JP6150459B2 - 調量装置、潤滑システムおよび予め規定された潤滑剤量を送出するための方法 - Google Patents

調量装置、潤滑システムおよび予め規定された潤滑剤量を送出するための方法 Download PDF

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Description

本発明は、調量装置、潤滑システムおよび予め規定された潤滑剤量を送出するための方法に関する。
互いに対して相対運動を実施する機械および機械部分の多くの構成部分は、軸受けを用いて案内され、これによりたとえば摩耗または騒音発生が減じられ、こうして当該機械もしくは当該構成部分の寿命および/または保守インターバルが高められる。軸受けはこの場合、種々異なる多数の実施形態で、たとえば滑り軸受けまたは転がり軸受けとして使用される。軸受けを用いて案内されるべき相対運動の種類により、使用される軸受け技術は少なくとも部分的に決定される。たとえば直線運動用の直動軸受けは、構成部分間の回転運動(回転)を可能にするその他の軸受けとは区別される。
こうして、軸受けは、相対運動が発生するほとんど全ての機械的なコンポーネントにおいて使用される。この場合、機械の使用中に軸受けに課せられる種々の要求は、部分的には極めて明瞭に区別される。幾つかの用途においては軸受けの負荷がほとんど生じないか、もしくは極めて僅かな負荷しか生じないが、それに対して、たとえば静的な機械的負荷、環境条件(たとえば温度、腐食性媒体、機械に作用する衝撃状の運動)、または速度発生または加速に基づいて、軸受けが特に著しく負荷されるような別の使用領域も存在する。
他ならぬ、このように要求の多い軸受けの範囲においてこそ、軸受けへの潤滑剤のコントロールされた供給を保証することが極めて推奨され得る。すなわち、研究の結果、軸受け故障のうちのかなりの割合が、間接的または直接的に不十分な潤滑に帰因され得るものであることが判っている。潤滑剤の不十分な供給、すなわち不十分な潤滑自体の他に、特に当該軸受けの汚染が、間接的に、不十分な潤滑にも帰因され得る。軸受け故障のさらに別の原因は、しばしば取付けミス、過負荷、機械的な支承ミスの発生、あるいはまた操作ミス(ハンドリングミス)の領域に見い出すことができる。
軸受けに課せられた要求が増大するにつれて、同じく、軸受けの潤滑に課せられる要求も増大する。たとえば工作機械の領域では、現在、20000回転/分(r.p.m.)、40000r.p.m.または60000r.p.m.およびそれを上回る回転数を可能にする高速スピンドルがますます多く使用されつつある。かなりの器具の場合、それどころか100000r.p.m.よりも高い回転数(たとえば最大150000r.p.m.)が使用される。このような器具は、一方では高い回転数に基づき、他方では制約を加えられた範囲でしか利用できない構成スペース事情に基づき、軸受けに対しても潤滑に対しても極めて高い要求を課している。
軸受けが使用される別の工業的な分野も、調量精度、反応時間、移動性および連続性、モニタリング(監視)、環境適合性および潤滑剤供給の信頼性に対して、ますます増大する要求を課している。しばしば、使用される潤滑剤量を減少させ、かつ機械の空気消費量を減少させることも望まれている。
コンベンショナルなグリース潤滑は、しばしば高い回転数においては、もはや実施不可能となり、それどころか、かなりの使用事例においては不都合であることが判っている。
コンベンショナルには、現在しばしば軸受けのオイル+エア潤滑が使用される。この場合、軸受けには、側方でノズルからオイルミストもしくはストリーク(Schlieren)が吹き付けられる。この場合、ノズルの内部にオイルが導入され、次いでこのオイルは補助空気流(たとえば圧縮空気)により連行されて、ノズルを通って軸受けへ運ばれる。圧縮空気の消費量が著しく、かつ圧縮空気を発生させることが著しいエネルギ消費量を招くという不都合の他に、補助空気流によって湿分および/または不純物も一緒に持ち込まれる恐れがある。持ち込まれた湿分および/または不純物は軸受け内に沈積して、損傷をもたらす恐れがある。
オイル+エア潤滑では、オイルがノズル内に導入され、ノズル内で確率的もしくは統計的なプロセスの枠内で補助空気によって捕捉され、そしてノズルを通って転がり軸受けへ向かって加速される。この場合、どの程度正確なオイル量が軸受けへ搬送されるのかは、ほとんどコントロール可能ではない多数の条件に依存している。すなわち、たとえばノズル内のオイルレベルは変動する。また、どの程度の量のオイルが補助空気流により連行されるのかも、純然たる統計学的なプロセスであると云える。
これにより、オイル+エア潤滑は、しばしば均一なオイル供給を可能にせず、したがって不正確となり得る。なぜならば、ノズルの内部の正確にどこにどのくらいの量のオイルが存在するのか、そしてどのくらいの量のオイルが規定の時点にノズルを通ってストリークの形で流出するのかが不明確であるからである。このような不確定要素に基づき、潤滑が実施されているにもかかわらず、特定の時点で軸受けの過剰潤滑または不足潤滑が生じてしまう恐れがある。これにより、オイル+エア潤滑は、動作にある程度の遅延時間(Latenzzeit)を有する場合があり、すなわち、このようなオイル+エア潤滑は「鈍い」と感じられる。
上記背景技術に基づき、機械の機械部分への潤滑剤の一層正確な送出もしくは一層厳格に規定された送出を可能にしたいという要求が生じている。したがって、本発明の課題は、このような要求に十分に応えることのできる調量装置、潤滑システムならびに予め規定された潤滑剤量を送出するための方法を提供することである。
この課題を解決するために、本発明による、予め規定された潤滑剤量を送出するための調量装置の構成では、潤滑剤リザーバが設けられていて、該潤滑剤リザーバは、潤滑剤を収容しかつ該潤滑剤リザーバに設けられた流出部を介して加圧下に潤滑剤を送出するために構成されており、調量ユニットが設けられていて、該調量ユニットがマイクロ弁を有しており、該マイクロ弁は潤滑剤リザーバの流出部に、流れが流通するように接続されていて、予め規定された潤滑剤量を、規定された形で送出するために構成されており、調量ユニットが潤滑剤リザーバから空間的に分離可能であるようにした。
上記課題を解決するために、本発明による潤滑剤システムの構成では、上記本発明による調量装置が設けられており、潤滑したい機械部分を備えた機械が設けられており、該機械部分は調量ユニットのマイクロ弁に、流れが流通するように接続されており、これによりマイクロ弁が、予め規定された潤滑剤量を、規定された形で前記機械部分へ送出するようになっており、潤滑剤リザーバが、調量ユニットから空間的に分離されて配置されているようにした。
さらに、上記課題を解決するために、本発明による、予め規定された潤滑剤量を送出するための方法では、潤滑剤を潤滑剤リザーバから加圧下に、空間的に分離された調量ユニットに設けられたマイクロ弁に送出し、該マイクロ弁を介して機械の機械部分に、予め規定された潤滑剤量を規定された形で送出するようにした。
本発明の根底を成す認識は、機械の、潤滑したい機械部分のできるだけ近くに配置することのできるマイクロ弁の使用により、予め規定された潤滑剤量の一層正確な送出もしくは一層厳格に規定された送出が可能になるということである。供給経路では、漏れまたは別の望ましくない効果に基づいて潤滑剤が損失するので、このような構成により供給経路を短くして、改善された精度を有する潤滑剤供給を達成することができる。潤滑剤リザーバは、場合によってはより多くのスペースが提供されている別の場所に取り付けることができる。マイクロ弁はこの場合、入口側で潤滑剤リザーバの流出部に、流れが流通するように接続されている。潤滑剤リザーバは加圧下に潤滑剤をマイクロ弁に送出する。これにより、機械の機械部分の改善された潤滑を可能にすることができる。なぜならば、当該機械部分の近傍で調量を行うことができるからである。
この場合、「予め規定された潤滑剤量」とは、単独の送出サイクルの予め規定された送出時間にわたり連続的に送出された、予め規定された潤滑剤量を意味するだけでなく、1回よりも多い送出サイクルにわたる、中断された、または連続的に送出されていない相応する潤滑剤量をも意味する。この場合、送出サイクルはその時間に関して互いに異なっていてよい。また、1回または複数回の送出サイクルの間、時間的な通流出力をコントロールもしくは制御して変化させることができる。また、「予め規定された潤滑剤量」とは、連続的に、しかし場合によってはその時間的な通流出力に関してコントロールもしくは制御されて変化する、所定の送出時間にわたって送出された潤滑剤流をも意味する。言い換えれば、予め規定された潤滑剤量は規定された形で、かつ非統計的にマイクロ弁によって、潤滑したい機械部分へ送出される。
マイクロ弁はこの場合、マイクロ弁の入口に、加圧下にある潤滑剤が提供されるように潤滑剤リザーバの出口に接続されている。その場合、この潤滑剤をマイクロ弁によって遮断するか、またはマイクロ弁の出口にまで通すことができる。言い換えれば、マイクロ弁は潤滑剤リザーバの出口に、流れが流通するように接続されている。
マイクロ弁は、たとえばピストン弁、ダイヤフラム弁、ポペット弁、ボール弁、スプール弁として、または別の弁技術によって実現され得る。マイクロ弁は、たとえば電磁弁、つまり電磁式の弁または電気機械式の弁として構成されていてよい。
潤滑剤は、たとえば液状媒体であってよい。このような液状媒体としては、たとえばオイル、あるいはまた低粘度グリースおよび別の液状の潤滑剤が挙げられる。
言い換えれば、調量装置もしくはマイクロポンプは、予め規定された潤滑剤量を機械の機械部分に、規定された形で送出するか、もしくは規定された形でディスペンシングするか、もしくは当該機械部分に規定された形で吐出するか、もしくは当該機械部分に規定された形で導入する、つまり統計的な手段でのみ送出するのではなく、コントロールされた形式で送出するために構成されている。
1実施形態による調量装置では、マイクロ弁が、多くとも10μlである微少量の潤滑剤を、予め規定された潤滑剤量として規定された形で送出するために構成されていてよい。別の実施形態では、微少量の潤滑剤量が5μl、1μl、750nl、500nl、300nl、200nl、100nlまたは50nlに相当していてよい。この場合、1μl=1mmおよび1nl=10−3μl=10−3mmの関係が成り立つ。
1実施形態による調量装置では、マイクロ弁が、制御信号に応答して、完全に閉じられた状態から完全に開かれた状態へ切り換え、そして所定の送出時間にわたり予め規定された潤滑剤量を送出するために構成されている。このマイクロ弁は、たとえばこのマイクロ弁が、完全に開かれた状態にある限り、予め規定された潤滑剤量を送出するように構成されていてよい。
マイクロ弁は基本的に、シール機能を持った制御弁として構成されていてもよいので、このマイクロ弁は、「完全に開かれた状態」および「完全に閉じられた状態」以外に、よりも多くの状態を占めることができる。したがって、マイクロ弁は、マイクロ弁の状態を、マイクロ弁が、「完全に開かれた状態」とも「完全に閉じられた状態」とも異なる少なくとも1つの別の規定された状態を占めることができるように変えることにより、予め規定された潤滑剤量の開ループ制御または閉ループ制御を少なくとも部分的に可能にするために構成されていてよい。この場合、この状態が、規定可能な時間でのマイクロ弁の意図された制御により達成可能である場合、この状態は規定されている。
別の実施形態では、マイクロ弁が、「完全に開かれた状態」および「完全に閉じられた状態」しか占めることができないようにするために構成されていてもよい。言い換えれば、このマイクロ弁は2ポート2位置マイクロ弁あるいはまた遮断弁であってよい。
制御信号はこの場合、たとえば電気的、機械的、光学的または磁気的に形成され得る。信号の提供、特徴的な値(たとえば電圧値、電流値、強さ、電界強さ、流れ密度)に関する信号の変化、あるいはまたこのような信号の遮断により、制御信号を発生させることができる。
1実施形態による調量装置は、多数のマイクロ弁を有していてよい。この場合、多数のマイクロ弁は潤滑剤リザーバの流出部に、流れが流通するように接続されている。この場合、これら多数のマイクロ弁は互いに異なって構成されていてもよい。すなわち、たとえば多数のマイクロ弁のうちの1つのマイクロ弁が、シール機能を有する制御弁として構成されていて、多数のマイクロ弁のうちの別の1つのマイクロ弁が2ポート2位置マイクロ弁として構成されていてよい。
これにより、中央の1つの潤滑剤リザーバから複数のマイクロ弁を介して種々異なる機械部分または構成部分に潤滑剤を供給することができる。
1実施形態による調量装置はさらに流量センサを有していてよい。この流量センサは、潤滑剤リザーバからその出口を通って流出しかつ/またはマイクロ弁を通って流れる潤滑剤の通流量が測定可能となるように配置されかつ構成されている。通流量はこの場合、潤滑剤の、マイクロ弁を通って流れる量の容量または質量であってもよい。また、潤滑剤リザーバから流出した潤滑剤の容量または質量であってもよい。
流量センサは、たとえば機械・容量式の測定方法、作用圧式測定方法または動圧式測定方法、熱的な方法、音響的な測定方法、磁気誘導式の測定方法、光学的な測定方法またはジャイロスコープ式の測定方法を使用することができる。
調量装置が複数のマイクロ弁を有していると、調量装置は同じく複数の流量センサを有していてよい。すなわち、これら複数のマイクロ弁はそれぞれ1つの流量センサに接続されているか、もしくは1つの流量センサに1つのマイクロ弁が対応していてよいので、各マイクロ弁のために潤滑剤流が、別の潤滑剤流とは無関係に測定可能となる。
流量センサはこの場合、通流量に関する情報を包含するセンサ信号を提供するか、または送出することができる。
これにより、マイクロ弁により送出された潤滑剤量を監視して、予め規定された潤滑剤量と比較することが可能になり得る。これにより、運転中の調量装置の検査または較正を可能にすることができる。また、場合によっては、マイクロ弁により送出された潤滑剤量のニューマチック式(空気力式)の監視および/または制御を行うこともできる。
1実施形態によるこのような調量装置はさらに、迂回弁を備えた迂回管路を有していてよい。この場合、迂回管路は前記流量センサに対して並列に接続されており、これにより前記流量センサを通る潤滑剤の通流が、迂回弁によって迂回管路へ部分的にまたは完全に切換可能である。そこで、迂回管路は流量センサの第1の接続部と第2の接続部とに接続されていてよい。迂回弁は、たとえば遮断弁または2ポート2位置弁であってよい。遮断弁または2ポート2位置弁は、迂回管路に配置されていて、この迂回管路を通る潤滑剤流を阻止することができる。迂回弁は、たとえば3ポート2位置弁であってもよく、その場合、潤滑剤流は通流センサと迂回弁との間で交互に切換可能となる。調量装置が、1つよりも多いマイクロ弁と、1つよりも多い流量センサとを有している場合、調量装置はオプショナルに、1つよりも多い流量センサのために、すなわちたとえば幾つかの流量センサまたは全ての流量センサのために、迂回弁を備えた迂回管路を有していてよい。
これにより、場合によっては流れ抵抗の低減、あるいはまた流量センサの負荷軽減を得ることができる。このような流れ抵抗の低減もしくは流量センサの負荷軽減は、場合によっては流量センサの寿命延長および/または保護のために寄与することができる。
1実施形態による調量装置では、潤滑剤リザーバが、ばねエレメントによって負荷されたピストンまたはばねエレメントによって負荷されたダイヤフラムを有していてよい。この場合、ピストンまたはダイヤフラムは、収容された潤滑剤を加圧下にもたらすことができるように配置されている。この場合、ばねエレメントは、たとえば圧縮ばね、引張ばね、空気ばね、ガス圧ばね、トーションばね、トーションバーばね、曲げばねまたはエラストマばねまたは別のばねタイプを包含することができる。1実施形態による調量装置では、潤滑剤リザーバが、収容された潤滑剤に圧力を加えるために構成されていてよい。使用されるばねタイプに応じて、種々異なるばねジオメトリ(幾何学的形状)を使用することができ、たとえば幾つかの例を挙げるとすれば、コイルばね、樽形コイルばね、皿ばねまたは板ばねを使用することができる。これにより、場合によっては外部の圧力源、すなわちたとえばポンプまたは圧縮空気供給部を節約することができる。
1実施形態による調量装置では、潤滑剤リザーバが、外部圧力下にある媒体または圧送媒体のための媒体接続部を有していてよい。この場合、この媒体接続部は潤滑剤リザーバの第1の部分容積に、流れが流通するように接続されている。潤滑剤リザーバは、潤滑剤を収容するために第2の部分容積を有しており、この場合、第1の部分容積と第2の部分容積とは、圧力が伝達されるように互いに接続されている。
第1の部分容積と第2の部分容積とは、圧力が伝達されるように互いに接続されているので、両部分容積のうちの一方の部分容積に形成された圧力は他方の部分容積に伝達可能となる。媒体が、たとえばガス状の媒体、たとえば空気または別のガスまたはガス混合物である場合、両部分容積は直接に、つまりたとえば1つの共通の容器または圧力容器内で、または管接続部またはホース接続部を介して互いに接続されていてよい。たとえば、潤滑剤の汚染を減少させるか、または阻止するために、たとえば媒体と潤滑剤との分離が推奨されるか、または必要とされる場合には、第1の部分容積と第2の部分容積との間に、移動可能または変形可能な分離体、たとえば移動可能または変形可能なダイヤフラムまたは移動可能なピストンが配置されていてよい。この場合、分離体は、第1の部分容積内の媒体と、第2の部分容積内に収容された潤滑剤との直接的な接触を阻止するか、または減少させるために構成されている。
移動可能な分離体を用いた構成が示すように、実施形態では、第1の部分容積と第2の部分容積とが、その大きさもしくは容積値に関して可変であってよい。
これにより場合によっては、より大きな潤滑剤リザーバを設けることが可能となる。なぜならば、圧力を発生させるコンポーネントまたは器具(たとえばポンプ)のための付加的な構成スペースを不要にすることができるからである。
1実施形態によるこのような調量装置では、媒体がガス状であってよく、潤滑剤リザーバが弁ユニットを有しており、この弁ユニットは、潤滑剤リザーバの媒体接続部を第1の部分容積から分離可能にし、第1の部分容積内の過圧を減圧可能にするために構成されている。弁ユニットは、たとえば漏れ部を有していてよい。この漏れ部により、ガス状の媒体は周辺部または捕集システムまたは導出システムに移送され得る。これにより場合によっては、一層容易な保守または潤滑剤による潤滑剤リザーバの一層容易な充填または後充填を可能にすることができる。
1実施形態による調量装置では、潤滑剤リザーバが、潤滑剤リザーバ内に収容された潤滑剤の貯蔵量を検出可能にしかつ貯蔵量に関する情報を有するセンサ信号を制御ユニットへ伝送するために構成されている充填レベルセンサを有していてよく、かつ/または潤滑剤リザーバが、潤滑剤リザーバ内に収容された潤滑剤の圧力を検出可能にし、かつ圧力に関する情報を有するセンサ信号を制御ユニットへ伝送するために構成されている圧力センサを有している。
充填レベルセンサとしては、基本的にあらゆる種類のセンサ、すなわちたとえば光学的、機械的、熱的または電気的に作動するセンサを使用することができる。要求内容に応じて、種々異なる実施形態において、センサ信号は所定の閾値に関する貯蔵量の過不足のみを表示することができる。言い換えれば、貯蔵量に関するセンサ信号は、貯蔵量が所定の閾値を下回ったか、または上回ったという情報しか包含することができない。この場合、閾値は予め規定されているか、プログラミング可能であるか、または変更可能である。
別の実施形態では、充填レベルセンサが、貯蔵量に関する別の情報を包含するセンサ信号を提供するために構成されていてもよい。すなわち、充填レベルセンサは、たとえば、所定の最小値と最大値との間で連続的な値、準連続的な値または種々異なる多数の離散値を包含するか、もしくは取ることのできる、貯蔵量に関する情報を有することができる。
圧力センサも、相応して種々異なる技術を用いて構成されていてよい。このような圧力センサは、たとえばピエゾ抵抗型の圧力センサとして、圧電式の圧力センサとして、周波数アナログ式の圧力センサとして、ホール素子形の圧力センサとして、磁気抵抗型の圧力センサとして、容量型の圧力センサとして、または誘導型の圧力センサとして構成されていてよい。
このセンサも、所定の閾値に対する過不足のみを表示するか、またはセンサ信号の枠内で別の情報をも提供することができるように構成されていてよい。したがって、圧力センサについても、潤滑剤リザーバ内に収容された潤滑剤の圧力もしくは圧力値に関して、上で述べた説明が該当する。
これにより、場合によっては、当該調量装置が接続もしくは連結されている機械の運転は一層確実になり得る。なぜならば、故障、エラーあるいはまた保守の必要性の発生が早期に認識可能となり得るからである。
1実施形態による調量装置は、調量ユニットを有していてよい。調量ユニットはマイクロ弁を有しており、調量ユニットは潤滑剤リザーバから空間的に分離可能である。このような実施形態では、マイクロ弁を、機械の、潤滑したい機械部分のできるだけ近くに配置することができる。供給経路内では、漏れまたは別の望ましくない効果に基づいて潤滑剤が失われるので、このような構成により、供給経路を短くすることにより、改善された精度を有する潤滑剤供給が達成可能となる。潤滑剤リザーバは、場合によってはより多くの構成スペースが提供されている別の場所に設けることができる。1実施形態によるこのような調量装置では、調量ユニットと潤滑剤リザーバとが、少なくとも50cm互いに空間的に分離可能であってよい。1実施形態による調量装置は、唯一つのシステムコンポーネントとしてのみ構成されているのではなく、それどころか空間的に分離可能な個別コンポーネントによっても構成され得る。すなわち、調量装置は、調量ユニットと潤滑剤リザーバとが少なくとも0.5m、少なくとも1m、少なくとも2m、少なくとも5mまたは少なくとも10m互いに空間的に分離可能となるように構成されていてよい。これにより、機械もしくはその機械部分あるいは別の、たとえば法律的な限界条件から生ぜしめられる限界条件に対する調量装置の一層良好な適合を生ぜしめることができる。
1実施形態によるこのような調量装置では、潤滑剤リザーバが、第1のハウジングを有しており、調量ユニットが、該第1のハウジングとは異なる第2のハウジングを有していてよい。すなわち、潤滑剤リザーバおよび/または調量ユニットはそれぞれ1つの別個の、つまり専用のハウジングを有していてよい。潤滑剤リザーバおよび/または調量ユニットは、当該ハウジング内に完全に、または少なくとも部分的に配置されていてよい。これにより、場合によっては既存のシステムもしくは機械内への一層容易な組込みを得ることができる。
1実施形態によるこのような調量装置では、潤滑剤リザーバと調量ユニットとが、1つの管路を介して潤滑剤リザーバの流出部を調量ユニットに接続可能にするために、それぞれ1つの管路のための1つの接続部を有していてよい。この場合、管路のための接続部は、所定の外径と所定の内径とを有する中空円筒状の管路を収容し得るようにするために構成されている。1実施形態によるこのような調量装置では、潤滑剤リザーバの流出部と調量ユニットとが、オプショナルに、流れが流通するように管路に接続されていてよい。この場合、管路は、少なくとも潤滑剤リザーバの流出部寄りの端部と、調量ユニット寄りの端部とにおいて中空円筒状に形成されている。
管路のための接続部を設けることにより、潤滑剤リザーバと調量ユニットとを1つの管路によって接続することができる。管路は少なくとも所定の区分において、特に接続部の範囲において、所定の内径と所定の外径とを有する中空円筒体の形に形成されている。内径および外径は、搬送したい潤滑剤量および/または形成された圧力特性、すなわちたとえば潤滑剤リザーバ内の潤滑剤の圧力に適合されている。すなわち、たとえば約2mm〜約20mmの外径を使用することができる。別の実施形態では、外径の上側の値が場合によっては20mmよりも下であり、たとえば15mm、10mm、8mmまたは5mmである。すなわち、たとえば2.5mmの外径を有する管路のための接続部が設けられていてよい。
内径は、外径の値と、管路の肉厚さの2倍の値との差から得られる。外径に応じて、管路の肉厚さは0.1mm〜5mmであってよい。極端に小さい内径(値0)またはそれどころか純計算上、負となる内径が生ぜしめられない限りは、使用される外径、使用条件および使用分野に応じて、肉厚さの最小値と最大値は互いに無関係に変化することができる。したがって、最小値としても、最大値としても、とりわけ0.2mm、0.3mm、0.5mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.5mmおよび2mmが挙げられる。
管路はこの場合、少なくとも管路に沿って所定の区分において、圧力を加えられた場合でも内径および/または外径の変化を示さないか、もしくは無視し得る程度の僅かな変化しか示さない材料から製作されている。これにより、場合によっては管路内で圧力降下または圧力上昇が生じた場合でも、管路の内容積の変化が行われないか、もしくは無視し得る程度の極めて僅かな変化しか行われない。たとえば、マイクロ弁への潤滑剤供給を信頼性良く可能にするためには、内容積の変化が、平均潤滑剤量または最小潤滑剤量に関して25%よりも少ない、10%よりも少ない、5%よりも少ない、2%よりも少ない、1%よりも少ない、0.5%よりも少ない、0.2%よりも少ない、または0.1%よりも少ない場合には、変化は無視し得るものとなり得る。
ある程度のフレキシブル性が必要とされる場合には、ホース管路を使用することもできるが、ただしこの場合、ホース管路の適当な材料選択によりホース管路もしくは当該区分の内容積が変化しないこと、または無視し得る程度にしか変化しないことが確保されなければならない。
1実施形態による調量装置はさらに制御回路を有していてよい。この場合、マイクロ弁は、制御信号に応答して、予め規定された潤滑剤量を送出するために構成されている。この場合、制御回路は、制御信号をマイクロ弁に送出するようにマイクロ弁に結合されかつ構成されている。調量装置がさらに流量センサを有していると、制御回路は、流量センサからセンサ信号を受信しかつこのセンサ信号に基づいて制御信号を提供するように、オプショナルに流量センサにも結合されかつ構成されていてよい。すなわち、制御回路は、たとえばマイクロ弁の送出時間または開放時間または閉鎖時間をセンサ信号に基づいて測定することができる。
調量装置がオプショナルに充填レベルセンサおよび/または圧力センサを有していると、制御回路はオプショナルに、このセンサ信号に基づいても制御信号を提供するか、または送出するために構成されていてよい。たとえば、潤滑剤リザーバ内に十分な潤滑剤量が存在しないこと、つまりたとえば貯蔵量の下側の閾値が下回れられたこと、または潤滑剤リザーバから潤滑剤が送出される際の圧力が所定の閾値を下回ったことをセンサ信号が表示すると、場合によっては前記センサ信号に基づいて制御信号は遮断されるか、または引き止められ得る。
オプショナルには、制御回路は、エラーまたは故障状況が発生しているという情報を有することのできるエラー信号を提供するか、または送出することができる。オプショナルに制御回路は、どのような種類の故障またはエラーが発生しているのかという情報を有するようにエラー信号を送出することもできる。
制御回路は、調量装置の独立したコンポーネントとして、潤滑剤リザーバおよび/またはマイクロ弁から空間的に分離されて形成されていてよい。しかし、制御回路は、同じくマイクロ弁を有する調量ユニットの一部として、あるいはまた潤滑剤リザーバの一部として実現されていてもよい。制御回路は、機械の一部として、たとえば工作機械の一部として、SPS回路もしくはPLC回路として、または別個の制御コンピュータとして形成されていてもよい(SPS=Speicherprogrammierbare Steuerung=英語:Programmable Logic Controller=PLC)。
1実施形態による調量システムでは、機械部分が、転がり軸受け、滑り軸受け、直線運動用の直動転がり軸受けまたは直動滑り軸受けであってよい。この場合、機械部分は転動路または滑動路に孔を有しており、この孔は、予め規定された潤滑剤量を、規定された形で転動路または滑動路に送出するために、流れが流通するようにマイクロ弁に接続されている。転動路または滑動路は、たとえば転がり軸受けの内側リング、つまり内レースまたは外側リング、つまり外レースの転動路であるか、あるいはまたプロファイルレールキャリッジまたはプロファイルレール(成形レール)の滑動路であってよい。
前記孔はこの場合、転がり軸受け、滑り軸受け、直線運動用の直動転がり軸受けまたは直動滑り軸受けの転動路または滑動路に、もみ下げ部、たとえばプロファイルもみ下げ部(成形もみ下げ部)を有していてよく、これにより転動路または滑動路の表面性質、滑り軸受けまたは直動滑り軸受けの滑動特性または転がり軸受けまたは直動転がり軸受けの転動路に沿った転動体の転がり特性が改善される。もみ下げ部の他に、滑動路または転動路は別のバリ取り部をも有していてよい。
1実施形態による調量システムでは、マイクロ弁が、一貫した管路システムを介して機械部分に接続されていてよい。この管路システムは、予め規定された潤滑剤量の送出時に管路システムの容積(内容積)の変化を有しないか、または無視し得る程度の僅かな変化しか有しない。一貫した管路システムは、たとえば、加えられる圧力を考慮して管路システムの容積の変化を有しないか、または無視し得る程度の僅かな変化しか有しない1種または数種の材料から製作されていてよい。たとえば容積の変化が、平均潤滑剤量または最小潤滑剤量に関して25%よりも少ない、10%よりも少ない、5%よりも少ない、2%よりも少ない、1%よりも少ない、0.5%よりも少ない、0.2%よりも少ない、または0.1%よりも少ない場合には、変化は無視し得るものとなり得る。
一貫した管路システムはこの場合、複数の部分から構成されていてよい。すなわち、たとえばこの管路システムは、1つまたは複数の管路区分、1つまたは複数のホース区分または大きなワークにおいて孔の形で形成された管路を有していてよい。管路は、たとえば毛管状管路であってよい。
しかし、一貫した管路システムは、潤滑剤がギャップを越えて搬送されてしまうような区分を有していない。特にこのような管路システムは、潤滑したい機械部分に潤滑剤を吹き付けるノズルを有していない。
これにより、予め規定された潤滑剤量の送出を場合によっては改善することができる。なぜならば、小さな容積を考慮して、既に管路システムの内容積の小さな変化が精度にとって不都合となり得るからである。
すなわち、1実施形態による調量システムでは、流れが流通するように、潤滑剤リザーバの流出部が管路システムを介してマイクロ弁に接続されている。この管路システムは、予め規定された潤滑剤量の送出時に管路システムの容積(内容積)の変化を有しないか、または無視し得る程度の僅かな変化しか有しない。
1実施形態による調量システムでは、調量装置が調量ユニットを有していてよい。この場合、調量ユニットはマイクロ弁を有しており、潤滑剤リザーバは調量ユニットから空間的に分離されて配置されている。このような実施形態では、マイクロ弁を、機械の潤滑したい機械部分のできるだけ近くに配置することができる。供給経路では、漏れまたは別の望ましくない効果に基づいて潤滑剤が損失するので、このような構成により、供給経路を短くすることにより、改善された精度を有する潤滑剤供給が達成可能となる。潤滑剤リザーバは、場合によってはより多くのスペースが提供されている別の場所に取り付けることができる。1実施形態によるこのような調量システムでは、調量ユニットが潤滑剤リザーバから空間的に間隔を置いて分離されており、この場合、間隔は少なくとも0.05mである。
1実施形態による調量システムでは、調量装置が、唯一つのシステムコンポーネントとしてのみ構成されているのではなく、それどころか空間的に分離可能な複数の個別コンポーネントによっても構成され得るので、このような調量システムでは、調量ユニットと潤滑剤リザーバとが空間的に分離されている。調量ユニットと潤滑剤リザーバとの間の間隔は、少なくとも0.5m、少なくとも1m、少なくとも2m、少なくとも5mまたは少なくとも10mであってよい。これにより、構成上の限界条件、構造上の限界条件、組織上の限界条件または法律的な限界条件に対する調量システムの一層容易な適合が可能になり得る。
1実施形態による調量システムでは、潤滑剤リザーバが、危険物質室、危険物質キャビネット、潤滑剤室または潤滑剤キャビネット内に配置されていてよい。潤滑剤キャビネットまたは危険物質キャビネットの1例は、たとえばオイルキャビネットである。これにより、構造上の限界条件、組織上の限界条件または法律的な限界条件に対する調量システムの一層良容易な適合が可能になり得る。
1実施形態による調量システムでは、機械部分が高速軸受けまたはスピンドルの軸受けであってよい。この場合、スピンドルの軸受けは、少なくとも20000回転/分、つまり20000r.p.m.の回転数を可能にするために構成されている。スピンドルの軸受けはさらに、少なくとも40000r.p.m.または少なくとも60000r.p.m.の回転数を可能にするために構成されていてよい。このような機械は、たとえば工作機械であってよい。しかし、高速軸受けの場合でも、この軸受けは、少なくとも20000r.p.m.、少なくとも40000r.p.m.または少なくとも60000r.p.m.の回転数を可能にするために構成されていてよい。
本発明は、プログラムが、プログラミング可能なハードウェアコンポーネント上で実行される場合、方法の1実施形態を実施するためのプログラムコードを有するプログラムの形でも実現され得る。
1実施形態による調量装置のハイドロリック回路図である。 1実施形態による調量装置のマイクロ弁を、閉じられた状態で示す横断面図である。 図2に示したマイクロ弁を、開かれた状態で示す横断面図である。 マイクロ弁のための制御信号を時間との関係で示す線図である。 別の実施形態による調量装置のハイドロリック回路図である。 流量センサの横断面図である。 1実施形態による調量装置の潤滑剤リザーバを示す横断面図である。 1実施形態による調量装置の調量ユニットのコンセプトを示す概略図である。 1実施形態による調量装置の調量ユニットを示す第1の横断面図である。 図9に示した調量ユニットを示す第2の横断面図である。 図9に示した調量ユニットを示す第3の横断面図である。 さらに別の実施形態による調量装置のハイドロリック回路図である。 さらに別の実施形態による調量装置のハイドロリック回路図である。 1実施形態による工作機械の一部を開いて示す斜視図である。 1実施形態による調量装置を外側から見た図である。
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。
図1〜図15につき実施形態を詳しく説明しかつその機能形式に関して詳しく説明する前に、念のため付言しておくと、本明細書の枠内では、対象物、構造等の存在する構成要素について、当該構成要素自体、1実施形態内または複数の実施形態内の複数の相応する構成要素または当該種類の構成要素に言及する場合、当該構成要素のために、統一された符号が使用される。これにより、不要な繰返しを回避することができるので、明細書を簡潔かつ短く保持することが可能となる。なぜならば、1つの構成要素に関する説明が、特に別記しない限りは、別の実施形態における別の構成要素にも適用され得るからである。これとは異なり、存在する個々の構成要素を示す場合には、相応する統一符号をベースとした個別の符号が使用される。1実施形態中または種々異なる実施形態中に何度も現れる構成要素は、その幾つかの技術的パラメータに関して同一にかつ/または互いに異なって形成され得る。すなわち、たとえば1実施形態中の複数の構成要素は1つのパラメータに関しては同一であるが、別のパラメータに関しては互いに異なって形成されていることが可能である。
図1には、1実施形態による調量装置100のハイドロリック回路図が示されている。予め規定された潤滑剤量を送出するためのこの調量装置は、潤滑剤リザーバ110を有している。この潤滑剤リザーバ110は、潤滑剤を収容しかつ潤滑剤リザーバ110の流出部120を介して加圧下に潤滑剤を送出するために構成されている。調量装置100は潤滑剤リザーバ110の他に、さらに調量ユニット130を有している。この調量ユニット130は、調量設備とも呼称される。調量ユニット130はマイクロ弁140を有しており、このマイクロ弁140の入口側は潤滑剤リザーバ110の流出部120に、流れが流通するように接続されている。マイクロ弁140はさらに、予め規定された潤滑剤量を規定通りに送出するために構成されている。調量装置100はさらに、オプショナル(選択的)な制御回路150を有している。この制御回路150は「電子ユニット」とも呼称される。制御回路150はこの場合、マイクロ弁140に結合されているので、制御回路150はマイクロ弁140に制御信号を送出することができる。この目的のために、制御回路150は制御信号線路160を介してマイクロ弁140のアクチュエータ170の接続部に結合されている。
潤滑剤リザーバ110の流出部120はこの場合、マイクロ弁140の第1の接続部(ポート)180に、流れが流通するように接続されているので、潤滑剤リザーバ110から圧力をかけられて送出される潤滑剤は、マイクロ弁140の第1の接続部180(流入部)に供給される。マイクロ弁140は第2の接続部190を有しており、この第2の接続部190は管路のための接続部200に、流れが流通するように接続されている。
マイクロ弁140はこの場合、遮断弁もしくは2ポート2位置弁として形成されている。この2ポート2位置弁は2つの接続部(ポート)180,190を有していて、2つの切換状態もしくは2つの位置をとることができる。両状態の一方は、完全に開かれた状態であり、他方は完全に閉じられた状態である。図1に示したようなマイクロ弁140は、制御信号線路160を経由する制御信号が故障により欠如した場合に、この弁が、完全に閉じられた状態をとるように構成されている。
管路のための接続部200は、所定の外径および内径を有する中空円筒状の管路を収容できるようにするために構成されている。
潤滑剤としては、原則的に全ての液状の潤滑剤、たとえばオイルが挙げられる。しかし、十分に低い粘度を有する別の潤滑剤(たとえば低粘度のグリース)も、1実施形態による調量装置100を用いて調量され得る。
図2には、マイクロ弁140の横断面図が示されており、この場合、マイクロ弁140は第1の状態で、つまりマイクロ弁140が完全に閉じられた状態で図示されている。これとは異なり、図3には、マイクロ弁140が、完全に開かれた状態で図示されている。マイクロ弁140はハウジング210を有しており、このハウジング210は弁座220を備えている。この弁座220はマイクロ弁140の第2の接続部190の範囲に設けられている。第2の接続部190はこの場合、ノズルとして形成されている。
マイクロ弁140の内部には、定位置の固定のアーマチュア230が配置されている。この固定のアーマチュア230はハウジング210に機械的に安定的に結合されている。マイクロ弁140はさらに、可動のアーマチュア240を有している。この可動のアーマチュア240は、少なくとも第1の区分250が固定のアーマチュア230に隣接してマイクロ弁140の内部に位置するように配置されている。ハウジング210はこの場合、回転対称的に円筒体として形成されている。このハウジング210は、少なくとも所定の範囲において、つまり少なくとも部分的に固定のアーマチュア230と可動のアーマチュア240の第1の区分250とが配置されている範囲において、コイル260によって取り囲まれている。少なくとも可動のアーマチュア240の第1の区分250は磁性材料、たとえば強磁性材料から製作されているので、コイル260を介して第1の区分250に磁気的な力を加えることが可能となる。
可動のアーマチュア240はさらに第2の区分270を有しており、この第2の区分270は第1の区分250に比べて減径されている。この場合、ハウジング210に設けられたストッパ面と、可動のアーマチュア240の第2の区分270に設けられたストッパ面との間に、ばね280(圧縮ばね)が配置されている。このばね280はプリロード(予荷重)をかけられているので、このばね280によって可動のアーマチュア240は弁座220の方向に押圧される。
可動のアーマチュア240はさらにシールボディとしてルビーボール290を有している。このルビーボール290はボールホルダ300を介して、可動のアーマチュア240の第2の区分270に機械的に連結もしくは結合されている。
マイクロ弁140は、超小型の電磁弁であり、この電磁弁は電磁式に作動されて、潤滑剤によって直接に通流される。無電流の状態では、ルビーボール290がばね280によって弁座220に圧着される。すなわち、無電流の状態では、マイクロ弁140は完全に閉じられている。この状況は図2に図示されている。
弁座220は、たとえば硬質の材料、たとえばサファイヤから製作されていてよい。
マイクロ弁140は、コイル260が通電されると開く。なぜならば、発生させられた磁界により、両アーマチュア230,240が相互に引き付けられるからである。
開放サイクル中に調量された潤滑剤量は、潤滑剤の圧力およびコイル260に付与される、印加された電流パルスの時間に関連して決定される。電流パルスはこの場合には制御信号を成している。言い換えれば、第2の接続部190により送出された潤滑剤量は一方では圧力により、他方ではコイル260に印加された電圧パルスの時間により決定される。
ハウジング210ならびに両アーマチュア230,240のためには、使用される潤滑剤に対する高い化学的な耐性を有する、相応する材料が使用されている。材料としては、たとえば両アーマチュア230,240ならびにハウジング210のために特殊鋼が挙げられる。弁ボールは、たとえばルビーから製作されていてよい(ルビーボール290)。それに対して、弁座220はサファイヤから製作されていてよい。
両アーマチュア230,240ならびにハウジング210のためのこのような材料組合せにより、高い化学的耐性を得ることだけでなく、短い応答時間を得ることをも可能となるので、マイクロ弁140の極めて短い開放時間および閉鎖時間が実現可能となる。
弁範囲において、上で挙げた材料により、たとえば1/100mmよりも小さな極小の開放ストロークを得ると同時に、極めて高い耐摩耗性を実現することも可能となる。このような高い耐摩耗性に基づき、永続的に安定した弁ジオメトリ(弁幾何学的形状)が得られる。
これにより、マイクロ弁140を、極めて小さな内容積(たとえば25μl)を有する極めて小さな構造で構成することが可能となる。小さな弁ストロークに基づき、100μsよりも小さな範囲(たとえば200μs)にある典型的な応答時間が得られ、このような応答時間は、最大数キロヘルツの最大調量周波数(たとえば約3kHz)を可能にする。これにより、上に挙げた値の範囲内にある、マイクロ弁140により送出可能な微少量の潤滑剤量を得ることができる。たとえば、それどころか、相応して低粘度の潤滑剤を使用して、150μsの1回の開放パルスにおいて、場合によっては僅か20nl(1バールの圧力で)または50nlの最小潤滑剤量を得ることが可能になり得る。どのくらいの最小潤滑剤量が実現可能となるのかは、とりわけ多数の要因に依存する。これらの要因には、たとえば当該潤滑剤の粘度も包含される。具体的な構成に応じて、場合によっては、一桁のパーセント範囲またはそれ以下(たとえば0.2%よりも低い)の偏差を有する極めて高い反復精度を得ることができる。
コイル260が無電流状態に切り換えられていると、マイクロ弁140は閉じられている。それに対してコイル260が通電されていると、つまりマイクロ弁140が開かれていると、1分間当たり数ミリリットルの最大通流量が得られる(1バールの圧力でかつ相応して低い粘度で、たとえば8ml/分)。
オプショナル(選択的)には、マイクロ弁140に、当然ながら、さらにフィルタエレメントを装備させることもできる。これにより、マイクロ弁140の閉塞が阻止される。たとえば医療技術または水技術の領域において使用され得るような、マイクロ弁140のための別の構造を使用することもできる。
図4には、制御信号の時間的な経過310が示されている。図4に示した経過は、時間tと電流Iとの関係を示す曲線である。制御信号はこの場合、時間との関係で所定の周期時間またはサイクル時間Tによって周期的に形成されている。弁開放時間Toはこの場合、サイクル時間Tよりも短く形成されている。サイクル時間Tと弁開放時間Toとの差から、潤滑休止時間が得られる。
マイクロ弁140の確実な開放を保証するためには、ピーク時間Tpにわたり直接にマイクロ弁140の開放時に、つまり弁開放時間Toの開始時に、ピーク電流Ipが制御信号としてアクチュエータ170に、つまりマイクロ弁140のコイル260に付与される。ピーク時間Tpの経過後に、保持時間Thにわたり、保持電流Ihがコイル260もしくはマイクロ弁140のアクチュエータ170に付与される。保持電流Ihは、可動のアーマチュア240が、開放された状態に確実に保持されるように設定されている。これとは異なり、ピーク電流Ipは、可動のアーマチュア240が、閉鎖された状態におけるその位置からできるだけ迅速に離脱運動されるように、つまりルビーボール290が弁座220から確実に離れるように設定されている。保持電流Ihはこの場合、コイル260もしくはマイクロ弁140の不要な加熱を阻止するために、ピーク電流Ipよりも小さく形成されている。
弁開放時間Toは、図4からも判るように、ピーク時間Tpと保持時間Thとの総和として得られる。これらの時間はしばしば数100μsの範囲にあり、それに対して、所属の電流は数100mAの範囲にある。
図5には、別の実施形態による調量装置100のハイドロリック回路図が示されている。図5に示した調量装置100も、やはり潤滑剤リザーバ110と調量ユニット130とを有している。潤滑剤リザーバ110は、固有の潤滑剤を収容する容器320と、オプショナルな充填レベルセンサ330と、オプショナルな圧力センサ340とを有している。充填レベルセンサ330も圧力センサ340も、潤滑剤リザーバ110の流出部120に、流れが流通するように接続されている。充填レベルセンサ330および圧力センサ340は、当然ながら容器320の内部に配置されていてもよい。
充填レベルセンサ330はセンサ回路350を有しており、このセンサ回路350は制御回路150に結合されているので、このセンサ回路350は制御回路150にセンサ信号を伝送することができる。このセンサ信号は潤滑剤リザーバ110もしくはその容器320内の潤滑剤の貯蔵量に関する情報を有している。
相応して、圧力センサ340もセンサ回路360を有している。このセンサ回路360は、このセンサ回路360も制御回路150にセンサ信号を伝送し得るように構成され、かつ制御回路150に結合されている。センサ回路360のセンサ信号は潤滑剤リザーバ110もしくは容器320または流出部120における潤滑剤の圧力に関する情報を有している。
両センサ回路350,360はセンサ信号線路370を介して制御回路150に結合されている。このセンサ信号線路370は、図1に示した制御信号線路160と同様に、光学的、電気的または別形式の信号線路であってよい。また、両センサ330,340は1つの共通のセンサ信号線路370を介して制御回路150に結合されているか、または複数の互いに異なるセンサ信号線路を介して制御回路150に結合されていてもよい。1つの共通のセンサ信号線路370の場合には、たとえば相応する通信プロトコル(たとえばTCP/IP)を介して制御回路150との通信を行うことができる。
調量ユニット130は、図1に示した実施形態とは異なり、多数のマイクロ弁140−1,140−2,140−3,140−4,140−5,140−6を有している。この場合、調量装置100の種々異なる実施形態において、マイクロ弁140の正確な個数は種々異なっていてよい。すなわち、重要な1実施形態は、たとえば唯一つのマイクロ弁140を有することができるが、しかし複数のマイクロ弁140、すなわちたとえば2つのマイクロ弁、3つのマイクロ弁、4つのマイクロ弁または4つ以上のマイクロ弁を有することもできる。この理由から、図5においては、最初の2つのマイクロ弁140−1,140−2だけが実線により描かれており、別の4つのマイクロ弁140−3,140−4,140−5,140−6はオプショナルなマイクロ弁として破線により描かれている。また、場合によっては、調量ユニット130に別のマイクロ弁140が追加装備可能となるか、または調量ユニット130が別のマイクロ弁140によって拡張可能となるように調量ユニット130が構成されていてもよい。
これらのマイクロ弁140はそれぞれ第1の接続部180によって、潤滑剤リザーバ110の流出部120に、流れが流通するように接続されている。図面を見易くするために、マイクロ弁140−6の第1の接続部のみが符号180で指し示されている。相応して、マイクロ弁140はそれぞれ第2の接続部190を有しており、第2の接続部についても、マイクロ弁140−6の第2の接続部のみが符号190で指し示されている。各第2の接続部190は管路のための相応する接続部200−1,200−2,200−3,200−4,200−5,200−6に、流れが流通するように接続されており、これにより潤滑剤を管路または別の管路システムに送出することができる。
この実施形態においても、マイクロ弁140のアクチュエータ170は制御信号線路160を介して、アクチュエータ170が制御回路150から制御信号を受信し得るように制御回路150に結合されている。図5の図面を見易くするために、この場合にも、唯一つのマイクロ弁、つまりマイクロ弁140−1のアクチュエータだけが、符号170で指し示されている。
マイクロ弁140の第1の接続部180は、図5に示した調量装置100の実施形態では、それぞれ流量センサ380に、そして迂回管路390を介して迂回弁400の流出部に、それぞれ流れが流通するように接続されている。より正確に云うと、マイクロ弁140の第1の接続部180は流量センサ380の第2の接続部410に、流れが流通するように接続されており、この場合、第2の接続部410は、図5に示した調量装置100では流量センサ380の流出部として働く。流量センサ380の第1の接続部420は迂回弁400の第1の流出部に接続されている。
迂回管路390も、前で述べたように、マイクロ弁140の第1の接続部180に、流れが流通するように接続されている。迂回管路390はさらに、迂回弁400の第2の流出部に接続されている。迂回弁400の流入部は潤滑剤リザーバ110の流出部120に、流れが流通するように接続されている。
迂回弁400は、迂回管路390とか、または流量センサ380と共に流れ流通接続を提供するために構成されている。すなわち、迂回弁400は、3つのポートもしくは接続部(1つの流入部と2つの流出部)と2つの状態(位置)、すなわち迂回弁400の流入部が迂回弁400の第1の流出部に流通接続されている状態および迂回弁400の流入部が迂回弁400の第2の流出部に流通接続されている状態とを有する3ポート2位置弁である。言い換えれば、迂回弁400を通る潤滑剤の通流を、迂回管路390と流量センサ380との間で部分的にまたは、本実施形態の場合のように完全に切り換えることができる。迂回管路390は「バイパス管路」とも呼称され、迂回弁400は「バイパス弁」とも呼称される。
流量センサ380はセンサ回路430を有している。このセンサ回路430はセンサ信号線路440を介して制御回路150に結合されており、この場合、センサ回路430は制御回路150に、通流量に関する情報を包含するセンサ信号を提供することができる。
相応して、迂回弁400もアクチュエータ450を有している。このアクチュエータ450は、制御信号線路460を介して、迂回弁400の切換を生ぜしめる制御信号を受信できるようにするために、制御回路150に結合されている。制御回路150は、調量装置100の運転中にアクチュエータ450に制御信号を供給する。
図6には、たとえば図5に示した調量装置100と関連して使用され得るような流量センサ380の簡素化された横断面図が示されている。流量センサ380は、図6に矢印480で示したように潤滑剤が通流することのできる管路区分470を有している。管路区分470の外部に、ただし管路区分470に隣接して、センサ支持体490が設けられている。このセンサ支持体490は、たとえばプリント配線板またはチップ(たとえば半導体チップ)であってよい。センサ支持体490は2つの温度センサ500−1,500−2を有しており、両温度センサの間には、中心でかつ対称的に加熱エレメント510が配置されている。
流量センサ380の作動時に加熱エレメント510が加熱されると、加熱エレメント510によって発生させられた熱は、管路区分470内を場合によっては流れている潤滑剤にも引き渡され、これにより潤滑剤は加熱される。潤滑剤が管路区分470を通って運動すると、つまり管路区分470を通る潤滑剤の通流が生じると、両温度センサ500−1,500−2は互いに異なる温度を測定する。次いで、両温度センサ500が測定した温度値の間の温度差から、加熱エレメント510から潤滑剤へ伝達された熱を考慮して、管路区分470の既知のジオメトリ(幾何学的形状)に基づいて通流速度を測定もしくは計算することができる。
上記事例とは異なり、潤滑剤が管路区分470を通って流れていないと、加熱エレメント510により引き渡される熱は加熱エレメント510の両側に向かって対称的に、つまり両温度センサ500に向かって対称的に伝播するので、両温度センサ500は温度差を生ぜしめない。すなわち、同一の温度が検出される。
念のため付言しておくと、図6には、流量センサ380の単純化された概略図が示されているに過ぎない。図面には、特にセンサ回路430が図示されていないが、センサ回路430は、たとえば同じくセンサ支持体490に組み込まれていてよい。しかし当然ながら、相応するセンサ回路を、別個の回路として構成することもできる。その場合、この回路は空間的にも別個に配置されていてよい。
図7には、たとえば前記実施形態の枠内で使用することのできるような潤滑剤リザーバ110の横断面図が示されている。
潤滑剤リザーバ110は中空円筒体520を有している。この中空円筒体520は、たとえばホウケイ酸ガラスから製作されていてよい。中空円筒体520には、その円筒体軸線に沿って両側にシール部材530−1,530−2を介してシールされた閉鎖構成部分(クロージャ部材)540が続いている。閉鎖構成部分540は中空円筒体520と共に潤滑剤リザーバ110の容器320を形成している。
より正確に云えば、潤滑剤リザーバ110は上側の閉鎖構成部分540−1と下側の閉鎖構成部分540−2とを有しており、両閉鎖構成部分は中空円筒体520の互いに反対の側に配置されている。上側の閉鎖構成部分540−1は弁ユニット550を有しており、この弁ユニット550は遮断コック560と、多重接続部(マルチプルポート)570とを有している。遮断コック560は媒体接続部580を有しており、この媒体接続部580において、外部圧をかけられた媒体が潤滑剤リザーバ110へ供給可能である。
遮断コック560はさらに多重接続部570に接続されており、この場合、遮断コック560が相応して開放された状態に位置していると、媒体接続部580に供給された媒体は多重接続部570に流入することができる。
多重接続部570を遮断コック560に接続している接続部の他に、多重接続部570は同じく孔590を有している。この孔590を介して、媒体は容器320の内容積に流入することができる。この場合、汚染もしくは容器320内への異物の侵入を阻止するために、孔590に粗フィルタ600が接合されており、この場合、流入する媒体は、容器320内に進入する前にこの粗フィルタ600を通過しなければならなくなる。
さらに、図7に示した実施形態では、多重接続部570が2つの別の接続部610−1,610−2を有している。粗フィルタ600が、たとえば遮断コック560を介して流入した媒体、たとえば圧縮空気、圧搾空気または加圧下にある別のガスまたはガス混合物を濾過するために働くだけでなく、潤滑剤を濾過するためにも適していると、たとえば粗フィルタ600に向かい合って位置する接続部610−2は、潤滑剤リザーバ110に潤滑剤を後充填(追加充填)または充填するためにも働くことができる。この場合には、たとえば閉鎖ねじ620が、潤滑剤追加充填管片の潤滑剤追加充填ねじもしくは閉鎖ねじとして形成されていてよい。
すなわち、弁ユニット550を介して、加圧下にある、たとえばガス状の媒体が、媒体接続部580を介して容器320の内部へ流入し得る。遮断コック560はこの場合、媒体接続部580を容器320から分離可能にするために働く。さらに、弁ユニット550は、多重接続部の範囲内の過圧および場合によっては容器320の範囲内の過圧を減少可能にするために構成されていてもよい。この場合、弁ユニット550は規定された漏れ部を有しており、この漏れ部により、少量の媒体が逃出し得るようになっている。このことを達成するために、たとえば接続部610−1は規定された漏れ部630、すなわちたとえば規定された孔または別の漏れ部を備えた閉鎖ねじによって閉鎖されていてよい。このことが、場合によっては調量装置100の通常の運転中に媒体の消費を招くとしても、これによって場合によっては潤滑剤リザーバ110の保守もしくは潤滑剤リザーバ110の後充填を容易にすることができる。
当然ながら、種々異なる実施形態において、閉鎖ねじ620および漏れ部630の配置もしくは機能が置き換えられていてもよい。
容器320は第1の部分容積640と第2の部分容積650とを有している。両部分容積640,650は、圧力が伝達されるように互いに連結されている。図7に示した実施形態では、両部分容積640,650が、特定の構成部分によって互いに分離されているわけではないが、ただしこのことは別の実施形態の場合には可能である。本実施形態において両部分容積640,650はそれどころか、第2の部分容積650が完全に潤滑剤で充填されていて、それに対して第1の部分容積640は充填面660の上方の範囲もしくは容器320の潤滑剤の表面の上方の範囲を示すことにより互いに分離されている。したがって、両部分容積640,650はこの場合には、規定された容積値を有する容器320の固定の部分容積ではなく、むしろその機能の点で区別されている。
したがって、遮断コック560は、この遮断コック560の相応する位置の場合に媒体接続部580を第1の部分容積640から分離する。当然ながら、遮断コック560は媒体接続部580を第1の部分容積640に接続するか、または流れが流通するように連通させることもできる。
下側の閉鎖構成部分540−2は側方の流出部670と下側の流出部680とを有しており、この場合、種々異なる実施形態において場合によっては両流出部670,680のうちのいずれか一方を不要にすることもできる。
図7に示した実施形態では、下側の流出部680が潤滑剤リザーバ110の流出部120として使用される。相応して、下側の流出部680は管路のための接続部690を有しており、この管路を用いて、たとえば潤滑剤リザーバ110を調量ユニット130から空間的に分離することが可能となる。しかし、この管路は、たとえば下側の閉鎖構成部分540−2の択一的な別の構成の場合には不要にすることもできるオプショナルなコンポーネントである。
側方の流出部670は図7に示した実施形態では、同じく管路のための接続部700を有している。この管路には、図7に概略的にのみ示した圧力センサ340が接続可能である。既に接続部690と関連して説明したように、この管路のための接続部700も場合によっては別形式に形成されているか、またはたとえば閉鎖構成部分540−2の択一的な別の構成が使用される場合に不要にされ得る。すなわち、たとえば圧力センサ340は直接に閉鎖構成部分540−2の一部として形成されているか、または管路を迂回して直接に閉鎖構成部分540−2に結合可能であってよい。
さらに、図7に示した潤滑剤リザーバ110は充填レベルセンサ330を有している。この充填レベルセンサ330は容器320の内部に配置されていて、孔710を介してセンサ信号線路370(図7には図示しない)を経由して制御回路150(図7には図示しない)にセンサ信号を供給することができる。充填レベルセンサ330はこの場合、フロートスイッチ715として構成されており、このフロートスイッチ715は潤滑剤の液面660が規定の制御レベルを下回ると、センサ信号を送出する。このことは、たとえば電気的なスイッチ回路の開放あるいはまた閉鎖によっても行なわれ得る。充填レベルセンサ330はこうして、潤滑剤の貯蔵量に関する情報を制御回路150に伝送する。
媒体接続部580を介して潤滑剤リザーバ110に供給可能となる媒体は、典型的にはガス状の媒体として提供される。しばしば圧縮空気または圧搾空気が導入される。しかし、別のガス状の媒体を使用することもできる。このためには、潤滑剤および調量装置100のために全体的に使用される材料と関連してこのために適している全てのガスまたはガス混合物が考えられる。このためには、相応する必要性が生じる限り、たとえば窒素、あるいは希ガス(たとえばヘリウム、ネオン、アルゴン)が挙げられる。ガス状の媒体は典型的には数バール(たとえば4〜6バール)の圧力をかけられて媒体接続部580に導入される。潤滑剤としては、しばしばオイルが使用される。
潤滑剤と媒体との別の組合せを考慮に入れたい場合、場合によっては、第1の部分容積640と第2の部分容積650との間に場合によってはダイヤフラムまたはピストンの形の移動可能または変形可能な分離体を使用し、これにより媒体と潤滑剤との相互作用、反応または混合を場合によっては阻止することが推奨され得る。
潤滑剤リザーバ110の前記配置および構成に基づき、この潤滑剤リザーバ110は、場合によっては導入されるオプショナルな漏れ部630による損失は別として、媒体の消費なしに作動され得る。
たとえば、加圧下にある外部の媒体が提供されていない場合には、圧力形成を潤滑剤リザーバ110の枠内で行うこともできる。すなわち、潤滑剤リザーバ110は、ばねエレメントによって負荷されたピストンまたはばねエレメントによって負荷されたダイヤフラムを有していてよく、この場合、ピストンまたはダイヤフラムは、収容された潤滑剤を圧力下にもたらすことができるように配置されている。ばねエレメントは、たとえば圧縮ばね、引張ばね、空気ばね、ガス圧ばね、トーションばね、トーションバーばね、曲げばねまたはエラストマばねまたはその他のタイプのばねを包含することができる。したがって、潤滑剤リザーバ110は、収容された潤滑剤に圧力を加えるために構成されていてよい。使用されるばねタイプに応じて、種々様々なばねジオメトリ、すなわち幾つかの例を挙げるとすれば、たとえばコイルばね、樽形コイルばね、皿ばねまたは板ばねを使用することができる。これにより、場合によっては外部の圧力源、すなわちたとえばポンプまたは圧縮空気供給部を節約することができる。
図9〜図11に示した、互いに異なる平面における3つの互いに異なる断面図につき調量ユニット130を詳しく説明する前に、まず図8に示した全体図につき、この調量ユニット130のコンセプトを説明する。
図8には、潤滑剤リザーバ110とは空間的に分離可能である調量ユニット130が示されている。調量ユニット130の内部構造は、図9〜図11につきさらに詳しく説明するように、比較的複雑であるので、まず図8につき、図示のコンセプトの枠内で基本的な構造を説明する。
調量ユニット130は、潤滑剤リザーバ110の流出部120に接続可能である管路のための接続部720を有している。したがって、調量ユニット130は接続部720を介して潤滑剤リザーバ110から潤滑剤を受け取ることができる。接続部720に供給された潤滑剤は管路730を介して、まず容積740に搬送される。この容積740は孔750を介して迂回弁400に潤滑剤を供給する。迂回弁400の、標準運転のために典型的な位置(英語;normally open)では、この迂回弁400は孔750を別の孔760に接続する。この別の孔760は管路770を介して潤滑剤を中間容積780内に導入する。したがって、この別の孔760は標準運転時には典型的に開いている。
しかし、調量装置100もしくは調量ユニット130の運転中、迂回弁400は潤滑剤流を、管路800に開口している別の孔790に迂回させることもできる。迂回弁400のこの状態は、たとえば相応する制御信号に応答した場合にのみとられる。したがって、この別の孔790は標準運転においては閉じられている(英語;normally closed)。管路800は短い中間供給管路810を介して第1の中空室820に開口している。この第1の中空室820には孔830が続いている。この孔830の内部には、流量センサ380が配置されている。この場合、流量センサ380を孔830に対してシールすることが推奨され得る。
孔830およびこの孔830内に配置された流量センサ380は第2の中空室840に開口している。この第2の中空室840は中間管路850を介して管路860に、流れが流通するように接続されている。管路860は中間容積780に開口している。
したがって、潤滑剤は、迂回弁400の位置に応じて、直接に管路770を介して中間容積780に流入するか、または迂回路を経て流量センサ380を介して中間容積780に流入することができる。言い換えれば、管路770は迂回管路390を成している。
図8には、図面を見易くするために、マイクロ弁140の複数の供給管路孔のうち唯一つのマイクロ弁140−6の供給管路孔のみが、符号「870」で指し示されている。これらの供給管路孔870を介して、潤滑剤をマイクロ弁140の入口側に供給することができる。言い換えれば、供給管路孔870は潤滑剤をマイクロ弁140の第1の接続部180に案内する。図8には、これらのマイクロ弁のうち合計6つのマイクロ弁、つまりマイクロ弁140−1,140−2,140−3,140−4,140−5,140−6が図示されている。マイクロ弁140の第2の接続部190は管路のための接続部200に開口している。これらの管路を通じて潤滑剤は、潤滑したい個所もしくは潤滑したい機械部分に送出され得る。
この場合にも、図面を簡潔にするために、第6のマイクロ弁140−6の第1の接続部180および第2の接続部190のみが、それぞれ符号を用いて指し示されている。
マイクロ弁140に電気的な供給を行うためには、基本的に種々異なる構成バリエーションを使用することができる。すなわち、図8には通路880が示されており、この通路880を通じて、マイクロ弁140への電気供給およびマイクロ弁140の制御のための電気的な線路が案内されている。択一的に、または補足的に、孔890を介しても、電気的な供給線路をマイクロ弁140に向かって案内することができる。
図9、図10および図11には、調量ユニット130が、それぞれ互いに直角に位置する3つの互いに異なる平面における横断面図で図示されている。図10および図11には、当該構造の一部しか図示されていない。図9〜図11には、センサならびに弁は図示されていない。それどころか、調量ユニット130の孔および別の構造しか図示されていない。図9〜図11は、個々の孔、個々の管路および個々の通路の複雑な協働について説明するためのものであるに過ぎない。この場合、特に図8には図示されていない細部が図示されている。
潤滑剤を調量ユニット130に供給する管路のための、図9に破線でのみ示した接続部720を起点として、潤滑剤は8の字形の開口900を介して管路730(図10参照)に流入する。管路730は、調量ユニット130が形成されているボディの内部に延びている。この理由から、管路730の形成のために製作時に形成された孔910が図示されている。この孔910は機械的な製作の実施後に、たとえばボールまたはその他のシール部材を用いてシールされる。
図11には、潤滑剤が管路730を介して導入されかつ引き続き分配される範囲の拡大図が示されている。すなわち、図11には、まず容積740ならびに孔750が示されている。この孔750は潤滑剤を、図11には図示されていない迂回弁400に搬送する。しかし図11には、構成スペース920が示されている。この構成スペース920内には、迂回弁400が導入可能でかつ組み付けられる。その場合、迂回弁400の位置に応じて、潤滑剤は孔930を介して別の孔790に流入するか、または孔940を介して別の孔760に流入することができる。この孔760は潤滑剤を、両中空室820,840を介して、図9〜図11には図示されていない流量センサ380に導くか、または直接に中間容積780に導く。
図9には、合計6つの、同じく図9には図示されていないマイクロ弁140の供給管路孔870ならびにマイクロ弁140への電気的な供給およびマイクロ弁140の制御のための通路880の構成が示されている。
前で説明した典型的な搬送容積に基づき、孔は典型的には、1mm〜約10mm、典型的には約2mm〜約5mm、つまりたとえば約2.8mmおよび4.3mmである直径を有している。
当然ながら、種々異なる実施形態において、種々異なる個数のマイクロ弁を設けることができる。また、冒頭で説明したバリエーションは具体的な構成に関して種々異なる実施形態において変えることができる。
図12には、調量装置100の別の実施形態のハイドロリック回路が示されている。調量装置100は図5〜図11と関連して示した実施形態とは、迂回管路390、迂回弁400および流量センサ380の構成に関してのみ、その配置および流れ流通接続の点で異なっている。この理由から、図5に示したハイドロリック回路に関する説明をも参照するものとする。
図5に示したような調量装置100とは異なり、迂回弁400はこの場合、2ポート2位置弁として構成されている。迂回弁400は流れが流通するように迂回管路390に接続されていて、流量センサ380に対して並列に位置している。すなわち、調量装置100もしくは調量ユニット130の図12に示した実施形態では、流量センサ380の第1の接続部420が潤滑剤リザーバ110の流出部120に接続されていると共に、迂回管路390の1区分を介して迂回弁400の流入部に接続されている。相応して、流量センサ380の第2の接続部410はマイクロ弁140の第1の接続部に接続されていると共に、迂回管路390の別の区分を介して迂回弁400の流出部に接続されている。
図5に示したハイドロリック回路とは異なり、迂回弁のこの配置構成は基本的に潤滑剤が流量センサ380を常時通流することを可能にする。通流の完全な切換はこの実施形態では不可能である。
迂回弁400はこの場合それどころか、潤滑剤の通流を部分的に迂回管路390へ移すために構成されている。この場合、制御回路150の相応する制御信号に応答してアクチュエータ450が迂回弁400を開放する。これにより、調量装置100の運転開始時にマイクロ弁140を介して、接続された潤滑個所もしくは機械部分を迅速に充填することが可能になる。管路のための接続部200もしくは一般的に言えば、潤滑剤出口は、各出口のための容積流に関して個々に調節可能である。「微少量調量ユニット」とも呼ばれる図12に示した調量装置100は、全ての容積流のための流量センサ380の形のモニタリングユニット(監視ユニット)を有している。バイパス弁とも呼称される迂回弁400は、既に述べた迅速な充填を可能にすることができる。
この実施形態においても、充填レベルおよび圧力が、充填レベルセンサ330と圧力センサ340とを介して監視されるか、もしくは検出され得る。制御回路150はこうしてマイクロ弁140の制御の他に、バイパス弁制御もしくは迂回弁制御ならびにフローモニタリングもしくは通流監視をも引き受けることができる。制御回路150は弁および容量流の制御および監視のためのマイクロプロセッサを備えた電子ユニットとして構成されていてよい。制御回路150は、既に前で説明したように、補足的または択一的に工作機械の一部、外部制御部の一部またはSPS制御部またはPLC制御部の一部として構成されていてもよい(SPS=メモリプログラミング可能な制御部=英語;Programmable Logic Controller=PLC)。
図13には、調量装置100のさらに別の実施形態が示されている。この実施形態は、図5および図12に示した実施形態とは主として以下の点で異なっている。すなわち、図13の実施形態では、もはや共通の流量センサ380が使用されず、各潤滑剤出口のためにそれぞれ専用の流量センサ380が使用される。これにより、各出口のために容量流を個別にコントロールしかつ一層正確に調節可能にすることが可能となる。言い換えれば、図13には、それぞれ個々の容量流もしくは潤滑剤流出部のための監視部を備えた調量装置100、すなわち微少量調量ユニットの実施形態が示されている。
図13に示した調量装置100の実施形態は、図12に示した実施形態と比較して調量ユニット130に関してのみ異なっている。すなわち、図13に示した実施形態では、潤滑剤リザーバ110の流出部120が、管路システムの一部は別として、直接にマイクロ弁140の第1の接続部180に、流れが流通するように接続されている。さらに、図13に示した調量装置100の実施形態では、マイクロ弁の個数が、図12に示した実施形態に比べて、6つのマイクロ弁から2つのマイクロ弁だけ減少されて、4つのマイクロ弁140−1,104−2,104−3,104−4が設けられている。このことは、再び調量装置100の種々異なる実施形態において、導入されたマイクロ弁140の個数に関する自在性を表している。
マイクロ弁140の第2の接続部190−1,190−2,190−3,190−4のそれぞれにおいては、各1つの流量センサ380−1,380−2,380−3,380−4が、それぞれ第1の接続部420−1,420−2,420−3,420−4に、流れが流通するように接続されている。相応して、管路のための接続部200−1,200−2,200−3,200−4は、それぞれ流量センサ380の第2の接続部410−1,410−2,410−3,410−4に、流れが流通するように接続されている。
したがって、図13に示した調量装置100の実施形態は、迂回弁400も迂回管路390も有していない。しかし、択一的な別の実施形態では、単独のまたは複数の流量センサ380のために迂回弁400および迂回管路390を十分に導入することができる。また、場合によっては、変化実施形態においては、必ずしも全てのマイクロ弁140に専用の流量センサ380を装備させないことが推奨され得る。すなわち、場合によっては、マイクロ弁140の部分量において1つの共通の流量センサ380を設けることが推奨され得る。この流量センサ380はオプショナルに同じく迂回弁および迂回管路を備えていてもよい。これにより場合によっては、一緒に潤滑されるだけでよい複数の機械部分に並列に潤滑剤を供給し、それと同時にコストを高める流量センサ380を節約することが可能になり得る。また、場合によっては、かなりのマイクロ弁140を、完全に流量センサ380による検査なしに作動させることも推奨され得る。
流量センサ380はそれぞれ1つのセンサ回路430を有している。図13には、図面を見易くするために、これらのセンサ回路430のうち、第1の流量センサ380−1のセンサ回路だけが符号「430」で指し示されている。センサ回路430は1つまたは複数のセンサ線路440を介して制御回路150に結合されている。
前で説明した実施形態の枠内で管路のための「接続部」、つまりたとえば「接続部200」が記載されている場合でも、別の実施形態では、接続部を別の流れ流通接続部または管路に交換することができる。したがって、接続部の種類に応じて、当該接続部は一般に「流入部」、「流出部」または包括的に「接続部」と呼称され得る。
図14には、機械950の斜視図が示されている。機械950は工作機械960である。この場合、より正確に言えば、図14には、スピンドル970およびその軸受けユニット980の範囲を切り開いた図が示されている。スピンドル970は軸受けユニット980によって機械950のハウジング990に対して支承もしくは案内されている。
軸受けユニット980は、それぞれ機械部分1000−1,1000−2を成す2つの単列式のアンギュラ玉軸受けを用いた、浮動式に支持された支承部(SLS)として構成されている。アンギュラ玉軸受けは転がり軸受け1010−1,1010−2の特殊な実施形態である。変化実施形態においては、アンギュラ玉軸受けとは異なる転がり軸受け、たとえば深溝形玉軸受け、円筒ころ軸受けまたは別の転がり軸受けを使用することもできる。
この場合には、スピンドル970が、回転する構成部分を成しており、ハウジング990は位置固定である。この理由から、場合によっては、外側リングもしくは外レース1020の1つまたは複数の転動路に1つまたは複数の孔を設けることが推奨され得る。この孔を介して潤滑剤は直接に転動体1010の転動路にもたらされ、ひいては転動体に直接に接触させられる。場合によってはさらに、開口にもみ下げ部を設けるか、もしくはバリ取りのための別の手段を設け、これにより転動体の一層容易な転動を可能にし、転動体および相応する転動路のひっかかりの危険を減少させることが推奨され得る。
位置固定の外レース1020の場合には、場合によっては転がり軸受け1010の内レース1030の転動路が、相応する孔なしに構成されていてよい。このことは、図14に示した実施形態とは異なって内レース1030が位置固定であり、外レース1020がこの内レース1030に対して回転運動を実施する場合には違っていてよい。このような場合には、内レース1030の転動路に当該孔を設けることが推奨され得る。
しかし、滑り軸受け案内の場合にも、外レースまたは内レースの相応する滑動路に潤滑剤を送出するための開口を設けることが推奨され得る。
しかし、相応する開口はさらに、回転運動を案内するために設けられた軸受けに限定されるものではない。それどころか、このような開口は直動軸受けの範囲においても使用可能である。この場合、滑り軸受けの範囲においても、転がり軸受けの範囲においても、滑動路もしくは転動路に設けられた、前で説明した開口を用いて潤滑が可能となる。
軸受け形式とは無関係に、潤滑剤は当該開口または当該軸受けへ管路システムによって搬送され得る。この管路システムはマイクロ弁140の第2の接続部もしくは相応する接続部220に、流れが流通するように接続されている。この場合、管路システムは、たとえば管または管区分、ホースまたはホース区分ならびに毛管状管路を包含することができる。
図15には、さらに別の実施形態による調量装置100が示されている。この実施形態では、潤滑剤リザーバ110および調量ユニット130がさしあたり空間的に分離されておらず、唯一つのハウジングの枠内で実現されている。しかし具体的な構成に応じて、調量装置100は、潤滑剤リザーバ110と調量ユニット130との分離を可能にする接続システムを有していてよい。これにより、これら両部分コンポーネントはやはり空間的に分離可能となる。その場合、両部分コンポーネントは場合によっては管路システムまたは管を用いて再び流れが流通するように接続され得る。
潤滑剤リザーバ110は図15に示した実施形態では、充填接続部1040を有している。この充填接続部1040は潤滑剤充填管片とも呼称される。この充填接続部1040は、潤滑剤容器とも呼ばれる容器320内に潤滑剤を導入することを可能にする。使用される潤滑剤に基づいてオイルリザーバとも呼ばれる潤滑剤リザーバ110は、内部または外部の(供給)圧力形成部を備えていてよい。
調量ユニット130は、4つの個別に制御可能な精密弁もしくはマイクロ弁140を備えた弁ユニットを有している。さらに、調量ユニット130は同じく、図13につき既に説明したような4つの流量センサを備えた流量センサユニットを有している。これらの流量センサは「フローセンサ」とも呼称され、相応するユニットは「フローセンサユニット」とも呼称される。相応して、調量ユニット130は同じく潤滑剤のための4つの接続部200−1,200−2,200−3,200−4を有しており、これらの接続部は潤滑剤出口もしくは潤滑剤流出部とも呼称される。
さらに、調量装置100もしくは調量ユニット130は供給電圧のための第1の接続部1060および信号・制御線路のための第2の接続部1070との電気的なインタフェース1050を有している。場合によっては、潤滑剤リザーバ110と調量ユニット130との空間的な分離を可能にする調量装置100を設計する場合には、流れ流通接続の他に、同じく相応するセンサ信号線路結合部および/または制御信号線路結合部もしくは相応する第2の電気的なインタフェースを設けることが推奨され得る。
既に冒頭で説明したように、調量装置100はマイクロ調量器具またはマイクロ調量システムとも呼称される。マイクロ調量システムは、たとえばクラシカルなオイル+エア潤滑に対する択一的な手段として働くことができる。このマイクロ調量システムは、1つの共通のリザーバから複数の、たとえば最大4つ、6つ、8つまたはそれ以上の潤滑個所に個別に微少量のオイルを供給することのできる潤滑剤調量システムである。潤滑剤調量は、相応する制御において均一でかつ準連続的な容積流を発生させるマイクロ弁を介して行われる。連続的な容積流は1つまたは複数のセンサによって監視され、かつ周期的に後制御され得る。潤滑目的に応じて、潤滑剤調量を不連続的に行うこともできる。
たとえば極めて高い調量精度、連続的な潤滑剤需要、微少量(たとえば0.5〜5mm/分)、調量量の直接的な調整または軸受けの転動面への直接的な調量を有する用途において使用され得る。使用領域は、高い回転数(たとえば20000r.p.m.、40000r.p.m.、60000r.p.m.または60000r.p.m.以上)までの高速回転型のスピンドルならびに高速軸受けの、要求度の高い潤滑を包含する。この潤滑はオイル搬送のための空気消費なしで十分となり得る。このことはコスト節約を意味することができる。なぜならば、圧縮空気管路の手間のかかる敷設が減じられるか、または完全に不要となり得るからである。
また、軸受け内のオイル膜が吹き飛ばされる危険、汚れ(たとえば粒子、湿分)が侵入する危険も著しく減じられ得る。また、変えられた所要潤滑剤量、たとえば変えられたスピンドル回転数または周辺温度の変化の際には、迅速な反応時間を可能にすることができる。(高価な)特殊潤滑剤を場合によっては節約することができる。種々異なる粘度、温度または背圧が場合によってはこのシステムによって内部で補償され得るので、容積流が均一に流れるようになる。毛管状管路は直接に軸受けの転動面範囲にまで通じることができる。このことは、最小限の潤滑剤量の最適な利用および損失なしの調量ならびに潤滑剤の直接的な提供可能性が得られることを意味し得る。すなわち、1実施形態によるマイクロ調量器具または微少量調量器具(英語;Microdosage Unit)は、高速回転するスピンドルの無空気式の潤滑のために働くことができる。
このようなマイクロ調量器具は、nl範囲およびμl範囲内の個別に調節可能である潤滑剤微少量容積流を実現するために使用され得る。潤滑剤の搬送時における補助空気の消費を回避することができる。1つの監視ユニットを用いた、互いに異なる複数の潤滑剤流の監視も可能となる。すなわち、個別に調節可能である微少量の容積流を、規定された形で提供することができる。熱媒体、たとえば空気は必ずしも必要にはならない。複数の容積流のための監視ユニットも設けられていてよい。
微少量調量システムは、(オイル)調量・供給システムであり、このシステムにより1つの共通のリザーバから複数の潤滑個所に個別に微少量の潤滑剤が連続的に供給され得る。潤滑剤調量は、相応する制御において均一でかつ準連続的な容積流を発生させることのできる特殊なマイクロ弁を介して行われる。連続的な潤滑剤流はフローセンサを介して監視されかつ影響をも与えられ得る。潤滑目的に応じて、潤滑剤調量を不連続的に行うこともできる。潤滑剤の搬送のためには、搬送媒体である圧縮空気が必要とならない。潤滑剤がある程度の供給圧を有しているだけでよい。
典型的な使用領域は、微少量のオイルが必要とされる場所(組立て、プロセス制御)、潤滑剤の精密でかつ連続的な供給が必要となる場所(たとえば高速軸受けおよびスピンドル軸受けにおいて)、潤滑プロセスに対する潤滑剤量の迅速な適合が必要となる場所およびキャリヤ媒体である空気が存在しないか、または空気が不都合となる場所にある。本発明におけるシステムは、オイル調量を均一化するための媒体として、かつ搬送のために空気を使用するシステム(OLA)に比べて、場合によっては利点として、オイル搬送のための空気消費量を不要にし、清浄化された圧縮空気の調製のためのコストを不要にし、オイル膜の吹き飛ばしまたは汚れ(たとえば粒子または湿分)を回避することを可能にすることができる。微少量調量のために使用されるマイクロ弁は、場合によってはオイル・エア潤滑の代わりに使用され得ると共に、スピンドル潤滑のためのフローモニタリング(流れ監視)、スピンドル軸受けへの連続的な潤滑剤供給、スピンドル軸受けへの監視された潤滑剤供給およびスピンドル軸受けもしくは高速スピンドル軸受けへの制御された潤滑剤供給を可能にすることができる。
マイクロチュ調量システムは、μl範囲内での精密でかつ連続的な潤滑剤供給を行うことができる。上で挙げた使用事例では、微少量での潤滑剤の正確な調量およびその連続的な供給が求められている。本発明は、従来では医療領域および製薬領域においてのみ汎用されていたような高い精度を用いて作業することができる。このようなシステムを用いて、最大4つ、6つ、8つまたはそれ以上の潤滑個所に個別にオイルを供給することができる。オイルは毛管状管路を介して搬送され得る。毛管状管路は直接に軸受けの転動面(摺動面)にまで案内され得る。これにより、精密でかつ要求に応じた潤滑剤供給ならびに極めて小量の潤滑剤の有効利用が可能となる。
潤滑剤調量は、その通過量もしくは処理量が個別に制御可能であってかつ要求に応じて潤滑剤をバッチ式に、または連続的な容積流の形で調量するマイクロ弁を介して行われる。容積流は各潤滑個所のために個々に0.5〜5μl/分の範囲内で調節され得る。比較のために云えば、標準のオイル1滴は約50μlの容積を有している。すなわち、本発明による潤滑システムは、オイル1滴の1/100〜1/10に相当する量(しかも1分間当たり)を調量することができる。このシステムの潤滑剤容器は、前圧もしくは供給圧下にあり、弁制御と協働して、規定されたオイル容積流を発生させる。供給圧形成は、システムバリエーションに応じて、内部で圧縮ばねピストンにより行われるか、または外部で圧縮空気の接続により行われる。内部での供給圧形成を有する変化形は、使用現場において圧縮空気が提供されないような場合に推奨され得る。圧縮空気による外部の供給圧形成の場合には、接続部が実際に圧力の維持のためにしか働かない。すなわち、空気は消費されない。
容積流が圧力、温度および粘度の影響を受けることなく一定のままとなることを保証するためには、このシステムを流れセンサによって監視し、かつ場合によってはSPS制御または機械制御によって後制御することができる。すなわち、スピンドル軸受けにおいて、不均一なオイル調量による付加的な熱発生が生じなくなることが達成され得る。
慣用のオイル+エア潤滑システムに比べて、このマイクロ調量システムはオイル搬送のために高価な圧縮空気を必要としない。したがって、オイル膜が圧縮空気によって吹き払われるという危険も生じない。また、粒子または湿分が空気と共に潤滑個所へ到達する危険もほとんどない。
さらに別の利点としては、担持媒体としての空気が不要となることにより、このシステムが必要に応じて潤滑剤量を高動的に、つまり極めて迅速に変化させ、ひいては直接にスピンドル回転数変化によるオイル所要量変化または潤滑剤の粘度変化に応答し得ることが挙げられる。慣用の潤滑に比べて、このシステムの作動に伴う最小限のオイル量により、環境保護に対する付加的な貢献が達成される。さらに、このシステムは高価な特殊潤滑剤を必要としない。工作機械において使用されるような市販のスピンドルオイルで十分となり得る。このマイクロ調量システムは、微少量での精密なオイル供給が必要となる領域であればどこでも使用され得る。すなわち、スピンドル軸受けにおけるだけでなく、たとえば流れ作業ラインおよび間欠送りラインにおける自動化された部分組立てにおいても使用され得る。
プロトタイプ(試作品)により、本発明によれば、以下の技術的データを有するマイクロ調量システムを提供することが可能であることが判った。潤滑剤:オイル;容量:内部圧力形成の場合には125ml、3バールよりも高い圧力を有する補助空気を用いた構成では350ml;調量:連続的に0.5〜5mm/min;流出部:4;供給圧形成:内部または外部(3バールよりも高い圧力を有する補助空気を用いた構成の場合);開始圧:1〜3バール;作動電圧:12/24VDC;制御:SPS/PLC−互換性あり;使用温度:10〜50℃;作動粘度:20〜200mm/s;充填レベル監視:はい。ただしこの場合、これらの技術的データはプロトタイプのものであることに留意しなければならない。別の実施形態は、上記説明で示したものとは異なる技術的データを有する場合がある。
形成されたプロトタイプは、部分的に、均一でかつ連続的な潤滑剤供給、微少量潤滑剤の高度に精密な調量、摩擦面における潤滑剤の直接的な提供可能性、必要とされる潤滑剤量の高精度の調整、変えられたプロセスパラメータに対する直接的な反応、各流出部のための潤滑剤量の個別の調整、圧縮空気なしの僅かな設備手間、圧縮空気消費が存在しないことに基づいた少ない運転コスト、12/24ボルトの供給、直接的な供給による最適な潤滑剤利用および少ない潤滑剤・空気消費量に基づいた改善された環境適合性を可能にすることができる。ただし、この場合、全ての利点を実現させる必要はなく、複数の利点を実現させる必要すらない。
以上、多くの特徴について装置と関連して説明したが、もちろんこれらの特徴は、相応する方法の説明にも該当するので、装置の1ブロックまたは1構成エレメントは、相応する方法ステップまたは方法ステップの特徴であると理解することができる。これと同様に、方法ステップと関連して、または方法ステップとして説明した特徴は、相応する装置の相応するブロックまたは詳細または特徴の説明にも該当する。
特定の実用化要求に応じて、本発明の実施形態はハードウェアまたはソフトウェアにおいて実用化されていてよい。実用化はデジタル式の記憶媒体、たとえばフロッピディスク、DVD、ブルーレイディスク、CD、ROM、PROM、EPROM、EEPROMまたはフラッシュメモリ、ハードディスクまたは電子的に読取り可能な制御信号が記憶されている別の磁気メモリまたは光学メモリを使用して実施され得る。このような電子的に読取り可能な制御信号は、各方法が実施されるように、プログラミング可能なハードウェアコンポーネントと協働することができるか、または協働する。
プログラミング可能なハードウェアコンポーネントは、プロセッサ、コンピュータプロセッサ(CPU=Central Processing Unit)、グラフィックプロセッサ(GPU=Graphics Processing Unit)、コンピュータ、コンピュータシステム、特定用途向け集積回路(ASIC=Application−specific Integrated Circuit)、集積回路(IC=Integrated Circuit)、ワンチップシステム(SOC=System on Chip)、プログラミング可能なロジックエレメントまたはマイクロプロセッサを有するフィールドプログラマブル論理アレイ(FPGA=Field Programmable Gate Array)により形成されていてよい。
したがって、デジタル式の記憶媒体は機械読取り可能またはコンピュータ読取り可能であってよい。すなわち、かなりの実施形態は、電子的に読取り可能な制御信号を有するデータ担体を有しており、これらの制御信号は、この中に記載された方法のうちの1つが実施されるように、プログラミング可能なコンピュータシステムまたはプログラミング可能なハードウェアコンポーネントと協働することができる。したがって、1実施形態としては、この中に記載されている方法のうちの1つを実施するためのプログラムが記録されているデータ担体(またはデジタル式の記憶媒体またはコンピュータ読取り可能な媒体)が挙げられる。
一般に、本発明の実施形態はプログラム、ファームウエア、コンピュータプログラムまたはプログラムコードを有するコンピュータプログラム製品として、またはデータとして実用化されていてよい。この場合、プログラムがプロセッサ上またはプログラミング可能なハードウェアコンポーネント上で実行されると、前記方法のうちの1つを実施するためにプログラムコードまたはデータが有効となる。プログラムコードまたはデータは、たとえば機械読取り可能な担体またはデータ担体に記憶されていてもよい。プログラムコードまたはデータは、とりわけコースコード、機械コードまたはバイトコードならびに別の中間コードとして存在していてよい。
さらに別の実施形態はデータ流、信号列または信号のシーケンスである。このようなデータ流、信号列または信号のシーケンスは、この中に記載されている方法のうちの1つを実施するためのプログラムを成している。データ流、信号列または信号のシーケンスは、たとえばデータ通信接続、たとえばインターネットまたは別のネットワークを介して伝送されるように構成されていてよい。本実施形態は、ネットワークまたはデータ通信接続を介した伝送のために適した、データを表す信号列でもあり、この場合、データはプログラムを成す。
1実施形態によるプログラムは、たとえばこのプログラムが記憶個所を読み取るか、または記憶個所に1つのデータまたは複数のデータを書き込むことにより、その実行中に前記方法のうちの1つを実施することができる。これにより、場合によっては切換過程または別の過程が、トランジスタ構造、増幅器構造または別の電気的、光学的、磁気的または別の機能原理により作動する構成部分において惹起される。相応して、記憶個所の読取りにより、データ、値、センサ値または別の情報がプログラムによって検出されるか、決定されるか、または測定され得る。したがって、プログラムは1つまたは複数の記憶個所の読取りによって量、値、測定値および別の情報を検出するか、決定するか、または測定することができると共に、1つまたは複数の記憶個所への書込みによってアクションを生ぜしめるか、引き起こすか、または実施し、そして別の器具、機械およびコンポーネントを制御することができる。
上で説明した実施形態は本発明の原理を説明するだけのものである。もちろん、当業者にとっては、前記実施形態に記載の配置および詳細の改良および変更は容易に理解され得る。それゆえに、本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されるものであって、発明の詳細な説明ならびに発明の実施形態に記載の構成に限定されるものではない。
100 調量装置
110 潤滑剤リザーバ
120 流出部
130 調量ユニット
140 マイクロ弁
150 制御回路
160 制御信号線路
170 アクチュエータ
180 第1の接続部
190 第2の接続部
200 接続部
210 ハウジング
220 弁座
230 固定のアーマチュア
240 可動のアーマチュア
250 第1の区分
260 コイル
270 第2の区分
280 ばね
290 ルビーボール
300 ボールホルダ
310 時間的な経過
320 容器
330 充填レベルセンサ
340 圧力センサ
350 センサ回路
360 センサ回路
370 センサ信号線路
380 流量センサ
390 迂回管路
400 迂回弁
410 第2の接続部
420 第1の接続部
430 センサ回路
440 センサ信号線路
450 アクチュエータ
460 制御信号線路
470 管路区分
490 センサ支持体
500 温度センサ
510 加熱エレメント
520 中空円筒体
530 シール部材
540 閉鎖構成部分
550 弁ユニット
560 遮断コック
570 多重接続部
580 媒体接続部
590 孔
600 粗フィルタ
610 接続部
620 閉鎖ねじ
630 漏れ部
640 第1の部分容積
650 第2の部分容積
660 充填面
670 側方の流出部
680 下側の流出部
690 接続部
700 接続部
710 孔
715 フロートスイッチ
720 接続部
730 管路
740 容積
750 孔
760 孔
770 管路
780 中間容積
790 孔
800 管路
810 中間供給管路
820 第1の中空室
830 孔
840 第2の中空室
850 中間管路
860 管路
870 供給管路孔
880 通路
890 孔
900 開口
910 孔
920 構成スペース
930 孔
940 孔
950 機械
960 工作機械
970 スピンドル
980 軸受けユニット
990 ハウジング
1000 機械部分
1010 転がり軸受け
1020 外レース
1030 内レース
1040 充填接続部
1050 電気的なインタフェース
1060 第1の接続部
1070 第2の接続部
Ip ピーク電流
Ih 保持電流
T サイクル時間
To 弁開放時間
Tp ピーク時間
Th 保持時間

Claims (8)

  1. 予め規定された潤滑剤量を送出するための調量装置(100)であって、
    潤滑剤リザーバ(110)であって、潤滑剤を収容しかつ該潤滑剤リザーバ(110)に設けられた流出部(120)を介して加圧下に潤滑剤を送出するように構成されている、潤滑剤リザーバ(110)と、
    マイクロ弁(140)を有する調量ユニット(130)と、
    流量センサ(380)と、
    前記流量センサ(380)に対して並列に接続された迂回管路(390)と、
    前記迂回管路(390)に結合された迂回弁(400)と、を備え、
    前記マイクロ弁(140)は前記潤滑剤リザーバ(110)の前記流出部(120)に、流れが流通するように接続されていて、予め規定された潤滑剤量を、規定された形で送出するように構成されており、
    前記調量ユニット(130)が前記潤滑剤リザーバ(110)から空間的に分離可能であり、
    前記流量センサ(380)は、前記潤滑剤リザーバ(110)から前記流出部(120)を通って流出しかつ/または前記マイクロ弁(140)を通って流れる潤滑剤の通流量が測定可能となるように配置されかつ構成されており、
    前記流量センサ(380)を通る潤滑剤の通流が、前記迂回弁(400)によって前記迂回管路(390)へ部分的にまたは完全に切換可能であり、
    前記マイクロ弁(140)は、前記流量センサ(380)及び前記迂回管路(390)の出口に連通されていることを特徴とする、予め規定された潤滑剤量を送出するための調量装置。
  2. 前記調量ユニット(130)と前記潤滑剤リザーバ(110)とが、少なくとも50cm互いに空間的に分離可能である、請求項1記載の調量装置。
  3. 前記潤滑剤リザーバ(110)が、第1のハウジングを有しており、前記調量ユニット(130)が、前記第1のハウジングとは異なる第2のハウジングを有している、請求項1または2記載の調量装置。
  4. 前記潤滑剤リザーバ(110)と前記調量ユニット(130)とが、1つの管路を介して前記潤滑剤リザーバ(110)の前記流出部(120)を前記調量ユニット(130)に接続可能にするように、それぞれ1つの管路のための1つの接続部を有しており、管路のための前記接続部が、所定の外径と所定の内径とを有する中空円筒状の管路を収容し得るようにするように構成されている、請求項1から3までのいずれか1項記載の調量装置。
  5. 潤滑剤システムであって、
    請求項1から4までのいずれか1項記載の調量装置(100)が設けられており、
    潤滑したい機械部分(1000)を備えた機械(950)が設けられており、
    前記機械部分(1000)は前記調量ユニット(130)の前記マイクロ弁(140)に、流れが流通するように接続されており、これにより前記マイクロ弁(140)が、予め規定された潤滑剤量を、規定された形で前記機械部分(1000)へ送出するようになっており、
    前記潤滑剤リザーバ(110)が、前記調量ユニット(130)から空間的に分離されて配置されている
    ことを特徴とする潤滑剤システム。
  6. 前記潤滑剤リザーバ(110)が、危険物質室、危険物質キャビネット、潤滑剤室または潤滑剤キャビネット内に配置されている、請求項5記載の潤滑剤システム。
  7. 前記マイクロ弁(140)が、一貫した管路システムを介して前記機械部分(1000)に接続されており、前記管路システムが、予め規定された潤滑剤量の送出時に、前記管路システムの容積の変化を示さないか、または無視し得る程度の僅かな変化しか示さず、かつ/または前記潤滑剤リザーバ(110)の前記流出部(120)が、管路システムを介して、流れが流通するように前記マイクロ弁(140)に接続されており、前記管路システムが、予め規定された潤滑剤量の送出時に、前記管路システムの容積の変化を示さないか、または無視し得る程度の僅かな変化しか示さない、請求項5または6記載の潤滑剤システム。
  8. 予め規定された潤滑剤量を送出するための方法において、
    潤滑剤を潤滑剤リザーバ(110)から加圧下に、空間的に分離された調量ユニット(130)に設けられたマイクロ弁(140)に送出する工程であって、前記潤滑剤は、前記潤滑剤リザーバ(110)から前記マイクロ弁(140)に流量センサ(380)又は迂回管路(390)を通って流れ、前記マイクロ弁(140)は、前記流量センサ(380)及び前記迂回管路(390)の出口に連通されており、前記流量センサ(380)を通る潤滑剤の通流が、迂回弁(400)によって前記迂回管路(390)へ部分的にまたは完全に切換可能である、工程と、
    前記マイクロ弁(140)を介して機械(950)の機械部分(1000)に、予め規定された潤滑剤量を規定された形で送出する工程と、
    前記潤滑剤リザーバ(110)から及び/又は前記マイクロ弁(140)を通じて流れる潤滑剤の通流量を、前記流量センサ(380)を用いて決定する工程と、
    を備えることを特徴とする、予め規定された潤滑剤量を送出するための方法。
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