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Die Erfindung betrifft ein Umlaufschmiersystem, das einen Schmieröltank;
Druck-Rohrleitungen, die zu schmierenden Teilen Öl zuführen; Rückführ-Rohrleitungen, die das Öl
von den zu schmierenden Teilen zu dem Öltank zurückführen, und eine Einrichtung
umfasst, die das Öl in die Druck-Rohrleitungen pumpt und einen gewünschten Zustand der
Schmierung aufrechterhält, wobei die Einrichtung, die das Öl in die Druck-Rohrleitungen
pumpt, eine Umlaufschmierpumpe und eine Ansaugleitung umfasst, über die das
Schmieröl aus dem Schmieröltank strömt.
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Umlaufschmiersysteme werden heute verbreitet eingesetzt, um verschiedene
Maschinen zu schmieren, und zwar insbesondere, wenn das Schmiermittel dazu dient, die zu
schmierenden Teile zu kühlen. Ein Beispiel für den Einsatz von Umlaufschmierung ist
die Schmierung der Lager der Trockenzylinder in Papiermaschinen oder die Schmierung
von Gasturbinen. In beiden Fällen sind die Lager einer thermischen Belastung von
außen ausgesetzt.
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Umlaufschmierung wird auch dann eingesetzt, wenn das zu schmierende Teil erhebliche
Ableitungsenergie erzeugt. Ein Beispiel für derartige Einsatzzwecke stellt das
Schmieren von Getrieben dar.
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Des Weiteren wird Umlaufschmierung dann eingesetzt, wenn das Schmiermittel in dem
zu schmierenden Teil verschmutzt werden kann und es möglich sein sollte, das
Schmiermittel nach Reinigung erneut zu verwenden.
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Ein Umlaufschmiersystem umfasst normalerweise eine Pumpe, die von einem
Elektromotor angetrieben wird. Die Pumpe setzt das Öl in Bewegung. Die Förderleistung der
Pumpe wird normalerweise so ausgewählt, dass sie die erforderliche Durchflussmenge
um 10 bis 20% übersteigt, so dass eine ausreichende Betriebstoleranz für die Steuerung
von Ableitungsdruck verbleibt. Öl tritt durch verschiedene austauschbare Filter hindurch.
Diese Filter sind häufig in zwei Gruppen angeordnet, so dass eine Gruppe mit Ventilen
abgetrennt werden kann und die Filter ausgetauscht werden können, ohne dass die
gesamte Anordnung abgeschaltet werden muss. Eine elektrische oder dampfbetriebene
Heizeinrichtung dient häufig dazu, das Öl weiter zu erwärmen. Das Öl wird durch einen
Wärmetauscher mit Wasser- oder Luftkühleinrichtungen gekühlt. Die Kühlleistung wird
durch einen Temperaturregler eingestellt, der für zugeführtes Öl vorhanden ist. Der
Sollwert des Temperaturreglers beträgt häufig ungefähr 55ºC. Die Drucksteuerung wird
häufig durch ein Umgehungsventil zurück zu dem Öltank ausgeführt. Je nach dem
System können die Sollwerte der Drucksteuerung normalerweise zwischen 5 und 20 bar
liegen.
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Öl wird Teilen zugeführt, die geschmiert werden müssen, so beispielsweise
verschiedenen Teilen in einer Papiermaschine, und zwar über Druck-Sammelrohre (pressure trunk
pipes), die normalerweise aus rostbeständigem Material bestehen. Das Öl strömt in den
Rohren als ein Laminarstrom, und daher ist das Druckgefälle gering. Aus den
Sammelrohren wird das Öl auf eine Vielzahl von Durchflussmengen-Messtafeln verteilt, von wo
aus es auf Steigrohre aufgeteilt wird, um es einer Reihe zu schmierender Teile
zuzuführen. Von diesen Teilen wird das Öl über Rückführrohre unter Nutzung der Schwerkraft in
Auffangrohre auf der Rückführseite geleitet. Das Öl wird unter dem Einfluss der
Schwerkraft über die Auffangrohre in den Tank der Umlaufschmieranordnung geleitet. Die
Rohre auf der Rückführseite sind nie voll Öl. Die Neigung der Rohre beträgt ungefähr 2 bis
3% in Richtung des Tanks der Anordnung. Vor dem Tank wird das Rückführöl durch
einen grobmaschigen Filter geleitet. Das in den Tank zurückgeführte Öl wird dann
wieder durch die Pumpe in Umlauf angesaugt. Die Abmessungen des Tanks werden
normalerweise so gewählt, dass das Öl je nach der Viskosität eine bestimmte Zeit in dem
Tank verbleibt.
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In dem System erfüllt der Schmieröltank verschiedene Funktionen bei der
Konditionierung des Öls, bevor es zurückgeleitet wird. Eine Funktion des Tanks besteht darin, dass
er es ermöglicht, dass in dem Öl enthaltene Luftblasen an die Oberfläche steigen. Durch
Luftblasen kann die Anfälligkeit der Pumpe für Kavitation ansteigen, und sie können den
Schmierfilm beeinträchtigen, der auf dem Teil ausgebildet wird, das geschmiert werden
muss. Eine weitere Funktion besteht darin, dass er es ermöglicht, dass große
Schmutzteilchen, deren Dichte erheblich höher ist als die von Öl, sich am Boden des Tanks
ablagern. In gewissem Maße fallen auch Wassertropfen, die in dem Öl enthalten sind, in
dem Tank nach unten. Die Dichte von Wasser liegt so nah an der von Öl, dass die
Fallgeschwindigkeit niedrig ist. In dem Tank kondensiert feuchte Luft, die in den
Rückführ
rohren strömt, an den Tankwänden, und das Wasser läuft an den Wänden ab, so dass
es sich am Boden des Tanks sammelt. Der Tank bewirkt auch Kühlung des Öls über die
Wände. Des Weiteren bildet der Tank einen Raum, in den die Rohrleitungen beim
Abschalten des Systems geleert werden, und der Tank dient auch bei Undichtigkeit eines
Rohrs als Ölspeicher, so dass die zu schmierende Maschine gesteuert abgeschaltet
werden kann. Eine weitere Funktion der Pumpe besteht darin, dass sie gewährleistet,
dass stets Öl in der Pumpenansaugeinrichtung vorhanden ist, damit nicht auch Luft
angesaugt wird. Die Feuchtigkeit und eine geeignete Temperatur ermöglichen darüber
hinaus das Wachsen von Bakterien in dem Tank.
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Der Tank umfasst des Weiteren thermostatgesteuerte Öl-Heizeinrichtungen, bei denen
es sich entweder um elektrische oder dampfbetriebene Heizeinrichtungen handeln kann.
Die Heizeinrichtungen dienen dazu, die große Menge an Öl, die in dem Öltank enthalten
ist, innerhalb von 4 bis 8 Stunden normalerweise auf ungefähr 55ºC zu erwärmen, bevor
das System in Gang gesetzt wird, da die eingesetzten Schraubenpumpen nicht in der
Lage sind, kaltes Öl mit hoher Viskosität ohne die Gefahr von Kavitation zu pumpen.
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Gegenwärtige Umlaufschmier-Öltanks beruhen seit Jahrzehnten auf zwei
Grundlösungen. Ein Tank ist normalerweise ein Rechteck, dessen Fassungsvermögen
normalerweise zwischen einigen hundert Litern bis 30 Kubikmetern variiert. Die erforderliche
Größe hängt vom Funktionsprinzip der Tanks ab, wobei diesem Prinzip zufolge das Öl,
um es in gutem Zustand zu halten, ungefähr 30 Minuten lang in dem Tank bleiben
können muss, so dass in dem Öl enthaltene Verunreinigungen abgeschieden werden
können, bevor das Öl erneut eingesetzt wird. Zusätzlich zur Speicherung des Öls muss der
Tank auch in der Lage sein, das Öl zu kühlen, und in der Lage sein, Luft, Wasser und
andere Verunreinigungen aus dem Öl abzuscheiden, wie dies oben aufgeführt ist.
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Aufgrund ihrer großen Abmessungen lassen sich die früher eingesetzten Tanks häufig
nur schwer im Zusammenhang mit Maschinen anordnen, die geschmiert werden
müssen. Des Weiteren bedeutet eine große Menge an Öl erhebliche Investitionen, und
insbesondere heute bedeutet es eine Feuergefahr, die durch großes Fassungsvermögen
bewirkt wird, zusammen mit anderen Umweltgefahren. In der Praxis haben Messungen
auch erwiesen, dass trotz der großen Abmessungen des Tanks nur ein kleiner Teil des
Fassungsvermögens des Tanks effektiv an der Ölzirkulation teilnimmt. Wenn die
Funkti
on der Strömungsfelder durch die Berechnung von Teilchenwegen ohne eine Masse
gemessen wird, wird diese Erscheinung auch numerisch beobachtet. Bei einem
typischen herkömmlichen Tank, der mit Trennwänden versehen ist, beträgt der
Betriebswirkungsgrad lediglich 35 bis 44%, wobei dies die tatsächliche Durchflusszeit im Verhältnis
zur theoretischen Durchflusszeit anzeigt. In der Praxis hat beispielsweise ein Tank von
8 Kubikmetern, in dem 350 Liter Öl pro Minute fließen, die theoretische Durchflusszeit
von 22 Minuten und 52 Sekunden, wobei in dieser Zeit die Menge an Öl das System
einmal durchlaufen sollte. In der Realität jedoch neigt warmes Öl, das in den Tank
eintritt, dazu, innere Strömungskanäle im Inneren des Kanals aufgrund von Unterschieden
hinsichtlich der Viskosität des Öls zu erzeugen. Durch diese Kanäle bildet der Inhalt des
Tanks Wände in einer stationären Ölmasse sowie einen Haupt-Durchflusskanal, der in
der Ölmasse ausgebildet ist. In der Realität liegt die theoretische Durchflusszeit von 22
Minuten und 52 Sekunden nunmehr in einem Bereich von 8 bis 10 Minuten, wobei dies
definitiv zu kurz ist. Zusätzlich zu der Kanalbildung unterliegt das Strömungsfeld
bekannter Tanks des Weiteren starker Wirbelbildung, wodurch das Abscheiden von
Schmutzteilchen erschwert wird. Die Kanalbildung ist auf hohe Durchflussmengen in
dem Tank zurückzuführen.
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Um die Konditionierung von Öl zu verbessern, wird die Öl-Füllmenge Unterdruck
ausgesetzt. Es ist allgemein bekannt, dass Wasser durch Unterdruck aus Öl abgeschieden
wird, so dass in dem Öl enthaltenes Wasser verdampft und abgeleitet werden kann. Die
Leistungen von handelsüblichen Unterdruckerzeugungseinrichtungen liegen in einem
Bereich von 0 bis 20 Liter pro Minute, so dass diese Art Vorrichtung nur mit einem
Nebenkreislauf des Tanks verbunden werden kann. Die Durchflusskapazitäten der
gegenwärtigen Umlaufschmiersysteme betragen normalerweise mehrere hundert Liter pro
Minute, so dass die Leistung eines Verdampfers, der mit dem Nebenkreislauf verbunden
ist, unzureichend bleibt.
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Die Erfindung betrifft das Konditionieren von Öl und insbesondere das Konditionieren
von Öl mittels Unterdruck. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zu
schaffen, mit der die Nachteile des Standes der Technik ausgeschlossen werden
können, d. h. Wasser aus dem Schmieröl so effektiv wie möglich abgeschieden werden
kann. Dies wird mit einer Anordnung gemäß der Erfindung erreicht, die dadurch
gekennzeichnet ist, dass eine Ansaugleitung, die von dem Schmieröltank weg zu der
An
saugseite einer Umlaufschmierpumpe führt, an einem Unterdrucktank angebracht ist,
der erheblich höher angeordnet ist als der Schmieröltank und der eine Einrichtung zum
Ableiten von Wasser umfasst, die das Verdampfen von in dem Öl enthaltenem Wasser
ermöglicht.
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Der Hauptvorteil der Erfindung, wie sie im Anspruch definiert ist, besteht darin, dass sie
sehr effektives Konditionieren des Öls ermöglicht, so dass in dem Öl enthaltenes
Wasser auf eine sehr einfache Weise aus dem Öl abgeschieden werden kann. Ein weiterer
Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sie einfach auszuführen ist, so dass ihre
Einführung und Verwendung wirtschaftlich sind. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht
darin, dass sie bei verschiedenen Schmieröltanks, die bereits in Verwendung sind,
eingesetzt werden können, so dass das Konditionieren von Öl in alten Schmiersystemen
ohne erhebliche Investitionskosten verbessert werden kann.
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Im Folgenden wird die Erfindung eingehender anhand einer bevorzugten Ausführung
beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, wobei:
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Fig. 1 eine allgemeine Ansicht eines Umlaufschmiersystems für eine Papiermaschine
ist, und
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Fig. 2 eine allgemeine Ansicht einer Anordnung gemäß der Erfindung ist.
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Fig. 1 ist eine allgemeine Ansicht eines Umlaufschmiersystems für eine
Papiermaschine. Das Bezugszeichen 1 kennzeichnet allgemein einen Öltank, und das Bezugszeichen
2 kennzeichnet allgemein eine Anordnung, die Pumpen, Filter und andere ähnliche
Vorrichtungen umfasst. Das Bezugszeichen 3 zeigt Druck-Rohrleitungen, die Öl, das als
Schmiermittel dient, Teilen 4 zuführen, die geschmiert werden müssen, in diesem
speziellen Fall Trockenzylindern in der Papiermaschine. Des Weiteren kennzeichnet in Fig.
1 das Bezugszeichen 5 Rückführ-Rohrleitungen, die das Öl von den zu ölenden Teilen
zu dem Öltank zurückführen. Der Aufbau und die Funktion des in Fig. 1 dargestellten
Systems liegen für den Fachmann auf der Hand, so dass diese Gegenstände hier nicht
eingehender beschrieben werden. Die Funktion des Öltanks 1 ist oben beschrieben
worden.
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Fig. 2 zeigt eine Lösung der Anordnung gemäß der Erfindung. In Fig. 2 werden gleiche
Bezugzeichen entsprechend verwendet wie in Fig. 1. Das Ziel der in Fig. 2 dargestellten
Lösung besteht darin, die Konditionierung des Öls zu verbessern, indem die
Öl-Füllmenge Unterdruck ausgesetzt wird, wie dies oben beschrieben ist. Das Erzeugen von
Unterdruck als solches ist nicht neu bei der Konditionierung von Öl, jedoch wurde das
Erzeugen von Unterdruck bisher nicht auf die in Fig. 2 beschriebene Weise ausgeführt.
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Es ist, wie oben dargelegt, bekannt, dass Wasser durch Unterdruck aus Öl
abgeschieden werden kann, so dass in dem Öl enthaltenes Wasser verdampft wird und abgeleitet
werden kann. Die Leistungen der handelsüblichen Unterdruckerzeugungseinrichtungen
sind jedoch so unzureichend, dass sie nur an einem Nebenkreislauf des Schmieröltanks
angebracht werden können. Die Durchflusskapazitäten der vorhandenen
Umlaufschmiersysteme sind so groß, dass die Leistung eines Verdampfers, der an einem
Nebenkreislauf angebracht ist, unzureichend bleibt. Je größer der Unterdruck ist bzw. je
niedriger der absolute Druck ist, umso besser verdampft Wasser aus Öl. Die effektivste
Lösung zum Ableiten von Wasser wird erreicht, wenn die gesamte Durchflusskapazität,
die eingesetzt wird, Unterdruck ausgesetzt werden kann. Bei der in Fig. 2 dargestellten
Anordnung wird der Unterdruck auf ein Maximum erhöht, und so wird die gesamte
Ölmasse, die strömt, Unterdruck und Verdampfung ausgesetzt.
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In Fig. 2 kennzeichnet das Bezugszeichen 19 einen Unterdrucktank, und das
Bezugszeichen 20 kennzeichnet eine Umlaufschmierpumpe. Der Unterdrucktank 19 ist an der
Ansaugseite der Umlaufschmierpumpe 20 an einem Rohr angebracht, das mit einer
Ansaugleitung 12 verbunden ist, wobei der Unterdrucktank erheblich höher angeordnet ist
als der Schmieröltank. In dem Unterdrucktank 19 wird ein Unterdruck erzeugt, mit dem
das Öl aus einem Tank 1 in den Unterdrucktank 19 gesaugt wird. Der Unterdruck kann
mit jeder beliebigen bekannten Einrichtung erzeugt werden. So kann der Unterdruck
beispielsweise mittels einer Unterdruckpumpe erzeugt werden. Die Unterdruckpumpe
muss einen Unterdruck von wenigstens 0,8 bar erzeugen, um das in dem Öl enthaltene
Wasser zu verdampfen. Es sind beispielsweise Flügelradpumpen als
Unterdruckpumpen im Druckbereich von 0,1 bis 10&sup5; Pa eingesetzt worden. Andere typische Lösungen
sind eine Drehpumpe, eine Flüssigkeitsringpumpe und eine sogenannte Kollerpumpe
(edge runner pump). Verschiedene Unterdruckpumpen und allgemein Lösungen zum
Erzeugen eines Unterdrucks sind dem Fachmann bekannt, so dass diese Gegenstände
hier nicht eingehender beschrieben werden.
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Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung verdampft das in dem Öl enthaltene Wasser
in einem Unterdrucktank 19. Der Unterdrucktank 19 umfasst darüber hinaus eine
Einrichtung 21 zum Ableiten des verdampften Wassers aus dem Unterdrucktank 19. Das
unter Unterdruck stehende Öl strömt durch den Unterdrucktank 19 zu einer Ansaug-
Umlaufschmierpumpe 20 und weiter durch die Pumpe zu den zu schmierenden Teilen.
Das Öl wird über Druck-Rohrleitungen 3 mittels der Umlaufschmierpumpe 20 zu den zu
schmierenden Teilen geleitet. Das Öl kehrt über Rückführ-Rohrleitungen 5 von den zu
schmierenden Teilen in den Schmieröltank 1 zurück. Das Öl wird vor dem erneuten
Einsatz mittels der in Fig. 2 dargestellten Anordnung konditioniert, d. h. mittels des
Schmieröltanks 1 und des Unterdrucktanks 19, wie dies oben beschrieben ist.
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Wenn die Unterdruckeinrichtung erheblich höher installiert wird als der Schmieröltank,
kann der optimale maximale Unterdruck genutzt werden, ohne dass die
Ansaugkapazität der Pumpe beeinträchtigt wird. Der Höhenunterschied zwischen dem Unterdrucktank
19 und der Ansaugleitung 20 des Tanks ist für die Funktion ausschlaggebend. Wenn
kein Höhenunterschied vorhanden wäre, würde die Ansaugkraft der Pumpe im
Verhältnis zu dem zum Verdampfen erzeugten Unterdruck nicht ausreichen, so dass es in
diesem Fall zu Kavitation in der Pumpe käme. Bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
kann der maximale Unterdruck erreicht werden, und die Pumpe behält ihre Ansaugkraft
aufgrund des Unterschiedes des Ölpegels in einer Ansaugleitung 22 bei.
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Die oben aufgeführten Ausführungen sollen keinesfalls die Erfindung einschränken,
sondern die Erfindung kann innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung recht
ungehindert abgewandelt werden. Dementsprechend liegt auf der Hand, dass die Anordnungen
gemäß der Erfindung bzw. ihre Details nicht unbedingt denen gleichen müssen, die in
den Figuren dargestellt sind, sondern dass auch andere Ausführungen möglich sind.
Der Unterdruck in dem Unterdrucktank kann, wie oben dargelegt, auf jede beliebige
bereits bekannte Weise erzeugt werden. Der Schmieröltank kann darüber hinaus einen
anderen Aufbau haben, da die Erfindung in Verbindung mit verschiedenen
Schmieröltanks eingesetzt werden kann.