DE60218577T2

DE60218577T2 - Schmierungsverfahren für Umdrehungsvorrichtung

Info

Publication number: DE60218577T2
Application number: DE60218577T
Authority: DE
Inventors: Yasumaro 915-0861 Matsuura; Kikuta 915-0861 Yamada; Seiji 915-0861 Tanaka
Original assignee: IMN Co Ltd
Current assignee: IMN Co Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-05-28
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2022-05-29
Also published as: DE60218577D1; EP1279848A1; JP2003042392A; US6705431B2; US20030019691A1; EP1279848B1; DE60218577T3; EP1279848B2; CA2366173C; CA2366173A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen eines Schmiermittels (d.h. Schmieröl oder Fett) an eine Rotationsvorrichtung, die beispielsweise in einem Elektromotor oder einer Spindel verwendet wird.
Fettschmierung ist ein Verfahren, bei dem eine bestimmte Fettmenge auf montierte Lagerelemente aufgebracht wird. Ist die Maschine einmal in Verwendung, so wird sie ohne weitere Zuführung von Fett betrieben. Im Allgemeinen wird das meiste Fett, das beim ersten Rotieren der Lagerelemente aufgebracht wird, auf deren Umgebung verteilt und im Ergebnis bleibt nur sehr wenig Fett auf der Führungsoberfläche zurück. Aus diesem Grund ist die Lebensdauer der Lagerelemente nicht vorhersehbar.
Bei der Ölnebelschmierung eines Lagers wird unter Verwendung von Druckluft ein Nebel aus Ölpartikeln auf die rotierenden Teile gesprüht. Als Ergebnis dieses Verfahrens kann eine Hitzeerzeugung vermindert werden und die Maximalgeschwindigkeit, mit der das Lager verwendet werden kann, kann erhöht werden. Allerdings wird ein spezieller Ölnebelgenerator benötigt, der die Kosten erhöht und die Emission von Öl enthaltenden Abgasen verschmutzt die Umwelt in der Umgebung.
Bei der Öl-Luft-Schmierung eines Lagers wird eine kleine Ölmenge unter Verwendung von Druckluft aufgetragen. Als Ergebnis dieses Verfahrens kann eine Hitzeerzeugung vermindert werden und die Maximalgeschwindigkeit, mit der das Lager verwendet werden kann, kann erhöht werden. Allerdings ist eine spezielle Öl-Luft-Schmiervorrichtung erforderlich, was die Kosten erhöht, und die Emission von Öl enthaltenden Abgasen verschmutzt die Umwelt in der Umgebung.
Bei der Strahl-Schmierung wird eine große Menge an gekühltem Öl auf ein Rotationsteil eines Lagers gegossen. Dieses Verfahren reduziert die Hitzeerzeugung und die Maximalgeschwindigkeit, mit der das Lager verwendet werden kann, wird erhöht. Allerdings wird nachteiliger Weise eine sehr hohe Leistung benötigt, um eine Welle zu rotieren, und Maschinen sind aufgrund der großen Ölmenge, die auf einer konstanten Temperatur gehalten werden muß, sehr teuer. Deshalb wird dieses Verfahren nur bei sehr wenigen Anwendungen verwendet, beispielsweise bei Lagern eines Flugzeugmotors.
Alle oben genannten konventionellen Verfahren haben sowohl Vorteile als auch Nachteile. Im Allgemeinen nimmt die erforderliche Schmiermittelmenge mit zunehmender Geschwindigkeit des Rotationslagers zu.
Allerdings haben diese Verfahren des Stands der Technik keinen Aufbau, der es ermöglicht, die zugeführte Schmiermittelmenge gemäß einer Änderung der Drehgeschwindigkeit zu variieren.
Die EP-A-1197702 ist wirksamer Stand der Technik nur unter Art. 54(3) EPÜ hinsichtlich DE und offenbart ein Verfahren zum Schmieren einer Rotationsvorrichtung, wobei die Rotationsvorrichtung ein inneres Teil und ein äußeres Teil aufweist, bei dem eines von entweder dem inneren Teil oder dem äußeren Teil fest ist und das andere Teil rotiert wird, sowie ein Rotationslager, das zwischen dem inneren und dem äußeren Teil liegt, wobei das Verfahren aufweist den Schritt des Zuführens einer vorbestimmten Schmiermittelquantität an das Rotationslager in vorbestimmten Zeitintervallen und den Schritt des Anpassens eines von beiden oder beider des Zeitintervalls und/oder der zu einem Zeitpunkt zugeführten Schmiermittelmenge gemäß einer Drehgeschwindigkeit.
Die DE-A-19959472 und die US-A-5060760 offenbaren ein Verfahren zum Schmieren einer Rotationsvorrichtung, wobei die Rotationsvorrichtung ein inneres Teil und ein äußeres Teil aufweist, wobei eines von entweder dem inneren Teil oder dem äußeren Teil fest ist, und der andere Teil rotiert wird, sowie ein Rotationslager, das zwischen dem inneren und dem äußeren Teil liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist solch ein Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet:
Vorspeichern sowohl eines Schmiermittelzuführzeitintervalls als auch der Schmiermittelzuführquantität zu einem Zeitpunkt (bzw. zu einer Zeit), die mehreren Drehgeschwindig keiten gemäß einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotationslagers entsprechen,
Standardisieren eines entsprechenden Zeitintervalls T₀ und einer entsprechenden Zuführquantität V₀ zu einem Zeitpunkt (bzw. zu einer Zeit) für einen Minimalwert einer Drehgeschwindigkeit ω₂, der größer als eine in einen Computer eingegebene Drehgeschwindigkeit ω₀ ist, und einen Maximalwert einer Drehgeschwindigkeit ω₁, der kleiner als die Drehgeschwindigkeit ω₀ ist,
wobei die Drehgeschwindigkeiten ω₁ und ω₂ in den Computer eingegeben werden als mehrere Drehgeschwindigkeiten, die in Bezug auf ein Eingabesignal vorgespeichert werden, das eine tatsächliche, für jedes Rotationslager gehaltene Drehgeschwindigkeit bezeichnet;
Durchführen der folgenden Proportionalverteilungsberechnung: (T1 – T0)/(T0 – T2) = (ω0 – ω1)/(ω2 – ω0) (V2 – V0)/(V0 – V1) = (ω2 – ω0)/(ω0 – ω1)wobei T₁ ein geeignetes Zeitintervall ist, das der Drehgeschwindigkeit ω₁ entspricht, und V₁ die benötigte Menge an Schmiermittel ist, T₂ ein geeignetes Zeitintervall entsprechend der Drehgeschwindigkeit ω₂, und V₂ eine geeignete Zuführquantität zu einem Zeitpunkt entsprechend der Drehgeschwindigkeit ω₂ ist;
Berechnen eines geeigneten Schmiermittelzuführzeitintervalls und einer geeigneten Zuführquantität zu einem Zeitpunkt, die der Drehgeschwindigkeit durch das Eingabesignal gemäß der Proportionalverteilungsberechnung entsprechen, und
Ausgeben eines Befehls an eine Schmiermittelzuführvorrichtung.
Die vorliegende Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, von denen:
1(a) eine seitliche Querschnittsansicht eines ersten Beispiels einer Schmiermittelzuführvorrichtung in der Richtung zeigt, in der das Schmiermittel ausgegeben wird;
1(b) eine seitliche Querschnittsansicht ist, die senkrecht zu 1(a) ist.
2(a) ein Diagramm ist, das die Berechnung der Proportionalitätsverteilung in einem zweiten erfindungsgemäßen Beispiel erläutert, das die Beziehung zwischen Winkelgeschwindigkeit und einem geeigneten Zeitintervall zeigt;
2(b) die Beziehung zwischen Winkelgeschwindigkeit und einer geeigneten Zuführung für das zweite Beispiel zeigt;
3 ein Blockdiagramm ist, das ein drittes Beispiel erläutert;
4(a) eine seitliche Querschnittsansicht ist, die einen Aufbau zeigt, bei dem ein Verfahren der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann, bei dem ein Rotor als inneres Teil angeordnet ist;
4(b) einen Fall zeigt, bei dem der Rotor als ein äußeres Teil angeordnet ist.
Wie in 4(a) gezeigt ist, umfaßt die Rotationsvorrichtung, die das Verfahren der vorliegenden Erfindung realisiert, einen äußeren Stator 2 und einen inneren Rotor 1 oder (siehe 4(b)) einen äußeren Rotor und einen inneren Stator 2. In beiden Fällen liegt ein Rotationslager 3 zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 2.
Eines von beiden oder beider der Schmiermittelzuführzeit zu vorbestimmten Zeitintervallen und/oder der zu einem Zeitpunkt (bzw. einer Zeit) zugeführten Schmiermittelmenge werden gemäß der Geschwindigkeit des Rotationslagers 3 bestimmt.
In der Praxis werden gemäß der Winkelgeschwindigkeit des Rotors 1 ein Befehl, der ein in einem Speicher 51 gespeichertes geeignetes Zeitintervall betrifft, und die Messung einer zu einem Zeitpunkt zugeführten Schmiermittelmenge mittels eines Computers 5 zu einer Schmiermittelzuführvorrichtung 4 übertragen.
Die einzige Möglichkeit, um das geeignete Zeitintervall und die geeignete Zuführquantität zu einem Zeitpunkt für eine Schmierung der jeweiligen Rotationslager 3 gemäß einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit zu ermitteln, besteht darin, Versuch-und-Irrtum-Experimente durchzuführen. Das geeignete Zeitintervall und die geeignete Zuführquantität können nicht auf einmal mittels einer spezifischen Theorie berechnet werden.
Es muß nicht speziell erwähnt werden, daß das geeignete Zeitintervall und die erforderliche Schmiermittelmenge in einen bestimmten Bereich fallen und nicht auf spezifische Werte beschränkt sind. Andererseits besteht eine Korrelation zwischen dem Zeitintervall, mit dem das Schmiermittel zugeführt wird, und der erforderlichen Schmiermittelmenge. Je kürzer das Zeitintervall ist, desto kleiner ist die erforderliche Quantität. Die beiden sind näherungsweise proportional zueinander.
Falls die zu einem gegebenen Zeitpunkt zugeführte Schmiermittelquantität zu groß ist, bewirkt schon die bloße Existenz des Schmiermittels in einem Rotationslager Reibung und erhöht die Temperatur des Rotationslagers unmittelbar nachdem das Schmiermittel zugeführt wird.
Deshalb basiert unter Bezugnahme auf jedes Rotationslager 3 der obere Grenzwert für die Schmiermittelquantität zu einem Zeitpunkt darauf, ob die Temperatur unmittelbar nach dem Zuführen des Schmiermittels stark ansteigt oder nicht, und dieser obere Grenzwert wird im voraus durch ein Experiment festgestellt.
Allerdings sind das Zeitintervall und die zu einem Zeitpunkt zugeführte Schmiermittelquantität nicht auf das gerade erwähnte maximale Zeitintervall und den oberen Grenzwert für die Zuführquantität beschränkt.
In anderen Worten: Es ist möglich, eine geeignete Zuführbedingung aufzustellen, solchermaßen, daß ein Standard für ein Zeitintervall gesetzt wird, das kleiner ist als das maximale Zeitintervall, und so daß die erforderliche Schmiermittelmenge kleiner ist als der obere Grenzwert für die erforderliche Schmiermittelmenge.
Falls ein Zeitintervall als Standard gesetzt wird, das kleiner ist als das maximale Zeitintervall, so kann eine Zu führquantität zu einer dem standardisierten Zeitintervall entsprechenden Zeit (bzw. Zeitpunkt) gemäß der Formel berechnet werden: (standardisiertes Zeitintervall) ÷ (maximales Zeitintervall) × (oberer Grenzwert für die gerade erwähnte Zuführquantität zu einem Zeitpunkt). Der Grund hierfür liegt darin, daß zwischen dem Zeitintervall und der erforderlichen Schmiermittelmenge nahezu ein proportionaler Zusammenhang besteht.
Die durch die obige Berechnung erhaltene erforderliche Schmiermittelmenge entspricht einem Minimalwert der erforderlichen Schmiermittelmenge unter der Bedingung des gewünschten Zeitintervalls als ein Ergebnis der Teilung durch das maximale Zeitintervall.
Falls die Schmiermittelzuführquantität zu einem Zeitpunkt daraufhin auf einen größeren Wert als dem Minimalwert unter der Bedingung des standardisierten Zeitintervalls erhöht wird, so wird das Rotationslager 3 allmählich mit dem Schmiermittel gefüllt und die Temperatur des Rotationslagers 3 wird allmählich ansteigen wenn das vorliegende Schmiermittel zu reichlich wird.
Deshalb entspricht die Schmiermittelzuführquantität, die gerade kurz vor einem Temperaturanstieg vorliegt, einem Maximalwert einer geeigneten Zuführmenge unter dem standardisierten Zeitintervall.
Falls demgemäß ein Zeitintervall als Standard gesetzt wird, das kleiner ist als das maximale Zeitintervall, so können ein gemäß der obigen Formel erhaltener Minimalwert, ein durch obiges Experiment festgelegter Maximalwert und ein Zwischenwert zwischen den beiden, der der geeigneten Schmiermittelzuführquantität zu einem Zeitpunkt entspricht, gesetzt werden.
1 zeigt den Aufbau einer bevorzugten Schmiervorrichtung. Sie umfaßt ein Sperrzahnrad 42, das von einem Luftzylinder 41 rotiert wird, der eine Sperrklinke 46 bewegt. Ein Schraubengewindekolben 43 ist an einem Ende einer Schraube 47 angeordnet, die durch die im Zentrum des Sperrzahnrads 42 angeordneten Schraube 47 leicht bewegt wird. Im Ergebnis wird eine kleine Quantität des Schmiermittels emittiert, wodurch das Schmiermittel in vorbestimmten Zeitintervallen zugeführt werden kann.
Das Sperrzahnrad 42 kann auch durch ein durch einen Schrittmotor angetriebenes Getriebe ersetzt werden.
Falls ein Durchflußmengensteuerungsventil 44 in einem Operationskreis des Zylinders 41, wie in 1 gezeigt, angeordnet ist, kann die Zufuhr des Schmiermittels in einen trägen Zustand gebracht werden. Solch eine träge Zufuhr ist wirkungsvoll insbesondere wenn ein hochviskoses Schmiermittel wie Fett verwendet wird.
Wenn ein hochviskoses Schmiermittel wie Fett zugeführt wird, so kann aufgrund des Widerstands der Rohrleitung die erforderliche Quantität des Schmiermittels vollständig durch eine schnelle Bewegung des Kolbens 43 emittiert werden. Falls allerdings von dem Durchflußmengensteuerungsventil 44 Luft zugeführt wird, was wie in 1 gezeigt, viel Zeit benötigt, so kann die erforderliche Quantität an Schmiermittel emittiert werden.
In dem zweiten Beispiel berechnet der Computer 5 ein geeignetes Zeitintervall und eine geeignete Schmiermittelmenge bezüglich der beliebigen Umdrehungsgeschwindigkeiten der jeweiligen Rotationslager 3, um das Schmiermittelzuführverfahren zu automatisieren.
Die Berechnung wird wie folgt durchgeführt. Ein geeignetes Zeitintervall und eine geeignete Schmiermittelmenge werden bezüglich mehrerer Winkelgeschwindigkeiten voreingestellt. Wenn ein Eingabesignal, das einer spezifischen Winkelgeschwindigkeit ω entspricht, zum Computer 5 gesendet wird, so wählt das Rotationslager 3 auf beiden Seiten voreingestellte Winkelgeschwindigkeiten, die der Winkelgeschwindigkeit gemäß dem Eingabesignal am nächsten liegen, aus den mehreren gespeicherten Winkelgeschwindigkeiten aus, d.h. einen Maximalwert ω₁ von Winkelgeschwindigkeiten kleiner als die Winkelgeschwindigkeit gemäß des Eingangssignals und einen Minimalwert ω₂ von Winkelgeschwindigkeiten größer als die Winkelgeschwindigkeit gemäß des Eingabesignals, wie im Diagramm aus 2 gezeigt ist. Um ein geeignetes Zeitintervall T₀ zu erhalten, das der Winkelgeschwindigkeit ω₀ des Eingabesignals entspricht, und um eine geeignete Zuführquantität V₀ zu einem Zeitpunkt zu erhalten, wird eine Berechnung einer Proportionalverteilung gemäß folgender Formeln durchgeführt, wie es in (a) und (b) von 2 gezeigt ist: (T1 – T0)/(T0 – T2) = (ω0 – ω1)/(ω2 – ω0) (V2 – V0)/(V0 – V1) = (ω2 – ω0)/(ω0 – ω1)
Danach werden die folgenden Formeln erhalten: T0 = {T1(ω2 – ω0) + T2(ω0 – ω1)}/(ω2 – ω1) V0 = {V1(ω2 – ω0) + V2(ω0 – ω1)}/(ω2 – ω1)wobei T₁ ein geeignetes Zeitintervall ist, das der Drehgeschwindigkeit ω₁ entspricht, V₁ die erforderliche Schmiermittelmenge ist, T₂ ein geeignetes Zeitintervall entsprechend der Winkelgeschwindigkeit ω₂, und V₂ die erforderliche Schmiermittelmenge ist.
Ausgehend von dieser Berechnung existiert eine empirische Regel, bei der ein geeignetes Zeitintervall und eine erforderliche Schmiermittelmenge bezüglich verschiedener Drehgeschwindigkeiten gesetzt werden können.
In einem dritten Beispiel, das in 3 gezeigt ist, wird ein einzelner Computer 5 für mehrere Rotationsvorrichtungen und für mehrere entsprechende Rotationslager 3 verwendet, wodurch der in dem zweiten Beispiel diskutierte Aufbau verbessert wird, der ein System einsetzt, bei dem ein Zeitintervall und eine erforderliche Schmiermittelmenge gemäß der Berechnungen ermittelt werden und in dem die Computer 5 jeweils mehreren Rotationslagern 3 zugeordnet sind.
Allerdings kann der Computer 5 aus Beispiel 2 nicht Winkelgeschwindigkeitssignale von jedem von mehreren Rotationslagern empfangen und Berechnungen gleichzeitig durchführen.
In dem dritten Beispiel ist der Computer 5 mit mehreren Rotationslagern 3 über eine Diskriminationsschaltung 6 verbunden. Jedes Rotationslager 3 überträgt ein Winkelgeschwindigkeitssignal und ein Diskriminationssignal zur Diskriminationsschaltung 6. Die Diskriminationsschaltung 6 hat eine Schaltungskomponente, welche die Reihenfolge ermittelt, in der die entsprechenden Signale eingegeben wurden.
Falls die jeweiligen Signale zu unterschiedlichen Zeiten empfangen werden, wird ein Schritt des zeitweisen Speicherns der Signale in dem Speicher 51 in der Reihenfolge des Empfangs durchgeführt. Alternativ werden die Signale zu dem Computer 5 übermittelt, ohne den Signalspeicherungsschritt durchzuführen. Falls einige oder alle der Signale gleichzeitig empfangen werden, werden die Winkelgeschwindigkeitssignale und die Diskriminationssignale, die gleichzeitig empfangen werden, in dem Speicher 51 gespeichert und die Reihenfolge der Eingangssignale von jedem der Rotationslager 3, die gleichzeitig empfangen werden, wird gemäß der Reihenfolge festgelegt, die durch ein Programm vorbestimmt ist, und die gleichzeitig empfangenen Signale werden in der bestimmten Reihenfolge zum Computer 5 übermittelt.
Um das Schmiermittel auf der Basis der Signale zuzuführen kann der Computer 5 eine Berechnung eines geeigneten Zeitintervalls und einer geeigneten Schmiermittelmenge durchführen und kann die aus der Berechnung resultierenden Ausgangssignale zu den jeweiligen Rotationslagern 3 auf Grundlage der von den Rotationslagern über die Diskriminationsschaltung 6 gesendeten Diskriminationssignale übermitteln.
Wie oben beschrieben werden in dem dritten Beispiel die Winkelgeschwindigkeitssignale und die Diskriminationssignale nacheinander von der Diskriminationsschaltung 6 dem Computer 5 gemäß einer vorbestimmten Reihenfolge angegeben und eine gegebene Berechnung wird selbst dann durchgeführt, wenn die Winkelgeschwindigkeitssignale gleichzeitig von den Rotationslagern 3 eingegeben werden. Deshalb entstehen keine ernsthaften Hindernisse beim Steuern eines geeigneten Zeitintervalls und einer erforderlichen Schmiermittelmenge.
In der vorliegenden Erfindung kann das Schmiermittel rationell und geeignet zugeführt werden, wodurch Unfälle aufgrund von Abnutzung eines Rotationslagers verhindert werden können und das Rotationslager kann über einen langen Zeitraum sicher betrieben werden.
Insbesondere in der Vorrichtung des ersten Beispiels kann die vorliegende Erfindung geeignet auf die Schmiermittelzufuhr angewendet werden und eine geeignete Verarbeitung kann auf ein hochviskoses Schmiermittel wie Fett angewendet werden.
Gemäß der Computerverarbeitung des zweiten Beispiels kann eine automatische Steuerung für ein geeignetes Zeitintervall und eine geeignete Zuführmenge hinsichtlich verschiedener Winkelgeschwindigkeiten durchgeführt werden. Gemäß des Systems des dritten Beispiels kann ein einzelner Computer mehrere Rotationslager auf extrem wirtschaftliche Weise ansteuern.

Claims

Verfahren zum Schmieren einer Rotationsvorrichtung, wobei die Rotationsvorrichtung einen inneren Teil (1) und einen äußeren Teil (2) umfasst, bei dem der innere Teil oder der äußere Teil fest ist, und der jeweils andere Teil rotiert wird, sowie ein zwischen dem inneren und dem äußeren Teil liegendes Rotationslager (3), welches durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist: Zuführen einer vorbestimmten Schmiermittelquantität an das Rotationslager (3) in vorbestimmten Zeitintervallen, und Anpassen eines von beiden oder beider des Zeitintervalls und/oder der zu einem Zeitpunkt zugeführten Schmiermittelmenge gemäß einer Drehgeschwindigkeit des Rotationslagers, welches weiter die Schritte umfasst: Vorspeichern sowohl eines Schmiermittelzuführzeitintervalls als auch der Schmiermittelzuführquantität zu einem Zeitpunkt, die mehreren Drehgeschwindigkeiten gemäß einer Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotationslagers (3) entsprechen, Standardisieren eines entsprechenden Zeitintervalls T₀ und einer entsprechenden Zuführquantität V₀ zu einem Zeitpunkt für einen Minimalwert einer Drehgeschwindigkeit w₂, das größer als eine in einen Computer eingegebene Drehgeschwindigkeit w₀ ist, und einen Maximalwert einer Drehgeschwindigkeit w₁, das kleiner als die Drehgeschwindigkeit w₀ ist, wobei die Drehgeschwindigkeiten w₁ und w₂ in den Computer eingegeben werden als mehrere Drehgeschwindigkeiten, die in Bezug auf ein Eingabesignal vorgespeichert werden, das eine tatsächliche, für jedes Rotationslager gehaltene Drehgeschwindigkeit bezeichnet; Durchführen der folgenden Proportionalverteilungsberechnung: (T1 – T0)/(T0 – T2) = (w0 – w1)(w2 – w0) (V2 – V0)/(V0 – V1) = (w2 – w0)/(w0 – w1)wobei T₁ ein geeignetes Zeitintervall ist, das der Drehgeschwindigkeit w₁ entspricht, und V₁ die benötigte Menge an Schmiermittel ist, T₂ ein geeignetes Zeitintervall entsprechend der Drehgeschwindigkeit w₂, und V₂ eine geeignete Zuführquantität zu einem Zeitpunkt entsprechend der Drehgeschwindigkeit w₂ ist; Berechnen eines geeigneten Schmiermittelzuführzeitintervalls und einer geeigneten Zuführquantität zu einem Zeitpunkt, die der Drehgeschwindigkeit durch das Eingabesignal gemäß der Proportionalverteilungsberechnung entsprechen, und Ausgeben eines Befehls an eine Schmiermittelzuführvorrichtung.