DE102015206236A1 - Hydraulic unit and method for operating a hydraulic unit - Google Patents
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Abstract
Vorgestellt wird eine Hydraulikeinheit (100) mit einer Aktoreinrichtung (102) zum Betreiben der Hydraulikeinheit (100), wobei die Aktoreinrichtung (102) eine Pumpe (104) und/oder einen Motor (106) umfasst. Hydraulikeinheit (100) weist eine thermisch mit der Aktoreinrichtung (102) gekoppelte Kühleinrichtung (108) zum Kühlen der Aktoreinrichtung (102) auf.Presented is a hydraulic unit (100) with an actuator device (102) for operating the hydraulic unit (100), wherein the actuator device (102) comprises a pump (104) and / or a motor (106). Hydraulic unit (100) has a cooling device (108) thermally coupled to the actuator device (102) for cooling the actuator device (102).
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hydraulikeinheit, ein entsprechendes Hydrauliksystem, ein Verwenden einer Abwärme einer entsprechenden Hydraulikeinheit oder eines entsprechenden Hydrauliksystems sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikeinheit. The present invention relates to a hydraulic unit, a corresponding hydraulic system, using a waste heat of a corresponding hydraulic unit or a corresponding hydraulic system and a method for operating a hydraulic unit.
Stand der Technik ist die Wärmeabgabe über die Oberfläche der Komponenten durch Wärmedurchgang (beispielsweise im Steuerblock, Pumpe, Motor, ...) und Wärmeabgabe (Konvektion und Strahlung) über die Oberfläche. State of the art is the heat transfer over the surface of the components by heat transfer (for example in the control block, pump, motor, ...) and heat transfer (convection and radiation) over the surface.
Durch zunehmende Integration der Komponenten im System verringert sich die Oberfläche und die Hotspots befinden sich nicht oberflächennah. Increasing integration of components in the system reduces the surface area and the hotspots are not near the surface.
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Hydraulikeinheit, weiterhin ein Hydrauliksystem, das die Hydraulikeinheit verwendet, ein Verwenden einer Abwärme einer entsprechenden Hydraulikeinheit oder eines entsprechenden Hydrauliksystems sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Hydraulikeinheit gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, with the approach presented here, a hydraulic unit, furthermore a hydraulic system which uses the hydraulic unit, use of a waste heat of a corresponding hydraulic unit or a corresponding hydraulic system and a method for operating a hydraulic unit according to the main claims are presented. Advantageous embodiments emerge from the respective subclaims and the following description.
Bei einer kompakten Hydraulikeinheit können ein Überhitzen und lokale Hotspots durch eine Integration einer Kühleinrichtung vermieden werden. Vorteilhaft kann eine Leistungsdichte der Hydraulikeinheit verbessert werden. Gleichzeitig kann ein homogeneres Temperaturverhältnis innerhalb des Systems erzielt werden. In a compact hydraulic unit overheating and local hotspots can be avoided by integrating a cooling device. Advantageously, a power density of the hydraulic unit can be improved. At the same time, a more homogeneous temperature ratio can be achieved within the system.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft eine Hydraulikeinheit mit einer Aktoreinrichtung zum Betreiben der Hydraulikeinheit, wobei die Aktoreinrichtung eine Pumpe und/oder einen Motor umfasst, gekennzeichnet durch eine thermisch mit der Aktoreinrichtung gekoppelte Kühleinrichtung zum Kühlen der Aktoreinrichtung, wobei die Kühleinrichtung einen Kühlkreislauf mit einer Kühlleitung für ein Kühlmedium und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Kühlmediums in der Kühlleitung umfasst, wobei der das Kühlmedium ein Kältemittel ist. The approach presented here creates a hydraulic unit with an actuator device for operating the hydraulic unit, the actuator device comprising a pump and / or a motor, characterized by a thermally coupled to the actuator means cooling means for cooling the actuator means, wherein the cooling means comprises a cooling circuit with a cooling line for a cooling medium and a conveying device for conveying the cooling medium in the cooling line, wherein the cooling medium is a refrigerant.
Unter einer Hydraulikeinheit kann eine beliebige Hydraulikeinheit, wie beispielsweise ein Aggregat, eine Motor-Pumpen-Gruppe (Sytronix), eine Hydraulikzylindereinheit gegebenenfalls mit Motor-Pumpen-Gruppe, oder Einzelkomponenten wie z. B. Pumpe, Ventile, Steuerblock, Zylinder, Motor oder dergleichen verstanden werden. Unter einer Hydraulikzylindereinheit kann eine hydraulische Lineareinheit, eine hydraulische Kompaktachse, ein Hydraulikzylinder, insbesondere mit innenliegender Aktoreinrichtung, ein Motor-Pumpe-Hydraulikzylinder oder ein Gleichgangzylinder, insbesondere in Differenzialbauweise, verstanden werden. Unter dem Motor kann ein Elektromotor verstanden werden. Der Motor kann ausgebildet sein, die Pumpe anzutreiben. Die Pumpe kann ausgebildet sein, ein Hydraulikmedium in Kammern der Hydraulikzylindereinheit zu pumpen, um einen Kolben der Hydraulikzylindereinheit zu bewegen. Die Kühleinrichtung kann ausgebildet sein, die Aktoreinrichtung und ergänzend oder alternativ die Hydraulikzylindereinheit oder Teilbereiche der Hydraulikzylindereinheit zu kühlen. Under a hydraulic unit, any hydraulic unit, such as an aggregate, a motor-pump group (Sytronix), a hydraulic cylinder unit optionally with motor-pump group, or individual components such. As pump, valves, control block, cylinder, engine or the like can be understood. A hydraulic cylinder unit can be understood to mean a hydraulic linear unit, a hydraulic compact axle, a hydraulic cylinder, in particular with an internal actuator device, a motor-pump hydraulic cylinder or a synchronous cylinder, in particular in a differential construction. Under the engine, an electric motor can be understood. The motor may be configured to drive the pump. The pump may be configured to pump a hydraulic medium into chambers of the hydraulic cylinder unit to move a piston of the hydraulic cylinder unit. The cooling device can be designed to cool the actuator device and, additionally or alternatively, the hydraulic cylinder unit or partial areas of the hydraulic cylinder unit.
Die Kühleinrichtung kann einen Kühlkreislauf mit einer Kühlleitung für ein Kühlmedium und eine Fördereinrichtung zum Fördern des Kühlmediums in der Kühlleitung umfassen. Unter einer Kühlleitung kann dabei ein Kühlkanal verstanden werden. In einer Ausführungsform kann die Kühleinrichtung einer Mehrzahl von Kühlleitungen oder Kühlkanälen umfassen. Unter einem Kühlmedium kann dabei ein Wärmeträger oder Kälteträger verstanden werden. Das Kühlmedium kann zum Abtransport von Wärme eingesetzt werden. So kann ein erster Abschnitt der Kühlleitung beziehungsweise des Kühlkreislaufs an der Aktoreinrichtung, insbesondere an einer Außenoberfläche der Aktoreinrichtung, angeordnet sein. So kann das Kühlmedium eine Wärmeenergie von einem Hotspot im Inneren der Hydraulikzylindereinheit nach außen führen. Dabei kann unter einem Hotspot eine räumlich lokale Erwärmung verstanden werden. Unter der Fördereinrichtung zum Fördern des Kühlmediums kann eine Kühlmittelfördereinheit oder eine Kühlmediumfördereinheit verstanden werden. The cooling device may comprise a cooling circuit with a cooling line for a cooling medium and a conveying device for conveying the cooling medium in the cooling line. Under a cooling line can be understood a cooling channel. In an embodiment, the cooling device may comprise a plurality of cooling lines or cooling channels. Under a cooling medium can be understood a heat transfer medium or refrigerant. The cooling medium can be used to remove heat. Thus, a first section of the cooling line or of the cooling circuit can be arranged on the actuator device, in particular on an outer surface of the actuator device. Thus, the cooling medium can conduct heat energy from a hotspot inside the hydraulic cylinder unit to the outside. In this case, a hotspot can be understood to mean a spatially local heating. The conveying device for conveying the cooling medium may be understood as meaning a coolant conveying unit or a cooling medium conveying unit.
Bei dem Kühlmedium handelt es sich um Kältemittel. Das Kältemittel kann in einem Kältezyklus Wärme entgegen einem Temperaturgradienten übertragen, sodass die Umgebungstemperatur höher sein kann als die Temperatur der zu kühlenden Hydraulikeinheit. Diese Kältemittel kann druckunverändert wie beispielsweise in der Anwendung einer Heatpipe oder auch druckverändert wie beispielsweise in einer Anwendung eines Kreisprozesses im Kühlschrank Verwendung finden. The cooling medium is refrigerant. The refrigerant may transfer heat in a cold cycle against a temperature gradient, so that the ambient temperature may be higher than the temperature of the hydraulic unit to be cooled. This refrigerant can druckunverändert such as in the application of a heat pipe or pressure changes such as in an application of a cycle in the refrigerator use.
Ferner kann die Kühleinrichtung ausgebildet sein, das Kühlmedium auf eine Außenoberfläche der Hydraulikeinheit zu leiten, um eine aufgenommene Wärmeenergie über Konvektion und ergänzend oder alternativ Wärmestrahlung abzugeben. Zwischen der Kühleinrichtung und der Außenoberfläche kann eine Isolation oder eine Isolationsoberfläche angeordnet sein. So kann die Abwärme von den Hotspots an eine kühlende Einrichtung wie beispielsweise eine große Oberfläche, einen Kühlkörper, ein Kühlaggregat oder einen Wärmetauscher durch einen gezielten Wärmetransport befördert werden. Furthermore, the cooling device can be designed to direct the cooling medium onto an outer surface of the hydraulic unit in order to deliver a recorded thermal energy via convection and additionally or alternatively heat radiation. An insulation or an insulating surface may be arranged between the cooling device and the outer surface. Thus, the waste heat from the hotspots to a cooling device such as a large surface, a heat sink, a cooling unit or a heat exchanger can be transported by a targeted heat transfer.
Die Hydraulikeinheit kann einen Lüfter zum Erzeugen eines Luftstroms auf eine Oberfläche der Kühleinrichtung und/oder einem Wärmetauscher und/oder einem Radiator aufweisen. So kann vorteilhaft ein Abschnitt oder Teilbereich der Kühleinrichtung insbesondere über Konvektion gekühlt werden. The hydraulic unit may have a fan for generating an air flow on a surface of the cooling device and / or a heat exchanger and / or a radiator. Thus, advantageously, a section or partial region of the cooling device can be cooled in particular by convection.
Die Kühleinrichtung kann eine Einrichtung zur Veränderung eines Systemdrucks der Kühleinrichtung aufweisen. Insbesondere kann die Kühleinrichtung eine Einrichtung zur Veränderung des Systemdrucks des Kühlmediums in der Form des Kältemittels in der Kühlleitung aufweisen. So kann der Druck des Kühlmediums optimal zur Übertragung der Enthalpie über das Kühlmedium angepasst werden. The cooling device may have a device for changing a system pressure of the cooling device. In particular, the cooling device may have a device for changing the system pressure of the cooling medium in the form of the refrigerant in the cooling line. Thus, the pressure of the cooling medium can be optimally adapted to transfer the enthalpy via the cooling medium.
Die Kühleinrichtung kann mit einem Wärmetauscher gekoppelt sein. Ferner kann die Kühleinrichtung einen Radiator aufweisen. Günstig ist es auch, wenn die Kühleinrichtung eine Drossel und ergänzend oder alternativ einen Verdichter aufweist. Dabei kann die Kühleinrichtung insbesondere eine Drossel und ergänzend oder alternativ eine Drossel aufweisen, um einen Druck des Kühlmediums im Kühlkreislauf zu variieren. Dabei kann der Druck des Kühlmediums abschnittsweise variiert werden. So kann der Druck des Kühlmediums in einem ersten Abschnitt des Kühlkreislaufs sich von einem zweiten Druck des Kühlmediums in einem zweiten Abschnitt des Kühlkreislaufs unterscheiden. The cooling device may be coupled to a heat exchanger. Furthermore, the cooling device may have a radiator. It is also favorable if the cooling device has a throttle and additionally or alternatively a compressor. In this case, the cooling device can in particular have a throttle and additionally or alternatively a throttle in order to vary a pressure of the cooling medium in the cooling circuit. In this case, the pressure of the cooling medium can be varied in sections. Thus, the pressure of the cooling medium in a first portion of the cooling circuit may differ from a second pressure of the cooling medium in a second portion of the cooling circuit.
Die Hydraulikeinheit kann die Aktoreinrichtung zumindest teilweise umhüllen. Insbesondere kann die Aktoreinrichtung im Inneren der Hydraulikeinheit angeordnet sein. So kann ein beweglicher Zylinder der Hydraulikeinheit insbesondere in der Form einer Hydraulikzylindereinheit, in einem eingefahrenen Zustand die Aktoreinrichtung zumindest teilweise umhüllen. Eine Innenoberfläche der Hydraulikeinheit oder der Hydraulikzylindereinheit kann an einer Außenoberfläche der Aktoreinrichtung anliegen. Die Kühleinrichtung kann zumindest teilweise zwischen der Innenoberfläche der Hydraulikeinheit bzw. der Hydraulikzylindereinheit und der Außenoberfläche der Aktoreinrichtung angeordnet sein. The hydraulic unit can at least partially envelop the actuator device. In particular, the actuator device can be arranged in the interior of the hydraulic unit. Thus, a movable cylinder of the hydraulic unit, in particular in the form of a hydraulic cylinder unit, in a retracted state, the actuator device at least partially envelop. An inner surface of the hydraulic unit or the hydraulic cylinder unit may abut against an outer surface of the actuator device. The cooling device can be arranged at least partially between the inner surface of the hydraulic unit or the hydraulic cylinder unit and the outer surface of the actuator device.
Die Kühleinrichtung kann zumindest ein Rückschlagventil im Kühlkreislauf aufweisen. Dabei kann der Kühlkreislauf durch eine Zylinderkammer der Hydraulikeinheit bzw. Hydraulikzylindereinheit führen. Insbesondere kann dabei die Fördereinrichtung das zumindest eine Rückschlagventil und die Zylinderkammer umfassen, um das Kühlmedium zu fördern. So kann das Kühlmedium durch einen Eingang in die Zylinderkammer einströmen und durch einen Ausgang aus der Zylinderkammer ausströmen. Diese Ausführungsform ist nicht nur bei integrierter Bauart des Hydraulikzylinders möglich, sondern auch bei einer (Hydraulik-)Zylindereinheit mit außen liegender Motor-Pumpen-Gruppe. The cooling device may have at least one check valve in the cooling circuit. In this case, the cooling circuit can lead through a cylinder chamber of the hydraulic unit or hydraulic cylinder unit. In particular, the conveyor may include the at least one check valve and the cylinder chamber to promote the cooling medium. Thus, the cooling medium can flow through an input into the cylinder chamber and flow out through an exit from the cylinder chamber. This embodiment is not only possible with integrated design of the hydraulic cylinder, but also in a (hydraulic) cylinder unit with external motor-pump group.
Die Kühleinrichtung kann einen mit dem Kühlkreislauf gekoppelten Volumenausgleichspeicher zum Ausgleichen eines Volumens des Kältemittels im Kühlkreislauf aufweisen. So kann mittels des Volumenausgleichspeichers beispielsweise bei einer Volumenänderung des Kühlkreislaufs, beispielsweise bedingt durch eine Zylinderkammer mit wechselndem Volumen im Kühlkreislauf, zusätzliches Kühlmedium bereitgestellt werden oder überschüssiges Kühlmedium zwischengespeichert werden. Die Zylinderkammer im Kühlkreislauf kann dabei ein Teil der Fördereinrichtung sein. So kann die Zylinderkammer auch als Förderkammer bezeichnet werden. Diese Ausführungsform ist nicht nur bei integrierter Bauart des Hydraulikzylinders möglich, sondern auch bei (Hydraulik-)Zylindereinheit mit außen liegender Motor-Pumpen-Gruppe. The cooling device may have a volume compensating accumulator coupled to the cooling circuit for compensating a volume of the refrigerant in the cooling circuit. Thus, by means of the volume compensation accumulator, for example in the case of a volume change of the cooling circuit, for example due to a cylinder chamber with changing volume in the cooling circuit, additional cooling medium can be provided or excess cooling medium can be intermediately stored. The cylinder chamber in the cooling circuit can be part of the conveyor. Thus, the cylinder chamber can also be referred to as a delivery chamber. This embodiment is not only possible with integrated design of the hydraulic cylinder, but also in (hydraulic) cylinder unit with external motor-pump group.
Ferner kann in einer Ausführungsform das Kühlmedium ein Hydraulikmedium sein. Insbesondere kann ein Leckölanschluss der Pumpe mit dem Kühlkreislauf gekoppelt sein, um das Hydraulikmedium bereitzustellen. So kann beispielsweise unter Lecköl ein Hydraulikmedium verstanden werden. Unter einem Hydraulikmedium kann eine Hydraulikflüssigkeit oder ein Fluid verstanden werden, das zur Übertragung von Energie und/oder Kräften in einem Hydrauliksystem verwendet wird. So kann ein Hydraulikmedium thermisch stabil sein, das heißt, einen geringen Temperatureinfluss auf die Viskosität (sowohl dynamische als auch kinematische Viskosität), eine geringe Kompressibilität und eine Scherstabilität sowie eine geringe Schaumbildung aufweisen. Diese Ausführungsform ist nicht nur bei integrierter Bauart möglich, sondern allgemein bei Hydraulikaggregaten, Motor-Pumpen-Gruppen und Zylindereinheiten mit außen liegender Motor-Pumpen-Gruppe. Furthermore, in one embodiment, the cooling medium may be a hydraulic medium. In particular, a drain port of the pump may be coupled to the cooling circuit to provide the hydraulic fluid. Thus, for example, leak oil can be understood as a hydraulic medium. A hydraulic medium can be understood to mean a hydraulic fluid or a fluid used for transmitting energy and / or forces in a hydraulic system. Thus, a hydraulic medium can be thermally stable, that is, have a low temperature influence on the viscosity (both dynamic and kinematic viscosity), low compressibility and shear stability and low foaming. This embodiment is not only possible with integrated design, but in general with hydraulic units, motor-pump groups and cylinder units with external motor-pump group.
Es wird ein Hydrauliksystem vorgestellt mit einer Variante einer hier vorgestellten ersten Hydraulikeinheit und zumindest einer Variante einer hier vorgestellten zweiten Hydraulikeinheit, die eine gemeinsame Kühleinrichtung aufweisen. So kann eine Kühleinrichtung für zumindest zwei Hydraulikeinheiten verwendet werden. Dabei können die erste Hydraulikeinheit und zumindest die zweite Hydraulikeinheit parallel oder seriell in dem Kühlkreislauf der Kühleinrichtung angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann eine zumindest teilweise parallele Anordnung einer Mehrzahl von Hydraulikeinheiten mit einer zumindest teilweise seriellen Anordnung einer Mehrzahl von Hydraulikeinheiten kombiniert werden. Dabei kann sich das parallel und das seriell auf die Anordnung der Hydraulikeinheiten im Kühlkreislauf beziehen. A hydraulic system is presented with a variant of a first hydraulic unit presented here and at least one variant of a second hydraulic unit presented here, which have a common cooling device. Thus, a cooling device can be used for at least two hydraulic units. In this case, the first hydraulic unit and at least the second hydraulic unit may be arranged parallel or serially in the cooling circuit of the cooling device. In an embodiment, an at least partially parallel arrangement of a plurality of hydraulic units may be combined with an at least partially serial arrangement of a plurality of hydraulic units. This may relate in parallel and serially to the arrangement of the hydraulic units in the cooling circuit.
Es wird ein Verwenden einer Abwärme einer Variante einer hier vorgestellten Hydraulikeinheit und/oder einer Abwärme einer Variante eines hier vorgestellten Hydrauliksystems für einen weiteren Kühlprozess und/oder Wärmeprozess, insbesondere mittels einer Kältemaschine, vorgestellt. So kann die Abwärme aus zumindest einer Hydraulikeinheit für einen Kühl- oder Wärmeprozess verwendet werden, beispielsweise um eine Sorptionskältemaschine zu betreiben. Auf diese Weise kann eine Nutzung der Wärmeenergie nicht nur bei Hydraulikeinheiten erfolgen, sondern analog auch bei z. B. Hydraulikaggregaten oder Sytronix-Motor-Pumpen-Einheiten. It is a use of waste heat of a variant of a hydraulic unit presented here and / or waste heat of a variant of a hydraulic system presented here for a further cooling process and / or heat process, in particular by means of a refrigerator, presented. Thus, the waste heat from at least one hydraulic unit can be used for a cooling or heating process, for example to operate a sorption refrigeration machine. In this way, a use of heat energy can not only be done with hydraulic units, but analogous to z. As hydraulic units or Sytronix motor-pump units.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Variante einer hier vorgestellten Hydraulikeinheit vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Ansteuern der Aktoreinrichtung; und
Kühlen der Aktoreinrichtung unter Verwendung der mit der Aktoreinrichtung gekoppelten Kühleinrichtung. A method for operating a variant of a hydraulic unit presented here is presented, the method having the following steps:
Activating the actuator device; and
Cooling the actuator device using the coupled with the actuator means cooling device.
Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Verfahrens kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden. Also by this embodiment of the invention in the form of a method, the object underlying the invention can be solved quickly and efficiently.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Konzept der Kühlung einer Hydraulikeinheit. Bei der Hydraulikeinheit können der Elektromotor und die Pumpe in das Innere des Zylinders der Hydraulikeinheit bzw. Hydraulikzylindereinheit eingebaut sein. In einer Ausführungsform sind dabei ein Kühlmedium beziehungsweise Kühlkanäle vorhanden, die die Wärme von dem Elektromotor und der Pumpe nach außen abführen. One aspect of the present invention is the concept of cooling a hydraulic unit. In the hydraulic unit, the electric motor and the pump may be installed in the inside of the cylinder of the hydraulic unit. In one embodiment, a cooling medium or cooling channels are present, which dissipate the heat from the electric motor and the pump to the outside.
In einer optionalen Ausführungsform zirkuliert das Kühlmittel in einem inneren Mantel um den Elektromotor und die Pumpe. Optional kann dabei eine Wärmeabgabe über einen Radiator oder einen Wärmetauscher erfolgen. In an optional embodiment, the coolant circulates in an inner jacket around the electric motor and the pump. Optionally, heat can be released via a radiator or a heat exchanger.
Dabei kann in einer Ausführungsform Kühlmittel oder Kältemittel in der Kühleinrichtung verwendet werden. So kann die Kühleinrichtung ausgebildet sein, zur Kühlung ein Kühlmittel oder alternativ ein Kältemittel zu verwenden. Dabei kann optional der Kältemittelkreislauf eine Drossel aufweisen. So kann der Kühlkreislauf eine Mehrzahl von Kältemittelkreisläufen aufweisen. In this case, in one embodiment, coolant or refrigerant can be used in the cooling device. Thus, the cooling device can be designed to use a coolant or alternatively a coolant for cooling. Optionally, the refrigerant circuit may have a throttle. Thus, the cooling circuit may have a plurality of refrigerant circuits.
In einer besonderen Ausführungsform kann ein Zylinder oder eine Zylinderkammer der Hydraulikeinheit bzw. Hydraulikzylindereinheit oder ein mit der Hydraulikeinheit bzw. Hydraulikzylindereinheit gekoppelter Hilfszylinder als Kühlmittelfördereinheit verwendet werden. In a particular embodiment, a cylinder or a cylinder chamber of the hydraulic unit or hydraulic cylinder unit or an auxiliary cylinder coupled to the hydraulic unit or hydraulic cylinder unit can be used as the coolant delivery unit.
Optional kann in einer Ausführungsform ein Hydraulikmedium als Kühlmedium eingesetzt werden. Dabei kann das Hydraulikmedium am Leckölanschluss oder am Ausgang der Pumpe abgegriffen werden. Optionally, in one embodiment, a hydraulic medium can be used as the cooling medium. The hydraulic medium can be tapped at the leak oil connection or at the outlet of the pump.
Vorteilhaft kann eine Abwärme mehrerer Achsen beziehungsweise Hydraulikzylindereinheiten zusammengefasst werden und die Wärme prozesstechnisch genutzt werden. Advantageously, a waste heat of several axes or hydraulic cylinder units can be combined and the heat can be used in terms of process technology.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen: The invention will now be described by way of example with reference to the accompanying drawings. Show it:
Gleiche oder ähnliche Elemente können in den nachfolgenden Figuren durch gleiche oder ähnliche Bezugszeichen versehen sein. Ferner enthalten die Figuren der Zeichnungen, deren Beschreibung sowie die Ansprüche zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können. The same or similar elements may be provided in the following figures by the same or similar reference numerals. Furthermore, the figures of the drawings, the description and the claims contain numerous features in combination. It is clear to a person skilled in the art that these features are also considered individually or that they can be combined to form further combinations not explicitly described here.
Bei der für die nachfolgende Beschreibung beispielhaft gewählten Hydraulikzylindereinheit als Hydraulikeinheit
In dem in
Die Pumpe
Die Kühleinrichtung
Die Kühleinrichtung
Die größten Wärmeverluste entstehen im Motor
Mithilfe eines Kühlmediums, das von der Förderpumpe
Bei einer auch beispielsweise als hydraulische Lineareinheit, Hydraulikzylinder oder Motor-Pumpe-Hydraulikzylinder bezeichneten Hydraulikzylindereinheit
Pfeile Q zeigen den von der Pumpe
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Kältemittel auf die große Oberfläche
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärmeenergie wie im Ausführungsbeispiel in
Das Ausführungsbeispiel weist eine verbesserte Wärmeabgabefähigkeit bei gleicher Oberfläche auf. Dies führt zu einem verbesserten Wirkungsgrad an Komponenten wie dem Motor
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärmeenergie über einen Wärmetauscher
Durch eine gezielte Temperaturerhöhung des Kältemittels an der kühlenden Einrichtung wird eine höhere Wärmeabgabefähigkeit erzielt. Durch eine gezielte Temperaturreduktion des Kältemittels an den Hotspots wird ein besserer Wirkungsgrad beispielsweise am Motor erzielt (Kupferverluste bestimmen hauptsächlich den Wirkungsgrad des Motors und diese sinken linear mit zunehmender Temperatur). By a targeted increase in the temperature of the refrigerant to the cooling device a higher heat release capability is achieved. A targeted reduction in the temperature of the refrigerant at the hotspots results in better efficiency, for example, on the motor (copper losses mainly determine the efficiency of the motor and these decrease linearly with increasing temperature).
Die Vorteile der vorgestellten erfinderischen Idee werden im Folgenden an einem konkreten Beispiel dargestellt. Dabei steht
Mantelfläche Motor-Pumpen-Gruppe (d = 100mm, I = 212mm): AInnen = 0,067 m2
Wärmeabgabefähigkeit durchströmtes Rohr: αinnen = 1500 W/(m2 × K)
Temperatur beispielsweise Motor-Pumpen-Gruppe: TInnen = 80°C
Temperatur Umgebung: TAußen = 20°C
Siedetemperatur Kältemittel: 70°C
Mittlere Temperaturdifferenz ΔT über Länge des Rohres/Rohrabschnitts:
Daraus folgt in
Daraus folgt in
Oberfläche beispielsweise Radiator: AAußen = 1 m2
Wärmeabgabefähigkeit Radiator: αAußen = 20 W/(m2 × K)
Mittlere Temperaturdifferenz ΔT über Länge des Radiators:
Daraus folgt in
Daraus folgt in
Lateral surface of motor-pump group (d = 100mm, I = 212mm): A inner = 0.067 m 2
Heat-transfer capacity through-flow pipe: α inside = 1500 W / (m 2 × K)
Temperature for example motor-pump group: T inside = 80 ° C
Temperature environment: T outside = 20 ° C
Boiling temperature of refrigerant: 70 ° C
Mean temperature difference ΔT over the length of the pipe / pipe section:
It follows in
It follows in
Surface, for example, radiator: A outside = 1 m 2
Heat-emitting capacity radiator: α outside = 20 W / (m2 × K)
Mean temperature difference ΔT over the length of the radiator:
It follows in
It follows in
Beim Kühlmittel ist der Wärmestrom vom Radiator zur Umgebung durch die abnehmende Temperaturdifferenz ΔT immer kleiner als beim Kältemittel. Hier wirkt sich die im Radiator abgegebene Wärmeenergie als Temperaturreduktion aus. Beim Kältemittel wirkt sich die im Radiator abgegebene Wärmeenergie als Aggregatszustandsänderung von gasförmig beziehungsweise dampfförmig zu flüssig aus. Hierbei bleibt die Temperatur während der gesamten Aggregatszustandsänderung konstant. With the coolant, the heat flow from the radiator to the environment is always smaller due to the decreasing temperature difference ΔT than with the refrigerant. Here, the heat energy emitted in the radiator acts as a temperature reduction. In the case of the refrigerant, the heat energy emitted in the radiator has an effect as an aggregate state change from gaseous or vaporous to liquid. In doing so, the temperature remains constant during the entire state of aggregate change.
Da der Wärmeübergangskoeffizient α an der Innenseite aufgrund der Rohrströmung wesentlich höher ist als an der Außenseite (Radiator mit natürlicher oder erzwungener Konvektion), ist der maximal abzugebende Wärmestrom von Innenseite zur Außenseite wesentlich vom Wärmeübergang an der Außenseite abhängig. Bei konstantem A und α kann der Wärmeübergang an der Außenseite nur durch eine Erhöhung der Temperaturdifferenz ΔT verbessert werden. Since the heat transfer coefficient α on the inside due to the pipe flow is substantially higher than on the outside (radiator with natural or forced convection), the maximum heat flow to be emitted from the inside to the outside is substantially dependent on the heat transfer at the outside. At constant A and α, the heat transfer on the outside can only be improved by increasing the temperature difference ΔT.
Mit Kältemittel als Kühlmedium kann die Wärmeabgabefähigkeit auch bei geringer Fließgeschwindigkeit optimiert werden. Dadurch bleiben die Rohrreibungsverluste und damit die zusätzlich eingebrachte Wärmeenergie gering. With refrigerant as a cooling medium, the heat-releasing ability can be optimized even at low flow rate. As a result, the pipe friction losses and thus the additionally introduced heat energy remain low.
Vorteilhaft schafft der Einsatz eines Kältemittels eine Verbesserung des Wärmehaushalts von kompakten Hydraulikanlagen/Hydrauliksystemen und somit eine Erhöhung der Leistungsdichte des Systems. Dabei werden vorteilhaft Wärmeverluste des Systems gesammelt und können bei Bedarf weiter verwendet werden. Eine konstante Temperatur (Siedetemperatur des Kältemittels) über die komplette Oberfläche erhöht dabei die Wärmeabgabefähigkeit. Advantageously, the use of a refrigerant provides an improvement in the heat balance of compact hydraulic systems / hydraulic systems and thus an increase in the power density of the system. This heat losses of the system are advantageously collected and can be used if necessary. A constant temperature (boiling point of the refrigerant) over the entire surface increases the heat-releasing ability.
Gezeigt wird eine Verwendung des thermodynamischen Prinzips der Kältemaschine jedoch ohne Druckveränderung des Kältemittels. Da bei kompakten hydraulischen Achsen die Wärme von einem höheren Temperaturniveau (beispielsweise 80°C Pumpe) auf ein niedrigeres Temperaturniveau (beispielsweise 20°C Umgebung) übertragen wird, kann eine Veränderung des Siedepunkts des Kältemittels wie bei einer Kältemaschine durch Druckänderung vermieden werden. Shown is a use of the thermodynamic principle of the refrigerator but without pressure change of the refrigerant. With compact hydraulic axes, since the heat is transferred from a higher temperature level (for example, 80 ° C. pump) to a lower temperature level (for example, 20 ° C. ambient), a change in the boiling point of the refrigerant as in a refrigerator due to pressure change can be avoided.
So wird das thermodynamische Prinzip der Kältemaschine verwendet, um die Oberflächentemperatur über der kompletten Oberfläche gleich zu halten und dadurch die Wärmeabgabefähigkeit bei gleicher Oberfläche zu verbessern. Thus, the thermodynamic principle of the chiller is used to keep the surface temperature the same over the entire surface, thereby improving the heat-releasability with the same surface area.
Durch eine Einrichtung
Mithilfe eines Kältemittels, das vom Verdichter
Bei dem in
In einem in
Die Vorteile der vorgestellten erfinderischen Idee werden im Folgenden an einem konkreten Beispiel dargestellt. Nicht explizit aufgeführte Größen werden von dem zuvor dargestellten Beispiel übernommen.
Mantelfläche Motor-Pumpen-Gruppe (d = 100mm, I = 212mm): AInnen = 0,067 m2
Wärmeabgabefähigkeit durchströmtes Rohr: αinnen = 1500 W/(m2 × K)
Temperatur beispielsweise Motor-Pumpen-Gruppe: TInnen = 80°C
Temperatur Umgebung: TAußen = 20°C
Siedetemperatur Kältemittel: 63,7°C
Mittlere Temperaturdifferenz ΔT über Länge des Rohres/Rohrabschnitts:
Daraus folgt in
PVerdichter = 340 W
Oberfläche beispielsweise Radiator: AAußen = 1 m2
Wärmeabgabefähigkeit Radiator: αAußen = 20 W/(m2 × K)
Siedetemperatur: TSieden = 120°C
Mittlere Temperaturdifferenz ΔT über Länge des Radiators:
Daraus folgt in
Lateral surface of motor-pump group (d = 100mm, I = 212mm): A inner = 0.067 m 2
Heat-transfer capacity through-flow pipe: α inside = 1500 W / (m 2 × K)
Temperature for example motor-pump group: T inside = 80 ° C
Temperature environment: T outside = 20 ° C
Boiling temperature of refrigerant: 63.7 ° C
Mean temperature difference ΔT over the length of the pipe / pipe section:
It follows in
P compressor = 340 W
Surface, for example, radiator: A outside = 1 m 2
Heat-emitting capacity radiator: α outside = 20 W / (m2 × K)
Boiling temperature: T boiling = 120 ° C
Mean temperature difference ΔT over the length of the radiator:
It follows in
Beim Kältemittel wirkt sich die im Radiator abgegebene Wärmeenergie als Aggregatszustandsänderung von gasförmig beziehungsweise dampfförmig zu flüssig aus. Hierbei bleibt die Temperatur während der gesamten Aggregatszustandsänderung konstant. In the case of the refrigerant, the heat energy emitted in the radiator has an effect as an aggregate state change from gaseous or vaporous to liquid. In doing so, the temperature remains constant during the entire state of aggregate change.
Da der Wärmeübergangskoeffizient α an der Innenseite aufgrund der Rohrströmung wesentlich höher ist als an der Außenseite (Radiator mit natürlicher oder erzwungener Konvektion), ist der maximal abzugebende Wärmestrom von Innenseite zur Außenseite wesentlich vom Wärmeübergang an der Außenseite abhängig. Bei konstantem A und α kann der Wärmeübergang an der Außenseite nur durch eine Erhöhung der Temperaturdifferenz ΔT verbessert werden. Since the heat transfer coefficient α on the inside due to the pipe flow is substantially higher than on the outside (radiator with natural or forced convection), the maximum heat flow to be discharged from the inside to the outside of the heat transfer at the Outside dependent. At constant A and α, the heat transfer on the outside can only be improved by increasing the temperature difference ΔT.
Die Siedetemperatur TSieden des Kältemittels ist vom Druck abhängig. Durch Erhöhung des Drucks steigt die Siedetemperatur an. Aufgrund dessen ist es möglich, mit zusätzlich eingebrachter Verdichterarbeit erhitztes Kältemittel an der Kühleinrichtung mit höherer konstanter Temperaturdifferenz abzugeben. Hierdurch wird eine Steigerung der Wärmeabgabeleistung ermöglicht. Der Druck wird über die Drossel gemindert und dadurch der Siedepunkt auf eine niedrigere Temperatur gebracht. Dies ermöglicht eine angepasste Temperaturdifferenz ΔT am Verdampfer, was zu einem erhöhten Wärmeaufnahmevermögen führt. The boiling temperature T boiling of the refrigerant depends on the pressure. By increasing the pressure, the boiling temperature rises. Due to this, it is possible to dispense heated refrigerant at the cooler with a higher constant temperature difference with additional compressor work. This allows an increase in the heat output. The pressure is reduced via the throttle, bringing the boiling point to a lower temperature. This allows for an adapted temperature difference ΔT at the evaporator, which leads to an increased heat absorption capacity.
So ist es durch eine Siedetemperaturänderung möglich, die Wärmeabgabefähigkeit sowohl innen als auch außen zu optimieren. So it is possible by a boiling temperature change to optimize the heat dissipation ability both inside and outside.
In diesem Ausführungsbeispiel wird das Kältemittel auf die große Oberfläche des Hydraulikzylinders
In diesem Ausführungsbeispiel wird die Wärmeenergie über einen Wärmetauscher
Ein Aspekt des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Einsatz eines Kühlmediums, das Abwärme der Pumpe
Bewegt sich die Kolbenstange
Ein Ausführungsbeispiel zeigt einen Kühlkreislauf
Vorteilhaft wird das Temperaturverhältnis innerhalb des Systems homogenisiert. Dabei ist keine zusätzliche Fördereinrichtung notwendig. Advantageously, the temperature ratio is homogenized within the system. In this case, no additional conveyor is necessary.
Im Gleichgangzylinder in Differenzialbauart sind die Kammern K2 und K3 flächengleich zu K4, weshalb Kammer K1 nicht verwendet wird. Diese Kammer K1 wird nun zum Fördern des Kühlmediums verwendet. Die beiden Rückschlagventile
Die folgenden Ausführungsbeispiele zeigen einen Teil einer Hydraulikanlage, die beispielsweise einen Tank, ein Aggregat und eine hydraulische Lineareinheit umfasst. Dabei wird das Lecköl einer Pumpe zum Kühlen von Komponenten, beispielsweise einem Elektromotor, verwendet. Vorteilhaft wird ein homogeneres Temperaturverhältnis innerhalb des Systems erzielt. Vorteilhaft ist, dass keine zusätzliche Fördereinrichtung notwendig ist. Dabei ist keine separate Fördereinrichtung für das Kühlmedium notwendig, da das Lecköl unter Druck steht. The following embodiments show a part of a hydraulic system comprising, for example, a tank, an aggregate and a hydraulic linear unit. In this case, the leak oil of a pump for cooling components, for example an electric motor, is used. Advantageously, a more homogeneous temperature ratio is achieved within the system. It is advantageous that no additional conveyor is necessary. In this case, no separate conveyor for the cooling medium is necessary because the leak oil is under pressure.
Ein hydraulisches Aggregat
Das in
Das in
Das in
Das Ausführungsbeispiel zeigt einen Gleichgangzylinder in Differenzialbauart. Die Pumpe und der Motor befinden sich in dessen Innenraum und fördern das Betriebsmedium (Hydrauliköl) in die jeweiligen Kammern K1, K2, K3 oder K4. Hierdurch wird Kraft auf die Kolbenstange ausgeübt und diese bewegt sich in der angezeigten Richtung. The embodiment shows a Gleichgangzylinder in differential type. The pump and the motor are located in the interior and promote the operating medium (hydraulic oil) in the respective chambers K1, K2, K3 or K4. As a result, force is exerted on the piston rod and this moves in the direction indicated.
Die größten Wärmeverluste entstehen im Motor und in der Pumpe. Diese Wärmeverluste müssten ohne den rot dargestellten Kühlkreislauf erst durch die zwei Wandungen sowie durch das Betriebsmedium des Hydraulikzylinders an die Oberfläche gelangen. Durch den großen Wärmewiderstand kann das System ohne zusätzliche Wärmeabfuhr überhitzen und muss deshalb mit reduzierter Leistung betrieben werden. Da das Lecköl der Pumpe noch einen Restdruck von 1–4 bar hat, wird dieses zur Kühlung des Motors verwendet. Somit gelangt die Wärmeleistung der Pumpe und des Motors über das Lecköl zur Kühleinrichtung. The largest heat losses occur in the engine and in the pump. Without the red cooling circuit, these heat losses would only have to reach the surface through the two walls and through the operating medium of the hydraulic cylinder. Due to the large heat resistance, the system can overheat without additional heat dissipation and must therefore be operated at reduced power. Since the leak oil of the pump still has a residual pressure of 1-4 bar, this is used to cool the engine. Thus, the heat output of the pump and the engine via the leak oil reaches the cooling device.
In dem in
Die vorgeschlagene Idee schafft eine Verbesserung des Wärmehaushalts von kompakten Hydrauliksystemen
Die größte Abwärme einer Kompaktachse
So entspricht das Ausführungsbeispiel dem Ausführungsbeispiel in
Bei vielen Anwendungen, beispielsweise bei der Dampfturbinenregelung sind mehrere Achsen
Beispielhaft wird hier die mögliche Nutzung der Abwärme der Kompaktachsen
Die Wärmeenergie der einzelnen Kompaktachsen
Für das dargestellte Beispiel werden folgende Werte beispielhaft genutzt:
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele nutzen einen Trend zu dezentralen Antrieben, einen Trend zu kompakteren Antrieben, einen Trend zur Nutzung der Abwärme sowie einen Trend zu höherer Leistungsdichte von Systemen. The embodiments described herein exploit a trend towards decentralized drives, a trend towards more compact drives, a trend toward the use of waste heat, and a trend toward higher power density of systems.
Die gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt und können miteinander kombiniert werden. The exemplary embodiments shown are chosen only by way of example and can be combined with one another.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 100 100
- Hydraulikeinheit, Hydraulikzylindereinheit Hydraulic unit, hydraulic cylinder unit
- 102 102
- Aktoreinrichtung actuator device
- 104 104
- Pumpe pump
- 106 106
- Motor engine
- 108 108
- Kühleinrichtung cooling device
- 110 110
- Hauptkörper main body
- 112 112
- Fördereinrichtung Conveyor
- 114 114
- Anflanschung flanging
- 116 116
- Richtung, Bewegungsrichtung Direction, direction of movement
- 118 118
- Kühlkreislauf Cooling circuit
- 120 120
- Kühlleitung cooling pipe
- 122 122
- Fördereinrichtung Conveyor
- K1 K1
- Kammer, Zylinderkammer, Förderkammer Chamber, cylinder chamber, delivery chamber
- K2 K2
- Kammer, Zylinderkammer Chamber, cylinder chamber
- K3 K3
- Kammer, Zylinderkammer Chamber, cylinder chamber
- K4 K4
- Kammer, Zylinderkammer Chamber, cylinder chamber
- 224 224
- Außenoberfläche, Oberfläche Outer surface, surface
- 326 326
- Lüfter Fan
- 428 428
- Wärmetauscher heat exchangers
- 430 430
- Kühlkreislauf Cooling circuit
- 532 532
- Temperaturverlauf temperature curve
- 634 634
- Temperaturverlauf temperature curve
- 736 736
- Temperaturverlauf temperature curve
- 838 838
- Temperaturverlauf temperature curve
- TInnen T inside
- Innentemperatur internal temperature
- TAußen T outside
- Außentemperatur outside temperature
- ΔT .DELTA.T
- Temperaturdifferenz temperature difference
- 940 940
- Einrichtung zur Veränderung eines Systemdrucks der Kühleinrichtung Device for changing a system pressure of the cooling device
- 1042 1042
- Drossel throttle
- 1044 1044
- Verdichter compressor
- 1146 1146
- Temperaturverlauf temperature curve
- 1448 1448
- Radiator, Kondensator Radiator, condenser
- 1650 1650
- Rückschlagventil check valve
- 1652 1652
- Rückschlagventil check valve
- 1754 1754
- Volumenausgleichspeicher Volume compensation memory
- 1856 1856
- Zylinder cylinder
- 1858 1858
- Förderzylinder delivery cylinders
- 1860 1860
- Kolbenstange piston rod
- K5 K5
- Kammer, Zylinderkammer Chamber, cylinder chamber
- K6 K6
- Kammer, Zylinderkammer Chamber, cylinder chamber
- K7 K7
- Kammer, Zylinderkammer, Förderkammer Chamber, cylinder chamber, delivery chamber
- 1962 1962
- Saugleitung suction
- 1964 1964
- Tank tank
- 1966 1966
- Druckleitung pressure line
- 1967 1967
- Leckölanschluss Drain port
- 1968 1968
- Leckölleitung Drain line
- 2470 2470
- Hydrauliksystem hydraulic system
- 2772 2772
- Adsorptionskältemaschine adsorption
- 2774 2774
- Kälteverbraucher cold consumer
- 2776 2776
- Rückkühler drycoolers
- 2778 2778
- Dampfturbine steam turbine
- 2890 2890
- Verfahren method
- 2892 2892
- Schritt des Ansteuerns Step of driving
- 2894 2894
- Schritt des Kühlens Step of cooling
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