WO2017055145A1 - Elektrohydraulisches kompaktaggregat - Google Patents

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WO2017055145A1
WO2017055145A1 PCT/EP2016/072344 EP2016072344W WO2017055145A1 WO 2017055145 A1 WO2017055145 A1 WO 2017055145A1 EP 2016072344 W EP2016072344 W EP 2016072344W WO 2017055145 A1 WO2017055145 A1 WO 2017055145A1
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WO
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tank
compact unit
unit according
electric motor
cover
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PCT/EP2016/072344
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English (en)
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Andreas Guender
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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Priority to CN201680057723.2A priority patent/CN108138756B/zh
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
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    • F04B17/03—Pumps characterised by combination with, or adaptation to, specific driving engines or motors driven by electric motors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B23/00—Pumping installations or systems
    • F04B23/02—Pumping installations or systems having reservoirs
    • F04B23/021—Pumping installations or systems having reservoirs the pump being immersed in the reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B53/00—Component parts, details or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F04B1/00 - F04B23/00 or F04B39/00 - F04B47/00
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    • F04B53/16—Casings; Cylinders; Cylinder liners or heads; Fluid connections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00—Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/04—Special measures taken in connection with the properties of the fluid
    • F15B21/044—Removal or measurement of undissolved gas, e.g. de-aeration, venting or bleeding

Definitions

  • the invention relates to an electro-hydraulic compact unit according to the
  • Type ABS KG "with the number RE 51013, Edition: 11.14 is an electrohydraulic modular aggregate disclosed in which eg motor, pump, filter etc. can be easily varied and combined.
  • the use of standard products makes the concept cost effective if high variance in the component constellation is required.
  • the aggregate has a high assembly cost, e.g. in the piping. If a large number of identical units is needed, the modular design can not develop the advantages mentioned above. Other disadvantages are that the aggregate is difficult to clean because it has a very branched geometry. Noise-emitting components such as the electric motor are on the outside, which is why the unit can be noisy. In particular, results from the modular design poor use of space and thus a large space. Often, these units are installed in machine tools. Compactness is particularly important here. In the printed data sheet of the applicant "clamping and drive module type
  • UPE 2 "with the number RD 51142, Edition: 02.11 is a clamping unit shown in a compact design.
  • the disadvantage of this is that the electric motor is a sub-oil engine, which causes splashing losses and oil swirling and thereby air in the oil transmits the lower oil engine vibrations over the hydraulic oil as structure-borne sound to the tank wall, which is why such a compact unit is noisy.
  • the invention is based on the object to provide a compact unit, in which the noise emissions of the drive unit are reduced.
  • the claimed electro-hydraulic compact unit has a drive unit having an electric motor and a hydrostatic pump, via the pump pressure fluid from a tank can be sucked and conveyed to a high pressure side consumer port.
  • the tank has an inner wall which delimits a space which is separate from the pressure medium and thus dry, in which the electric motor is arranged completely and the pump at least partially. This splash losses and turbulence of the pressure medium and thereby air entry into the pressure medium are avoided.
  • the electric motor is complete and, moreover, the pump is at least partially encased by the tank, so that the noise emissions of the drive unit are reduced.
  • a particularly good sound insulation can be achieved if the entire drive unit, including the entire pump is covered by the tank.
  • a low-cost standard motor is advantageously used, e.g. only one protection class IP22 has, because over the surrounding tank a higher protection class is reached.
  • the inner wall of the tank is spaced apart from the drive unit, then there is a sound-insulating circumferential distance between the tank and the drive unit, which can be easily filled with air, for example, device technology.
  • the tank has a lid to which the tank is attached, and to which also the drive unit - preferably via a damping element, such as a cork plate - is attached.
  • electrical lines for the electric motor extend through the lid.
  • the electric motor is attached to the cover and the pump on the electric motor, so that the electric motor is fixed on its side facing away from the pump on the side of the lid.
  • the tank is preferably inexpensively made of plastic, e.g. as an injection molding or blow molding part.
  • plastic e.g. as an injection molding or blow molding part.
  • the inner wall is substantially circular-cylindrical, wherein the tank also has a substantially circular-cylindrical, smooth outer wall.
  • the tank has a circular cross-section and is easy to clean.
  • a circulating flow of the flowing back pressure medium and its degassing can be achieved.
  • the volume utilization of the tank can also be optimized.
  • the two walls may be tubular or tubular and be clamped by at least one tie rod between the lid and a floor.
  • the two walls can be formed integrally with a bottom.
  • the tank is mug-like despite its interior.
  • the two walls, the bottom, the lid and a center axis of the electric motor or the entire drive unit may be concentric with each other.
  • the outer circumference of the electric motor or of the entire drive unit is also substantially circular-cylindrical, the sound-insulating distance to the inner wall of the tank can be minimized and the compact unit according to the invention can be made as small as possible.
  • lamellae are provided in the tank through which the pressure medium is returned, they can absorb and dissipate the heat of the back-flowing pressure medium.
  • the cooling of the pressure medium when the lamellae via pressure medium heat pipes or pressure medium réellesiphons that penetrate the lid, are conductively connected to other fins heat, which are arranged on a side facing away from the tank top of the lid.
  • the other fins deliver the heat directly to the ambient air.
  • the pressure-medium heatpipes or pressure-medium heat siphons are used to cool the pressure medium and are overflowed or dipped into it.
  • the motor heatpipes or motor heat siphons serve to cool the electric motor and are therefore conductively connected to this heat.
  • the further fins are preferably cooled by at least one fan. This is - in contrast to the last-mentioned prior art -independently driven by the rotational speed of the electric motor of the drive unit.
  • the electric motor may also have cooling fins which release the engine heat to the air, which flows through the distance formed between the drive unit and the inner wall of the tank.
  • the lid may be a cold plate or cold plate, which also absorbs and releases heat.
  • the frequency converter or its power electronics are cooled particularly effectively when it is conductively connected to the heat exchanger at the upper side of the cooling plate facing away from the tank.
  • no cabinet for the drive is needed and the wiring is reduced compared to the prior art.
  • the frequency converter may also have a housing with cooling fins and preferably a separate fan.
  • the frequency converter and the other fins with their fan can be accommodated in a housing. This provides protection against dust and splash water and this can increase the protection class. Furthermore, the housing may be designed such that the air of the fan is guided over the further disk packs and a lateral evasion of the air is prevented.
  • the central axes of the circular cylindrical tank and the electric motor preferably coincide and are oriented vertically, so that the compact unit has a vertical structure.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of an inventive compact unit according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows in a perspective longitudinal section a compact unit according to the invention according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 shows a perspective view of some components of the compact unit from FIG. 2,
  • Figure 4 is a perspective longitudinal section of an inventive compact unit according to a third embodiment
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of the compact unit according to the invention according to a first embodiment.
  • the compact unit has a drive unit with an electric motor M and a hydrostatic pump 1.
  • the electric motor M is operated by a frequency converter 2.
  • the compact unit has a tank T for pressure means, e.g. Hydraulic oil on.
  • the frequency converter 2 is provided between an electrical power supply 4 and an electrical line 6, so that the electric motor M is frequency-controlled and thus speed-controlled via the electrical line 6. Via a shaft 8 so that the pump 1 is driven by the electric motor M variable speed.
  • the pump 1 sucks via a suction line 10 pressure fluid from the tank T and promotes this via a pressure or supply line 12 to a high pressure side consumer port 14 of the compact unit.
  • a consumer is connected via valves, the z. B. may be a cylinder.
  • the consumer and the valves are shown only symbolically and form a hydraulic system 16.
  • the pressure medium flows from the consumer 16 back into the compact unit. More specifically, the pressure medium flows from the consumer port 18 via a first return line 20 and via a second return line 21 to the tank T, wherein in the first return line 20, a return filter 38 is provided. In machine tools usually two return lines 20, 21 are required. One that can withstand a back pressure caused by the return filter 38, and a another, which leads into the tank T free of backpressure.
  • a leakage connection of a rotary feedthrough is connected to the machine tool spindle.
  • the pressure medium, which flows in the rotary feedthrough to the tank T may have no pressure medium backpressure and is guided under a gradient pressure-free in the tank T.
  • All arranged within an aggregate boundary 22 components are located on or in the compact unit, all traversing lines are via interfaces (electrical connectors, hydraulic connections at pressure line or supply line 12 to a consumer and return lines 20, 21 by the consumer) executed.
  • the pressure p in the supply line 12 is measured by a pressure sensor 30 which is close to the pump, the signal is transmitted to the frequency converter 2 with an integrated PID controller for a constant pressure control. This then regulates the frequency of the power supply of the electric motor M via the line 6. This ensures that, depending on the volume flow in the supply line 12, which is determined by the hydraulic system 16, the pressure in the supply line 12 is kept constant. If the hydraulic system 16 requires more volumetric flow, e.g. because its load must be moved very fast, the frequency converter 2 accelerates the drive unit according to the control circuit (pressure sensor-frequency converter-electric motor-pump) and keeps the pressure p constant.
  • the control circuit pressure sensor-frequency converter-electric motor-pump
  • a level sensor 24, a pressure sensor 25 for the pressure medium and a filter contamination sensor 28 for the return filter 38 are provided. These are electrically connected to an I / O board, which is integrated in a housing 26 of the frequency converter 2. These signals are e.g. used for an emergency stop at too low pressure medium level, too high temperature and dirty return filter 38.
  • the sensors 24, 25, 28 are evaluated analogously or have warning functions which are triggered at defined threshold values. The warnings may be made by the frequency converter 2 e.g. via a visual display as a (yellow glowing) LED 34 output. An emergency stop signal can be displayed via the (red) LED 34 and a trouble-free operation via the (green) LED 34.
  • a data interface 36 which analog (eg 4-20mA, 0-10V), digital (low-high) or a BUS interface to a higher-level interface (eg a control of the supplied from the compact unit machine tool) are passed.
  • analog eg 4-20mA, 0-10V
  • digital low-high
  • BUS BUS interface
  • a discharge device 32 is provided on the compact unit, which, e.g. can be designed as a ball valve. Between tank T and discharge device 32, a transparent hose is installed, which serves as a level indicator 39. To control the level in the tank T, the discharge device 32 is held at the top of the compact unit and in particular the tank T and opened there, so that the level in the tank T can be displayed via the hose (communicating vessels). Optimally, the discharge device 32 is opened at the top of the tank T connected in the interior thereof, so that dirt entry is prevented by the ambient air. Furthermore, an inlet and vent filter 43 is provided on the tank T.
  • FIG. 2 shows in a perspective longitudinal section a compact unit according to the invention according to a second exemplary embodiment. Shown is the internal electric motor M with directly flanged pump 1.
  • the drive unit thus formed is surrounded by the annular tank T, which is preferably made of plastic, e.g. produced by injection molding.
  • the suction line 10 which extends in the radial direction between the tank T and the pump 1
  • the pump 1 sucks pressure medium from a lower region of the tank T and outputs it at a higher pressure level via the supply line 12 to the following hydraulic Systemlö (both not shown in Fig. 2, see Fig. 1).
  • the pressure medium passes through a return bore and via the return lines 20, 21 (both not shown in Fig. 2, see Fig. 1) back into the tank T.
  • the drive unit is mounted vertically and is suspended from vibration by a damping element 40 (e.g., a cork plate) on a cover 44 with mounting screws (not shown). Furthermore, between the mounting screws and the cover 44 there are also vibration damping elements (not shown), e.g. Plastic sleeves provided.
  • the lid 44 defines the upper area of the tank T and closes it.
  • the tank T has an inner wall 46 and an outer wall 48, which are concentric with each other, and between which an annular bottom 42 is integrally formed.
  • the tank T is cup-like and has an annular cross-section with an interior.
  • the cover 44 is circular disk-shaped and the housing 26 of the frequency converter 2 has a circular cylindrical shape.
  • the outer wall 48 of the tank T and the cover 44 and the housing 26 have approximately the same diameter, so that the compact unit has a total of a circular cylindrical shape.
  • a circumferential distance 50 is provided, which is filled with ambient air.
  • a ventilator such as e.g. a bore or the inlet and vent filter 43 integrated in the cover 44, possibly in combination with a filling device (filling and venting filter ELF), can be sucked from the environment into the tank T in the event of a pendulum volume caused by the hydraulic system 16 be delivered to the environment.
  • a filling device filling and venting filter ELF
  • the electric motor M is supplied with electrical energy by means of the electric line 6 (see FIG. This is guided by a hole in the cover 44 of the arranged at the top of the lid 44 frequency converter 2 to the electric motor M on the underside of the lid 44.
  • FIG. 3 shows the second embodiment of the compact unit according to the invention of Figure 2, wherein the pump 1, the tank T, the frequency converter 2 and the housing 26 have been omitted.
  • the cooling of the second embodiment of the compact unit according to the invention can be seen.
  • the tank T two disc packs 144 are arranged, each consisting of a plurality of semicircular lamellae. All fins are connected via respective pressure medium heat pipes 146, which extend through the cover 44 on to the side facing away from the tank T top of the lid 44, with further plate packs 148 conductively connected.
  • There are per tank-side plate set 144 two more plate packs 148 are provided, the fins are approximately quarter-circular.
  • the electric motor M via four (not shown) engine heat pipes, which extend through the cover 44 on the side facing away from the electric motor M top of the lid 44, connected to other plate packs 150 conductively.
  • the waste heat of the back-flowing pressure medium and the electric motor M is transported to the other plate packs 148, 150 to the side facing away from the tank T and the electric motor M top of the lid 44 and discharged from there via the local further lamellar packages 148, 150 to the ambient air.
  • the further disk packs 148, 150 eg two) fan 152 may be provided between the further disk packs 148, 150 (eg two) fan 152 may be provided.
  • the cover 44 is formed as a cooling plate and penetrated by a cooling water channel, of which only the two ports 154 can be seen.
  • Figures 4 and 5 each show a third embodiment of the compact unit according to the invention in a sectional perspective view, wherein the sectional planes of the two figures are rotated by 90 degrees to each other.
  • the tank T is formed by an inner tube 156, an outer tube 158, the bottom 42 and the lid 44.
  • the cover 44 and the bottom 42 are connected with tie rods 160 with respective tie bolts 162, the two tubes 156, 158 being clamped between the base 42 and the cover 44.
  • the cooling is slightly changed from the second embodiment.
  • the frequency converter 2 is cooled with its power electronics via (eg two) own fan 152, which suck in an air flow through vents 164 of the housing 26, the frequency converter 2 and its power electronics by flowing through the interior and flow through its heat sink 166 cool, and again through the ventilation slots 164 exit from the housing 26.
  • the electric motor M is cooled by a fan 168 integrated in the interior of the compact unit or by the tank T, which is arranged concentrically to the electric motor M.
  • the fan 168 also sucks in air through the ventilation slots 164 of the housing 26, first cools the pressure medium over the arranged on the outer circumference of the lid 44 further disk sets 148, which is connected by means of pressure medium heat pipes 146 with the disk sets 144 of the tank T, and then cools the electric motor M via the cooling fins.
  • the warm air finally exits through ventilation slots 170 on an underside of the bottom 42 in the radial direction again from the compact unit.
  • the fan 168 may also be installed directly on the shaft 8.
  • a hydrostatic compact unit with an electric motor and a pump that promotes pressure fluid from a tank to a consumer port.
  • the tank is circular, and the electric motor and the pump are jointly enclosed by this tank.

Abstract

Offenbart ist ein hydrostatisches Kompaktaggregat mit einem Elektromotor und einer Pumpe, die Druckmittel aus einem Tank zu einen Verbraucheranschluss fördert. Der Tank ist kreisringförmig, und der Elektromotor und die Pumpe werden gemeinsam von diesem Tank umschlossen.

Description

Elektrohydraulisches Kompaktaggregat
Beschreibung Die Erfindung betrifft ein elektrohydraulisches Kompaktaggregat gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Derartige Aggregate haben einen Elektromotor und eine Pumpe, die aus einem Tank Druckmittel zu einem an das Kompaktaggregat angeschlossenen hydrostatischen Verbraucher fördert. In dem druckschriftlichen Datenblatt der Anmelderin „Modular Standard power units
Type ABS KG" mit der Nummer RE 51013, Edition: 11.14 ist ein elektrohydraulisches modulares Aggregat offenbart, bei dem z.B. Motor, Pumpe, Filter usw. einfach variiert und kombiniert werden können. Die Verwendung von Standardprodukten macht das Konzept kostengünstig, wenn hohe Varianz in der Komponentenkonstellation gefordert wird.
Das Aggregat hat einen hohen Montageaufwand z.B. bei der Verrohrung. Wenn eine hohe Stückzahl gleicher Aggregate benötigt wird, kann die modulare Bauweise hier somit nicht die oben genannten Vorteile entfalten. Weitere Nachteile sind, dass das Aggregat schlecht zu reinigen ist, da es eine sehr verzweigte Geometrie aufweist. Geräuschemittierende Komponenten wie der Elektromotor liegen an der Außenseite weshalb das Aggregat laut sein kann. Insbesondere ergibt sich durch die modulare Bauweise eine schlechte Raumausnutzung und damit ein großer Bauraum. Oft werden diese Aggregate in Werkzeugmaschinen verbaut. Hier ist Kompaktheit besonders wichtig. In dem druckschriftlichen Datenblatt der Anmelderin„Spann- und Antriebsmodul Typ
UPE 2" mit der Nummer RD 51142, Edition: 02.11 ist ein Spannaggregat in kompakter Bauweise gezeigt. Nachteilig daran ist, dass der Elektromotor ein Unterölmotor ist, der Planschverluste und Ölverwirbelungen und dadurch Lufteintrag im Öl verursacht. Weiterhin überträgt der Unterölmotor Schwingungen über das Hydrauliköl als Körperschall an die Tankwand, weshalb auch ein solches Kompaktaggregat laut ist.
In dem druckschriftlichen Datenblatt der Anmelderin„Antriebsmodul Typ UPE 5" mit der Nummer RD 51145, Edition: 06.12 ist ein Aggregat gezeigt, bei dem der Elektromotor von einem Tank umgeben ist. Allerdings liegt die Pumpe außerhalb der Tanks und gibt somit ihren Schall ungedämpft ab.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kompaktaggregat zu schaffen, bei dem die Schallemissionen der Antriebseinheit verringert sind.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kompaktaggregat mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Das beanspruchte elektrohydraulische Kompaktaggregat hat eine Antriebseinheit, die einen Elektromotor und eine hydrostatische Pumpe aufweist, wobei über die Pumpe Druckmittel aus einem Tank ansaugbar und zu einem hochdruckseitigen Verbraucheranschluss förderbar ist. Erfindungsgemäß weist der Tank eine Innenwandung auf, die einen vom Druckmittel getrennten und somit trockenen Innenraum begrenzt, in dem der Elektromotor ganz und die Pumpe zumindest teilweise angeordnet ist. Damit sind Planschverluste und Verwirbelungen des Druckmittels und dadurch Lufteintrag in das Druckmittel vermieden. Insbesondere sind der Elektromotor komplett und darüber hinaus auch die Pumpe zumindest teilweise vom Tank ummantelt, so dass die Schallemissionen der Antriebseinheit verringert sind.
Eine besonders gute Schalldämmung lässt sich erreichen wenn die gesamte Antriebseinheit, also auch die gesamte Pumpe vom Tank ummantelt ist.
Als Elektromotor wird vorteilhafter Weise ein kostengünstiger Standardmotor verwendet, der z.B. nur ein Schutzklasse IP22 hat, da über den umliegenden Tank eine höhere Schutzklasse erreicht wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben. Vorzugsweise ist die Innenwandung des Tanks beabstandet zur Antriebseinheit, dann ergibt sich eine schallisolierender umlaufender Abstand zwischen dem Tank und der Antriebeinheit, der z.B. vorrichtungstechnisch einfach mit Luft gefüllt sind kann. Vorzugsweise hat der Tank einen Deckel, an dem der Tank befestigt ist, und an dem auch die Antriebeinheit - vorzugsweise über eine Dämpfungselement, z.B. eine Korkplatte - befestigt ist. Vorzugsweise verlaufen elektrische Leitungen für den Elektromotor durch den Deckel. Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist der Elektromotor am Deckel und der Pumpe am Elektromotor befestigt, so dass der Elektromotor an seiner von der Pumpe abgewandten Seite an dem Deckel befestigt ist.
Der Tank ist vorzugsweise kostengünstig aus Kunststoff gefertigt, z.B. als Spritzguss- oder Blasumform-Teil. Damit ist der Tank leiser und kostengünstiger als der Tank aus Aluminium des letztgenannten Standes der Technik.
Fertigungstechnisch einfach ist es, wenn die Innenwandung im Wesentlichen kreiszylindrisch ist, wobei der Tank auch eine im Wesentlichen kreiszylindrische glatte Außenwandung hat. Damit hat der Tank einen kreisringförmigen Querschnitt und ist leicht zu reinigen. Weiterhin kann mit der Formgebung eine umlaufende Strömung des zurückfließenden Druckmittels und dessen Entgasung erreicht werden. Darüber hinaus lässt sich so auch die Volumenausnutzung des Tanks optimieren. Gemäß einer ersten Variante können die beiden Wandungen rohrartig oder rohrförmig sein und über zumindest einen Zuganker zwischen dem Deckel und einem Boden eingespannt sein. Durch die Verwendung von Meterware der Rohre können lediglich über eine Variation deren Länge und der Länge der Zuganker verschiedene Tankgrößen hergestellt werden und die Länge des Kompaktaggregats an verschieden lange Elektromotoren angepasst werden.
Gemäß einer zweiten Variante können die beiden Wandungen einstückig mit einem Boden gebildet sein. Damit ist der Tank trotzt seines Innenraums becherartig. Wenn der Boden kreisringförmig ist, und wenn der Deckel kreisringförmig oder kreisscheibenförmig ist, können die beiden Wandungen, der Boden, der Deckel und eine Mittelachse des Elektromotors oder der gesamten Antriebseinheit konzentrisch zueinander sein. Wenn weiterhin auch der Außenumfang des Elektromotors oder der gesamten Antriebseinheit im wesentlichen kreiszylindrisch ist, kann der schallisolierende Abstand zur Innenwandung des Tanks minimiert werden und das erfindungsgemäße Kompaktaggregat kleinstmöglich ausgestaltet werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung sind im Tank Lamellen vorgesehen, über die das Druckmittel rückgeführt ist, diese können die Wärme des zurückströmenden Druckmittels aufnehmen und abführen.
Besonders wirkungsvoll ist die Kühlung des Druckmittels, wenn die Lamellen über Druckmittel-Heatpipes bzw. Druckmittel-Wärmesiphons, die den Deckel durchdringen, mit weiteren Lamellen Wärme leitend verbunden sind, die an einer vom Tank abgewandten Oberseite des Deckels angeordnet sind. Die weiteren Lamellen geben die Wärme direkt an die Umgebungsluft ab. Die Druckmittel-Heatpipes bzw. Druckmittel-Wärmesiphons dienen zur Kühlung des Druckmittels und werden dazu von diesem überströmt oder tauchen in dieses ein.
Beim Stand der Technik gelangt Motorwärme direkt ins Hydrauliköl. Die maximale Motortemperatur ist ca. 120°C, die maximale Öltemperatur hingegen 60°C. Die Wärmeabgabefähigkeit ist direkt proportional zur Temperaturdifferenz der jeweiligen Komponente und Umgebung, weshalb es vorteilhaft ist, die Motorwärme über natürliche bzw. erzwungene Konvektion mit einem hohen Temperaturgradienten an die Umgebung abzugeben, anstatt die Motorwärme ins Druckmittel fließen zu lassen und dort die Wärme unter einem niedrigeren Temperaturgradienten an die Umgebungsluft abzugeben. Daher ist eine wirkungsvolle Kühlung des Elektromotors gegeben, wenn dieser Wärme leitend über Motor-Heatpipes bzw. Motor-Wärmesiphons, die den Deckel durchdringen, mit weiteren Lamellen verbunden ist, die an der vom Tank abgewandten Seite, vorzugsweise Oberseite des Deckels angeordnet sind. Die weiteren Lamellen geben ihr Wärme direkt an die Umgebungsluft ab. Die Motor-Heatpipes bzw. Motor-Wärmesiphons diene zur Kühlung des Elektromotors und sind dazu mit diesem Wärme leitend verbunden. Die weiteren Lamellen werden bevorzugt durch zumindest einen Lüfter gekühlt. Dieser wird - im Gegensatz zum letztgenannten Stand der Technik -unabhängig von der Drehzahl des Elektromotors der Antriebseinheit angetrieben.
Alternativ kann der Elektromotor auch Kühlrippen aufweisen, die die Motorwärme an die Luft abgeben, die durch den zwischen Antriebseinheit und Innenwandung des Tanks gebildeten Abstand strömt.
Der Deckel kann eine Kühlplatte oder Coldplate sein, die ebenfalls Wärme aufnimmt und abgibt.
Wenn der Elektromotor über einen Frequenzumrichter mit Leistungselektronik elektrisch versorgt wird, ist der Frequenzumrichter oder seine Leistungselektronik besonders effektiv gekühlt, wenn er oder sie an der vom Tank abgewandten Oberseite der Kühlplatte an dieser Wärme leitend befestigt ist. Damit wird kein Schaltschrank für den Frequenzumrichter benötigt und der Verdrahtungsaufwand ist gegenüber dem Stand der Technik verringert.
Alternativ kann der Frequenzumrichter auch ein Gehäuse mit Kühlrippen und vorzugsweise einen eigenen Lüfter aufweisen.
Der Frequenzumrichter und die weiteren Lamellen mit ihrem Lüfter können in einem Gehäuse aufgenommen sein. Damit ist ein Schutz vor Staub und Spritzwasser gegeben und dies kann die Schutzklasse erhöht werden. Weiterhin kann das Gehäuse derart gestaltet sein, dass die Luft der Lüfter über die weiteren Lamellenpakete geführt wird und ein seitliches Ausweichen der Luft verhindert wird.
Die Mittelachsen des kreiszylindrischen Tanks und des Elektromotors fallen vorzugsweise zusammen und sind senkrecht ausgerichtet, so dass das Kompaktaggregat einen vertikalen Aufbau hat.
Mehrere Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kompaktaggregats sind in den Zeichnungen dargestellt. Anhand der Figuren dieser Zeichnungen wird die Erfindung nun näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßes Kompaktaggregats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 in einem perspektivischen Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Kompaktaggregat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht einige Komponenten des Kompaktaggregats aus Figur 2,
Figur 4 in einem perspektivischen Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Kompaktaggregat gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und
Figur 5 in einem weiteren perspektivischen Längsschnitt das Kompaktaggregat aus
Figur 4.
Figur 1 zeigt einen Schaltplan des erfindungsgemäßen Kompaktaggregats gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Das Kompaktaggregat weist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor M und einer hydrostatischen Pumpe 1 auf. Der Elektromotor M wird mit einem Frequenzumrichter 2 betrieben. Weiterhin weist das Kompaktaggregat einen Tank T für Druckmittel, z.B. Hydrauliköl auf.
Der Frequenzumrichter 2 ist zwischen einer elektrischen Leistungsversorgung 4 und einer elektrischen Leitung 6 vorgesehen, so dass über die elektrische Leitung 6 der Elektromotor M frequenzgeregelt und damit drehzahlgeregelt versorgt wird. Über eine Welle 8 wird damit die Pumpe 1 vom Elektromotor M drehzahlvariabel angetrieben. Dabei saugt die Pumpe 1 über eine Saugleitung 10 Druckmittel aus dem Tank T an und fördert dieses über eine Druck- oder Zuleitung 12 zu einem hochdruckseitigen Verbraucheranschluss 14 des Kompaktaggregats. An diesen Verbraucheranschluss 14 ist über Ventile ein Verbraucher angeschlossen, der z. B. ein Zylinder sein kann. Der Verbraucher und die Ventile sind nur symbolisch dargestellt und bilden ein hydraulisches System 16.
Uber einen niederdruckseitigen Verbraucheranschluss 18 strömt das Druckmittel vom Verbraucher 16 zurück in das Kompaktaggregat. Genauer gesagt strömt das Druckmittel vom Verbraucheranschluss 18 über eine erste Rückleitung 20 und über eine zweite Rückleitung 21 zum Tank T, wobei in der ersten Rückleitung 20 ein Rücklauffilter 38 vorgesehen ist. Bei Werkzeugmaschinen werden meist zwei Rückleitungen 20, 21 benötigt. Eine, die einen durch den Rücklauffilter 38 verursachten Staudruck aushält, und eine weitere, welche staudruckfrei in den Tank T führt. Hier wird ein Leckageanschluss einer Drehdurchführung bei der Werkzeugmaschinenspindel angeschlossen. Das Druckmittel, welches in der Drehdurchführung zum Tank T fließt, darf keinen Druckmittelrückstau haben und wird unter einem Gefälle druckfrei in den Tank T geführt.
Alle innerhalb einer Aggregatgrenze 22 angeordneten Komponenten befinden sich am oder im Kompaktaggregat, alle durchquerenden Linien sind über Schnittstellen (Steckverbindungen bei Elektrik, Hydraulikanschlüsse bei Druckleitung bzw. Zuleitung 12 zu einem Verbraucher und Rücklaufleitungen 20, 21 vom Verbraucher) ausgeführt.
Der Druck p in der Zuleitung 12 wird über einen möglichst pumpennahen Drucksensor 30 gemessen, das Signal wird an den Frequenzumrichter 2 mit einem integrierten PID- Regler für eine Konstantdruckregelung weitergeben. Dieser regelt nun die Frequenz der Leistungsversorgung des Elektromotors M über die Leitung 6. Hiermit wird erreicht, dass je nach Volumenstrom in der Zuleitung 12, welche durch das hydraulische System 16 bestimmt wird, der Druck in der Zuleitung 12 konstant gehalten wird. Benötigt das hydraulische System 16 mehr Volumenstrom, z.B. weil sein Verbraucher sehr schnell bewegt werden muss, beschleunigt der Frequenzumrichter 2 die Antriebseinheit entsprechend dem Regelkreis (Drucksensor-Frequenzumrichter-Elektromotor-Pumpe) und hält den Druck p konstant.
Zusätzlich sind ein Füllstandssensor 24, ein Temperatursensor 25 für das Druckmittel und ein Filterverschmutzungssensor 28 für den Rücklauffilter 38 vorgesehen. Diese werden elektrisch an ein I/O-Board angebunden, das in einem Gehäuse 26 des Frequenzumrichters 2 integriert ist. Diese Signale werden z.B. für einen Not-Aus bei zu geringem Druckmittelstand, zu hoher Temperatur und verschmutzen Rücklaufilter 38 verwendet. Optional werden die Sensoren 24, 25, 28 analog ausgewertet, bzw. verfügen über Warnungs-Funktionen, welche bei definierten Schwellwerten ausgelöst werden. Die Warnungen kann der Frequenzumrichter 2 z.B. über eine optische Anzeige wie eine (gelb leuchtende) LED 34 ausgeben. Ein Not-Aus Signal kann über die (rot leuchtende) LED 34 und ein störungsfreier Betrieb über die (grün leuchtende) LED 34 angezeigt.
Des Weiteren können die Signale der Sensoren 24, 25, 28 gebündelt über eine Datenschnittstelle 36, welche analog (z.B. 4-20mA, 0-10V), digital (Low-High) oder einer BUS-Schnittstelle an eine übergeordnete Schnittstelle (z.B. einer Steuerung der von dem Kompaktaggregat versorgten Werkzeugmaschine) weitergegeben werden.
Weiterhin ist am Kompaktaggregat eine Ablassvorrichtung 32 vorgesehen, welche z.B. als Kugelhahn ausgeführt sein kann. Zwischen Tank T und Ablassvorrichtung 32 ist ein durchsichtiger Schlauch verbaut, der als Füllstandsanzeige 39 dient. Um den Füllstand im Tank T zu kontrollieren, wird die Ablassvorrichtung 32 an der Oberseite des Kompaktaggregats und insbesondere des Tanks T gehalten und dort geöffnet, so dass der Füllstand im Tank T über den Schlauch angezeigt werden kann (kommunizierende Gefäße). Optimaler Weise wird die Ablassvorrichtung 32 geöffnet an der Oberseite des Tanks T in dessen Innenraum angebunden, so dass Schmutzeintrag durch die Umgebungsluft verhindert wird. Weiterhin ist am Tank T ein Einlass- und Belüftungsfilter 43 vorgesehen.
Figur 2 zeigt in einem perspektivischen Längsschnitt ein erfindungsgemäßes Kompaktaggregat gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dargestellt ist der innen liegender Elektromotor M mit direkt angeflanschter Pumpe 1. Umgeben wird die so gebildete Antriebseinheit von dem ringförmigen Tank T, welcher vorzugsweise aus Kunststoff z.B. mittels Spritzgussverfahren hergestellt ist. Über die Saugleitung 10, die sich in radialer Richtung zwischen dem Tank T und der Pumpe 1 erstreckt, saugt die Pumpe 1 Druckmittel aus einem unteren Bereich des Tanks T an und gibt es unter einem höheren Druckniveau über die Zuleitung 12 an das folgende hydraulische Systemlö ab (beide in Fig. 2 nicht gezeigt, vgl. Fig. 1). Nach Durchlaufen des hydraulischen Systems und Abgabe von hydraulischer Energie gelangt das Druckmittel über eine Rücklauf-Bohrung und über die Rückleitungen 20, 21 (beide in Fig. 2 nicht gezeigt, vgl. Fig. 1) wieder in den Tank T.
Vorzugsweise ist die Antriebseinheit vertikal verbaut und über ein Dämpfungselement 40 (z.B. eine Korkplatte) schwingungsdämpfend an einem Deckel 44 mit (nicht gezeigten) Montageschrauben aufgehängt. Des Weiteren sind zwischen den Montageschrauben und den Deckel 44 auch (nicht gezeigte) schwingungsdämpfende Elemente wie z.B. Kunststoffhülsen vorgesehen. Der Deckel 44 begrenzt den oberen Bereich des Tanks T und verschließt diesen.
Der Tank T hat eine Innenwandung 46 und eine Außenwandung 48, die konzentrisch zueinander sind, und zwischen denen einstückig ein kreisringförmiger Boden 42 gebildet ist. Damit ist der Tank T becherartig und hat einen kreisringförmigen Querschnitt mit einem Innenraum. Der Deckel 44 ist kreisscheibenförmig und das Gehäuse 26 des Frequenzumrichters 2 hat eine kreiszylindrische Form. Die Außenwandung 48 des Tanks T und der Deckel 44 und das Gehäuse 26 haben etwa einen gleichen Durchmesser, so dass das Kompaktaggregat insgesamt eine kreiszylindrische Form hat.
Zwischen der Innenwandung 46 des Tanks T und der Antriebseinheit, insbesondere deren Elektromotor M, ist ein umlaufender Abstand 50 vorgesehen, der mit Umgebungsluft gefüllt ist. Damit ist der emittierte Schall der Antriebseinheit und damit des Kompaktaggregats gedämpft.
Über eine Belüftungseinrichtung wie z.B. eine Bohrung oder den im Deckel 44 integrierten Einlass- und Belüftungsfilter 43, evtl. in Kombination mit einer Befüllvorrichtung (Befüll- und Entlüftungsfilter ELF) kann bei einem durch das hydraulische System 16 bedingten Pendelvolumen Luft von der Umgebung in den Tank T nachgesaugt werden bzw. an die Umgebung abgegeben werden.
Der Elektromotor M wird mittels der elektrischen Leitung 6 (vgl. Fig. 1) mit elektrischer Energie versorgt. Diese ist durch eine Bohrung im Deckel 44 von dem an der Oberseite des Deckels 44 angeordneten Frequenzumrichter 2 zum Elektromotor M an der Unterseite des Deckels 44 geführt.
Figur 3 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kompaktaggregats aus Figur 2, wobei die Pumpe 1, der Tank T, der Frequenzumrichter 2 und das Gehäuse 26 weggelassen wurden. Damit ist die Kühlung des zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Kompaktaggregats ersichtlich. Im Tank T sind zwei Lamellenpakete 144 angeordnet, die jeweils aus einer Mehrzahl von halbkreisbogenförmigen Lamellen bestehen. Alle Lamellen sind über jeweilige Druckmittel- Heatpipes 146, die sich durch den Deckel 44 hindurch auf zu der vom Tank T abgewandte Oberseite des Deckels 44 erstrecken, mit weiteren Lamellenpaketen 148 Wärme leitend verbunden. Es sind pro tankseitigem Lamellenpaket 144 zwei weitere Lamellenpakete 148 vorgesehen, deren Lamellen etwa viertelkreisförmig sind. Weiterhin ist auch der Elektromotor M über vier (nicht gezeigte) Motor-Heatpipes, die sich durch den Deckel 44 hindurch auf die vom Elektromotor M abgewandte Oberseite des Deckels 44 erstrecken, mit weiteren Lamellenpaketen 150 Wärme leitend verbunden. Damit wird die Abwärme des zurückströmenden Druckmittels und des Elektromotors M zu den weiteren Lamellenpaketen 148, 150 an die vom Tank T und vom Elektromotor M abgewandten Oberseite der Deckels 44 transportiert und von dort über die dortigen weitern Lamellenpakete 148, 150 an die Umgebungsluft abgegeben. Ergänzend können zwischen den weiteren Lamellenpaketen 148, 150 (z.B. zwei) Lüfter 152 vorgesehen sein.
Der Deckel 44 ist als Kühlplatte ausgebildet und von einem Kühlwasserkanal durchsetzt, von dem nur die beiden Anschlüsse 154 ersichtlich sind.
Die Figuren 4 und 5 zeigen jeweils ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Kompaktaggregats in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht, wobei die Schnittebenen der beiden Figuren um 90 Grad zueinander gedreht sind.
Beim dritten Ausführungsbeispiel wird der Tank T durch ein inneres Rohr 156, ein äußeres Rohr 158, den Boden 42 und den Deckel 44 gebildet. Der Deckel 44 und der Boden 42 werden mit Zugankern 160 mit jeweiligen Zugankerschrauben 162 verbunden, wobei die beiden Rohre 156, 158 zwischen dem Boden 42 und dem Deckel 44 eingespannt sind.
Im dritten Ausführungsbeispiel ist zusätzlich die Kühlung gegenüber dem zweiten Ausführungsbeispiel etwas verändert. Der Frequenzumrichter 2 wird mit seiner Leistungselektronik über (z.B. zwei) eigene Lüfter 152 gekühlt, welche einen Luftvolumenstrom durch Lüftungsschlitze 164 des Gehäuses 26 ansaugen, den Frequenzumrichter 2 und seine Leistungselektronik mittels Durchströmung des Innenraumes sowie Durchströmung seines Kühlkörpers 166 kühlen, und wieder durch die Lüftungsschlitze 164 aus dem Gehäuse 26 austreten.
Der Elektromotor M wird über einen im Innenraum des Kompaktaggregats oder des Tanks T integrierten Lüfter 168 gekühlt, der konzentrisch zum Elektromotor M angeordnet ist. Der Lüfter 168 saugt ebenfalls Luft durch die Lüftungsschlitze 164 des Gehäuses 26 an, kühlt zuerst das Druckmittel über die am Außenumfang des Deckels 44 angeordneten weiteren Lamellenpakete 148, welche mittels Druckmittel- Heatpipes 146 mit den Lamellenpaketen 144 des Tanks T verbunden ist, und kühlt anschließend den Elektromotor M über dessen Kühlrippen. Die warme Luft tritt abschließend über Lüftungsschlitze 170 an einer Unterseite des Bodens 42 in radialer Richtung wieder aus dem Kompaktaggregat aus. Der Lüfter 168 kann auch direkt auf der Welle 8 verbaut sein.
Offenbart ist ein hydrostatisches Kompaktaggregat mit einem Elektromotor und einer Pumpe, die Druckmittel aus einem Tank zu einen Verbraucheranschluss fördert. Der Tank ist kreisringförmig, und der Elektromotor und die Pumpe werden gemeinsam von diesem Tank umschlossen.
Bezugszeichenliste:
1 Pumpe
2 Frequenzumrichter
4 elektrische Leistungsversorgung
6 elektrische Leitung
8 Welle
10 Saugleitung
12 Zuleitung
14 hochdruckseitiger Verbraucheranschluss
16 hydraulisches System (Verbraucher mit Ventilen)
18 niederdruckseitiger Verbraucheranschluss
20 erste Rückleitung
21 zweite Rückleitung
22 Aggregatgrenze
24 Füllstandssensor
25 Temperatursensor
26 Gehäuse
28 Filterverschmutzungssensor
30 Drucksensor
32 Ablassvorrichtung
34 LED
36 Datenschnittstelle
38 Rücklauffilter
39 Füllstandsanzeige
40 Dämpfungselement
42 Boden
43 Einlass- und Belüftungsfilter
44 Deckel
46 Innenwandung
48 Außenwandung
50 Abstand
144 Lamellenpaket 146 Druckmittel-Heatpipe 148 weiteres Lamellenpaket 150 weiteres Lamellenpaket 152 Lüfter
154 Anschlüsse
156 inneres Rohr
158 äußeres Rohr
160 Zuganker
162 Zugankerschraube 164 Lüftungsschlitz
166 Kühlkörper
168 Lüfter
170 Lüftungsschlitz p Druck
M Motor
T Tank

Claims

Patentansprüche
Elektrohydraulisches Kompaktaggregat mit einer Antriebseinheit, die einen Elektromotor (M) und eine hydrostatische Pumpe (1) aufweist, wobei über die Pumpe (1) Druckmittel aus einem Tank (T) ansaugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Tank (T) eine Innenwandung (46; 156) hat, die einen vom Druckmittel getrennten Innenraum begrenzt, in dem der Elektromotor (M) und die Pumpe (1) zumindest abschnittsweise angeordnet sind.
Kompaktaggregat nach Anspruch 1, wobei die Antriebseinheit beabstandet zur Innenwandung (46; 156) ist.
Kompaktaggregat nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Deckel (44), an dem der Tank (T) und die Antriebeinheit befestigt sind.
Kompaktaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tank (T) aus Kunststoff gefertigt ist.
Kompaktaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Innenwandung (46; 156) im Wesentlichen kreiszylindrisch ist, und wobei der Tank (T) eine im Wesentlichen kreiszylindrische Außenwandung (48; 158) hat.
Kompaktaggregat nach Anspruch 5, wobei die beiden Wandungen (156, 158) über zumindest einen Zuganker (160) zwischen dem Deckel (44) und einem Boden (42) eingespannt sind, oder wobei die beiden Wandungen (46, 48) einstückig mit einem Boden (42) gebildet sind.
Kompaktaggregat nach Anspruch 6, wobei der Boden (42) kreisringförmig ist, und wobei der Deckel (44) kreisringförmig oder kreisscheibenförmig ist, und wobei die beiden Wandungen (46, 48; 156, 158), der Boden (42), der Deckel (44) und eine Mittelachse des Elektromotors (M) oder der Antriebseinheit konzentrisch zueinander sind.
8. Kompaktaggregat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Tank ein Lamellenpaket (144) vorgesehen sind, über das das Druckmittel geführt ist.
9. Kompaktaggregat nach Anspruch 8, wobei die Lamellen des Lamellenpakets (144) über Druckmittel-Heatpipes (146), die den Deckel (44) durchdringen, mit einem weiteren Lamellenpaket (148) Wärme leitend verbunden sind, das an einer vom Tank (T) abgewandten Seite des Deckels (44) angeordnet ist.
10. Kompaktaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der Elektromotor (M) über Motor-Heatpipes, die den Deckel (44) durchdringen, mit einem weiteren
Lamellenpaket (150) Wärme leitend verbunden ist, das an der vom Tank (T) abgewandten Seite des Deckels (44) angeordnet ist.
11. Kompaktaggregat nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei der Deckel (44) eine Kühlplatte ist.
12. Kompaktaggregat nach Anspruch 11, wobei der Elektromotor (M) über einen Frequenzumrichter (2) elektrisch versorgbar ist, der an der vom Tank (T) abgewandten Seite der Kühlplatte an dieser befestigt ist.
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