CN110067744A - 液压机、具有液压机的液压机组以及具有液压机的液压轴 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有壳体的液压机。还公开了分别具有液压机的一种液压机组和一种液压轴。

Description

液压机、具有液压机的液压机组以及具有液压机的液压轴

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的液压机、具有根据权利要求14所述的液压机的液压机组，以及具有根据权利要求15所述的液压机的液压轴。

背景技术

液压回路的核心件是液压机、特别是液压泵。通过其将机械能转换成由其输送的压力介质的液压能、特别是静液压能。在作为液压马达运行的情况下，转换在相反方向上进行。在能量转换中发生损耗（Verluste），所述损耗在液压回路的情况下尤其导致压力介质变热（Erwärmung）。在此，在液压机中出现的损耗是压力介质变热的大部分原因，更小的部分是由管线中的流动损耗引起的。液压泵中的压力介质的变热特别大。

在传统的解决方案中，由于损耗而积聚在液压泵中的热能被输送的压力介质带入到液压回路中，直到它借助外部的热交换器作为热被排出到冷却剂。在此，热能被分配到大的油体积（Ölvolumen）上，由此需要循环大量的压力介质以排出热。由于大量的压力介质，然而用于再冷却的冷却剂的∆T也相对较小，使得外部的热交换器的效率小并且其热交换面必须较大，这使得投资和运行成本保持得高。

冷却可以例如通过外部的管束式或板式热交换器进行。冷却剂例如是水。在所述两种热交换器中，存在水进入液压油的风险，因为在管束式热交换器的情况下油和冷却水侧仅通过密封件并且在板式热交换器的情况下仅通过薄的钎焊层分离。两个密封件都可能由于运行所致的损耗（Verschleiß ）而失效，并且由此由于进入到液压油中的水危及到液压机的及由其供应的组件的和过程的运行可靠性。

文献DE 94 11 163 U1、JPH 08 22 64 12和DE 27 03 686分别说明了一种解决方案，其中借助用压力介质冲洗液压泵的壳体内部空间来进行冷却。以这种方式从液压泵排出的压力介质在单独布置的热交换器中利用水再冷却。在此，待循环的压力介质量也是大的。此外，必须持久地再馈送冲洗出的量，这会随之带来装置技术方面的耗费。

文献CN 106 224 228说明了一种液压泵，其壳体由热管包裹。通过由水浴再冷却热管的介质来进行最终的热排出。该解决方案的缺点例如在于，热管由于其外侧暴露于液压泵而经受由冲击引起的损坏。

文献DE 10 2012 000 986 B3说明了相关的解决方案，其中提出了一种用于液压泵的冷却套。这里的缺点是这种冷却套结构会需要相当大的构造空间。

发明内容

与之相应地，本发明的目的是提供一种具有更高效的冷却的液压机、具有液压机的液压机组和具有液压机的液压轴。

第一个目的通过具有权利要求1的特征的液压机解决，第二个目的通过具有权利要求14的特征的液压机组解决，并且第三个目的通过具有权利要求15的特征的液压轴解决。

在各个从属权利要求中描述了本发明的有利的改进方案。

液压机具有壳体和布置在所述壳体上的用于液压功率转换的以压力介质穿流的传动装置（Triebwerk）。在液压机运行时，在液压机中、特别是在传动装置中压力介质由于摩擦和可能的其他损耗而变热。根据本发明，用于冷却的热交换装置在壳体的壁部内延伸。特别地，进行从可旋转地布置在壳体中的组件通过热辐射进行到热交换装置的热传递和/或只要泄漏体积流从传动装置指向到壳体内部空间中，则可以进行从湍流地在壳体内部空间中旋流的压力介质通过热传导（Wärmedurchgang）到热交换装置的热传递。

通过使得热交换装置布置得如此靠近由损耗决定的变热位置，可用于热交换的∆T也是高的。由此，无论现在是通过热辐射还是通过热传导，或通过两种方法，热传递都是特别有效的。因此，热交换装置在壁部内的小的热交换面就已经足够。

壳体的壁部提供用于容纳热交换装置，因为壳体本来就必须存在以保护和支承可旋转的组件。为了将热交换装置布置在壁部内，与没有热交换装置的传统的壁部相比，其必须仅略微进行扩宽。因此，尽管布置在壁部内的热交换装置，但液压机仍然构造得小。

在一种优选的改进方案中，传动装置具有能够围绕转动轴旋转地进行布置、特别是得到支承的一组静液压的工作空间。所述工作空间能够在旋转时交替地与液压机、并且特别是液压泵的高压部和低压部连接，特别是能够与液压机的对应于相应的压力的端子进行连接。

优选地，静液压的工作空间分别由液压机的静液压的缸体-活塞单元限定。

优选地，液压机是轴向活塞机（Axialkolbenmaschine），并且缸体由构造在可旋转的缸筒中的缸孔形成。在所述缸孔中可轴向移动地布置有活塞。在这种情况下，热特别是从缸筒和活塞中出来（ausgehen）。

优选地，轴向活塞机被构造为斜盘构造形式，其中活塞在壳体固定地布置的或可枢转地支承的斜盘上滑动地、即在滑动摩擦的情况下得到支撑。替代性地，斜轴构造形式是可行的，其中活塞头抗扭转地并且能枢转地、即在滑动摩擦的情况下与相对于转动轴安装的驱动轴连接。在两种情况下，热也从摩擦学的配合件出来。

在一种改进方案中，壁部由壳体的套区段形成，该套区段尤其至少部分地包围转动轴或包围所述组。

在一种替代的改进方案中，壁部由壳体的内套区段并且由在外侧邻接其上的外部区段形成，该内套区段特别是至少部分地包围转动轴或者包围所述组，热交换装置至少部分地在所述外部区段中延伸。在这种情况下，所述壁部因此被划分为带有套的区段和在外侧邻接、安置或紧固其上的外部区段，所述带有套的区段仅具有包覆壳体内部空间的功能，所述外部区段满足热交换的功能。

在划分的壁部的情况下，在一种变型中，热交换装置的至少一个通道（其中布置有用于吸收热的流体）被铣削到外部区段的内套面中并被密封面覆盖。密封面尤其是流体密封地封闭并且与外部区段的内部面齐平地封闭。例如，密封面是内套面区段的外套面。

在划分的壁部的情况下，在另一变型中，外部区段的内壁处于热交换装置和内套区段之间。

外部区段可以构造为板状的。在此，一个或多个板可以在内套区段上安置在一个或多个侧面上。

替代性地，外部区段可以被构造为套状并且包围内套区段。

在一种改进方案中，壳体的套区段或内套区段至少部分地被构造为柱形或柱形拱起或锥形。特别地，它包围上述转动轴和/或呈柱形或柱形拱起或锥形的形式的组。

在一种改进方案中，壳体的外部面，特别是套区段或外部区段的外部面具有至少一个平面区段。以这种方式，可以将附接件、例如用于将转矩传递到液压机的驱动机，或用于紧凑地构造液压机组或液压轴的压力介质容器以简单的方式紧固在壳体上。

在一种改进方案中，所述壁部具有指向所述壳体内部空间的内套面，所述内套面特别是在上述旋转轴作为垂线落到其上的平面中至少部分地具有圆形的横截面。

在一种改进方案中，内套面，特别是在转动轴的方向上并且围绕其至少部分地柱形地延伸。在此，所述内套面可以替代地或附加地具有锥形的或椭圆形的区段，以便促进例如泄漏体积的或者泄漏体积流的湍流的旋流和/或促进辐射吸收。

在一种改进方案中，热交换装置被构造为环形的、特别是圆环形的，或多边形的、特别是四边形或六边形或八边形。所提到的形状特别涉及轮廓、特别是热交换装置的外轮廓和/或内轮廓的到如下平面中的投影，上面提及的转动轴作为垂线落到所述平面上。

在一种改进方案中，热交换装置柱形或凸形拱起柱形地延伸。

在一种变型中，热交换装置的壁部由管形成。特别地，至少其在壳体的壁部内的走势、横截面、壁部厚度和/或材料至少根据按照规定的待传递的热和/或压力介质的按照规定的温度来设计。

在一种改进方案中，将管、特别是钢管浇铸（eingiessen）到壳体的壁部中。

替代性地，铸造（giessen）热交换装置和壁部。为此，热交换装置的一个通道或多个通道在铸造所述壁部时借助于铸芯、特别是借助于砂芯制造。

用于制造的另一种替代方案是借助于添加性的3D金属打印来制造具有冷却装置的一个通道或多个通道的壁部。

在一种变型中，热交换装置由在壁部内延伸的环形空间、特别是柱形的环形空间形成。在一种替代性的变型中，热交换装置由在壁部内延伸的具有彼此交叉的通道的通道网络形成。通道可以例如以直角、锐角/钝角或大致形状（rautig）来交叉。

优选地，在热交换装置中，流体以单相或两相布置，特别是以自然对流或强制对流流动的方式布置。

如果在一种改进方案中热交换装置至少部分地螺旋形地，特别是围绕上述转动轴螺旋形地延伸，则给出了该热交换装置的简单且廉价地能够制造的构造形式。在此，沿着冷却剂的一侧上的和壳体内部空间的一侧上的螺旋体形成对应于该构造形式的特定温度曲线。

为了获得不同的特定温度曲线，在一种替代性的改进方案中，热交换装置至少部分地波纹地（ondulierend），特别是围绕上述转动轴并且在上述转动轴的方向上延伸。在此，例如主要平行于转动轴或沿转动轴的方向延伸的区段与主要在周向上围绕转动轴延伸的区段交替。

为了特别是提供更大的热交换面，热交换装置在一种改进方案中，特别是在径向于上述转动轴的方向上以至少两层或更多层延伸。

在易于能够制造的改进方案中，所述层中的第一层径向向内，特别是在上述转动轴的方向上，延伸直至第一层的顶点，在那里径向向外以热交换装置的至少一个管直径的量为幅度进行引导并且以第二层的顶点沿相反的方向返回延伸。

热交换装置可以部分地或完全在周向是特别是围绕上述转动轴延伸。

在液压机的一种改进方案中，热交换装置至少部分地在壳体区段中延伸，该壳体区段由于液压机的摩擦学的配对件的摩擦而受到热负荷。特别地，这可以是壳体区段，液压机的驱动轴可转动地支承在所述壳体区段中。在轴向活塞机的情况下，它们例如是壳体底部和/或壳体的连接盖，该连接盖承载高压和低压端子。

特别地，在液压机的一种改进方案中，如果将该液压机设计为轴向活塞泵，则证明有利的是，可以壁部的特别是与传动装置的泄漏压力介质接触的内套面被放大、特别是肋状化或粗糙化等。以这种方式，提高了热传递并提高了冷却功率。

液压机组具有根据前述描述的至少一个方面构造的液压机。在此，至少固定地与液压机，特别是其壳体连接的有：驱动机，特别是电机，通过该电机可以将转矩传递到液压机，以及压力介质容器，该压力介质容器可与液压机的低压部和/或高压部连接。根据液压回路的设计可以将压力介质容器设计为开放式罐（开放回路）或压力均衡容器（闭合回路），液压机可以集成（einbinden）到所述液压回路中。

这种机组例如设置用于向液压缸供给压力介质。

其可以在一种改进方案中与液压机，特别是与其壳体固定地连接。

液压轴具有根据前述描述的至少一个方面构造的液压机。在此至少固定地与液压机，特别是其壳体连接的有：驱动机，特别是电机，通过该电机可以将转矩传递到液压机，能够由液压机供应压力介质的液压缸和控制块、特别是阀控制块，用于控制压力介质供应。另外，如上面已经提到的那样，可以设置能够与液压机的低压部和/或高压部连接的罐或压力介质容器。

在机组或轴的一种改进方案中设置有冷却回路，液压机的热交换装置集成到该冷却回路中。

在机组或轴的一种改进方案中将额外的热交换装置-与液压机的热交换装置并联或者串联地-集成到冷却回路中，通过其驱动机、特别是电动机的逆变器，电源（Netzteile）和/或电气装置（Elektrik）和/或电动机本身能够得到冷却。

当串联布置时，证明有利的是，具有冷却剂入口的液压机的热交换装置的冷却剂回流部或出口形成附加的热交换装置的冷却剂入口，因为驱动机，特别是电动机的逆变器、电源和/或电气装置和/或电动机本身具有比液压机更高的最高温度。因此，在每个热交换装置上有足够的∆T以供使用，并且热传递的效率良好。在热交换装置的反向串联连接（利用电的组件的热交换装置的回流体积流来实现液压机的冷却）中，热侧（液压机）和流入的冷却剂之间的∆T减小，并且冷却效率降低。

附图说明

在附图中示出了根据本发明的液压机的及其热交换装置的多个实施例。参考这些附图，现在将更详细地解释本发明。

在图中：

图1以纵截面示出了根据第一实施例的呈斜盘构造形式的静液压的轴向活塞泵；

图2以纵截面示出了根据第二实施例的呈斜盘构造形式的静液压的轴向活塞泵；

图3至图5分别以纵向视图和俯视图示出来根据第三至第五实施例的热交换装置的；

图6和7分别以展开图和横截面示出了根据第六和第七实施例的热交换装置，并且

图8至10分别以展开图和纵截面示出了根据第八至第十实施例的热交换装置。

具体实施方式

根据图1，设计为静液压的轴向活塞泵1的液压机的第一实施例具有壳体2，该壳体具有环形或矩形的外轮廓的壳套4，该壳套在端侧上一方面由贯通盖（Durchtriebdeckel）6封闭并且另一方面由连接盖8封闭。在壳体2中，驱动轴14通过滚动轴承10、12可转动地得到支承。抗扭转地缸筒16与驱动轴14连接，沿着与转动轴18同心地布置的部分圆将多个缸孔21平行于转动轴18引入到所述缸筒中。在相应的缸孔21中，静液压的工作活塞20可轴向移动地得到引导并且在壳体盖6侧可滑动地支撑在固定地布置在壳体2中的斜盘22上。通过缸孔21和工作活塞20分别限定静液压的工作空间。在连接盖8的区域中，在缸筒16和连接盖8之间布置有被贯通凹口（压力肾(Drucknieren)、未示出）穿过(druchsetzen)的控制盘24。贯通凹口在此与连接盖8的高压端子26和低压端子28处于压力介质连接中。

在驱动轴14转动并且由此缸筒16转动时，静液压的工作空间通过它们指向端子26、28的通口（未示出）与高压部和低压部交替地连接。

在壳体2中构造有壳体内部空间30。在缸筒16和壳体内壁32之间径向地构造有环形空间34。在壳套4的壁部内热交换装置36沿转动轴18的方向延伸并且周向地围绕转动轴延伸。这具有多个圆环形的通道37，以用于将热能从壳体内部空间30排出，所述圆环形的通道围绕转动轴18同心地延伸。因此，热交换装置36具有基本上柱形的基本形状。圆环形的通道37在柱形的基本形状的顶点线上与冷却剂入口连接并且在成对角布置的顶点线上与冷却剂回流部（两者均未示出）连接。以这种方式，冷却剂（水）可以通过冷却剂入口流入到通道37中，冷却剂在两个从顶点线远离延伸的支腿中穿流，直至冷却剂出口并且在此从壳体内部空间30中吸收（aufnehmen）热，并且然后通过冷却剂回流部再次从壳体2流出。如上所述，液压回路中具有最高热产生的点通常处于静液压的轴向活塞泵1中。通过布置在壳套4的壁部内的热交换装置36使得热能非常接近于所述点而传递到流在通道37中的冷却剂、例如水中。由此，此处的ΔT非常高，并且传热系数α同样很高。由此可以在小的热交换面上传递大量的热量。结果，省去了必须在外部提供的明显更大的热交换器。通过这种方式，既可以节省投资成本，又可以节省运行成本。另外，静液压的轴向活塞泵1上的直接由温度决定的损耗现象可以被最小化，因为它们总是可以在最佳的温度范围内运行。

由于热以这种方式在静液压回路的“最热的位置”被传递，因此可以良好地进一步利用由冷却水排出的热能，因为特别是它们的温度水平远高于环境温度。以这种方式，例如可以二次向热水供应提供热。这可以例如通过三路径线路实现，其中热交换装置36中的冷却水循环直到达到足够的ΔT。

由于可能省去了外部的热交换器，也省去已经进一步在上面提及的、基于管束式热交换器或板式热交换器的相对易受影响的技术的误差源。

在此，省去更详细地说明根据图1的静液压的轴向活塞机1的基本结构和基本作用方式以及以下实施例，因为这些在现有技术中是充分已知的。所提到的优点也适用于以下实施例。

图2示出了根据第二实施例的静液压的轴向活塞泵101。与根据图1的第一实施例的不同之处在于，热交换装置136与根据图1的热交换装置不同。

在第一实施例中，通道环形地围绕转动轴18提供（verliefern），使得根据图2的热交换器装置136具有多个大致（rautig）交叉的通道137和139，为清楚起见，其中在图2中仅有四个分别设有附图标记。

这些通道形成通道网络，该通道网络以柱形凸形拱起的基本形状围绕转动轴18延伸。

通道137和139利用它们的端部区段分别通入到构造为环形通道的冷却剂入口38和热交换装置136的冷却剂回流部40中。

根据图1；2的轴向活塞泵1；101可以设计成两种不同的构型：带有泄漏或无泄漏。在前一种情况下，通过摩擦学（tribologisch）的配合件-其特别是由工作活塞20和缸孔21、工作活塞20和斜盘22的滑块（未示出）组成的配对件-的摩擦而变热的压力介质通过泄漏缝隙排出到壳体内部空间30中。通过在那里快速旋转的缸筒16使得汇聚在那里的泄漏压力介质被置于湍流的流动中。由此，从压力介质到壳体内壁32，并因此传递到热交换装置36；136的传热系数α都良好。

在第二种情况下，在“干式”轴向活塞泵的情况下，在摩擦学临界点处产生的热通过热辐射传递到壁部4；104，并且由此传递到热交换装置36；136。

图3至5示意性地分别以沿着转动轴18和横向于其的视图示出了壳体2的壁部4中的热交换装置236；336；436的第三至第五实施例。

根据图3a和3b，热交换装置236在转动轴18的方向上并且周向地围绕转动轴呈螺旋的形式从螺旋体的一个端部区段上的冷却剂入口38延伸至该螺旋体的另一端部区段上的冷却剂回流部40。

根据图4a和4b，热交换装置336在转动轴18的方向上并且周向地围绕转动轴呈具有矩形横截面的分级式螺旋的形式从螺旋体的一个端部区段上的冷却剂入口38延伸至该螺旋体的另一端部区段上的冷却剂回流部40。

根据图5a和5b，热交换装置436在转动轴18的方向上延伸，并且周向地围绕转动轴呈波纹（ondulierend）的形式延伸。在此，环从交替地平行于转动轴18延伸的轴向区段和周向上弯曲的区段彼此成排，使得热交换装置436的管在周向方向和轴向方向上交替地围绕转动轴18延伸。冷却剂入口38和回流部40在此共同布置在转动轴18作为垂线落到其上的平面中。

与图3至5的实施例不同，图6和7示出了这样的实施例中，其中壁部4与热交换装置536；636和入口38和回流部40被构造为纯铸件，也就是说，在制造过程中不是将钢管而是将成型热交换装置536； 636的铸芯（砂芯）进行包围浇铸（umgiessen）。

根据图6的热交换装置536呈具有彼此交叉的通道的通道网络的形式，并且根据图7的热交换装置636形成为环形柱形的空腔。

根据图8至10的实施例具有共同性，即壳体的壁部至少在热交换装置736；836；936的区域中由壳体2的围绕转动轴18的内套区段4a形成，并且由壳体的一个或多个在外侧邻接在其上的外部区段4b形成，热交换装置736；836；936在所述外部区段中延伸。

外部区段4b可以形成为单独的板。根据图8，热交换装置836被铣削为外部区段4b的内套面中的角弯折的槽44，并且钻出入口38和回流部40。在此重要的是对所述槽44的正确的密封，这在所示的实施例中通过密封面42进行。这可以例如通过将外部区段4b粘接到内套区段4a上而形成。

图9和10示出了这样的实施例，其中外部区段4b不受密封面42的限制，而是通过内壁46限制直至套区段4a。根据图9的热交换装置836以倒圆弯折的方式延伸，根据图10的热交换装置936呈具有彼此交叉的通道的通道网络的形式延伸。热交换装置836；936，包括入口38和回流部40，作为铸芯被引入到外部区段4b中。

图6至10分别示出了作为缸体的半套的展开的周向截面的实施例。在此，入口38和回流部40的通口成对角（diametral）和轴向间隔布置，使得冷却剂必须在热交换装置536；636；936中经过最长的路径。

公开了一种具有壳体的液压机，壳体中布置有传动装置，能够通过所述传动装置将机械能转换成液压能，和/或反之亦然。在此，热交换装置至少部分地在壳体的壁部内延伸以用于排出热流。

此外，公开了一种分别具有液压机的液压机组和液压轴。

Claims (15)

1.液压机，所述液压机具有壳体（2）和布置在所述壳体上的用于液压功率转换的传动装置（16、18、20、21），其特征在于，热交换装置（36；136；236；336；436；536；636；736；836；936）至少部分地在所述壳体（2）的壁部（4；104；4b）内延伸。

2.根据权利要求1所述的液压机，所述液压机具有能够在所述壳体（2）中围绕转动轴（18）旋转地布置的一组静液压的工作空间（21），所述工作空间能够在所述组旋转时交替地与液压机（1；101）的高压部（26）和低压部（28）连接。

3.根据权利要求1或2所述的液压机，其中，所述壁部（2）由所述壳体（2）的套区段（4；104）形成，或者其中，所述壁部（2）由所述壳体（2）的内套区段（4a）并且由在外侧邻接在其上的外部区段（4b）形成，所述热交换装置（736；836；936）至少部分地在所述外部区段中延伸。

4.根据权利要求3所述的液压机，其中，所述套区段（4；104）至少部分地构造为柱形或锥形或拱起。

5.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述壳体（2）的外套面具有矩形的横截面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述壁部具有这样的内套面（32），所述内套面至少部分地具有圆形的横截面。

7.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述热交换装置（36；136；236；336；436；536；636；736；836；936）具有柱形的基本形状，特别是被构造为多边柱形或圆柱形。

8.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述热交换装置（236；336；436）至少部分地由管、特别是钢管形成，所述管被浇铸到所述壁部中，和/或，其中所述壁部（4）至少部分地与所述热交换装置（36；136；536；636）铸造在一起，和/或，其中所述壁部借助于3D打印至少部分地与所述热交换装置一起制造。

9.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中在所述壁部（4）中的热交换装置（636）由环形空间、特别是柱形的环形空间形成，或者其中，所述壁部（4）中的热交换装置（136；536）由具有彼此交叉的通道的通道网络形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述热交换装置（236；336）至少部分地螺旋状地或盘旋状地延伸。

11.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述热交换装置（436；736；836）至少部分地波纹地或弯折地延伸。

12.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述热交换装置至少部分地在这样的壳体区段中延伸，所述壳体区段由于液压机的摩擦学的配对件的摩擦而受到热负荷。

13.根据前述权利要求中任一项所述的液压机，其中，所述壁部的内套面被放大、特别肋状化或粗糙化等等，用于简化热传递或用于提高冷却功率，所述内套面特别是能够与所述传动装置的泄漏压力介质接触。

14.具有前述权利要求中任一项所述来构造的液压机的液压机组，其中至少固定地与所述液压机连接的有：驱动机、特别是电机，通过所述电机能够将转矩传递到液压机上，以及压力介质容器，所述压力介质容器能够与所述液压机的低压部和/或高压部连接。

15.具有权利要求1至13中任一项所述来构造的液压机的液压轴，其中至少固定地与所述液压机连接的有：驱动机、特别是电机，通过所述电机能够将转矩传递到液压机上，能够由所述液压机供应压力介质的液压缸，以及控制块、特别是阀控制块，以用于控制压力介质供应。