DE19930635A1 - Einrichtung zur Umwandlung von elektrischer in hydraulische Energie - Google Patents

Abstract

Bei einer Einrichtung zur Umwandlung von elektrischer in hydraulische Energie treibt ein Elektromotor eine Hydraulikpumpe oder mehrere zu einer Pumpeneinheit verbundene Hydraulikpumpen an. Die bewegten Massen von Elektromotor und Hydraulikpumpe verursachen Schwingungen, die die Aufhängung mechanisch belasten und - so weit sie im hörbaren Bereich liegen - zu einer störenden Geräuschentwicklung führen. Um derartige Schwingungen weitestgehend zu dämpfen, sind der Elektromotor und die Hydraulikpumpe jeweils für sich an einem Grundrahmen gehalten, wobei sowohl zwischen dem Grundrahmen und dem Elektromotor als auch zwischen dem Grundrahmen und der Hydraulikpumpe jeweils gesonderte Elemente zur Schwingungsdämpfung angeordnet sind. Die Einrichtung ist vorgesehen zur Versorgung von hydraulischen Verbrauchern mit Druckmittel, insbesondere in Anwendungsfällen, bei denen eine gute Schwingungsdämpfung erwünscht ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung von elektrischer in hydraulische Energie mit mindestens einer von einem Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe, bei der die Welle des Elektromotors und die Welle der Hydraulikpumpe durch eine Kupplung derart miteinander verbunden sind, daß beide Wellen eine gemeinsame Drehachse aufweisen, und mit Mitteln zur Schwingungsdämpfung.

Bei derartigen Einrichtungen verursachen die bewegten Massen des Elektromotors und der Hydraulikpumpe Schwingungen. Diese Schwingungen bewirken nicht nur eine mechanische Belastung der Aufhängung von Elektromotor und Hydraulikpumpe. Soweit die Frequenzen der Schwingungen im hörbaren Bereich liegen, führen sie zusätzlich zu einer störenden Geräuschentwicklung. Um diese Nachteile so weit wie möglich zu vermeiden, werden schwingungsdämpfende Maßnahmen vorgesehen.

Aus der EP 0 627 558 B1 ist eine Einrichtung der eingangs genannten Art bekannt. Ein Elektromotor ist über schwingungs­ dämpfend ausgebildete Tragfüße an einer Unterlage gehalten. An dem Elektromotor ist eine Hydraulikpumpe gehalten. Der Elektromotor und die Hydraulikpumpe sind von einer schall­ dämpfenden Verkleidung umgeben. Zwischen dem Elektromotor und der Hydraulikpumpe sind keine Mittel zur Schwingungsdämpfung vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Einrich­ tung der eingangs genannten Art die Schwingungsdämpfung weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch die getrennte Befestigung von Elektro­ motor und Hydraulikpumpe an dem Grundrahmen ist es möglich, die Dämpfungselemente für den Elektromotor und für die Hydraulikpumpe getrennt zu optimieren. Durch diese Maßnahme läßt sich die Schwingungsdämpfung der gesamten Einrichtung wesentlich verbessern.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter­ ansprüchen gekennzeichnet. Diese Maßnahmen erlauben eine Entkopplung der Wellen von Elektromotor und Hydraulikpumpe. Eine vorteilhafte Weiterbildung erlaubt die Verwendung einer weichen Kupplung zwischen den Wellen von Elektromotor und Hydraulikpumpe. Ergänzend sind weitere Maßnahmen angegeben, die die Schwingungsdämpfung weiter Verbessern.

Die Erfindung wird im folgenden mit ihren weiteren Einzel­ heiten anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Aus­ führungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen in teilweise geschnittener Darstellung

Fig. 1 eine seitliche Ansicht einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der mehrere Hydraulikpumpen zu einer Baueinheit zusammengefaßt sind,

Fig. 2 eine weitere seitliche Ansicht der in der Fig. 1 dargestellten Einrichtung, die gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten Ansicht um 90° gedreht ist,

Fig. 3 die Draufsicht auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einrichtung,

Fig. 4a einen Schnitt durch ein Dämpfungslager zwischen Elektromotor und Grundrahmen,

Fig. 4b die Draufsicht auf das in der Fig. 4a dargestellte Dämpfungslager,

Fig. 5 das Verbindungselement zwischen der Pumpeneinheit und dem Grundrahmen und

Fig. 6 die Verbindungselemente zwischen dem Elektromotor und der Pumpeneinheit.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ansichten eines Ausführungsbeispiels einer Einrichtung gemäß der Erfindung. Die Fig. 4 bis 6 zeigen Einzelheiten dieser Einrichtung in vergrößerter Darstellung.

Die Fig. 1 zeigt eine seitliche Ansicht eines Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Einrichtung. An einem Grund­ rahmen 1 sind ein Elektromotor 2 und eine Pumpeneinheit 3 gehalten. Die Pumpeneinheit 3 besteht in diesem Ausführungs­ beispiel aus drei miteinander verbundenen Hydraulikpumpen 4, 5 und 6. Im einfachsten Fall besteht die Pumpeneinheit 3 aus einer einzigen Hydraulikpumpe. Der Elektromotor 2 und die Pumpeneinheit 3 sind jeweils für sich an dem Grundrahmen 1 gehalten. Zwischen dem Grundrahmen 1 und dem Elektromotor 2 sind vier Dämpfungslager 7, 8, 9, 10 angeordnet, die als Elemente zur Schwingungsdämpfung dienen. In der Fig. 1 sind nur die Dämpfungslager 7 und 8 sichtbar, die Dämpfungslager 9 und 10 sind von den Dämpfungslager 7 bzw. 8 verdeckt. Der Aufbau der Dämpfungslager 7 bis 10 ist weiter unten am Beispiel des Dämpfungslagers 7 in der Fig. 4 dargestellt. Zwischen der Hydraulikpumpe 5 der Pumpeneinheit 3 und dem Grundrahmen 1 ist ein weiteres Element 11 zur Schwingungs­ dämpfung angeordnet. Das Element 11 greift unter dem Schwer­ punkt SP der Pumpeneinheit 3 an, der in diesem Ausführungs­ beispiel im Bereich der Hydraulikpumpe 5 liegt. Einzelheiten des Elements 11 sind weiter unten anhand der Fig. 5 beschrieben.

Eine Kupplung 12 verbindet die Welle 13 des Elektromotors 2 mit der Welle 14 der Hydraulikpumpe 4. Die Wellen der die Pumpeneinheit 3 bildenden Hydraulikpumpen 4, 5 und 6 sind ebenfalls miteinander verbunden. Die Wellen 13 und 14 sowie die nicht bezeichneten Wellen der Hydraulikpumpen 5 und 6 weisen eine gemeinsame Drehachse 15 auf. Einzelheiten der Kupplung 12 sind weiter unten anhand der Fig. 6 beschrieben. Die in der Fig. 1 verdeckten Wellen 13 und 14 sind in den Fig. 2 und 6 dargestellt. Zwischen dem Gehäuse des Elektromotors 2 und dem Gehäuse der Hydraulikpumpe 4 ist ein weiteres Element 16 zur Schwingungsdämpfung angeordnet. Einzelheiten des Elements 16 sind zusammen mit den Einzel­ heiten der Kupplung 12 anhand der Fig. 6 beschrieben.

Die Pumpeneinheit 3 ist von einer Abdeckung 17 aus schall­ dämpfenden Material umgeben. Die Abdeckung 17 ist quader­ förmig ausgebildet und an dem Element 16 zur Schwingungs­ dämpfung gehalten.

Der Grundrahmen 1 ist als Pulsationsdämpfer für die von einem hier nicht dargestellten Tank für das Hydraulikmittel zu den Pumpen 4, 5 und 6 führenden Saugleitungen ausgebildet. Dabei ist jeder Pumpe 4, 5, 6 ein eigener Pulsationsdämpfe zuge­ ordnet. Die Pulsationsdämpfer sind als Kanäle 20, 21, 22 mit quadratischem Querschnitt ausgebildet, die sich in Längsrich­ tung des Grundrahmens 1 erstrecken. Die Kanäle 20, 21, 22 sind auf ihrer Unterseite und auf ihrer Oberseite mit Elementen in Form von Streben oder Platten zu dem Grundrahmen 1 verbunden. An die die Kanäle 20, 21, 22 auf der Oberseite des Grundrahmens 1 verbindenden Elemente sind die Dämpfungs­ lager 7 bis 10 für den Elektromotor 1 befestigt. Vier weitere Dämpfungslager 23, 24, 25, 26, die an den die Kanäle 20, 21, 22 auf Unterseite des Grundrahmens 1 verbindenden Elementen befestigt sind, verbinden den Grundrahmen 1 mit einer in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellten Unterlage. Bei dieser Unterlage handelt es sich beispielsweise um ein Fundament oder um den Rahmen einer Werkzeugmaschine. Die Dämpfungslager 23 bis 26 besitzen den gleichen Aufbau wie die Dämpfungslager 7 bis 10, mit denen der Elektromotor 2 an dem Grundrahmen 1 gehalten ist.

In die Druckleitungen, d. h. in die Leitungen, die von dem Druckanschluß der Pumpen 4, 5, 6 zu in den Figuren nicht dargestellten Verbrauchern führen, sind Pulsationsdämpfer 27, 28, 29 eingefügt. Die Pulsationsdämpfer 27 bis 29 sind an der Pumpeneinheit 3 gehalten.

Die Fig. 2 und 3 zeigen die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung aus anderen Blickrichtungen. Bei der Fig. 2 handelt es sich um eine weitere Seitenansicht, die gegenüber der in der Fig. 1 dargestellten Seitenansicht um 90° Grad gedreht ist. Die Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die in der Fig. 1 dargestellte Einrichtung.

Die Fig. 4a und 4b zeigen den Aufbau eines Dämpfungslagers am Beispiel des zwischen dem Elektromotor 2 und dem Kanal 20 des Grundrahmens 1 angeordneten Dämpfungslagers 7. Dämpfungs­ lager dienen allgemein zur schwingungsisolierenden und geräuschdämpfenden Lagerung von Geräten und Aggregaten. Die Fig. 4a zeigt einen Schnitt durch das Dämpfungslager 7, die Fig. 4b zeigt die Draufsicht auf das Dämpfungslager 7. Ein glockenförmiges Blechziehteil 31 ist zwischen zwei Ringen 32 und 33 aus Elastomer gehalten. Eine Gewindebuchse 34, deren unterer Bereich einen Kragen 34k bildet, drückt den Ring 32 gegen die innere Fläche des Blechziehteils 31. Ein schalen­ förmiges Blechziehteil 35 greift über den Ring 33 und drückt ihn gegen die äußere Fläche des Blechziehteils 31. Das Blech­ ziehteil 35 ist auf das obere Ende der Gewindebuchse 34 gepreßt. Eine Schraube 36 ist durch eine Bohrung der Halterung des Elektromotors 2 geführt und in das Gewinde der Gewindebuchse 34 geschraubt. Die Verschraubung hält den Elektromotor 2 an dem Dämpfungslager 7 und unterstützt gleichzeitig die formschlüssige Verbindung der einzelnen Teile des Dämpfunglagers 7. Vulkanisationsverbindungen zwischen den Blechziehteilen 31, 35 und den Ringen 32, 33 aus Elastomer sind bei diesem Dämpfungslager nicht erforderlich. Die zwischen dem Elektromotor 2 und dem Grundrahmen 1 angeordneten weiteren Dämpfungslager 8 bis 10 sowie die zwischen det Grundrahmen 1 und der Unterlage angeordneten Dämpfungslager 23 bis 26 weisen den gleichen Aufbau wie das Dämpfungslager 7 auf.

Die Fig. 5 zeigt den Aufbau des zwischen der Hydraulikpumpe 5 der Pumpeneinheit 3 und dem Grundrahmen 1 angeordneten Elements 11 zur Schwingungsdämpfung. Das Element 11 ist als Feder-Masse-Feder-System ausgebildet. Eine aus mehreren Teilmassen 41a bis 41e bestehende Masse 41, deren Größe im folgenden mit m41 bezeichnet ist, ist über vier Dämpfungs­ lager 42, 43, 44, 45 an der Oberseite des Grundrahmens 1 gehalten. Zwei Dämpfungslager 42 und 43 sind in der Fig. 5 sichtbar, die anderen beiden Dämpfungslager 44 und 45 sind von den Dämpfungslagern 42 und 43 verdeckt. Die Dämpfungs­ lager 42 bis 45 weisen den gleichen Aufbau wie die anhand der Fig. 4 beschriebenen Dämpfungslager 7 bis 10 und wie die Dämpfungslager 23 bis 26 auf, jedoch ist die Baugröße der Dämpfungslager 42 bis 45 kleiner gewählt. Die elastischen Bauteile der Dämpfungslager 42 bis 45 bilden eine erste Feder mit einer ersten Federkonstanten c1. Die Masse 41 besteht aus einer scheibenförmigen Teilmasse 41a, an deren Unterseite die Dämpfungslager 42 bis 45 gehalten sind. Die Oberseite der Teilmasse 41a geht in eine Gewindebuchse 41b über. An einer weiteren scheibenförmigen Teilmasse 41c ist ein Gewindestift 41d gehalten. Durch Verdrehen des Gewindestifts 41d gegenüber der Gewindebuchse 41b um jeweils 360° ist der Abstand zwischen dem Grundrahmen 1 und der Hydraulikpumpe 5 einstell­ bar. Die Teilmasse 41c ist mit einer weiteren scheibenförmi­ gen Teilmasse 41e verbunden. Die Teilmassen 41c und 41e lassen sich gegeneinander verschieben und in der gewünschten Position arretieren. Zwischen der Teilmasse 41e und der Hydraulikpumpe 5 ist eine an die Kontur der Hydraulikpumpe 5 angepaßte elastische Platte 46 angeordnet. Die Platte 46 ist an der Teilmasse 41e gehalten und besteht z. B. aus einem Elastomer. Die Platte 46 wirkt als eine zweite Feder mit der Federkonstante c2. Die zwischen den Dämpfungslagern 42 bis 45 einerseits und der Platte 46 andererseits angeordnete Masse 41 ist so dimensioniert, daß sie als Sperrmasse wirkt. Durch diese Maßnahme läßt sich die dominierende Frequenz der Schwingungen abkoppeln.

Die Fig. 6 zeigt die Verbindung des Elektromotors 2 mit der Hydraulikpumpe 4 der Pumpeneinheit 3. Die Verbindung des Elektromotors 2 mit der Hydraulikpumpe 4 erfolgt über die Kupplung 12 und über das Element 16 zur Schwingungsdämpfung. Die Kupplung 12 verbindet die Welle 13 des Elektromotors 2 mit der Welle 14 der Hydraulikpumpe 4. Die Kupplung 12 ist als Element zur Schwingungsdämpfung ausgebildet. Zwischen zwei Kupplungshälften 51 und 52 ist ein elastischer Stern 53 angeordnet. Die Kupplungshälften 51 und 52 sind in an sich bekannter Weise mit Klauen versehen, die jeweils in Aus­ sparungen des Sterns 53 greifen. Die Übertragung des Drehmoments von der Welle 13 zu der Welle 14 erfolgt über eine Paßfeder 54, die Kupplungshälfte 51, den Stern 53, die Kupplungshälfte 52 und eine weitere Paßfeder 55. Zusätzlich zu der Kupplung 12, die die Wellen 13 und 14 elastisch miteinander verbindet, ist das weitere Element 16 zur Schwingungsdämpfung zwischen dem Elektromotor 2 und der Hydraulikpumpe 4 angeordnet. Dieses Element zur Schwingungs­ dämpfung sorgt für eine elastische Verbindung der Gehäuse von Elektromotor 2 und Hydraulikpumpe 4. Das Element 16 enthält einen ersten Flansch 56, der an dem Gehäuse des Elektromotors 2 gehalten ist, und einen zweiten Flansch 57, der über ein rohrförmiges Verbindungsteil 58 an dem Gehäuse der Hydraulik­ pumpe 4 gehalten ist. Das rohrförmige Verbindungsteil 58 ist durch eine zentrale Ausnehmung des Flanschs 57 geführt und mit diesem verschweißt. Das rohrförmige Verbindungsteil 58 ist außerdem durch eine zentrale Ausnehmung des Flanschs 56 gleitend geführt. Zwischen dem rohrförmigen Verbindungsteil 58 und dem Flansch 56 sind zwei nebeneinander liegende Ringe 59, 60 aus elastischem Material angeordnet. Die Ringe 59, 60 entkoppeln das rohrförmige Verbindungsteil 58 von dem Flansch 56. Zwischen den Flanschen 56 und 57 sind aus einem Elastomer hergestellte Hohlzylinder 61, 62 angeordnet. Die Hohlzylinder 61 und 62 sind in topfförmigen Aufnahmen 63 bzw. 64 des Flanschs 57 gehalten. Die Hohlzylinder 61 und 62 umschließen Stifte 65 bzw. 66, die an dem Flansch 56 gehalten sind. Die Hohlzylinder 61 und 62 erlauben sowohl eine begrenzte Rela­ tivbewegung der Flansche 56 und 57 in Richtung der Drehachse 15 als auch eine begrenzte Relativbewegung um die Drehachse 15. Dabei ist das rohrförmige Verbindungsteil 58 durch die in der Ausnehmung des Flanschs 56 angeordneten Ringe 59, 60 geführt. Diese Führung erlaubt eine Drehbewegung und eine Längsbewegung des Flanschs 57 gegenüber dem Flansch 56, die durch die Dimensionierung der elastischen Hohlzylinder 61 und 62 begrenzt sind. Die Hohlzylinder 61 und 62 sind so weit wie möglich von der Drehachse 15 entfernt auf gegenüberliegenden Seiten der Drehachse 15 angeordnet. Werden die Flansche 56 und 57 über mehr als zwei elastische Hohlzylinder verbunden, werden die Hohlzylinder vorzugsweise gleichmäßig über dem äußeren Umfang der Flansche verteilt angeordnet. Da das Element 11 zur Schwingungsdämpfung bereits das Gewicht der Pumpeneinheit 3 aufnimmt, kann das Element 16 zur Schwin­ gungsdämpfung sehr weich ausgelegt werden, so daß vor allem Schwingungen um die Drehachse 15 gedämpft werden.

Claims (17)

1. Einrichtung zur Umwandlung von elektrischer in hydraulische Energie mit mindestens einer von einem Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe, bei der die Welle des Elektromotors und die Welle der Hydraulikpumpe durch eine Kupplung derart miteinander verbunden sind, daß beide Wellen eine gemeinsame Drehachse aufweisen, und mit Mitteln zur Schwingungsdämpfung, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Elektromotor (2) und die Hydraulikpumpe (3) jeweils für sich an einem Grundrahmen (1) gehalten sind,
• - daß zwischen dem Grundrahmen (1) und dem Elektromotor (2) erste Elemente (7, 8, 9, 10) zur Schwingungsdämpfung angeordnet sind und
• - daß zwischen dem Grundrahmen (1) und der Hydraulikpumpe (3) ein zweites Element (11) zur Schwingungsdämpfung angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung (12) als ein drittes Element zur Schwin­ gungsdämpfung ausgebildet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektromotor (2) und der Hydraulikpumpe (3) ein viertes Element (16) zur Schwingungs­ dämpfung angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Element (16) zur Schwingungsdämpfung derart ausgebildet ist, daß es sowohl eine begrenzte Bewegung des Elektromotors (2) gegenüber der Hydraulikpumpe (3) in Richtung der Drehachse (15) als auch eine begrenzte Dreh­ bewegung um die Drehachse (15) erlaubt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das vierte Element (16) zur Schwingungsdämpfung zwei Flansche (56, 57) und ein durch zentrale Ausnehmungen der Flansche (56, 57) verlaufendes rohrförmiges Verbindungsteil (58) aufweist und daß das rohrförmige Verbindungsteil (58) in der Aussparung des einen Flanschs (56) in Richtung der Drehachse (15) gleitend geführt und mit dem zweiten Flansch (57) starr verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Flansch (56) an dem Elektromotor (2) und das rohrförmige Verbindungsteil (58) an der Hydraulikpumpe (3) gehalten ist und daß zwischen den Flanschen (56, 57) elastische Verbindungselemente (61, 62) angeordnet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungselemente (61, 62) in dem äußeren Bereich der Flansche (56, 57) angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungselemente (61, 62) gleichmäßig über den Umfang der Flansche (56, 57) verteilt sind.

9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich zwischen dem rohr­ förmigen Verbindungsteil (58) und dem ersten Flansch (56) mindestens ein Ring (59, 60) aus elastischem Material angeordnet ist.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Verbindungs­ elemente (61, 62) aus einem Elastomer bestehende Hohlzylinder sind, die jeweils einen an einem Flansch (56) gehaltenen Stift (65, 66) umschließen und in einer topfförmigen Aufnahme (63, 64) des anderen Flanschs (57) gehalten sind.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (11) zur Schwingungsdämpfung unter dem Schwerpunkt (SP) der Hydraulik­ pumpe (3) angreift.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element (11) zur Schwingungsdämpfung als Feder-Masse-Feder-System (42 bis 45, 41, 46) ausgebildet ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zwischen den Federn (42 bis 45, 46) angeordnete Masse (41) so ausgebildet ist, daß die beim Betrieb der Hydraulikpumpe (3) dominierende Frequenz abgekoppelt ist.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundrahmen (1) als Pulsationsdämpfer für die Saugleitung ausgebildet ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Grundrahmen (1) mit mindestens einem sich in Längsrichtung erstreckenden Kanal (20, 21, 22) versehen ist.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der Hydraulikpumpe (3) mindestens ein Pulsationsdämpfer (27, 28, 29) für die Druckleitung gehalten ist.

17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an dem motorseitigen Flansch (56) eine die Hydraulikpumpe (3) umschließende Abdeckung (17) aus schalldämpfendem Material gehalten ist.