CN108475967B - 具有冷却的液力静压紧凑式机组 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电液紧凑式机组，其流回到油罐里面的压力介质和其驱动泵的电动机通过公共的冷却装置冷却。按照第一变体设有冷却剂管，并且按照第二变体设有热管，它们传输压力介质或电动机的热量给冷却板。

Description

具有冷却的液力静压紧凑式机组
技术领域
本发明涉及一种具有冷却的紧凑式机组。
背景技术
由现有技术已知机组，它们利用由电动机和泵形成的驱动单元由油罐输送液压油到液压系统。由机组供给的液压系统具有消耗器、例如机床的液压缸和控制阀。
这种机组由于高的功率密度和其效率必需冷却。用于冷却的其它原因是，不同的液压部件具有最大约60-80℃的允许温度，并且液压油的老化随着增加的温度提高。
在此已知，通过油-空气热交换器在从液压系统到油罐的回流管里面实现冷却。缺陷是，由于从油-空气热交换器到环境的高的热阻(主要由于空气微小的热容量和导热性确定)以及由于液压油的最高温度引起的最大温度差的限制，油-空气热交换器的冷却功率仅仅在微小的冷却功率(＜10Kw)时才是经济的，因为否则必需非常大地构成油-空气热交换器的冷却面积。
因此由现有技术例如已知，由油罐通过外齿轮泵输送压力介质，外齿轮泵由转速变化的电动机驱动。在泵的出口端压力介质可以通过节流阀分支，节流阀也可以用于调整泵的最低转速。通过节流阀分支的压力介质通过由风机的空气附加冷却的油-空气热交换器给出热量到环境。附加地可以输送泵的泄漏到油-空气热交换器。在此缺陷是，节流阀导致液压损失，它们又导致废热。此外，通过油-空气热交换器的体积流还不利地取决于泵出口端的系统压力，由此不出现恒定的压力介质冷却。此外只能在泵运行期间实现这种压力介质冷却。
此外由现有技术已知，由油罐通过两个泵(复合泵)输送压力介质，它们共同地由转速变化的电动机驱动。在此泵中的一个可以输送用于冷却循环的体积流。在此缺陷是，对于冷却需要更加的泵，这导致较高的装置技术上的费用。布管的费用也是高的，由此还增加了泄漏的隐患。此外，由于使用复合泵增加了故障可能性，因为按照经验泵是机组或液压系统中剧烈磨损的部件。此外附加的泵导致液压损失，并因此导致附加的热负荷。因为泵相互耦联，所以冷却循环的体积流取决于第一泵的初级循环的体积流。此外，只在泵运行期间冷却同样是不利的。
此外已知，代替油-空气热交换器使用油-水热交换器。这种冷却方案由于微小的热阻具有高的冷却功率。缺陷是，可能需要费事地调整水冷却循环，其中最大冷却功率同样受到最高油温的限制。此外由液压系统接收的热能必需附加地经常利用水-空气热交换器给到环境。
发明内容
本发明的目的是，实现一种紧凑式机组，其中以装置技术上最小的费用实现有效的、与泵运行状态无关的冷却。
为此，本发明提出一种具有驱动单元的电液紧凑式机组，该驱动单元具有电动机和液力静压泵，其中，通过所述泵可以从紧凑式机组的油罐抽吸压力介质，其特征在于一冷却装置，它在油罐的内室里面延伸，其中，所述冷却装置具有冷却板，所述油罐被冷却板封闭，并且在冷却板上固定驱动单元，并且其中，所述冷却装置具有至少一压力介质热管，它从油罐内室延伸到冷却板，并且它导热地固定在冷却板上或者穿过这个冷却板。
主张权利要求的电液紧凑式机组具有驱动单元，该驱动单元具有电动机和液力静压泵，其中，通过所述泵可以从紧凑式机组的油罐抽吸压力介质。按照本发明为了冷却压力介质设有冷却装置，它至少分段地在油罐的内室里面延伸，用于在那里冷却流回的或者已经流回的压力介质。油罐内室理解为含有流体的空间。
本发明的其它有利扩展结构在从属权利要求中描述。
所述冷却装置优选也用于冷却电动机并且与这个电动机处于导热地连接。
在第一原理上的变体中，所述冷却装置具有冷却剂管、尤其是软管或者弯曲的管，它分段地布置在油罐的内室里面，用于在那里接收压力介质的废热。此外所述冷却剂管也分段地与电动机处于导热地连接。
在此优选，所述油罐被盖封闭，在盖上固定驱动单元。所述驱动单元和油罐可以布置在盖的同一第一侧面上、尤其是底面上，由此所述油罐包围驱动单元并且减小其声波辐射。
在一改进方案中，在背离油罐的盖的第二侧面上、尤其是顶面上布置冷却体，在该冷却体上导热地固定用于电动机的变频器，其中，所述冷却体与冷却剂管导热地连接。在此所述冷却剂管最好穿过冷却体。
在第一原理上的变体的特别有效的扩展结构中，这样布置冷却剂管，通过所述冷却剂管流动的冷却剂首先冷却压力介质、然后冷却电动机并最后冷却冷却体并且由此冷却变频器。
在第二原理上的变体中，所述冷却装置具有冷却板，所述油罐被冷却板封闭，并且在冷却板上固定驱动单元。所述驱动单元和油罐最好布置在冷却板的第一侧面上、尤其是底面上。由此所述油罐可以包围驱动单元，并减小其声波辐射。此外，按照第二原理上的变体，所述冷却装置具有至少一所谓的压力介质-热管，它用于冷却压力介质，并且从油罐内室延伸到冷却板。所述压力介质-热管导热地固定在冷却板上，用于传递热量给冷却板，或者压力介质-热管穿过冷却板，例如用于将其热量也排到其它装置上，它布置在冷却板的第二侧面、尤其是顶面上。
为了改善传递压力介质的热量到压力介质热管，特别优选，在所述油罐里面设有至少一散热片组，它导热地固定在压力介质-热管上。所述压力介质通过散热片组引回到油罐里面。
在一改进方案中，设有用于压力介质的空气冷却，因此所述压力介质-热管穿过冷却板，并且与另一散热片组导热地连接，该散热片组布置在背离油罐的冷却板第二侧面上、尤其是顶面上。
所述冷却装置也优选具有至少一电动机-热管，它用于冷却电动机，并且它从电动机朝冷却板方向上延伸。所述电动机-热管也导热地固定在冷却板上，用于将其热量传递给冷却板，或者所述热管穿过冷却板，例如用于也将其热量排到其它装置，它布置在冷却板的第二侧面上、尤其是顶面上。
为了最佳地传递电动机热量给电动机-热管，所述电动机-热管可以导热地安装到电动机的外壳里面。
在一改进方案中设有用于电动机的空气冷却，因此，所述电动机-热管穿过冷却板，并且与另一散热片组导热地连接，该散热片组布置在背离油罐的冷却板第二侧面上、尤其是顶面上。
如果与背离冷却板的油罐(下)部位相邻地或者在其上布置至少一支承面或者至少一支承装置(例如柱脚)，它定义紧凑式机组的支承平面，则特别优选，所述热管基本垂直于该支承平面布置。通过垂直的布置优化热管的传热能力。
如果所述电动机通过变频器供电和控制，则在第二原理上的变体中特别优选，该变频器在背离油罐的冷却板第二侧面上、尤其是顶面上导热地固定在这个冷却板上。
在一改进方案中，设有用于压力介质和电动机且尤其是变频器的液体冷却，因此在所述冷却板里面设有冷却通道。
在液体冷却的改进方案中，所述冷却通道沿着在变频器与冷却板之间的接触部位延伸，并且形成压力介质的回流管的一部分。
在水冷却的优选扩展结构中，所述水冷却具有输入接头，从输入接头开始第一段冷却通道在冷却板的外部部位里面延伸、尤其沿着冷却板的外圆周，并且具有连接在其上的第二段冷却通道，它布置在冷却板的内部部位里面。两段冷却通道可以是弧形的、尤其是基本圆弧形的并且相互同心。
为了首先以较冷的冷却剂冷却较冷的热管，然后以较热的冷却剂冷却较热的热管，优选所述压力介质-热管在冷却板的外部部位中固定在冷却板上，或者穿过这个冷却板，并且所述电动机-热管在冷却板内部部位里面固定在冷却板上或者穿过这个冷却板。
在所述紧凑式机组的有利扩展结构中，所述油罐的内壁和外壁是基本圆柱形的，而底部是圆环形的，所述盖或冷却板是圆环形或者圆盘形的。两个壁体、底部、盖或者说冷却板和电动机或驱动单元的中心轴线是相互同心的，并且中心轴线基本垂直于支承面。
在特别优选的扩展结构中，多个压力介质-热管均匀地分布在圆环形油罐的圆周上。
在特别优选的扩展结构中，多个电动机-热管均匀地分布在圆环形或圆盘形的冷却板圆周上。
代替上述的热管通常也可以使用热虹吸，因为热量优选总是与重力相反地传输。
附图说明
在附图中示出按照本发明的紧凑式机组的多个实施例。现在利用附图详细解释本发明。
附图示出
图1以立体分解图示出按照本发明第一实施例的紧凑式机组，
图2以立体图示出按照本发明第二实施例的紧凑式机组的主要部件，
图3以横剖面图示出按照图2的第二实施例的冷却板，
图4以立体纵剖面图示出按照本发明第三实施例的没有油罐的紧凑式机组，
图5以立体纵剖面图示出按照本发明第四实施例的没有油罐的紧凑式机组，
图6以立体图示出按照本发明第五实施例的没有油罐和外壳的紧凑式机组，
图7以纵剖面图示出按照图6的按照本发明的紧凑式机组和
图8以示意纵剖面图示出按照本发明第六实施例的紧凑式机组。
具体实施方式
所有在图1至8中示出的按照本发明的紧凑式机组实施例都具有圆环形的、杯状的塑料油罐T，它具有圆柱形内壁46、圆柱形外壁48和圆环形底部42。油罐T包围驱动单元，它由上面的电动机M和下面的泵1组成。电动机M与油罐T同心地布置。
泵通过(未示出的)抽吸管从油罐T抽吸压力介质、例如液压油，并且通过输入管12输送到高压端的耗用器接头14(参见图2)。压力介质通过阀门流到耗用器(两者都未示出)并且通过紧凑式机组的回流管20流回到油罐T。在此对于流回的压力介质设有不同的冷却装置。
在按照图1的第一实施例中，对于压力介质实现水冷却。它具有两个布置在油罐T内部的散热片组144，其散热片是基本半圆形的，并且钎焊在压力介质-热管146上，热管同样绝大部分位于环形油罐T的内部。在顶面上压力介质-热管146插到圆盘形冷却板24的孔里面，并且利用导热膏良好导热地连接，并且通过压配合固定。
冷却板24作为油罐T的盖。此外在冷却板24的底面的中间部位上通过驱动单元的电动机M悬挂驱动单元。冷却板24配有用于冷却介质、最好是冷却水的冷却通道19(参见图3)，其中在图1中只能看出冷却通道19的接头154。因此压力介质的热能通过散热片组144接收，通过压力介质-热管146导入到冷却板24里面并且在那里被冷却介质接收和传出。
压力介质的回流管20在冷却板24里面并且泵1的抽吸管在油罐T的下部。散热片组144的散热片略微倾斜并且几乎分别达到环形油罐T的一半横截面积。由此使引回的压力介质流在运行中螺旋形环绕地向下导引。优点是，完全充分地利用容积，并且在回流管20与抽吸管之间不会产生流体短路。此外通过有目的地绕流两个散热片组144的散热片减小在压力介质与散热片之间的热阻，并且提高冷却效率。附加地利用空气与压力介质的密度差促进从压力介质中分离空气。
两个在图1中示出的散热片组144不是必需的，如果压力介质到压力介质-热管146的热传递足够好的话。在这种(未示出的)实施例中例如可以通过位于环形油罐T的内室里面的散热片或几何形状建立螺旋形的流动。
图2示出两个散热片组144和位于其间的、按照本发明的紧凑式机组第二实施例的驱动单元。与第一实施例的不同之处在于，电动机M也通过电动机-热管147冷却。为此，电动机-热管147安装到电动机M的外壳里面。因为在图2中未示出冷却板，因此看出散热片组144的四个压力介质-热管146的、另一散热片组144的四个压力介质-热管146的和电动机M的四个电动机-热管147的各自的上端部段。所有热管146,147穿过(在图2中未示出的)冷却板24并且终结在其顶面上。
因为在(在图2中未示出的)杯状油罐T的底部里面通过其底部42定义支承面，压力介质-热管146和电动机-热管147垂直于这个支承面取向，由此热管146,147在紧凑式机组运行中总是垂直于地球重力布置，并且可以最佳地从下向上输运热量到冷却板24。
此外看到电导线6，通过它给电动机M供电。电导线6穿过冷却板24。
图3以横剖面图(从下面观察)示出按照图2的第二实施例的冷却板24。冷却板24由导热的材料例如铝并且利用压铸工艺制成。在压铸模型里面衬入预先成形的弯曲的管，例如钢管，由此这个管最终位于冷却板24内部并且一起浇铸。由此形成冷却通道19。
形成冷却通道19的管最好这样成形并且衬入到模具里面，它直接在热管146,147上端部段旁边延伸。由此减小在从热管146,147过渡到冷却介质、最好是冷却水时的热阻。
冷却通道19最好这样延伸，使冷却介质首先冷却压力介质-热管146，因为压力介质必需恒温在约50℃，接着冷却电动机-热管147，因为电动机M必需冷却到约100℃。为此冷却通道19具有在冷却介质流动方向上观察的第一外部弧形段和第二内部弧形段。通过冷却通道19的螺旋弯曲能够使冷却通道19的径向接头154位于并排。
在按照图4的第三实施例中，通过冷却介质、最好是冷却水附加地对于压力介质和电动机M冷却电动机M的变频器2，在变频器里面冷却板24的冷却通道19(衬入的管或孔)也在变频器2下方在变频器旁边延伸。变频器2最好通过导热膏导热地连接在背离油罐T和驱动单元的冷却板24顶面上。
在按照图5的第四实施例中，变频器2通过流回的压力介质冷却。准确地说，回流管20通过在冷却板24内部直接布置在变频器2下方的通道22与油罐T连接。由压力介质接收的变频器2的热量以后通过两个散热片组144和压力介质-热管146排出。
在按照图6的第五实施例中实现空气冷却，代替上述的冷却空气冷却可以配有冷却介质。为了减小部件种类在第五实施例的冷却板24中也可以设有接头15和相应的冷却通道19。与上述实施例不同，在这里热管146,147更长，穿过冷却板25顶面并且在冷却板顶面上与其它散热片组148,150导热地连接，例如钎焊。
压力介质的其它散热片组148和电动机M的其它散热片组150最好不相互导热地连接，因为电动机M的散热片组允许比压力介质的散热片组148更热。为此对于压力介质在冷却板24的外部部位上布置四个基本四分之一圆形的其它散热片组148，并且对于电动机M在冷却板24顶面的内部部位里面布置四个基本柱形的更小的散热片组150。
通过总共八个其它散热片组148,150在冷却板24的顶面上通过散热片组占据四个基本四分之一圆形的部位。为了提高冷却效率分别在每两个四分之一圆形的部位之间安置风扇152。
在散热片组与风扇152之间的、在图6中空出表示的部位里面布置变频器2。
图7以立体纵剖面图尽可能完整地示出按照图6的按照本发明的紧凑式机组的第五实施例。可以看出，其它散热片组148,150、风扇152和变频器2被外壳26遮盖，其外径基本对应于油罐T的外壁48的外径和冷却板24的外径。因此整个紧凑式机组是圆柱形的。在外壳26里面是通风缝隙164。电导线6从变频器2穿过冷却板24延伸到电动机M。
电动机M通过缓冲元件40安置在冷却板24的底面上。
变频器具有(未详细示出的)功率电子，它直接定位在冷却板24的顶面上。
在按照图8的第六实施例中，油罐T通过盖44遮盖，在盖上固定电动机M。在此示出替代的冷却装置。压力介质和/或电动机M和/或变频器2直接利用冷却水冷却，冷却水通过冷却剂管167流动。准确地说，冷却剂管167由软管或管形成，它穿过油罐T内室和/或穿过或围绕电动机M和./或穿过变频器2的冷却体166导引。在此冷却剂管167具有最大表面积，例如通过筋结构，螺旋形地以达到长度延伸，由良好导热的材料、例如铜或铝制成并且是非常薄壁的。
按照两个箭头这样选择冷却水在冷却剂管167里面流动方向，使冷却水首先通流最冷的要恒温的部件、在这里是压力介质，例如油，然后通流电动机M并且接着通流最热的部件、变频器2的冷却体166。
本发明公开了一个电液紧凑式机组，其流回到油罐里面的压力介质和其驱动泵的电动机通过公共的冷却装置冷却。按照第一变体设有冷却剂管，并且按照第二变体设有热管，它们传输压力介质或电动机的热量给冷却板。
附图标记清单
1泵
2变频器
4电功率源
6电导线
12输入管
14高压端的耗用器接头
19冷却通道
20回流管
22通道
24冷却板
26外壳
40缓冲元件
42底部
44盖
46内壁
48外壁
144散热片组
146压力介质-热管
147电动机-热管
148另一散热片组
150另一散热片组
152风扇
154接头
164通风缝隙
166冷却体
167冷却剂管
M电动机
T油罐

Claims (18)

1.一种电液紧凑式机组，具有驱动单元，该驱动单元具有电动机（M）和液力静压泵（1），其中，通过所述泵（1）可以从紧凑式机组的油罐（T）抽吸压力介质，其特征在于一冷却装置，它在油罐（T）的内室里面延伸，其中，所述冷却装置具有冷却板（24），所述油罐（T）被冷却板封闭，并且在冷却板上固定驱动单元，并且其中，所述冷却装置具有至少一压力介质-热管（146），它从油罐（T）内室延伸到冷却板（24），并且它导热地固定在冷却板（24）上或者穿过这个冷却板。
2.如权利要求1所述的电液紧凑式机组，其中，所述冷却装置被构造成用于冷却电动机（M）并且与这个电动机处于导热地连接。
3.如权利要求2所述的电液紧凑式机组，其中，所述冷却装置具有冷却剂管（167），它分段地布置在油罐（T）的内室里面，并且它与电动机（M）处于导热地连接。
4.如权利要求3所述的电液紧凑式机组，其中，所述油罐（T）被盖（44）封闭，在盖上固定驱动单元。
5.如权利要求4所述的电液紧凑式机组，其中，在背离油罐（T）的盖（44）侧面上布置冷却体（166），在该冷却体上导热地固定用于电动机（M）的变频器（2），并且其中，所述冷却体（166）与冷却剂管（167）导热地连接。
6.如权利要求5所述的电液紧凑式机组，其中，通过所述冷却剂管（167）首先冷却压力介质、然后冷却电动机（M）并最后冷却冷却体（166）。
7.如权利要求1所述的电液紧凑式机组，其中，在所述油罐（T）里面设有至少一个第一散热片组（144），它导热地固定在压力介质-热管（146）上，并且其中，所述压力介质通过第一散热片组（144）在油罐（T）内部导引。
8.如权利要求7所述的电液紧凑式机组，其中，所述压力介质-热管（146）穿过冷却板（24），并且与第二散热片组（148）导热地连接，该第二散热片组布置在背离油罐（T）的冷却板（24）侧面上。
9.如权利要求8所述的电液紧凑式机组，其中所述冷却装置具有至少一电动机-热管（147），它从电动机（M）在冷却板（24）方向上延伸，并且其中，所述电动机-热管（147）导热地固定在冷却板（24）上或穿过冷却板。
10.如权利要求9所述的电液紧凑式机组，其中，所述电动机-热管（147）导热地安装到电动机（M）的外壳里面。
11.如权利要求9或10所述的电液紧凑式机组，其中，所述电动机-热管（147）穿过冷却板（24），并且与第三散热片组（150）导热地连接，该第三散热片组布置在背离油罐（T）的冷却板（24）侧面上。
12.如权利要求1或7所述的电液紧凑式机组，其中，与背离冷却板（24）的油罐（T）部位相邻地或者在其上布置至少一支承面或者至少一支承装置，它定义紧凑式机组的支承平面，所述压力介质-热管（146）垂直于该支承平面布置。
13.如权利要求1或7所述的电液紧凑式机组，其中，所述电动机（M）通过变频器（2）供电，该变频器导热地固定在背离油罐（T）的冷却板（24）侧面上。
14.如权利要求1或7所述的电液紧凑式机组，其中，在所述冷却板（24）里面设有冷却通道。
15.如权利要求14所述的电液紧凑式机组，其中，所述冷却通道通过衬入管到冷却板（24）的铝压铸模型里面制成。
16.如权利要求14所述的电液紧凑式机组，其中，第一冷却通道（22）沿着在变频器（2）与冷却板（24）之间的接触部位延伸并且形成压力介质的回流管（20）的一部分。
17.如权利要求16所述的电液紧凑式机组，其具有输入接头（154），从输入接头开始第二冷却通道（19）的第一段在冷却板（24）的外部部位里面延伸，并且具有连接在第一段上的第二冷却通道（19）的第二段，第二段布置在冷却板（24）的内部部位里面。
18.如权利要求17所述的电液紧凑式机组，其中，至少一压力介质-热管（146）在冷却板（24）外部部位里面固定在冷却板上或者穿过这个冷却板，并且其中，至少一电动机-热管（147）在冷却板（24）内部部位里面固定在冷却板上或者穿过这个冷却板。
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