DE19859340C2 - Elektrohydraulische Einheit - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine elektrohydraulische Einheit, ge
mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Einheiten werden bei heutigen Kraftfahrzeugen ein
gesetzt, um beispielsweise eine Servolenkung, ein Antiblo
ckiersystem oder auch eine Niveauregulierung mit Druckmittel
zu versorgen. Dem Elektromotor ist hierzu unmittelbar an sei
ner Antriebswelle eine Pumpeneinheit angeflanscht, welche zu
sammen mit der Steuerelektronik in einem gemeinsamen Gehäuse
untergebracht ist. Hierdurch entstehen gegenüber riemenge
triebenen Hydraulikpumpen Einbauvorteile, wobei gleichzeitig
ein hoher Wirkungsgrad erreicht wird.
Die steigenden Anforderungen an solche elektrohydraulischen
Einheiten führten zum Einsatz von Elektromotoren mit hoher
Leistungsdichte. Nachteilig wirkt sich die trotz unveränder
ter Verlustleistung erhöhte Wärmeentwicklung aus, die zu Stö
rungen an der vergleichsweise temperaturempfindlichen Steuer
elektronik führen kann.
Es ist bereits daran gedacht worden, die Steuerelektronik ge
trennt von den übrigen Bauteilen der Hydraulikpumpe im Kraft
fahrzeug anzuordnen, um so ein Aufheizen der Steuerelektronik
zu vermeiden. Nachteilig wirkt sich hierbei der erhöhte Auf
wand bei der Montage der Einheit und die gegenüber mechanischer
Beschädigung ungeschützte Position außerhalb des Gehäu
ses aus. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Sicher
heitsrelevanz der Hydraulikpumpe von erheblichem Nachteil.
Weiterhin liegt die Temperatur im Motorraum häufig ebenfalls
über der für die Steuerelektronik maximal zulässigen Tempera
tur, so dass die Steuerelektronik außerhalb des Motorraumes
beispielsweise im Frischluftstrom angeordnet werden muss.
Aus der DE 298 02 441 U1 ist ein hydraulisches Motorpumpenag
gregat bekannt, bei welchem ein als Trockenläufer ausgebilde
ter Elektromotor in einem Reservoir für die Druckflüssigkeit
angeordnet ist. Dieses Reservoir wird gebildet durch das Ge
häuse des Motorpumpenaggregats und einer Kapselung, welche
das Gehäuse des Elektromotors darstellt. Dabei fließt die
Flüssigkeit aus dem Pumpenraum durch Strömungskanäle, welche
im Ringflansch des Gehäuses angeordnet sind, in das Reser
voir zwischen Kapselung und Gehäuse. Aussagen über die Anord
nung einer Steuerelektronik sind dieser Entgegenhaltung nicht
zu entnehmen.
Die Entgegenhaltung DE 196 28 781 A1 zeigt ein Pumpenaggre
gat, mit einer Antriebskühlung, bei welchem der Motor mit
Hilfe der zu fördernden Flüssigkeit gekühlt wird. Um den An
trieb herum wird außerhalb des Motorinnenraumes die saugsei
tig strömende Pumpflüssigkeit geführt. Der Adapterflansch und
das Pumpengehäuse sind dabei einstückig ausgebildet, wobei
der Flanschinnenraum und der Pumpeninnenraum das Reservoir
für die Hydraulikflüssigkeit bilden.
Ein Motorpumpenensemble, bei welchen ein Gehäuse, welches ei
nen Frequenzwandler enthält, auf dem äußeren Zylinder der
Pumpe angeordnet ist, ist aus der US-PS 5,674,056 bekannt.
Auch hier fließt die Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Gehäu
se des Gesamtensembles und dem Motorgehäuse.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine elektrohydrau
lische Einheit der eingangs genannten Art so zu gestalten,
dass der Einsatz von Elektromotoren höherer Leistungsdichte
möglich ist, ohne dass hierfür eine zusätzliche externe Küh
lung der Steuerelektronik erforderlich ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des
Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass der gesamte als Innenläu
fer ausgebildete EC-Motor von der zwangsumgewälzten Hydrau
likflüssigkeit gekühlt wird. Da der EC-Motor nach dem Tro
ckenläuferprinzip arbeitet, wird kein zusätzliches Öl benö
tigt.
Insbesondere, wenn der Elektromotor im Inneren eines die Hy
draulikflüssigkeit aufnehmenden Hydraulikflüssigkeitsbehäl
ters angeordnet ist, lässt sich die zwischen dem Motor und
der Hydraulikflüssigkeit erreichbare Wärmeaustauschfläche er
heblich vergrößern, wobei von dem Elektromotor die entstehen
de Wärme unmittelbar über sein Gehäuse an die Hydraulikflüs
sigkeit abgegeben werden kann. Der Wirkungsgrad lässt sich
dadurch weiter erhöhen und die Wärmeabfuhr wesentlich stei
gern. Zugleich wirkt die den Elektromotor umgebende Hydraulikflüssigkeit
als Schalldämpfer, so dass die nach außen
dringenden Geräusche deutlich reduziert werden.
Besonders günstig ist die Erfindung dadurch ausgeführt, dass
der Hydraulikflüssigkeitsbehälter zwei Schalen hat, in die
der Elektromotor eingesetzt ist. Der Elektromotor wird dabei
zunächst vollständig vorgefertigt. Anschließend können die
Schalen problemlos aufgesetzt werden. Das nachträgliche Ein
setzen des Elektromotors durch eine spezielle Öffnung und die
mühsame Fixierung im Inneren des Hydraulikflüssigkeitsbehäl
ters kann dabei entfallen.
Eine andere, besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfin
dung ist auch dann gegeben, wenn der Elektromotor ein Gehäuse
hat, mittels dessen die Schalen miteinander verbunden sind.
Hierdurch lässt sich eine wesentlich vereinfachte Montage der
beiden Schalen erreichen, wobei zugleich die Anzahl der er
forderlichen Bauteile reduziert werden kann. Dabei dient das
Gehäuse sowohl der Fixierung der beiden Schalen in einer den
Elektromotor umschließenden Position als auch der Montage der
so geschaffenen Hydraulikpumpe, beispielsweise im Motorraum.
Das Gehäuse des Elektromotors dient somit nicht nur der Ver
bindung zwischen den beiden Tankelementen, sondern bildet
auch die mechanische Aufnahme der beiden Schalen. Darüber
hinaus ist es Träger des Motors, der Pumpe und der Steuer
elektronik. Als Teil des Motors dient er der Momentenabstüt
zung.
Eine solche elektrohydraulische Einheit kann vorteilhaft in
einer Servolenkung, einer Niveauregulierung oder auch als e
lektrisch betriebene Kühlmittelpumpe eingesetzt werden.
In einer Ausgestaltung weist das Motorgehäuse eine beide
Schalen verbindende Öffnung auf, durch welche die Hydraulik
flüssigkeit strömt. Somit verbindet das Motorgehäuse die Ein
heit mit dem hydraulischen System.
Vorteilhafterweise ist die Steuerelektronik mittels einer von
der Hydraulikflüssigkeit benetzten Wärmeaustauschfläche kühl
bar ausgeführt. Die im Vergleich zu Elektromotor und Motor
raum niedrige Temperatur der Hydraulikflüssigkeit lässt sich
hierdurch zur Kühlung der Steuerelektronik nutzen. Eine Er
wärmung der Steuerung auf einen unzulässig hohen Wert und
eine damit verbundene, mögliche Beschädigung der Steuerelek
tronik kann somit verhindert werden. Dadurch lassen sich auch
leistungsstarke Elektromotoren mit hoher Wärmeentwicklung
einsetzen.
Eine Weiterbildung der Erfindung ist hierzu besonders gut ge
eignet, bei der die Wärmeaustauschfläche als Teil des Elek
tromotors ausgeführt ist. Hierdurch lässt sich die Wärme un
mittelbar im Bereich ihrer Entstehung an dem Elektromotor
mittels der Hydraulikflüssigkeit abführen. Die Erwärmung der
Hydraulikpumpe bleibt daher auf ein für
die Steuerelektronik verträgliches Maß beschränkt, wobei
zugleich der Wirkungsgrad des Elektromotors verbessert
und die thermische Stabilität erhöht wird.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Weiterbildung der
Erfindung, wenn die Wärmeaustauschfläche von der Hydrau
likflüssigkeit angeströmt ist. Die Anströmung der Wärme
austauschfläche gewährleistet eine nahezu vollständige
Benetzung, wobei insbesondere die Ausbildung von Ruhezo
nen oder Bereichen verminderter Strömungsgeschwindigkeit
vermieden und der Wärmeübergang verbessert werden kann.
Dadurch lässt sich eine weiter verbesserte Wärmeabfuhr
erreichen und der Wirkungsgrad zugleich steigern.
Dabei ist es besonders günstig, wenn die Wärmeaus
tauschfläche im Rücklauf des Hydraulikflüssigkeitskreis
laufes angeordnet ist. Die aus dem Rücklauf des Hydrau
likflüssigkeitskreislaufes in die Hydraulikpumpe eintre
tende Hydraulikflüssigkeit weist insbesondere durch eine
geeignete Anordnung der Leitungen im dem Kraftfahrzeug
eine vergleichsweise geringe Temperatur auf. Die Wärmeab
fuhr lässt sich dadurch weiter steigern.
Eine andere, besonders günstige Weiterbildung der Erfin
dung lässt sich auch dadurch erreichen, dass die Hydrau
likflüssigkeit in etwa tangential in den Hydraulikflüs
sigkeitsbehälter eintritt. Der Hydraulikflüssigkeit wird
dadurch bereits beim Eintritt in den Hydraulikflüssig
keitsbehälter eine Bewegungsrichtung aufgeprägt, die für
eine zuverlässige Anströmung der Wärmeaustauschfläche
bzw. des Elektromotors sorgt. Hierdurch wird eine weitge
hend gleichmäßige Anströmung erreicht, so dass ein ver
besserter Wärmeübergang an die Hydraulikflüssigkeit er
reicht wird. Zugleich wird durch die Verwirbelung inner
halb der Hydraulikflüssigkeit eine bessere Wärmeabfuhr
erreicht.
Die Steuerelektronik kann zusammen mit dem Elektromotor
eine bauliche Einheit bilden und eine gemeinsame Wärme
austauschfläche besitzen. Besonders vorteilhaft ist je
doch eine Weiterbildung der Erfindung, wenn die Steuere
lektronik eine von der Hydraulikflüssigkeit benetzte Wär
meaustauschfläche hat. Diese Ausführungsform ermöglicht
eine von dem Elektromotor unabhängige Anordnung der Steu
erelektronik. Hierdurch kann die Wärmeaustauschfläche und
deren Anordnung optimal auf die Erfordernisse der Steuer
elektronik angepasst werden. Hierbei können insbesondere
voneinander abweichende, maximal zulässige Temperaturen
der Steuerelektronik und des Elektromotors berücksichtigt
werden.
Günstig ist es hierbei auch, wenn die Steuerelektronik an
der Außenseite des Hydraulikflüssigkeitsbehälters ange
ordnet ist. Hierdurch können Störungen der Steuerelektro
nik, die durch Undichtigkeiten in der Hydraulikpumpe ent
stehen und dabei zu Schäden an der Steuerelektronik füh
ren können, vermieden werden. Lediglich die Wärmeaus
tauschfläche wird auf der Innenseite von der Hydraulik
flüssigkeit angeströmt und ermöglicht so eine gute Wärme
abfuhr. Hierzu sind die Bauelemente der Steuerelektronik,
welche einer vergleichsweise hohen Erwärmung unterliegen,
unmittelbar der Wärmeaustauschfläche zugeneigt.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Steuerelek
tronik außerhalb des Hydraulikflüssigkeitsbehälters an
dem Gehäuse angeordnet ist. Hierdurch entfällt die sonst
erforderliche Abdichtung der Steuerelektronik gegenüber
der Hydraulikflüssigkeit, wobei zugleich eine gute Wärme
abfuhr von der Steuerelektronik mittels des Gehäuses an
die Hydraulikflüssigkeit erreicht wird.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu.
Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine
davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend
beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer
Hydraulikpumpe in einer Ansicht von schräg
vorn,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch die Hydraulikpumpe,
Fig. 3 die Hydraulikpumpe in einer entlang der Linie
A-A geschnittenen Darstellung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Hydraulikpumpe 1 in
einer perspektivischen Darstellung aus einem Blickwinkel
von schräg vorn. Zu erkennen ist eine mit einem Deckel 2
verschlossene Aufnahme 3 einer nicht dargestellten Steu
erelektronik, welche mit einem Gehäuse 4 eines nicht
dargestellten Elektromotors einteilig verbunden ist. Mit
tels des Gehäuses 4 sind zwei Schalen 5, 6 miteinander
verbunden, die in ihrem Inneren die Hydraulikflüssigkeit
einschließen. Zur Befüllung der Hydraulikpumpe 1 mit Hy
draulikflüssigkeit hat die Schale 6 einen Einfüllstutzen
7, welcher mit einem Verschlussdeckel 8 verschlossen ist.
Die Fig. 2 zeigt die Hydraulikpumpe 1 in einer geschnit
tenen Seitenansicht. Zu erkennen ist das Gehäuse 4 eines
Elektromotors 9, welcher die beiden Schalen 5, 6 mitein
ander verbindet. Der Elektromotor 9 ist gegenüber den mit
Hydraulikflüssigkeit befüllten Schalen 5, 6 gedichtet und
hat zum Antrieb einer nicht dargestellten Fördereinheit
einen Flansch 10.
Die Hydraulikflüssigkeit tritt aus dem Rücklauf zunächst
durch eine nicht dargestellte Einlassöffnung senkrecht
zur Bildebene in etwa tangential in die Schale 6 ein und
umströmt anschließend das Gehäuse 4. Die an dem
Elektromotor 9 entstehende Wärme wird dadurch an die
Hydraulikflüssigkeit abgegeben, die anschließend durch
eine Durchlassöffnung 11 in dem Gehäuse 4 in die den
Vorlaufbereich bildende Schale 5 gelangt. Durch eine
nicht dargestellte Auslassöffnung tritt die Hydraulik
flüssigkeit schließlich aus der Hydraulikpumpe 1 aus.
Zur Befüllung ist die Schale 6 mit dem Einfüllstutzen 7
versehen.
Durch die Anordnung des Elektromotors 9 inmitten der
Hydraulikflüssigkeit wird neben einer guten Schall
dämpfung auch eine erheblich bessere Abfuhr der entste
henden Wärme über das als Wärmeübertragungsfläche ausge
führte Gehäuse 4 erreicht. Das Gehäuse 4 ist in seinem
oberen Bereich mit der Aufnahme 3 für eine Steuerelektro
nik 12 einteilig verbunden. Dadurch wird einerseits eine
gute Wärmeabfuhr, vor allem der Leistungsbauelemente der
Steuerelektronik 12 mittels des Gehäuses 4 an die Hydrau
likflüssigkeit erreicht, andererseits braucht die Auf
nahme 3 gegenüber der Hydraulikflüssigkeit nicht abge
dichtet werden. Leitungselemente und Kontaktierungen kön
nen unmittelbar von der Aufnahme 3 in das Gehäuse 4 ge
führt und mit dem Elektromotor 9 verbunden werden, ohne
dass hierzu eine Abdichtung gegenüber der Hydraulikflüs
sigkeit erforderlich ist.
Zum Schutz der Steuerelektronik 12 gegen schädigende
Einflüsse des Motorraumes ist die Aufnahme 3 mit dem
Deckel 2 verschlossen. Die Montage der Hydraulikpumpe 1
ist daher gegenüber bekannten Pumpen wesentlich
erleichtert, da lediglich das Gehäuse 4 erforderlich ist,
welches neben dem Elektromotor 9 und der Aufnahme 3 für
die Steuerelektronik 12 zugleich auch die Schalen 5, 6
trägt. Dichtungsprobleme bei der Steuerelektronik 12
können aufgrund der Anordnung an der Außenseite des durch
die Schalen 5 und 6 gebildeten Hydraulikflüs
sigkeitsbehälters wirkungsvoll vermieden werden.
Fig. 3 zeigt die Hydraulikpumpe 1 in einer entlang der
Linie A-A geschnittenen Darstellung. Zu erkennen ist das
Gehäuse 4 mit der Durchlassöffnung 11, durch welche die
Hydraulikflüssigkeit vom Rücklauf in den Vorlauf gelangt.
Weiterhin ist der gegenüber dem Gehäuse 4 hervorsprin
gende Flansch 10 für eine nicht dargestellte Pumpe zu er
kennen, sowie die einteilig mit dem Gehäuse 4 verbundene
und mit dem Deckel 2 verschlossene Aufnahme 3, welche die
Steuerelektronik 12 aufnimmt.
Claims (9)
1. Elektrohydraulische Einheit, bei welcher ein Elektromotor eine Hydraulik
pumpe antreibt, welche eine Hydraulikflüssigkeit in einem hydraulischen Sy
stem umwälzt, wobei der Elektromotor als Trockenläufer ausgebildet ist und
im Inneren eines die Hydraulikflüssigkeit aufnehmenden Hydraulikflüssig
keitsbehälters angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Hydraulik
flüssigkeitsbehälter zwei Schalen (5, 6) hat, welche über ein Gehäuse (4)
des durch eine Steuerelektronik angesteuerten Elektromotors (9) miteinan
der verbunden sind, und das Motorgehäuse (4) eine beide Schalen (5, 6)
verbindende Öffnung (11) aufweist, durch welche die Hydraulikflüssigkeit von
einer Schale in die andere Schale strömt.
2. Elektrohydraulische Einheit nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerelektronik (12) mittels einer von der Hydraulikflüssigkeit be
netzten Wärmeaustauschfläche kühlbar ausgeführt ist.
3. Elektrohydraulische Einheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Wärmeaustauschfläche als Teil des Elektromotors (9) ausgeführt ist.
4. Elektrohydraulische Einheit nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Wärmeaustauschfläche von der Hydraulikflüssigkeit ange
strömt ist.
5. Elektrohydraulische Einheit nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschflä
che im Rücklauf des Hydraulikflüssigkeitskreislaufes angeordnet ist.
6. Elektrohydraulische Einheit nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydraulikflüssigkeit in
etwa tangential in den Hydraulikflüssigkeitsbehälter (Schalen 5, 6) eintritt.
7. Elektrohydraulische Einheit nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) eine
von der Hydraulikflüssigkeit benetzte Wärmeaustauschfläche hat.
8. Elektrohydraulische Einheit nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (12) an der
Außenseite des Hydraulikflüssigkeitsbehälters (Schalen 5, 6) angeordnet ist.
9. Elektrohydraulische Einheit nach zumindest einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektronik (12) außer
halb des Hydraulikflüssigkeitsbehälters (Schalen 5, 6) an dem Gehäuse (4)
angeordnet ist.
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