EP2253844A1 - Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf - Google Patents

Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf Download PDF

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EP2253844A1
EP2253844A1 EP09006795A EP09006795A EP2253844A1 EP 2253844 A1 EP2253844 A1 EP 2253844A1 EP 09006795 A EP09006795 A EP 09006795A EP 09006795 A EP09006795 A EP 09006795A EP 2253844 A1 EP2253844 A1 EP 2253844A1
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hydraulic
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Thomas Butzki
Ralf Hartmann
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Walter Stauffenberg GmbH and Co KG
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Definitions

  • the invention relates to a device for conveying a fluid in a hydraulic circuit, comprising a hydraulic pump and a drive motor for driving the hydraulic pump.
  • motor-pump units a hydraulic fluid, in particular hydraulic oil, is conveyed by means of a hydraulic pump driven by a drive motor within a hydraulic circuit.
  • a field of application of such motor-pump units are by-pass filter units for filtering hydraulic fluid.
  • the invention aims to remedy this situation.
  • the invention is based on the object to provide a device for conveying a fluid in a hydraulic circuit, which allows the use of a lower-performance, designed for normal operation of the hydraulic system drive motor for use at low temperatures. According to the invention, this object is solved by the features of the characterizing part of patent claim 1.
  • a device for conveying a fluid in a hydraulic circuit which allows the use of a lower-performance, designed for normal operation of the hydraulic system drive motor for use at low temperatures. If the rated power of the drive motor is lower than the power required for driving the hydraulic pump in cold operation, when the viscosity of the hydraulic fluid is very large, the slip clutch slips, releasing heat energy. This heat energy causes a heating of the hydraulic fluid, whereby the viscosity and thus also the power required to operate the hydraulic pump decreases. With sufficient heating of the hydraulic fluid is a Coupling of the slip clutch, whereby the hydraulic pump is put into operation.
  • each friction clutch is a slip clutch that generates heat loss when slipping, which is useful for heating the hydraulic fluid.
  • the slip clutch is a magnetic clutch in the form of a hysteresis clutch. Due to the slipping of the magnetic coupling, eddy currents occur in the housing parts of the magnetic coupling, which leads to heating of the magnetic coupling. This heating of the magnetic coupling in turn leads to heating of the hydraulic pump, since the magnetic coupling between the drive motor and the hydraulic pump is connected. The hydraulic fluid in the hydraulic pump is in turn heated over time so that its viscosity decreases. Since it is a hysteresis in the magnetic coupling, a torque is transmitted to the hydraulic pump even in the case of slippage of the magnetic coupling, so that the magnetic coupling makes a rigid connection, even without having to stop the magnetic coupling.
  • Hydraulic fluid according to the invention may be any hydraulic medium, such as oil, water or an emulsion, etc.
  • a hydraulic oil with an average viscosity of 320 mm 2 / s can be used,
  • the housing of the slip clutch is attached directly to the housing of the hydraulic pump.
  • the heat transfer between slip clutch and hydraulic pump is improved.
  • the slip clutch can be flanged directly to the hydraulic pump.
  • means for heat transfer are arranged between the coupling and the hydraulic pump.
  • heat conducting elements made of metal, preferably copper, are recommended.
  • the nominal power of the drive motor corresponds approximately to the power required to drive the hydraulic pump in normal operation.
  • a sufficient dimensioning of the drive motor is achieved with minimized production costs.
  • the energy costs for operating the drive motor are reduced.
  • the motor-pump unit chosen as an exemplary embodiment consists essentially of a drive motor 1 which is connected via a magnetic coupling 2 to a hydraulic pump 3 ( FIG. 2 ).
  • the drive motor 1 has a drive shaft 12 which is rotatably mounted about a rotation axis D.
  • the drive shaft 12 is connected to an outer rotor 13 of the magnetic coupling 2.
  • the magnetic coupling 2 has an inner rotor 14, which is arranged within the outer rotor 13 and which is non-rotatably connected to a pump shaft 15 of the hydraulic pump 3.
  • the pump shaft 15 serves to drive the hydraulic pump 3.
  • the outer rotor 13 is fitted on its inner side and the inner rotor 14 on its outer side with permanent magnets of alternating polarity. At rest, the respective north and south poles of the rotors 13, 14 are opposite, wherein the magnetic field is symmetrical.
  • the Magneifefdlinien be deflected, whereby torques on the air gap between the rotors 13, 14 can be transmitted. If the maximum clutch torque is exceeded, the power transmission is interrupted, so that the two rotors 13, 14 slip through, that is, rotate relative to each other. This produces 2 eddy currents in the metal components of the magnetic coupling, which heat the magnetic coupling 2.
  • the magnetic coupling 2 is designed such that the maximum transmittable torque of the magnetic coupling 2 is less than the required torque for driving the hydraulic pump 3 in cold operation and that the maximum transmissible torque of the magnetic coupling 2 is greater than the torque required for driving the hydraulic pump. 3 in normal operation.
  • the magnetic coupling 2 slips in cold operation and transmits the full torque of the drive motor 1 in normal operation. It is understood that in this case the maximum torque of the drive motor is greater than the maximum transmissible torque of the magnetic coupling.
  • the magnetic coupling 2 is flanged directly to the drive motor 1 and the hydraulic pump.
  • the metallic housing 17 of the hydraulic pump 3 which is so directly connected to the magnetic coupling 2, as a heat transfer means, whereby the indexed by the magnetic coupling 2 heat is transmitted directly to the hydraulic pump 3.
  • a clutch bell 16 is provided, which surrounds the magnetic coupling 2.
  • the clutch bell 16 serves as a housing of the magnetic coupling 2 and is heated by the indicated eddy currents. Due to the heat-conducting connection with the housing 17 of the hydraulic pump 3, the heat is delivered to the hydraulic pump 3.
  • the hydraulic pump 3 may be provided in any type, for example as a gear pump, gear pump, screw pump, vane pump or piston pump.
  • the magnetic coupling can also be designed as a magnetic particle clutch. This is a frictionally engaged coupling.
  • a metal powder or metal gel In the gap between the drive pressure plate and the output pressure plate is a metal powder or metal gel.
  • the contained metal particles can be magnetized via an accommodated in a pressure plate electromagnet and so erected. As a result, a non-positive connection is achieved. By changing the applied voltage, a firm connection or slip can be generated.
  • FIG. 1 the use of a device according to the invention in a bypass filter unit is shown by way of example, in which hydraulic fluid in the form of a hydraulic oil is pumped through a filter unit 5.
  • the hydraulic pump 3 the input side with a hydraulic line 7 and the output side with an inlet 8, which is guided to the filter unit 5, is used.
  • a drain 11 of the filter unit 5 is connected to a further hydraulic line 9.
  • the outlet 11 and the inlet 8 are connected to each other via a bypass line 10, wherein in the bypass line 10, a bypass valve 6 is provided in the form of a check valve.
  • the bypass valve 6 opens from the inlet 8 to the outlet 11 at high pressures so as not to damage the filter unit 5 when the pressures are too high or to prevent the drive unit from overloading when the filter unit 5 has been added.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids innerhalb eines Hydraulikkreislaufs, umfassend eine Hydraulikpumpe und einen Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, wobei die Hydraulikpumpe (3) und Antriebsmotor (1) über eine Rutschkupplung (2) miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf, umfassend eine Hydraulikpumpe und einem Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe.
  • In derartigen, sogenannten Motor-Pumpen-Aggregaten wird ein Hydraulikfluid, insbesondere Hydrauliköl, mittels einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Hydraulikpumpe innerhalb eines Hydraulikkreislaufs gefördert. Ein Anwendungsgebiet solcher Motor-Pumpen-Aggregate sind Nebenstromfilter-Aggregate zur Filterung von Hydraulikflüssigkeit.
  • Bei Anwendungsfällen, in denen das Hydrauliksystem stark schwankenden Temperaturen ausgesetzt ist, ergibt sich die Problematik, dass insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen von -20°C bis -40°C die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit signifikant zunimmt, so dass die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe erheblich ansteigt. Um auch bei solchen niedrigen Temperaturen zu gewährleisten, dass das Hydrauliksystem funktionsfähig ist, ist es bekannt, die Leistung des Antriebsmotors auf die Bedingungen bei sehr niedrigen Temperaturen auszulegen wo die Viskosität des Hydraulikfluids sehr hoch ist (Kaltbetrieb). Dies hat zur Folge, dass ein sehr leistungsstarker Antriebsmotor zum Einsatz kommt, dessen Leistung bei Normalbetrieb, wenn die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit auf Grund der höheren Betriebstemperaturen abgenommen hat, weit über der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe liegt. Insbesondere bei Verwendung von Wechselstrom-Asynchron-Motoren, die eine annähernd konstante elektrische Leistungsaufnahme über dies Ausgangsleistung aufweisen, führt die zu einer hohen Energieineffizienz.
  • Weiterhin ist es bekannt, in derartigen Anwendungsfällen eine Hydraulikflüssigkeit mit geringerer Viskosität einzusetzen. Dies ist je nach Anwendungsfall der Gesamtanlage bzw. des Gesamtsystems jedoch nicht immer möglich.
  • Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf zu schaffen, welche den Einsatz eines leistungsschwächeren, für den Normalbetrieb des Hydrauliksystems ausgelegten Antriebsmotors auch für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf geschaffen, welche den Einsatz eines leistungsschwächeren, für den Normalbetrieb des Hydrauliksystems ausgelegten Antriebsmotors auch für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Ist die Nennleistung des Antriebsmotors geringer, als die erforderliche Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe im Kaltbetrieb, wenn die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit sehr groß ist, so erfolgt ein Durchrutschen der Rutschkupplung, wodurch Wärmeenergie frei wird. Diese Wärmeenergie bewirkt eine Erwärmung des Hydraulikfluids, wodurch die Viskosität und damit auch die zum Betrieb der Hydraulikpumpe erforderliche Leistung abnimmt. Bei hinreichender Erwärmung des Hydraulikfluids erfolgt eine Kupplung der Rutschkupplung, wodurch die Hydraulikpumpe in Betrieb genommen wird.
  • In Weiterbildung der Erfindung ist die Rutschkupplung als Lamellenkupplung ausgeführt. Hierdurch ist eine große Reibfläche erzielt, wodurch die beim Durchrutschen erzielte Wärmeleistung erhöht ist. Grundsätzlich ist jede Reibkupplung eine Rutschkupplung, die beim Durchrutschen Verlustwärme erzeugt, welche zur Erwärmung des Hydraulikfluids nutzbar ist.
  • In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rutschkupplung eine Magnetkupplung in Form einer Hysteresekupplung. Durch das Durchrutschen der Magnetkupplung entstehen in den Gehäuseteilen der Magnetkupplung Wirbelströme, welche zur Erwärmung der Magnetkupplung führen. Diese Erwärmung der Magnetkupplung führt wiederum zur Erwärmung der Hydraulikpumpe, da die Magnetkupplung zwischen dem Antriebsmotor und der Hydraulikpumpe geschaltet ist. Die in der Hydraulikpumpe befindliche Hydraulikflüssigkeit wird wiederum im Laufe der Zeit erwärmt, so dass deren Viskosität abnimmt. Da es sich bei der Magnetkupplung um eine Hysteresekupplung handelt, wird auch im Falle des Durchrutschens der Magnetkupplung ein Drehmoment auf die Hydraulikpumpe übertragen, so dass die Magnetkupplung eine starre Verbindung herstellt, auch ohne die Magnetkupplung anhalten zu müssen.
  • Hydraulikfluid im Sinne der Erfindung kann jedes hydraulische Medium, wie z.B. ÖI, Wasser oder eine Emulsion etc. sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann insbesondere ein Hydrauliköl mit einer mittleren Viskosität von 320 mm2/s eingesetzt werden,
  • In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse der Rutschkupplung unmittelbar an dem Gehäuse der Hydraulikpumpe befestigt. Hierdurch ist die Wärmeübertragung zwischen Rutschkupplung und Hydraulikpumpe verbessert. Beispielsweise kann die Rutschkupplung unmittelbar an die Hydraulikpumpe angeflanscht sein. Vorteilhaft sind zwischen Kupplung und Hydraulikpumpe Mittel zur Wärmeübertragung angeordnet. Hierbei empfehlen sich insbesondere Wärmeleitelemente aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer.
  • Vorteilhaft entspricht die Nennleistung des Antriebsmotors etwa der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe im Normalbetrieb. Hierdurch ist eine ausreichende Dimensionierung des Antriebsmotors bei minimierten Herstellungskosten erzielt. Weiterhin sind die Energiekosten zum Betrieb des Antriebsmotors vermindert.
  • Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
    • Figur 1
    die schematisch Garstellung eines Ausschnitts eines Hydraulikkreislaufs mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und
    Figur 2
    die Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längs- schnitt.
  • Das als Ausführungsbeispiel gewählte Motor-Pumpen-Aggregat besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsmotor 1, der über eine Magnetkupplung 2 mit einer Hydraulikpumpe 3 verbunden ist (Figur 2).
  • Der Antriebsmotor 1 weist eine Antriebswelle 12 auf, die um eine Drehachse D drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 ist mit einem Außenrotor 13 der Magnetkupplung 2 verbunden. Die Magnetkupplung 2 weist einen innerhalb des Außenrotors 13 angeordneten Innenrotor 14 auf, der mit einer Pumpenwelle 15 der Hydraulikpumpe 3 drehfest verbunden ist. Die Pumpenwelle 15 dient zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3.
  • Der Außenrotor 13 ist auf seiner Innenseite und der Innenrotor 14 auf seiner Außenseite mit Permanentmagneten wechselnder Polarität bestückt. Im Ruhezustand stehen sich die jeweiligen Nord- und Südpole der Rotoren 13, 14 gegenüber, wobei das Magnetfeld symmetrisch ist. Durch Verdrehen der Rotoren 13, 14 werden die Magneifefdlinien ausgelenkt, wodurch Drehmomente über den Luftspalt zwischen den Rotoren 13, 14 übertragen werden können. Wird das maximale Kupplungsdrehmoment überschritten, so wird die Kraftübertragung unterbrochen, so dass die beiden Rotoren 13, 14 durchrutschen, das heißt relativ zueinander drehen. Hierbei entstehen in den Metallbauteilen der Magnetkupplung 2 Wirbelströme, welche die Magnetkupplung 2 erwärmen.
  • Die Magnetkupplung 2 ist derart ausgelegt, dass das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung 2 geringer ist, als das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3 im Kaltbetrieb und dass das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung 2 größer ist, als das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3 im Normalbetrieb. Somit rutscht die Magnetkupplung 2 im Kaltbetrieb durch und überträgt das volle Drehmoment des Antriebsmotors 1 im Normalbetrieb. Es versteht sich, dass hierbei das maximale Drehmoment des Antriebsmotors größer ist als das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung.
  • Die Magnetkupplung 2 ist unmittelbar an den Antriebsmotor 1 sowie die Hydraulikpumpe angeflanscht. Dabei dient das metallische Gehäuse 17 der Hydraulikpumpe 3, welche so unmittelbar mit der Magnetkupplung 2 verbunden ist, als Wärmeübertragungsmittel, wodurch die von der Magnetkupplung 2 indizierte Wärme direkt zur Hydraulikpumpe 3 übertragen wird. Zusätzlich ist eine Kupplungsglocke 16 vorgesehen, welche die Magnetkupplung 2 umgibt. Die Kupplungsglocke 16 dient als Gehäuse der Magnetkupplung 2 und wird durch die indizierten Wirbelströme erwärmt. Durch die wärmeleitende Verbindung mit dem Gehäuse 17 der Hydraulikpumpe 3 wird die Wärme an die Hydraulikpumpe 3 abgegeben.
  • Die Hydraulikpumpe 3 kann in beliebiger Bauart vorgesehen sein, beispielsweise als Zahnradpumpe, Zahnringpumpe, Schraubenpumpe, Flügelpumpe oder Kolbenpumpe.
  • Alternativ zur beschriebenen Hysteresekupplung kann die Magnetkupplung auch als Magnetpulverkupplung ausgeführt sein. Hierbei handelt es sich um eine reibschlüssige Kupplung. Im Spalt zwischen der Antriebsdruckplatte und der Abtriebsdruckplatte befindet sich ein Metallpulver oder Metallgel. Die enthaltenen Metallteilchen können über einen in einer Druckplatte untergebrachten Elektromagneten magnetisiert und so aufgerichtet werden. Hierdurch wird eine kraftschlüssige Verbindung erreicht. Durch Ändern der angelegten Spannung kann eine feste Verbindung oder Schlupf erzeugt werden.
  • In Figur 1 ist beispielhaft der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Nebenstromfilteraggregat gezeigt, bei dem Hydraulikfluid in Form eines Hydrauliköls durch eine Filtereinheit 5 gepumpt wird. Hierzu dient die Hydraulikpumpe 3, die eingangsseitig mit einer Hydraulikleitung 7 und ausgangsseitig mit einem Zulauf 8, der zur Filtereinheit 5 geführt ist, verbunden ist. Ein Ablauf 11 der Filtereinheit 5 ist mit einer weiteren Hydraulikleitung 9 verbunden. Der Ablauf 11 und der Zulauf 8 sind über eine Bypassleitung 10 miteinander verbunden, wobei in der Bypassleitung 10 ein Bypassventil 6 in Form eines Rückschlagventils vorgesehen ist. Das Bypassventil 6 öffnet vom Zulauf 8 zum Ablauf 11 bei hohen Drücken, um bei zu hohen Drücken die Filtereinheit 5 nicht zu beschädigen oder bei zugesetzter Filtereinheit 5 eine Überlastung des Antriebs zu verhindern.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zur Förderung eines Fluids innerhalb eines Hydraulikkreislaufs, umfassend eine Hydraulikpumpe und einen Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikpumpe (3) und Antriebsmotor (1) über eine Rutschkupplung (2) miteinander verbunden sind.
  2. Vorrichtung nach dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) als Lamellenkupplung ausgeführt ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) eine Magnetkupplung in Form einer Hysteresekupplung ist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) der Rutschkupplung (2) unmittelbar mit dem Gehäuse (17) der Hydraulikpumpe (3) befestigt ist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) und die Hydraulikpumpe (3) derart ausgelegt sind, dass das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Kaltbetrieb größer ist, als das maximale übertragbare Drehmoment der Rutschkupplung (2).
  6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kupplung (2) und Hydraulikpumpe (3) Mittel zur Wärmeübertragung angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des Antriebsmotors (1) geringer ist, als die erforderliche Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Kaltbetrieb.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des Antriebsmotors (1) etwa der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Normalbetrieb entspricht.
  9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (1) ein Asynchron-Wechselstrommotor ist.
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