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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit einer hydraulischen Druckversorgungseinheit, welche eine durch einen Elektromotor angetriebene Hydraulikpumpe umfasst, und mindestens einem durch die Druckversorgungseinheit beaufschlagbaren, als Linearaktuator ausgeführten hydraulischen Verbraucher. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein solches hydraulisches System, bei dem als Elektromotor ein bürstenloser Gleichstrommotor in Außenläuferbauweise vorgesehen ist, die Hydraulikpumpe als schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpe mit einem Pumpen-Grundkörper, einem daran fixierten Steuer- und Lagerzapfen und einem um diesen drehbaren Pumpenrotor ausgeführt ist, der Pumpenrotor dergestalt direkt mit dem Motorrotor gekoppelt, dass der Pumpenrotor und der Motorrotor eine starre Rotoreinheit bilden ist, und die Rotoreinheit ausschließlich auf dem Steuer- und Lagerzapfen drehbar gelagert ist.
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Hydraulische Systeme mit mindestens einem durch eine hydraulische Druckversorgungseinheit beaufschlagbaren hydraulischen Verbraucher sind in einer unüberschaubaren Vielfalt von Ausführungen bekannt und im Einsatz. Je nach der konkreten Anwendung unterscheiden sich die zu dem System miteinander verknüpften Komponenten (Hydraulikpumpe, Elektromotor, Linearaktuator) konstruktiv oder sogar konzeptionell. Von Einfluss für die Gestaltung der Komponenten und deren Abstimmung aufeinander sind beispielsweise Aspekte wie der verbraucherseitige Kraft- und Leistungsbedarf, das Raumangebot, die sonstige Einbausituation wie z. B. die Zugänglichkeit für Wartungszwecke, die Charakteristika des Auslegungs-Betriebsprofils, die vorhandene elektrische Energieversorgung, besondere Anforderungen wie z. B. Lärmschutz, etc.
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Ein gattungsgemäßes, dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechendes hydraulisches System ist dabei aus der
WO 2017/192036 A1 bekannt. Dieses Dokument offenbart insbesondere verschiedene hydraulische Druckversorgungseinheiten, bei denen der Pumpenrotor und der - als Innenrotor oder aber als Außenrotor ausgeführte - Motorrotor einen ausschließlich auf dem Steuer- und Lagerzapfen drehbar gelagerten einstückigen gemeinsamen Rotor bilden. Angestrebt wird dabei eine besondere Eignung für den Einsatz auf dem Kraftfahrzeugsektor, bei dem - angesichts des beschränkten Raumangebots und des Komfortanspruchs der Fahrzeuginsassen - ein besonderes günstiges Verhältnis besteht zwischen der Leistungsdichte, dem Platzbedarf, den Herstellungskosten, dem Wartungsbedarf und der Geräuschemission.
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein hinsichtlich der Praxistauglichkeit weiter verbessertes hydraulisches System der gattungsgemäßen Art bereitzustellen. Insbesondere wird eine besondere geringe Geräuschemission des hydraulischen Systems über einen breiten Betriebsbereich angestrebt.
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Gelöst wird die vorstehende Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem bei dem gattungsgemäßen hydraulischen System der Stator des Elektromotors auf einem über den Pumpenrotor hinausragenden Überstand des Steuer- und Lagerzapfens angeordnet, d. h. mit diesem dreh- und axialfest verbunden ist. Entgegen der Lehre der
WO 2017/192036 A1 , gemäß derer der Stator des Außenläufer-Elektromotors auf der Innenseite eines das gemeinsame Pumpen- und Motorgehäuse stirnseitig verschließenden Deckels angebracht ist, ist der Motorstator des erfindungsmäßen hydraulischen Systems auf dem Steuer- und Lagerzapfen montiert, der auch der Lagerung der Rotoreinheit dient. Durch diese Ausführung der hydraulischen Druckversorgungseinheit lassen sich in durchaus überraschender Weise mehrere Vorteile von erheblicher praktischer Relevanz erzielen. Allen voran ist die besonders geringe Geräuschabstrahlung zu nennen. Hierzu trägt der besonders kurze Kraftschluss in dem Sinne bei, dass das Reaktionsmoment zu dem vom Motorstator auf die Rotoreinheit ausgeübten (Antriebs-)Moment auf kürzestem Weg, nämlich über den Steuer- und Lagerzapfen in die Hydraulikpumpe zurückgeführt wird. Gehäuseteile nehmen an der betreffenden Momentabstützung nicht teil. Aus diesem Grunde unterbleibt insbesondere jegliche - ggf. durch Resonanzen verstärkte - Anregung des Gehäuses zu Schwingungen bzw. Vibrationen infolge von durch dieses hindurchgeleiteten, sich zyklisch ändernden (an- und abschwellenden) Reaktionsmomenten. Sich hieraus ergebende Sekundärvorteile sind, dass bei der Gestaltung des Motor- bzw. Pumpengehäuses nicht auf die Durchleitung von Reaktionsmomenten und auf durch solche induzierte Schwingungen Rücksicht genommen werden muss. Namentlich können bei erfindungsgemäßen hydraulischen Systemen besonders einfache kombinierte Motor-Pumpen-Gehäuse realisiert werden, was die Bereitstellung besonders kompakter und zudem kostengünstig herstellbarer hydraulischer Druckversorgungseinheiten erlaubt.
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Das erfindungsgemäße hydraulische System eignet sich aufgrund seiner baulichen Eigenart und seiner Betriebseigenschaften hervorragend für kraftfahrzeugtechnische Anwendungen namentlich in Kraftfahrzeugen der Oberklasse, wie insbesondere eine bedarfsgerechte hydraulische Fahrwerksabstimmung (vgl. beispielsweise
WO 2016/096837 A1 ) mittels in die jeweilige Radaufhängung integrierten hydraulischen Verstellern.
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Bevorzugt erstrecken sich innerhalb des Steuer- und Lagerzapfens zwei Strömungskanäle, welche mit je einem Pumpenanschluss kommunizieren und unter dem Pumpenrotor an Steuerschlitzen münden. Weiterhin umfasst die hydraulische Druckversorgungseinheit bevorzugt eine zumindest teilweise in dem Grundkörper der Hydraulikpumpe angeordnete hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung. In dieser sind vorteilhafterweise für die jeweilige Anwendung erforderliche hydraulische Schalt- und Steuerelemente (wie Ventile, Drosseln, etc.) untergebracht. Im Interesse einer ganz besonders kompakten Bauweise der hydraulischen Druckversorgungseinheit erstreckt sich dabei mindestens ein Strömungskanal der hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung zumindest abschnittsweise entlang einer Trennfläche zwischen dem Grundkörper und dem Steuer- und Lagerzapfen. So lässt sich ein größtmöglicher Integrationsgrad realisieren; und bei der Herstellung von Strömungskanälen auf der Oberfläche von Grundkörper und/oder Steuer- und Lagerzapfen, bevor diese Teile zusammengefügt werden, ist das zuverlässige Entfernen von Spänen und sonstigen Verunreinigungen technisch bedeutend einfacher als beim Bohren von komplexen Strömungskanälen, was für die Betriebssicherheit günstig ist. Entsprechendes gilt, wenn, gemäß einer anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, der Grundkörper der Hydraulikpumpe als Kern in einem ihn umgebenden Gehäusemantel aufgenommen ist, wobei sich mindestens ein Strömungskanal der hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung zumindest abschnittsweise entlang der Trennfläche zwischen dem Grundkörper und dem Gehäusemantel erstreckt.
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Die hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung kann zumindest teilweise auch in bzw. auf zu einem Stapel geschichteten Steuerplatten angeordnet sein, insbesondere indem Strömungskanäle zumindest abschnittsweise auf einander zugewandten stirnseitigen Oberflächen derartiger Steuerplatten verlaufen. Ventile, Drosseln, und/oder andere Steuerelemente können dabei in die entsprechenden Steuerplatten eingesetzt sein. Der Steuerplattenstapel kann stirnseitig an einen Pumpen-Grundkörper angesetzt sein oder zumindest im Wesentlichen einen solchen bilden, wobei in diesem Falle der Steuer- und Lagerzapfen fest mit dem Steuerplattenstapel verbunden, z. B. fest in einer zumindest einen Teil der Steuerplatten durchsetzenden Bohrung aufgenommen ist.
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Eine nochmals andere bevorzugte Weiterbildung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein überwiegender Anteil des Pumpenrotors in einer stirnseitigen, zur Achse des Steuer- und Lagerzapfens exzentrisch ausgeführten Aussparung des Grundkörpers aufgenommen ist. Auch dies ist von Vorteil im Hinblick auf einen geringste Abmessungen der hydraulischen Druckversorgungseinheit ermöglichenden hohen baulichen Integrationsgrad.
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In abermals anderer bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse starr mit dem Gehäusemantel verbunden oder sogar einstückig mit diesem ausgeführt. Letzteres ist ganz besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor als Unterölmotor ausgeführt ist; denn bei einstückiger Ausführung von Gehäusemantel und Motorgehäuse entfällt jegliches Abdichtungsproblem. Hiervon profitiert die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems.
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Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommende, den Motorrotor sowie den Pumpenrotor umfassende starre Rotoreinheit lässt sich mit jeweils spezifischen Vorteilen auf verschiedene Weise bereitstellen. Es können der Motorrotor und der Pumpenrotor gesondert hergestellt und hernach zu einer starren Einheit zusammengefügt werden, wobei dies wahlweise durch eine lösbare oder aber eine unlösbare Verbindung erfolgen kann. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung bilden indessen der Pumpenrotor und der Motorrotor dergestalt eine untrennbare Rotoreinheit, indem der Motorrotor an den Pumpenrotor angespritzt ist. Der spritzgießtechnisch hergestellte Motorrotor besteht in diesem Falle aus einem magnetisierbaren Polymermaterial. In allen Fällen ist von Vorteil, dass durch die differenzierte Materialwahl einerseits für den Pumpenrotor und anderseits für den - mit diesem zu einer starren Rotoreinheit zu verbindenden - Motorrotor in besonderer Weise den spezifischen Anforderungen der beiden Bereiche der Rotoreinheit Rechnung getragen werden kann. So kann beispielsweise, anders als dies für die einstückige Rotoreinheit nach der
WO 2017/192036 A1 gilt, eine unter Gesichtspunkten des Magnetflusses erfolgende Optimierung jenes Bereichs der Rotoreinheit, welcher den Motorrotor bildet, zu einer hohen Leistung bei kompakten Abmessungen, d. h. einer besonders hohen Leistungsdichte beitragen. Allerdings ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch möglich, an den Pumpenrotor einstückig einen (typischerweise mehr oder weniger hohlzylindrischen) Magnetträger anzuformen, an dessen Innenumfang verteilt Permanentmagnete angebracht, z. B. aufgeklebt sind.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Da sich die für die Erfindung charakteristischen Merkmale an der hydraulischen Druckversorgungseinheit manifestieren, es auf die konkrete Ausgestaltung des durch diese beaufschlagbaren Linearaktuators nicht ankommt, ist letzterer nur schematisch angedeutet und beschränkt sich die Zeichnung im Detail auf die Darstellung der hydraulischen Druckversorgungseinheit.
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Die in der Zeichnung gezeigte, der Beaufschlagung des Linearaktuators 1 dienende hydraulische Druckversorgungseinheit 2 umfasst eine als schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpe ausgeführte Hydraulikpumpe 3. Diese weist, in als solches bekannter Weise, einen um einen Steuer- und Lagerzapfen 4 drehbaren Pumpenrotor 5 auf. In diesem sind radiale Kolbenbohrungen 6 ausgeführt, in denen Pumpkolben 7 dergestalt radial verschiebbar aufgenommen sind, dass sie während der Drehung des Pumpenrotors 5 um die (durch den Steuer- und Lagerzapfen 4 definierte) Rotorachse X innerhalb der jeweiligen Kolbenbohrung 6 radial oszillieren, wobei den Pumpkolben 7 jene oszillierende Bewegung durch den Innenring 8 des exzentrisch zu der Rotorachse X angeordneten Kugellagers 9 - in Verbindung mit die Pumpkolben 7 nach außen schleudernden Fliehkräften - aufgeprägt wird. Innerhalb des Steuer- und Lagerzapfens 4 erstrecken sich ein saugseitiger Strömungskanal 10 und ein druckseitiger Strömungskanal 11, die jeweils in einem unter dem Pumpenrotor 5 angeordneten Steuerschlitz 12 bzw. 13 münden. Da schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpen dieser Bauweise als solches bekannt sind, erübrigen sich nähere Ausführungen und Erläuterungen.
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Die Hydraulikpumpe 3 umfasst weiterhin einen Pumpen-Grundkörper 14. Dieser weist stirnseitig eine Aussparung 15 auf, in der der Pumpenrotor 5 sowie das - diesen umgebende - Kugellager 9 aufgenommen sind. Für die zu der Rotorachse X exzentrische Anordnung des Kugellagers 9 (s. o.) ist die Aussparung 15 exzentrisch ausgeführt. An dem Pumpen-Grundkörper 14 ist im Übrigen der Steuer- und Lagerzapfen 4 fixiert, indem er in eine entsprechende Bohrung 16 eingesetzt ist. Der Pumpen-Grundkörper 14 umfasst dabei weiterhin eine hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung mit nur schematisch angedeuteten hydraulischen Schalt- und Steuerelementen wie Strömungskanälen, Drosseln, Ventilen, Druckbegrenzern, etc. Diese hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung umfasst dabei unter anderem Strömungskanäle 17, die sich abschnittsweise entlang der Trennfläche 18 zwischen dem Pumpen-Grundkörper 14 und dem Steuer- und Lagerzapfen 4 erstrecken.
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Der Pumpenrotor 5 wird durch einen als bürstenloser Gleichstrommotor in Außenläuferbauweise ausgeführten Elektromotor 19 angetrieben. Der Motorrotor 20 ist dergestalt direkt mit dem Pumpenrotor 5 gekoppelt, dass er gemeinsam mit dem Pumpenrotor 5 eine starre Einheit bildet, wobei diese Rotoreinheit 21 im vorliegenden Ausführungsbeispiel zudem untrennbar ist. Hierzu ist der (glockenförmige) Motorrotor 20 an den Pumpenrotor 5, nämlich an dessen motorseitige Stirnfläche 38 angespritzt. Der Motorrotor 20 nimmt an der Lagerung der Rotoreinheit 21 teil. In ihn ist hierzu eine Lagerbuchse 37 eingegossen, welche auf einem über den Pumpenrotor 5 hinausragenden Überstand 24 des Steuer- und Lagerzapfens 4 drehbar gelagert ist. (Alternativ könnte beispielsweise an dem Pumpenrotor 5 ein entsprechender axialer Lager-Fortsatz angeformt sein, an welchen der Motorrotor 20 umfangsseitig angespritzt wird.) Die axiale Sicherung der Rotoreinheit 21 erfolgt mittels eines Sicherungsrings 39. Eine sonstige Lagerung der Rotoreinheit 21 zusätzlich zu jener auf dem Steuer- und Lagerzapfen 4 ist nicht vorgesehen.
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Der Stator 26 des Elektromotors 19 ist auf dem Überstand 24 des Steuer- und Lagerzapfens 4 angeordnet und dort dreh- und axialfest fixiert.
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Der Pumpen-Grundkörper 14 ist, in diesem fixiert, in einem ihn umgebenden Gehäusemantel 29 aufgenommen. Dieser geht einstückig in ein den Elektromotor 19 umgebendes, stirnseitig durch einen Deckel 30 dicht verschlossenes Motorgehäuse 31 über. Im Bereich des Deckels 30 können dichte Durchführungen für die den Elektromotor versorgenden Anschlussleitungen vorgesehen sein. Der Elektromotor 19 ist als Unterölmotor ausgeführt, so dass über zirkulierende Hydraulikflüssigkeit ein Temperaturausgleich erfolgt und eine örtliche Überhitzung durch von ihn erzeugter Verlustwärme unterbunden wird. Unter Nutzung der Hydraulikpumpe 3 kann Hydraulikflüssigkeit gezielt den Raum, in welchem der Elektromotor 19 angeordnet ist, durchströmen.
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Strömungskanäle 34 der hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung erstrecken sich abschnittsweise entlang der Trennfläche 35 zwischen dem Pumpen-Grundkörper 14 und dem Gehäusemantel 29. Mit diesen Strömungskanälen 34 kommunizieren die beiden an dem Gehäusemantel 29 vorgesehenen Pumpenanschlüsse 36, aus denen heraus - in als solches bekannter Weise - eine Beaufschlagung des hydraulischen Verbrauchers V, d. h. des Linearaktuators 1 erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/192036 A1 [0003, 0005, 0011]
- WO 2016/096837 A1 [0006]
