DE102021209515A1 - Hydrostatic axial piston machine with a cooling circuit and servo-hydraulic actuator with a hydrostatic axial piston machine and with a cooling circuit - Google Patents
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Abstract
Offenbart sind eine hydrostatische Axialkolbenmaschine und ein Servo-hydraulischer Aktuator mit einer Axialkolbenmaschine. Zumindest ein Triebwerk und eines der Lager der Axialkolbenmaschine sind mittels eines extra Kühlkreislaufes gekühlt. Da der Kühlkreislauf auch eventuelle Leckage des Triebwerks abführt, entspricht das Kühlmittel dem Arbeitsdruckmittel, das das Triebwerk der Axialkolbenmaschine durchströmt. Der Eingang in das Gehäuse oder der Ausgang aus dem Gehäuse für das Kühlmittel ist als Einheit mit einer Halterung und/oder Abdeckung des Lagers 6 gebildet.
Bei dem Servo-hydraulischen Aktuator mit einer derartigen Axialkolbenmaschine können mit dem Kühlkreislauf auch dessen Komponenten wie z.B. ein Steuerblock oder ein Elektromotor gekühlt werden.
A hydrostatic axial piston machine and a servo-hydraulic actuator with an axial piston machine are disclosed. At least one engine and one of the bearings of the axial piston machine are cooled using an extra cooling circuit. Since the cooling circuit also removes any leaks in the engine, the coolant corresponds to the working pressure medium that flows through the engine of the axial piston machine. The entrance to the housing or the exit from the housing for the coolant is formed as a unit with a support and/or cover of the bearing 6.
In the case of the servo-hydraulic actuator with such an axial piston machine, its components, such as a control block or an electric motor, can also be cooled with the cooling circuit.
Description
Die Erfindung betrifft eine Axialkolbenmaschine mit einem Kühlkreislauf gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Servo-hydraulischen Aktuator mit einer Axialkolbenmaschine und mit einem Kühlkreislauf.The invention relates to an axial piston machine with a cooling circuit according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a servo-hydraulic actuator with an axial piston machine and with a cooling circuit.
Aus dem Stand der Technik sind Axialkolbenmaschinen bekannt, deren Zylindertrommel konzentrisch zu einer Triebwelle angeordnet ist und zusammen mit der Triebwelle gegenüber einer ruhenden Steuerscheibe rotiert. Dabei führen axial ausgerichtete Koben in jeweiligen Zylinderbohrungen der Zylindertrommel Hubbewegungen aus. Bei einem ersten Teil ihres Umlaufs ist die Hubbewegung in eine erste Richtung gerichtet, und dabei werden die Zylinder über eine erste kreisbogenförmige Steueröffnung der Steuerscheibe mit einem ersten Anschluss der Axialkolbenmaschine verbunden. Bei einem zweiten Teil ihres Umlaufs ist die Hubbewegung in die Gegenrichtung gerichtet und dabei werden die Zylinder über eine zweite kreisbogenförmige Steueröffnung mit einem zweiten Anschluss der Axialkolbenmaschine verbunden. Um Leckage des so gebildeten Triebwerks zu minimieren, wird die rotierende Zylindertrommel gegen die ruhende Steuerscheibe gepresst.Axial piston machines are known from the prior art, the cylinder drum of which is arranged concentrically to a drive shaft and rotates together with the drive shaft in relation to a stationary control disk. In this case, axially aligned pistons execute lifting movements in the respective cylinder bores of the cylinder drum. During a first part of their revolution, the stroke movement is directed in a first direction, and the cylinders are connected to a first connection of the axial piston machine via a first control opening in the shape of a circular arc in the control disk. During a second part of their revolution, the stroke movement is directed in the opposite direction and the cylinders are connected to a second connection of the axial piston machine via a second arc-shaped control opening. In order to minimize leakage of the engine formed in this way, the rotating cylinder drum is pressed against the stationary control disc.
Nachteilig an derartigen Axialkolbenmaschine ist die Wärmeentwicklung, die durch Reibung der Bauteile, insbesondere der rotierenden Zylindertrommel mit der ruhenden Steuerscheibe aber auch durch Reibung des Arbeitsdruckmittels entsteht. Diese Wärme wird teilweise mit dem Arbeitsdruckmittel abgeführt und je nach Einbausituation auch von der Gehäuseaußenseite der Axialkolbenmaschine an die Umgebungsluft abgegeben. Nachteilig an derartigen Axialkolbenmaschinen ist, dass die abtransportierte Wärmemenge begrenzt ist. Die Begrenzung ergibt sich einerseits durch die begrenzten Möglichkeiten des Arbeitsdruckmittels sich wieder abzukühlen bevor es zurück in die Axialkolbenmaschine strömt, und andererseits durch die Größe der Gehäuseaußenseite und die Temperatur der Umgebungsluft, die die Gehäuseaußenseite umgibt.A disadvantage of such an axial piston machine is the heat generated by friction of the components, in particular the rotating cylinder drum with the stationary control disc, but also by friction of the working pressure medium. This heat is partially dissipated with the working pressure medium and, depending on the installation situation, also given off to the ambient air from the outside of the housing of the axial piston machine. A disadvantage of such axial piston machines is that the amount of heat transported away is limited. The limitation results on the one hand from the limited possibilities for the working pressure medium to cool down again before it flows back into the axial piston machine, and on the other hand from the size of the outside of the housing and the temperature of the ambient air surrounding the outside of the housing.
In der Druckschrift
Unter dem Adjektiv „extra“ ist in dieser Schrift zu verstehen, dass der Kühlkreislauf losgelöst und - abgesehen von Leckage - zumindest zeitweise unabhängig von dem Kreislauf des Arbeitsdruckmittels (Hydrauliköls) ist.The adjective "extra" in this document means that the cooling circuit is separate and - apart from leakage - is at least temporarily independent of the circuit of the working pressure medium (hydraulic oil).
Das als Kühlmittel dienende Arbeitsdruckmittel strömt bei der
Nachteilig an derartigen Axialkolbenmaschinen mit Kühlkreislauf ist der suboptimale Wirkungsgrad der Kühlung.The suboptimal efficiency of the cooling is a disadvantage of such axial piston machines with a cooling circuit.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Axialkolbenmaschine mit extra Kühlkreislauf und einen entsprechenden Servo-hydraulischen Aktuator zu schaffen, bei dem die Wärmeabfuhr weiter verbessert ist.In contrast, the invention is based on the object of creating an axial piston machine with an extra cooling circuit and a corresponding servo-hydraulic actuator, in which the heat dissipation is further improved.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Axialkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Servo-hydraulischen Aktuator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.This object is achieved by an axial piston machine having the features of patent claim 1 and by a servo-hydraulic actuator having the features of patent claim 6.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.Further advantageous refinements of the invention are described in the dependent patent claims.
Die beanspruchte hydrostatische Axialkolbenmaschine ist vorzugsweise eine Axialkolbenpumpe und hat ein Triebwerk, das über ein Lager (vorzugsweise Wälzlager) in einem Gehäuse gelagert ist. Das Lager kann auch als vorderes Lager bezeichnet werden. Das Lager ist benachbart zu einer Steuerscheibe (Verteilerscheibe) angeordnet. Damit ist das Lager entfernt von dem Endabschnitt der Triebwelle, der aus dem Gehäuse herausragt, und der eine Kopplungsvorrichtung (z.B. für einen Elektromotor) aufweist. Dort kann ein weiteres Lager (vorzugsweise weiteres Wälzlager) angeordnet sein. An einen Triebwerksraum im Innern des Gehäuses ist ein Kühlkreislauf zur Kühlung des Triebwerks ausgeschlossen. Ein Kühlmittel des Kühlkreislaufs ist gleich einem Arbeitsdruckmittel bzw. es entspricht einem Arbeitsdruckmittel der Axialkolbenmaschine. Der Kühlkreislauf hat eine Kühlmittelpumpe und eine Wärmeabgabevorrichtung. Erfindungsgemäß verläuft der Kühlkreislauf durch das erstgenannte vordere Lager. Dieses Lager ist besonders heiß, so dass dort eine besonders effektive Wärmeabfuhr möglich ist.The claimed hydrostatic axial piston machine is preferably an axial piston pump and has an engine that is mounted in a housing via a bearing (preferably roller bearing). The bearing can also be referred to as the front bearing. The bearing is arranged adjacent to a control disk (distribution disk). Thus the bearing is remote from the end portion of the drive shaft which protrudes from the housing and which has a coupling device (e.g. for an electric motor). Another bearing (preferably another roller bearing) can be arranged there. A cooling circuit for cooling the engine is excluded from an engine room inside the housing. A coolant of the cooling circuit is equal to a working pressure medium or it corresponds to a working pressure medium of the axial piston machine. The cooling circuit has a coolant pump and a heat dissipation device. According to the invention, the cooling circuit runs through the first-mentioned front bearing. This bearing is particularly hot, so that particularly effective heat dissipation is possible there.
Das genannte Lager ist besonders gut zugänglich, weil dort keine weitere Komponente oder Maschine (z.B. Elektromotor) angeordnet und angekoppelt werden muss. Daher ist es vorrichtungstechnisch einfach, wenn an dem Gehäuse eine Abdeckung (z.B. Kappe) dichtend befestigt ist, die das Lager und/oder eine Stirnseite der Triebwelle abdeckt, und die einen Anschluss für den Kühlkreislauf bildet.The bearing mentioned is particularly easily accessible because no further component or machine (eg electric motor) has to be arranged and coupled there. It is therefore simple in terms of device technology if a cover (eg cap) is fastened to the housing in a sealing manner, which covers the bearing and/or an end face of the drive shaft and which forms a connection for the cooling circuit.
Es wird besonders bevorzugt, wenn der Triebwerksraum mit einem Niederdruckanschluss oder Tankanschluss der Axialkolbenmaschine verbunden ist.It is particularly preferred if the engine space is connected to a low-pressure port or tank port of the axial piston machine.
Der Kühlkreislauf kann weiterhin zulaufseitig oder ablaufseitig durch einen Gehäuseanschluss geführt sein, der direkt mit dem Triebwerksraum verbunden ist. Besonders bevorzugt wird die ablaufseitige Variante, womit der Kühlkreislauf von dem Lager durch den Triebwerksraum zum Gehäuseanschluss gerichtet ist. Dann ist das Kühlmittel bei Erreichen des Lagers noch besonders kühl, so dass ein besonders effektiver Wärmeübertritt und eine besonders effektive Wärmeabfuhr möglich sind.The cooling circuit can also be routed through a housing connection on the inlet or outlet side, which is connected directly to the machine room. The variant on the outlet side is particularly preferred, with which the cooling circuit is directed from the bearing through the drive mechanism compartment to the housing connection. The coolant is then still particularly cool when it reaches the bearing, so that particularly effective heat transfer and particularly effective heat dissipation are possible.
Die Wärmeabgabevorrichtung kann ein per se aus dem Stand der Technik bekanntes Reservoir sein. Vorzugsweise ist die Wärmeabgabevorrichtung ein effektiver Plattenwärmetauscher oder vorrichtungstechnisch einfach ein langer Leitungsabschnitt des Kühlkreislaufes.The heat dissipation device can be a reservoir known per se from the prior art. The heat dissipating device is preferably an effective plate heat exchanger or simply a long line section of the cooling circuit in terms of device technology.
Der erfindungsgemäße Servo-hydraulische Aktuator hat eine vorbeschriebene Axialkolbenmaschine, die meistens als Pumpe arbeitet und somit einen Arbeitszylinder in einem geschlossenen Kreis versorgt. Durch den geschlossenen Kreis hat das Arbeitsdruckmittel wenig Möglichkeit die in der Axialkolbenmaschine aufgenommen Wärme wieder abzugeben. Daher ist der erfindungsgemäße extra Kühlkreislauf besonders vorteilhaft. Vorteile ergeben sich auch beim Lasthalten bei geringer Drehzahl und bei Nullhub.The servo-hydraulic actuator according to the invention has an axial piston machine as described above, which usually works as a pump and thus supplies a working cylinder in a closed circuit. Due to the closed circuit, the working pressure medium has little opportunity to give off the heat absorbed in the axial piston machine. The extra cooling circuit according to the invention is therefore particularly advantageous. There are also advantages when holding the load at low speeds and with zero lift.
Wenn der Aktuator einen hydraulischen Steuerblock zur Steuerung von fluidischen Verbindungen zwischen der Axialkolbenmaschine und dem Arbeitszylinder hat, dann kann der Kühlkreislauf auch durch den Steuerblock verlaufen. Damit ist auch diese Komponente gekühlt.If the actuator has a hydraulic control block for controlling fluidic connections between the axial piston machine and the working cylinder, then the cooling circuit can also run through the control block. Thus, this component is also cooled.
Die Axialkolbenmaschine hat meistens ein weiteres Lager (vorzugsweise weiteres Wälzlager) für die Triebwelle, das dem erfindungsgemäß durchströmten erstgenannten Lager mit Bezug zur Zylindertrommel gegenüber liegt. Wenn der Aktuator benachbart zu diesem weiteren Lager einen Elektromotor hat, der an die Axialkolbenmaschine gekoppelt ist und diese antreibt, dann kann der Kühlkreislauf durch das weitere Lager und durch den Elektromotor verlaufen. Damit sind auch diese Komponenten gekühlt.The axial piston machine usually has an additional bearing (preferably an additional roller bearing) for the drive shaft, which is located opposite the first-mentioned bearing, through which flow occurs according to the invention, in relation to the cylinder drum. If the actuator has an electric motor adjacent to this further bearing, which is coupled to the axial piston machine and drives it, then the cooling circuit can run through the further bearing and through the electric motor. This means that these components are also cooled.
Die Axialkolbenmaschine kann an dem Aktuator befestigt sein und mit diesem eine bauliche Einheit bilden. Durch die räumliche Nähe der Axialkolbenmaschine zu dem Rest des Aktuators hat die Gehäuseaußenseite der Axialkolbenmaschine wenig Umgebungsluft, um die Wärme abzugeben. Daher ist der erfindungsgemäße extra Kühlkreislauf in diesem Fall besonders vorteilhaft.The axial piston machine can be attached to the actuator and form a structural unit with it. Due to the physical proximity of the axial piston machine to the rest of the actuator, the outside of the housing of the axial piston machine has little ambient air to dissipate the heat. The extra cooling circuit according to the invention is therefore particularly advantageous in this case.
Unter baulicher Einheit kann verstanden werden, dass die genannten Komponenten fest miteinander verbunden sind.A structural unit can be understood to mean that the components mentioned are firmly connected to one another.
Bei einer ersten Variante des Aktuators sind die Kühlmittelpumpe und die Wärmeabgabevorrichtung an dem Servo-hydraulischen Aktuator befestigt und bilden mit diesem eine bauliche Einheit. Damit bildet der Aktuator einschließlich dem erfindungsgemäßen Kühlkreislauf eine handhabbare Einheit, die mit geringem Aufwand an ihrem Einsatzort montiert und installiert werden kann.In a first variant of the actuator, the coolant pump and the heat dissipation device are attached to the servo-hydraulic actuator and form a structural unit with it. The actuator, including the cooling circuit according to the invention, thus forms a manageable unit that can be assembled and installed at its place of use with little effort.
Bei einer zweiten Variante des Aktuators ist die Wärmeabgabevorrichtung über Kühlmittelleitungen, vorzugsweise Kühlmittelschläuche, mit dem Gehäuse der Axialkolbenmaschine (und damit ggf. auch mit dem Aktuator) verbunden. Damit wird ein Abstand der Wärmeabgabevorrichtung zur Axialkolbenmaschine ermöglicht, so dass die abgegebene Wärme nicht wieder dorthin zurück gelangt. Die Wärmeabgabevorrichtung kann auch mit der Kühlmittelpumpe ein separates Kühlaggregat bilden.In a second variant of the actuator, the heat dissipation device is connected to the housing of the axial piston machine (and thus possibly also to the actuator) via coolant lines, preferably coolant hoses. This enables a distance between the heat emission device and the axial piston machine, so that the heat emitted does not get back there again. The heat dissipation device can also form a separate cooling unit with the coolant pump.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.Several embodiments of the invention are shown in the figures.
Es zeigen
-
1 die erfindungsgemäße Axialkolbenmaschine gemäß zweier Ausführungsbeispiele in einer Ansicht, -
2 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Servo-hydraulischen Aktuators in einer perspektivischen Darstellung, und -
3 einen Ausschnitt des Servo-hydraulischen Aktuators aus2 in einer schematischen Darstellung.
-
1 the axial piston machine according to the invention according to two exemplary embodiments in a view, -
2 an embodiment of the servo-hydraulic actuator according to the invention in a perspective view, and -
3 a section of the servo-hydraulic actuator 2 in a schematic representation.
Die Triebwelle 1 ist (in
Axial ausgerichtete Kolben führen in jeweiligen Zylinderbohrungen der Zylindertrommel Hubbewegungen aus. Bei einem ersten Teil ihres Umlaufs ist die Hubbewegung in eine erste Richtung gerichtet, und dabei werden die Zylinder über eine erste kreisbogenförmige Steueröffnung der Steuerscheibe mit einem ersten Anschluss der Axialkolbenmaschine 3 verbunden. Bei einem zweiten Teil ihres Umlaufs ist die Hubbewegung in die Gegenrichtung gerichtet und dabei werden die Zylinder über eine zweite kreisbogenförmige Steueröffnung mit einem zweiten Anschluss der Axialkolbenmaschine 3 verbunden. Um Leckage des so gebildeten Triebwerks zu minimieren, wird die rotierende Zylindertrommel gegen die ruhende Steuerscheibe gepresst.Axially aligned pistons execute stroke movements in the respective cylinder bores of the cylinder drum. During a first part of their revolution, the stroke movement is directed in a first direction, and the cylinders are connected to a first connection of the axial piston machine 3 via a first arc-shaped control opening of the control disk. During a second part of their revolution, the stroke movement is directed in the opposite direction and the cylinders are connected to a second connection of the axial piston machine 3 via a second arc-shaped control opening. In order to minimize leakage of the engine formed in this way, the rotating cylinder drum is pressed against the stationary control disc.
Die Zylindertrommel ist in einem Triebwerksraum 2 aufgenommen, der im Innern des Gehäuses 4 der Axialkolbenmaschine gebildet ist.The cylinder drum is accommodated in an
In
Beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Gehäuseanschluss 8 ablaufseitig. Damit verläuft der Kühlkreislauf vom Gehäuseanschluss 8 über die Kühlmittelpumpe 10 und den Plattenwärmetauscher 12 zu einem zulaufseitigen Gehäuseanschluss, der zusammen mit einem (nicht gezeigten) Deckel des Lagers 6 gebildet ist. In diesem besonders warmen Bereich der Axialkolbenmaschine 3 nimmt das Kühlmittel Wärme auf und strömt weiter durch den Triebwerksraum 2, in dem es eventuelle Leckage aufnimmt. Schließlich strömt das Kühlmittel zum ablaufseitigen Gehäuseanschluss 8.In the first exemplary embodiment, the housing connection 8 is on the outlet side. The cooling circuit thus runs from the housing connection 8 via the
Beim zweiten Ausführungsbeispiel verläuft der Kühlkreislauf umgekehrt zum ersten Ausführungsbeispiel, so dass der Gehäuseanschluss 8 zulaufseitig ist. Damit verläuft der Kühlkreislauf vom Gehäuseanschluss 8 über den Triebwerksraum 2 und über das Lager 6 durch den dortigen Gehäuseanschluss über den Plattenwärmetauscher 12 und die Kühlmittelpumpe 10 wieder zum zulaufseitigen Gehäuseanschluss 8.In the second exemplary embodiment, the cooling circuit runs in the opposite direction to the first exemplary embodiment, so that the housing connection 8 is on the inlet side. The cooling circuit thus runs from the housing connection 8 via the
In
Der Aktuator ist auch zusammen mit dem in
Bei diesem Ausführungsbeispiel verläuft der Kühlkreislauf von der Kühlmittelpumpe 10 zum zulaufseitigen Anschluss, der zusammen mit einem (nicht gezeigten) Deckel des Lagers 6 gebildet ist. In diesem besonders warmen Lager 6 der Axialkolbenmaschine 3 nimmt das Kühlmittel Wärme auf und strömt weiter durch den Triebwerksraum 2, in dem es eventuelle Leckage aufnimmt und weiter zum Steuerblock 16, der somit ebenfalls gekühlt wird. Vom Steuerblock 16 strömt das Kühlmittel über den Plattenwärmetauscher 12 wieder zur Kühlmittelpumpe 10.In this embodiment, the cooling circuit runs from the
Offenbart sind eine hydrostatische Axialkolbenmaschine 3 und ein Servo-hydraulischer Aktuator mit einer Axialkolbenmaschine 3. Zumindest ein Triebwerk und eines der Lager 6 der Axialkolbenmaschine sind mittels eines extra Kühlkreislaufes gekühlt. Da der Kühlkreislauf auch eventuelle Leckage des Triebwerks abführt, entspricht das Kühlmittel dem Arbeitsdruckmittel, das das Triebwerk der Axialkolbenmaschine 3 durchströmt. Der Eingang in das Gehäuse 4 oder der Ausgang aus dem Gehäuse 4 für das Kühlmittel ist als Einheit mit einer Halterung und/oder Abdeckung des Lagers 6 gebildet.A hydrostatic axial piston machine 3 and a servo-hydraulic actuator with an axial piston machine 3 are disclosed. At least one engine and one of the bearings 6 of the axial piston machine are cooled by means of an extra cooling circuit. Since the cooling circuit also removes any leaks in the engine, the coolant corresponds to the working pressure medium that flows through the engine of the axial piston machine 3 . The entrance into the housing 4 or the exit from the housing 4 for the coolant is formed as a unit with a support and/or cover of the bearing 6.
Bei dem Servo-hydraulischen Aktuator mit einer derartigen Axialkolbenmaschine 3 können mit dem Kühlkreislauf auch dessen Komponenten wie z.B. ein Steuerblock 16 oder ein Elektromotor 14 gekühlt werden.In the servo-hydraulic actuator with such an axial piston machine 3 can the cooling circuit and its components such as a
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Triebwelle / Antriebswelledrive shaft / drive shaft
- 22
- Triebwerksraumengine room
- 33
- Axialkolbenmaschineaxial piston machine
- 44
- GehäuseHousing
- 66
- Lagercamp
- 88th
- Gehäuseanschlusshousing connector
- 1010
- Kühlmittelpumpecoolant pump
- 1212
- Wärmeabgabevorrichtung / PlattenwärmetauscherHeat emitter / plate heat exchanger
- 1414
- Elektromotorelectric motor
- 1616
- Steuerblockcontrol block
- 2020
- Arbeitszylinderworking cylinder
- 2222
- Hydrospeicherhydraulic accumulator
- 2424
- elektronisches Steuergerätelectronic control unit
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 1951234 A1 [0004, 0006]DE 1951234 A1 [0004, 0006]
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-
2022
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- 2022-08-30 CN CN202211055059.1A patent/CN115898804A/en active Pending
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