DE102017127675B4

DE102017127675B4 - Hydraulische Druckversorgungseinheit

Info

Publication number: DE102017127675B4
Application number: DE102017127675.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Roider
Original assignee: HAWE Altenstadt Holding GmbH
Current assignee: HAWE Altenstadt Holding GmbH
Priority date: 2017-11-23
Filing date: 2017-11-23
Publication date: 2023-03-23
Anticipated expiration: 2037-11-24
Also published as: US20200318623A1; DE102017127675A1; US11530692B2; WO2019101674A1

Abstract

Hydraulische Druckversorgungseinheit umfassend einen Hydraulikflüssigkeit bevorratenden Vorratsraum (1), eine innerhalb des Vorratsraums (1) angeordnete, in die bevorratete Hydraulikflüssigkeit zumindest teilweise eintauchende Hydraulikpumpe (2) und einen die Hydraulikpumpe (2) antreibenden Elektromotor (3), gekennzeichnet durch die folgende Kombination miteinander zusammenwirkender Merkmale:- der Elektromotor (3) ist unterhalb der Hydraulikpumpe (2) in einem gesonderten, unterhalb des Vorratsraums (1) befindlichen Motorraum (7) angeordnet;- der Motorraum (7) ist trocken und steht nicht fluidisch mit dem Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung;- der Elektromotor (3) ist wärmeübertragend mit einem Trennboden (5') gekoppelt, dessen Oberseite den Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit begrenzt und ständig mit bevorrateter Hydraulikflüssigkeit benetzt ist;wobei der Trennboden (5') wärmeübertragend mit einem den Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit umfangseitig begrenzenden ersten Gehäuseteil (25) verbunden ist; und wobei an den Trennboden (5') ein zweites, den Motorraum (7) umfangsseitig begrenzendes Gehäuseteil (26) angesetzt ist;dadurch gekennzeichnet, dassdas erste und das das zweite Gehäuseteil (25, 26) stranggepresst sind und an den Außenseiten Kühlrippen (12) aufweisen, und der Trennboden (5') umfangsseitig an einer Umfangsfläche (27) zugänglich und in Form eines Geräteträgers (24) ausgeführt ist, in welchen durch eingebaute Elemente hydraulische Funktionalitäten integriert sind, wobei nur an der der Umfangsfläche (27) des Trennbodens (5') Fluidanschlüsse (18, 19) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulische Druckversorgungseinheit umfassend einen Hydraulikflüssigkeit bevorratenden Vorratsraum, eine innerhalb des Vorratsraums angeordnete, in die bevorratete Hydraulikflüssigkeit zumindest teilweise eintauchende Hydraulikpumpe und einen die Hydraulikpumpe antreibenden Elektromotor.
Hydraulische Druckversorgungseinheiten der vorstehend angegebenen Art sind in mannigfaltigen Bauweisen bekannt und in hydraulischen Systemen verschiedenster Art im Einsatz. Nur beispielhaft ist zu verweisen auf die GB 1 329 395 A , US 6 524 084 B2 , US 6 592 336 B1 , US 6 132 184 A , EP 0 857 871 A1 , DE 195 132 86 B 4 und DE 296 097 01 U1 . Weitere Druckversorgungseinheiten sind aus der EP 2 241 753 A1 und der US 6 158 983 A bekannt. Je nach den individuellen anwendungsspezifischen Anforderungen - hierzu zählen beispielsweise der Leistungsbedarf, das Platzangebot und die sonstige Einbausituation samt Zugänglichkeit für Wartungszwecke und Möglichkeiten der Wärmeabfuhr, das typische Nutzungsprofil hinsichtlich Dauer- bzw. intermittierender Betriebsweise - unterscheiden sich die hydraulischen Druckversorgungseinheiten konzeptionell und/oder konstruktiv. Zusätzliche praxisrelevante Aspekte sind Energieeffizienz, Zuverlässigkeit, Herstellungskosten, etc.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, eine hydraulische Druckversorgungseinheit der eingangs genannten Art bereitzustellen, die in sich besser als bisher bekannte Druckversorgungseinheiten für die Anwendung als Aggregat für hydraulische Lenkantriebe von Wasserfahrzeugen eignet und den dabei bestehenden praxisrelevanten Anforderungen in herausragender Weise gerecht wird.
Gelöst wird die vorliegende Aufgabenstellung durch eine der eingangs angegebenen Art entsprechende hydraulische Druckversorgungseinheit, die sich weiterhin durch die folgende Kombination miteinander zusammenwirkender Merkmale auszeichnet:

- der Elektromotor ist unterhalb der Hydraulikpumpe in einem gesonderten, unterhalb des Vorratsraums befindlichen Motorraum angeordnet;
- der Motorraum ist trocken und steht nicht fluidisch mit dem Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung;
- der Elektromotor ist wärmeübertragend mit einem Trennboden gekoppelt, dessen Oberseite den Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit begrenzt und ständig mit bevorrateter Hydraulikflüssigkeit benetzt ist.

Einen herausragenden Einfluss hat das erfindungsgemäße Motorkonzept insbesondere auf die Möglichkeiten einer Optimierung des Wärmehaushalts auch unter ungünstigen Voraussetzungen, wie sie beispielsweise bei der hier besonders interessierenden Anwendungsumgebung anzutreffen sind, unter gleichzeitiger Begünstigung der Möglichkeiten der Integration der hydraulischen Druckversorgungseinheit in diese. Denn entgegen dem verbreitet eingesetzten Konzept, zur Abfuhr der Verlustwärme des Elektromotors die Hydraulikflüssigkeit dergestalt heranzuziehen, dass der Elektromotor als Unterölmotor ausgeführt, d. h. direkt durch die Hydraulikflüssigkeit gekühlt ist, erfolgt bei der erfindungsgemäßen hydraulischen Druckversorgungseinheit eine Wärmeableitung von dem in einem trockenen Motorraum angeordneten Elektromotor über einen Trennboden, unterhalb dessen der Elektromotor angeordnet und mit dem er wärmeübertragend gekoppelt ist, in die Hydraulikflüssigkeit, die, in dem Vorratsraum bevorratet, den Trennboden auf dessen Oberseite benetzt. Die in dem Vorratsraum vorhandene Hydraulikflüssigkeit fungiert auf diese Weise als eine Art Kühlmedium für den Trennboden. Infolge der erfindungsgemäßen Gestaltung der Druckversorgungseinheit stellt sich dabei in der in dem Vorratsraum bevorrateten Hydraulikflüssigkeit eine Art natürlicher Konvektion ein; so transportiert diese die Wärme zu der freiliegenden Außenwand des Vorratsraumes, wobei sich - infolge der vergleichsweise großen möglichen Wärmeübertragungsflächen - eine hohe Effizienz erreichen lässt und sich lokale Temperaturspitzen somit wirksam vermeiden lassen.
Indem für die Unterbringung des Elektromotors - unterhalb des Trennbodens - ein trockener Motorraum vorgesehen ist, ergibt sich zudem die Möglichkeit der (vor Spritzwasser etc.) geschützten Unterbringung sonstiger funktionsrelevanter, insbesondere elektrischer Komponenten, wie beispielsweise elektronischer Baugruppen. Dies ist für die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems ein unschätzbarer Vorteil. Insbesondere können in dem Motorraum solche weiteren elektrischen Komponenten untergebracht werden, die ebenfalls im nennenswerten Maß Verlustwärme erzeugen. Sie können insbesondere wärmeleitend mit dem Trennboden und/oder einem den Motorraum seitlich begrenzenden Wandabschnitt gekoppelt sein, wobei letzterer in besonders bevorzugter Ausgestaltung an seiner Außenfläche Kühlrippen aufweist.
Erfindungsgemäß ist der Trennboden wärmeübertragend mit einem den Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit umfangsseitig begrenzenden Gehäuseteil verbunden. Erfindungsgemäß weist das besagte Gehäuseteil an seiner Außenseite Kühlrippen auf. So lässt sich eine zuverlässige redundante Abfuhr der in dem Elektromotor erzeugten Verlustwäre sicherstellen, nämlich einerseits von dem Trennboden über die Hydraulikflüssigkeit in das Gehäuseteil und andererseits durch direkte Wärmeleitung vom Trennboden in das Gehäuseteil, wobei die bevorzugt an dem Gehäuseteil vorgesehenen Kühlrippen für eine effiziente und zuverlässige Abfuhr der in dem Elektromotor erzeugten Verlustwäre an die Umgebung sicherstellen.
Erfindungsgemäß ist der Trennboden in Art eines Geräteträgers ausgeführt ist, an dem nicht nur - an verschiedenen Seiten - die Hydraulikpumpe und der Elektromotor angebaut, sondern darüber hinaus auch - durch entsprechende Einbauten (Kanäle, Leitungen, Drosseln, Ventile, Filter, etc.) - hydraulische Funktionalitäten integriert sind. Erfindungsgemäß sind an den Geräteträger-Trennboden oben ein erstes, den Vorratsraum für Hydraulikflüssigkeit seitlich begrenzendes Gehäuseteil und unten ein gesondertes zweites, den Motorraum seitlich begrenzendes Gehäuseteil angesetzt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen ist der Geräteträger-Trennboden umfangsseitig zugänglich. Nur an der Umfangsfläche des Trennbodens sind Fluidanschlüsse angeordnet. So können insbesondere die elektrischen und hydraulischen Schnittstellen der Druckversorgungseinheit, d. h. die elektrischen Leistungs- und Steueranschlüsse sowie die Hydraulikanschlüsse seitlich an dem Trennboden angeordnet sein. So lassen sich Durchbrüche an den Gehäuseteilen vermeiden. Für günstige Verhältnisse hinsichtlich der Wärmeleitung und -abfuhr kann der Geräteträger-Trennboden insbesondere aus Aluminium bestehen.
In abermals bevorzugter Weiterbildung weist das besagte Gehäuseteil (bzw. weisen die besagten Gehäuseteile jeweils) eine zylindrische - was keinesfalls zwingend kreiszylindrisch bedeutet - Grundform auf. Erfindungsgemäß sind die Gehäuseteile stranggepresst. Namentlich können sie jeweils durch einen Abschnitt eines - beispielsweise als stranggezogenes Profil aus Aluminium hergestellten - Profilrohrs gebildet sein. Endseitig können die beiden gesonderten Gehäuseteile mittels zweier Deckel abgeschlossen sein. Mindestens einer jener Deckel kann dabei als Montageplatte ausgeführt sein und mindestens einen sich radial über den Gehäusemantel hinaus erstreckenden, insbesondere flanschartig ausgeführten Befestigungsabschnitt aufweisen.
Sehr einfach und kompakt aufgebaute Einheiten lassen sich realisieren, indem, gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, die Motorachse und die Pumpenachse zueinander fluchten, wobei Elektromotor und Hydraulikpumpe insbesondere - über eine den Trennboden durchdringende Wellenanordnung - direkt miteinander gekoppelt sein können.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand zweier in der Zeichnung veranschaulichter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigt

1 die Druckversorgungseinheit nach einem ersten, nicht von der Erfindung umfassten, Ausführungsbeispiel in frontaler Ansicht,
2 die Druckversorgungseinheit nach 1 in Seitenansicht,
3 die Druckversorgungseinheit nach den 1 und 2 im Schnitt und
4 die Druckversorgungseinheit nach einem zweiten erfindunsgemäßen Ausführungsbeispiel im Schnitt.

Die in den 1 bis 3 der Zeichnung wiedergegebene hydraulische Druckversorgungseinheit weist als Hauptkomponenten einen Hydraulikflüssigkeit bevorratenden Vorratsraum 1, eine innerhalb des Vorratsraums 1 angeordnete, in die bevorratete Hydraulikflüssigkeit eintauchende Hydraulikpumpe 2 und einen die Hydraulikpumpe 2 antreibenden Elektromotor 3 auf. In dieser Hinsicht entspricht sie konventionellen, bekannten hydraulischen Druckversorgungseinheiten der hier maßgeblichen Konzeption, so dass es insoweit keiner näheren Erläuterungen bedarf.
Der Vorratsraum 1 ist seitlich durch ein Gehäuseteil 4, nach unten durch einen in dieses eingesetzten Trennboden 5 und nach oben durch einen aufgesetzten oberen Deckel 6 begrenzt. Der Trennboden 5 ist dabei wärmeleitend und fluiddicht mit dem Gehäuseteil 4 verbunden. Das Gehäuseteil 4 weist eine oval-zylindrische Grundform auf. Es ist durch einen Abschnitt eines aus Aluminium stranggezogenen Profilrohrs gebildet. Es erstreckt sich nach unten über den Trennboden 5 hinaus und begrenzt umfangsseitig einen unterhalb des Trennbodens 5 angeordneten, gesonderten Motorraum 7, welcher seinerseits nach unten durch einen unteren Deckel 8, der als Montageplatte 9 ausgeführt ist und einen sich radial über das Profilrohr hinaus erstreckenden Befestigungsabschnitt 10 aufweist, abgeschlossen ist. Auf diese Weise bildet das Gehäuseteil 4 einen durchgehenden Gehäusemantel 11. An der Außenseite des Gehäusemantels 11 vorgesehene Kühlrippen 12 erstrecken sich durchgehend über das Niveau des Vorratsraums 1 für Hydraulikflüssigkeit und den Motorraum 7.
Der Motorraum 7 ist trocken und steht nicht fluidisch mit dem Vorratsraum 1 für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung. In ihm ist - unterhalb der Hydraulikpumpe 2 - der die Hydraulikpumpe 2 antreibende Elektromotor 3 untergebracht. Der Elektromotor 3 ist dabei wärmeübertragend mit dem Trennboden 5 gekoppelt. Hierzu ist er mittels eines Flansches 13, welcher entlang einer Ringfläche flächig an der Unterseite 14 des Trennbodens 5 anliegt, an dem Trennboden 5 abgebracht.
Oberhalb des Elektromotors 3 weist der Trennboden 5 einen Durchbruch 15 auf. Durch diesen tritt mit einem entsprechenden Vorsprung 16 ein Sockel 17 hindurch, in dem eine Leitungs- und Ventilanordnung untergebracht und auf den die Hydraulikpumpe 2 aufgesetzt ist. Der Sockel 17 ist - an der Stirnseite von dessen Flansch 13 - mit dem Elektromotor 3 verbunden. Die Positionierung des Elektromotors 3 und der Hydraulikpumpe 2 ist dergestalt, dass Motorachse und Pumpenachse zueinander fluchten. Der Sockel 17 weist einen Durchbruch auf, durch den hindurch - mittels einer entsprechenden Wellenanordnung - der Elektromotor 3 und die Hydraulikpumpe 2 direkt gekoppelt sind.
Die beiden Fluidanschlüsse 18, 19 der Druckversorgungseinheit befinden sich an dem Gehäuseteil 4 auf einem Niveau oberhalb des Trennbodens 5. Einer der beiden Anschlüsse, nämlich der „Tankanschluss“ 18, mündet direkt in den Vorratsbehälter 1, wobei über eine Rohranordnung 20 eine Einleitung der rückströmenden Hydraulikflüssigkeit in den Vorratsbehälter 1 an einer zu der Ansaugstelle der Hydraulikpumpe 2 entfernten Position erfolgt, um eine Zirkulation der Hydraulikflüssigkeit in dem Vorratsbehälter 1 zu unterstützen. Eine den Druckausgang aufweisende Seitenwand des Sockels 17 steht unmittelbar dem Gehäuseteil 4 gegenüber, so dass der Druckanschluss 19 der Druckversorgungseinheit unmittelbar mit dem Druckausgang des Sockels 17 kommuniziert. (Bei Druckversorgungseinheiten mit umkehrbarer Förderrichtung führen indessen beide Anschlüsse zu der in dem Sockel untergebrachten Leitungs- und Ventilanordnung.)
In dem Motorraum 7 sind zusätzlich zu dem Elektromotor 3 weitere elektrische Komponenten K untergebracht, insbesondere eine - nicht dem Betrieb der Druckversorgungseinheit dienende - Transformator-, Schalt- und Steuergruppe 21. Diese ist wärmeleitend mit einem den Motorraum 7 seitlich begrenzenden Wandabschnitt gekoppelt. Die an der Außenseite des Gehäusemantels 11 angeordneten Kühlrippen 12 erstrecken sich (auch) über die Montagestelle der Transformator-, Schalt- und Steuergruppe 21. Für die elektrische Versorgung des Elektromotors 3 der Druckversorgungseinheit und der Transformator-, Schalt- und Steuergruppe 21 sowie für Steuer- und Signalleitungen 22 sind in dem Gehäusemantel 11 eine mediendichte Durchführungen 23 vorgesehen.
Das in 4 gezeigte zweite bevorzugte Ausführungsbeispiel einer hydraulischen Druckversorgungseinheit nach der vorliegenden Erfindung zeichnet sich - in Abweichung von dem vorstehende erläuterten ersten Ausführungsbeispiel - insbesondere dadurch aus, dass hier der Trennboden 5' in Art eines Geräteträgers 24 ausgeführt ist. Er besteht aus Aluminium. An ihn sind oben die Hydraulikpumpe 2 und unten der Elektromotor 3 direkt angebaut. Ferner sind in ihn - durch entsprechende Einbauten (Kanäle, Leitungen, Drosseln, Ventile, Filter, etc.) -jene hydraulischen Funktionalitäten integriert, die bei dem ersten Ausführungsbeispiel in dem Sockel 17 untergebracht sind. Und auch eine für eine optimale Zirkulation der Hydraulikflüssigkeit in dem Vorratsbehälter 1 nützliche Leitung (vgl. die Rohranordnung 20 nach dem ersten Ausführungsbeispiel) ist in den Geräteträger-Trennboden 5' integriert.
An den Geräteträger-Trennboden 5' ist oben ein erstes, den Vorratsraum 1 für Hydraulikflüssigkeit seitlich begrenzendes Gehäuseteil 25 und unten ein gesondertes zweites, den Motorraum 7 seitlich begrenzendes Gehäuseteil 26 angesetzt. Zwischen den beiden Gehäuseteilen 25, 26 ist der Geräteträger-Trennboden 5' umfangsseitig zugänglich; an der Umfangsfläche 27 sind sowohl die beiden Hydraulikanschlüsse 18, 19 als auch - durch Leitung 22 veranschaulicht, die elektrischen Versorgungs- und Steueranschlüsse vorgesehen.
Die Einheit aus Geräteträger-Trennboden 5', oberem und unterem Gehäuseteil 25, 26 und oberem und unterem Deckel 6, 8 kann, wie veranschaulicht, beispielsweise über außenliegende Zugstangen 28 zusammengehalten werden.
Im Übrigen erschließt sich die Druckversorgungseinheit nach dem zweiten Ausführungsbeispiel dem Fachmann aus den vorstehenden Erläuterungen des Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 3, so dass auf weitergehende Erklärungen verzichtet werden kann.

Claims

Hydraulische Druckversorgungseinheit umfassend einen Hydraulikflüssigkeit bevorratenden Vorratsraum (1), eine innerhalb des Vorratsraums (1) angeordnete, in die bevorratete Hydraulikflüssigkeit zumindest teilweise eintauchende Hydraulikpumpe (2) und einen die Hydraulikpumpe (2) antreibenden Elektromotor (3), gekennzeichnet durch die folgende Kombination miteinander zusammenwirkender Merkmale: - der Elektromotor (3) ist unterhalb der Hydraulikpumpe (2) in einem gesonderten, unterhalb des Vorratsraums (1) befindlichen Motorraum (7) angeordnet; - der Motorraum (7) ist trocken und steht nicht fluidisch mit dem Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit in Verbindung; - der Elektromotor (3) ist wärmeübertragend mit einem Trennboden (5') gekoppelt, dessen Oberseite den Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit begrenzt und ständig mit bevorrateter Hydraulikflüssigkeit benetzt ist; wobei der Trennboden (5') wärmeübertragend mit einem den Vorratsraum (1) für Hydraulikflüssigkeit umfangseitig begrenzenden ersten Gehäuseteil (25) verbunden ist; und wobei an den Trennboden (5') ein zweites, den Motorraum (7) umfangsseitig begrenzendes Gehäuseteil (26) angesetzt ist; dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das das zweite Gehäuseteil (25, 26) stranggepresst sind und an den Außenseiten Kühlrippen (12) aufweisen, und der Trennboden (5') umfangsseitig an einer Umfangsfläche (27) zugänglich und in Form eines Geräteträgers (24) ausgeführt ist, in welchen durch eingebaute Elemente hydraulische Funktionalitäten integriert sind, wobei nur an der der Umfangsfläche (27) des Trennbodens (5') Fluidanschlüsse (18, 19) angeordnet sind.
Druckversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Gehäuseteil (25, 26) eine zylindrische Grundform aufweist.
Druckversorgungseinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umfangsfläche (27) des Trennbodens (5') elektrische Anschlüsse angeordnet sind.
Druckversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorachse und die Pumpenachse zueinander fluchten.
Druckversorgungseinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Motorraum (7) mindestens eine weitere elektrische Komponente (K) untergebracht ist.
Druckversorgungseinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere elektrische Komponente (K) wärmeleitend mit dem Trennboden (5') gekoppelt ist.
Druckversorgungseinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine weitere elektrische Komponente (K) wärmeleitend mit einem den Motorraum (7) seitlich begrenzenden Wandabschnitt gekoppelt ist.
Druckversorgungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt an seiner Außenfläche Kühlrippen (12) aufweist.