DE10331191A1

DE10331191A1 - Elektrohydraulisches Pumpenaggregat

Info

Publication number: DE10331191A1
Application number: DE2003131191
Authority: DE
Inventors: Franz Forster
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Material Handling GmbH
Priority date: 2003-07-10
Filing date: 2003-07-10
Publication date: 2005-01-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Pumpenaggregat mit einem Elektromotor (1) und einer davon angetriebenen, in den Elektromotor (1) integrierten und koaxial dazu angeordneten hydraulischen Pumpe (2). Der Elektromotor (1) weist einen Stator (4) und einen innenliegenden Rotor (5) auf. Um geringe Verluste und einen einfachen Aufbau zu erzielen, ist erfindungsgemäß die Pumpe (2) in einem flüssigkeitsdichten, radial innerhalb des Rotors (5) angeordneten und nicht rotierenden Pumpengehäuse (7) angeordnet. Hierbei befindet sich die Pumpe (2) bevorzugt in einer stirnseitigen Axialausnehmung (5a) des Rotors (5), in das sich das Pumpengehäuse (7) hineinerstreckt. Das Pumpengehäuse (7) weist im Bodenbereich der Axialausnehmung (5a) eine zur Drehachse (D) des Rotors (5) koaxiale Öffnung (7a) auf, durch die eine mit dem Rotor (5) drehstarr verbundene Motorwelle (6) abgedichtet hindurchgeführt und mit einem Pumpenrotor (2a) gekoppelt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Pumpenaggregat mit einem Elektromotor und einer davon angetriebenen, in den Elektromotor integrierten und koaxial dazu angeordneten hydraulischen Pumpe, wobei der Elektromotor einen Stator und einen innenliegenden Rotor aufweist.

Ein gattungsgemäßes Pumpenaggregat ist in der EP 0 819 848 B1 offenbart. Der als sogenannter „Innenläufer" ausgebildete Elektromotor verfügt über einen Rotor der mit Hilfe eines in Rotormitte angeordneten Nadellagers auf einem feststehenden, an einem Lagerschild angeformten Achszapfen drehbar gelagert ist. Der Rotor ist hülsenförmig ausgebildet und nimmt in seinem Inneren eine in axialer Verlängerung des Achszapfens angeordnete Axialkolbenpumpe auf, die aus dem Gehäuse des Elektromotors ansaugt. Da sich Hydrauliköl im Gehäuse des Elektromotors befindet, entstehen einerseits Planschverluste durch den im Hydrauliköl drehenden Rotor, anderseits müssen die Wicklungen des Elektromotors ölbeständig und abriebfest gegenüber dem strömenden Hydrauliköl ausgeführt sein.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrohydraulisches Pumpenaggregat der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, das geringe Verluste und einen einfachen Aufbau aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pumpe in einem flüssigkeitsdichten, radial innerhalb des Rotors angeordneten und nicht rotierenden Pumpengehäuse angeordnet ist.

Der erfindungswesentliche Gedanke besteht demnach darin, die innerhalb der Abmessungen des Elektromotors untergebrachte Pumpe zu kapseln und dadurch Planschverluste zu vermeiden. Gleichzeitig vereinfacht sich der Aufbau des Elektromotors, da das Gehäuse innen trocken bleibt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Pumpe in einer stirnseitigen Axialausnehmung des Rotors angeordnet, in das sich das Pumpengehäuse hinein erstreckt und das im Bodenbereich der Axialausnehmung eine zur Drehachse des Rotors koaxiale Öffnung aufweist, durch das eine mit dem Rotor drehstarr verbundene Motorwelle abgedichtet hindurch geführt und mit einem Pumpenrotor gekoppelt ist.

Besonders günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung, gemäß der eine erste Lagerstelle der Motorwelle im Pumpengehäuse im Bereich der zur Drehachse des Rotors koaxialen Öffnung und eine zweite Lagerstelle der Motorwelle im Bereich des zur Axialausnehmung entgegengesetzten Endes des Rotors angeordnet ist, wobei sich die Motorwelle über die erste Lagerstelle hinaus in das Pumpengehäuse hinein erstreckt und mit dem Pumpenrotor in Antriebs- und Abstützverbindung steht.

Dadurch ergibt sich eine gemeinsame Lagerung von Motorwelle und Pumpenrotor, was die Anzahl der für das erfindungsgemäße Pumpenaggregat erforderlichen Bauteile gering hält. Die Motorwelle übernimmt sowohl den Antrieb des Pumpenrotors als auch die Abstützung von in der Pumpe erzeugten Querkräften („fliegende Abstützung" des Pumpenrotors). Das Pumpengehäuse dient als Lagerschild des Elektromotors.

Das Pumpengehäuse weist mit Vorteil einen Befestigungsflansch auf, der axial zwischen der Stirnseite eines Mantelabschnitts eines Gehäuses des Elektromotors und einem Abschlussdeckel des Pumpengehäuses angeordnet ist. Das Pumpengehäuse und dessen Abschlussdeckel können hierbei gemeinsam am Mantelabschnitt des Gehäuses des Elektromotors befestigt werden.

Sofern der Abschlussdeckel eine zentrische Bohrung zur Durchführung eines mit der Motorwelle verbundenen Wellenfortsatzes aufweist, ist es möglich, mit dem Elektromotor weitere Verbraucher anzutreiben oder die Drehbewegung des Rotors zu Steuerungs- bzw. Regelungszwecken einem Drehgeber zuzuführen.

Die Pumpe des erfindungsgemäßen Pumpenaggregats kann mit Vorteil als Axialkolbenpumpe, insbesondere als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet sein, die einen auf der Motorwelle fliegend abgestützten Zylinderblock aufweist. Der Zylinderblock stellt hierbei den Pumpenrotor dar. Gleichwohl ist es auch möglich, die Axialkolbenmaschine als Taumelscheibenmaschine auszubilden, bei der an der Motorwelle eine rotierende Taumelscheibe als Huberzeuger befestigt oder daran angeformt ist.

Zweckmäßigerweise ist zumindest eine der Lagerstellen zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet, so dass auch die in Längsrichtung wirksamen inneren Kräfte der Pumpe aufgenommen werden können. Dies ist insbesondere bei Verwendung einer Axialkolbenpumpe von Vorteil.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Abschlussdeckel als Steuerbodenaufnahme der Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet und mit einem Druck- und einem Saugkanal versehen ist.

Sofern auf dem Abschlussdeckel eine Leistungssteuerung des Elektromotors mit Flächenkontakt befestigt ist, kann auf einfache Weise die wärmeabgebende Leistungssteuerung durch das die Pumpe durchströmende Hydrauliköl gekühlt werden.

Um eine möglichst große Fläche für den Kontakt zwischen der Leistungssteuerung und dem Abschlussdeckel zu erzielen, ist es günstig, wenn der Abschlussdeckel radial angeordnete Anschlussmündungen für den Druckkanal und den Saugkanal aufweist. Die Anschlussleitungen der Pumpe werden also seitlich am Abschlussdeckel befestigt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Elektromotor als Drehstrom-Synchronmotor ausgebildet.

Ein besonders einfacher Aufbau des erfindungsgemäßen elektrohydraulischen Pumpenaggregats ergibt sich dann, wenn die Pumpe konstantes Fördervolumen pro Umdrehung aufweist. Hierbei kann die Steuerung bzw. Regelung der Fördermenge durch eine Drehzahlanpassung des Elektromotors erfolgen. Gleichwohl ist es grundsätzlich auch möglich, die Pumpe als Verstellpumpe auszubilden, beispielsweise als Axialkolbenpumpe mit schwenkbarer Schrägscheibe.

Das Pumpenaggregat eignet sich vor allem für die Verwendung in einer Arbeitsmaschine, insbesondere für die Versorgung einer Hub- und/oder Lenkhydraulik eines Flurförderzeugs.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden anhand des in der schematischen Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das erfindungsgemäße Pumpenaggregat verfügt über einen im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Drehstrom-Synchronmotor ausgebildeten Elektromotor 1 und eine davon angetriebene hydraulische Pumpe 2. Der Elektromotor 1 weist ein topfförmiges Gehäuse auf, das aus einen Mantelabschnitt 3 und einen Bodenabschnitt 3a umfasst. In dem Mantelabschnitt 3 ist ein Stator 4 befestigt.
Radial innerhalb des Stators 4 ist ein Rotor 5 angeordnet, der auf einer Motorwelle 6 drehstarr befestigt ist. Der Rotor 5 weist eine stirnseitige Axialausnehmung 5a auf, innerhalb der die Pumpe 2 angeordnet ist. Hierbei erstreckt sich ein in Bezug auf das Innere des Elektromotors 1 flüssigkeitsdichtes Pumpengehäuse 7 der Pumpe 2 in die Axialausnehmung 5a hinein. Durch eine koaxial zur Drehachse D des Rotors 5 angeordnete Öffnung 7a im Pumpengehäuse 7 ist die Motorwelle 6 abgedichtet in das Pumpengehäuse 7 geführt.
Die Motorwelle 6 ist mittels einer ersten Lagerstelle 8 und einer zweiten Lagerstelle 9 drehbar gelagert. Die erste Lagerstelle 8 befindet sich im Pumpengehäuse 7 unmittelbar benachbart zur Öffnung 7a. Die zweite Lagerstelle 9 ist im Bereich des zur Axialausnehmung 5a entgegengesetzten Endes des Rotors 5 in dem Bodenabschnitt 3a des Gehäuses des Elektromotors 1 angeordnet. Das Pumpengehäuse 7 dient somit als Lagerschild für den Elektromotor 1. Als zweites Lagerschild fungiert der am Mantelabschnitt 3 angeformte Bodenabschnitt 3a des Gehäuses des Elektromotors 1.
Die Pumpe 2 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet. Demnach verfügt die Pumpe 2 über einen Pumpenrotor 2a in Form eines rotierenden Zylinderblocks. Als Steuerbodenaufnahme der Axialkolbenpumpe dient ein Abschlussdeckel 10, der zusammen mit dem Pumpengehäuse 7 (mittels eines daran angeformten Befestigungsflansches 7b) am Mantelabschnitt 3 des Gehäuses des Elektromotors 1 angeschraubt wird.
Wie bereits erwähnt, erstreckt sich die Motorwelle 6 über die erste Lagerstelle 8 hinaus in das Pumpengehäuse 7 hinein. Dort ist sie mit dem Zylinderblock (Pumpenrotor 2a) der Axialkolbenpumpe derart gekoppelt, dass eine Drehmomentübertragung erfolgen kann (bspw. durch eine Keilverzahnung). Darüber hinaus werden Quer- und Längskräfte von der Motorwelle 6 aufgenommen und durch die Lagerstellen 8 und 9 abgestützt. Hierbei ist zumindest eine der Lagerstellen, bevorzugt die erste Lagerstelle 8, zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet (hier: Kegelrollenlager).
Der Abschlussdeckel 10 ist mit einem Druckkanal 11 und mit einem Saugkanal 12 versehen, die jeweils radial angeordnete Anschlussmündungen aufweisen. Die in der Figur nicht dargestellten hydraulischen Anschlussleitungen der Pumpe 2 werden also seitlich am Abschlussdeckel befestigt. Dadurch ist es auf einfache Weise möglich, an dem Abschlussdeckel 10 eine Leistungssteuerung 13 (strichpunktiert dargestellt) des Elektromotors 1 mit Flächenkontakt anzuordnen und auf diese Weise die wärmeabgebenden Bauteile der Leistungssteuerung 13 indirekt mittels Hydrauliköl zu kühlen, das die Pumpe 2 durchströmt.
Der Abschlussdeckel 10 kann, wie in der Figur strichpunktiert dargestellt, eine zentrische Bohrung 14 zur Durchführung eines mit der Motorwelle 6 verbundenen Wellenfortsatzes 15 aufweisen. Somit können mit dem Elektromotor 1 weitere Verbraucher angetrieben werden oder es kann die Drehbewegung des Rotors 5 zu Steuerungs- bzw. Regelung des Elektromotors 1 einem Drehgeber zugeführt werden.
Die Pumpe 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel konstantes Fördervolumen pro Umdrehung auf. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine Pumpe mit verstellbarem Fördervolumen vorzusehen. Im Falle einer Axialkolbenpumpe in Schrägscheibe muss zu diesem Zweck die Schrägscheibe schwenkbar sein und es sind Verstell- sowie Steuer- bzw. Regeleinrichtungen vorzusehen.
Ein besonders geeignetes Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Pumpenaggregat sind Arbeitsmaschinen, insbesondere Flurförderzeuge. So kann das vorstehend beschriebene Pumpenaggregat z. B. für die Hub- und/oder Lenkhydraulik eines batterie-elektrisch betriebenen Gabelstapler Verwendung finden.

Claims

Elektrohydraulisches Pumpenaggregat mit einem Elektromotor und einer davon angetriebenen, in den Elektromotor integrierten und koaxial dazu angeordneten hydraulischen Pumpe, wobei der Elektromotor einen Stator und einen innenliegenden Rotor aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) in einem flüssigkeitsdichten, radial innerhalb des Rotors (5) angeordneten und nicht rotierenden Pumpengehäuse (7) angeordnet ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) in einer stirnseitigen Axialausnehmung (5a) des Rotors (5) angeordnet ist, in das sich das Pumpengehäuse (7) hinein erstreckt und das im Bodenbereich der Axialausnehmung (5a) eine zur Drehachse (D) des Rotors (5) koaxiale Öffnung (7a) aufweist, durch die eine mit dem Rotor (5) drehstarr verbundene Motorwelle (8) abgedichtet hindurch geführt und mit einem Pumpenrotor (2a) gekoppelt ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Lagerstelle (8) der Motorwelle (6) im Pumpengehäuse (7) im Bereich der zur Drehachse (D) des Rotor koaxialen Öffnung (7a) und eine zweite Lagerstelle (9) der Motorwelle (6) im Bereich des zur Axialausnehmung (5a) entgegengesetzten Endes des Rotors (5) angeordnet ist, wobei sich die Motorwelle (6) über die erste Lagerstelle (8) hinaus in das Pumpengehäuse (7) hinein erstreckt und mit dem Pumpenrotor (2a) in Antriebs- und Abstützverbindung steht.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpengehäuse (7) einen Befestigungsflansch (7b) aufweist, der axial zwischen der benachbarten Stirnseite eines Mantelabschnitts (3) eines Gehäuses des Elektromotors (1) und einem Abschlussdeckel (10) des Pumpengehäuses (7) angeordnet ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (10) eine zentrische Bohrung zur Durchführung eines mit der Motorwelle verbundenen Wellenfortsatzes aufweist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (2) als Axialkolbenpumpe, insbesondere als Axialkolbenpumpe in Schrägscheibenbauweise ausgebildet ist, die einen auf der Motorwelle (6) fliegend gelagerten Zylinderblock aufweist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Lagerstellen (8; 9) zur Aufnahme von Axialkräften ausgebildet ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 4 oder 5 und einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (10) als Steuerbodenaufnahme der Axialkolbenmaschine in Schrägscheibenbauweise ausgebildet und mit einem Druck- (11) und einem Saugkanal (12) versehen ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Abschlussdeckel (10) eine Leistungssteuerung (13) des Elektromotors (1) mit Flächenkontakt befestigt ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschlussdeckel (10) radial angeordnete Anschlussmündungen für den Druckkanal (11) und den Saugkanal (12) aufweist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (1) als Drehstrom-Synchronmotor ausgebildet ist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (1) konstantes Fördervolumen pro Umdrehung aufweist.
Elektrohydraulisches Pumpenaggregats nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer Arbeitsmaschine, insbesondere für die Versorgung einer Hub- und/oder Lenkhydraulik eines Flurförderzeugs.