CN105715625A - 液压缸单元 - Google Patents

Abstract

提出一种液压缸单元(100)，其带有用于驱动液压缸单元(100)的促动器机构(102)，其中，该促动器机构(102)包括泵(104)和/或电机(106)。液压缸单元(100)具有与促动器机构(102)热耦接的用来冷却促动器机构(102)的冷却机构(108)。

Description

液压缸单元

技术领域

本发明涉及一种液压缸单元、一种相应的液压系统、一种对相应液压缸单元的或相应液压系统的废热的应用以及一种用于驱动液压缸单元的方法。

背景技术

在现有技术中，热量沿着组件的表面通过(例如在控制机组、泵、电机，…中的)热量通路排放，且热量沿着表面(对流地和辐射地)排放。

由于这些组件越来越集成在系统中，所以减小了所述表面，且热点并不位于表面附近。

发明内容

在这种背景下，采用这里提出的方案，提出了根据主权利要求的一种液压缸单元，还有一种采用该液压缸单元的液压系统、一种对相应液压缸单元的或相应液压系统的废热的应用以及一种用于驱动液压缸单元的方法。有益的设计可由相应的从属权利要求和后续说明得到。

针对紧凑的液压缸单元，可以通过对冷却机构的集成来避免过热和局部热点。有利地，可以改善液压缸单元的功率密度。同时，可以实现系统内部的均匀的温度比。

这里提出的方案提供了一种液压缸单元，其带有用于驱动液压缸单元的促动器机构，其中，该促动器机构包括泵和/或电机，其特征在于与促动器机构热耦接的用来冷却促动器机构的冷却机构。

液压缸单元可以是液压的线性单元、液压的紧凑轴、特别是带有位于内部的促动器机构的液压缸、电机-泵-液压缸或特别是采用差动方式的同步缸。电机可以是电动机。电机可以被设计用于驱动泵。该泵被设计用于把液压介质泵送到液压缸单元的腔中，以便使得液压缸单元的活塞移动。冷却机构可以被设计用来冷却促动器机构，补充地或替代地冷却液压缸单元或液压缸单元的部分区域。

冷却机构可以包括带有用于冷却介质的冷却管路的冷却回路和用于输送冷却管路中的冷却介质的输送机构。冷却管路在此可以是一种冷却管道。在一种实施方式中，冷却机构可以包括多个冷却管路或冷却通道。冷却介质在此可以是一种热载体或冷载体。冷却介质可以用于输出热量。因而可以在促动器机构上，特别是在促动器机构的外表面上，设置冷却管路的或冷却回路的第一区段。冷却介质因而可以将热能从液压缸单元内部的热点向外输送。在此，热点可以是空间上的局部受热处。用于输送冷却介质的输送机构可以是冷却剂输送单元或冷却介质输送单元。

此外，冷却机构可以被设计用于把冷却介质引导至液压缸单元的外表面，以便通过对流并且补充地或替代通过热辐射来排出所吸收的热能。在冷却机构与外表面之间，可以设置一个绝缘件或绝缘表面。因而可以将热点的废热通过有针对性的热量传输而输送到冷却机构比如大的表面、冷却体、冷却机组或热交换器。

同样有益的是，冷却介质是冷却剂，补充地或替代地是制冷剂。冷却剂是气态的、液态的或固态的物质，或者是相应的物质混合物。制冷剂可以在制冷循环中与热梯度相反地传输热量，从而外界温度可以高于要冷却的液压缸单元的温度。冷却剂可以在冷却循环中沿着温度梯度朝向较低温度的位置传输热焓。

液压缸单元可以具有用于在冷却机构的表面和/或热交换器和/或散热器上产生气流的通风机。因而可以有利地特别是通过对流来对冷却机构的一个区段或部分区域予以冷却。

冷却机构可以具有用于改变冷却机构的系统压力的机构。冷却机构特别是可以具有用于改变在冷却管路中的(形式尤其为制冷剂的)冷却介质的系统压力的机构。因而可以优化地调整冷却介质的压力，用于通过冷却介质来传输热焓。

冷却机构可以与热交换器耦接。冷却机构还可以具有散热器。同样有益的是，冷却机构具有节流阀，补充地或替代地具有压缩机。在此，冷却机构特别是可以具有节流阀，补充地或替代地具有节流阀，以便改变冷却回路中的冷却介质的压力。在此，冷却介质的压力可以逐段地改变。因此，在冷却回路的第一区段中的冷却介质压力可以不同于在冷却回路的第二区段中的冷却介质的第二压力。

液压缸单元可以至少部分地包绕促动器机构。促动器机构特别是可以设置在液压缸单元的内部。因此，液压缸单元的可移动的气缸可以在缩进的状态下至少部分地包绕促动器机构。液压缸单元的内表面可以贴靠在促动器机构的外表面上。冷却机构可以至少部分地设置在液压缸单元的内表面与促动器机构的外表面之间。

冷却机构可以具有位于冷却回路上的至少一个止回阀。在此，该冷却回路可以经过液压缸单元的气缸腔。在此，输送机构特别是可以包括至少一个止回阀和气缸腔，以便输送冷却介质。冷却介质因而可以经由入口流入到气缸腔中，并经由出口从气缸腔中流出。该实施方式不仅在液压缸的集成式构造方式情况下可行，而且在(液压)气缸单元带有位于外部的电机-泵-组时也可行。

冷却机构可以具有与冷却回路耦接的体积补偿蓄存器，用于补偿在冷却回路中的冷却剂的体积。因此，例如在冷却回路的体积改变情况下，这比如因冷却回路中的具有变化的体积的气缸腔而引起，可以利用该体积补偿蓄存器提供附加的冷却介质，或者把多余的冷却介质暂存起来。冷却回路中的气缸腔在此可以是输送机构的一部分。因而也可以将气缸腔称为输送腔。该实施方式不仅在液压缸的集成式构造方式情况下可行，而且在(液压)气缸单元带有位于外部的电机-泵-组时也可行。

此外，在一种实施方式中，冷却介质可以是液压介质。泵的泄漏机油接头特别地可以与冷却回路耦接，以便提供液压介质。泄漏机油因而例如可以是液压介质。液压介质可以是液压液体或用来传递液压系统中的能量和/或力的流体。因而液压介质可以是热稳定的，也就是说，对粘稠度(无论动态粘稠度还是运动粘稠度)具有较小的温度影响、具有较低的可压缩性和剪切稳定性以及较小的泡沫形成性。该实施方式不仅在集成式构造方式情况下可行，而且普遍地对于液压机组、电机-泵-组和带有位于外部的电机-泵-组的气缸单元也可行。

提出一种液压系统，其带有这里提出的第一液压缸单元的一个变型和这里提出的第二液压缸单元的至少一个变型，它们具有共同的冷却机构。因而可以为至少两个液压缸单元使用一个冷却机构。在此，第一液压缸单元和至少第二液压缸单元并行地或串行地设置在冷却机构的冷却回路中。在一种实施方式中，多个液压缸单元的至少部分并行的布置与多个液压缸单元的至少部分串行的布置相组合。在此，并行和串行可以涉及在冷却回路中的液压缸单元的布置情况。

提出，使用这里提出的液压缸单元的变型的废热，和/或使用这里提出的液压系统的变型的废热，用于特别是借助于制冷机的另一冷却过程和/或热过程。因而可以将来自至少一个液压缸单元的废热用于冷却过程或热过程，例如以便驱动吸附式制冷机。通过这种方式可以不仅针对液压缸单元，而且类似地例如针对液压设备或Sytronix-电机-泵-单元进行热能利用。

提出一种用来驱动这里提出的液压缸单元的方法，其中，该方法具有如下步骤：

控制促动器机构；和

利用与促动器机构耦接的冷却机构来冷却促动器机构。

也可以利用本发明的方法形式的该设计变型快速地且有效地实现本发明的目的。

本发明的一个方面是液压缸单元的冷却设计方案。对于液压缸单元来说，可以将电动机和泵装入到液压缸单元的气缸内部。在一种实施方式中，在此存在有冷却介质或冷却通道，其把热量从电动机和泵向外排放。

在一种可选的实施方式中，冷却剂在包绕电动机和泵的内壳中循环。可选地，这里可以通过散热器或热交换器进行热量排放。

在一种实施方式中，这里可以利用在冷却机构中的冷却剂或制冷剂。因而可以将冷却机构设计用来为了冷却而使用冷却剂，或者替代地使用制冷剂。在此，制冷剂回路可以有选择地具有节流阀。冷却回路因而可以具有多个制冷剂回路。

在一种特殊的实施方式中，可以把液压缸单元或液压缸单元的气缸或气缸腔或者与液压缸单元耦接的辅助气缸用作冷却剂输送单元。

在一种实施方式中，可以有选择地将液压介质用作冷却介质。在此，液压介质可以在泄漏机油接头上或者在泵的出口接取。

有利地可以将多个轴的或者液压缸单元的废热汇总起来，并且采用过程技术利用热量。

附图说明

下面参照附图示例性地详述本发明。其中：

图1-图4分别为根据本发明的一个实施例的液压缸单元的示意图；

图5-图8分别为根据本发明的一个实施例的温度走势的简化的曲线图；

图9-图10分别为根据本发明的一个实施例的液压缸单元的示意图；

图11为根据本发明的一个实施例的温度走势的简化的曲线图；

图12-图18分别为根据本发明的一个实施例的液压缸单元的示意图；

图19-图22分别为根据本发明的一个实施例的促动器机构的示意图；

图23为根据本发明的一个实施例的液压缸单元的示意图；

图24-图26分别为根据本发明的一个实施例的液压系统的示意图；

图27为根据本发明的一个实施例的吸附冷却机和液压系统的简化图；和

图28为根据本发明的一个实施例的方法的流程图。

具体实施方式

相同的或相似的部件可以在下面的附图中标有相同的或相似的附图标记。此外，这些附图及其说明以及权利要求书含有总多特征组合。在此，本领域技术人员知道，这些特征也可以单独地予以考察，或者与这里未明确阐述的其它组合相组合。

图1为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。在所示实施方式中，该液压缸单元100是采用差动(Differenzial)构造方式的同步缸(Gleichgangzylinder)。该液压缸单元100具有用于驱动液压缸单元100的促动器机构102。该促动器机构102包括泵104和用于驱动泵104的电机106。促动器机构102设置在液压缸单元100内腔中。用于冷却促动器机构102的冷却机构108与促动器机构102热耦接。

在图1所示的实施例中，液压缸单元100具有主体110和在该主体110中直线引导的活塞杆112。主体110在一侧具有凸缘(Anflanschung)114。该液压缸单元100经过适当设计，使得活塞杆112可相对于主体110的凸缘114侧横向地移动。主体110经过适当成型，从而它为活塞杆112提供引导。主体110和活塞杆112经过适当成型，从而提供了四个腔室K1、K2、K3、K4，其中，把液压介质泵送到相应的腔室K1、K2、K3、K4中，或者从相应的腔室K1、K2、K3、K4中泵出，由此使得活塞杆112移动。腔室K1、K2、K3径向地围绕促动器机构102布置。腔室K4由活塞杆112和主体110的与凸缘114相对的端侧面形成。

泵104和电机106位于液压缸单元100的内室中，并把工作介质(液压油)输送到相应的腔室K1、K2、K3或K4中。由此对活塞杆112施加力，并使得该活塞杆沿所示方向116移动。

冷却机构108包括带有用于冷却介质的冷却管路120的冷却回路118，且包括用于输送冷却管路120中的冷却介质的输送机构122。冷却管路120为冷却介质提供引导。在图1所示的实施例中，作为输送机构122，使用了设置在冷却回路118中的输送泵122。

视实施例而定，冷却机构108被设计用来引导作为冷却介质的冷却剂、制冷剂或液压介质。在一个简单的实施例中，比如图1中所示，使用冷却剂作为冷却介质。

绝大部分热量损失在电机106和泵104中产生。这些热量损失在没有所述冷却回路118的情况下必定首先透过主体110的两个壁以及经由液压缸单元100的工作介质到达表面。冷却机构108提供了附加的热量排放，利用该冷却机构可以避免系统的较大的热阻力，进而避免过热。因而可以避免以减小的功效运行。

借助于由输送泵122输送的冷却介质，电机106的、泵104的和液压缸单元100内部的其它组件的热量可以被向外输送。

对于例如也称为液压线性单元、液压缸或电机-泵-液压缸的液压缸单元100而言，促动器机构102的泵104和/或电机106位于液压缸单元100内部。冷却介质把泵104的和/或电机106的和/或系统内部其它热点(例如阀)的废热输送离开到达冷却机构。在此，冷却机构108具有用于输送冷却介质的机构122。

箭头Q表示能量从泵104和电机106引入到冷却机构108中，且表示能量从冷却机构108排出至外界。能量引入以热能的形式进行。

图2所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。该液压缸单元100可以是在前述附图中描述过的液压缸单元100的一个实施例。图2相应于图1，区别是，冷却机构108被设计用来把冷却介质导引到液压缸单元100的外表面224上，以便通过对流和/或热辐射排出所吸收的热能。

在该实施例中，把冷却剂输送到液压缸单元100的大的表面224上。在这里，可以把内部吸收的热能通过自然对流和/或热辐射排放至外界。例如，冷却剂可以如所示那样螺旋状地沿着柱形表面224引导。这种效果可以通过附加的冷却肋得到更进一步的增强。

图3所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。该液压缸单元100可以是在前述附图中描述过的液压缸单元100的一个实施例。图3相应于图2，区别是，在外表面224上设置有通风机326，用于在冷却机构108的表面上产生气流。

在该实施例中，热能像图2中的实施例那样被排放至液压缸单元100的表面。在这里，利用强制的气流例如利用通风机326-例如径向或轴向作用地-加强了对流。

在表面相同的情况下，该实施例具有改善的热量排放能力。由于热点处的温度较低，这导致组件比如电机106的提高的效率。

图4所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图4相应于图1，区别是，冷却机构108与热交换器428耦接。

在该实施例中，热能通过热交换器428排放至另一冷却回路430。该实施例相比于图1至图3中所示的实施例具有最大的热量排放能力，且可以实现很高的功率密度。在此可以进一步利用系统的废热。

图5至图8分别为根据本发明的一个实施例的温度曲线532、634、736、838的简化图。在笛卡尔坐标系中，在纵轴上标出温度，在横轴上标出管长度或冷却管路120的位置。虚线表示(恒定的)内部温度T_内部或T_I和(恒定的)外部温度T_外部或T_A。在这里，针对图5和图7中所示的曲线532、634的实施例，采用的是冷却剂，针对图6和图8中所示的曲线736、838的实施例，采用的是制冷剂。图5和图6示出在液压缸单元内侧的冷却介质的温度曲线532、634，图7和图8示出在液压缸单元外侧的冷却介质的温度曲线736、838。这个液压缸单元可以是液压缸单元100的在图1至图4中所示的实施例的一个变型。图5中所示的曲线532作为直线从较低的外部温度T_A经过所示的管区段伸展至内部温度T_I。标出了平均的温度差ΔT。图6中的曲线634示出了恒定的沸腾温度T_沸腾或T_S，并且，内部温度T_I与沸腾温度T_S之间的温度差ΔT是恒定的。图7中所示的曲线736作为直线从内部温度T_I经过所示的管区段伸展至较低的外部温度T_A。标出了平均的温度差ΔT。图8中的曲线838示出了恒定的沸腾温度T_沸腾或T_S，并且，外部温度T_A与沸腾温度T_S之间的温度差ΔT是恒定的。

通过有针对性地提高冷却机构处的制冷剂的温度，将实现较高的热量排放能力。通过有针对性地减小热点处的制冷剂的温度，将实现改善例如电机的效率(铜损失主要决定电机的效率，并随着温度的升高而直线下降)。

下面以具体范例来介绍所提出的发明构思的优点。在此，图5/图7表示使用冷却剂，图6/图8表示使用制冷剂：

电机-泵-组的表面积(d＝100mm、I＝212mm)：A_内部＝0.067m²；

流经的管的热量排放能力：α_内部＝1500W/(m²×K)；

例如电机-泵-组的温度：T_内部＝80℃；

外界温度：T_外界＝0℃；

冷却剂的沸腾温度：70℃；

在管/管区段的长度范围内的平均温度差ΔT：

图5：ΔT＝(80℃-20℃)/2＝30℃；

图6：ΔT＝80℃-70℃＝10℃。

由此得到图5中例如从电机-泵-组流至冷却介质的热流为P_Zu＝A×α×ΔT＝3015W。

由此得到图6中例如从电机-泵-组流至冷却介质的热流为P_Zu＝A×α×ΔT＝1000W。

例如散热器的表面积：A_外部＝1m²；

散热器的热量排放能力：α_外部＝20W/(m²×K)；

在散热器的长度范围内的平均温度差ΔT：

图5：ΔT＝(80℃-20℃)/2＝30℃；

图6：ΔT＝70℃-20℃＝50℃。

由此得到图7中例如从冷却介质至外界的热流为P_Ab＝A×α×ΔT＝600W。

由此得到图8中例如从冷却介质至外界的热流为P_Ab＝A×α×ΔT＝1000W。

相比于制冷剂，对于冷却剂来说，由于温度差ΔT减小，所以，从散热器至外界的热流始终都比较小。在此，在散热器中排放的热能起到降低温度的作用。对于制冷剂来说，在散热器中排放的热能起到从气态或蒸汽状向液态改变的物态改变的作用。在此，在整个物态改变期间，温度都保持恒定。

由于流过管，内侧的热传递系数α明显大于外侧(散热器采用自然方式或强制方式对流)，所以，从内侧排至外侧的最大能排放的热流明显取决于外侧的热传递。在A和α恒定的情况下，只能通过提高温度差ΔT来改善外侧的热传递。

图7表明，冷却剂的流速越高，外侧的温度差ΔT就越大，内侧的温度差ΔT就越小。系统在冷却剂温度为70℃时达到平均值。在这里，P_Zu＝P_Ab！由于流速可以使得涡流式的管摩擦损失成平方地上升，所以引入系统中的热量增加。

图8表明，制冷剂的沸腾温度T_沸腾取决于压力。在系统压力恒定为4巴时，例如冷却剂SolkaneR123具有70℃的沸腾温度。由于内侧的温度为80℃，冷却剂的物态从液态变为气态，且在温度恒定为70℃时，热能增加。外侧的过程相反。

利用制冷剂作为冷却剂，即使在流速较低的情况下，也可以优化热量排放能力。由此使得管摩擦损失保持较小，进而使得附加地引入的热能保持较小。

使用制冷剂有利地为紧凑的液压设备/液压系统的热量收支提供改善，进而提高了系统的功率密度。在此，系统的热量损失被有利地汇集起来，且可以在需要时进一步使用。在这里，沿着整个表面的恒定的温度(制冷剂的沸腾温度)提高了热量排放能力。

但也示出了采用制冷机的热动力原理，而制冷剂的压力并不改变。由于在液压轴紧凑的情况下热量从较高的温度水平(例如泵的80℃)过渡至较低的温度水平(例如外界的20℃)，所以能避免因压力改变而使得比如制冷机的制冷剂的沸点改变。

因而采用制冷机的热动力原理，以便使得整个表面上的表面温度保持相同，由此在表面积相同的情况下改善热量排放能力。

图9所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图9相应于图1，区别是，冷却机构108具有用于改变冷却机构108的系统压力的机构940。用于改变系统压力的机构940尤其被设计用来调整冷却管路中的冷却介质的系统压力。

利用用于改变系统压力的机构940，可以调整沸点，进而根据工作条件和外界条件来调整ΔT_内部和ΔT_外部。工作点因而向上或向下推移。

图10所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图10相应于图1，区别是，在冷却回路118中设置有节流阀1042和压缩机1044。通过节流阀1042和压缩机1044，冷却机构108被设计用于改变冷却回路中的冷却介质的压力，特别是逐段地改变。因而通过节流阀1042和压缩机1044把冷却回路划分成至少两个区段或者管区段。

借助于被压缩机1044输送和压缩的制冷剂，电机106的、泵104的和液压缸100内部的其它组件的热量可以向外输送。由于压力升高，沸点温度也升高，且可以将热量经过较高的温度差ΔT排放至外界。被冷却的制冷剂的压力通过节流阀1042得到减小，由此以较低的(经过调整的)沸腾温度T_沸腾被导引至热点。在那里发生增强的温度吸收。

图10中所示的实施例采用了制冷剂，该制冷剂把泵104的和/或电机106的和/或系统的其它热点(例如阀)的废热输送离开至冷却机构。在冷却回路118中集成了用于改变制冷剂压力的压缩机1044和用于改变制冷剂压力的节流阀1042。

在图10所示的实施例中，作为冷却介质采用了一种制冷剂，其沸点介于组件温度或罐温度与外界温度之间，废热从罐和/或泵104和/或电机106和/或系统的其它热点(例如阀)被输送离开至冷却机构。在此采用了制冷剂的输送机构122。

图11为根据本发明的一个实施例的温度曲线1146的简化图。在笛卡尔坐标系中，在纵轴上标出温度，在横轴上标出管长度或冷却管路120的位置。虚线表示(恒定的)内部温度T_内部或T_I和(恒定的)外部温度T_外部或T_A。在这里，针对图11中所示的实施例，采用的是制冷剂。图11示出在液压缸单元内侧的制冷剂的温度曲线1146。这个液压缸单元可以是液压缸单元100的在图10中所示的实施例。图11中的曲线1146示出了恒定的沸腾温度T_沸腾或T_S，并且，内部温度T_I与沸腾温度T_S之间的温度差ΔT是恒定的。

下面以具体范例来介绍所提出的发明构思的优点。未明确说明的参数可由前述范例得知。

电机-泵-组的表面积(d＝100mm、I＝212mm)：A_内部＝0.067m²；

流经的管的热量排放能力：α_内部＝1500W/(m²×K)；

例如电机-泵-组的温度：T_内部＝80℃；

外界温度：T_外界＝20℃；

制冷剂的沸腾温度：63.7℃；

在管/管区段的长度范围内的平均温度差ΔT：

图11：ΔT＝80℃-63.7℃＝16.3℃。

由此得到图11中例如从电机-泵-组流至冷却介质的热流为P_Zu＝A×α×ΔT＝1630W。

P_压缩机＝340W。

例如散热器的表面积：A_外部＝1m²；

散热器的热量排放能力：α_外部＝20W/(m²×K)；

沸腾温度：T_沸腾＝120℃；

在散热器的长度范围内的平均温度差ΔT：

图11：ΔT＝120℃-20℃＝100℃。

由此得到图11中例如从冷却介质至外界的热流为P_Ab＝A×α×ΔT＝2000W。

对于制冷剂来说，在散热器中排放的热能起到从气态或蒸汽状向液态改变的物态改变的作用。在此，在整个物态改变期间，温度都保持恒定。

由于流过管，内侧的热传递系数α明显大于外侧(散热器采用自然方式或强制方式对流)，所以，从内侧排至外侧的最大能排放的热流明显取决于外侧的热传递。在A和α恒定的情况下，只能通过提高温度差ΔT来改善外侧的热传递。

制冷剂的沸腾温度T_沸腾取决于压力。通过提高压力，沸腾温度上升。基于此，可以使得利用额外地引入的压缩机做功得到加热的制冷剂借助冷却机构以较高的恒定的温度差排出。由此可以实现提高热量排放功效。压力通过节流阀得到减小，由此使得沸点处于较低的温度。这能实现蒸发器上的经调整的温度差ΔT，这导致提高的热量吸收能力。

因此，通过改变沸腾温度，无论在内部还是在外部，都可以优化热量排放能力。

图12所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图12相应于图10，区别是，节流阀1042和压缩机1044是可控的。在该实施例中，可以借助蒸发器(在内侧)改变压力，和/或借助冷凝器(在外侧)改变压力，由此调节制冷剂回路118中的温度。因而可以根据工作条件和外界条件来调整热量排放能力。

图13所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图13相应于图3中所示实施例与图10中所示实施例的组合。冷却机构108被设计用于将冷却介质导引到液压缸单元100的外表面224上，以便通过对流和/或热辐射排出所吸收的热能。在液压缸单元100上，在外表面224上设置有通风机326，用于在冷却机构108的表面上产生气流。在外表面224与冷却机构108之间，在外表面224上设置有绝缘件1346。

在该实施例中，把冷却剂输送到液压缸单元100的大的表面上。在这里，可以把内部吸收的热能通过自然对流或强制对流和热辐射排放至外界。例如，冷却剂可以如所示那样螺旋状地沿着柱形表面引导。

图14所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图14相应于图10，区别是，在冷却回路118中设置了带有通风机326的单独的冷凝器1448。

图15所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图15相应于图10，区别是，在冷却回路118中设置了热交换器428。

在该实施例中，热能通过热交换器428排放至另一冷却回路430。该实施例相比于图12至图15中所示的实施例具有最大的热量排放能力，且可以实现很高的功率密度。在此可以进一步利用系统的废热。

图16所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图16相应于图1，区别是，在冷却回路118中设置了节流阀1042以及两个止回阀1650、1652，并且冷却回路118被引导经过腔K1。在此，腔K1用作压缩机。

当前实施例的一个方面是，使用冷却介质，它把泵104的和/或电机106的和/或系统的其它热点(例如阀)的废热输送离开至冷却机构。对冷却介质的输送通过线性单元即活塞杆112的往复运动来进行。腔K1是输送机构122的一部分。

如果活塞杆112在图中向右移动，就吸入冷却介质。如果活塞杆112在图中向左移动，冷却介质就被压缩，并朝向冷却机构输送。其前提是可压缩的冷却介质。随后的两个实施例描述了其它设计方案。

一个实施例示出了液压缸100上的冷却回路118，其带有集成的泵104和/或电机106。在此，通过气缸运动对冷却介质进行被动的输送。

有利地，系统内部的温度比被均匀化。在此，无需额外的输送机构。

在采用差动方式的同步缸中，腔K2和K3与K4面积相同，因而无需腔K1。该腔K1现在用来输送冷却介质。两个止回阀1650、1652确定了流向。

图17所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图17相应于图16，区别是，冷却机构具有与冷却回路耦接的体积补偿蓄存器1754，用于补偿冷却回路118中的冷却剂体积。在该实施例中，用于体积补偿的蓄存器1754位于冷却介质的管路120中。因而这里也可以使用不可压缩的冷却介质，比如压力液体(例如液压油、泄漏机油)。

图18所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。在该实施例中，使用一个简单的差动缸1856来实现往复运动。电机-泵-组102位于缸1856的外部或内部。由于这里为了往复运动使用了两个腔K5和K6，所以并行地安装了一个单独的输送缸1858，其活塞杆1860与液压缸单元100的活塞杆112耦接。因而在活塞杆112运动时，输送缸1858的体积也发生改变，冷却介质经由止回阀1650、1652流入或流出输送腔K7，该输送腔也称为气缸腔K7。

后续的实施例示出了液压设备的一部分，其例如包括罐、机组和液压的线性单元。在此，泵的泄漏机油被用来冷却组件例如电动机。有利地在系统内部实现了均匀的温度比。有利的是，无需额外的输送机构。在此，无需用于冷却介质的单独的输送机构，因为泄漏机油处于压力下。

图19所示为根据本发明的一个实施例的促动器机构102的示意图。该促动器机构102可以是在前述附图中示出的促动器机构102的一个实施例。该促动器机构包括泵104和与泵104耦接的电机106。泵104通过抽吸管路1962与罐1964连接。有个压力管路1966从泵104伸展离开，用来驱动液压机构，比如在前述附图中描述过的液压缸单元100。该泵具有泄漏机油接头1967，从该泄漏机油接头伸出一个环绕电机106伸展的泄漏机油管路1968。泄漏机油管路1968被设计用来借助于在泄漏机油管路1968中引导的用作冷却介质的液压介质吸收电机的热量，并把受热的液压介质引导回到罐1964中。

液压机组100由罐、泵104和电机106构成，它把电功率转变为液压功率。位于罐1964中的机油经由抽吸管路1962被抽吸至泵104，且在较高的压力下借助压力管路1966被排出。大多数泵104由于传动机构或齿轮内部的间隙而具有泄漏机油接头1967。泄漏机油在那里还有1-4巴的剩余压力，且用于冷却电机106。因此，电机106的热量功率通过泄漏机油进入罐1964中，且可以通过其表面被排放。

图20所示为根据本发明的一个实施例的促动器机构102的示意图。图20相应于图19，区别是，在泄漏机油管路1968上，在电机106与罐1964之间设置了带有通风机326的散热器1448。

图20中所示的实施例相应于图19中所示的实施例，其带有泄漏机油的附加的冷却机构(带通风机326的散热器1448)。在此，泵104的和电机106的热量功率被排放至外界空气，而不会进入到罐1964中。

图21所示为根据本发明的一个实施例的促动器机构102的示意图。图21相应于图19，区别是，在泄漏机油管路1968上，在电机106与罐1964之间设置了热交换器428。

图21中所示的实施例相应于图20中所示的实施例，但带有热交换器428作为冷却机构。在此，泵104的和电机106的热量功率被排放至热交换器428的第二冷却回路。因而可以继续利用热量功率。

图22所示为根据本发明的一个实施例的促动器机构102的示意图。图22相应于图19，区别是，泄漏机油管路1968从压力管路1966分出，且在压力管路1966与泄漏机油管路1968的环绕电机106伸展的区段之间设置了节流阀1042。

图22中所示的实施例相应于图19中所示的实施例，但在压力管路上带有节流阀1042。由于并非每个泵都具有泄漏机油接头，所以，可以通过节流阀1042在压力管路中产生体积流。

图23所示为根据本发明的一个实施例的液压缸单元100的示意图。图23相应于图1，区别是，冷却回路118经过泵104。因而在液压缸单元100中实现了所提出的发明的在图17至图22中示出的方面。

该实施例示出了采用差动构造方式的同步缸。泵和电机位于其内腔中，并把工作介质(液压机油)输送到相应的腔K1、K2、K3或K4中。由此对活塞杆施加力，并使得活塞杆沿所示方向移动。

绝大部分的热量损失在电机和泵中产生。在无以红色示出的冷却回路情况下，所述热量损失必须首先经过两个壁以及经过液压缸的工作介质到达表面。由于没有大的热阻，在无附加的热量排放情况下，系统会过热，因而必须以减小的功率工作。由于泵的泄漏机油尚有1-4巴的剩余压力，所以，所述泄漏机油被用来冷却电机。泵的和电机的热量功率因而通过泄漏机油到达冷却机构。

图24所示为根据本发明的一个实施例的液压系统2470的示意图。该液压系统2470具有三个液压缸单元100。这些液压缸单元100可以分别是在前述附图中描述过的液压缸单元100的变型。冷却机构108的冷却管路120具有散热器1448和通风机326。在此，冷却管路120经过适当成型，使得这些液压缸单元100被并行地流过。因此，三个液压缸单元100具有一个共同的冷却机构108。

在图24所示的实施例中，液压系统2470包括多个液压的线性单元100例如液压缸单元100。冷却回路118吸收多个线性单元100的热量。可选地，例如可以后置一个吸附式制冷机。在这种情况下，用热交换器来代替散热器1448。

前述构思为紧凑的液压系统2470的热量收支提供改善。这导致提高了系统的功率密度。系统2470的热量损失被汇集起来，且可以在需要时进一步使用。

紧凑轴(Kompaktachse)100的绝大部分的热量损失在泵104和电动机106上产生。所述废热通过冷却回路118从紧凑轴100输送至冷却机构，例如带有通风机326的散热器1448。

图25所示为根据本发明的一个实施例的液压系统2470的示意图。该图相应于图24，区别是，液压缸单元100串联地布置在冷却回路118中。

该实施例因而相应于图24的实施例，但并非并行地工作，而是串行地工作。

图26所示为根据本发明的一个实施例的液压系统2470的示意图。该图相应于图24，区别是，代替散热器和通风机，冷却回路118具有热交换器428。通常，该热交换器428是用来利用废热例如用于为水加热的机构。

图27所示为根据本发明的一个实施例的吸附式制冷机2772和液压系统2470的简化图。该液压系统2470可以是在图24至图26中所示的液压系统2470的实施例。吸附式制冷机2772与冷却负载2774比如开关柜和返回式冷却器2776耦接。在一个实施例中，液压系统2470被设计用来控制蒸汽涡轮机2778。

在很多应用情况下，比如在控制蒸汽涡轮机时，多个轴100在空间上靠近地布置。这些轴通过一个中央的冷却回路118相互连接。可选地，这里可以继续利用所汇集的热能，例如在吸附式制冷机2772中用于冷却例如开关柜2774。

这里示范性地介绍了在控制燃气和蒸汽涡轮机时对紧凑轴100的废热的可能的利用。在这种应用中，多个紧凑轴100组合地位于至多80℃的外界温度下。这些紧凑轴100可以在至多100℃的温度情况下工作。

各个紧凑轴100的热能首先借助于冷却回路118汇集起来，并被输送至吸附式制冷机2772。所述的20kW的热功率现在可以转变为12kW的冷却功率，其中，需要在返回式冷却器2776中排出32kW的热量。利用这12kW的热量，例如可以在环境温度下对开关柜2774等予以冷却，而无需额外的制冷机。通常排放至外界的20kW的损失热功率因而可以转变为12kW的可用的冷却功率。

针对所述范例，例如采用下述值：

轴的功率：15kW；

轴的效率：0.7；

轴的满载度：50％；

轴的废热：2.25kW；

轴的数量：9；

全部废热：-20kW。

图28为根据本发明的一个实施例的方法2890的流程图。根据本发明的一个实施例的用于驱动液压缸单元的该方法2890包括用于控制促动器机构的步骤2892以及用于利用与促动器机构耦接的冷却机构来冷却促动器机构的步骤2894。

这里所述的实施例利用了分散驱动的趋势、紧凑驱动的趋势、利用废热的趋势以及系统的较高的功率密度的趋势。

所示的实施例仅仅是示范性地被选择，且可以相互组合。

附图标记清单

100液压缸单元

102促动器机构

104泵

106电机

108冷却机构

110主体

112输送机构

114凸缘

116方向、移动方向

118冷却回路

120冷却管路

122输送机构

K1腔、气缸腔、输送腔

K2腔、气缸腔

K3腔、气缸腔

K4腔、气缸腔

224外表面、表面

326通风机

428热交换器

430冷却回路

532温度曲线

634温度曲线

736温度曲线

838温度曲线

T_内部内部温度

T_外部外部温度

ΔT温度差

940用于改变冷却机构的系统压力的机构

1042节流阀

1044压缩机

1146温度曲线

1448散热器、冷凝器

1650止回阀

1652止回阀

1754体积补偿蓄存器

1856缸

1858输送缸

1860活塞杆

K5腔、气缸腔

K6腔、气缸腔

K7腔、气缸腔、输送腔

1962抽吸管路

1964罐

1966压力管路

1967泄漏机油接头

1968泄漏机油管路

2470液压系统

2772吸附式制冷机

2776返回式冷却器

2778蒸汽涡轮机

2890方法

2892控制步骤

2894冷却步骤

Claims (16)

1.一种液压缸单元(100)，带有用于驱动液压缸单元(100)的促动器机构(102)，其中，该促动器机构(102)包括泵(104)和/或电机(106)，其特征在于与促动器机构(102)热耦接的用来冷却促动器机构(102)的冷却机构(108)。

2.如权利要求1所述的液压缸单元(100)，其中，该冷却机构(108)包括带有用于冷却介质的冷却管路(120)的冷却回路(118)和用于输送冷却管路(120)中的冷却介质的输送机构(122)。

3.如权利要求2所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)被设计用于把冷却介质引导至液压缸单元(100)的外表面(224)，以便通过对流和/或热辐射来排出所吸收的热能。

4.如权利要求2至3中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却介质是冷却剂和/或制冷剂。

5.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，具有用于在冷却机构(108)的表面上产生气流的通风机(326)。

6.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)具有用于改变冷却机构(108)的系统压力的机构(940)，特别是用于改变在冷却管路(120)中的作为冷却介质的冷却剂的系统压力的机构(940)。

7.如权利要求6所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)具有节流阀(1042)和/或压缩机(1044)。

8.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)与热交换器(428)耦接，和/或冷却机构(108)具有散热器(1445)，其中，特别是通风机(326)与该散热器配合作用。

9.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，液压缸单元(100)至少部分地包绕促动器机构(102)，促动器机构(102)特别是设置在液压缸单元(100)的内部。

10.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)具有位于冷却回路(118)上的至少一个止回阀(1650、1652)，其中，该冷却回路(118)经过液压缸单元(100)的气缸腔(K1；K7)，其中，输送机构(122)特别是包括至少一个止回阀(1651、1652)和气缸腔(K1；K7)，以便输送冷却介质。

11.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却机构(108)具有与冷却回路(118)耦接的体积补偿蓄存器(1754)，用于补偿在冷却回路(118)中的冷却剂的体积。

12.如上述权利要求中任一项所述的液压缸单元(100)，其中，冷却介质是液压介质，其中，泵(104)的泄漏机油接头(1967)特别地与冷却回路(118)耦接，以便提供液压介质。

13.一种液压系统(2470)，带有根据上述权利要求中任一项的第一液压缸单元(100)和根据上述权利要求中任一项的至少一个第二液压缸单元(100)，它们具有共同的冷却机构(108)。

14.如权利要求12所述的液压系统(2470)，其中，第一液压缸单元(100)和至少第二液压缸单元(100)并行地和/或串行地设置在冷却机构(108)的冷却回路(118)中。

15.根据权利要求1至13中任一项的液压缸单元(100)的废热和/或使用根据权利要求12至13中任一项的液压系统(2470)的废热的应用，用于特别是借助于制冷机(2772)的另一冷却过程和/或热过程。

16.一种用来驱动根据权利要求1至15中任一项的液压缸单元(100)的方法(2890)，其中，该方法(2890)具有如下步骤：

控制(2892)促动器机构(102)；和

利用与促动器机构(102)耦接的冷却机构(108)来冷却(2894)促动器机构(102)。