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Die
Erfindung betrifft eine Elektromotor-Pumpen-Einheit gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruch 1 sowie eine Hydraulikanordnung mit einer
derartigen Einheit gemäß Patentanspruch 8.
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Lüfter
dienen zum Kühlen eines Elektromotors, der beispielsweise
in einer Hydraulikanordnung eine Hydraulikpumpe antreibt. Der Lüfter
ist im Gehäuse des Elektromotors angeordnet und wird dabei von
diesem oder einem eigenen Elektromotor angetrieben. Im letzteren
Fall wird der Lüfter als Fremdlüfter bezeichnet.
Der Elektromotor erzeugt im Betrieb Wärme, die durch den
Lüfter abgetragen wird, wodurch Schaden durch Überhitzung
vermieden wird. Der Lüfter saugt den zur Kühlung
nötigen Luftstrom aus der Umgebung an und bläst
diesen dann über den Elektromotor wieder in die Umgebung
ab, wobei Wärme vom Elektromotor an den Luftstrom abgegeben
wird. Die Hydraulikpumpe der Hydraulikanordnung erzeugt während
des Betriebs ebenfalls Wärme, die teilweise an ein Druckmittel
abgegeben wird, so dass sich dieses erwärmt. Wärme
kann auch durch die Ansteuerung von Verbrauchern in der Hydraulikanordnung
erzeugt werden, wobei diese teilweise ebenfalls an das Druckmittel
abgegeben wird. Um dem Druckmittel die Wärme zu entziehen
wird beispielsweise ein Öl-Luftkühler in den Druckmittelkreislauf
der Hydraulikanordnung eingebaut, wie er im „Der
Hydraulik Trainer, Band 1" (3. überarbeitete Ausgabe 2004
von Bosch Rexroth AG) auf Seite 280 gezeigt ist. Ein von
einem Elektromotor angetriebenes Gebläse sorgt für
den nötigen Luftdurchsatz durch den Öl-Luftkühler.
Nachteilig bei einer derartigen Hydraulikanordnung ist, dass die
verschiedenen Kühlungsvorrichtungen viel Energie benötigen
und hohe Energiekosten verursachen. Des Weiteren erfordert die Anordnung
eine hohe Anzahl von Bauteilen, viel Bauraum und hohen Montageaufwand.
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Demgegenüber
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlung
für eine Hydraulikanordnung zu schaffen, die wenig Energie
und Bauraum benötigt und einfach aufgebaut ist.
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Die
Aufgabe wird durch eine Elektromotor-Pumpen-Einheit mit den Merkmalen
des Patentanspruch 1 und einer Hydraulikanordnung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Erfindungsgemäß wird
mit dem Luftstrom, der von einem Lüfter zur Kühlung
des Elektromotors erzeugt wird, gleichzeitig Druckmittel eines Öl-Luftkühlers
gekühlt, indem der Luftstrom in Wärmeaustausch
mit einem den Öl-Luftkühler durchströmenden Druckmittelvolumenstrom
steht. Der Lüfter des Elektromotors saugt also den Luftstrom über
den Öl-Luftkühler an. Dies hat den Vorteil, dass
der Öl-Luftkühler kein separates Gebläse
zur Kühlung des Druckmittels benötigt, wodurch
der Energieaufwand im Vergleich zum Stand der Technik erheblich
gesenkt wird. Durch das nicht benötigte Gebläse
kann auch der Montageaufwand und der Bauraum einer Hydraulikanordnung
sinken, die einen derartigen Öl-Luftkühler aufweist,
wodurch diese sehr kompakt ausgeführt werden kann. Außerdem
wird die Störanfälligkeit dieser Hydraulikanordnung
gesenkt, da die Anzahl der Komponenten geringer ist.
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Der
Elektromotor, der die Hydropumpe antreibt, ist vorteilhafterweise
ein Asynchronmotor, da diese sehr günstig in der Herstellung
sind.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform wird der Lüfter
unabhängig vom Elektromotor betrieben und kann so sehr
flexibel an die benötigte Kühlleistung angepasst
werden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform treibt der Elektromotor
die Hydropumpe und den Lüfter an. Dies hat den Vorteil,
dass der Lüfter keinen eigenen Antrieb benötigt.
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Der
Elektromotor und die Hydropumpe können über eine
Welle miteinander verbunden sein, wobei deren Drehzahlen gleich
und einstellbar sein können, wodurch zum einen keine Vorrichtung
zur Übersetzung der Drehzahl benötigt wird und
zum anderen die Förderleistung der Hydraulikmaschine variabel durch
die Drehzahl des Elektromotors eingestellt werden kann.
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Vorzugsweise
ist die Drehzahl des Elektromotors durch einen Frequenzumrichter
entsprechend einem einzustellenden Druck steuerbar.
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Die
Hydropumpe ist bevorzugt eine kostengünstige Konstantpumpe.
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Eine
Hydraulikanordnung, die einen Elektromotor aufweist, der eine an
eine Druckleitung angeschlossene Hydromaschine antreibt, hat vorzugsweise
eine Lüftereinheit.
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Bei
der Hydraulikanordnung kann von der Druckleitung Druckmittel über
eine Kühlleitung abgezweigt und über einen Öl-Luftkühler
zu einem Tank geführt sein.
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In
der Kühlleitung stromaufwärts vom Öl-Luftkühler
kann eine Verstelleinheit für den Druckmittelvolumenstrom
in der Kühlleitung angeordnet sein. Hierdurch ist die zu
kühlende Menge des Druckmittelvolumens durch den Öl-Luftkühler
variabel einstellbar.
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Sonstige
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
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Im
Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand einer einzigen Zeichnung näher erläutert.
Diese zeigt eine schematische Darstellung einer Hydraulikanordnung
gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In
der Figur ist ein Blockschaubild einer Hydraulikanordnung 1 abgebildet.
Diese weist eine Hydraulikpumpe 2 auf, die von einem drehzahlvariablen Elektromotor 4 angetrieben
wird. Die Hydraulikpumpe 2 ist eine Konstantpumpe, beispielsweise
eine Innenzahnradpumpe, wodurch diese bei jeder Umdrehung das gleiche
Volumen verdrängt, und der Elektromotor 4 ist
als ein Asynchronmotor ausgeführt, der einen drehzahlvariablen
Antrieb ermöglicht. Der Elektromotor 4 treibt
die Hydraulikpumpe 2 über eine gemeinsame Welle 5 an,
wobei diese dann die gleiche Drehzahl aufweisen. Die Hydraulikpumpe 2 ist über
einen Druckanschluss 6 mit einer Druckleitung 8 und
mit einem Tankanschluss 10 mit einer Tankleitung 12 verbunden,
die an einem Tank 14 angeschlossen ist.
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Durch
eine Messleitung 18 wird der Druck pist des
Druckmittels von der Druckleitung 8 mit einem an der Messleitung 18 angeschlossenem
Druckmessgerät 16 abgegriffen, gemessen und von
dem Druckmessgerät 16 in ein elektrisches Signal
umgewandelt und an einen Frequenzumrichter 20 über
die Signalleitung 22 geleitet. Dieser bestimmt anhand des Drucks
pist und eines vorbestimmten Solldrucks
psoll, welcher in der Druckleitung 8 vorhanden
sein sollte, die Drehzahl des Elektromotors 4 und somit
der Hydraulikpumpe 2. Der Elektromotor 4 wird
dann von dem Frequenzumrichter 20 über eine Steuerleitung 24,
in Abhängigkeit von der Größe der Abweichung des
pist von dem psoll,
gesteuert.
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In
der Figur zweigt von der Druckleitung 8 in dem Abschnitt
zwischen der Messleitung 18 und dem Druckanschluss 6 der
Hydraulikpumpe 2 eine Kühlleitung 26 ab,
die über eine Verstelleinheit 28, zum Einstellen
eines Kühlvolumenstroms, zu einem Kühlanschluss 30 eines Öl-Luftkühlers 32 führt,
der über einen Tankanschluss 33 mit einer Tankleitung 34 verbunden
ist, die in den Tank 14 mündet. An die Druckleitung 8 sind
des Weiteren ein oder mehrere Verbraucher angeschlossen, die in
der Figur nicht dargestellt werden.
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Die
Kühlung des Elektromotors 4 erfolgt über einen
Lüfter bzw. Fremdlüfter 36, wobei dieser
so angeordnet ist, das ein erzeugter Kühlluftstrom 38,
der in der Figur mit einem Pfeil dargestellt ist, als Kühlmedium
im Öl-Luftkühler 32 wirkt, so dass der Fremdlüfter 36 eine
Doppelfunktion, nämlich die Kühlung des Elektromotors 4 und
des Druckmittels, erfüllt. Der Fremdlüfter 36 wird über
einen eigenen Antrieb unabhängig von dem Elektromotor 4 betrieben, wodurch
eine völlig variable Einstellung des Kühlluftstromdurchsatzes
ermöglicht ist.
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Der
Elektromotor 4 erzeugt im Betrieb Wärme, die abgeführt
werden muss, um eine Beschädigung des Elektromotors 4 zu
vermeiden. Die Wärmemenge, die erzeugt wird, ist abhängig
von der Belastung des Elektromotors 4, wobei bei höherer Belastung
mehr Wärme erzeugt wird. Die Verlustleistung der Hydraulikpumpe 2 wird
ebenfalls als Wärme teilweise dem Druckmittel zugeführt,
wodurch dessen Temperatur steigt. Das gleiche gilt für
die in der Figur nicht dargestellten Verbraucher, die zusätzlich
das Druckmittel erwärmen können. Um die Temperatur des
Druckmittels zu senken oder konstant zu halten, damit kein Hitzeschaden
eintritt, wird ein Teil des Druckmittels über die Kühlleitung 26 zum Öl-Luftkühler 32 geleitet,
durch diesen abgekühlt und das gekühlte Druckmittel
dem Tank 14 über die Tankleitung 34 zugeführt.
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Der
Fremdlüfter 36 kühlt den Elektromotor 4 und
den Öl-Luftkühler 32 gleichzeitig. Der
Kühlluftstrom 38 wird dabei von dem Fremdlüfter 36 aus
der Umgebung bei Umgebungstemperatur angesaugt, gelangt durch den Öl-Luftkühler 32,
nimmt von diesem Wärme auf und wird weiter über
den Elektromotor 4, von diesem der Kühlluftstrom 38 ebenfalls
Wärme aufnimmt, in die Umgebung abgeblasen. Der Fremdlüfter 36 stellt
den Durchsatz des Luftstroms 38 entsprechend dem Betriebszustand
der Antriebsanordnung, bestehend aus Elektromotor 4 und
Hydraulikpumpe 2, ein, womit bei niedriger Belastung und
geringer Wärmeerzeugung der Durchsatz geringer ist, als
bei hohen Belastung und großer Wärmeerzeugung
der Antriebsanordnung.
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Wäre
eine Durchsatzeinstellung des Luftstroms 38 durch den Fremdlüfter 36 nicht
möglich, so müsste dieser konstant den maximal
notwendigen Kühlluftstrom 38 erzeugen, damit jeder
Betriebszustand der Antriebsanordnung abgedeckt ist. Die Höhe
der Betriebsgeräusche des Fremdlüfters 36 sind
von der Höhe des Luftdurchsatzes abhängig, wobei
dieser bei einem konstant hohen Luftdurchsatz entsprechend konstant
laute Betriebsgeräusche erzeugt. Durch den variablen Luftdurchsatz
des Fremdlüfters 36 sind auch dessen Betriebsgeräusche
variabel und sind somit bei geringerer Wärmeerzeugung der
Antriebsanordnung entsprechend leiser.
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Die
Verstelleinheit 28, die in der Kühlleitung 36 angeordnet
ist, dient zum Verstellen des Druckmittelvolumenstroms in dieser
Kühlleitung 36 und somit zum Einstellen der Menge
an Druckmittel, die durch den Öl-Luftkühler 32 geleitet
wird. Bei hoher Druckmitteltemperatur wird mehr Druckmittel durch
die Verstelleinheit 28 geleitet, als bei niedriger Druckmitteltemperatur,
wobei der Druckmittelbedarf der Verbraucher dabei abgedeckt sein
sollte.
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Der
Durchsatz des Luftstroms 38 ist, wie schon beschrieben,
von dem Betriebszustand des Elektromotors 4 und der Hydraulikpumpe 32 abhängig.
Es wäre denkbar, dass Temperatursensoren die Temperatur
dieser Komponenten messen, und der Fremdlüfter 36 entsprechen
der Temperaturgrößen gesteuert wird.
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Offenbart
sind eine Lüftereinheit, sowie eine Hydraulikanordnung
mit einer derartigen Lüftereinheit, wobei die Lüftereinheit
aus einem Lüfter besteht, der einen Elektromotor, welcher
eine Hydromaschine antreibt, mit einem Luftstrom kühlt.
Gleichzeitig steht der Luftstrom in Wärmeaustausch mit
einem Öl-Luftkühler durchströmenden Druckmittelvolumenstrom.
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- 1
- Hydraulikanordnung
- 2
- Hydraulikpumpe
- 4
- Elektromotor
- 6
- Druckanschluss
- 8
- Druckleitung
- 10
- Tankanschluss
- 12
- Tankleitung
- 14
- Tank
- 16
- Druckmessgerät
- 18
- Messleitung
- 20
- Frequenzumrichter
- 22
- Signalleitung
- 24
- Steuerleitung
- 26
- Kühlleitung
- 28
- Verstelleinheit
- 30
- Kühlanschluss
- 32
- Öl-Luftkühler
- 33
- Tankanschluss
- 34
- Tankleitung
- 36
- Fremdlüfter
- 38
- Luftstrom
- pist
- Druck
- psoll
- Druck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Der
Hydraulik Trainer, Band 1" (3. überarbeitete Ausgabe 2004
von Bosch Rexroth AG) auf Seite 280 [0002]