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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Flüssigkeitszuführungssystem,
insbesondere ein Schmiermittelzuführungssystem nach dem Oberbegriff
von Anspruch 1 für
ein Lager sowie ein Lager nach Anspruch 20.
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Für Lager
ist allgemein bekannt, diesen Flüssigkeiten
zuzuführen,
um den Betrieb des Lagers zu ermöglichen
bzw. aufrechtzuerhalten. Bei diesen Flüssigkeiten handelt es sich
insbesondere um fluide Schmiermittel, die einphasig vorliegen können oder in
Form von Suspensionen von Graphit, MoS2 oder anderen
festen Schmierstoffen in einem flüssigen Lösemittel. Weiter können dem
Lager Kühlmittel
zugeführt
werden. Ferner ist bekannt, dem Lager Konservierungsmittel in flüssiger Form
zuzuführen,
die beispielsweise eine Korrosion in dem Lager verhindern sollen.
Ebenso ist bekannt, dem Schmiermittel Additive zuzugeben. Unabhängig von
der Art der Flüssigkeit und
dem Anlass der Zuführung
der Flüssigkeit
in das Lager tritt das Problem auf, dass die erforderlichen Mengen
der Flüssigkeit
nur sehr gering sind, so dass eine kontinuierliche Zugabe nur einiger
Tropfen ausreichend ist. Allerdings ist es schwierig, nur sehr geringe
Mengen einer Flüssigkeit
mit einer Rate von einigen Nanolitern oder Mikrolitern pro Stunde
unter den Bedingungen eines Lagers, insbesondere eines Wälz- oder
Gleitlagers, in das Lager zu fördern.
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Sofern
die Erfindung im Folgenden beispielhaft anhand einer Schmierung
im Zusammenhang mit einem Schmiermittelzuführungssystem erläutert wird,
bei der die Flüssigkeit
ein Schmiermittel ist, das auch eine Suspension eines festen Schmiermediums in
einer flüssigen
Phase eines Lösemittels
sein kann, versteht es sich, dass die Erfindung ebenso die vorerwähnten anderen
Arten von Flüssigkeiten
sowie weitere Arten von Flüssigkeiten
betrifft, die einem Lager zugeführt
werden. Insbesondere ist die Erfindung nicht auf Flüssigkeiten
beschränkt,
die in dem Lager nur als Schmiermittel vorgesehen sind.
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Für direkt-geschmierte
Lager ist aus der Praxis bekannt, dass die in dem Lager auftretende
Reibung von der pro Zeiteinheit zugeführten Menge an Schmiermittel
abhängt.
Mit zunehmender Menge an pro Zeiteinheit zugeführten Schmiermittel fällt die Reibung
erst ab, weil sich zwischen den reibenden Komponenten des Lagers
ein Schmiermittelfilm ausbildet. Eine weitere Erhöhung der
Schmiermittelmenge führt
aufgrund von Planschverlusten zum Anstieg der Reibung. Somit gibt
es einen Bedarf des Lagers an Schmiermittel, der, sofern dem Lager
eine diesem Bedarf entsprechende Menge des Schmiermittels pro Zeiteinheit
zugeführt
wird, einer minimalen Reibung im Bereich des Lagers entspricht.
Das Zuführen dieses
Schmiermittelbedarf des Lagers bei minimierter Reibung wird als
,Minimalmengenschmierung' bezeichnet
und erfordert eine Schmierrate in der Größenordnung von einigen Mikrolitern
pro Stunde, so dass eine Abgabe des Schmiermittels aus einer dünnen, kapillaren
Zuleitung von nur einigen Tropfen pro Stunde den tat sächlichen
Bedarf des Lagers an Schmiermittel vollständig abdeckt.
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Aus
dem Stand der Technik bekannte Schmiermittelzuführungssysteme können eine
derartig geringe Menge an Schmiermittel nicht kontinuierlich bzw.
nicht in Echtzeit regelbar bereitstellen.
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DE 694 33 065 T2 beschreibt
ein Verfahren zur Versorgung eines Wälzlagers mit Schmiermittel, wobei
das Verfahren vorsieht, einen Bedarf an Schmiermittel bei einem
Wälzlager
zu erfassen und hierzu eine Grundeinstellung des Wälzlagers
vorzugeben, Betriebsdaten oder Zustandsdaten des Wälzlagers
zu erfassen, aus einer Abweichung von der Grundeinstellung zu den
Betriebs- oder Zustandsdaten eine Menge an Schmiermitteln zu ermitteln,
und in festgelegten zeitlichen Abständen von ca. zwei Stunden den
ermittelten Schmiermittelbedarf dem Wälzlager zuzuführen. Zur
Durchführung
des Verfahrens ist ein Schmiermittelzuführungssystem beschrieben, das
eine Zuleitung für
das Schmiermittel, die in einem der Lagerringe des Wälzlagers
vorgesehen ist, sowie eine Pumpe vorsieht, die die Laufflächen der
Wälzkörper in
dem Wälzlager
in regelmäßigen Abständen mit
einer jeweils neu ermittelten Mengen an Schmiermitteln beschickt.
Das Schmiermittelzuführungssystem
weist eine äußere Pumpe
auf, die einen Schmiermittelvorrat beaufschlagt, das eine Auslasskammer
aufweist. In der Zuleitung des Schmiermittels ist an dessen Auslass
ein Ventil angebracht, das die Zuleitung verschlossen hält und in
regelmäßigen Abständen für eine bestimmte
Zeit geöffnet
wird, um das Schmiermittel dem Lagerinnenraum zuzuführen. Die
periodische Pumpbewegung wird über
zwischengeschaltete Auslasskammern in einen im wesentlichen kontinuierlichen
Fluss des Schmiermediums übersetzt.
Eine derartige Anordnung ist für die
Abgabe von Schmiermittel mit einer Rate in der Größenordnung
von Mikrolitern pro Stunde nicht geeignet, da das Schmiermittelzuführungssystem
hierzu deutlich überdimensioniert
ist. Nachteilig ist ferner der mehrstufige, mehrere Ventile und
Auslasskammern umfassende Aufbau des Schmiermittelsystems. Nachteilig
ist auch, dass das Schmiermittel nur in großen, vorbestimmten Zeitintervallen von
ca. zwei Stunden freigegeben werden kann, so dass ein kurzfristiges,
selbständiges
Ansprechen des Schmiermittelzuführungssystems
auf einen plötzlich
auftretenden Bedarf an Schmiermitteln nicht möglich ist.
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US 6,357,922 B1 beschreibt
ein Schmiermittelzuführungssystem
für ein
Wälzlager,
wobei eine Pumpe Schmiermittel in einer Zuführung beaufschlagt. An einem
Auslass der Zuführung
in den Innenraum des Lagers ist eine Düse angebracht, die Schmiermittel
in den Innenraum des Lagers sprüht, sobald
ein Sensor in dem Schmiermittelzuführungssystem einen Bedarf an
Schmiermittel feststellt. Auch hier erweist sich als nachteilig,
dass in der Zuführung durch
Ventile ein Druck aufgebaut und aufrecht erhalten werden muss, um
im Bedarfsfall Schmiermittel freizusetzen. Auch dieses Schmiermittelzuführungssystem
beschreibt eine makroskopische Pumpe, deren Fördermenge den tatsächlichen
Bedarf an Schmiermittel deutlich übersteigt und die im Hinblick auf
die geforderte Minimalmengenschmierung überdimensioniert ist.
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WO 2005/092526 A1 beschreibt
ein Schmiermittelzuführungssystem
für ein
Lager einer Spindel, wobei eine außen angeordnete Pumpe über kapillare
Zuleitungen Schmiermittel in das Innere des Lagers fördert. Die
Pumpe ist ständig
in Betrieb und fördert
eine Schmiermittelmenge, die den Bedarf an Schmiermittel deutlich übertrifft,
so dass eine Bypass-Leitung vorgesehen sein muss, um einen Teil des
von der Pumpe geförderten
Schmiermittels abzuführen.
Die Bypass-Leitung sowie die erforderlichen Verteiler machen die
Anordnung aufwendig und erfordern wiederum Maßnahmen zur Dichtung des Schmiermittelzuführungssystems.
Auch dieses Schmiermittelzuführungssystem
gibt keine Möglichkeit
an, einem Bedarf des Lagers an Schmiermittel in der Größenordnung
der Minimalmengenschmierung zu entsprechen.
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Aus
dem Stand der Technik sind weiter Schmiermittelzuführungssysteme
bekannt, die eine Förderung
des Schmiermittels als Tropfen mittels eines Luftstroms beschreiben.
Hierzu ist eine Druckluftleitung in das Lagerinnere vorgesehen,
an deren Anfang das Schmiermittel tropfenweise zugeführt wird
und von dem Luftstrom in das Lagerinnere entlang einer Innenwand
der Druckluftleitung gefördert wird.
Nachteilig ist hierbei, dass zusätzlich
zu einem Vorrat an Schmiermittel eine Druckluftvorrichtung vorgesehen
ist. Ungünstig
ist weiter, dass einem kurzfristig auftretenden erhöhten Bedarf
an Schmiermittel erst mit einer Zeitverzögerung entsprochen werden kann.
Auch die Förderung
des Schmiermittels mittels des Luftstroms ist nicht in der Lage,
die Abgabe des Schmiermittels als Einzeltropfen von bestimmter,
einstellbarer Menge an Schmiermittel mit nur sehr geringer, einstellbarer
Rate von typischerweise einigen Tropfen pro Stunde an das Lagerinnere
zu ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, ein Flüssigkeitszuführungssystem,
insbesondere ein Schmiermittelzuführungssystem für ein Lager
anzugeben, das eine möglichst
bedarfsgerechte Versorgung des Lagers mit insbesondere nur geringen
Mengen von Flüssigkeit,
insbesondere von Schmiermittel ermöglicht.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
Aufgabe wird für
das eingangs genannte Schmiermittelzuführungssystem erfindungsgemäß mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Lager gemäß Anspruch 20 gelöst.
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Aufgrund
der Ausbildung der Pumpe als Mikropumpe ist es möglich, die Pumpe in das Lager selbst
zu integrieren bzw. in der unmittelbaren Umgebung des Lagers anzuordnen.
Damit verringert sich der für
die Pumpe erforderliche Bauraum deutlich, zumal Mikropumpen mit
Abmessungen von nur einigen Millimetern oder geringer verfügbar sind.
Die Pumpe kann in dem Lager, insbesondere innerhalb der Zuleitung,
oder an einem Ende der Zuleitung angeordnet sein. Als Vorteil erweist
sich dabei, dass die Mikropumpe das in der Zuleitung befindliche
Medium, speziell die zu fördernde
Flüssigkeit,
unmittelbar, ohne Zwischenschaltung weiterer Elemente wie einer
Drossel oder Bypässen,
beaufschlagt. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau des Flüssigkeitszuführungssystems
weiter. Für
die bauliche Integration der Mikropumpe in das Lager, insbesondere
die Anordnung der Mikropumpe in einen Lagerbestandteil wie einen
Lagerring, oder in die unmittelbare Nähe des Lagers angrenzend an
das Lager ist es für
die meisten gebräuchlichen
Lagertypen ausreichend, wenn die längste Abmessung der Mikropumpe
ca. 100 mm oder weniger beträgt.
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Für Mikropumpen
ist bekannt, dass diese pro einzelnen Fördervorgang sehr geringe Fördervolumina
von einigen Picolitern oder mehr, bis hin zu einigen Mikrolitern,
fördern
können,
so dass die mit Mikropumpen erreichbare Förderrate pro Stunde für einen
oder viele einzelne Fördervorgänge in der
Größenordnung
derjenigen der Minimalmengenschmierung liegt. Für die Minimalmengenschmierung
ist es ausreichend, wenn die Mikropumpe eine Förderrate zwischen einigen Picolitern
bis einige Mikrolitern pro Stunde aufweist. Als vorteilhaft erweist
sich hierbei, dass sich durch die Anzahl der von der Mikropumpe pro
Stunde durchgeführten
Fördervorgänge der Schmiermittelbedarf
präzise
einstellen und fallweise nachstellen lässt.
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Als
Vorteil erweist sich auch, dass Mikropumpen nur eine geringe Leistungsaufnahme
aufweisen und aufgrund der nur tropfenweise Abgabe des Schmiermittels
ein nur geringer Vorrat an Schmiermittel verbraucht wird. Im Hinblick
auf die Minimalmengenschmierung ist es ausreichend, wenn die Mikropumpe
eine Förderleistung
von bis zu einigen Mikrolitern pro Stunde aufweist. Der Schmiermittelvorrat
kann seinerseits kleinbauend ausgebildet werden, beispielsweise
als austauschbare Patrone, die bei Bedarf ausgewechselt werden kann.
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Mikropumpen
sind aus anderen Anwendungen, beispielsweise aus der Drucktechnik
bei Tintenstrahldruckern bzw. aus der Medizintechnik im Zusammenhang
mit einer Feindosierung bekannt, so dass hier auf eine eingeführte Technologie
zurückgegriffen
werden kann. Auch lassen sich Mikropumpen in großer Stückzahl für verschiedene Anforderungen herstellen.
Im Hinblick auf das zu fördernde
Schmiermittel stehen verschiedene Typen von Mikropumpen zur Verfügung, so
dass hier ein Freiheitsgrad bei der Auswahl der Mikropumpe besteht.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Pumpe in kontinuierlichen Betrieb
in einstellbaren Zeitabständen,
beispielsweise über
die Einstellung der Pumpfrequenz, eine einstellbare geringe Menge
des Schmiermittels fördert.
Der kontinuierliche Betrieb der Pumpe ermöglicht dabei aufgrund der nur
geringen geförderten
Menge an Schmiermittel eine diskontinuierliche, tropfenweise Abgabe
des Schmiermittels an das Lagerinnere. Aufgrund der einstellbaren,
insbesondere variablen Zeitabstände,
innerhalb derer die Pumpe in einstellbaren Zeitabständen eine einstellbare
Menge des Schmiermittel in der Zuleitung fördert, ist es möglich, kurzfristig
auf einen gestiegenen Bedarf an Schmiermittel anzusprechen, und
zwar mit einer Menge an Schmiermittel, die genau dem ermittelten
Bedarf entspricht.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Zuleitung als kapillare Zuleitung ausgebildet
ist, und dass die Flüssigkeit
als einzelne Tropfen in einen Innenraum des Lagers austreten. Die
Zuleitung weist dabei einen Querschnitt auf, dessen Abmessungen im
wesentlichen der Größe der austretenden
Tropfen entspricht. Steht die Pumpe still, tritt kein Schmiermittel
bzw. keine Flüssigkeit
aus der Zuleitung aus, da Kapillarkräfte die Flüssigkeit bzw. das Schmiermittel in
der Zuleitung zurückhalten.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Pumpe einen Aktor umfasst, und dass der
Aktor in der Zuleitung oder an einem Ende der Zuleitung angeordnet ist.
Als Aktor wird dabei dasjenige Element der Pumpe angesehen, dessen
zeitabhängige,
insbesondere periodische Zustandsänderung, insbesondere Bewegung,
die Förderung
des Schmiermittels innerhalb der Zuleitung hin zu einer Auslassöffnung der
Zuleitung in das Lagerinnere bewirkt. Ist der Aktor in der Zuleitung
angeordnet, ist dieser in das Lager integriert angeordnet und insbesondere
in dem Lager vor äußeren Einflüssen geschützt aufgenommen.
Alternativ hierzu kann der Aktor an einem Ende der Zuleitung angeordnet
sein, so dass erst bei Einbau des Lagers eine Verbindung zwischen
dem Aktor und der Zuleitung hergestellt wird. Eine derartige Anordnung ermöglicht einen
Austausch bzw. eine Reparatur des Aktors, ohne das Lager selbst
austauschen zu müssen.
Der Aktor kann beispielsweise in einem Gehäuse, in dem das Lager aufgenommen
ist, oder an einem von dem Lager gelagerten Teil, beispielsweise einer
Welle, angeordnet sein.
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Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass der Aktor als piezoelektrischer Aktor ausgebildet
ist, der nach Art eines Stempels in die Zuleitung eingeführt werden kann
und das durch den Aktor in der Zuleitung verdrängte Volumen an Schmiermittel
innerhalb der Zuleitung in das Lager befördert.
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Alternativ
kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass der Aktor ein Heizelement
umfasst, wobei das Heizelement das in der Zuleitung befindliche Schmiermittel
lokal erhitzt und verdampft, so dass eine Volumenexpansion des Schmiermittels
stattfindet, die das Schmiermittel zu der in das Lagerinnere weisenden
Auslassöffnung
drängt.
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Piezoelektrische
Aktoren bzw. Heizelemente sind aus der Drucktechnik im Zusammenhang
mit Tintenstrahldruckern bekannt; für diese ist erwiesen, dass
Flüssigkeiten
in Form von Tropfen mit einem Volumen von einigen Pi colitern fördern können. Dabei
weisen piezoelektrische Aktoren bzw. Heizelemente Abmessungen von
weniger als 1 mm auf, so dass diese Platz sparend in das Lager integriert
werden können.
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Alternativ
kann hinsichtlich der Ausgestaltung des Aktors vorzugsweise vorgesehen
sein, dass der Aktor als mechanischer Aktor, insbesondere als Stößel oder
als Schalter, ausgebildet ist, wodurch sich elektronische Komponenten
des Aktors vermeiden lässt
und der Aktor besonders einfach und robust ausgebildet ist. Der
Stößel bzw.
Schalter kann dabei die Zuleitung zeitabhängig, insbesondere periodisch freigeben
bzw. verengen oder blockieren und derart eine Förderung des Schmiermittels
in der Zuleitung bewirken. Die zeitabhängige, insbesondere periodische
Bewegung des Stößels bzw.
Schalters kann dabei von der Bewegung der Teile des Lagers abgeleitet
sein, beispielsweise von Wälzkörpern, die
bei ihrer Bewegung bei Betrieb des Lagers einen Auslöser betätigen, der
seinerseits den Stößel oder
den Schalter betätigt.
Alternativ zu einer Ausbildung des mechanischen Aktors als Stößel oder
Schalter kann der Aktor auch als peristaltischer Schlauch ausgebildet sein,
der in einer mit Schmiermittel gefüllten Bohrung in einem der
Wälzkörper angeordnet
ist, wobei die bei der Bewegung des Wälzkörpers auftretenden mechanischen
Spannungen in dem Korpus des Wälzkörpers derart
auf den Schlauch übertragen werden,
dass ein Herauspressen des Schmiermittels nach Art einer peristaltischen
Pumpe ermöglicht
wird. Wiederum alternativ zu der Ausgestaltung des Aktors als peristaltische
Membran bzw. als Stößel oder Schalter
kann der mechanische Aktor eine Membran umfassen, die beispielsweise
periodisch angetrieben ist.
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Alternativ
kann hinsichtlich der Ausgestaltung des Aktors vorzugsweise vorgesehen
sein, dass der Aktor als elektrischer oder magnetischer Aktor, insbesondere
als elektrisches oder magnetisches Schaltelement, ausgebildet ist.
Hierbei kann ausgenutzt werden, dass die Lagerelemente bzw. Wälzkörper oder
Lagerkäfige
von Wälzlagern
metallische und meistens magnetische Eigenschaften aufweisen, wobei
bei Betrieb des Lagers zeitlich veränderli che, insbesondere periodische
Signale abgegriffen werden können,
die zur Betätigung
des Aktors vorgesehen sind. Der Aktor wirkt dabei wie ein magnetisch
oder elektrisch angesteuertes Relais, das die Zuleitung zeitlich,
insbesondere periodisch, freigibt bzw. verengt oder blockiert.
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Vorzugsweise
ist eine Steuer-Regelung für die
Pumpe vorgesehen, wobei die Steuer-Regelung einen Schmiermittelbedarf
in dem Lager ermittelt und die Pumpe in Abhängigkeit von dem ermittelten Schmiermittelbedarf
ansteuert. Auf diese Weise wird die Pumpe nur bei Bedarf in dem
Umfang tätig,
bis der Schmiermittelbedarf gedeckt ist.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels bzw. aus den
abhängigen
Ansprüchen.
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Die
Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die anliegende
Zeichnung näher
beschrieben und erläutert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schmiermittelzuführungssystems
für ein
erfindungsgemäßes Lager.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
abschnittsweise einen Innenring 1, einen Außenring 2 und
Wälzkörper 3 umfassendes Lager.
In dem Außenring 2 ist
eine kapillare Zuleitung 4 in Form einer Bohrung vorgesehen,
durch die Schmiermittel von einem nicht dargestellten, außerhalb
des Lagers befindlichen Vorrat an Schmiermittel in das Innere des
Lagers gefördert
wird. Für
das Fördern
des Schmiermittels in das Innere des Lagers ist eine Pumpe vorgesehen,
die als in der Zuleitung 4 angeordneter piezoelektrischer
Aktor 5 ausgebildet ist. An einem, dem Inneren des Lagers
zugekehrten Ende der Zuleitung 4 tritt Schmiermittel als
Schmiermitteltropfen 6 an einer Austrittsöffnung 7 in
den Zwischenraum zwischen den Lagerteilen aus.
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Die
Zuleitung 4 mit dem Schmiermittel sowie dem Schmiermitteltropfen 6 sind
Bestandteil eines Schmiermittelzuführungssystems, mittels dessen das
Lager mit Schmiermittel versorgt wird. Das Schmiermittelzuführungssystem
umfasst weiter eine Steuer-Regelung für den piezoelektrischen Aktor 5. Der
piezoelektrische Aktor 5 ist in der Zuleitung 4 so angeordnet,
dass er einen Durchmesser der Zuleitung 4 verengt bzw.
erweitert. Mit der Periode der sich verengenden Zuleitung 4 entsteht
ein Überdruck in
der Zuleitung 4, sodass an der Austrittsöffnung ein Schmiermitteltropfen
in das Lager abgegeben wird. Im darauf folgendem Zyklus der Zuleitungserweiterung
entsteht ein Unterdruck, der Schmiermittel aus dem Schmiermitteldepot
nachfördert.
Insbesondere bewirkt die kontinuierliche Betätigung des piezoelektrischen
Aktors 5 mit einer bestimmten, vorgegebenen Frequenz eine
Abgabe von Tropfen in bestimmten, der vorgegebenen Frequenz entsprechenden Zeitintervallen.
Ein periodisches Bewegen eines Plattenelementes des piezoelektrischen
Aktors 5 ermöglicht
eine stetige Förderung
des Schmiermittels in der Zuleitung 4, wobei die pro Zeitintervall
geförderte Menge
des Schmiermittels durch die Periode bzw. Amplitude einstellbar
ist, mit der der piezoelektrische Aktor 5 angesteuert wird.
Ein einmaliges Bewegen des Plattenelementes des piezoelektrischen
Aktors 5 bewirkt dabei ein kurzfristiges, einmaliges Austreten nur
eines einzelnen Schmiermitteltropfens 6.
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Die
Erfindung funktioniert nun wie folgt:
Erfasst die Steuer-Regelung
in dem Lager einen veränderten
Bedarf an Schmiermittel, verändert
die Steuer-Regelung die Frequenz des piezoelektrischen Aktors 5. Über die
Frequenz der periodischen Bewegung des piezoelektrischen Aktors 5 bzw. über dessen
Amplitude lassen sich die Menge des Schmiermittels in der Zuleitung 4,
die gefördert
wird, einstellen bzw. regeln. Die Frequenz von piezoelektrischen
Aktoren 5 ist über
einen großen
Bereich einstellbar und kann 10000 Hz übertreffen, so dass sich die
Fördermenge über einen
großen
Bereich einstellen lässt.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Lager ist das erste Lagerelement der
Wälzkörper 3 und
das zweite Lagerelement der Innenring 1 bzw. der Außenring 2,
wobei die Zuleitung 4 für
das Schmiermittel in dem Außenring 2 angeordnet
ist. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf Wälzlager
beschränkt
ist, sondern auch auf andere Arten von Lagern wie Gleitlagern übertragen
werden kann, bei denen ein Schmiermittelzuführungssystem Schmiermittel
zwischen ein erstes Lagerelement und ein zweites Lagerelement fördert, um
die Reibung zwischen dem ersten Lagerelement und dem zweiten Lagerelement herabzusetzen.
Bezogen auf ein Wälzlager
kann das Schmiermittelzuführungssystem
mit der Zuleitung 4 nicht nur in dem Außenring 2, sondern
auch in dem Innenring bzw. einem Wälzlagerkäfig, der die Wälzkörper des
Wälzlagers
aufnimmt, angeordnet sein.
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Ist
die Zuleitung in einem Wälzkörper des Wälzlagers
angeordnet, kann vorgesehen sein, dass die Zuleitung mit einem ebenfalls
in dem Wälzkörper befindlichen
Schmiermittelvorrat in Verbindung steht. Die Pumpe kann ebenfalls
in dem Wälzkörper vorgesehen
sein, etwa derart, dass der Aktor der Pumpe ein elektrisches oder
magnetisches Mittel umfasst, das in zeitlich veränderlichen, beispielsweise
periodischen Abständen
einen Bruchteil des Schmiermittels innerhalb der Zuleitung zu der
Auslassöffnung
der Zuleitung fördert.
Der Aktor kann in diesem Fall beispielsweise durch einen Dehnungsmessstreifen
gebildet sein oder ein anderes Mittel, das auf den Wälzkörper wirkende
Kräfte
erfasst und ein Signal liefert, auf das hin das Schmiermittel in
der Zuleitung gefördert
wird. Die Zuleitung kann nach Art einer peristaltischen Pumpe ausgebildet
sein, die die bei der Bewegung des Wälzkörpers auftretende Spannungen innerhalb
des Korpus des Wälzkörpers in
eine gerichtete Bewegung innerhalb der Zuleitung übersetzt.
Es versteht sich weiter, dass auch die elektrisch leitenden bzw.
magnetischen Eigenschaften des Wälzkörpers selbst
oder der Lagerringe ausgenutzt werden können, um ein Signal zu generieren,
das bewirkt, dass das Schmiermittel innerhalb der Zuleitung zu der
Auslassöffnung
der Zuleitung gefördert
wird. Es versteht sich, dass die beispielhaft für den Wälzkörper skizzierten Anordnungen
auch für
den Fall gelten, dass die Zuleitung für das Schmiermittel bzw. der Schmiermittelvorrat
an oder in einem Wälzlagerkäfig bzw.
einem Innen- oder Außenring
eines Wälzlagers vorgesehen
sind.
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Die
Erfindung ist ebenfalls nicht auf Wälzlager als solche beschränkt, sondern
kann auch für
andere Lagertypen wie Gleit- oder Linearlager vorgesehen werden;
das Schmiermittelzuführungssystem
mit einer Zuleitung kann so angeordnet sein, dass die Zuleitung
in einem der beiden Lagerelemente, beispielsweise der gelagerten
Welle bzw. Spindel, oder in der Führung der Welle bzw. Spindel,
angeordnet ist. Alternativ hierzu kann die Zuleitung des Schmiermittelzuführungssystems
auch außerhalb
der beiden Lagerelemente des Lagers vorgesehen sein, beispielsweise
in einem das Lager aufnehmenden Gehäuse oder einem der das Lager
umgebenden Bauteile, an denen das Lager angeordnet ist.
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Bei
dem vorstehenden Ausführungsbeispiel steuert
die Steuer-Regelung die als piezoelektrischen Aktor 5 ausgebildete
Pumpe in der Zuleitung 4. Es versteht sich, dass die Steuer-Regelung
auch weitere Bestandteile des Schmiermittelzuführungssystems steuern kann,
beispielsweise die Austrittsöffnung 7,
die als Verschluss ausgebildet sein kann. Ist der piezoelektrische
Aktor 5 in Betrieb, kann der Verschluss die Austrittsöffnung beispielsweise
verengen oder erweitern, um einen Einfluss auf die Größe des austretenden Schmiermitteltropfens 6 zu
nehmen. Weiter kann der Verschluss an der Austrittsöffnung 7 einen
Einfluss auf die Richtung nehmen, in die der Schmiermitteltropfen 6 die
Austrittsöffnung 7 der
Zuleitung 4 verlässt.
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Es
versteht sich ebenfalls, dass die Pumpe nicht als piezoelektrischer
Aktor 5 ausgebildet sein muss. Die Pumpe kann auch ein
Heizelement umfassen sein, das in der Zuleitung 4 angeordnet
ist. Das Heizelement verdampft lokal das Schmiermittel oder eine
Komponente des Schmiermittels mit niedriger Verdampfungstemperatur,
wobei die Volumenexpansion der verdampften Komponente des Schmiermittel weiteres
Schmiermittel in der Zuleitung 4 verdrängt und teilweise in das Innere
des Lagers fördert.
Ist dem Schmiermittel eine Komponente mit niedriger Verdampfungstemperatur
zugemischt, braucht das Schmiermittel selbst nicht zu verdampfen,
wobei insbesondere die chemische Zusammensetzung des Schmiermittels
weitgehend unverändert
bleibt. Alternativ zu einer Ausgestaltung des Aktors als piezoelektrischer
Aktor bzw. als Heizelement kann vorgesehen sein, dass der Aktor
als mechanischer Aktor, insbesondere als Schalter oder als Stößel oder
nach Art einer peristaltischen Pumpe, oder als elektrischer oder
magnetischer Aktor, insbesondere als elektrisches oder magnetisches
Schaltelement nach Art eines Relais, ausgebildet ist.
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Unabhängig von
der Ausbildung des Aktors kann ein Heizmittel vorgesehen sein, das
das in der Zuleitung 4 befindliche Schmiermittel erwärmt und dabei
dessen Viskosität
herabsetzt, so dass das Schmiermittel in der Zuleitung 4 schneller
gefördert werden
kann und an der Austrittsöffnung
der Zuleitung 4 pro Zeiteinheit mehr Schmiermitteltropfen 6 von
geringerer Größe austreten.
Durch Zu- oder Abschalten des Heizmittels kann damit, falls der
Aktor als piezoelektrischer Aktor ausgebildet ist, neben der Einstellung
der Frequenz bzw. Amplitude des piezoelektrischen Aktors ein weiterer
Freiheitsgrad genutzt werden, um die Menge des pro Schmiermitteltropfens 6 austretenden
Schmiermittels bzw. die Zahl der pro Zeiteinheit austretenden Schmiermitteltropfens 6 einstellen
zu können.
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Im
Hinblick auf die Herabsetzung der Viskosität des Schmiermittels kann weiter
vorgesehen sein, dass dem Schmiermittel ein Lösungsmittel als Bestandteil
zugesetzt ist, das die Viskosität
des Schmiermittels herabsetzt und im Falle des Austretens des Tropfens
in das Lager sich verflüchtigt.
Es versteht sich, dass alternativ zu dem Zusatz eines Lösungsmittels
zu dem Schmiermittel das Schmiermittel auch so gewählt sein
kann, dass dessen Viskosität
unter mechanischer Beanspruchung, insbesondere unter periodischer
Beanspruchung mit kurzer Periode, abnimmt. Weiter haben beispielsweise
Methanol, Ethanol und andere leichtflüchtige Alkohole als Bestandteile
des Schmiermittels die Wirkung, bei Austritt des Schmiermitteltropfens 6 aus
der Auslassöffnung
zu verdampfen und damit eine Kühlwirkung in
dem Inneren des Lagers zu erzielen. Es versteht sich weiter, dass
das Lösungsmittel
bzw. der leichtflüchtige
Zusatzstoff dem Schmiermittel bereits zugesetzt sein kann, aber
auch, dass für
das Lösungsmittel
bzw. den leichtflüchtigen
Zusatzstoff ein eigener Vorrat vorgesehen sein kann, der im Bedarfsfalle
geöffnet
wird, so dass das Lösungsmittel
bzw. der leichtflüchtige
Zusatzstoff in das Schmiermittel zugefügt wird.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel war die Pumpe
in der Zuleitung 4, also zwischen der Auslassöffnung 7 und
einer in das Korpus des Außenrings 2 führenden
Einlassöffnung
angeordnet. Es versteht sich dabei, dass die Pumpe ebenfalls außerhalb
der Zuleitung 4, allerdings in direkter Nähe zu der
Zuleitung 4, angeordnet sein kann, beispielsweise angrenzend
an die Einlassöffnung.
Eine Verbindung zwischen der Pumpe bzw. einem Aktor der Pumpe einerseits
und der Zuleitung 4 wird dann erst bei der Montage des
Lagers hergestellt. Der Aktor der Pumpe kann ein mechanischer Aktor
sein; hierzu kann vorgesehen sein, dass die Pumpe als Aktor eine
Membran umfasst, die beispielsweise periodisch angetrieben ist,
und dabei zeitweise in die Zuleitung 4 hineinragt, wodurch
das Schmiermittel in der Zuleitung 4 gefördert wird.
Die Membran kann beispielsweise hydraulisch oder mit Druckluft angetrieben
sein. Der Antrieb für
die Membran kann dabei an dem Gehäuse des Lagers vorgesehen sein;
alternativ ist es möglich,
die Membran selbst und ihren Antrieb an dem Gehäuse anzuordnen. Es versteht
sich, dass die Membran bzw. ihr Antrieb auch in der von dem Lager
aufgenommenen Welle angeordnet sein kann.
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Es
versteht sich ferner, dass nicht nur eine Zuleitung 4 vorgesehen
sein kann. Sind mehrere Zuleitungen vorgesehen, kann einem erhöhten Bedarf an
Schmiermittel dadurch entsprochen werden, dass zur Förderung
des Schmiermittels einige oder alle der weiteren Zuleitungen herangezogen
werden. Es versteht sich weiter, dass der in der projizierten Lebensdauer
des Lagers zu erwartende Schmiermittelbedarf auf mehrere Reservoirs
verteilt sein kann, deren jedes eine Zuleitung aufweist, und dass
bei Erschöpfung
eines der Reservoirs als aktives Reservoir die Versorgung des Lagers
mit Schmiermittel durch eines der anderen Reservoirs übernommen
wird. Die weiteren Reservoirs dienen für den Fall, dass das aktive
Reservoir ausfällt,
als Ersatz für
das aktive Reservoir.
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Es
versteht sich weiter, dass die Erfindung auch für andere Schmiermittel von
flüssiger
Konsistenz sowie für
Schmiermittel wie Graphit oder Suspensionen fester Schmiermittel
eingesetzt sein kann.
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Die
Erfindung ist nicht nur auf Schmiermittel als zu fördernde
Flüssigkeit
beschränkt,
sondern betrifft ebenfalls andere Flüssigkeiten, einschließlich, aber
nicht beschränkt
auf, die eingangs genannten beispielhaften Fälle von Flüssigkeiten.
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- 1
- Innenring
- 2
- Außenring
- 3
- Wälzkörper
- 4
- Zuleitung
- 5
- piezoelektrischer
Aktor
- 6
- Schmiermitteltropfen
- 7
- Austrittsöffnung