DE102013214613A1

DE102013214613A1 - Hydraulische Komponente und hydraulische Steuerung

Info

Publication number: DE102013214613A1
Application number: DE102013214613.2A
Authority: DE
Inventors: Michael Godzik
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2013-07-26
Publication date: 2015-01-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Komponente – insbesondere Ventil, Steuerblock, Ventilscheibe, Filter, Zylinder oder Hydromaschine (1‘) – zur Anordnung in einem hydraulischen Kreis und geeignet für Anwendungen unter Wasser. Elektrische Subkomponenten (3) sind in einem gegenüber der Umgebung abgedichteten Gehäuse (2) angeordnet, dessen Innenraum (12) mit Fluid gefüllt ist. Das Gehäuse (2) weist einen flexiblen Wandbereich (9) auf, über den der Umgebungsdruck des Gehäuses (2) auf das Fluid übertragbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine hydraulische Komponente wie z.B. eine Hydromaschine oder ein Ventil bzw. eine Ventilscheibe eines Ventilblocks. Solche hydraulischen Komponenten sind oft mit elektrischen oder elektronischen Subkomponenten versehen. So können an einer Ventilscheibe magnetbetätigte Vorsteuerventile angeordnet sein. Es kann eine Steuer- oder Regelelektronik auf dem Ventil angebaut sein. Ventile und Hydromaschinen können mit Wegsensoren oder Winkelsensoren ausgestattet sein. Filter oder Zylinder können ebenfalls mit Sensoren bestückt sein.
Der Einsatz solcher Komponenten unter Wasser, insbesondere in grossen Tiefen ist problematisch, da die elektrischen oder elektronischen Subkomponenten durch Wasser insbesondere durch Seewasser geschädigt werden.
Die DE 10 2010 049 990 A1 schlägt vor, einen Betätigungsmagnet einer Ventilscheibe eines Steuerblocks fluid-dicht in einem Gehäuseinnenraum zu kapseln. Der Gehäuseinnenraum wird mit einer druckkompensierten Tankleitung verbunden und steht somit unter Öl – unter einem Druck, welcher dem Druckniveau der Umgebung entspricht. Dies verhindert zuverlässig das Eindringen von Seewasser. Allerdings ist der Anschluss an die druckkompensierte Tankleitung oft nur aufwändig herzustellen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher eine hydraulische Komponente der eingangs genannten Art zu schaffen, die die o.g. Nachteile vermeidet, die für eine Anwendung unter Wasser, insbesondere in der Tiefseehydraulik geeignet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine hydraulische Komponente gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, dass eine elektrische Subkomponente in einem gegenüber der Umgebung abgedichteten Gehäuse 2 angeordnet sind, dessen Innenraum 12 mit Fluid gefüllt ist, und dass das Gehäuse 2 einen flexiblen Wandbereich aufweist, über den der Umgebungsdruck des Gehäuses 2 auf das Fluid übertragbar ist, lässt sich mit geringem vorrichtungstechnischen Aufwand eine Tiefseegeeignete elektrohydraulische Komponente schaffen. Der aufwändige Anschluss des Innenraums an eine zentrale Druckkompensation entfällt. Es kann mit verringertem Aufwand und mit hoher Flexibilität eine hydraulische Steuerung mit solchen Komponenten aufgebaut werden.
Durch diese Ausbildung können als elektrische und/oder hydraulische Komponenten kostengünstig handelübliche Standartkomponenten angewandt werden, die mit nur geringem Aufwand für die Tiefseeanwendung anpaßbar sind.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die elektrischen und/oder hydraulischen Komponenten können Ventile mit oder ohne Magneten und/oder Sensoren sein, wobei vorzugsweise die Ventile von einem Elektromagneten betätigbare Vorsteuerventile für die Steuerkolben sind.
Die Sensoren sind vorzugsweise Schwenkwinkelsensoren und/oder Wegmesssensoren und/oder Temperatursensoren.
Zur einfachen separaten Herstellbarkeit kann der flexible Wandbereich ein Druckkompensationselement sein, das in einer zur Umgebung führenden Öffnung des Gehäuses z. B. durch eine Schraubverbindung dicht angeordnet ist.
Dabei kann das Druckkompensationselement einen mit dem Fluid gefüllten Innenraum aufweisen, der mittels einer flexiblen Wand von der Umgebung des Gehäuses getrennt ist.
Eine einfache Ausführungsmöglichkeit des Druckkompensationselements besteht darin, dass das Druckkompensationselement einen Zylinder aufweist, in dem ein Kolben verschiebbar angeordnet ist, dessen eines Ende aus dem Zylinder herausragt und dessen Zylinderraum mit dem Fluid gefüllt und mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden ist.
In einer anderen, ebenfalls einfachen wenige Bauteile aufweisenden Ausbildung kann das Druckkompensationselement als insbesondere metallischer Faltenbalg ausgebildet sein, dessen Innenraum mit dem Fluid gefüllt und mit dem Innenraum des Gehäuses verbunden ist.
Zur Befüllung sowohl des Druckkompensationselements als auch des Gehäuses kann das Druckkompensationselement eine verschließbare Befüllungs- und/oder Belüftungsöffnung aufweisen.
Kostengünstig ist das Fluid ein Hydrauliköl, wie es auch in dem Hydrauliksystem verwandt wird oder ein Trafoöl mit günstigen elektrischen Isolationseigenschaften.
Zur Energieversorgung und Ansteuerung der elektrischen und/oder hydraulischen Komponenten weisen vorzugsweise ein oder mehrere Gehäuse einen elektrischen Unterwassersteckverbinder auf, der eine abgedichtete elektrische Verbindung vom Äußeren des Gehäuses zum Inneren des Gehäuses herstellt und von dem eine elektrische Leitung zu der oder den elektrischen und/oder hydraulischen Subkomponenten führt.
Bevorzugter Weise ist der Innenraum des Gehäuses auch gegenüber einen hydraulischen Kreis abgedichtet, in den die Komponente eingebunden ist. Ein Ausfall oder eine Beeinträchtigung einer zentralen Druckkompensation wirkt sich so nicht auf die Druckkompensation des Innenraums 12 aus. Zudem braucht keine fluidische Verbindung zwischen dem Innenraum 12 und dem hydraulischen Kreis aufwändig hergestellt werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
1 eine erfindungsgemäße hydraulische Komponente am Beispiel eines hydraulischen Pumpe mit einem Gehäuse für den Schwenkwinkelsensor in Schnittansicht,
2 einen Teilbereich eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen hydraulischen Komponente am Beispiel einer Ventilscheibe eines hydraulischen Steuerblocks in Schnittansicht,
3 einen Längsschnitt eines Druckkompensationselements der hydraulischen Steuerblöcke der 1 und 2,
4 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Druckkompensationselements, und
5 einen Längsschnitt eines dritten Ausführungsbeispiels eines Druckkompensationselements.
In 1 ist eine hydraulische Verstellpumpe 1‘ zu sehen mit darauf angeordneten Ventilen zur Verstellung des Verstellmechanismus (nicht dargestellt) der Verstellpumpe. Dargestellt ist ein Schwenkwinkelsensor 3, der einen Verstellgrad der hydraulischen Verstellpumpe 1‘ erfasst und in ein elektrisches Signal umsetzt. Der Schwenkwinkelsensor 3 befindet sich in einem Gehäuse 2, welches auf der Verstellpumpe 1‘ befestigt ist. Im Gehäuse 2 ist ein Innenraum 12 gebildet, der gegenüber der Umgebung, d.h. dem Äußerem des Gehäuses 2 abgedichtet ist. Elektrische Leitungen 7 sind über einen Unterwassersteckverbinder 6 durch die Wand 5 und 8 des Gehäuses geführt. Der Unterwassersteckverbinder 6 ist fluiddicht ausgeführt. Der Innenraum 12 ist mit Trafoöl gefüllt. Das Trafoöl im Innenraum 12 wird mittels des Druckkompensationselements 9 dem gleichen Druck unterworfen, der in der äußeren Umgebung des Gehäuses 2 herrscht.
Das Druckkompensationselement 9 wird weiter unten, u.a. unter Verweis auf 3 näher beschrieben.
Gemäß 2 ist an eine Ventilscheibe 1 eines mehrere aneinanderliegende Ventilscheiben aufweisenden hydraulischen Steuerblocks ein Gehäuse 2 angeflanscht.
In dem Gehäuse 2 sind zwei von Elektromagneten betätigbare Vorsteuerventile 4 angeordnet. Die Vorsteuerventile 4 dienen der Verstellung eines nicht dargestellten Hauptventilkolbens der Ventilscheibe 1.
In einer Wand 5 des Gehäuses 2 ist wieder ein elektrischer Unterwassersteckverbinder 6 angeordnet, der eine abgedichtete Verbindung vom äußeren des Gehäuses 2 zum Inneren des Gehäuses 2 herstellt und von dem elektrische Leitungen 7 zu den Vorsteuerventilen 4 führen.
An der oberen Wand 8 des Gehäuses 2 ist ein Druckkompensationselement 9 angeordnet.
Wie man in 1, 2 und detaillierter in 3 sieht, besitzt das Druckkompensationselement 9 einen Innenraum 10, der über eine Öffnung 11 in der jeweiligen Wand 8 mit dem Innenraum 12 des jeweiligen Gehäuses 2 verbunden ist.
Das Druckkompensationselement 9 weist einen Faltenbalg 13 aus Metall auf, dessen beide Enden von Verschlussplatten 14 und 15 verschlossen sind.
Die untere Anschlussplatte 15 besitzt eine mit der Öffnung 11 fluchtende Durchgangsbohrung 16 zur Verbindung des Innenraums 10 des Faltenbalgs 13 mit dem Innenraum 12 des Gehäuses 2.
Über eine Befüllungs- und Belüftungsöffnung 17 in der oberen Verschlussplatte 14 sind die Innenräume 10 und 12 von Gehäuse 2 und Faltenbalg 13 mit Hydrauliköl oder Trafoöl befüllbar sowie belüftbar.
Nach vollständiger Befüllung ist die mit einem Gewinde versehene Füllungs- und Belüftungsöffnung 17 durch eine Verschlussschraube 18 verschlossen.
Bei Einsatz des hydraulischen Steuerblocks unter Wasser, insbesondere in der Tiefsee, wird über das Druckkompensationselement 9 im Gehäuse 2 der gleiche Druck wie der Umgebungsdruck hergestellt.
In den 4 und 5 sind zwei weitere Ausführungsbeispiele von Druckkompensationselementen 9’ und 9’’ dargestellt, die anstelle des Druckkompensationselements 9 in 1 oder 2 an dem Gehäuse 2 angeordnet werden können.
Beide Druckkompensationselemente 9’ und 9’’ weisen einen Zylinder 19, 19’ auf, in dem ein Kolben 20, 20’ verschiebbar angeordnet ist.
In zwei parallel zueinander in radial umlaufend an der zylindrischen Mantelfläche der Kolben 20, 20’ ausgebildeten Ringnuten 21 sind Dichtringe 22 eingesetzt, die mit federnder Vorspannung mit ihrem aus den Ringnuten 21, 21’ herausragenden Bereich an der Innenwand des zylindrischen Innenraums 10’, 10’’ des Zylinders 19, 19’ in Anlage sind.
Mit seinem dem Gehäuse 2 abgewandten Ende ragt der Kolben 20, 20’ aus dem Zylinder 19, 19’ heraus.
Die Ausschubbewegung des Kolbes 20, 20’ ist durch einen Anschlag begrenzt.
In 4 besitzt dazu der Kolben 20 an seinem aus dem Zylinder 19 herausbewegbaren Bereich einen verringerten Durchmesser. Das dem Gehäuse 2 entfernte Ende des Zylinders ist mit einem Außengewinde versehen, auf das eine Schraubkappe 23 aufgeschraubt ist.
Der Boden 24 der Schraubkappe 23 besitzt eine zentrische Durchgangsöffnung 31, deren Durchmesser kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders 19, aber größer als der verringerte Durchmesser des Kolbens 20 ist. Damit bildet der Boden 24 den Anschlag.
In 5 weist der Kolben 20’ an seinem aus dem Zylinder 19’ herausbewegbaren Bereich eine Längsnut 25 an seiner zylindrischen Mantelfläche auf, in die eine Anschlagschraube 26 hineinragt, die in eine Gewindebohrung 27 im dem Gehäuse 2 entfernten Endbereich des Zylinders 19’ eingeschraubt ist und den Anschlag bildet.
Die Kolben 20, 20’ weisen Füllungs- und Belüftungsöffnungen 17 bildende koaxiale Durchgangskanäle 28 auf, deren äußeres Ende mit einem Innengewinde 29 versehen ist, in das eine Verschlussschraube 18 einschraubbar ist.
An dem gehäuseseitigen Ende weist der Zylinder 19, 19’ einen Gewindestutzen 30 mit geringem Außendurchmesser als der Zylinder 19, 19’ auf, der in die mit einem Innengewinde versehene Öffnung 11 des Gehäuses 2 einschraubbar ist.
Über eine Durchgangsbohrung 16 im Gewindestutzen 30 ist der Innenraum 12 des Gehäuses 2 mit dem Innenraum 10’, 10’’ des Zylinders 19, 19’ verbunden.
Bezugszeichenliste

1: Ventilscheibe
1‘: Hydraulische Verstellpumpe
2: Gehäuse
3: Schwenkwinkelsensor
4: Vorsteuerventile
5: Wand
6: Unterwassersteckverbinder
7: Leitungen
8: Wand
9: Druckkompensationselement
9’: Druckkompensationselement
9’’: Druckkompensationselement
10: Innenraum
10’: Innenraum
10’’: Innenraum
11: Öffnung
12: Innenraum
13: Faltenbalg
14: Verschlussplatte
15: Verschlussplatte
16: Durchgangsbohrung
17: Füllungs- und Belüftungsöffnung
18: Verschlussschraube
19: Zylinder
19’: Zylinder
20: Kolben
20’: Kolben
21: Ringnuten
22: Dichtringe
23: Schraubkappe
24: Boden
25: Längsnut
26: Anschlagschraube
27: Gewindebohrung
28: Durchgangskanal
29: Innengewinde
30: Gewindestutzen
31: Durchgangsöffnung

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

DE 102010049990 A1 [0003]

Claims

Hydraulische Komponente – insbesondere Ventil, Steuerblock, Ventilscheibe (1), Filter, Zylinder oder Hydromaschine (1‘) – zur Anordnung in einem hydraulischen Kreis und geeignet für Anwendungen unter Wasser, wobei der hydraulischen Komponente (1, 1‘) wenigstens eine elektrische Subkomponente (3, 4) zugeordnet ist, welche in einem Gehäuse (2) oder Gehäuseteil der Komponente (1, 1‘) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Subkomponente (3, 4) in dem Gehäuse (2) bzw. Gehäuseteil in einem gegenüber der Umgebung abgedichteten Innenraum (12) angeordnet ist, der mit Fluid gefüllt ist, und dass das Gehäuse (2) bzw. das Gehäuseteil einen flexiblen Wandbereich aufweist, über den der Umgebungsdruck auf das Fluid übertragbar ist.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Subkomponente wenigstens eine der Folgenden umfasst: Aktuatoren wie ein Ventil mit Betätigungsmagnet (4) oder einen Betätigungsmagnet; oder einen Sensor (3); oder Kombinationen aus einem Aktuator und einem Sensor, oder eine elektronische Baugruppe.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil ein von einem Elektromagneten betätigbares Vorsteuerventil (4) ist.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Sensor mit elektrischen Ausgang ist, wie insbesondere ein Schwenkwinkelsensor (3) und/oder ein Wegmesssensor und/oder ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor und/oder ein elektrischer Filterverschmutzungssensor und/oder ein elektrischer Wassermelder und/oder andere Wartungssensoren.
Hydraulische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flexible Wandbereich ein Druckkompensationselement (9, 9’, 9’) ist, das in einer zur Umgebung führenden Öffnung des Gehäuses (2) bzw. Gehäuseteils dicht angeordnet ist.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkompensationselement (9, 9’, 9’) einen mit dem Fluid gefüllten Innenraum (10, 10’, 10’’) aufweist, der mittels einer flexiblen Wand von der Umgebung des Gehäuses (2) bzw. Gehäuseteils getrennt ist.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkompensationselement (10’, 10’’) einen Zylinder aufweist (19, 19’), in dem ein Kolben (20, 20’) verschiebbar angeordnet ist, dessen eines Ende mit einem Umgebungsmedium und dem Umgebungsdruck beaufschlagt ist und dessen vom anderen Ende des Kolbens (20, 20‘) begrenzter Zylinderraum mit dem Fluid gefüllt und mit dem Innenraum (12) des Gehäuses (2) verbunden ist.
Hydraulische Komponente nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkompensationselement (9) als Faltenbalg (13) ausgebildet ist, dessen Innenraum (10) mit dem Fluid gefüllt und mit dem Innenraum (12) des Gehäuses (2) bzw. des Gehäuseteils verbunden ist.
Hydraulische Komponente nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckkompensationselement (9, 9’, 9’) eine verschließbare Befüllungs- und/oder Belüftungsöffnung aufweist.
Hydraulische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein Öl, insbesondere ein Trafoöl ist.
Hydraulische Komponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) oder das Gehäuseteil einen elektrischen Unterwassersteckverbinder (6) aufweist, der eine abgedichtete elektrische Verbindung vom Äusseren zum Innenraum (12) des Gehäuses (2) bzw. Gehäuseteils herstellt und von dem eine elektrische Leitung (7) zu der Subkomponente (3, 4) führt.
Hydraulische Steuerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der abgedichtete Innenraum (12) der hydraulischen Komponente (1, 1‘) auch gegenüber dem hydraulischen Kreis abgedichtet ist.
Hydraulische Steuerung nach Anspruch 12, wobei mindestens zwei hydraulische Komponenten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 vorgesehen sind.