Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf Device for conveying a fluid in a hydraulic circuit
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf (Motor-Pumpen-Aggregat) nach dem Oberbegriff des Patentan- spruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer Rutschkupplung in einem Motor-Pumpen-Aggregat zur Reduzierung der Viskosität des Hydraulik- fluids im Kaltbetrieb nach dem Patentanspruch 9.The invention relates to a device for conveying a fluid in a hydraulic circuit (motor-pump assembly) according to the preamble of patent claim 1. The invention further relates to the use of a friction clutch in a motor-pump assembly for reducing the viscosity of the hydraulic Fluids in cold operation according to claim 9.
In Vorrichtungen der vorgenannten Art, sogenannten Motor-Pumpen-Aggregaten, wird ein Hydraulikfluid, insbesondere ein Hydrauliköl, mittels einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Hydraulikpumpe innerhalb eines Hydraulikkreislaufs gefördert. Ein Anwendungsgebiet solcher Motor-Pumpen-Aggregate sind Neben- stromfilter-Aggregate zur Filterung von Hydraulikflüssigkeit.In devices of the aforementioned type, so-called motor-pump units, a hydraulic fluid, in particular a hydraulic oil, is conveyed by means of a driven by a drive motor hydraulic pump within a hydraulic circuit. A field of application of such motor-pump units are by-pass filter units for filtering hydraulic fluid.
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 -400C 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 FoI- ge, 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.In applications in which the hydraulic system is exposed to highly fluctuating temperatures, there is the problem that, especially at extremely low temperatures of -20 ° C to -40 0 C, the viscosity of the hydraulic fluid significantly increases, so that the power consumption of the hydraulic pump increases significantly. In order to ensure that even at such low temperatures that the hydraulic system is functional, it is known to interpret the power of the drive motor to the conditions at very low temperatures where the viscosity of the hydraulic fluid is very high (cold operation). This has the effect of using a very powerful drive motor, the performance of which in normal operation, when the viscosity of the hydraulic fluid has decreased due to the higher operating temperatures, far exceeds the power required to drive the hydraulic pump. In particular, when using AC asynchronous motors having an approximately constant electrical power consumption over this output power, which leads to a high energy inefficiency.
Weiterhin ist es bekannt, in derartigen Anwendungsfällen eine Hydraulikflüssigkeit mit geringerer Viskosität einzusetzen. Dies ist je nach Anwendungsfall der Ge- samtanlage bzw. des Gesamtsystems jedoch nicht immer möglich.Furthermore, it is known to use a hydraulic fluid with a lower viscosity in such applications. However, this is not always possible depending on the application of the overall system or the overall system.
Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Motor-Pumpen-Aggregat zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf zu schaffen, welches 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.The invention aims to remedy this situation. The invention is based on the object to provide a motor-pump unit 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.
Mit der Erfindung ist ein Motor-Pumpen-Aggregat zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf geschaffen, welches 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 Hy- draulikpumpe 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.With the invention, a motor-pump unit for conveying a fluid in a hydraulic circuit is provided 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 nominal power of the drive motor is lower than the power required to drive the hydraulic pump in cold operation, when the viscosity of the hydraulic fluid is very high, the slip clutch slips, releasing thermal energy. This heat energy causes 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 clutch of the slip clutch, whereby the hydraulic pump is put into operation.
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 Er- wärmung des Hydraulikfluids nutzbar ist.In a further development of the invention, the slip clutch is designed as a multi-plate clutch. As a result, a large friction surface is achieved, whereby the heat output achieved during slipping is increased. Basically, each friction clutch is a slip clutch that generates heat loss when slipping, which can be used to heat the hydraulic fluid.
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 Magnetkupp- lung 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.In an alternative embodiment of the invention, 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 the magnetic coupling is a hysteresis clutch, a torque is transmitted to the hydraulic pump in the event of the magnetic coupling slipping, so that the magnetic coupling establishes a rigid connection, even without having to stop the magnetic coupling.
Hydraulikfluid im Sinne der Erfindung kann jedes hydraulische Medium, wie z.B. Öl, Wasser oder eine Emulsion etc. sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann insbesondere ein Hydrauliköl mit einer mittleren Viskosität von 320 mm2/s eingesetzt werden.Hydraulic fluid according to the invention may be any hydraulic medium, such as oil, water or an emulsion, etc. For certain applications, in particular a hydraulic oil with an average viscosity of 320 mm 2 / s can be used.
In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse der Rutschkupplung unmittelbar an dem Gehäuse der Hydraulikpumpe befestigt. Hierdurch ist die Wärmeübertra-
gung zwischen Rutschkupplung und Hydraulikpumpe verbessert. Beispielsweise kann die Rutschkupplung unmittelbar an die Hydraulikpumpe angeflanscht sein.In a further development of the invention, the housing of the slip clutch is attached directly to the housing of the hydraulic pump. As a result, the heat transfer improved slip between clutch and hydraulic pump. For example, the slip clutch can be flanged directly to the hydraulic pump.
Vorteilhaft sind zwischen Kupplung und Hydraulikpumpe Mittel zur Wärmeübertra- gung angeordnet. Hierbei empfehlen sich insbesondere Wärmeleitelemente aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer.Advantageously, means for heat transfer are arranged between the coupling and the hydraulic pump. Here, in particular, heat conducting elements made of metal, preferably copper, are recommended.
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.Advantageously, the nominal power of the drive motor corresponds approximately to the power required to drive the hydraulic pump in normal operation. As a result, a sufficient dimensioning of the drive motor is achieved with minimized production costs. Furthermore, the energy costs for operating the drive motor are reduced.
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:Other developments and refinements of the invention are specified in the remaining subclaims. An embodiment of the invention is illustrated in the drawings and will be described in detail below. Show it:
Figur 1 die schematisch Darstellung eines Ausschnitts eines Hydraulik- kreislaufs mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und1 shows the schematic representation of a section of a hydraulic circuit with inventive device and
Figur 2 die Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längsschnitt.2 shows the representation of a device according to the invention in longitudinal section.
Das als Ausführungsbeispiel gewählte Motor-Pumpen-Aggregat besteht im We- sentlichen aus einem Antriebsmotor 1 , der über eine Magnetkupplung 2 mit einer Hydraulikpumpe 3 verbunden ist (Figur 2).The motor-pump unit selected 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).
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 Magnet- kupplung 2 verbunden. Die Magnetkupplung 2 weist einen innerhalb des Außenrotors 13 angeordneten Innenrotor 14 auf, der mit einer Pumpenwelle 15 der Hy-
draulikpumpe 3 drehtest verbunden ist. Die Pumpenwelle 15 dient zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3.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 connected to a pump shaft 15 of the hydraulic motor. draulikpumpe 3 turn test is connected. The pump shaft 15 serves to drive the hydraulic pump 3.
Der Außenrotor 13 ist auf seiner Innenseite und der Innenrotor 14 auf seiner Au- ßenseite 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 Magnetfeldlinien ausgelenkt, wodurch Drehmomente über den Luftspalt zwischen den Rotoren 13, 14 übertragen werden können. Wird das maxima- Ie 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.The outer rotor 13 is equipped on its inside 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. By rotating the rotors 13, 14, the magnetic field lines are deflected, whereby torques can be transmitted via the air gap between the rotors 13, 14. If the maximum clutch torque is exceeded, the power transmission is interrupted so that the two rotors 13, 14 slip, that is, rotate relative to one another. This produces 2 eddy currents in the metal components of the magnetic coupling, which heat the magnetic coupling 2.
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.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. Thus, 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.
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 Kupplungsglo- cke 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.The magnetic coupling 2 is flanged directly to the drive motor 1 and the hydraulic pump. In this case, 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. In addition, a clutch cam 16 is provided, which surrounds the magnetic coupling 2. The clutch bell 16 serves as a housing of the magnetic coupling 2 and is indicated by the Eddy currents heated. Due to the heat-conducting connection with the housing 17 of the hydraulic pump 3, the heat is delivered to the hydraulic pump 3.
Die Hydraulikpumpe 3 kann in beliebiger Bauart vorgesehen sein, beispielsweise als Zahnradpumpe, Zahnringpumpe, Schraubenpumpe, Flügelpumpe oder Kolbenpumpe.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.
Alternativ zur beschriebenen Hysteresekupplung kann die Magnetkupplung auch als Magnetpulverkupplung ausgeführt sein. Hierbei handelt es sich um eine reib- schlüssige 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 Verbin- düng oder Schlupf erzeugt werden.As an alternative to the described hysteresis coupling, the magnetic coupling can also be designed as a magnetic particle clutch. This is a frictional coupling. 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 fixed connection or slip can be generated.
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 Hydraulikpum- pe 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.
FIG. 1 shows, by way of example, the use of a device according to the invention in a bypass filter unit, in which hydraulic fluid in the form of a hydraulic oil is pumped through a filter unit 5. The hydraulic pump 3, which is connected on the input side to a hydraulic line 7 and on the output side to an inlet 8, which is led to the filter unit 5, serves for this purpose. 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.