Zentralschmieranlagen. Allgemeines, Beschreibung einzelner Komponenten und Marktbeispiele

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Symbolverzeichnis

1. Einleitung und Aufgabenstellung

2. Tribologie
2.1. Reibung
2.1.1. Festkörperreibung
2.1.2. Flüssigkeitsreibung
2.1.3. Mischreibung
2.2. Verschleiß
2.3. Schmierung
2.3.1. Schmieröl
2.3.2. Schmierfett

3. Allgemeine Beschreibung von Zentralschmieranlagen
3.1. Einteilung von Zentralschmieranlagen
3.2. Das Einleitungssystem
3.3. Das Zweileitungssystem
3.4. Das Mehrleitungssystem
3.5. Das Progressivsystem
3.6. Das Öl-Luft-System
3.7. Das Drosselsystem
3.8. Die Umlaufschmieranlage

4. Komponenten einer Zentralschmieranlage
4.1. Schmierstoffpumpen und Behälter
4.2. Schmierstoffverteiler
4.2.1. Einleitungsverteiler
4.2.2. Zweileitungsverteiler
4.2.3. Progressivverteiler
4.2.4. Weitere Komponenten

5. Abschließende Betrachtung

Quellenverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Festkörperreibung ( 1. Werkstoff A, 2. Werkstoff B, 3. Hohlraum, 4. Abrieb)⁶

Abbildung 2: Flüssigkeitsreibung (1. Werkstoff A, 2. Werkstoff B, 3. Schmierfilm)⁷

Abbildung 3: Einteilung von Zentralschmieranlagen¹¹

Abbildung 4: Vergleich von Schmiersystemen für Ölschmierung¹³

Abbildung 5: Vergleich von Schmiersystemen für Fettschmierung¹³

Abbildung 6: Beispiel eines Einleitungssystems¹⁴

Abbildung 7: Zeitlicher Druckverlauf eines Einleitungssystems mit Vorschmierverteiler¹²

Abbildung 8: Zeitlicher Druckverlauf eines Einleitungssystems mit Nachschmierverteiler¹²

Abbildung 9: Beispiel eines Zweileitungssystems¹⁵

Abbildung 10: Zeitlicher Druckverlauf eines Zweileitungssystems¹²

Abbildung 11: Beispiel einer Progressivsystems¹⁷

Abbildung 12: Allgemeiner Aufbau einer Öl-Luft-Schmierung¹⁸

Abbildung 13: Zeitlicher Druckverlauf eines Drosselsystems¹²

Abbildung 14: Beispiel eines Öl-Umlaufaggregats¹⁹

Abbildung 15: Allgemeiner schematischer Aufbau einer Zentralschmieranlage²²

Abbildung 16: SKF Einleitungsaggregat MFE2²³

Abbildung 17: Woerner Kolbenpumpenaggregat GMF-D¹⁸

Abbildung 18: SKF Zahnradpumpe DU²⁵

Abbildung 19: SKF MonoFlex Einleitungsverteiler²⁶

Abbildung 20: Woerner Einleitungsverteiler VEB-D²⁷

Abbildung 21: BEKA Zweileitungsverteiler BW und BX²⁸

Abbildung 22: BEKA Zweileitungsverteiler UXZ²⁸

Abbildung 23: Funktionsweise des Progressivverteilers Teil A³⁰

Abbildung 24: Funktionsweise des Progressivverteilers Teil B³⁰

Abbildung 25: Funktionsweise des Progressivverteilers Teil C³⁰

Abbildung 26: SKF Progressivblockverteiler VPB²⁹

Abbildung 27: Woerner Plattenprogressivverteiler VPA-B³¹

Abbildung 28: SKF Segmentverteiler PSG2³²

Symbolverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung und Aufgabenstellung

Die Schmiertechnik spielt in der modernen Industrie eine allgegenwärtige Rolle. Nahezu überall, wo bewegte Teile aufeinander treffen, tritt Reibung und damit Verschleiß auf.

Jedoch ist Schmierung keine moderne Erfindung. Die ältesten Erwähnungen gehen auf frühe menschliche Hochkulturen wie die Sumerer oder Ägypter zurück. Auf Wandreliefs ist überliefert, wie beim Transport großer Steinmonumente auf Kufen diese mit Wasser, Tier- und Pflanzenöl oder auch Bitumen (aus dem Boden austretendes Erdöl) geschmiert wurden.

Die ersten wissenschaftlichen Arbeiten auf dem Themengebiet der Tribologie erfolgten um das Jahr 1500 durch Leonardo Da Vinci.

Trotzdem nahmen die rapiden Fortschritte in der Schmiertechnologie erst mit der industriellen Revolution ihren Anfang, unter anderem auch, da erst ab hier preiswerter, mineralölbasierter Schmierstoff zur Verfügung stand.¹

Schätzungen des Bundesministerium für Forschung und Technologie zufolge belaufen sich die aus Reibung und Verschleiß resultierenden jährlichen Verluste der Industrieländer auf

4,5 % des Bruttonationaleinkommens (Bruttosozialprodukts). Umgerechnet auf Deutschland im Jahr 2015 wären dies mehr als 130 Milliarden Euro. ²

Dies sorgt nicht nur für einen enormen finanziellen Aufwand, sondern widerspricht auch einem umweltbewussten, ökologischen Ansatz der Industrie.

Durch moderne Schmiertechnik lassen sich Reibung und Verschleiß stark minimieren.

Um jedoch allen Anforderungen an eine optimale Schmierung gerecht zu werden, reicht das händische Schmieren von Reibungspunkten schon lange nicht mehr aus.

In modernen Anlagen sind Schmierstellen sehr oft von außen nicht zugänglich, benötigen exakte Mengen an Schmierstoff zu bestimmten Zeiten oder sind schlicht zu zahlreich, als dass eine manuelle Schmierung effizient wäre.

Daher benötigen viele Maschinen und Anlagen sogenannte Zentralschmieranlagen, welche den Schmierstoff in exakten Mengen zur Schmierstelle transportieren.

Diese Studienarbeit befasst sich mit dem allgemeinen Aufbau einer Zentralschmieranlage.

Weiterhin sollen die einzelnen Komponenten der verschiedenen Zentralschmiersysteme betrachtet und dann auf dem Markt befindliche Produkte ermittelt, beschrieben und bewertet werden. Zum besseren Verständnis wird im Folgenden zuerst auf allgemeine Grundlagen der Tribologie eingegangen.

2. Tribologie

Laut DIN 50323 ist Tribologie die Wissenschaft von aufeinander einwirkenden Oberflächen, die in Relativbewegung zueinander stehen.

Das Themenfeld der Tribologie teilt sich in die drei Teilgebiete Reibung, Verschleiß und Schmierung auf.³

Die Tribologie arbeitet mit sogenannten tribologischen Systemen, da Reibung und Verschleiß keine Material-, sondern Systemeigenschaften sind und daher nicht durch einfache Werkstoffkenndaten (wie beispielsweise Härte und Elastizitätsmodul) gekennzeichnet werden können. Die Systemeigenschaften ergeben sich erst aus der Berücksichtigung und Analyse der Parameter des gesamten tribologischen Systems.⁴

2.1. Reibung

Reibung beschreibt einen Bewegungswiderstand, welcher sich als Widerstandskraft sich berührender Körper gegen die Einleitung einer Relativbewegung (Ruhereibung, statische Reibung) oder deren Aufrechterhaltung (Bewegungsreibung, dynamische Reibung) äußert.⁴

Es werden je nach Literatur verschieden viele Arten von Reibung unterschieden:⁵

- Gleitreibung
- Rollreibung
- Wälzreibung
- Bohrreibung
- Festkörperreibung
- Flüssigkeitsreibung
- Gasreibung
- Mischreibung

Da für die Schmiertechnologie hauptsächlich die Flüssigkeitsreibung, die Festkörperreibung und deren Mischform, die Mischreibung, von Bedeutung sind, wird im Folgenden nur auf diese genauer eingegangen.

2.1.1. Festkörperreibung

Festkörperreibung bezeichnet Reibung beim unmittelbaren Kontakt fester Körper.⁴

Dies ist für die meisten industriellen Anwendungen unerwünscht, da es in Folge der Festkörperreibung zu Abrieb kommt. Wie in der Abbildung zu erkennen verhaken sich dabei die beiden Oberflächen ineinander.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Festkörperreibung ( 1. Werkstoff A, 2. Werkstoff B, 3. Hohlraum, 4. Abrieb)⁶

Der im Hohlraum zurückbleibende Abrieb verstärkt die Reibungswirkung noch weiter.

2.1.2. Flüssigkeitsreibung

Die Flüssigkeitsreibung beschreibt den Reibungszustand zweier Körper bei optimaler Schmierung. Der Schmierstofffilm trennt die beiden Körper des tribologischen Systems permanent voneinander und es kommt infolgedessen zu keinem Abrieb.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 : Flüssigkeitsreibung (1. Werkstoff A, 2. Werkstoff B, 3. Schmierfilm)⁷

2.1.3. Mischreibung

Als Mischreibung wird der Zustand bei Koexistenz von Festkörper- und Flüssigkeitsreibung bezeichnet.⁴

Auch bei Beginn der Bewegung zweier Reibpartner kann Mischreibung auftreten, da sich hier die Ober- beziehungsweise die Gleitflächen punktuell berühren.

Im Dauerbetrieb ist Mischreibung zu vermeiden, da es auch hier zu Abrieb kommt.⁸

2.2. Verschleiß

Verschleiß ist eine Folgeerscheinung von Reibung. Er bezeichnet einen Materialverlust aus der Oberfläche eines festen Körpers, welcher durch mechanische Ursachen (Kontakt und Relativbewegung eines Gegenkörpers) hervorgerufen wird.

Zu erkennen ist Verschleiß am Auftreten von sogenannten Verschleißpartikeln, kleine, von der Oberfläche losgelöste Teilchen. Außerdem können Stoff- und Formänderungen in der beanspruchten Oberflächenschicht erscheinen.

Im Großteil aller technischen Anwendungen ist Verschleiß wertmindernd und daher unerwünscht. Verschlissene Bauteile müssen instand gesetzt oder ausgetauscht werden, da die Funktion durch den Verschleiß eingeschränkt wird.

Im Ausnahmefall können Verschleißvorgänge technisch jedoch auch erwünscht sein. Dies ist zum Beispiel bei Einlaufvorgängen von Maschinen der Fall. Dabei wird der Verschleiß von Rauheitsspitzen von Bauteilen bewusst in Kauf genommen, da danach die Tragfähigkeit dieser Bauteile für den Dauerbetrieb erhöht ist.

Wertbildende technologische Vorgänge wie zum Beispiel die spanende Verarbeitung werden in Bezug auf das Werkstück nicht als Verschleiß bezeichnet. Jedoch treten auch hier im Grenzbereich zwischen Werkstück und Werkzeug tribologische Prozesse wie beim Verschleiß auf.⁹

2.3. Schmierung

Reibung und Verschleiß lassen sich in kaum einem Fall ganz verhindern. Jedoch dient Schmierung als wichtigste Maßnahme dazu, diese weitgehend einzuschränken.

Dabei ist eine vollständige Trennung von Grund- und Gegenkörper anzustreben, welche über die Zufuhr von Schmiermitteln verwirklicht wird. Für die Schmiermittelversorgung stehen drei verschiedene Verfahren zur Verfügung:

- Lebensdauerschmierung
- Verbrauchsschmierung
- Umlaufschmierung

Bei der Lebensdauerschmierung wird eine Reibstelle einmalig mit Schmierstoff ausgestattet, der bis zum Ende der geplanten Nutzungsdauer nicht ausgetauscht oder erneuert werden muss. Weit verbreitet ist die Anwendung dieses Verfahrens zum Beispiel bei Wälzlagern.

Im Gegensatz dazu muss bei der Verbrauchsschmierung der Schmierstoff nach Gebrauch erneuert beziehungsweise bei Bedarf ausgetauscht werden. Die Umlaufschmierung bezeichnet einen Schmierstoffkreislauf. Der Schmierstoff wird also nicht nur einmal verwendet, sondern wird nach Gebrauch aufbereitet und der Schmierstelle danach wieder zugeführt.

Sowohl Verbrauchs- als auch Umlaufschmierung spielen in der Zentralschmiertechnik eine wichtige Rolle, daher wird später wieder auf sie eingegangen werden. ¹⁰

Doch nicht nur das Verfahren an sich spielt bei der Schmierung eine wichtige Rolle, sondern auch das Schmiermedium. Im Folgenden wird ein kurzer Überblick über die wichtigsten Schmierstoffklassen gegeben.

2.3.1. Schmieröl

Schmieröle werden ihrer Herkunft nach unterteilt in Mineralöle, tierische/pflanzliche Öle, synthetische Öle und sonstige Öle. Dabei besitzen die Mineralöle auf Erdöl- und teilweise auf Kohlebasis die größte Bedeutung, da sie das größte Anwendungsspektrum abdecken. Synthetische Öle finden meist bei hohen Temperaturen und starken Beanspruchungen Verwendung.

Tierische und pflanzliche Öle wie Fisch-, Oliven- oder Rizinusöl werden für spezielle Anwendungen zum Beispiel in der Feinwerktechnik verwendet.

Industriell verwendete Schmieröle sind meist noch sogenannte Additive beigemischt. Diese öllöslichen Zusätze sorgen beispielsweise für einen besseren Korrosionsschutz.

Neben der Reibungs- und Verschleißminderung schützen Schmieröle auch vor Korrosion und dienen dem Abtransport von Wärme und anderen Störpartikeln von der Reibstelle.⁴

2.3.2. Schmierfett

Oftmals ist die Schmierung mit Öl nicht sinnvoll, da sie technisch sehr aufwendig zu realisieren und damit nicht wirtschaftlich sein kann. Dies ist beispielsweise der Fall, falls das Öl von der Schmierstelle abtropft und eine ständige Ölzufuhr nicht möglich ist, oder auch, wenn eine Abdichtung gegen Schmutz nötig ist.

Hier kommen Schmierfette zum Einsatz. Diese bestehen aus einem Schmieröl mit oder ohne Additive und einer Seife als eindickendem Stoff. Die Seife liegt als faserartiges Gerüst vor, in welchem das Schmieröl festgehalten wird.

Schmierfette besitzen eine sehr viel höhere Viskosität, das heißt sie sind sehr viel zähflüssiger, als Schmieröl. Dadurch schützen sie effektiver gegen Schmutz und machen oftmals eine weitere Abdichtung (z.B. gegen Wasser oder Fremdpartikel) überflüssig.

Außerdem wird der flüssige Schmierstoff durch langsame Separation abgegeben.

Um die Viskosität von Fett beurteilen zu können, werden die verschiedenen Fette in sogenannte NLGI-L-Klassen eingeteilt. Dabei wird die Walkpenetration des Fettes gemessen. Je nach Viskosität wird dann unterschieden in Fließfette (Klasse 000 bis 0), weiche Fette (Klasse 1 bis 3), normale Fette (Klasse 4 bis 5) und feste Fette (Klasse 6).

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3. Allgemeine Beschreibung von Zentralschmieranlagen

Wie in der Einleitung bereits beschrieben, werden Zentralschmieranlagen eingesetzt, um verschiedenste schmiertechnische Aufgaben zu erledigen, für welche die manuelle händische Schmierung nicht ausreichend oder zu aufwendig ist.

Der Begriff „Zentralschmieranlage“ legt dabei jedoch nicht fest, für welches Einsatzgebiet oder welche Aufgabe die Schmiereinrichtung verwendet wird.

Zentralschmieranlagen sind hinsichtlich des Anwendungsgebietes extrem flexibel. Um trotzdem dem Anspruch gerecht zu werden, alle schmiertechnischen Aufgaben korrekt erfüllen zu können, sind die technischen Ausarbeitungen von Zentralschmieranlagen sehr unterschiedlich.

Daher werden Zentralschmieranlagen in verschiedene Systeme gegliedert, um die verschiedenen Bauarten voneinander unterscheiden zu können.

3.1. Einteilung von Zentralschmieranlagen

Nach DIN 24271-1 werden Zentralschmieranlagen nach ihrer Funktionsweise eingeteilt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 : Einteilung von Zentralschmieranlagen¹¹

Eine generelle Unterteilung findet zwischen den Verbrauchsschmieranlagen und den Umlaufschmieranlagen statt. Dabei fällt auf, dass die Untergliederungen von den beiden Hauptanlagentypen fast identisch sind (lediglich das Öl-Luftsystem fehlt lässt sich nicht als Umlaufschmieranlage realisieren) und sich nur durch den verwendbaren Schmierstoff unterscheiden.

Im Folgenden soll daher zuerst auf die Untersysteme am Beispiel der Verbrauchsschmier-anlage eingegangen werden und danach auf die Umlaufschmieranlage als Sonderform der Zentralschmieranlagen.¹²

Für Zentralschmieranlagen bestehen verschiedene, wichtige Beurteilungskriterien.

Als erstes, wie auch in Abbildung 3 deutlich wird, ist der verwendete Schmierstoff entscheidend für die spätere Funktionsweise. Mit Fett-Zentralschmieranlagen lassen sich beispielsweise im Allgemeinen höhere Betriebsdrücke fahren im Vergleich zu Öl-Zentralschmieranlagen.

Ein weiteres Kriterium ist die Schmierstellenanzahl und die Anordnung der Schmierstellen. Die Frage ob nur einige wenige, lokal konzentrierte oder sehr viele, weitläufig verstreute Schmierstellen versorgt werden müssen ist entscheidend für die Wahl eines geeigneten Schmiersystems.

Damit zusammenhängend ist auch die räumliche Ausdehnung der zu schmierenden Maschine.

Die folgenden zwei Diagramme sollen einen ungefähren Überblick über das Leistungsspektrum der verschiedenen Zentralschmiersysteme geben, indem zuerst für Öl und dann für Fett die räumliche Ausdehnung des Schmiersystems auf die Anzahl der Schmierstellen abgetragen wird.

Hierbei muss jedoch erwähnt werden, dass dies nur eine Vereinfachung beziehungsweise Verallgemeinerung der tatsächlichen Verhältnisse in der Praxis ist. Beispielsweise sind sowohl die maximale Ausdehnung von 100 Metern als auch die maximale Schmierstellenanzahl von 1000 ist nicht unbedingt gegeben. Viele spezialisierte Hersteller sind in der Lage diese Werte zu überbieten. Auch die strikte Abgrenzung mancher Systeme zueinander ist in der Realität kaum zu finden. Jedoch verschaffen die Abbildungen einen ersten Überblick auf die Verhältnisse der Systeme zueinander.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 : Vergleich von Schmiersystemen für Ölschmierung¹³

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 : Vergleich von Schmiersystemen für Fettschmierung¹³

Es fällt auf, dass gerade bei der Öl-Schmierung die Umlaufanlagen universell einsetzbar sind und den kompletten Bereich des Diagramms abdecken. Sie sind im Vergleich zu den anderen Systemen aber auch sehr viel teurer, weshalb es auf keinen Fall sinnvoll ist, generell immer diesen Anlagentyp einzusetzen.

Die markanteste Gemeinsamkeit der Öl- und Fettschmieranlagen in diesen Diagrammen ist die zentral mittig gelegene und einen großen Bereich abdeckende Position der Progressivsysteme. Diese decken auch in der Praxis entweder als Einzelsystem oder in Kombination mit anderen Systemen ein Großteil der zu bewältigenden Schmieraufgaben ab. ¹³

3.2. Das Einleitungssystem

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 : Beispiel eines Einleitungssystems¹⁴

Das Einleitungssystem ist eine günstige und einfach in Maschinen zu integrierende Universalschmieranlage. Es können problemlos bis zu 100 Schmierstellen mit Maximalanlagen-ausdehnung von 30 Metern versorgt werden.

Damit sind die möglichen Einsatzgebiete sehr breit gefächert: Einleitungssysteme sind in Werkzeugmaschinen, Presswerken oder im sonstigen Maschinenbau anzutreffen.

Eine Schmierpumpe (A) fördert den Schmierstoff in die Hauptleitung, von wo das Schmiermedium über spezielle Einleitungsverteiler (B) weiter zu den Schmierstellen (C) transportiert wird.

Beim Einleitungssystem arbeitet die Förderpumpe intermittierend, das heißt der Druck wird in der Hauptleitung immer nur taktweise aufgebaut. In der Zwischenzeit findet eine Druckentlastung der Hauptleitung statt.

Die Schmierstoffverteiler werden unterteilt in Vorschmier- und Nachschmierverteiler. Beim Vorschmierverteiler erfolgt die Förderung des Schmierstoffs an die Schmierstelle während des Druckaufbaus in der Leitung, beim Nachschmierverteiler beim oder nach dem Entlasten der Hauptleitung.

Die Funktion beider Verteilertypen ist dieselbe: Der Schmierstoff wird hier dosiert, je nach Bedarf an der Reibstelle.

Betrachtet man jedoch den Druck-Zeit-Verlauf ergeben sich verschiedene Abläufe.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7 : Zeitlicher Druckverlauf eines Einleitungssystems mit Vorschmierverteiler¹²

Während des Druckaufbaus der Pumpe (Abschnitt A) wird, nachdem die Reibwiderstände und eventuelle Gegendrücke an der Reibstelle überwunden wurden, direkt der Schmierstoff vom Vorschmierverteiler an die Reibstelle abgegeben. Dies geschieht ohne große Verzögerung, da der direkt an der Pumpe sitzende Verteiler keine Pufferwirkung hat. Danach folgt die Entlastungszeit (Abschnitt B) und das System pausiert bis ein neuer Schmiertakt erfolgen soll.

Anders sieht es bei einem Einleitungssystem mit Nachschmierverteiler aus:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 : Zeitlicher Druckverlauf eines Einleitungssystems mit Nachschmierverteiler¹²

Hier überschneiden sich Schmiertaktzeit A und Pausenzeit C, da die Entlastungszeit B in die Schmiertaktzeit A integriert ist. Dies ist dadurch begründet, da die Pumpe zuerst den Druck in den Leitungen bis zum Nachschmierverteiler aufbauen muss und dann den Druck im Verteiler selbst, um den Dosiermechanismus auszulösen.

Die Schmierstoffweitergabe erfolgt hier über eine längere Zeit, da die Reibwiderstände bis zur Reibstelle höher sind.

Der genaue Unterschied wird später in Abschnitt 4.2.1 erklärt.

Bei beiden Systemen ist der Maximaldruck durch ein Druckbegrenzungsventil festgelegt, um die Leitungen und Bauteile zu schützen.

Letztlich besitzen beide Varianten die Vorteile eines Einleitungssystems: Sie sind einfach erweiterbar, da die Größe der Schmieranlage nur von der Förderleistung der Pumpe begrenzt ist, und die Leitungen ab den Verteilern sind unabhängig voneinander (das System stoppt nicht, wenn eine Leitung verstopft ist). Dies ist zum Beispiel bei den Progressivsystemen nicht der Fall, da hier die Verteiler anders arbeiten.^{12 14}

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