstelle heranzuführen. Die axiale Verschiebung des Läufers 2 wird durch einen Stern 26 begrenzt, der an dem Spenderohr 22 angelötet ist und in einem Hohlraum 50 der Spindel 5 sitzt. Schwingungen des Spenderohrs 22 werden durch Stützeinlagen 27 verhindert.
Das Lager 3 umfasst einen porösen Kunststoffkörper 31 und eine Elastomerbuchse 32. Zwischen dem Außenumfang des Kunststoffkörpers 31 und der Lagerbohrung 13 erstreckt sich ein schraubenförmiger Verteilkanal 33, der von dem Druckluft-Steuerkanal 15 mit Druckluft gespeist wird, die sich durch die Poren des Kohlenstoffkörpers in den Zwischenbereich zwischen Kohlenstoffkörper 31 und Laufkörper 21 hinein drängt, um dort ein Luftpolster 34 zu bilden. Das Luftpolster 34 steht einerseits mit dem Inneren 10 des Lagergehäuses und andererseits mit dem Entlastungskanal 19 in Verbindung.
Zur Abdichtung des Innenraums 10 ist die Abdichteinrichtung 4 vorgesehen, die eine verschiebliche, sonst gerätefeste Trägerhülse 41 und eine mit der Spindel 5 mit rotierende Trägerhülse 42 aufweist, an deren Enden sich jeweils gegenüber stehende Dichtungsringe 43, 44 angeordnet sind. Am Außenumfang sind die Trägerhülse 41 mittels einer Ringdichtung 45 und die Trägerhülse 42 mittels Schnurringen 46 abgedichtet. In der Aufnahmebohrung 18 befestigte Stifte 47 bilden einen radialen Anschlag für die Trägerhülse 41, so dass sich diese axial verschieben, aber nicht gegen das Gehäuse 1 drehen kann. In der dargestellten Variante drängt eine Feder 48 die Trägerhülse 41 in eine axiale Anschlagsstellung, die in 1 rechts eingezeichnet ist und in der ein Abflussweg zu einem Entlastungskanal 49 geöffnet ist. Es ist auch möglich, auf die Abflussstellung der Dichtungsringe 43, 44 zu verzichten und die Dichtringe ständig aufeinander gepresst zu halten (z. B. indem Zugfedern statt der Druckfeder 48 benutzt werden).
Die Betriebsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Zum Aufbau des Luftpolsters 34, insbesondere während eines Trockenlaufzyklus, wird die Druckluft-Steuerleitung 15 beaufschlagt, so dass dem Außenumfang des porösen Kohlenstoffkörpers 31 Druckluft zugeführt wird, die sich durch den Verteilkanal 33 verteilt und durch die Poren des Kohlenstoffkörpers in den Zwischenraum zwischen Laufkörper 21 und Kohlenstoffkörper 31 gelangen, um dort das Luftpolster 34 aufzubauen, auf dem dann der Läufer 2, der zusammen mit der Spindel 5 rotiert, schwimmt oder schwebt.
Im Falle eines Schmierzyklus wird über eine Dosiereinrichtung Schmiermittel über den Anschluss 16 ins Innere 20 des Läufers 2 gepumpt, und gleichzeitig wird Druckluft am Anschluss 14 zugeführt, die durch das Innere 10 der Vorrichtung entlang des Rohres 22 strömt und an der Düse 25 zerstäubtes Schmiermittel als Nebel mit sich führt. Die zugeführte Druckluft hat 4 bis 6 bar, d. h. es bildet sich ein Druckluftstoß, der dazu führt, dass die Hülse 41 seine in 1 links dargestellte Abdichtstellung einnimmt, in welcher die Dichtringe 43 und 44 aufeinander gleiten und damit abdichten. Wenn die Druckluft abgeschaltet wird, führt die Feder 48 die in der Zeichnung rechts dargestellte Position der Dichtungsringe 43/44 herbei, so dass dann Restluft über den Entlastungskanal 49 abfließen kann.
Im Falle der ständigen Anlage der Dichtringe 43 und 44 aufeinander wird die Restluft in der Nähe des Schmiermittelverbrauchs abgeleitet, was nicht näher beschrieben werden braucht.
Die Abdichtung des Ölkanals 16 erfolgt über die Elastomerdichtung 32, die eine Spaltdichtung darstellt, jedoch durch das zugeführte Öl oder dergleichen Schmiermittel dauerhaft geschmiert wird. Das Vermischen der beiden Medien Luft und Öl im Bereich des Polsters 34 wird dadurch vermieden, dass überschüssige Medien über den Entlastungskanal 19 zur Atmosphäre abgeleitet werden.

Claims

Zuführvorrichtung zur Minimalmengenschmierung für eine rasch rotierende Spindel, mit folgenden Merkmalen: ein Lagergehäuse (1) mit Anschlüssen (14, 15, 16) für ein gasförmiges Medium und für ein fluides Schmiermittel sowie mit einer Lagerbohrung (13), die eine Lagerachse (6) definiert; ein Läufer (2) mit einem Spenderohr (22) für das Schmiermittel; ein Lager (3), das in der Lagerbohrung (13) sitzt und den Läufer (2) drehbar lagert; dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (3) einen porösen Kohlenstoffkörper (31) enthält und dass eine Zuführung (15, 33) für gasförmiges Medium in den porösen Kohlenstoffkörper (31) vorgesehen ist, um ein Gaspolster (34) zwischen Kohlenstoffkörper (31) und Läufer (2) zu schaffen.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführungen (15, 33) zu dem porösen Kohlenstoffkörper einen Verteilkanal (33) enthalten, der um den Außenumfang des Kohlenstoffkörpers (31) verläuft.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (3) eine Elastomerbuchse (32) enthält, welche den Anschluss (16) für fluides Schmiermittel von dem Lagerbereich mit dem Gaspolster (34) abgrenzt.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagegehäuse einen zwischen Kohlenstoffkörper und Elastomerbuchse angeordneten Entlastungskanal (19) enthält
Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (14, 15) für gasförmiges Medium einen Druckluft-Steuerkanal (15) für Luftpolster und einen Druckluftanschluss (14) für einen Luftkanal ins Innere (50) der Spindel (5) umfasst.
Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschluss (16) für fluides Schmiermittel einen Ölzulauf umfasst, der koaxial zu der Lagerachse (6) angeordnet ist und in einen axialen Hohlraum (20) des Läufers (2) einmündet.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Einmündung zu dem axialen Hohlraum (20) des Läufers (2) ein Rückschlagventil (23) angeordnet ist.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Spenderohr (22) den axialen Hohlraum (20) des Läufers (2) in das Innere (50) der Spindel (5) fortsetzt.
Zuführvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftanschluss (14) in einen Hohlraum (10) des Lagergehäuses (1) hinein führt, der nach außen hin durch eine Abdichteinrichtung (4) abgedichtet wird, die einen verschieblichen, ortsfesten Dichtungsring (43) und einen rotierenden Dichtungsring (44) umfasst.
Zuführvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (1) einen Lagerschild (11) mit der Lagerbohrung (13) und einen rohrförmigen Lagerkörper (12) umfasst, welche zusammen mit den Dichtungsringen (43, 44) den Hohlraum (10) des Lagergehäuses (1) einschließen.