Umlaufschmierung mit Progressivverteilern

Die Planung einer Umlaufschmierung mit Progressivverteilern ist ähnlich einer Verbrauchsschmieranlage. In die Berechnung der Mengen geht jetzt zusätzlich zur Menge je Zyklus die Zyklenanzahl pro Minute, d.h. , die Menge pro Minute ein.

Eine Progressivanlage ist eine volumetrisch dosierende Umlaufschmieranlage. Bei der Auslegung und Auswahl der Komponenten müssen die technischen Grenzwerte, z.B. Zyklenanzahl und maximaler Druck der Verteiler, Betriebsdruck der Pumpe und Höhe der Druckverluste beachtet werden.

Von einer Progressivanlage wird einer Schmierstelle die Schmierstoffmenge taktweise in Mengenimpulsen zugeführt, wobei die Impulsfolge von der Zyklenanzahl und der Menge pro Impuls von der Scheibengröße des Verteilers abhängig sind.

Umlaufschmierung mit Progressivverteiler als Funktionsweise

Der Verteiler hat folgenden Aufbau:
Die aus den Auslässen 1 bis 6 geförderten Mengen werden wie folgt errechnet:

Bestimmung des Verteilervolumens VV
VV = ∑ V (1 .. n) [cm³]
VV = 2 x 0,2 + 2 x 0,3 + 2 x 0,5 = 2 cm³

Errechnen der Zyklenzahl Z (min-1)
Z = Qg : VV = 300 cm³/min : 2 cm³ = 150 Zyklen/min [min-1]

Das heißt, aus jedem Verteilerauslass wird 150 mal pro Minute die Menge der Dosierscheibengröße gefördert, z.B. Auslass 1 – 150 [min-1] x 0,2 [cm³] = 30 cm³/min.
Beispiel Auslass 6 – 150 [min-1] x 0,5 [cm³] = 75 cm³/min.

Durch die Kompressibilität des Öles und Atmung des Volumens in den Leitungen hinter den Auslässen werden die Schmierstoffimpulse je nach Länge der Leitungen mehr oder weniger geglättet.

Für sensible Schmierstellen können die Mengenimpulse (und Druckimpulse) störend wirken, z.B. bei Gleitführungen in der Feinbearbeitung. In den meisten Fällen sind die Mengenimpulse jedoch ohne Auswirkung auf die Schmierung.

Progressivanlagen sind im Maschinen- und Anlagenbau weit verbreitet. Die wichtigsten Anwendungsgebiete sind Werkzeugmaschinen (Pressen, Transferstraßen, Pressenstraßen), Druck- und Papiermaschinen.

Aufbau einer Anlage
In der dargestellten Abbildung ist eine Umlaufschmieranlage mit Progressivverteilern dargestellt.

Darstellung einer Progressivanlage

In der Zeichnung sind Werte für Fördermengen und Zyklenanzahlen eingetragen, die sich auf das Kapitel „Planung und Rechenbeispiel“ auf dieser Seite beziehen.

Ein Zahnringpumpen-Aggregat (14a) fördert über ein Rückschlagventil (14c) und einen Filter (15) in die Hauptleitung (21). An die Hauptleitung ist der Hauptverteiler HV (16) angeschlossen, von dem die 4 Unterverteiler UV1, UV2, UV3 und UV4 (17-20) versorgt werden.

Planung und Rechenbeispiel
An einer Werkzeugmaschine sind 4 räumlich voneinander getrennte Maschinengruppen mit Schmierstoff zu versorgen.

Gruppe 1 mit 2 Schmierstellen (Unterverteiler UV1)
Gruppe 2 mit 4 Schmierstellen (Unterverteiler UV2)
Gruppe 3 mit 3 Schmierstellen (Unterverteiler UV3)
Gruppe 4 mit 4 Schmierstellen (Unterverteiler UV4)

Die Gruppe 4 ist beweglich und muss über eine Schlauchleitung versorgt werden. Die Schmierstoffbedarfe der einzelnen Schmierstellen sind in der Tabelle aufgeführt.

schmierstoffbedarfe

Schmierstoffbedarfe, Soll- und Istwerte

Einsatzbedingungen

Betriebstemperatur +10 bis 40⁰C
Ölsorte ISO VG 32
Viskositätsbereich bei +40⁰C 28,8 bis 35,2 mm²/s
Mittelpunktsviskosität bei 40⁰C 32 mm²/s

Daraus ergeben sich folgende Betriebsviskositäten:
bei + 10⁰C : 175 mm²/s
bei + 40⁰C: 32 mm²/s

Schmierstoffbedarf je Schmierstelle festlegen
Die im Anlagenbeispiel aufgeführten Mengen je Schmierstelle wurden willkürlich gewählt.
In der Tabelle sind die den Schmierstellen zugeordneten Schmierstoffbedarfe (Sollwerte in cm³/min), die Unterverteiler und die sich nach der endgültigen Auslegung ergebenen Schmierstoffmengen und Zyklenzahl der Unterverteiler aufgeführt.

Dosiervolumina der Unterverteiler festlegen
Für die Auslegung der Verteiler gilt:
„Nur so genau wie nötig, nicht so genau wie möglich“
Die Unterverteiler können mit unterschiedlichen Zyklenanzahlen arbeiten. Die technischen Daten, die maximale Scheibenanzahl und die maximale Zyklenanzahl (200 min-1) müssen beachtet werden.

Berechnungsbeispiel für Unterverteiler UV2
Unterverteiler UV2 versorgt Schmierstelle
Nr. 3 (35 cm³/min)
Nr. 4 (60 cm³/min)
Nr. 5 (15 cm³/min)
Nr. 6 (75 cm³/min)

unterverteiler-uv2

Für die Versorgung der Schmierstelle 5 wird eine kleine Scheibengröße, z.B. eine 1S – Scheibe mit 2 x 0,1 = 0,2 cm³ pro Zyklus ausgewählt.

Für die Schmierstellen 3, 4 und 6 müssen danach Verteilerscheiben gewählt werden, die ein Vielfaches (entsprechend den Grundverhältnissen) pro Zyklus fördern. Dies kann eine Scheibe sein, oder es können mehrere Scheiben durch Crossporting zusammengefasst werden.

Für die Versorgung der Schmierstelle 3 wird eine 2S-Scheibe mit 2 x 0,2 = 0,4 cm³/Zyklus gewählt. Hier kann das Verhältnis von 2,33:1 nicht genau eingehalten werden, dadurch wird sich eine vom Sollwert abweichende Fördermenge ergeben.

Für die Versorgung der Schmierstelle 4 wird eine 4S-Scheibe mit 2 x 0,4 = 0,8 cm³/Zyklus gewählt.

Für die Versorgung der Schmierstelle 6 wird eine 5-Scheibe mit 2 x 0,5 = 1,0 cm³/Zyklus gewählt.

Das Verteilervolumen ∑ V UV2 beträgt somit:
2 x 0,2 + 2 x 0,4 + 2 x 0,1 + 2 x 0,5 = 2,4 cm³/Zyklus

Die Zyklenanzahl beträgt:
Z UV1 = 185 [cm³/min] : 2,5 [2,4 cm³/Zyklus] 0 77,1 Zyklen/min

Der Unterverteiler UV2 hat damit folgendes Aussehen:
Typ VP4 mit 2S – 5S – 4S – 1S Scheiben

Die übrigen Verteiler erfolgen nach dem gleichen Rechenschema und haben somit folgendes Aussehen:
UN1 – Typ VP3 mit 3S – 3S – 3S Scheiben mit 1x Crossporting zwischen S1 und S2
UV3 – Typ VP3 mit 4S – 5S – 6S Scheiben
UV4 – Typ VP3 mit 2S – 2S – 6T Scheiben

Wie aus dem Rechenbeispiel ersichtlich, ist es oft nicht möglich, die errechneten Grundverhältnisse in entsprechende Scheibengrößen bzw. in Kombination von Scheibengrößen umzusetzen. Durch die tatsächlich gewählten Scheibengröße werden sich Abweichungen hinsichtlich der theoretischen geforderten Mengen ergeben. Da auch in den seltensten Fällen Pumpen mit der exakt geforderten Gesamt-Fördermenge zur Verfügung stehen, wird die Pumpe mit höherer Menge ausgewählt. Auch dadurch ergeben sich abweichende Schmierstoffmengen.

Dosiervolumina des Hauptverteilers festlegen

hauptverteiler

Wählt man aus den zur Verfügung stehenden Dosierscheibengrößen für QUV1 = QUVmin = 1 die Scheibengröße 2S aus, so müssen die weiteren Grundverhältnisse größere Scheiben oder größere Dosiervolumina durch Kombinationen mehrerer Dosierscheiben durch Probieren ermittelt werden.
Dabei gilt nach wie vor der Grundsatz „nicht so genau wie möglich, sondern nur so genau wie nötig“

Die 2S Scheibe hat ein Dosiervolumen von 2 x 0,2 = 0,4 cm³.
Das heißt, für die Versorgung des Unterverteilers UV2 ist ein Dosiervolumen von 0,4 x 4,11 = 1,644 cm³ nötig.
Die Kombination einer 5S-Scheibe (=2 x 0,5 cm³) mit einer 3S-Scheibe (=2 x 0,3 cm³) ergibt ein Dosiervolumen pro Verteilerzyklus von 1 + 0,6 = 1,6 cm³.
Diese Kombination wird ausgewählt.

Zur Versorgung des Unterverteilers UV3 werden 0,4 x 8 = 3,2 cm³ pro Zyklus benötigt.
Folgende Scheibenkombinationen sind möglich:
5S + 5S + 5S = 1 + 1 + 1 = 3 cm³/Zyklus

Zur Versorgung des Unterverteilers UV4 werden 0,4 x 3,33 = 1,33 cm³ pro Zyklus benötigt.
Gewählt wird eine 6S-Scheibe mit 1,2 cm³/Zyklus.

Der Hauptverteiler hat danach folgendes Aussehen:
Typ VP7 mit 2S – 5S – 3S – 6S – 5S – 5S – 5S mit Crossporting zwischen den Scheiben 2+3 ; 5+6; 6+7.

Das Volumen des Hauptverteilers je Zyklus beträgt = 6,2 cm³/Zyklus.

Die Zyklenanzahl des Hauptverteilers beträgt: 740 [cm³] : 6,2 [cm³/Zyklus] = 119,3 Zyklen/min.

Auswahl der Pumpe

Lt. der Tabelle wird für alle Schmierstellen eine Gesamtmenge von 740 cm³/min benötigt.
Eine Pumpe mit dieser Menge steht jedoch nicht zur Verfügung; eine Pumpe mit 850 cm³/min wäre jedoch vorhanden. Wird diese Pumpe eingesetzt, so werden sich die Mengen für die Schmierstellen um ca. 15% erhöhen. Diese Erhöhung wird als zulässig angesehen.
Die tatsächlichen Mengen ergeben sich aus folgender Nachrechnung:
Menge am Hauptverteiler: 850 cm³/min
Dosiervolumen des Hauptverteilers: 6,2 cm³/Zyklus
Zyklenanzahl des Hauptverteilers : 137,1 Zyklen/min
Diese Zyklenanzahl ist zulässig.

Da die Unterverteiler größere Mengen als vorgesehen erhalten, verändern /erhöhen sich auch die mengen zu den einzelnen Schmierstellen. Sie sind in der Tabelle eingetragen. Im Anlagenplan sind die Istwerte ebenfalls vermerkt, die Sollwerte stehen in Klammern.

Steuerung
Umlaufschmieranlagen werden meist von der Maschinensteuerung ein- und ausgeschaltet. Die Steuerung wird die Signale der in der Anlage eingebauten Überwachungsgeräte z.B. Füllstandsschalter, Filterverschmutzungsanzeiger oder vom Kolbendetektor am Progressivverteiler auswerten. Für die Anwendung der Impulse von Kolbendetektoren an Progressivverteilern werden oft zur Zentralschmieranlage gehörende Impulsüberwachungsgeräte eingesetzt.

Überwachung
Die Überwachungsmöglichkeiten in dieser Progressivanlage sind:
1 Füllstandschalter im Schmierstoffbehälter
1 elektrische Filterverschmutzungsanzeiger
1 Kolbendetektor am Hauptverteiler
Mit dem Kolbendetektor am Hauptverteiler wird über die Zyklen pro Minute die Durchflußmenge überwacht.
Wird ein Impulsüberwachungsgerät eingesetzt, muss für die Zyklenanzahl eine Toleranz für das Unterschreiten bzw. Überschreiten der Zyklenanzahl festgelegt werden, z.B. +10% und -25%.

Die Zyklenanzahl des Hauptverteilers beträgt 137,1 min-1 bei 850 cm³/min.
+10%: 150 min-1
-25%: 102,8 min-1
Diese Grenzwerte werden am Überwachungsgerät eingestellt. Bei Über- bzw. Unterschreitung der Werte meldet das Überwachungsgerät eine Störung an die Steuerung und muss von dieser entsprechend ausgewertet werden.

Festlegung der Rohrleitungen
Für die Auswahl der Rohrleitungsquerschnitte sind die Druckverluste in der Anlage und der maximal zulässige Betriebsdruck der Pumpe maßgebend. Die Berechnung der Druckverluste erfolgt mit den Diagrammen und Formeln in einem besonderen Kapitel.

Aus dem Anlagenplan wird die Leitung von der Pumpe (14a) zur Schmierstelle (13) als längster Leitungsstrang angenommen.
Der Leitungsstrang besteht aus:
Hauptleitung (21) Pumpe – Hauptverteiler HV (16) Rohrleitung Stahlrohr Ø8×0,7 mm, 8 mtr. lang
Hauptverteiler HV (16). Eine &S-Scheibe fördert zum Unterverteiler UV4 (20)
Nebenleitung (22) Hauptverteiler HV – Nebenverteiler UV4
Rohrleitung Stahlrohr Ø 8×0,7 mm, 6 mtr. lang und Schlauchleitung (23) 1,5 mtr. lang mit Rohrstutzen Ø 8 mm. Für die Rohrleitung und Schlauchleitung werden gleiche Druckverluste pro Meter angenommen, daher 7,5 mtr.
Nebenverteiler UV4 (20). Eine 2S-Scheibe fördert zur Schmierstelle (13)
Schmierleitung (24) zur Schmierstelle (13)
Rohrleitung Stahlrohr Ø 6×0,7 mm, 2 mtr. lang.

Für die Ermittlung der Druckverluste sind außerdem zu berücksichtigen:
Filter (15)
Hauptverteiler HV (16)
Nebenverteiler UV4 (20)

Die Fördermenge der Pumpe beträgt 850 cm³/min. die Pumpe ist für einen max. Betriebsdruck von 5 MPa ausgelegt.
Die max. Betriebsviskosität beträgt 175 mm²/s bei +10⁰C.

Die Ermittlung der Druckverluste an anderer Stelle berechnet ist in dieser Tabelle aufgeführt.

druckverluste

Die ausgewählte Pumpe ist zur Versorgung der Anlage ausreichend.
Das Druckbegrenzungsventil (14b) wird auf einen Öffnungsdruck von 5 MPa eingestellt.
Bei einem Gefälle der Rohrleitung von 5% wird ein Rohr 3/4“ (NW 20) ausgewählt.