Lageranordnung und Verfahren zur Beaufschlagung eines Lagers mit einem

Medium

Beschreibung

Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine mindestens ein Lager, insbesondere Wälzlager, umfassende Lageranordnung, sowie ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Lagers mit einem fließfähigen Medium, insbesondere einem Schmierstoff.

Hintergrund der Erfindung

Aus der DE 10 2009 036 228 B4 ist ein Verfahren zur belastungsorientierten Schmierung von tribologischen Systemen bekannt. Im Rahmen dieses Verfahrens sind geometrische Gegebenheiten wie Abmessungen, Lage, Form, Einbaulage und Abmessungen von Wirkflächen einzelner Systemglieder eines tribologischen Systems zu ermitteln. Weiterhin ist vorgesehen, Betriebsparameter wie Geschwindigkeit, Temperatur und übertragene Momente aufzunehmen und daraus Lastkollektive zu bilden. Die Verteilung dieser Lastkollektive über einen repräsentativen Zeitraum wird ermittelt, woraus ein Belastungsäquivalent des tribologischen Systems bestimmt wird. Mit Hilfe dieser Belastungs- äquivalente sollen erforderliche Vorratsschmiermittelmengen bestimmt werden.

Die DE 199 47 458 A1 offenbart ein Verfahren zur Schmierung eines Wälzlagers, dem von einem Schmierstoffgeber Schmierstoff zugeführt wird. Hierbei erfolgt die Schmierstoffabgabe in einer zeitlichen Folge von Spendeintervallen, wobei die Spendezeitpunkte und die Dauer der Spendeintervalle von einer Steuereinrichtung gesteuert werden. Im Rahmen des Verfahrens wird der Lagerzustand des Wälzlagers von einer Messeinrichtung erfasst und das Messsignal der Steuereinrichtung zugeführt. Wird ein Zustand detektiert, welcher für einen beginnenden Lagerschaden charakteristisch ist, soll die Schmierstoffab- gaberate selbsttätig erhöht werden.

Aus der WO 201 1/025 430 A1 ist ein System zum Ermitteln und Ausführen kor- rekter automatischer Nachschmierung für eine Anzahl von Lagern bekannt. Hierbei ist vorgesehen, von verschiedenen Lagerbaugruppen, die mit Fett geschmiert werden, Daten hinsichtlich Lagerlast, Lagertemperatur und Lagerumdrehungsgeschwindigkeit zu sammeln. Diese Daten sollen herangezogen werden, um einen Schmierungsmodus zu bestimmen.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Versorgung eines Lagers mit einem fließfähigen Medium, insbesondere Schmiermittel, gegenüber dem genannten Stand der Technik besonders hinsichtlich Robustheit, insbesondere bei einem Betrieb unter ungünstigen, beispielsweise korrosiven Umgebungsbedingungen, weiterzuentwickeln.

Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren zur Beaufschlagung eines Lagers mit einem fließfähigen Medium gemäß Anspruch 9. Im Folgenden im Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterte Vorteile und Ausge- staltungen der Erfindung gelten sinngemäß auch für die Lageranordnung und umgekehrt.

Die Lageranordnung umfasst mindestens ein Lager, insbesondere Wälzlager. Ebenso können Gleitlager oder eine Kombination aus Wälz- und Gleitlagern innerhalb der Lageranordnung vorgesehen sein. Das mindestens eine Lager ist mit einem fließfähigen Medium zu versorgen, wobei es sich um ein Schmiermittel oder um ein Sperrmedium handeln kann. In der Umgebung des Lagers befindet sich ein Umweltmedium, welches sich von dem fließfähigen Medium, mit dem das Lager zu versorgen ist, unterscheidet. Bei dem Umwelt- oder Umgebungsmedium kann es sich beispielsweise um Wasser, insbesondere Meerwasser, handeln. Ebenso kann es sich bei dem Umgebungsmedium um ein Prozessmedium, etwa bei einer Pumpe, oder um ein Öl, zum Beispiel bei Ge- triebeanwendungen, handeln.

Die Anwesenheit des Umweltmediums aktiviert eine Nachschmiereinheit der Lageranordnung, indem Umweltmedium von einer in einem Arbeitsvolumen der Nachschmiereinheit befindlichen Substanz aufgenommen wird, deren Volumen von der Beaufschlagung mit dem Umweltmedium abhängig ist. Zusätzlich zu dieser Substanz befindet sich in der Nachschmiereinheit in einem weiteren Volumen, welches als Vorratsvolumen fungiert, das fließfähige Medium. Zwischen dem Vorratsvolumen und dem Lager existiert eine fluidtechnische Verbindung, sodass bei einer Expansion der im Arbeitsvolumen befindlichen Sub- stanz fließfähiges Medium aus dem Vorratsvolumen zum Lager gefördert wird.

Die Förderung des fließfähigen Mediums geschieht ausschließlich durch die Expansion der Substanz, welche das Umwelt- oder Umgebungsmedium aufnimmt und dabei aufquillt, wobei es sich bei der Aufnahme des Umweltmedi- ums um einen physikalischen und/oder chemischen Prozess handeln kann. Zur Betätigung der Nachschmiereinheit sind keinerlei externe Energiequellen wie Druckluftanschluss, Druckölanschluss oder elektrische Energieversorgung erforderlich. Vielmehr handelt es sich bei der Nachschmiereinheit um ein Modul, welches selbsttätig, ohne jegliche Steuer- oder regelungstechnische Verknüp- fung mit weiteren Komponenten, tätig wird. Ein besonderer Vorteil der Nachschmiereinheit liegt darin, dass umso mehr fließfähiges Medium gefördert wird, je mehr die Lageranordnung mit Umweltmedium beaufschlagt wird. Zudem kann die Nachschmiereinheit dazu ausgelegt sein, einen Druck im Lager zu erzeugen und/oder aufrechtzuerhalten.

Als Substanz, welche im Arbeitsvolumen angeordnet ist und Umweltmedium an sich binden kann, ist besonders ein Superabsorber geeignet. Die Verwendung von Superabsorbern in der Wälzlagertechnik ist prinzipiell beispielsweise aus der DE 10 2009 053 598 A1 sowie aus der DE 10 2008 060 376 A1 bekannt.

Superabsorber können insbesondere Kunststoffe (Superabsorbent Polymers, SAP) sein, die in der Lage sind, bis zum tausendfachen ihres Eigengewichts an Flüssigkeiten aufzunehmen. Zu diesen Flüssigkeiten gehört in der Regel auch Wasser. Superabsorber bestehen aus einem Copolymer aus Acrylsäure (Propensäure, C ₃ H ₄ O ₂ ) und Natriumacrylat (Natriumssalz Acrylsäure, NaC ₃ H ₃ O ₂ ). Bei beiden Stoffen handelt es sich um Monomere, deren Verhältnis in der Regel zueinander variiert wird. Beide Monomere werden durch einen sogenannten Kernvernetzter (Core-Cross-Linker, CXL) stellenweise mittels chemischen Brücken miteinander verbunden. Bei dieser Vernetzung stellt sich die vorteilhafte Eigenschaft der Wasseraufnahmefähigkeit ein. Beim Eindringen von Wasser in den Superabsorber quillt dieser auf und strafft auf molekularer Ebene dieses Netzwerk. Das Aufquellen des Superabsorbers geht mit einer Verdrängung von fließfähigem Medium aus dem Vorratsvolumen einher.

Das Arbeitsvolumen ist von dem Außenraum, in welchem sich Umweltmedium befinden kann, vorzugsweise durch eine semipermeable Membran getrennt, welche zwar Umweltmedium, jedoch nicht die Substanz, mit welcher das Arbeitsvolumen befüllt ist, durchlässt. Hat die Substanz eine ausreichend feste Konsistenz, so kann das Arbeitsvolumen beispielsweise auch durch ein feines Gitter oder ein Lochblech vom Außenraum getrennt sein. Ein solches Gitter oder Lochblech kann auch als zusätzlicher mechanischer, die Membran abde- ckender Schutz vorgesehen sein.

Das Arbeitsvolumen ist von dem Vorratsvolumen, in welchem sich das fließfähige Medium befindet, gemäß einer möglichen Ausgestaltung durch einen Kolben getrennt. An Stelle eines Kolbens kann beispielsweise auch eine nachgie- bige, undurchlässige Membran oder eine Anordnung, welche einen Faltenbalg umfasst vorgesehen sein. In allen Fällen kann vom Vorratsvolumen aus mit Hilfe einer Feder eine Kraft in Richtung Arbeitsvolumen ausgeübt werden. Die Nachschmiereinheit weist in vorteilhafter Ausgestaltung einen am Lager befestigbaren Montageabschnitt auf. Zur Befestigung kann beispielsweise ein Gewinde oder ein Bajonettverschluss vorgesehen sein. Unabhängig von der Art des Befestigungsmechanismus befindet sich im Montageabschnitt ein mit dem Vorratsvolumen der Nachschmiereinheit verbundener, zum Lager hin offener Hohlraum.

In Ausgestaltungen der Lageranordnung mit lediglich einem Lager, nämlich Wälzlager, wird das fließfähige Medium mittels der Nachschmiereinheit vor- zugsweise in einen Lagerinnenraum gefördert, welcher durch Dichtungen abgeschlossen ist. Hierbei kann es sich entweder um berührende Dichtungen handeln oder um Dichtungen, bei welchen ein Dichtspalt gegeben ist. Ein besonders geringer Verbrauch an fließfähigem Medium sowie eine besonders lange Nutzbarkeit der Nachschmiereinheit ist im Fall von berührenden Dichtun- gen gegeben.

Sind durch die Nachschmiereinheit mehrere Lager, beispielsweise Wälzlager oder Gleitlager, mit fließfähigem Medium zu versorgen, so kann das fließfähige Medium durch die Nachschmiereinheit in einen Zwischenraum zwischen den Lagern eingeleitet und von dort aus weiter zu den einzelnen Lagern verteilt werden.

Die Bezeichnung Nachschmiereinheit für die das fließfähige Medium dem Lager zuführende Einheit wird unabhängig davon verwendet, ob es sich bei dem fließfähigen Medium um ein Schmiermittel, beispielsweise Öl oder Schmierfett, oder um ein sonstiges fließfähiges Medium, beispielsweise eine Sperrflüssigkeit, handelt.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand ner Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen: Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 eine Nachschmiereinheit in perspektivischer Ansicht, Fig. 2 die Nachschmiereinheit nach Fig. 1 in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3 die Verwendung der Nachschmiereinheit in einer ersten Lageranordnung, Fig. 4 die Verwendung der Nachschmiereinheit in einer zweiten Lageranordnung.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung Die Figuren 1 und 2 zeigen in verschiedenen Ansichten eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnete Nachschmiereinheit. Ein nicht sichtbares Umgebungsmedium, insbesondere Wasser, kann durch eine semipermeable Membran 1 in ein Arbeitsvolumen 2 der Nachschmiereinheit 10 eindringen. Das Arbeitsvolumen 2 ist mit einer Substanz gefüllt, deren Volumen sich bei Aufnahme von Wasser vergrößert. Bei der Substanz handelt es sich um einen quellbaren Stoff, nämlich einen Superabsorber, hinsichtlich dessen Zusammensetzung auf den zitierten Stand der Technik verwiesen wird.

Das Arbeitsvolumen 2 ist durch einen Kolben 3 von einem Vorratsvolumen 4 getrennt, in welchem sich ein fließfähiges Medium, nämlich Schmiermittel, befindet. Weiter befindet sich in dem Vorratsvolumen 4 eine als Druckfeder ausgebildete Feder 6, welche den Kolben 3 in Richtung zum Arbeitsvolumen 2 drückt. Das Arbeitsvolumen 2, das Vorratsvolumen 4, sowie die Feder 6 sind umschlossen von einem Gehäuse 7 der Nachschmiereinheit 10. Einstückig verbunden mit dem Gehäuse 7 ist ein Montageabschnitt 5, in welchem sich ein als Bohrung ausgebildeter Hohlraum 1 1 befindet, welcher nach außen sowie zum Vorratsvolumen 4 hin offen ist. Mit Hilfe des Montageabschnitts 5, der im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Außengewinde aufweist, ist die Nachschmiereinheit 10 in verschiedene Lageranordnungen einbaubar, wie nachfolgend anhand der Figuren 3 und 4 näher erläutert wird.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein Wälzlager 8 als Rillenkugellager ausgebildet. Die Rotationsachse des Wälzlagers 8 ist mit R bezeichnet. Zwischen einem Innenring 12 und einem Außenring 13 des Wälzlagers 8 rollen Kugeln 15 als Wälzkörper ab. Ein mit 14 bezeichneter Lagerinnenraum ist durch die Lagerringe 12,13, sowie zwei Dichtungen 9 begrenzt. Die Dichtungen 9, welche sich an den Stirnseiten des Wälzlagers 8 befinden, sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als berührende Dichtungen ausgebildet.

Die Nachschmiereinheit 10 ist mit Hilfe des Montageabschnitts 5 in den Außen- ring 13 des Wälzlagers 8 eingeschraubt. Von dem Hohlraum 1 1 des Montageabschnitts 5 aus kann Schmiermittel direkt in den Lagerinnenraum 14 gefördert werden. Beim Lageraußenring 13 handelt es sich um einen feststehenden Lagerring, während der Lagerinnenring 12 rotierbar ist. Im umgekehrten Fall, bei rotierendem Lageraußenring, wäre die Nachschmiereinheit 7 am Lagerinnen- ring 12 anzuschließen. In jedem Fall wird Schmiermittel ausschließlich dann von der Nachschmiereinheit 10 in den Lagerinnenraum 14 gefördert, wenn die Membran 1 mit Wasser benetzt ist und daraufhin der Superabsorber im Arbeitsvolumen 2 aufquillt. Überschüssiges Schmiermittel kann in geringen Mengen durch die Dichtungen 9 nach außen abgegeben werden. Dies gilt auch in Fällen, in denen statt der Dichtungen 9 Drosseln vorhanden sind.

Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind zwei Wälzlager 8 vorhanden, mit denen eine Welle 17 in einem Gehäuse 18 rotierbar gelagert ist. Bei den Lagern 8 kann es sich beispielsweise um Kugellager, insbesondere Schrägkugellager, Rollenlager, sonstige Wälzlagertypen oder auch Gleitlager handeln. In allen Fällen befindet sich zwischen den in axialer Richtung zueinander versetzten Lagern 8 ein Lagerzwischenraum 16, der nach innen durch die Welle 17 und nach außen durch das Gehäuse 18 abgeschlossen ist. Die Nachschmiereinheit 10 ist in diesem Fall am Gehäuse 18 befestigt. Das aus der Nachschmiereinheit 10 abgegebene Schmiermittel wird in den Lagerzwischenraum 16 und von dort aus weiter zu den Lagern 8 gefördert. Lageranordnungen der in den Figuren 3 und 4 dargestellten Art sind beispielsweise in Meeresströmungskraftwerken oder anderen Marineanwendungen, zum Beispiel bei Querstrahlrudern oder Seilscheiben, einsetzbar. Ebenso sind diese Lageranordnungen in Pumpen und Verdichtern verwendbar. Als weitere Anwendungsgebiete sind Getriebelager sowie Fördergeräte, insbesondere in der Offshore-Technik, zu nennen. Von besonderem Vorteil ist die Tatsache, dass die Nachschmiereinheit 10 ohne Energieversorgung für eine langfristige Nachschmierung und/oder Versorgung des mindestens einen Lagers 8 mit Sperrmedium auslegbar ist. Ist der im Vorratsvolumen 4 enthaltene Vorrat an fließfähigem Medium verbraucht, insbesondere Schmierfett, so ist ein sehr ein- facher Austausch der Nachschmiereinheit 10 möglich.

Bezugszahlenliste

R Rotationsachse

1 Membran

2 Arbeitsvolumen

3 Kolben

4 Vorratsvolumen

5 Montageabschnitt

6 Feder

7 Gehäuse

8 Lager, Wälzlager

9 Dichtung

10 Nachschmiereinheit

1 1 Hohlraum

12 Innenring

13 Außenring

14 Lagerinnenraum

15 Wälzkörper, Kugel

16 Lagerzwischenraum

17 Welle

18 Gehäuse