WO2004079253A2 - Lubricating device with an injection device and lubricating method - Google Patents

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WO2004079253A2
WO2004079253A2 PCT/EP2004/000502 EP2004000502W WO2004079253A2 WO 2004079253 A2 WO2004079253 A2 WO 2004079253A2 EP 2004000502 W EP2004000502 W EP 2004000502W WO 2004079253 A2 WO2004079253 A2 WO 2004079253A2
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Definitions

  • the invention relates to a lubrication device by means of which a lubrication point, such as a tool and / or a workpiece and / or a bearing, can be supplied with a lubricant mist during operation, with a nebulization device, through which a lubricant mist can be generated during operation, and with a conveying device, through which a lubricant can be conveyed to the nebulizer.
  • a lubrication point such as a tool and / or a workpiece and / or a bearing
  • the invention further relates to a lubrication method in which a lubricant is atomized and a lubrication point, such as a tool and / or a workpiece, is supplied with the lubricant mist.
  • Such a device and such a method are known for example from EP 1 106 902 A1.
  • a lubricating mist is generated in an atomizer nozzle, to which compressed air and, via a pump and an oil inlet, lubricant are fed.
  • the lubricant that has been fed to the lubricant inlet and the compressed air are mixed to create a mist that is sprayed into a mist chamber.
  • a lubricant mist or aerosol is generated in the device of DE 196 54 321 A1, although the lubricant is sucked in automatically by the negative pressure in the atomizer nozzle, without a conveying device.
  • the lubricant in the atomizer nozzle is entrained by the compressed air, so that the amount and droplet size of the lubricant in the compressed air stream is strongly dependent on the air throughput. If this decreases, the amount of aerosol generated also decreases, regardless of how much lubricant is delivered to the spray nozzle. Especially with small air throughputs, such as occur with small tools to be lubricated, an almost complete drop in aerosol generation can be observed. Because of the strong dependence on the air flow, the known devices and methods for producing a lubricant mist are extremely difficult to regulate. The quality of the lubricant mist generated depends heavily on the lubricating tools and workpieces.
  • BEST ⁇ T.GUWGSKOPIE EP 1 090 690 A1 describes a device for producing an aerosol, in which oil is pumped from the lower part of an aerosol container via a pump to an oil line.
  • the oil line is surrounded concentrically by a carrier gas line, which continues beyond the end of the oil line.
  • the carrier gas mixes with the oil conveyed by the oil pump from the oil line. From this area, the oil-carrier gas mixture is passed into the container serving as the mixing chamber and from there to a consumption point.
  • the object of the invention is therefore to improve the known lubrication method and the known lubrication device in such a way that they generate the lubricant mist largely independently of the tools and workpieces to be lubricated.
  • the nebulization device comprises an injection device by means of which the lubricant can be sprayed directly onto the lubrication point under pressure for mixing with a carrier gas into a mixing chamber or for lubrication.
  • this object is achieved according to the invention in that the lubricant is sprayed under pressure directly onto the lubrication point or into a mixing chamber, where it mixes with a carrier gas.
  • the carrier gas is no longer required to generate the lubricant mist, but only to transport the lubricant droplets generated by the injection process to the lubrication point.
  • the generation and transport of the lubricant mist are decoupled from one another and the carrier gas can be enriched with lubricant regardless of its flow rate up to the saturation limit. Consequently, the greasiness, ie the amount of the lubricant dissolved in the carrier gas, can be set independently of the flow resistances in the flow path of the carrier gas.
  • the solution according to the invention accordingly provides a lubrication device and a lubrication method by means of which the composition of the lubricant mist is easier to regulate in comparison with the prior art and which can be used with a wide range of tools and workpieces to be lubricated.
  • a high-pressure pump can be provided, by means of which the lubricant can be conveyed to the injection device during operation.
  • a high-pressure pump can be used which generates a pressure of at least 100 bar, typically between approximately 600 bar and approximately 800 bar. In particular, pressures of 2000 bar and more are possible.
  • a pressure accumulator can be arranged between the high-pressure pump and the injection device, which holds the lubricant delivered by the high-pressure pump at the level of the delivery pressure of the pump.
  • a plurality of injection devices can be provided, each of which is assigned a pressure accumulator.
  • the pressure accumulator can be configured as a manifold similar to a “common rail” system in diesel engines, which feeds the same high injection pressure to individual injection devices.
  • a high-pressure pump can also form a structural unit in the form of a pump-nozzle combination with the atomizer nozzle. With this configuration, it is advantageous that the supply of the pump-nozzle combination can take place via simple lubricant supply lines which have no or only a low pre-pressure. are struck. The lubricant can therefore be pumped over long distances without affecting the quality of the lubricant mist. Due to the simple design of the lubricant supply lines, this design is particularly suitable if the injection device sprays the lubricant directly onto the lubrication point in droplet form.
  • the high-pressure pump can be designed as a metering pump, which doses the lubricant to be injected in a predetermined amount.
  • a heating device acting on the lubricant can be provided in the feed direction of the lubricant, by means of which the viscosity of the lubricant is reduced.
  • the low viscosity facilitates droplet formation during the injection process. If the heating device is also arranged in front of the high-pressure pump, the energy consumption of the pump can be reduced due to the reduced viscosity.
  • a controlled heating system can also be used to influence the droplet size in a targeted manner by changing the viscosity. If commercially available pump-nozzle combinations or nozzles from the field of diesel injection technology are used, a heating device may be necessary to adjust the usually higher lubricating oil viscosity of the diesel fuel. The aim of this application is to limit the maximum pressure.
  • the heating device can be designed in such a way that it controls the temperature of the lubricant during operation within a predetermined, preferably lubricant-dependent range, which can itself be adjustable. This measure prevents the temperature of the lubricant from rising so high that partial combustion or decomposition of components of the lubricant takes place. On the other hand, it is avoided that the viscosity of the lubricant increases too much when the temperature is too low and that the quality of the lubricant mist is impaired.
  • the injection device can in particular have an injection valve which is designed to be magnetically and / or piezoelectrically actuable.
  • the injection valve can be designed as a metering valve, which allows a predetermined or adjustable amount of lubricant to pass through each time it is actuated.
  • the lubricating device can also form a fog chamber formed by the mixing chamber or connected to the mixing chamber, in which drops whose diameter exceeds a predetermined value settle.
  • the fog chamber can be provided with various internals, for example a device through which a swirl flow is generated. Such a swirl flow accelerates large drops outwards, while small drops can follow the swirl flow. The large drops are caught and led out of the lubricant mist.
  • the fog chamber can have a liquid reservoir, which is connected to the injection device in a liquid-transmitting manner. This measure reduces the consumption of lubricant, since droplets separating out in the cloud chamber can be returned to the reservoir and sprayed again. This measure also simplifies the structural design of the lubrication device.
  • the fog chamber can in particular be designed as a pressure vessel, the pressure of which can be regulated in a further embodiment.
  • the pressure in the fog chamber can be used to transport the lubricant mist through a line system to the lubrication point.
  • the cloud chamber can be supplied with the carrier gas via a carrier gas line, wherein a proportional valve can be provided in the carrier gas line to adjust the volume flow of the carrier gas.
  • a control device with appropriate sensors can be provided to control the injection process and / or the supply of carrier gas.
  • the control device can set the injection duration, the amount of lubricant injected during an injection process and / or the injection timing on the injection device.
  • the pressure in the cloud chamber can be detected by pressure sensors and the volume flow of the carrier gas into the cloud chamber can be controlled as a function of this pressure. This can be done independently of the control of the injection process of the lubricant.
  • an aerosol sensor can be provided on an output line from the cloud chamber through which the lubricant mist is directed to the lubrication point, by means of which an operational signal can be generated which is representative of the amount of aerosol flowing through the output line per unit of time and can be output to the control device.
  • This signal can also be generated in the form of the lubricant density, for example the diameter and the number of lubricant particles in the carrier gas stream.
  • the aerosol sensor can comprise, for example, an ultrasound Doppler probe, by means of which the number, speed and size of the lubricant droplets can be detected.
  • an ultrasound signal is radiated into the aerosol line and the reflections of the droplets are evaluated.
  • Another embodiment of the aerosol sensor could include an optical device in which the intensity of the light reflected by the aerosol drops is evaluated.
  • the injection quantity of the lubricant and the degree of saturation of the lubricant mist in the cloud chamber can be changed such that the deviation from a saturation setpoint is reduced in the output line.
  • Saturation is the lubricant content of the lubricant mist, i.e. its fat content.
  • An air quantity sensor can also be provided in the output line or the input line, by means of which the volume flow of the carrier gas can be detected.
  • the carrier gas flow in the outlet line essentially influences the transport properties of the lubricant mist to the lubrication point.
  • the amount of carrier gas can be set to a value independent of the injection of the lubricant, which enables the lubricant mist to be transported quickly to the lubrication point, without the lubricant droplets coagulating and the quality of the lubricant mist deteriorating during this transport.
  • the signal from the air quantity sensor can be detected and the signal to the mixing chamber led carrier gas quantity depending on a deviation of the actual volume flow in the outlet line from a setpoint.
  • Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic view of a second embodiment of the invention.
  • Fig. 3 is a schematic view of a third embodiment of the invention.
  • Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention.
  • the lubrication device 1 has a mixing chamber 2, into which lubricant 4 is injected by an injection device 3.
  • the size of the mixing chamber 2 depends on whether an aerosol flow that is as uniform as possible is to be achieved, then one chooses a rather large mixing chamber, or a rapid change in the dosage of the aerosol is desired, then the mixing chamber is rather smaller.
  • the mixing chamber 2 is designed as a pressure vessel, with carrier gas under pressure, such as compressed air, being fed into the mixing chamber 2 via a carrier gas line 5.
  • carrier gas under pressure such as compressed air
  • the carrier gas 5 mixes in the mixing chamber 2 with the injected lubricant 4 to form a lubricant mist or an aerosol.
  • the mixing chamber 2 and the injection device 3 form a nebulizing device for the lubricant in the embodiment of FIG. 1.
  • Fluidic internals can be provided in the mixing chamber 2, which produce a flow 6 in the mixing chamber through which lubricant droplets resulting from the injection process are filtered out with a droplet diameter above a certain maximum diameter.
  • the filtered flow droplets collect on the wall or on the bottom of the mixing chamber 2 and form a supply quantity 7 of lubricant.
  • the flow 6 can be, for example, a swirl flow in which large droplets are accelerated radially outwards and settle on the walls of the mixing chamber 2.
  • a lubricant mist or an aerosol is formed only from small droplets in the interior of the mixing chamber 2.
  • This lubricant mist is passed via an outlet line 8 to lubrication points (not shown), such as tools or workpieces to be lubricated.
  • the lubricant can also be injected into a mixing chamber arranged in the carrier gas line 5, similar to a gasoline injection in internal combustion engines.
  • the carrier gas and the lubricant are mixed in this mixing chamber.
  • the pressure container then has a mist chamber connected downstream of the mixing chamber, into which the lubricant mist is guided out of the mixing chamber and in which the large drops are separated out.
  • the injection device 3 comprises a high-pressure pump 9, through which lubricant is drawn out of the lubricant supply quantity 7 via an intake line 10 and brought to a very high pressure level, such as 800 bar. Pressures of 2000 bar and above are also possible.
  • the atomizer nozzle 12 generates 2 droplets of lubricant when it is injected into the mixing chamber, the largest diameter of which depends on that generated by the high-pressure pump 9 Pressure can typically be between 0.1 ⁇ m and 4 ⁇ m.
  • the injection valve 11 and / or the high-pressure pump 9 can be designed as a metering valve or metering pump such that they meter the amount of lubricant per injection process.
  • the injection valve 11 is actuated at intervals by a control device 13.
  • a heating device 14 can be provided between the high-pressure pump 9 and the quantity of lubricant 7, which heats up the lubricant supplied to the high-pressure pump 9, thereby reducing its viscosity.
  • the heating device 14 can comprise a temperature sensor 15 and a heating element 16 and, together with a control device, for example the control device 13, form a control loop with which the temperature of the lubricant can be set within a predetermined, variably predefinable range. This range is preferably selected so that the temperature of the heated lubricant is sufficiently high to effectively reduce the viscosity of the lubricant and thus the work to be carried out by the high-pressure pump 9, and at the same time is sufficiently low that the lubricant does not decompose or atomize can.
  • the heating device 14 can also be arranged between the high-pressure pump 9 and the injection valve 11, in which case, however, the high-pressure pump 9 then has to do more work due to the higher viscosity of the unheated lubricant.
  • a flow control device 17 is provided in the carrier gas line 5, by means of which a variable flow rate of carrier gas per unit time can be set as a function of a signal output by a control device, for example the control device 13, via a control line 18.
  • the flow control device 17 can comprise, for example, a proportional valve.
  • the flow rate depends essentially on the type of lubricant used, in particular its viscosity, the ambient conditions, such as the temperature and the pressure, and the tool used, as well as the machining conditions, such as the cutting speed and the workpiece or tool temperature.
  • An aerosol sensor 19 can be provided in the outlet line 8, by means of which the density and number of lubricant droplets in the carrier gas stream can be detected and output as a signal to a control device, for example the control device 13.
  • the carrier gas volume flow in the outlet line 8 can be detected by the aerosol sensor 19 and output in signal form to a control device, for example the control device 13.
  • the aerosol sensor can be configured as an ultrasonic Doppler sensor, which sends ultrasonic signals into the output line 8 and receives the ultrasonic waves reflecting from the lubricant droplets.
  • an optical sensor can also be provided as the aerosol sensor, which measures the light reflected by the lubricant droplets.
  • the pressure in the mixing chamber 2 is detected by a pressure sensor 20 and transmitted in signal form to a control device, such as the control device 13.
  • a pressure sensor 20 ′ can detect the pressure generated by the high-pressure pump 9 and a pressure sensor 20 ′′ the pressure in the supply line for the carrier gas and can be output to a control device, such as the control device 13.
  • the function of the invention is described below by way of example the embodiment of FIG. 1 explained.
  • lubricant for example a lubricating oil
  • a lubricant supply quantity 7 then forms there.
  • the high-pressure pump 9 pumps the lubricant under a pressure of up to 2000 bar and more to the injection valve 11.
  • the valve 11 is actuated by the control device 13
  • the lubricant becomes high Pressed pressure through the atomizer nozzle 12 and sprayed into the mixing chamber 2 as a droplet jet 4.
  • the lubricant droplets thus generated are captured by a carrier gas flow 6, so that the droplets, the diameter of which lies above a predetermined limit, are separated out and returned to the lubricant supply quantity 7.
  • the mixing chamber contains only a very small volume, which is so small that the aerosol can exit the nozzles undisturbed so that the droplets do not touch the inner wall.
  • the average droplet size in the mixing chamber can be set by changing the flow conditions in the mixing chamber, for example by changing the rotational speed of a swirl flow or by changing the injection pressure.
  • the generated lubricant mist is fed from the pressurized mixing chamber 2 through the outlet line 8 to a lubrication point, not shown in FIG. 1, wherein the lubricant mist can be guided past an aerosol sensor 19.
  • the aerosol sensor 19 detects properties of the lubricant mist directed to the lubrication point, such as, for example, the average number and the average diameter of the lubricant droplets per unit volume, their speed and the flow rate of the lubricant droplets. These data are output from the aerosol sensor 19 to the control device 13.
  • the greasiness i.e. the lubricant content per unit volume, adapted to the requirements of the lubrication point.
  • the control device 13 actuates the injection valve 11 one or more times in succession in order to inject more lubricant into the mixing chamber 2 and to increase the greasiness.
  • the injection duration or the number of individual injection processes and thus the injection quantity can be controlled.
  • the quantity can also be influenced via the injection duration. Normally, clocking with different frequencies / PWM ratios is carried out continuously.
  • the aerosol sensor 19 or an air water meter detects an excessively rich lubricant mist, ie a lubricant mist with an excessively high lubricant content, the time period between successive injection cycles can be extended by the control device.
  • carrier gas can be introduced into the mixing chamber 2, so that the lubricant mist becomes leaner.
  • the pressure in the mixing chamber 2 is increased by supplying more carrier gas to the mixing chamber 2 via the proportional valve 17. In order to keep the greasiness of the lubricant mist constant, correspondingly more lubricant is injected through the injection valve 11 into the mixing chamber 2.
  • the amount of lubricant and the amount of carrier gas in the lubricant mist or in the mixing chamber 2 are set independently of one another, which was not possible with the previous devices based on the carburetor principle.
  • the pressure immediately before the injection valve 11 is kept as constant as possible.
  • pressure is generated by a piston pump driven by a camshaft.
  • the pressure upstream of the valve is not constant, but depends on the speed.
  • the pressure behind the high-pressure pump 9 is determined via the pressure sensor 20 'and the high-pressure pump 9 is actuated or the speed of the camshaft is increased as soon as the pressure in this area falls below a predetermined or variably adjustable threshold value.
  • the heating element 16 is actuated as soon as the temperature measured by the temperature sensor 15 falls below a predetermined or adjustable threshold value.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the invention, the same reference numerals being used for elements whose structure and / or function is known from the embodiment of FIG. 1. The simplicity only deals with the differences from the embodiment of FIG. 1.
  • FIG. 2 has a plurality of lubrication devices 1, 1 ', 1 "which are constructed essentially the same.
  • the structure of each individual lubrication device 1, 1', 1" corresponds to the structure of the embodiment of FIG 1.
  • a single high-pressure pump 9 is provided, which supplies the injection valves 11, 11 'and 11 "with pressurized lubricant via a manifold 21, which also serves as a pressure accumulator.
  • Each injection valve 11, 11', 11" is assigned to its own mixing chamber 2, 2 ', 2 ", from each of which an outlet line 8, 8', 8" leads.
  • the high pressure pump 9 conveys the lubricant from all the lubricant supply quantities 7, 7 ', 7 "of the devices 1, 1' and 1" via a further manifold 22.
  • Each of the mixing chambers 2, 2 ', 2 " is supplied with carrier gas via a common carrier gas manifold 23.
  • the composition of the lubricant mist in the respective outlet line 8, 8 ', 8 " is controlled by the control device 13 by independently controlling the flow rate control device 17, 17', 17", the respective injection valves 11, 11 ', 11 " and the heaters 14, 14 'and 14 "as regulated in the embodiment of FIG. 1.
  • the lubricant and all valves 11, 11 ', 11 are made available at the same pressure.
  • the injection timing, the injection duration and the injection quantity of the respective injection valves 11, 11', 11" and the amount of carrier gas supplied by the Flow control devices 17, 17 ', 17 “independently control the greasiness of the lubricant mist of each device 1, 1', 1".
  • each of the devices 1, 1 ', 1 can serve lubrication points with different requirements for the composition of the lubricant mist.
  • the bearings can be operated by the device 1 a machine tool, through the device 1 "milling heads and through the device 1" a lathe of a lathe are lubricated.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of a lubrication device 1 according to the invention.
  • the same reference numerals are used for elements whose function and / or structure is known from one of the preceding embodiments, as in these embodiments. For the sake of simplicity, only the differences from the previous embodiments will be discussed.
  • the embodiment of FIG. 3 differs from the embodiment of FIGS. 1 and 2 only in that the injection device 3 has an integrated pump-nozzle combination through which the lubricant in droplet form 4 is injected into the mixing chamber 2.
  • the pump-nozzle combination 24 has an injection valve, and an injection pump, preferably a metering pump, which injects a predetermined amount of lubricant into the mixing chamber 2 directly on a signal from the control device 13.
  • Such a pump-nozzle combination is known from automotive technology, in particular from diesel engine technology.
  • the amount of lubricant is metered by the pump-nozzle combination 24 independently of the amount of the carrier gas supplied through the carrier gas line 5.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a lubrication device 1 according to the invention, in which, in contrast to the embodiments described above, the injection device 3 places the lubricant 4 in droplet form directly on lubrication points, such as a milling cutter 25 and a turning tool 25 'or workpieces 26, 26' directed. Bearing points, ball bearings or roller bearings can of course also be lubricated by the lubricating device 1. In this case, the nebulization device consists only of the injection device 3.
  • the lubricant mist is generated directly at the lubrication points 25, 25 ', 26, 26' by a pump-nozzle combination 24 and onto that Lubrication points directed.
  • the pump-nozzle combination 24 generates an injection pressure of typically about 800 bar, preferably of 2000 bar and more. Because of this high spray pressure, the lubricant droplets leaving the pump-nozzle combination 24 receive such a high kinetic energy that they penetrate the air layer 27 rotating with the lubrication points 25, 26 'and strike the respective lubrication point. This ensures reliable lubrication.
  • the lubricant from the lubrication points 25, 25 ", 26, 26 ' is collected by the collecting container 28 and supplied to the lubricant supply quantity 7.
  • the lines 29 near the lubrication point supply the pump-nozzle combinations 24 with lubricant from the lubricant supply quantity 7.
  • In the lines 29 can also be provided with heating devices, as described above.
  • the injection time, the injection quantity and the injection duration can be controlled via the control device 13 at predetermined time intervals or as a function of signals from a processing sensor 30.
  • the processing sensor 30 supplies parameters essential for the lubrication process, such as the temperature of the tool 25, 25 'and / or of the workpiece 26, 26', for example, by means of a non-contact heat measurement.
  • the control device 13 can each be connected to machine tools (not shown) via a cutting part 31 in order to obtain the processing parameters, such as processing speed, feed speeds, forces measured on the tool 25, 25 ′ in signal form and to meter the amount of lubricant 4 accordingly.
  • 24 components of internal combustion engines can be used as pump-nozzle combinations.

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Abstract

The invention relates to a lubricating device (1) and a lubricating method for lubricating, a lubricating point, such as a tool and/or a work piece and/or a bearing, by means of a lubricant mist. In order to precisely regulate the oiliness of the lubricating mist, the lubricant is injected directly through an injection device (3) onto a lubricating point or into a mixing chamber (2), wherein it is mixed with a carrier gas in order to form a lubricant. As a result, an exact dose of a lubricant can be produced without using a carrier gas or the flow speed of a carrier gas.

Description

Schmϊervorrichtung mit Einspritzeinrichtung und Schmierverfahren Lubrication device with injection device and lubrication process
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.The invention relates to a lubrication device by means of which a lubrication point, such as a tool and / or a workpiece and / or a bearing, can be supplied with a lubricant mist during operation, with a nebulization device, through which a lubricant mist can be generated during operation, and with a conveying device, through which a lubricant can be conveyed to the nebulizer.
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.The invention further relates to a lubrication method in which a lubricant is atomized and a lubrication point, such as a tool and / or a workpiece, is supplied with the lubricant mist.
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.Such a device and such a method are known for example from EP 1 106 902 A1. There, a lubricating mist is generated in an atomizer nozzle, to which compressed air and, via a pump and an oil inlet, lubricant are fed. In the atomizer nozzle, the lubricant that has been fed to the lubricant inlet and the compressed air are mixed to create a mist that is sprayed into a mist chamber. In a similar manner, a lubricant mist or aerosol is generated in the device of DE 196 54 321 A1, although the lubricant is sucked in automatically by the negative pressure in the atomizer nozzle, without a conveying device.
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.With this type of aerosol generation, the lubricant in the atomizer nozzle is entrained by the compressed air, so that the amount and droplet size of the lubricant in the compressed air stream is strongly dependent on the air throughput. If this decreases, the amount of aerosol generated also decreases, regardless of how much lubricant is delivered to the spray nozzle. Especially with small air throughputs, such as occur with small tools to be lubricated, an almost complete drop in aerosol generation can be observed. Because of the strong dependence on the air flow, the known devices and methods for producing a lubricant mist are extremely difficult to regulate. The quality of the lubricant mist generated depends heavily on the lubricating tools and workpieces.
BESTÄT.GUWGSKOPIE In der EP 1 090 690 A1 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Aerosols beschrieben, bei der aus dem unteren Teil eines Aerosolbehälters Öl über eine Pumpe zu einer Ölleitung gepumpt wird. Die Ölleitung ist konzentrisch von einer Trägergasleitung umgeben, die sich über das Ende der Ölleitung hinaus fortsetzt. In dem Bereich, in dem sich die Trägergasleitung über das Ende der Ölleitung hinaus fortsetzt, vermischt sich das Trägergas mit dem von der Ölpumpe geförderten Öl aus der Ölleitung. Aus diesem Bereich wird die Öl-Trägergas-Mischung in den als Mischkammer dienenden Behälter und von dort zu einer Verbrauchsstelle geleitet.BESTÄT.GUWGSKOPIE EP 1 090 690 A1 describes a device for producing an aerosol, in which oil is pumped from the lower part of an aerosol container via a pump to an oil line. The oil line is surrounded concentrically by a carrier gas line, which continues beyond the end of the oil line. In the area in which the carrier gas line continues beyond the end of the oil line, the carrier gas mixes with the oil conveyed by the oil pump from the oil line. From this area, the oil-carrier gas mixture is passed into the container serving as the mixing chamber and from there to a consumption point.
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.The object of the invention is therefore to improve the known lubrication method and the known lubrication device in such a way that they generate the lubricant mist largely independently of the tools and workpieces to be lubricated.
Diese Aufgabe wird für die Schmiervorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Vernebelungseinrichtung eine Einspritzeinrichtung um- fasst, durch die der Schmierstoff unter Druck zur Vermischung mit einem Trägergas in eine Mischkammer oder zum Schmieren direkt auf die Schmierstelle spritzbar ist.This object is achieved according to the invention for the lubrication device of the type mentioned at the outset in that the nebulization device comprises an injection device by means of which the lubricant can be sprayed directly onto the lubrication point under pressure for mixing with a carrier gas into a mixing chamber or for lubrication.
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.For the lubrication method mentioned at the outset, this object is achieved according to the invention in that the lubricant is sprayed under pressure directly onto the lubrication point or into a mixing chamber, where it mixes with a carrier gas.
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. Im Gegensatz zu der Vorrichtung der EP 1 090 690 A1 kann auf die dort unentbehrliche Trägergasleitung verzichtet werden, da der Schmierstoff erfindungsgemäß unabhängig von einem Trägergas an beliebiger Stelle direkt in die Mischkammer oder direkt auf die Schmierstelle gespritzt werden kann. Die EP 1 090 690 A1 weist demzufolge keine Einspritzeinrichtung auf und benötigt zur Erzeugung des Aerosols wie die Vorrichtungen der EP 1 106 902 A1 und der DE 196 54 321 A1 zur Zerstäubung einen Druckluftstrom. 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.This solution is simple and differs from the known, carburetor-like devices in that the lubricant mist is generated independently of the carrier gas by injecting the lubricant. In contrast to the device of EP 1 090 690 A1, the carrier gas line, which is indispensable there, can be dispensed with, since, according to the invention, the lubricant can be sprayed directly into the mixing chamber or directly onto the lubrication point at any point, independently of a carrier gas. EP 1 090 690 A1 accordingly has no injection device and, in order to produce the aerosol like the devices in EP 1 106 902 A1 and DE 196 54 321 A1, requires a compressed air flow for atomization. As a result, the carrier gas is no longer required to generate the lubricant mist, but only to transport the lubricant droplets generated by the injection process to the lubrication point. As a result, the generation and transport of the lubricant mist are decoupled from one another and the carrier gas can be enriched with lubricant regardless of its flow rate up to the saturation limit. Consequently, the greasiness, ie the amount of the lubricant dissolved in the carrier gas, can be set independently of the flow resistances in the flow path of the carrier gas.
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.The solution according to the invention accordingly provides a lubrication device and a lubrication method by means of which the composition of the lubricant mist is easier to regulate in comparison with the prior art and which can be used with a wide range of tools and workpieces to be lubricated.
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 Einspritzeinrichtung 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.In order to generate the finest possible lubricant mist with droplets whose largest diameter is between 0.1 μm and 4 μm, it is advantageous if the lubricant is injected under the highest possible injection pressure. For this purpose, a high-pressure pump can be provided, by means of which the lubricant can be conveyed to the injection device during operation. In particular, a high-pressure pump can be used which generates a pressure of at least 100 bar, typically between approximately 600 bar and approximately 800 bar. In particular, pressures of 2000 bar and more are possible.
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.According to an advantageous embodiment, a pressure accumulator can be arranged between the high-pressure pump and the injection device, which holds the lubricant delivered by the high-pressure pump at the level of the delivery pressure of the pump.
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.In order to supply a plurality of lubrication points or mixing chambers with lubricant according to a further embodiment, a plurality of injection devices can be provided, each of which is assigned a pressure accumulator. In this embodiment, the pressure accumulator can be configured as a manifold similar to a “common rail” system in diesel engines, which feeds the same high injection pressure to individual injection devices.
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 beauf- schlagt 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.A high-pressure pump can also form a structural unit in the form of a pump-nozzle combination with the atomizer nozzle. With this configuration, it is advantageous that the supply of the pump-nozzle combination can take place via simple lubricant supply lines which have no or only a low pre-pressure. are struck. The lubricant can therefore be pumped over long distances without affecting the quality of the lubricant mist. Due to the simple design of the lubricant supply lines, this design is particularly suitable if the injection device sprays the lubricant directly onto the lubrication point in droplet form. The high-pressure pump can be designed as a metering pump, which doses the lubricant to be injected in a predetermined amount.
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.In order to obtain as fine a lubricant mist as possible through the injection, a heating device acting on the lubricant can be provided in the feed direction of the lubricant, by means of which the viscosity of the lubricant is reduced. The low viscosity facilitates droplet formation during the injection process. If the heating device is also arranged in front of the high-pressure pump, the energy consumption of the pump can be reduced due to the reduced viscosity.
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.A controlled heating system can also be used to influence the droplet size in a targeted manner by changing the viscosity. If commercially available pump-nozzle combinations or nozzles from the field of diesel injection technology are used, a heating device may be necessary to adjust the usually higher lubricating oil viscosity of the diesel fuel. The aim of this application is to limit the maximum pressure.
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.The heating device can be designed in such a way that it controls the temperature of the lubricant during operation within a predetermined, preferably lubricant-dependent range, which can itself be adjustable. This measure prevents the temperature of the lubricant from rising so high that partial combustion or decomposition of components of the lubricant takes place. On the other hand, it is avoided that the viscosity of the lubricant increases too much when the temperature is too low and that the quality of the lubricant mist is impaired.
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. 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.The injection device can in particular have an injection valve which is designed to be magnetically and / or piezoelectrically actuable. The injection valve can be designed as a metering valve, which allows a predetermined or adjustable amount of lubricant to pass through each time it is actuated. The lubricating device can also form a fog chamber formed by the mixing chamber or connected to the mixing chamber, in which drops whose diameter exceeds a predetermined value settle. For this purpose, the fog chamber can be provided with various internals, for example a device through which a swirl flow is generated. Such a swirl flow accelerates large drops outwards, while small drops can follow the swirl flow. The large drops are caught and led out of the lubricant mist.
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 können. Außerdem vereinfacht sich bei dieser Maßnahme der konstruktive Aufbau der Schmiervorrichtung.In one embodiment, the fog chamber can have a liquid reservoir, which is connected to the injection device in a liquid-transmitting manner. This measure reduces the consumption of lubricant, since droplets separating out in the cloud chamber can be returned to the reservoir and sprayed again. This measure also simplifies the structural design of the lubrication device.
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.The fog chamber can in particular be designed as a pressure vessel, the pressure of which can be regulated in a further embodiment. The pressure in the fog chamber can be used to transport the lubricant mist through a line system to the lubrication point.
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.The cloud chamber can be supplied with the carrier gas via a carrier gas line, wherein a proportional valve can be provided in the carrier gas line to adjust the volume flow of the carrier gas.
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. 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.A control device with appropriate sensors can be provided to control the injection process and / or the supply of carrier gas. In particular in the case of an interval-type injection of the lubricant, the control device can set the injection duration, the amount of lubricant injected during an injection process and / or the injection timing on the injection device. In a further advantageous embodiment, the pressure in the cloud chamber can be detected by pressure sensors and the volume flow of the carrier gas into the cloud chamber can be controlled as a function of this pressure. This can be done independently of the control of the injection process of the lubricant.
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.Furthermore, an aerosol sensor can be provided on an output line from the cloud chamber through which the lubricant mist is directed to the lubrication point, by means of which an operational signal can be generated which is representative of the amount of aerosol flowing through the output line per unit of time and can be output to the control device. This signal can also be generated in the form of the lubricant density, for example the diameter and the number of lubricant particles in the carrier gas stream. The aerosol sensor can comprise, for example, an ultrasound Doppler probe, by means of which the number, speed and size of the lubricant droplets can be detected. For this purpose, an ultrasound signal is radiated into the aerosol line and the reflections of the droplets are evaluated. Another embodiment of the aerosol sensor could include an optical device in which the intensity of the light reflected by the aerosol drops is evaluated.
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.Depending on the signal from the aerosol sensor, the injection quantity of the lubricant and the degree of saturation of the lubricant mist in the cloud chamber can be changed such that the deviation from a saturation setpoint is reduced in the output line. Saturation is the lubricant content of the lubricant mist, i.e. its fat content.
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 zuge- führte Trägergasmenge in Abhängigkeit von einer Abweichung des tatsächlichen Volumenstroms in der Ausgangsleitung von einem Sollwert geführt werden.An air quantity sensor can also be provided in the output line or the input line, by means of which the volume flow of the carrier gas can be detected. The carrier gas flow in the outlet line essentially influences the transport properties of the lubricant mist to the lubrication point. The amount of carrier gas can be set to a value independent of the injection of the lubricant, which enables the lubricant mist to be transported quickly to the lubrication point, without the lubricant droplets coagulating and the quality of the lubricant mist deteriorating during this transport. For this purpose, the signal from the air quantity sensor can be detected and the signal to the mixing chamber led carrier gas quantity depending on a deviation of the actual volume flow in the outlet line from a setpoint.
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.In the following, the invention is explained by way of example using embodiments with reference to the drawings. Individual features of the different embodiments can be combined with one another as desired.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform der Erfindung;Fig. 1 is a schematic view of a first embodiment of the invention;
Fig. 2 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;Fig. 2 is a schematic view of a second embodiment of the invention;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform der Erfindung;Fig. 3 is a schematic view of a third embodiment of the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der Erfindung.Fig. 4 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention.
Zunächst wird der Aufbau einer erfindungsgemäßen Schmiervorrichtung anhand der Ausführungsform der Fig. 1 beschrieben.First, the construction of a lubrication device according to the invention is described with reference to the embodiment in FIG. 1.
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.The lubrication device 1 has a mixing chamber 2, into which lubricant 4 is injected by an injection device 3. The size of the mixing chamber 2 depends on whether an aerosol flow that is as uniform as possible is to be achieved, then one chooses a rather large mixing chamber, or a rapid change in the dosage of the aerosol is desired, then the mixing chamber is rather smaller.
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.The mixing chamber 2 is designed as a pressure vessel, with carrier gas under pressure, such as compressed air, being fed into the mixing chamber 2 via a carrier gas line 5.
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 Fig. 1 eine Vernebelungseinrichtung für den Schmierstoff. 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.The carrier gas 5 mixes in the mixing chamber 2 with the injected lubricant 4 to form a lubricant mist or an aerosol. The mixing chamber 2 and the injection device 3 form a nebulizing device for the lubricant in the embodiment of FIG. 1. Fluidic internals (not shown) can be provided in the mixing chamber 2, which produce a flow 6 in the mixing chamber through which lubricant droplets resulting from the injection process are filtered out with a droplet diameter above a certain maximum diameter. The filtered flow droplets collect on the wall or on the bottom of the mixing chamber 2 and form a supply quantity 7 of lubricant.
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.The flow 6 can be, for example, a swirl flow in which large droplets are accelerated radially outwards and settle on the walls of the mixing chamber 2.
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.In this way, a lubricant mist or an aerosol is formed only from small droplets in the interior of the mixing chamber 2. This lubricant mist is passed via an outlet line 8 to lubrication points (not shown), such as tools or workpieces to be lubricated.
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.Alternatively, the lubricant can also be injected into a mixing chamber arranged in the carrier gas line 5, similar to a gasoline injection in internal combustion engines. The carrier gas and the lubricant are mixed in this mixing chamber. In this embodiment, the pressure container then has a mist chamber connected downstream of the mixing chamber, into which the lubricant mist is guided out of the mixing chamber and in which the large drops are separated out.
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 Fig. 1 gestrichelt angedeutet ist.The injection device 3 comprises a high-pressure pump 9, through which lubricant is drawn out of the lubricant supply quantity 7 via an intake line 10 and brought to a very high pressure level, such as 800 bar. Pressures of 2000 bar and above are also possible. In addition to the high-pressure pump 9, a pre-pressure pump 9 'can be provided, which is indicated by dashed lines in FIG. 1.
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.A piezoelectrically or mechanically operated injection valve 11, which ends in an atomizing nozzle 12, is arranged on the high-pressure side of the pump 9. The atomizer nozzle 12 generates 2 droplets of lubricant when it is injected into the mixing chamber, the largest diameter of which depends on that generated by the high-pressure pump 9 Pressure can typically be between 0.1 μm and 4 μm. The injection valve 11 and / or the high-pressure pump 9 can be designed as a metering valve or metering pump such that they meter the amount of lubricant per injection process. The injection valve 11 is actuated at intervals by a control device 13.
Zwischen der Hochdruckpumpe 9 und der Schmierstoffsammeimenge 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.A heating device 14 can be provided between the high-pressure pump 9 and the quantity of lubricant 7, which heats up the lubricant supplied to the high-pressure pump 9, thereby reducing its viscosity. The heating device 14 can comprise a temperature sensor 15 and a heating element 16 and, together with a control device, for example the control device 13, form a control loop with which the temperature of the lubricant can be set within a predetermined, variably predefinable range. This range is preferably selected so that the temperature of the heated lubricant is sufficiently high to effectively reduce the viscosity of the lubricant and thus the work to be carried out by the high-pressure pump 9, and at the same time is sufficiently low that the lubricant does not decompose or atomize can.
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.Of course, the heating device 14 can also be arranged between the high-pressure pump 9 and the injection valve 11, in which case, however, the high-pressure pump 9 then has to do more work due to the higher viscosity of the unheated lubricant.
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. 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.A flow control device 17 is provided in the carrier gas line 5, by means of which a variable flow rate of carrier gas per unit time can be set as a function of a signal output by a control device, for example the control device 13, via a control line 18. The flow control device 17 can comprise, for example, a proportional valve. The flow rate depends essentially on the type of lubricant used, in particular its viscosity, the ambient conditions, such as the temperature and the pressure, and the tool used, as well as the machining conditions, such as the cutting speed and the workpiece or tool temperature. An aerosol sensor 19 can be provided in the outlet line 8, by means of which the density and number of lubricant droplets in the carrier gas stream can be detected and output as a signal to a control device, for example the control device 13. Furthermore, the carrier gas volume flow in the outlet line 8 can be detected by the aerosol sensor 19 and output in signal form to a control device, for example the control device 13.
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.The aerosol sensor can be configured as an ultrasonic Doppler sensor, which sends ultrasonic signals into the output line 8 and receives the ultrasonic waves reflecting from the lubricant droplets.
In einer alternativen Ausgestaltung kann als Aerosolsensor auch ein optischer Sensor vorgesehen sein, der das von den Schmierstoff-Tröpfchen reflektierte Licht misst.In an alternative embodiment, an optical sensor can also be provided as the aerosol sensor, which measures the light reflected by the lubricant droplets.
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. Im Folgenden wird die Funktion der Erfindung beispielhaft an der Ausführungsform der Fig. 1 erläutert.The pressure in the mixing chamber 2 is detected by a pressure sensor 20 and transmitted in signal form to a control device, such as the control device 13. In a similar manner, a pressure sensor 20 ′ can detect the pressure generated by the high-pressure pump 9 and a pressure sensor 20 ″ the pressure in the supply line for the carrier gas and can be output to a control device, such as the control device 13. The function of the invention is described below by way of example the embodiment of FIG. 1 explained.
Vor dem Beginn der Aerosolerzeugung wird Schmierstoff, beispielsweise ein Schmieröl, in einen Vorratsbehälter, der bei der Ausführungsform der Fig. 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. 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.Before the start of aerosol generation, lubricant, for example a lubricating oil, is poured into a storage container which is formed by the mixing chamber 2 itself in the embodiment of FIG. 1. A lubricant supply quantity 7 then forms there. From the lubricant supply quantity 7, the high-pressure pump 9 pumps the lubricant under a pressure of up to 2000 bar and more to the injection valve 11. When the valve 11 is actuated by the control device 13, the lubricant becomes high Pressed pressure through the atomizer nozzle 12 and sprayed into the mixing chamber 2 as a droplet jet 4. In the mixing chamber 2, the lubricant droplets thus generated are captured by a carrier gas flow 6, so that the droplets, the diameter of which lies above a predetermined limit, are separated out and returned to the lubricant supply quantity 7. In another embodiment, the mixing chamber contains only a very small volume, which is so small that the aerosol can exit the nozzles undisturbed so that the droplets do not touch the inner wall.
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.The average droplet size in the mixing chamber can be set by changing the flow conditions in the mixing chamber, for example by changing the rotational speed of a swirl flow or by changing the injection pressure.
Der erzeugte Schmierstoffnebel wird aus der unter Druck stehenden Mischkammer 2 durch die Ausgangsleitung 8 einer in Fig. 1 nicht dargestellten Schmierstelle zugeführt, wobei der Schmierstoffnebel an einem Aerosolsensor 19 vorbei geleitet werden kann.The generated lubricant mist is fed from the pressurized mixing chamber 2 through the outlet line 8 to a lubrication point, not shown in FIG. 1, wherein the lubricant mist can be guided past an aerosol sensor 19.
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.The aerosol sensor 19 detects properties of the lubricant mist directed to the lubrication point, such as, for example, the average number and the average diameter of the lubricant droplets per unit volume, their speed and the flow rate of the lubricant droplets. These data are output from the aerosol sensor 19 to the control device 13.
Durch die Steuereinrichtung 13 wird die Fettigkeit , d.h. der Schmierstoffgehalt pro Volumeneinheit, an die Erfordernisse der Schmierstelle angepasst.The greasiness, i.e. the lubricant content per unit volume, adapted to the requirements of the lubrication point.
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. 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.If the greasiness in the output line 8 is below a predetermined threshold value, the control device 13 actuates the injection valve 11 one or more times in succession in order to inject more lubricant into the mixing chamber 2 and to increase the greasiness. Depending on the difference between the actual lubricant content and the target lubricant content determined by the control device 13, the injection duration or the number of individual injection processes and thus the injection quantity can be controlled. The quantity can also be influenced via the injection duration. Normally, clocking with different frequencies / PWM ratios is carried out continuously. If the aerosol sensor 19 or an air water meter (not shown) detects an excessively rich lubricant mist, ie a lubricant mist with an excessively high lubricant content, the time period between successive injection cycles can be extended by the control device. In addition, carrier gas can be introduced into the mixing chamber 2, so that the lubricant mist becomes leaner.
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.If the flow rate of the lubricant mist is found to be too low on the aerosol sensor 19, which can result in coagulation of the lubricant droplets and poor lubricant supply to the lubrication point, the pressure in the mixing chamber 2 is increased by supplying more carrier gas to the mixing chamber 2 via the proportional valve 17. In order to keep the greasiness of the lubricant mist constant, correspondingly more lubricant is injected through the injection valve 11 into the mixing chamber 2.
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.Thus, the amount of lubricant and the amount of carrier gas in the lubricant mist or in the mixing chamber 2 are set independently of one another, which was not possible with the previous devices based on the carburetor principle.
Um auch bei einer längeren Betriebsdauer eine gleichmäßige Tröpfchengröße zu erzielen, wird der Druck unmittelbar vor dem Einspritzventil 11 möglichst konstant gehalten. 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.In order to achieve a uniform droplet size even over a longer operating period, the pressure immediately before the injection valve 11 is kept as constant as possible. In pump nozzle combinations, pressure is generated by a piston pump driven by a camshaft. The pressure upstream of the valve is not constant, but depends on the speed. The pressure behind the high-pressure pump 9 is determined via the pressure sensor 20 'and the high-pressure pump 9 is actuated or the speed of the camshaft is increased as soon as the pressure in this area falls below a predetermined or variably adjustable threshold value.
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.Since the droplet size is also determined by the viscosity of the lubricant, the heating element 16 is actuated as soon as the temperature measured by the temperature sensor 15 falls below a predetermined or adjustable threshold value.
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. Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, wobei für Elemente, deren Aufbau und/oder Funktion aus der Ausführungsform der Fig. 1 bekannt ist, dieselben Bezugszeichen verwendet werden. Der Einfachheit wird lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform der Fig. 1 eingegangen.For the injection device 3, in particular an injection valve 11 together with the injection nozzle 12 from automotive engineering and / or a high-pressure pump 9 from automotive engineering can be used. FIG. 2 shows a further embodiment of the invention, the same reference numerals being used for elements whose structure and / or function is known from the embodiment of FIG. 1. The simplicity only deals with the differences from the embodiment of FIG. 1.
Im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 1 weist die Fig. 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 Fig. 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".In contrast to the embodiment of FIG. 1, FIG. 2 has a plurality of lubrication devices 1, 1 ', 1 "which are constructed essentially the same. The structure of each individual lubrication device 1, 1', 1" corresponds to the structure of the embodiment of FIG 1. However, only a single high-pressure pump 9 is provided, which supplies the injection valves 11, 11 'and 11 "with pressurized lubricant via a manifold 21, which also serves as a pressure accumulator. Each injection valve 11, 11', 11" is assigned to its own mixing chamber 2, 2 ', 2 ", from each of which an outlet line 8, 8', 8" leads. The high pressure pump 9 conveys the lubricant from all the lubricant supply quantities 7, 7 ', 7 "of the devices 1, 1' and 1" via a further manifold 22.
Über eine gemeinsame Trägergassammelleitung 23 wird jede der Mischkammern 2, 2', 2" mit Trägergas versorgt.Each of the mixing chambers 2, 2 ', 2 "is supplied with carrier gas via a common carrier gas manifold 23.
Bei der Ausführungsform der Fig. 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 Fig. 1 geregelt.In the embodiment of FIG. 2, the composition of the lubricant mist in the respective outlet line 8, 8 ', 8 "is controlled by the control device 13 by independently controlling the flow rate control device 17, 17', 17", the respective injection valves 11, 11 ', 11 " and the heaters 14, 14 'and 14 "as regulated in the embodiment of FIG. 1.
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.In the manifold 21, the lubricant and all valves 11, 11 ', 11 "are made available at the same pressure. About the injection timing, the injection duration and the injection quantity of the respective injection valves 11, 11', 11" and the amount of carrier gas supplied by the Flow control devices 17, 17 ', 17 "independently control the greasiness of the lubricant mist of each device 1, 1', 1". In this way, each of the devices 1, 1 ', 1 "can serve lubrication points with different requirements for the composition of the lubricant mist. In a machining center, for example, the bearings can be operated by the device 1 a machine tool, through the device 1 "milling heads and through the device 1" a lathe of a lathe are lubricated.
Die Steuerung und der Aufbau der einzelnen Vorrichtungen 1 , V, 1" entspricht im übrigen der oben bei der Ausführungsform der Fig. 1 beschriebenen Steuerung.The control and the structure of the individual devices 1, V, 1 "corresponds to the rest of the control described above in the embodiment of FIG. 1.
In Fig. 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.3 shows a further embodiment of a lubrication device 1 according to the invention. The same reference numerals are used for elements whose function and / or structure is known from one of the preceding embodiments, as in these embodiments. For the sake of simplicity, only the differences from the previous embodiments will be discussed.
Die Ausführungsformen der Fig. 3 unterscheidet sich von den Ausführungsformen der Fig. 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.The embodiment of FIG. 3 differs from the embodiment of FIGS. 1 and 2 only in that the injection device 3 has an integrated pump-nozzle combination through which the lubricant in droplet form 4 is injected into the mixing chamber 2. The pump-nozzle combination 24 has an injection valve, and an injection pump, preferably a metering pump, which injects a predetermined amount of lubricant into the mixing chamber 2 directly on a signal from the control device 13. Such a pump-nozzle combination is known from automotive technology, in particular from diesel engine technology.
Im übrigen entspricht der Aufbau der Ausführungsform der Fig. 3 dem Aufbau der Ausführungsform der Fig. 1.Otherwise, the structure of the embodiment in FIG. 3 corresponds to the structure in the embodiment in FIG. 1.
Auch bei der Ausführungsform der Fig. 3 wird die Schmierstoffmenge durch die Pumpe- Düse-Kombination 24 unabhängig von der Menge des durch die Trägergasleitung 5 zugeführten Trägergases dosiert.In the embodiment of FIG. 3, the amount of lubricant is metered by the pump-nozzle combination 24 independently of the amount of the carrier gas supplied through the carrier gas line 5.
In Fig. 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. 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.FIG. 4 shows a further embodiment of a lubrication device 1 according to the invention, in which, in contrast to the embodiments described above, the injection device 3 places the lubricant 4 in droplet form directly on lubrication points, such as a milling cutter 25 and a turning tool 25 'or workpieces 26, 26' directed. Bearing points, ball bearings or roller bearings can of course also be lubricated by the lubricating device 1. In this case, the nebulization device consists only of the injection device 3. In order to avoid transport of the lubricant mist over long distances, which would result in a deterioration in the quality of the lubricant mist, the lubricant mist is generated directly at the lubrication points 25, 25 ', 26, 26' by a pump-nozzle combination 24 and onto that Lubrication points directed. The pump-nozzle combination 24 generates an injection pressure of typically about 800 bar, preferably of 2000 bar and more. Because of this high spray pressure, the lubricant droplets leaving the pump-nozzle combination 24 receive such a high kinetic energy that they penetrate the air layer 27 rotating with the lubrication points 25, 26 'and strike the respective lubrication point. This ensures reliable lubrication.
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.The lubricant from the lubrication points 25, 25 ", 26, 26 'is collected by the collecting container 28 and supplied to the lubricant supply quantity 7. The lines 29 near the lubrication point supply the pump-nozzle combinations 24 with lubricant from the lubricant supply quantity 7. In the lines 29 can also be provided with heating devices, as described above.
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 Schnittsteile 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.The injection time, the injection quantity and the injection duration can be controlled via the control device 13 at predetermined time intervals or as a function of signals from a processing sensor 30. The processing sensor 30 supplies parameters essential for the lubrication process, such as the temperature of the tool 25, 25 'and / or of the workpiece 26, 26', for example, by means of a non-contact heat measurement. The control device 13 can each be connected to machine tools (not shown) via a cutting part 31 in order to obtain the processing parameters, such as processing speed, feed speeds, forces measured on the tool 25, 25 ′ in signal form and to meter the amount of lubricant 4 accordingly.
Auch hier können als Pumpen-Düsen-Kombinationen 24 Komponenten von Verbrennungskraftmaschinen verwendet werden. Here too, 24 components of internal combustion engines can be used as pump-nozzle combinations.

Claims

Patentansprüche claims
1. Schmiervorrichtung (1 ), durch die im Betrieb eine Schmierstelle (25, 26, 25', 26'), wie ein Werkzeug und/oder ein Werkstück und/oder Lager, mit einem Schmierstoffnebel versorgbar ist, mit einer Vernebelungseinrichtung (2, 3, 24), durch die im Betrieb ein Schmierstoffnebel erzeugbar ist, und mit einer Pumpe (9), durch die ein Schmierstoff zur Vernebelungseinrichtung (2, 3, 24) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernebelungseinrichtung (2, 3, 24) eine Einspritzeinrichtung (3) umfasst, durch die der Schmierstoff unter Druck zur Vermischung mit einem Trägergas in eine Mischkammer (2) oder zum Schmieren direkt auf die Schmierstelle (25, 26, 25', 26') spritzbar ist.1. Lubrication device (1), through which a lubrication point (25, 26, 25 ', 26'), such as a tool and / or a workpiece and / or bearing, can be supplied with a lubricant mist during operation, with a nebulization device (2, 3, 24), by means of which a lubricant mist can be generated during operation, and with a pump (9), by means of which a lubricant can be conveyed to the nebulizing device (2, 3, 24), characterized in that the nebulizing device (2, 3, 24 ) comprises an injection device (3) through which the lubricant can be sprayed under pressure for mixing with a carrier gas into a mixing chamber (2) or for lubrication directly onto the lubrication point (25, 26, 25 ', 26').
2. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) als eine Hochdruckpumpe ausgestaltet ist, durch die im Betrieb ein Druck von wenigstens 100 bar erzeugbar ist.2. Lubrication device (1) according to claim 1, characterized in that the pump (9) is designed as a high-pressure pump, by means of which a pressure of at least 100 bar can be generated during operation.
3. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen zwischen der Hochdruckpumpe (9) und der Einspritzeinrichtung (3) angeordneten Druckspeicher (21).3. Lubrication device (1) according to claim 2, characterized by a pressure accumulator (21) arranged between the high pressure pump (9) and the injection device (3).
4. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Einspritzeinrichtungen (3, 3", 3") vorgesehen ist, die mit dem Druckspeicher (21) verbunden sind.4. Lubricating device (1) according to claim 3, characterized in that a plurality of injection devices (3, 3 ", 3") is provided, which are connected to the pressure accumulator (21).
5. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (9) und die Einspritzeinrichtung (3) eine bauliche Einheit in Form einer Pumpen-Düsen-Kombination (24) bilden.5. Lubricating device (1) according to claim 1, characterized in that the pump (9) and the injection device (3) form a structural unit in the form of a pump-nozzle combination (24).
6. Vorrichtung nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine auf den Schmierstoff einwirkende Heizeinrichtung (14) in Förderrichtung des Schmierstoffes vor der Einspritzeinrichtung (3) angeordnet ist.6. Device according to one of the above claims, characterized in that a heating device (14) acting on the lubricant is arranged in the conveying direction of the lubricant in front of the injection device (3).
7. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14) als ein Temperaturregler ausgestaltet ist, durch den im Betrieb der Einspritzeinrichtung (3) zugeführte Schmierstoff auf eine einstellbare Temperatur aufheizbar ist.7. Lubrication device (1) according to claim 6, characterized in that the heating device (14) is designed as a temperature controller, by which in operation Injection device (3) supplied lubricant can be heated to an adjustable temperature.
8. Schmiervorrichtung (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (14) in Förderrichtung des Schmierstoffes vor der Pumpe (9) angeordnet ist.8. Lubricating device (1) according to claim 6 or 7, characterized in that the heating device (14) is arranged in the conveying direction of the lubricant in front of the pump (9).
9. Schmiervorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (3) ein magnetisch betätigbares Einspritzventil (11) umfasst.9. Lubrication device (1) according to one of the above claims, characterized in that the injection device (3) comprises a magnetically actuated injection valve (11).
10. Schmiervorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiervorrichtung (1) ein piezoelektrisch betätigbares Einspritzventil (11) umfasst.10. Lubrication device (1) according to one of the above claims, characterized in that the lubrication device (1) comprises a piezoelectrically actuated injection valve (11).
11. Schmiervorrichtung (1 ) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einer zur Mischkammer (2) führenden Trägergasleitung (5) ein Proportionalventil (17) vorgesehen ist.11. Lubricating device (1) according to one of the above claims, characterized in that a proportional valve (17) is provided in a carrier gas line (5) leading to the mixing chamber (2).
12. Schmiervorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (13) vorgesehen ist, durch die eine Einspritzdauer, eine Einspritzmenge und/oder ein Einspritzzeitpunkt der Einspritzeinrichtung (3) einstellbar ist.12. Lubricating device (1) according to one of the above claims, characterized in that a control device (13) is provided, by means of which an injection duration, an injection quantity and / or an injection timing of the injection device (3) can be set.
13. Schmiervorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Schmierstoffnebel aus der Mischkammer (2) leitende Ausgangsleitung (8) mit einem Aerosolsensor (19) versehen ist, durch den im Betrieb ein für die Schmierstoffdichte pro Volumeneinheit Trägergas repräsentatives Signal erzeugbar ist.13. Lubrication device (1) according to one of the above-mentioned claims, characterized in that an output line (8) which conducts the lubricant mist from the mixing chamber (2) is provided with an aerosol sensor (19), by means of which, in operation, a lubricant density per unit volume Carrier gas representative signal can be generated.
14. Schmiervorrichtung (1) nach einem der oben genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine den Schmierstoffnebel aus der Mischkammer (2) leitende Ausgangsleitung (8) mit einem Luftmengensensor (19) versehen ist, durch den ein für den Trägergasvolumenstrom repräsentatives Signal erzeugbar ist. 14. Lubrication device (1) according to one of the above-mentioned claims, characterized in that an output line (8) which conducts the lubricant mist from the mixing chamber (2) is provided with an air quantity sensor (19) by means of which a signal representative of the carrier gas volume flow can be generated ,
15. Schmierverfahren, bei dem ein Schmierstoff vernebelt und eine Schmierstelle (35, 36), wie ein Werkzeug und/oder ein Werkstück, mit Schmierstoffnebel versorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff in Nebelform direkt auf die Schmierstelle (35, 36) oder in eine Mischkammer (2), wo er mit einem Trägergas vermischt wird, gespritzt wird.15. Lubrication method in which a lubricant is atomized and a lubrication point (35, 36), such as a tool and / or a workpiece, is supplied with lubricant mist, characterized in that the lubricant in the form of a fog directly onto the lubrication point (35, 36) or is injected into a mixing chamber (2), where it is mixed with a carrier gas.
16. Schmierverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff intervallartig in die Mischkammer (2) oder auf die Schmierstelle (35, 36) gespritzt wird.16. Lubrication method according to claim 15, characterized in that the lubricant is injected at intervals into the mixing chamber (2) or onto the lubrication point (35, 36).
17. Schmierverfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff zum Einspritzen durch eine Einspritzeinrichtung (3) dosiert wird.17. Lubrication method according to claim 15 or 16, characterized in that the lubricant for injection is metered through an injection device (3).
18. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmierstoff vor dem Einspritzen aufgeheizt wird.18. Lubrication method according to one of claims 15 to 17, characterized in that the lubricant is heated before the injection.
19. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die während eines Einspritzvorganges eingespritzte Einspritzmenge in Abhängigkeit vom Schmierstoffverbrauch der Schmierstelle geregelt wird.19. Lubrication method according to one of claims 15 to 18, characterized in that the injection quantity injected during an injection process is regulated as a function of the lubricant consumption of the lubrication point.
20. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge des Schmierstoffes in Abhängigkeit von der Fettigkeit des aus der Mischkammer geleiteten Schmierstoffnebels eingestellt wird.20. Lubrication method according to one of claims 15 to 19, characterized in that the injection quantity of the lubricant is set as a function of the greasiness of the lubricant mist guided out of the mixing chamber.
21. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des pro Zeiteinheit der Mischkammer zugeführten Trägergases in Abhängigkeit von der Fettigkeit des Schmierstoffnebels geregelt wird.21. Lubrication method according to one of claims 15 to 20, characterized in that the amount of carrier gas supplied to the mixing chamber per unit of time is regulated as a function of the greasiness of the lubricant mist.
22. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge durch Steuerung der Einspritzdauer gesteuert wird.22. Lubrication method according to one of claims 15 to 21, characterized in that the injection quantity is controlled by controlling the injection duration.
23. Schmierverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzmenge des Schmierstoffs durch Steuerung der Einspritzfrequenz bei im Wesentlichen konstanter Einspritzdauer gesteuert wird. 23. Lubrication method according to one of claims 15 to 21, characterized in that the injection quantity of the lubricant is controlled by controlling the injection frequency with a substantially constant injection duration.
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