DE102017128098B4 - Hydraulic system with a radial piston pump driven by an electric motor, with pump rotor and electric motor rotor, which are rotatably mounted on a common bearing journal on axes arranged parallel to one another and off-axis - Google Patents
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Abstract
Ein hydraulisches System umfasst eine hydraulische Druckversorgungseinheit, welche eine durch einen als Außenläufermotor ausgeführten Elektromotor (2) angetriebene, einen Pumpenrotor (6) aufweisende Radialkolben-Hydraulikpumpe (1) umfasst, und mindestens einem durch die Druckversorgungseinheit beaufschlagbaren, als Linearaktuator (36) ausgeführten hydraulischen Verbraucher (V). Dabei sind der Pumpenrotor (6) und der Motorrotor (18) der hydraulischen Druckversorgungseinheit auf einem gemeinsamen, feststehenden Lagerzapfen (5) um achsversetzt parallel zueinander angeordnete Achsen (Y, X) drehbar gelagert und nachgiebig, magnetisch miteinander drehgekoppelt. Zumindest ein überwiegender Anteil der Hydraulikpumpe (1) ist in einer stirnseitigen, radial außen durch einen Steuerring (9) begrenzten Aussparung (21) des Motorrotors (18) aufgenommen. Die Pumpkolben (8) haften endseitig unter Beibehaltung einer Verschiebbarkeit in Umfangsrichtung magnetisch an dem Steuerring (9) oder mindestens einem zwischen dem Steuerring (9) und den zugeordneten Enden der Pumpkolben (8) angeordneten Schallschutzelement.A hydraulic system comprises a hydraulic pressure supply unit, which comprises a radial piston hydraulic pump (1) which is driven by an electric motor (2) designed as an external rotor motor and has a pump rotor (6), and at least one hydraulic consumer (V) which can be acted upon by the pressure supply unit and is designed as a linear actuator (36). The pump rotor (6) and the motor rotor (18) of the hydraulic pressure supply unit are rotatably mounted on a common, fixed bearing journal (5) about axes (Y, X) offset parallel to one another and flexible, magnetically coupled to one another in rotation. At least a major portion of the hydraulic pump (1) is accommodated in a front-end recess (21) of the motor rotor (18), which is delimited radially on the outside by a control ring (9). The pump pistons (8) adhere magnetically to the control ring (9) or at least one soundproofing element arranged between the control ring (9) and the associated ends of the pump pistons (8), while maintaining displacement in the circumferential direction.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisches System mit einer hydraulischen Druckversorgungseinheit und mindestens einem durch diese beaufschlagbaren, als Linearaktuator ausgeführten hydraulischen Verbraucher, wobei die hydraulische Druckversorgungseinheit eine durch einen Elektromotor angetriebene, einen Pumpenrotor aufweisende Radialkolben-Hydraulikpumpe umfasst, die ihrerseits einen auf einem Lagerzapfen, innerhalb dessen sich mindestens ein mit einer hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung kommunizierender Strömungskanal erstreckt, drehbar gelagerten Pumpenrotor mit in radialen Kolbenbohrungen radial verschiebbar aufgenommenen Pumpkolben aufweist.The present invention relates to a hydraulic system with a hydraulic pressure supply unit and at least one hydraulic consumer designed as a linear actuator that can be acted upon by the latter, the hydraulic pressure supply unit comprising a radial piston hydraulic pump driven by an electric motor and having a pump rotor, which in turn has a whose at least one flow channel communicating with a hydraulic control and line arrangement has a rotatably mounted pump rotor with pump pistons received in radial piston bores in a radially displaceable manner.
Hydraulische Systeme der vorstehenden Art sind in einer unüberschaubaren Vielfalt von Ausführungen bekannt und im Einsatz, und zwar - angesichts der charakteristischen Eigenschaften von Radialkolbenpumpen - typischerweise in Anwendungen mit einem vergleichsweise hohen Verhältnis von Druck zu Fördermenge. 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. Bei vorliegend relevanten hydraulischen Systemen erstreckt sich innerhalb des Lagerzapfens mindestens ein Strömungskanal, welcher mit einem Pumpenanschluss kommuniziert. Dies gilt namentlich, wenn die Hydraulikpumpe als schlitzgesteuerte Radialkolbenpumpe ausgeführt ist, wobei in diesem Falle innerhalb des Lagerzapfens typischerweise zwei jeweils in einen Steuerschlitz mündende Strömungskanäle vorgesehen sind.Hydraulic systems of the above type are known and used in an unmanageable variety of designs, namely - in view of the characteristic properties of radial piston pumps - typically in applications with a comparatively high ratio of pressure to flow rate. Depending on the specific application, the components linked to form the system (hydraulic pump, electric motor, linear actuator) differ in design or even in design. For example, aspects such as the consumer's power and performance requirements, the space available, the other installation situation such as e.g. B. the accessibility for maintenance purposes, the characteristics of the design operating profile, the existing electrical power supply, special requirements such. B. noise protection, etc. In the present relevant hydraulic systems extends within the bearing journal at least one flow channel, which communicates with a pump connection. This applies in particular if the hydraulic pump is designed as a slot-controlled radial piston pump, in which case typically two flow channels each opening into a control slot are provided within the bearing journal.
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Die Flüssigkeitspumpe nach der
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Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, ein hydraulisches System der eingangs angegeben grundsätzlichen Art bereitzustellen, dass sich in bisher nicht bekannter Weise für den Einsatz in Anwendungen mit einer besonders großen Bandbreite an geforderten Betätigungsgeschwindigkeiten des mindestens einen durch die hydraulische Druckversorgungseinheit beaufschlagten Linearaktuators eignet. Bevorzugt soll sich das hydraulische System dabei durch seine weiteren Eigenschaften speziell für Anwendungen auf dem Kraftfahrzeugsektor eignen, wofür - angesichts des beschränkten Raumangebots und der teilweise schlechten Zugänglichkeit - ein besonderes günstiges Verhältnis möglich sein soll zwischen der Leistungsdichte, dem Platzbedarf und dem Wartungsbedarf.The present invention has set itself the task of providing a hydraulic system of the type initially specified that is suitable in a hitherto unknown manner for use in applications with a particularly wide range of required actuation speeds of the at least one linear actuator acted upon by the hydraulic pressure supply unit. Due to its additional properties, the hydraulic system should preferably be particularly suitable for applications in the motor vehicle sector, for which - in view of the limited space available and the sometimes poor accessibility - a particularly favorable ratio should be possible between the power density, the space requirement and the maintenance requirement.
Gelöst wird die vorstehende Aufgabenstellung gemäß der vorliegenden Erfindung, indem
- - der Pumpenrotor und der Motorrotor des in Außenläuferbauweise ausgeführten Elektromotors auf einem feststehenden gemeinsamen Lagerzapfen um achsversetzt parallel zueinander angeordnete Achsen drehbar gelagert sind, wobei der Lagerzapfen einen zur Motorachse konzentrischen ersten Lagerbereich für den Motorrotor und einen zur Motorachse exzentrischen zweiten Lagerbereich für den Pumpenrotor aufweist
- - zumindest ein überwiegender Anteil der Hydraulikpumpe in einer stirnseitigen, radial außen durch einen Steuerring begrenzten Aussparung des Motorrotors aufgenommen ist,
- - eine nachgiebige Koppelung des Pumpenrotors mit dem Motorrotor in Form einer magnetischen Drehkoppelung vorgesehen ist,
- - die Pumpkolben endseitig unter Beibehaltung einer Verschiebbarkeit in Umfangsrichtung magnetisch an dem Steuerring oder mindestens einem zwischen dem Steuerring und den zugeordneten Enden der Pumpkolben angeordneten Schallschutzelement haften.
- - The pump rotor and the motor rotor of the electric motor designed as an external rotor are mounted on a fixed common bearing journal so that they can rotate about axes arranged parallel to one another with an offset axis, the bearing journal having a first bearing area for the motor rotor that is concentric to the motor axis and a second bearing area for the pump rotor that is eccentric to the motor axis
- - at least a major portion of the hydraulic pump is accommodated in a frontal recess of the motor rotor, which is delimited radially on the outside by a control ring,
- - a flexible coupling of the pump rotor to the motor rotor is provided in the form of a magnetic rotary coupling,
- the pump pistons adhere magnetically to the control ring or at least one soundproofing element arranged between the control ring and the associated ends of the pump pistons, while maintaining displacement in the circumferential direction.
Die vorliegende Erfindung löst sich demgemäß gänzlich von dem etablierten Konzept, bei dem der Pumpenrotor und der Motorrotor um eine gemeinsame Achse rotieren, wobei den in dem Pumpenrotor in zugeordneten Radial-Bohrungen verschiebbar geführten Pumpkolben mittels eines den Pumpenrotor umgebenden, zu der gemeinsamen Rotationsachse exzentrischen Steuerringes, an dem die Pumpkolben radial außen anliegen, eine oszillierende, abwechselnd radial einwärts und radial auswärts gerichtete (Pump-)Bewegung aufgeprägt wird. Stattdessen treibt der Elektromotor einen zu dessen Rotationsachse achsversetzt rotierenden Pumpenrotor an. Infolgedessen können sich die Pumpkolben auf einer zur Motorachse konzentrischen Kreisbahn bewegen, d. h. der Steuerring kann konzentrisch zu der Rotationsachse des Elektromotors sein. Hieraus wiederum resultiert, dass, anders als bei herkömmlichen Radialkolbenpumpen (ohne zusätzliche Vordruckpumpe), auf die Pumpkolben wirkende Zentrifugalkräfte nicht länger in dem Sinne funktionsrelevant sind, als sie für eine radial auswärts gerichtete Bewegung der Pumpkolben benötigt werden. Folglich lässt sich bei einem erfindungsgemäßen hydraulischen System die Hydraulikpumpe ohne Funktionseinbuße auch bei geringsten Drehzahlen betreiben, was beispielsweise einen Schleichbetrieb des durch die Druckversorgungseinheit beaufschlagten Linearaktuators ermöglicht.The present invention therefore departs entirely from the established concept, in which the pump rotor and the motor rotor rotate about a common axis, with the pump piston, which is movably guided in the pump rotor in assigned radial bores, being controlled by means of a control ring surrounding the pump rotor and eccentric to the common axis of rotation , on which the pump pistons rest radially on the outside, an oscillating, alternating radially inward and radially outward (pumping) movement is imposed. Instead, the electric motor drives a pump rotor that rotates off-axis to its axis of rotation. As a result, the pump pistons can move on a circular path concentric to the motor axis, i. H. the control ring may be concentric with the axis of rotation of the electric motor. This in turn means that, unlike conventional radial piston pumps (without an additional booster pump), centrifugal forces acting on the pump pistons are no longer functionally relevant in the sense that they are required for a radially outward movement of the pump pistons. Consequently, in a hydraulic system according to the invention, the hydraulic pump can be operated without loss of function even at the lowest speeds, which, for example, enables creep operation of the linear actuator acted upon by the pressure supply unit.
Dass, wie im Detail ausgeführt, der Steuerring, an welchem die Pumpkolben radial außen anliegen, konzentrisch zu der Rotationsachse des Motorrotors ist, wird gemäß der Erfindung dadurch genutzt, dass eben jener Steuerring integraler Teil des Motorrotors ist. So ist zumindest ein überwiegender Anteil der Hydraulikpumpe in einer - umfangsseitig durch den Steuerring begrenzten - stirnseitigen Aussparung des Motorrotors aufgenommen. Im Interesse einer geringen Geräuschemission, wie sie insbesondere im Falle der Anwendung der vorliegenden Erfindung auf dem Kraftfahrzeugsektor angestrebt wird, kann zwischen dem Steuerring und den zugeordneten Enden der Pumpenkolben mindestens ein Schallschutzelement, beispielsweise ein Schallschutzring angeordnet sein.The fact that, as explained in detail, the control ring, on which the pump pistons rest radially on the outside, is concentric to the axis of rotation of the motor rotor, is used according to the invention in that precisely that control ring is an integral part of the motor rotor is. Thus, at least a major part of the hydraulic pump is accommodated in a recess on the end face of the motor rotor which is delimited on the peripheral side by the control ring. In the interests of low noise emissions, as is particularly desirable when the present invention is used in the motor vehicle sector, at least one soundproofing element, for example a soundproofing ring, can be arranged between the control ring and the associated ends of the pump pistons.
Vor dem gleichen Hintergrund ist günstig, dass die Pumpenkolben endseitig an der Innenwand der stirnseitigen Aussparung des Motorrotors, d. h. insbesondere dem Steuerring bzw. dem mindestens einen Schallschutzelement haften, allerdings unter Beibehaltung einer Verschiebbarkeit in Umfangsrichtung. Eine solche Haftung, die als magnetische Haftung umgesetzt ist, unterbindet Schläge der Pumpkolben gegen den Steuerring, wie sie sonst unter ungünstigen Voraussetzungen dadurch entstehen könnten, dass die Pumpkolben in ihrer Saugphase etwas von dem Steuerring abheben und in der Druckphase wieder auf diesen aufschlagen. Da bei hohen Pumpendrehzahlen die auf die Pumpkolben wirkenden Zentrifugalkräfte hinzutreten, kommt die vorstehend erläuterten Haftung der Pumpkolben an dem Steuerring entscheidend bei niedrigen Pumpendrehzahlen zum Tragen.Against the same background, it is favorable that the pump pistons end on the inner wall of the front recess of the motor rotor, i. H. in particular the control ring or the at least one soundproofing element, albeit while maintaining a displaceability in the circumferential direction. Such adhesion, which is implemented as magnetic adhesion, prevents the pump pistons from hitting the control ring, which could otherwise occur under unfavorable conditions by the pump pistons lifting slightly from the control ring in their suction phase and hitting it again in the pressure phase. Since the centrifugal forces acting on the pump pistons also occur at high pump speeds, the above-explained adhesion of the pump pistons to the control ring has a decisive effect at low pump speeds.
Nur zur Vermeidung von Missverständnissen sei an dieser Stelle betont, dass es sich bei einem „Steuerring“ im vorliegenden Sinne keineswegs zwingend um eine ringförmig-geschlossene Struktur handeln muss; vielmehr können auch unterbrochene Strukturen mit einer ringförmig angeordneten Abfolge einzelner Steuerelemente die Aufgabe, die Pumpkolben zu steuern, erfüllen.Just to avoid misunderstandings, it should be emphasized at this point that a "control ring" in the present sense does not necessarily have to be a ring-shaped, closed structure; on the contrary, interrupted structures with a ring-shaped sequence of individual control elements can also fulfill the task of controlling the pump pistons.
Im Hinblick auf die weiter unten näher angesprochene zyklische Relativbewegung zwischen Motorrotor und Pumpenrotor während ihrer Rotation ist eine nachgiebige Koppelung des Pumpenrotors mit dem Motorrotor vorgesehen. Vorgesehen ist dabei eine magnetische Koppelung des Pumpenrotors mit dem Motorrotor. Diese gestattet selbst bei geringstem axialem Abstand des Pumpenrotors zum Motorrotor die erforderlichen Relativbewegungen dieser Bauteile zueinander, so dass sich auf diese Weise besonders kompakte hydraulische Druckversorgungseinheiten realisieren lassen. Zudem ermöglicht die magnetische Koppelung von Motorrotor und Pumpenrotor in besonders günstiger Weise einen absoluten Gleichlauf sowohl des Motorrotors als auch das Pumpenrotors trotz der zyklischen Relativbewegung dieser Teile zueinander, was zu niedrigsten Geräuschemissionen führt. Besonders vorteilhaft ist diese Ausführung im Übrigen dann, wenn der Motorrotor insgesamt aus einem magnetisierbaren Material besteht, so dass die für die (magnetische) Koppelung des Pumpenrotors mit dem Motorrotor erforderliche Magnetisierung des Motorrotors ohne zusätzlichen Aufwand bereitgestellt werden kann.With regard to the cyclic relative movement between the motor rotor and the pump rotor during their rotation, which will be discussed in more detail below, a flexible coupling of the pump rotor to the motor rotor is provided. A magnetic coupling of the pump rotor to the motor rotor is provided. Even with the smallest axial distance between the pump rotor and the motor rotor, this permits the necessary movements of these components relative to one another, so that particularly compact hydraulic pressure supply units can be implemented in this way. In addition, the magnetic coupling of the motor rotor and pump rotor enables absolute synchronism of both the motor rotor and the pump rotor in a particularly favorable manner, despite the cyclical relative movement of these parts to one another, which leads to the lowest noise emissions. This embodiment is particularly advantageous when the motor rotor consists entirely of a magnetizable material, so that the magnetization of the motor rotor required for the (magnetic) coupling of the pump rotor to the motor rotor can be provided without additional effort.
Gemäß der Erfindung sind der Pumpenrotor und der Motorrotor auf einem gemeinsamen Lagerzapfen gelagert, welcher einen zur Motorachse konzentrischen ersten Lagerbereich für den Motorrotor und einen zur Motorachse exzentrischen zweiten Lagerbereich für den Pumpenrotor aufweist. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Konzept mit geringem Aufwand auf sehr engem Raum umsetzen, so dass sich besonders kompakte hydraulische Druckversorgungseinheiten realisieren lassen.According to the invention, the pump rotor and the motor rotor are mounted on a common bearing journal, which has a first bearing area for the motor rotor that is concentric to the motor axis and a second bearing area for the pump rotor that is eccentric to the motor axis. In this way, the concept according to the invention can be implemented with little effort in a very small space, so that particularly compact hydraulic pressure supply units can be implemented.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Lagerstelle des Motorrotors auf dem Lagerzapfen benachbart der Hydraulikpumpe angeordnet ist. Denn durch den Achsversatz von Motorrotor und Pumpenrotor führen diese beiden Bauteile während ihrer Rotation zyklische Relativbewegungen zueinander aus. Für den - den Pumpenrotor antreibenden - Motorrotor ergeben sich hierdurch lokale Kraftanteile mit einer von der Umfangsrichtung abweichenden Komponente. Im Hinblick auf deren Abstützung und wechselseitige Kompensation nahe am Ort der Entstehung ist die Lagerung des Motorrotors benachbart der Hydraulikpumpe besonders günstig.It is particularly advantageous if the bearing point of the motor rotor is arranged on the bearing journal adjacent to the hydraulic pump. Because of the axis offset of the motor rotor and pump rotor, these two components perform cyclical relative movements to each other during their rotation. For the motor rotor—driving the pump rotor—this results in local force components with a component that deviates from the circumferential direction. With regard to their support and mutual compensation close to the point of origin, mounting the motor rotor adjacent to the hydraulic pump is particularly favorable.
In abermals anderer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Hydraulikpumpe einen eine hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung aufweisenden Pumpen-Grundkörper, an welchem der Lagerzapfen angebracht ist. Die vorstehend erwähnten, innerhalb des Lagerzapfens angeordneten Strömungskanäle kommunizieren bevorzugt mit jener hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung. In letzterer 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 Pumpen-Grundkörper und dem Lagerzapfen. So lässt sich ein größtmöglicher Integrationsgrad realisieren; und bei der Herstellung von Strömungskanälen auf der Oberfläche von Pumpen-Grundkörper und/oder 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.In yet another preferred embodiment of the invention, the hydraulic pump comprises a pump base body which has a hydraulic control and line arrangement and to which the bearing journal is attached. The aforementioned flow passages located within the trunnion preferably communicate with that hydraulic control and piping arrangement. The hydraulic switching and control elements (such as valves, throttles, etc.) required for the respective application are advantageously accommodated in the latter. In the interests of a particularly compact design of the hydraulic pressure supply unit, at least one flow channel of the hydraulic control and line arrangement extends at least in sections along a separating surface between the pump body and the bearing journal. In this way, the greatest possible degree of integration can be achieved; and when creating flow channels on the surface of the pump body and/or bearing journal before these parts are assembled, the reliable removal of chips and other contaminants is technically significantly easier than when drilling complex flow channels, which is favorable for operational safety. The same applies if, according to another preferred development According to the invention, the base body of the hydraulic pump is accommodated as a core in a housing jacket surrounding it, with at least one flow channel of the hydraulic control and line arrangement extending at least in sections along the interface between the base body and the housing jacket.
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.The hydraulic control and line arrangement can also be arranged at least partially in or on control plates layered to form a stack, in particular in that flow channels run at least in sections on mutually facing end faces of such control plates. Valves, throttles and/or other control elements can be inserted into the corresponding control plates. The control plate stack can be attached to the front of a pump body or at least essentially form one, in which case the control and bearing journals are firmly connected to the control plate stack, e.g. B. is firmly accommodated in at least a part of the control plates penetrating bore.
In abermals anderer bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist ein den Elektromotor umgebendes Motorgehäuse starr mit dem vorstehend erwähnten Gehäusemantel verbunden oder sogar einstückig mit diesem ausgeführt. Letzteres ist nicht nur in baulicher Hinsicht günstig, sondern auch ganz besonders vorteilhaft, wenn der Elektromotor als Unterölmotor ausgeführt ist; denn bei einstückiger Ausführung von Gehäusemantel und Motorgehäuse entfällt jegliches Abdichtungsproblem. In yet another preferred development of the invention, a motor housing surrounding the electric motor is rigidly connected to the above-mentioned housing jacket or is even designed in one piece with it. The latter is not only favorable from a structural point of view, but also particularly advantageous if the electric motor is designed as an oil-immersed motor; because with a one-piece design of the housing shell and motor housing, there are no sealing problems whatsoever.
Hiervon profitiert die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems.The reliability of the hydraulic system according to the invention benefits from this.
Gemäß einer wiederum anderen bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist der Elektromotor als bürstenloser Gleichstrommotor ausgeführt. Dessen bauliche Charakteristika und Betriebseigenschaften sind für die Umsetzung der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft. Insoweit ergeben sich synergetische Vorteile im Hinblick auf den in Umsetzung der vorliegenden Erfindung angestrebten und möglichen Betrieb der Hydraulikpumpe über eine besonders große Bandbreite unterschiedlicher Fördermengen. Dies gilt insbesondere bei der erfindungsgemäßen Ausführung des Elektromotors in Außenläuferbauweise, wobei in diesem Falle in besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Stator auf dem Lagerzapfen angeordnet, d. h. mit diesem dreh- und axialfest verbunden ist. So lassen sich besonders kompakte und trotzdem sehr leistungsfähige und zuverlässige hydraulische Druckversorgungseinheiten realisieren. Die Außenläuferbauweise wirkt sich dabei ergänzend auch insoweit vorteilhaft aus, als der Motorrotor im gesteigerten Maß als Schwungmasse wirken kann. Hiervon profitiert die Laufruhe der Druckversorgungseinheit, indem ein möglicher Einfluss der zyklischen Relativbewegung von Pumpenrotor und Motorrotor zueinander weiter abnimmt.According to yet another preferred development of the invention, the electric motor is designed as a brushless DC motor. Its structural and operational characteristics are particularly advantageous for the implementation of the present invention. In this respect, there are synergetic advantages with regard to the possible operation of the hydraulic pump over a particularly wide range of different delivery rates, which is intended and possible in the implementation of the present invention. This applies in particular to the embodiment of the electric motor according to the invention with an external rotor design, in which case, in a particularly advantageous embodiment, the stator is arranged on the bearing journal, i. H. is rotatably and axially connected to this. In this way, particularly compact yet very powerful and reliable hydraulic pressure supply units can be implemented. The external rotor design also has an advantageous effect insofar as the motor rotor can act to a greater extent as a flywheel. The smooth running of the pressure supply unit benefits from this, as a possible influence of the cyclical relative movement of the pump rotor and motor rotor to one another further decreases.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines in der Zeichnung veranschaulichen bevorzugten Ausführungsbeispiels eines nach der Erfindung ausgeführten hydraulischen Systems näher erläutert. Die Zeichnung zeigt dabei (im Detail) einen Axialschnitt durch eine hydraulische Druckversorgungseinheit und (schematisch) einen durch diese beaufschlagten hydraulischen Verbraucher.The present invention is explained in more detail below with reference to a preferred exemplary embodiment of a hydraulic system designed according to the invention, which is illustrated in the drawing. The drawing shows (in detail) an axial section through a hydraulic pressure supply unit and (schematically) a hydraulic consumer acted upon by this.
Die hydraulische Druckversorgungseinheit umfasst als Hauptkomponenten eine schlitzgesteuerte Radialkolben-Hydraulikpumpe 1 und einen diese antreibenden Elektromotor 2. Die Hydraulikpumpe 1 umfasst ihrerseits einen Pumpen-Grundkörper 3, einen daran fixierten, nämlich in eine entsprechende Bohrung 4 eingesetzten Lagerzapfen 5 und einen auf diesem drehbar gelagerten Pumpenrotor 6 mit in radialen Kolbenbohrungen 7 radial verschiebbar aufgenommenen Pumpkolben 8. Funktionsrelevanter Bestandteil der Hydraulikpumpe 1 ist weiterhin ein den Pumpenrotor 6 umgebender, zu diesem exzentrisch angeordneter Steuerring 9. Mit diesem wirken die Pumpkolben 8 zusammen, indem - unter Zwischenschaltung eines als Schallschutzring 10 ausgeführten Schallschutzelements 11 - die radial äußeren Stirnflächen 12 der Pumpkolben 8 an dem Steuerring 9 anliegen. Die schlitzgesteuerte Funktionsweise der Hydraulikpumpe 1 ergibt sich, indem, in als solches bekannter Weise, in dem Lagerzapfen 5 unter dem Pumpenrotor 6 zwei Steuerschlitze 13, 14 vorgesehen sind, die mit einem druckseitigen Strömungskanal 15 bzw. einem saugseitigen Strömungskanal 16 kommunizieren. Insoweit kommt dem Lagerzapfen 5 zusätzlich die Funktion eines Steuerzapfens zu, d. h. er bildet einen Lager- und Steuerzapfen.The main components of the hydraulic pressure supply unit include a slot-controlled radial-piston
Der die Hydraulikpumpe 1 antreibende Elektromotor 2 ist als bürstenloser Gleichstrommotor in Außenläuferbauweise ausgeführt. Der den Stator 17 umfangsseitig umgebende Motorrotor 18 weist eine etwa topfförmige Gestalt auf. Er ist als Ganzes aus magnetisierbarem Kunststoff spritzgegossen. Der Mantelabschnitt 19 des Motorrotors 18 ist in als solches bekannter Weise mit abwechselnder Polung magnetisiert. Der weiter oben erwähnte Steuerring 9 ist dabei integraler Bestandteil des Motorrotors 18. Durch den sich über die pumpenseitige Stirnfläche 20 des Motorrotors 18 hinaus erstreckenden Steuerring 9 wird an dem Motorrotor 18 eine stirnseitige Aussparung 21 zur Aufnahme der Hydraulikpumpe 1 ausgebildet. Der Steuerring 9 ist dergestalt magnetisiert, dass er auf die Pumpkolben 8 eine Anziehungskraft ausübt, so dass diese an dem Steuerring 9 bzw. dem Schallschutzring 10 haften.The
Der Lagerzapfen 5 weist einen über den Pumpenrotor 6 hinaus vorstehenden Überstand 22 auf. Auf diesem ist der Motorrotor 18 drehbar gelagert. Zu diesem Zweck ist in den Motorrotor 18 eine Lagerbuchse 23 eingegossen. Weiterhin ist auf dem Überstand 22 des Lagerzapfens 5 der Stator 17 des Elektromotors 2 montiert. Die Motorachse X, d. h. die Rotationsachse des Motorrotors 18 und die Pumpenachse Y, d. h. die Rotationsachse des Pumpenrotors 6 weisen einen Parallelversatz a zueinander auf. Hierzu weist der Lagerzapfen 5 einen zur Motorachse X konzentrischen ersten Lagerbereich 24 für den Motorrotor 18 und einen zur Motorachse X exzentrischen zweiten Lagerbereich 25 für den Pumpenrotor 6 auf. Der Lagerbereich 24 des Motorrotors 18 auf dem Lagerzapfen 5 ist dabei benachbart der Hydraulikpumpe 1 angeordnet.The
Der Pumpenrotor 6 ist magnetisch mit dem Motorrotor 18 drehgekoppelt. Hierzu sind in den Pumpenrotor 6 an dessen dem Motorrotor 18 zugewandter Stirnfläche 26 Permanentmagnete 27 eingelassen. Und die gegenüberliegende Stirnfläche 20 des Motorrotors 18 weist den Permanentmagneten 27 des Pumpenrotors 6 gegenüberstehend korrespondierend magnetisierte Mitnehmer-Abschnitte 28 auf. Durch die Anziehungskräfte zwischen den Mitnehmer-Abschnitten 28 und den Permanentmagneten 27 dreht sich der Pumpenrotor 6 ungeachtet des Achsversatzes a zwischen Motorachse X und Pumpenachse Y mit gleicher Drehzahl wie der Motorrotor 18.The pump rotor 6 is rotationally coupled magnetically to the
Der Pumpen-Grundkörper 3 ist, in diesem fixiert, in Art eines Kerns in einem ihn umgebenden Gehäusemantel 29 aufgenommen. Er umfasst eine - mit den sich innerhalb des Lagerzapfens erstreckenden Strömungskanälen 15, 16 kommunizierende - hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung mit nur schematisch angedeuteten hydraulischen Schalt- und Steuerelementen wie Strömungskanälen, Drosseln, Ventilen, Druckbegrenzern, etc. Die hydraulische Steuer- und Leitungsanordnung umfasst dabei unter anderem Strömungskanäle 30, die sich abschnittsweise entlang der Trennfläche 31 zwischen dem Pumpen-Grundkörper 3 und dem Lagerzapfen 5 erstrecken. Weiterhin erstrecken sich Strömungskanäle 32 der hydraulischen Steuer- und Leitungsanordnung abschnittsweise entlang der Trennfläche 33 zwischen dem Pumpen-Grundkörper 3 und dem Gehäusemantel 29. Mit diesen Strömungskanälen 32 kommunizieren die beiden an dem Gehäusemantel 29 vorgesehenen Pumpenanschlüsse 34, 35, aus denen heraus - in als solches bekannter Weise - eine Beaufschlagung des durch einen Linearaktuator 36 gebildeten hydraulischen Verbrauchers V erfolgt.The
Der Gehäusemantel 29 geht einstückig in ein den Elektromotor 2 umgebendes, stirnseitig durch einen Deckel 37 dicht verschlossenes Motorgehäuse 38 über. Der Elektromotor 2 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 1 kann Hydraulikflüssigkeit gezielt den Raum, in welchem der Elektromotor 2 angeordnet ist, durchströmen.The
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