-
Die
Erfindung/Neuerung betrifft eine Hydraulikeinheit zur Bereitstellung
einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit zum Antrieb
eines angekoppelten hydraulischen Aktuators, mit einem in einem unter
Druck stehenden Motorgehäuse angeordneten Motor, einem
in einem Speichergehäuse angeordneten Hydraulikspeicher,
einer in einem Pumpengehäuse angeordneten Hydraulikpumpe
und einem Hydraulikblock, wobei zumindest Motorgehäuse,
Pumpengehäuse und der Hydraulikblock ein einheitliches handhabbares
starres Modul bilden und die in dem Modul umströmende Hydraulikflüssigkeit
alle Elemente des Moduls in Längsrichtung (Umlaufsystem) bereichsweise
durchsetzt.
-
Aus
dem Stand der Technik sind Hydraulikaggregate bekannt.
WO 2006/056256 A2 lehrt
ein Hydraulikaggregat, das zur Bereitstellung einer unter Druck
stehenden Hydraulikflüssigkeit an einem Ausgang einen Elektromotor
sowie eine über diesen betriebene Pumpe zur Druckerzeugung
verwendet. Der von der Pumpe angesaugten Hydraulikflüssigkeit
ist ein Speicherraum mit einem variierbaren Ausgleichsvolumen bereitgestellt,
in dem die Hydraulikflüssigkeit gasfrei bevorratet ist.
-
Ferner
ist aus dem Stand der Technik ein kompakter Aufbau des Hydraulikaggregates
bekannt, der vorsieht, daß in einem Gehäuse des
Aggregates der Elektromotor sowie die Pumpe angeordnet und der vom
Gehäuse umgebene Innenraum den Speicherraum für
die Hydraulikflüssigkeit bildet.
-
Der
Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinheit
mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden,
daß diese in einer kompakten Bauweise realisiert werden
kann, durch einfachste Ansteuerung gesteuert und geregelt (ohne
elektrische Wegeventile) werden kann sowie gute Betriebseigenschaften
wie hohe Steifigkeit, Überlastsicherheit und eine geringe Geräuschemission
aufweist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung sowohl gute Anpassungsmöglichkeiten an
beispielsweise extreme Kälte, Wege und Geschwindigkeiten
als auch einen hohen Grad an Flexibilität aufzuweisen.
-
Diese
Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen 2–40.
-
Als
Kern der Erfindung wird es angesehen, daß die Hydraulikpumpe
und der Hydraulikblock eine Funktionseinheit bilden, der Hydraulikblock
mit einer Mehrzahl von Hydraulikanschlußelementen versehen
ist und durch einen Flansch eine im Pumpengehäuse angeordnete
Förderkammer durch den Hydraulikblock auf der dem Motorgehäuse
gegenüberliegenden Seite abgedeckt wird. Insbesondere die Anordnung
der Hydraulikpumpe unmittelbar neben dem Hydraulikblock erlaubt
eine sowohl fertigungstechnisch einfach realisierbare, als auch
im Betrieb zuverlässig betreibbare Funktionseinheit. Durch
die Integration des die Förderkammer der Pumpe abschließenden „Deckels” an
den Hydraulikblock wird die Dimensionierung der gesamten Hydraulikeinheit reduziert.
Teile der Pumpenbestandteile werden der Hydraulikeinheit zugeordnet.
Sowohl im Pumpengehäuse, als auch im Hydraulikblock können
Ventile integriert sein. Die Hydraulikanschlußelemente
dienen als Schnittstelle der Hydraulikeinheit zu den Verbindungsleitungen
der anzutreibenden hydraulischen Aktuatoren.
-
Der
Hydraulikspeicher kann Bestandteil des einheitlichen handhabbaren
starren Moduls sein, damit wird die Dimensionierung der Gesamteinheit
reduziert.
-
Die
alle Elemente des Moduls in Längsrichtung durchströmende
Hydraulikflüssigkeit wird vorzugsweise in einem Umlauf
geführt. Damit kann der Hydraulikflüssigkeit neben
der Kraftübertragungsfunktion ferner eine Kühlfunktion
zugeordnet werden.
-
Insbesondere
im Pumpengehäuse können Hydraulikelemente wie
Druckbegrenzungsventile, Nachsaugventile oder entsperrbare Rückschlagventile
integral eingesetzt sein und durch die Form und Gestalt der Kanäle
im Pumpengehäuse in ihrer Funktion unterstützt
werden (z. B. Kanalisierung und/oder Konzentration der Hydraulikflüssigkeit
im Bereich der eingesetzten Ventile).
-
Ferner
werden durch die unmittelbare Nähe des Hydraulikblockes
zur Pumpe (Integration) konstruktionstechnische Vorteile erreicht,
so kann direkt aus der Förderkammer der Pumpe über
kürzeste Verbindungen zu den Hydraulikanschlußelementen und
gegebenenfalls zwischen diesen zwischengeschaltete Überlastventile/Druckbegrenzungsventile ein
sicherer, zuverlässiger und energiesparender Betrieb der
Hydraulikeinheit gewährleistet werden.
-
Vorteilhaft
ist es, wenn in der Förderkammer umlaufende Elemente der
Hydraulikpumpe über die zwischen dem Pumpengehäuse
und der dem Hydraulikblock angeordneten Flanschfläche in
den Bereich des Hydraulikblockes hineinstehen. Beispielsweise können
Wellenelemente (Ritzelwelle) der Pumpe in einer entsprechenden Ausnehmung
des Hydraulikblockes zumindest bereichsweise gelagert sein. Durch
derartige Maßnahmen wird die Dimensionierung der gesamten
Hydraulikeinheit weiter verkleinert. Dieser Effekt wird weiter dadurch
begünstigt, daß die umlaufenden Elemente der Hydraulikpumpe im
Bereich des Hydraulikblockes geführt werden. Eine derartige
Führung kann sowohl die Lagerung als auch gegebenenfalls
weitere Funktionen der Pumpenwelle zu Elementen des Hydraulikblockes
positiv beeinflussen, beispielsweise ist die Pumpenwelle als Hohlwelle
ausgebildet, die sich in einem fortführenden, vorzugsweise
Hydraulikflüssigkeit führenden Kanal des Hydraulikblockes
fortsetzt.
-
Im
Sinne einer Zusatzfunktion kann es vorgesehen sein, die im Pumpengehäuse
angeordneten umlaufenden Elemente, damit zusammenwirkende, im Pumpengehäuse
angeordnete Ventilelemente und die Ventilelemente des Hydraulikblockes
eine zusammenhängende integrierte hydraulische Funktionseinheit
bilden zu lassen. Beispielsweise hat die der Pumpe zugewandten Fläche
des Hydraulikblockes nicht nur eine die Förderkammer abschließende Funktion,
sondern weist weitere die Funktion der Pumpe und/oder der Hydraulikflüssigkeitsführung, -steuerung
und/oder -regelung beeinflussende Ausnehmungen auf. Insbesondere
dadurch, daß von den Ventilelementen des Hydraulikblockes
direkt eine Verbindung zu der Pumpe besteht, wird eine sowohl konstruktiv
einfache, als auch wartungsarme und damit eine zuverlässige
Hydraulikeinheit bereitgestellt, da beispielsweise die abzudichtenden
Bereiche auf ein Minimum reduziert werden können (nur statische Abdichtungen).
-
Bevorzugt
ist die Pumpe derart ausgebildet, daß diese im Vierquadrantenmodus
betreibbar ist und dabei eine Förderung der Hydraulikflüssigkeit
in zwei Richtungen (vorwärts/rückswärts)
erlaubt. Dies ermöglicht beispielsweise auch, die Hydraulikeinheit nicht
nur als ein Hydraulikdruck bereitstellendes Medium zu verwenden,
sondern auch bei Beaufschlagung der Hydraulikeinheit mit einem hydraulischen Druck
von dieser elektrische Energie abzugreifen (Energierückführung – 2.
und 4. Quadrant).
-
Vorteilhafter
Weise ist die Pumpe als Zahnradpumpe ausgebildet. Diese umfaßt
beispielsweise eine Außenzahnrad, Innenzahnrad oder Zahnringpumpe.
Auch Flügelzellenpumpen, Schrauben(spindel)pumpen, Kreiskolbenpumpen
oder Drehschieberpumpen sind im Zusammenhang mit der Hydraulikeinheit
verwendbar. Derartige Pumpen haben den Vorteil, daß diese
eine relativ gleichmäßige Förderung des
Pumpenmediums gewährleisten und die Förderrichtung
mit der Drehrichtung umkehrbar ist.
-
Als
Antriebsarten für den Motor sind vorzugsweise geregelte
oder ungeregelte elektrische Asynchron- oder Synchronmotoren zu
nennen. Generell werden Unterölausführungen bevorzugt,
welche eine intensive Kühlung gewährleisten, kompakt
bauen sowie ein geringes Massenträgheitsmoment erreichen.
-
Zur
Steigerung der Vielseitigkeit des Systems ist es vorteilhaft, wenn
zwischen dem Pumpengehäuse der (ersten) Hydraulikpumpe
und dem die Pumpe antreibenden Motor eine weitere Hydraulikpumpe
angeordnet ist, die ebenfalls über den Motor antreibbar
ist. Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Hydraulikpumpe
zwischen dem Motor und dem Hydraulikspeicher und/oder zwischen der
ersten Pumpe und dem Hydraulikblock angeordnet sein und ebenfalls über
den die erste Hydraulikpumpe antreibenden Motor angetrieben werden.
Mittels der weiteren Hydraulikpumpe können höhere
Drücke für das Hydraulikmedium generiert werden.
Beispielsweise im Fall der Ansteuerung einer Preß- oder
Stammaschine ist es vorteilhaft, für schnelle lineare Bewegungen
der Preß- oder Stammaschine die Pumpenleistung der ersten
Pumpe zu verwenden und für die Umform- und/oder Scherphasen
der Preß-/Stammaschine die Pumpleistungen (insbesondere
bei hohen Drücken) der weiteren Hydraulikpumpe zu verwenden.
Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, diese beiden Hydraulikpumpen
entweder zur Erreichung von hohen Drücken in Reihenschaltung zu
betreiben oder wenn die hohen Drücke nicht ausschlaggebend
sein sollen, die erste und die weitere Hydraulikpumpe in einer parallelen
Wirkverbindung zu schalten, damit können größere
Fördervolumina erreicht werden. Ferner kann eine Hydraulikpumpe als
Radialkolbenpumpe ausgebildet und sowohl auf der Pumpe als auch
bevorzugt auf der Speicherseite des Motors angeordnet sein. Da diese
einen günstigen Wirkungsgrad hat und bei kleinerer Fördermenge
hohe Lastdrücke erreicht, eignet sie sich für
die oben beschriebenen Umform- und/oder Scherphasen. Folglich kann
die Radialkolbenpumpe vorwiegend als zweite höhere Druckstufe
dienen. Um die volle Antriebsleistung für die hohen Drücke
nutzen zu können, wird dabei die Förderung der
Niederdruckpumpe automatisch auf drucklosen Umlauf geschaltet.
-
Wenn
zwischen Hydraulikblock und Elektromotor zwei Innenzahnradpumpen
in Reihe zusammenwirken, wird eine normale Förderleistung
und ein hoher Druck erreicht.
-
Die
während des Betriebes der Hydraulikeinheit auftretende
Leckhydraulikflüssigkeit wird vorzugsweise unmittelbar
gehäuseintern in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit
zurückgeführt. So ist es vorgesehen, daß die
aus einem oder mehreren Druckbegrenzungsventilen und/oder anderen
Hydraulikelementen (z. B. entsperrbare Rückschlagventile)
austretende Hydraulikflüssigkeit gehäuseintern
unmittelbar in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit zurückführbar
ist. Dieses Druckbegrenzungsventil und/oder Hydraulikelement ist
vorzugsweise im Bereich des Hydraulikblockes angeordnet und steht
in Wirkverbindung mit im Bereich des Druckbegrenzungsventils und/oder
Hydraulikelementes angeordneter Kanäle, die die austretende Hydraulikflüssigkeit
gezielt in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit zurückführen.
Dies kann ferner für einen Umlauf genutzt werden, um die
Kühlung aufrecht zu erhalten.
-
Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung ist im Zentralbereich der wenigstens einen
Hydraulikpumpe ein Hydraulikrückflußkanal ausgebildet,
der den Ausgang des Druckbegrenzungsventils mit dem den Motor und
Hydraulikspeicher durchsetzenden Hydraulikreservoirs verbindet.
Ein derartiger Hydraulikrückflußkanal ist vorzugsweise
mittelbar oder unmittelbar mit dem Druckbegrenzungsventil und/oder
Hydraulikelement wirkverbunden. Vorzugsweise ist die Welle des Motors
und/oder die Welle der Pumpe als Hohlwelle ausgebildet und bildet
einen Bestandteil des Rückflußkanals (Umlaufkanals)
für die Hydraulikflüssigkeit, um diese zum Hydraulikspeicher
rückzuführen. Infolge dessen findet im Rahmen
des Umlaufs ein Durchströmen des Motors zwischen Stator und
Rotor statt. Durch eine derartige Ausgestaltung des Umlaufs kann
sowohl die Dimensionierung der gesamten Hydraulikeinheit verringert
werden, als auch eine Kühlfunktion von der durch die in
dem Rückflußkanal zurückfließende
Hydraulikflüssigkeit übernommen werden, da diese
beim Durchfließen der Motor- und/oder Pumpenhohlwelle an
eben diesen Ort, insbesondere aber an Stator und Rotor des Motors
Wärmeenergie abtransportieren kann.
-
Eine
besonders günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Hydraulikeinheit wird dadurch gebildet, daß der durch die
Welle des Motors gebildete Rückflußkanal koaxial
mit dem Hydraulikrückflußkanal der Pumpe ausgerichtet
ist. Durch eine derartige lineare Hydraulikflüssigkeitsführung
wird die Gesamtkonstruktion vereinfacht, die auf die Hydraulikflüssigkeit
wirkenden Widerstände verringert und der Hydraulikflüssigkeitsumlauf
begünstigt bzw. ermöglicht.
-
Beispielsweise
setzt sich der durch die Welle des Motors gebildete Rückflußkanal
unmittelbar mit dem Volumen des Hydraulikspeichers fort.
-
In
Weiterbildung der Erfindung sind die sich gegenüberliegenden
Flansche des Pumpengehäuses parallel zueinander ausgerichtet.
Insbesondere, wenn diese Flansche parallel zueinander ausgerichtet
sind und/oder eine aufeinander abgestimmte Kopplungsfläche
aufweisen, ist es möglich, nach Art eines modularen Systems
eine, zwei oder mehrere Pumpengehäuse aneinanderzusetzen
und damit je nach Anwendungsfall die Leistungsfähigkeit
der Hydraulikeinheit gezielt auszulegen.
-
Darüber
hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Rotationsachsen
der rotierenden Elemente wenigstens einer Hydraulikpumpe und des Elektromotors
im wesentlichen koaxial zueinander angeordnet sind. Auch dieses
Merkmal ermöglicht eine einfache und nach Art einer Modulbauweise ausgebildete
Zusammensetzung der Hydraulikpumpe mit dem Elektromotor.
-
Ferner
ist es vorgesehen, den Antriebsmotor mit der die Pumpe antreibenden
Welle mittels eines Kupplungselementes, beispielsweise eines Kreuzschiebers
zu verbinden. Ein derartiges Kupplungselement kann je nach Kombination
verschiedener Motoren und verschiedener Pumpen als spezifisches Kombinationsteil
ausgebildet sein, so daß an den Schnittstellen des Motors
und der Pumpe relativ einfach gehaltene, den jeweiligen Bauteilgegebenheiten entsprechende
Gestaltungen der Schnittstellen umgesetzt werden können.
So kann bei einem ersten Kombinationsfall eines ersten Motors mit
einer ersten Pumpe ein erstes Kupplungselement zur Verbindung der
beiden Elemente verwendet werden und in einem zweiten Kombinationsfall
bei der Kombination eines zweiten Motors mit wiederum der ersten
Pumpe ein zweites Kupplungselement verwendet werden. Eine derartige
Zusammensetzung der einzelnen Hydraulikeinheiten mit derartigen
Kupplungselementen erhöht die Flexibilität und
vereinfacht die Gesamtkonstruktion insbesondere beim Vorsehen einer
Vielzahl von verschiedenen Leistungsabstufungen (Motor-Pumpe-Kombination).
In Kombination mit der zentralen Hydraulikflüssigkeitsrückführung
weist das Kupplungselement entsprechende Ausnehmungen und/oder Durchbrüche
auf. Zusätzlich gleicht eine solche Kupplung einen infolge
Fertigungstoleranzen möglichen Achsversatz aus.
-
Ferner
kann es vorgesehen sein, die den Anschlußflansch durchsetzenden
Hydraulikflüssigkeit führenden Elemente im wesentlichen
symmetrisch zur Motorachse anzuordnen.
-
Vorteilhaft
ist es auch, wenn der Hydraulikblock, das Pumpengehäuse,
das Motorgehäuse und das Speichergehäuse im wesentlichen
rotationssymmetrisch ausgebildet sind und koaxial oder achsparallel
zueinander angeordnet sind.
-
Um
die Verankerung der Hydraulikeinheit mit der Umgebung, beispielsweise
mit einem Trägerelement und/oder einem Roboterarm zu vereinfachen, ist
es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse und/oder das Motorgehäuse
jeweils mit wenigstens einem bereichsweise über den äußeren
Durchmesser des Pumpengehäuses bzw. des Motorgehäuses hinausstehenden
oder abschließenden Pumpenflanschbereich respektive Motorflanschbereich
versehen ist. Der Pumpenflanschbereich und der Motorflanschbereich
weisen vorteilhafter Weise wenigstens einen in einer koplanaren
Ebene angeordneten Montageflansch auf, an dem die im wesentlichen
zylindrische Hydraulikeinheit zuverlässig und statisch bestimmt
an einer ebenen Fläche montierbar ist.
-
Der
verwendete Hydraulikspeicher ist vorzugsweise ein Blasenspeicher
oder ein Kolbenspeicher, der eine gegen das Hydraulikreservoir gerichtete
Luft- oder Gasvorspannung aufweist. Alternativ oder zusätzlich
kann der Blasenspeicher oder Kolbenspeicher auch ein mit einem andersartigen
Vorspannelement (beispielsweise einer Feder) vorgespannt werden.
Insbesondere die Verwendung eines Blasenspeichers, der zumindest
eine gegen das Hydraulikreservoir gerichtete Luft- oder Gasvorspannung
aufweist, hat den Vorteil, daß durch Steuerung und Regelung
der Luft- oder Gasvorspannung (z. B. aus einem Pneumatiknetz) gezielt
auf die Funktionsweise der Hydraulikeinheit Einfluß genommen
werden kann.
-
Die
Flexibilität und Einfachheit der Hydraulikeinheit läßt
sich dadurch weiter positiv beeinflussen, indem an den Hydraulikblock
ein Anschlußadapter mit Hydraulikanschlußelementen
ansetzbar ist. Ferner kann an dem Hydraulikblock ein Abdeckgehäuseelement
angesetzt sein, das wenigstens ein Ventilelement abdeckt. Je nach
Art und Dimensionierung der anzuschließenden Hydraulikanschlüsse
der Hydraulilkleitungen an die Hydraulikeinheit und/oder je nach
geforderten Volumenströmen, können an den Hydraulikblock
verschiedene jeweils modular an den Hydraulikblock ansetzbare Anschlußadapter
angeordnet werden. Die Hydraulikanschlußelemente des Hydraulikblocks
werden dann durch die Hydraulikanschlußelemente des Anschlußadapters
gebildet. Auch Aktuatoren sind mit geeigneten Flanschen direkt anschließbar,
so daß das Hydraulikaggregat mit dem Aktuator eine Einheit
bildet.
-
Vorteilhafterweise
wird die Hydraulikeinheit derart ausgelegt, daß an bewegten
Teilen keine nach außen wirkenden Dichtungen angeordnet
sind. Dies wird unter anderem durch die gekapselte, nach Art eines
Umlaufs geführte Hydraulikflüssigkeit erreicht.
-
Eine
weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, in der Hydraulikeinheit
wenigstens ein Nachsaugventil zum Volumenausgleich für
thermische Vorgänge und evtl. Leckverlusten vorzusehen.
-
Der
Vor- und Rücklauf eines hydraulischen Aktuators kann durch
lediglich eine Umkehr der Pumpendrehrichtung der Hydraulikeinheit
vollzogen werden. Damit kann eine Vor- und Rücklaufumkehr
ohne die Verwendung von elektromagnetischen Wegeventilen realisiert
werden. Zweckdienlicherweise ist die Hydraulikeinheit ein zur Atmosphäre
abgeschlossenes System und ermöglicht es, den Druck unterschiedlicher
Größe variabel einzustellen. Damit wird ein Nachsaugen
(aus der Atmosphäre) verhindert und die Aufnahme von Luft,
Feuchtigkeit und eine für den Betrieb von Hydrauliksystemen
schädliche Schaumbildung wirkungsvoll ausgeschlossen.
-
In
Ausgestaltung der Erfindung vollziehen die hydraulischen Aktuatoren
lineare und/oder rotatorische Bewegungen. Ferner kann das Aggregat
für dezentrale Antriebe vorgesehen werden und lageunabhängig,
stationär und insbesondere mobil auch mit hohen Beschleunigungen
betrieben werden (z. B. Montage an einem Roboter).
-
Die
Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Diese zeigen
-
1:
eine perspektivische Darstellung der Hydraulikeinheit;
-
2:
eine schematische, mittige Längsschnittdarstellung gem. 1;
-
3:
eine schematische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie IV-IV
aus 1;
-
4:
eine perspektivische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie V-V
aus 1;
-
5:
eine schematische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie VI-VI
aus 1;
-
6:
einen Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange
betreibenden Hydraulikeinheit in 2-Stufenausführung mit
unterschiedlichen Volumenströmen und unterschiedlichen
Drücken;
-
7:
einen Schaltplan einer einen Aktuator mit durchgehender Kolbenstange
(Gleichgangzylinder) betreibenden Hydraulikeinheit;
-
8:
einen Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange
betreibenden Hydraulikeinheit mit druckgesteuertem 2-Wege-Ventil;
-
9 einen
Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange betreibenden
Hydraulikeinheit mit einem entsperrbaren Rückschlagventil.
-
Die
in 1 dargestellte Hydraulikeinheit 1 wird
zum Antrieb eines angekoppelten hydraulischen Aktuators (nicht dargestellt)
durch einen in einem Motorgehäuse 2 angeordneten
Elektromotor 3 angetrieben. An einem ersten Ende des Motorgehäuses 2 ist ein
Speichergehäuse 4 mit einem darin angeordneten
Hydraulikspeicher 5 angeflanscht. An der dem Hydraulikspeicher 5 gegenüberliegenden
Stirnseite des Motors 3 ist eine in einem Pumpengehäuse 6 angeordnete
Hydraulikpumpe 7 und an dem Pumpengehäuse 5 ein
Hydraulikblock 8 angesetzt. Über an dem Hydraulikblock 8 angeordnete
Hydraulikanschlußelemente 9 (Schnittstellen) werden
hydraulische Aktuatoren angeschlossen.
-
Wie
dargestellt, bilden das Motorgehäuse 2, das Pumpengehäuse 6,
der Hydraulikblock 8 sowie das Speichergehäuse 4 ein
einheitlich handbares starres Modul 30, wobei die in dem
Modul 30 umströmende Hydraulikflüssigkeit
alle Elemente des Moduls 30 in Längsrichtung bereichsweise
durchsetzt. Durch das Aneinandersetzen der Hydraulikpumpe 7 und
des Hydraulikblocks 8 wird eine Funktionseinheit gebildet.
Die im Pumpengehäuse 6 angeordnete Förderkammer 10 wird
auf der dem Motorgehäuse 2 gegenüberliegenden
Seite durch den Hydraulikblock 8 abgedeckt. Wie in der
dargestellten Ausführungsform ersichtlich, ist der Hydraulikspeicher 5 Bestandteil des
einheitlich handhabbaren starren Moduls 30.
-
In
der Zeichnungsfigur 2 ist die Hydraulikeinheit 1 im
Längsschnitt dargestellt. Hieraus ist insbesondere ersichtlich,
daß die Hydraulikflüssigkeit in Längsrichtung
alle Elemente 3, 5, 7, 8 des
Moduls 30 in dessen Längsrichtung umlaufartig
durchströmt. Dies kann unter anderem dafür verwendet
werden, daß Leckhydraulikflüssigkeit gehäuseintern
unmittelbar in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit 1 rückführbar
ist. Außerdem kann die aus den Druckbegrenzungsventilen 11 austretende
Hydraulikflüssigkeit gehäuseintern unmittelbar
in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit 1 zurückgeführt
werden. Dies kann insbesondere durch einen Hydraulikrückflußkanal 12,
der im Zentralbereich Z der Hydraulikpumpe 7 angeordnet
ist, erreicht werden, wobei dieser den Ausgang 13 eines
Druckbegrenzungsventils 11 und/oder eines entsperrbaren
Rückschlagventils (nicht dargestellt) mit einem den Motor 3 durchsetzenden
Hydraulikreservoir verbindet. Das Hydraulikreservoir ist insbesondere
durch den von der Hydraulikflüssigkeit durchsetzten Volumenbereich
gebildet, wobei das größte Hydraulikreservoirvolumen
im Bereich des Hydraulikspeichers 5 zu finden ist. Wie
vor allen in der Schnittdarstellung der 2 erkennbar ist,
besitzt der Motor 3 eine Hohlwelle 14, welche
als Rückflußkanal 12 für die
Hydraulikflüssigkeit hin zum Hydraulikspeicher 5 verwendet
wird. Im Zusammenhang mit der Hohlwelle 14 ist es vorteilhaft,
diese wie dargestellt, koaxial mit dem Hydraulikrückflußkanal 12 (Hohlwelle 15)
der Hydraulikpumpe 7 zu verbinden. Der Hydraulikrückflußkanal 12 mit
seinen Hohlwellen 14, 15 ist unmittelbar mit dem
Volumen des Hydraulikspeichers 5 verbunden.
-
Vor
allem für die Hydraulikflüssigkeitsrückführung
ist es vorteilhaft, wenn die Rotationsachsen der rotierenden Elemente
der Hydraulikpumpe 7 und des Elektromotors 3 koaxial
zueinander angeordnet sind. Wenn die beiden Hohlwellen 14, 15 des
Motors 3 und der Hydraulikpumpe 7 koaxial zueinander
ausgerichtet sind, lassen sich diese durch eine Verbindungshülse 16 derart
miteinander koppeln, daß der Umlauf der Hydraulikflüssigkeit
nicht gestört wird.
-
In
der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Hydraulikspeicher 5 einen
Blasenspeicher, der an seinem vom Motor 3 abgewandten Ende 17 mit
einer gegen das Hydraulikreservoir gerichteten Luft- oder Gasvorspannung
und/oder Federelementvorspannung betrieben werden kann. Ferner ist
insbesondere aus der Schnittdarstellung (2) ersichtlich,
daß an den bewegten Teilen (Hohlwellen 14, 15 sowie
Lagerungselemente des Motors 3 und des Hydraulikspeichers 5)
keine nach außen wirkenden Dichtungen angeordnet sind.
-
Für
die Bildung einer Funktionseinheit des Hydraulikblocks 8 und
der Hydraulikpumpe 7, ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse 6 ganz
oder teilweise mit Hydraulikelementen (Ventilen, Kanälen) versehen
ist. Da in 2 zum Teil die hinter den Schnittflächen
liegenden (verdeckten) Elemente sichtbar dargestellt sind (Strichpunktlinie
S), sind die im Bereich der Anschlußfläche des
Hydraulikblockes 8 und der Hydraulikpumpe 7 angeordneten
Verbindungskanäle 18 sowie Teile der Förderkammern 10 der
Hydraulikpumpe 7 sichtbar. Die Verbindungskanäle 18 und
Teile der Förderkammer 10 sind damit als Hydraulikelemente
in das Pumpengehäuse 6 eingearbeitet. Im Zuge
dieser integrierten Bauweise von Hydraulikpumpe 7 und dem
Hydraulikblock 8 ist es zweckmäßig, umlaufende
Elemente der Hydraulikpumpe 7 wie beispielsweise die Ritzelwelle 19 über zwischen
dem Pumpengehäuse 6 und dem Hydraulikblock 8 angeordnete
Flanschflächen in den Bereich des Hydraulikblockes 8 hineinstehen
zu lassen. In diesen hineinstehenden Bereichen wird die Ritzelwelle 19 somit
im Hydraulikblock 8 geführt. Durch das Vorsehen
einer Hohlwelle 15 für die Ritzelwelle 19 der
Hydraulikpumpe 7 kann die Ritzelwelle 19 neben ihrer
Wellenfunktion auch vorteilhaft mit im Pumpengehäuse 6 angeordneten
Ventilelementen und/oder Ventilelementen des Hydraulikblockes 8 zusammenwirken
und eine zusammenhängende integrierte hydraulische Funktionseinheit
bilden.
-
In
Zeichnungsfigur 3 ist der Hydraulikblock 8 geschnitten
dargestellt, dabei ist gut erkennbar, wie das Druckbegrenzungsventil 11 innerhalb
des Hydraulikblockes 8 angeordnet ist und wie die von der Pumpe
ausgehenden Verbindungskanäle 18 sowie der zentrale
Hydraulikflüssigkeitsrückflußkanal 12 von
dem Hydraulikblock 8 zu den Hohlwellen 14, 15 führt.
Darüber hinaus sind an dem Hydraulikblock 8 weitere
Anbauteile 21, 22 erkennbar. Der Hydraulikblock 8 ist
von der Seitenansicht aus betrachtet im Querschnitt T-förmig
ausgebildet. An den Hydraulikblock 8 ist ein Abdeckgehäuseelement 21 derart
ansetzbar, daß dieses zumindest bereichsweise den Hydraulikblock 8 sowie
gegebenenfalls an dem Hydraulikblock 8 angeschlossene und über
dessen Kontur herausragende Ventile 11 überdecken.
Die dem Hydraulikblock 8 zugeordneten Hydraulikanschlußelemente 9 sind
in der dargestellten Ausführungsform an dem Anschlußadapter 22 angeordnet und
mittels Kanäle mit dem Hydraulikblock 8 verbunden.
Damit dient der Anschlußadapter 22 als Adapter zu
den unterschiedlichen Anschlußmöglichkeiten bedingt
durch unterschiedlichste Anschlußleitungsverbindungen der
jeweils verwendeten Aktuatoren (Leitungsdurchmesser, Anschlußsicherungsmechanismus).
Durch das Abdeckgehäuseelement 21 und/oder den
Anschlußadapter 22 wird es ermöglicht,
den Hydraulikblock 8 fertigungstechnisch einfach zu halten
und ihn als Serienteil auszuführen. Die anwendungsspezifischen
Schnittstellen können den modular an den Hydraulikblock 8 ansetzbaren
Anschlußadaptem 22 zugeordnet werden.
-
In
der perspektivischen Schnittdarstellung der Zeichnungsfigur 4 gem.
der Schnittlinie V-V der 1 ist der zahnringpumpenartige
Aufbau der Hydraulikpumpe 7 der dargestellten Ausführungsform erkennbar.
Vorzugsweise wird eine Innenzahnradpumpe verwendet, da bei dieser
die Rotationsachse des zentralen Elementes (Ritzelwelle 19)
relativ zum Pumpengehäuse 6 und insbesondere dem
Hydraulikblock 8 konzentrisch bleibt und damit schließlich ein
linearer Hydraulikrückflußkanal 12 durch
die Hohlwelle 15 der Hydraulikpumpe 7 gebildet
werden kann.
-
Aus
der Zeichnungsfigur 5 ist das der, Motor 3 und
die Hydraulikpumpe 7 verbindende Kupplungselement 23 erkennbar.
Hierbei handelt es sich um einen Kreuzschieber 24, der
sowohl Fertigungstoleranzen der beiden Verbindungspartner ausgleicht,
als auch im Sinne des modularen Aufbaus unterschiedliche Motor-Pumpe-Kombinationen
ermöglicht.
-
Die
in den 6 und 7 dargestellten schematischen
Schaltpläne legen bei der ersten Hydraulikpumpe 7 eine
die Hydraulikflüssigkeit sowohl vorwärts als auch
rückwärts fördernde Hydraulikpumpe 7,
die im Vierquadrantenmodus betreibbar ist, zugrunde. Damit kann
der Aktuator mit einer einseitigen (25) oder durchgehenden
(26) Kolbenstange versehen sein. In der in Zeichnungsfigur 7 dargestellten
Ausführungsform ist der Zylinder 25 mit einseitiger
Kolbenstange beispielsweise der Preßzylinder eines Stanzwerkzeugs
abgebildet. Für die dabei notwendigen hohen Drücke
zwischen dem Motor 3 und dem Hydraulikspeicher 5 ist
eine weitere Hydraulikpumpe 27 angeordnet, die ebenfalls über
den die erste Hydraulikpumpe 5 antreibenden Motor 3 angetrieben
wird. Diese weitere Hydraulikpumpe 27 kann als Radialkolbenpumpe
ausgebildet sein und liefert dabei den höheren Druck als
die dem Hydraulikblock 8 zugewandte erste Hydraulikpumpe 7.
Um die zweite Radialkolbenpumpe 27 als zweite höhere
Druckstufe verwenden zu können, wird diese mit der ersten
Hydraulikpumpe 7 in Parallelschaltung gesetzt. Insbesondere
kann durch die entsprechende Verwendung und Anordnung eines druckgesteuerten
2-Wege-Ventils die Hydraulikpumpen 7, 27 derart
in Wirkverbindung gesetzt werden, daß sich bei Überschreitung
des Niederdrucks die Förderung der Niederdruckpumpe 7 automatisch
auf drucklosen Umlauf stellt, so daß die Antriebsenergie
des Motors 3 sich auf die Hochdruckpumpe 27 konzentriert.
-
Die
in Zeichnungsfigur 7 dargestellte Ausführungsform
stellt die Grundausführung für den Betrieb eines
Gleichgangszylinders dar. Bei diesem sind Vor und Rücklaufvolumen
gleich und somit auch die Vor- und Rücklaufgeschwindigkeiten
des angeschlossenen Aktuators 26. Aktuatoren mit einseitiger
Kolbenstange (Bezugszeichen 25 in 6) haben
unterschiedliche Vor- und Rücklaufvolumina. Die Geschwindigkeiten
für solche Zylinder sind nach dieser Schaltung zwar ebenfalls
gleich, wobei aber beim Vorlauf das fehlende Volumen über
ein Rückschlagventil in der Funktion als Nachsaugventil 31 nachgesaugt
wird und beim Rücklauf das überschüssige
Volumen über ein Druckbegrenzungsventil 11 abfließt.
-
In
Zeichnungsfiguren 8 und 9 sind Aktuatoren mit
einseitiger Kolbenstange und unterschiedlicher Vorlauf- sowie Rücklaufgeschwindigkeit
dargestellt. Bei Zeichnungsfigur 8 fließt das überschüssige Öl über
ein druckgesteuertes 2-Wege-Ventil und bei 9 über
ein entsperrbares Rückschlagventil drucklos ab.
-
Der
Hydraulikblock 8, das Pumpengehäuse 6,
das Motorgehäuse 2 und das Speichergehäuse 4 sind
im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander
angeordnet, vgl. 1. Dabei weisen das Pumpengehäuse 6 und
das Motorgehäuse 2 jeweils wenigstens einen bereichsweise über
den äußeren Durchmesser des Pumpengehäuses 6 bzw.
des Motorgehäuses 2 hinausstehenden Pumpenflanschbereich 28 bzw.
Motorflanschbereich 29 auf. Diese Flansche 28, 29 dienen
der Montage der Hydraulikeinheit 1 an weitere Elemente.
Beispielsweise kann über derartige Flansche die Hydraulikeinheit 1 an
einen Roboterarm auf einfache Weise montiert werden. Für
die Montage an ebenen Flächen ist es vorteilhaft, wenn
der Pumpenflanschbereich 28 und der Motorflanschbereich 29 als
in einer koplanaren Ebene angeordnete Montageflansche 28, 29 ausgebildet
sind.
-
- 1
- Hydraulikeinheit
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Motor
- 4
- Speichergehäuse
- 5
- Hydraulikspeicher
- 6
- Pumpengehäuse
- 7
- Hydraulikpumpe
- 8
- Hydraulikblock
- 9
- Hydraulikanschlußelement
- 10
- Förderkammer
- 11
- Druckbegrenzungsventil
- 12
- Hydraulikrückflußkanal
- 13
- Ausgang
v. 11
- 14
- Hohlwelle
v. 3
- 15
- Hohlwelle
v. 7
- 16
- Verbindungshülse
- 17
- Ende
v. 5
- 18
- Verbindungskanal
- 19
- Ritzelwelle
- 21
- Abdeckgehäuseelement
- 22
- Anschlußadapter
- 23
- Kupplungselement
- 24
- Kreuzschieber
- 25
- Einwegezylinder
- 26
- Zweiwegezylinder
- 27
- Hydraulikpumpe
(weitere)
- 28
- Pumpenflanschbereich
- 29
- Motorflanschbereich
- 30
- Modul
- 31
- Nachsaugventil
- Z
- Zentralbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - WO 2006/056256
A2 [0002]