DE19859340C2 - Elektrohydraulische Einheit - Google Patents

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.