[0001] Die Erfindung/Neuerung betrifft eine Hydraulikeinheit zur Bereitstellung einer unter
Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit zum Antrieb eines angekoppelten hydraulischen'
Aktuators, mit einem in einem unter Druck stehenden Motorgehäuse angeordneten Motor,
einem in einem Speichergehäuse angeordneten Hydraulikspeicher, einer in einem Pumpengehäuse
angeordneten Hydraulikpumpe und einem Hydraulikblock, wobei zumindest Motorgehäuse,
Pumpengehäuse und der Hydraulikblock ein einheitliches handhabbares starres Modul
bilden und die in dem Modul umströmende Hydraulikflüssigkeit alle Elemente des Moduls
in Längsrichtung (Umlaufsystem) bereichsweise durchsetzt.
[0002] Aus den, Stand der Technik sind Hydraulikaggregate bekannt.
WO 2006/056256 A2 lehrt ein Hydraulikaggregat, das zur Bereitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit
an einem Ausgang einen Elektromotor sowie eine über diesen betriebene Pumpe zur Druckerzeugung
verwendet. Der von der Pumpe angesaugten Hydraulikflüssigkeit ist ein Speicherraum
mit einem variierbaren Ausgleichsvolumen bereitgestellt, in dem die Hydraulikflüssigkeit
gasfrei bevorratet ist.
[0003] Ferner ist aus dem Stand der Technik ein kompakter Aufbau des Hydraulikaggregates
bekannt, der vorsieht, daß in einem Gehäuse des Aggregates der Elektromotor sowie
die Pumpe angeordnet und der vom Gehäuse umgebene Innenraum den Speicherraum für die
Hydraulikflüssigkeit bildet.
[0004] Der Erfindung/Neuerung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikeinheit mit den
Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1 derart weiterzubilden, daß diese in einer
kompakten Bauweise realisiert werden kann, durch einfachste Ansteuerung gesteuert
und geregelt (ohne elektrische Wegeventile) werden kann sowie gute Betriebseigenschaften
wie hohe Steifigkeit, Überlastsicherheit und eine geringe Geräuschemission aufweist.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung sowohl gute Anpassungsmöglichkeiten an beispielsweise
extreme Kälte, Wege und Geschwindigkeiten als auch einen hohen Grad an Flexibilität
aufzuweisen.
[0005] Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 - 40.
[0006] Als Kern der Erfindung wird es angesehen, daß die Hydraulikpumpe und der Hydraulikblock
eine Funktionseinheit bilden, der Hydraulikblock mit einer Mehrzahl von Hydraulikanschlußelementen
versehen ist und durch einen Flansch eine im Pumpengehäuse angeordnete Förderkammer
durch den Hydraulikblock auf der dem Motorgehäuse gegenüberliegenden Seite abgedeckt
wird. Insbesondere die Anordnung der Hydraulikpumpe unmittelbar neben dem Hydraulikblock
erlaubt eine sowohl fertigungstechnisch einfach realisierbare, als auch im Betrieb
zuverlässig betreibbare Funktionseinheit. Durch die Integration des die Förderkammer
der Pumpe abschließenden "Deckels" an den Hydraulikblock wird die Dimensionierung
der gesamten Hydraulikeinheit reduziert. Teile der Pumpenbestandteile werden der Hydraulikeinheit
zugeordnet. Sowohl im Pumpengehäuse, als auch im Hydraulikblock können Ventile integriert
sein. Die Hydraulikanschlußelemente dienen als Schnittstelle der Hydraulikeinheit
zu den Verbindungsleitungen der anzutreibenden hydraulischen Aktuatoren.
[0007] Der Hydraulikspeicher kann Bestandteil des einheitlichen handhabbaren starren Moduls
sein, damit wird die Dimensionierung der Gesamteinheit reduziert.
[0008] Die alle Elemente des Moduls in Längsrichtung durchströmende Hydraulikflüssigkeit
wird vorzugsweise in einem Umlauf geführt. Damit kann der Hydraulikflüssigkeit neben
der Kraftübertragungsfinktion ferner eine Kühlfunktion zugeordnet werden.
[0009] Insbesondere im Pumpengehäuse können Hydraulikelemente wie Druckbegrenzungsventile,
Nachsaugventile oder entsperrbare Rückschlagventile integral eingesetzt sein und durch
die Form und Gestalt der Kanäle im Pumpengehäuse in ihrer Funktion unterstützt werden
(z.B. Kanalisierung und/oder Konzentration der Hydraulikflüssigkeit im Bereich der
eingesetzten Ventile).
[0010] Ferner werden durch die unmittelbare Nähe des Hydraulikblockes zur Pumpe (Integration)
konstruktionstechnische Vorteile erreicht, so kann direkt aus der Förderkammer der
Pumpe über kürzeste Verbindungen zu den Hydraulikanschlußelementen und gegebenenfalls
zwischen diesen zwischengeschaltete Überlastventile/Druckbegrenzungsventile ein sicherer,
zuverlässiger und energiesparender Betrieb der Hydraulikeinheit gewährleistet werden.
[0011] Vorteilhaft ist es, wenn in der Förderkammer umlaufende Elemente der Hydraulikpumpe
über die zwischen dem Pumpengehäuse und der dem Hydraulikblock angeordneten Flanschfläche
in den Bereich des Hydraulikblockes hineinstehen. Beispielsweise können Wellenelemente
(Ritzelwelle) der Pumpe in einer entsprechenden Ausnehmung des Hydraulikblockes zumindest
bereichsweise gelagert sein. Durch derartige Maßnahmen wird die Dimensionierung der
gesamten Hydraulikeinheit weiter verkleinert. Dieser Effekt wird weiter dadurch begünstigt,
daß die umlaufenden Elemente der Hydraulikpumpe im Bereich des Hydraulikblockes geführt
werden. Eine derartige Führung kann sowohl die Lagerung als auch gegebenenfalls weitere
Funktionen der Pumpenwelle zu Elementen des Hydraulikblockes positiv beeinflussen,
beispielsweise ist die Pumpenwelle als Hohlwelle ausgebildet, die sich in einem fortführenden,
vorzugsweise Hydraulikflüssigkeit führenden Kanal des Hydraulikblockes fortsetzt.
[0012] Im Sinne einer Zusatzfunktion kann es vorgesehen sein, die im Pumpengehäuse angeordneten
umlaufenden Elemente, damit zusammenwirkende, im Pumpengehäuse angeordnete Ventilelemente
und die Ventilelemente des Hydraulikblockes eine zusammenhängende integrierte hydraulische
Funktionseinheit bilden zu lassen. Beispielsweise hat die der Pumpe zugewandten Fläche
des Hydraulikblockes nicht nur eine die Förderkammer abschließende Funktion, sondern
weist weitere die Funktion der Pumpe und/oder der Hydraulikflüssigkeitsführung, -steuerung
und/oder -regelung beeinflussende Ausnehmungen auf. Insbesondere dadurch, daß von
den Ventilelementen des Hydraulikblockes direkt eine Verbindung zu der Pumpe besteht,
wird eine sowohl konstruktiv einfache, als auch wartungsarme und damit eine zuverlässige
Hydraulikeinheit bereitgestellt, da beispielsweise die abzudichtenden Bereiche auf
ein Minimum reduziert werden können (nur statische Abdichtungen).
[0013] Bevorzugt ist die Pumpe derart ausgebildet, daß diese im Vierquadrantenmodus betreibbar
ist und dabei eine Förderung der Hydraulikflüssigkeit in zwei Richtungen (vorwärts
/ rückswärts) erlaubt. Dies ermöglicht beispielsweise auch, die Hydraulikeinheit nicht
nur als ein Hydraulikdruck bereitstellendes Medium zu verwenden, sondern auch bei
Beaufschlagung der Hydraulikeinheit mit einem hydraulischen Druck von dieser elektrische
Energie abzugreifen (Energierückführung - 2, und 4. Quadrant).
[0014] Vorteilhafter Weise ist die Pumpe als Zahnradpumpe ausgebildet. Diese umfaßt beispielsweise
eine Außenzahnrad, Innenzahnrad oder Zahnringpumpe. Auch Flügelzellenpumpen, Schrauben(spindel)pumpen,
Kreiskolbenpumpen oder Drehschieberpumpen sind im Zusammenhang mit der Hydraulikeinheit
verwendbar. Derartige Pumpen haben den Vorteil, daß diese eine relativ gleichmäßige
Förderung des Pumpenmediums gewährleisten und die Förderrichtung mit der Drehrichtung
umkehrbar ist.
[0015] Als Antriebsarten für den Motor sind vorzugsweise geregelte oder ungeregelte elektrische
Asynchron- oder Synchronmotoren zu nennen. Generell werden Unterölausführungen bevorzugt,
welche eine intensive Kühlung gewährleisten, kompakt bauen sowie ein geringes Massenträgheitsmoment
erreichen.
[0016] Zur Steigerung der Vielseitigkeit des Systems ist es vorteilhaft, wenn zwischen dem
Pumpengehäuse der (ersten) Hydraulikpumpe und dem die Pumpe antreibenden Motor eine
weitere Hydraulikpumpe angeordnet ist, die ebenfalls über den Motor antreibbar ist.
Alternativ oder zusätzlich kann die weitere Hydraulikpumpe zwischen dem Motor und
dem Hydraulikspeicher und/oder zwischen der ersten Pumpe und dem Hydraulikblock angeordnet
sein und ebenfalls über den die erste Hydraulikpumpe antreibenden Motor angetrieben
werden. Mittels der weiteren Hydraulikpumpe können höhere Drücke für das Hydraulikmedium
generiert werden. Beispielsweise im Fall der Ansteuerung einer Preß- oder Stanzmaschine
ist es vorteilhaft, für schnelle lineare Bewegungen der Preß- oder Stanzmaschine die
Pumpenleistung der ersten Pumpe zu verwenden und für die Umform- und/oder Scherphasen
der Preß-/Stanzmaschine die Pumpleistungen (insbesondere bei hohen Drücken) der weiteren
Hydraulikpumpe zu verwenden. Je nach Anwendungsfall kann es vorteilhaft sein, diese
beiden Hydraulikpumpen entweder zur Erreichung von hohen Drücken in Reihenschaltung
zu betreiben oder wenn die hohen Drücke nicht ausschlaggebend sein sollen, die erste
und die weitere Hydraulikpumpe in einer parallelen Wirkverbindung zu schalten, damit
können größere Fördervolumina erreicht werden. Ferner kann eine Hydraulikpumpe als
Radialkolbenpumpe ausgebildet und sowohl auf der Pumpe als auch bevorzugt auf der
Speicherseite des Motors angeordnet sein. Da diese einen günstigen Wirkungsgrad hat
und bei kleinerer Fördermenge hohe Lastdrücke erreicht, eignet sie sich für die oben
beschriebenen Umform- und/oder Scherphasen. Folglich kann die Radialkolbenpumpe vorwiegend
als zweite höhere Druckstufe dienen. Um die volle Antriebsleistung für die hohen Drücke
nutzen zu können, wird dabei die Förderung der Niederdruckpumpe automatisch auf drucklosen
Umlauf geschaltet.
[0017] Wenn zwischen Hydraulikblock und Elektromotor zwei Innenzahnradpumpen in Reihe zusammenwirken,
wird eine normale Förderleistung und ein hoher Druck erreicht.
[0018] Die während des Betriebes der Hydraulikeinheit auftretende Leckhydraulikflüssigkeit
wird vorzugsweise unmittelbar gehäuseintern in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit
zurückgeführt. So ist es vorgesehen, daß die aus einem oder mehreren Druckbegrenzungsventilen
und/oder anderen Hydraulikelementen (z.B. entsperrbare Rückschlagventile) austretende
Hydraulikflüssigkeit gehäuseintern unmittelbar in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit
zurückführbar ist. Dieses Druckbegrenzungsventil und/oder Hydraulikelement ist vorzugsweise
im Bereich des Hydraulikblockes angeordnet und steht in Wirkverbindung mit im Bereich
des Druckbegrenzungsventils und/oder Hydraulikelementes angeordneter Kanäle, die die
austretende Hydraulikflüssigkeit gezielt in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit
zurückführen. Dies kann ferner für einen Umlauf genutzt werden, um die Kühlung aufrecht
zu erhalten.
[0019] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist im Zentralbereich der wenigstens einen Hydraulikpumpe
ein HydraulikrückflußkanaJ ausgebildet, der den Ausgang des Druckbegrenzungsventils
mit dem den Motor und Hydraulikspeicher durchsetzenden Hydraulikreservoirs verbindet.
Ein derartiger Hydraulikrückflußkanal ist vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar
mit dem Druckbegrenzungsventil und/oder Hydraulikelement wirkverbunden. Vorzugsweise
ist die Welle des Motors und/oder die Welle der Pumpe als Hohlwelle ausgebildet und
bildet einen Bestandteil des Rückflußkanals (Umlaufkanals) für die Hydraulikflüssigkeit,
um diese zum Hydraulikspeicher rückzuführen. Infolge dessen findet im Rahmen des Umlaufs
ein Durchströmen des Motors zwischen Stator und Rotor statt. Durch eine derartige
Ausgestaltung des Umlaufs kann sowohl die Dimensionierung der gesamten Hydraulikeinheit
verringert werden, als auch eine Kühlfunktion von der durch die in dem Rückflußkanal
zurückfließende Hydraulikflüssigkeit übernommen werden, da diese beim Durchfließen
der Motor- und/oder Pumpenhohlwelle an eben diesen Ort, insbesondere aber an Stator
und Rotor des Motors Wärmeenergie abtransportieren kann.
[0020] Eine besonderes günstige Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Hydraulikeinheit wird
dadurch gebildet, daß der durch die Welle des Motors gebildete Rückflußkanal koaxial
mit dem Hydraulikrückflußkanal der Pumpe ausgerichtet ist. Durch eine derartige lineare
Hydraulikflüssigkeitsrührung wird die Gesamtkonstruktion vereinfacht, die auf die
Hydraulikflüssigkeit wirkenden Widerstände verringert und der Hydraulikflüssigkeitsumlauf
begünstigt bzw. ermöglicht.
[0021] Beispielsweise setzt sich der durch die Welle des Motors gebildete Rückflußkanal
unmittelbar mit dem Volumen des Hydraulikspeichers fort.
[0022] In Weiterbildung der Erfindung sind die sich gegenüberliegenden Flansche des Pumpengehäuses
parallel zueinander ausgerichtet. Insbesondere, wenn diese Flansche parallel zueinander
ausgerichtet sind und/oder eine aufeinander abgestimmte Kopplungsfläche aufweisen,
ist es möglich, nach Art eines modularen Systems eine, zwei oder mehrere Pumpengehäuse
aneinanderzusetzen und damit je nach Anwendungsfall die Leistungsfähigkeit der Hydraulikeinheit
gezielt auszulegen.
[0023] Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Rotationsachsen der rotierenden
Elemente wenigstens einer Hydraulikpumpe und des Elektromotors im wesentlichen koaxial
zueinander angeordnet sind. Auch dieses Merkmal ermöglicht eine einfache und nach
Art einer Modulbauweise ausgebildete Zusammensetzung der Hydraulikpumpe mit dem Elektromotor,
[0024] Ferner ist es vorgesehen, den Antriebsmotor mit der die Pumpe antreibenden Welle
mittels eines Kupplungselementes, beispielsweise eines Kreuzschiebers zu verbinden.
Ein derartiges Kupplungselement kann je nach Kombination verschiedener Motoren und
verschiedener Pumpen als spezifisches Kombinationsteil ausgebildet sein, so daß an
den Schnittstellen des Motors und der Pumpe relativ einfach gehaltene, den jeweiligen
Bauteilgegebenheiten entsprechende Gestaltungen der Schnittstellen umgesetzt werden
können. So kann bei einem ersten Kombinationsfall eines ersten Motors mit einer ersten
Pumpe ein erstes Kupplungselement zur Verbindung der beiden Elemente verwendet werden
und in einem zweiten Kombinationsfall bei der Kombination eines zweiten Motors mit
wiederum der ersten Pumpe ein zweites Kupplungselement verwendet werden. Eine derartige
Zusammensetzung der einzelnen Hydraulikeinheiten mit derartigen Kupplungselementen
erhöht die Flexibilität und vereinfacht die Gesamtkonstruktion insbesondere beim Vorsehen
einer Vielzahl von verschiedenen Leistungsabstufungen (Motor-Pumpe-Kombination). In
Kombination mit der zentralen Hydraulikflüssigkeitsrückführung weist das Kupplungselement
entsprechende Ausnehmungen und/oder Durchbrüche auf. Zusätzlich gleicht eine solche
Kupplung einen infolge Fertigungstoleranzen möglichen Achsversatz aus.
[0025] Ferner kann es vorgesehen sein, die den Anschlußflansch durchsetzenden Hydraulikflüssigkeit
führenden Elemente im wesentlichen symmetrisch zur Motorachse anzuordnen.
[0026] Vorteilhaft ist es auch, wenn der Hydraulikblock, das Pumpengehäuse, das Motorgehäuse
und das Speichergehäuse im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet sind und
koaxial oder achsparallel zueinander angeordnet sind.
[0027] Um die Verankerung der Hydraulikeinheit mit der Umgebung, beispielsweise mit einem
Trägerelement und/oder einem Roboterarm zu vereinfachen, ist es vorteilhaft, wenn
das Pumpengehäuse und/oder das Motorgehäuse jeweils mit wenigstens einem bereichsweise
über den äußeren Durchmesser des Pumpengehäuses bzw. des Motorgehäuses hinausstehenden
oder abschließenden Pumpenflanschbereich respektive Motorflanschbereich versehen ist.
Der Pumpenflanschbereieh und der Motorflanschbereich weisen vorteilhafter Weise wenigstens
einen in einer koplanaren Ebene angeordneten Montageflansch auf, an dem die im wesentlichen
zylindrische Hydraulikeinheit zuverlässig und statisch bestimmt an einer ebenen Fläche
montierbar ist.
[0028] Der verwendete Hydrautikspeicher ist vorzugsweise ein Blasenspeicher oder ein Kolbenspeicher,
der eine gegen das Hydraulikreservoir gerichtete Luft- oder Gasvorspannung aufweist.
Alternativ oder zusätzlich kann der Blasenspeicher oder Kolbenspeicher auch ein mit
einem andersartigen Vorspannelement (beispielsweise einer Feder) vorgespannt werden.
Insbesondere die Verwendung eines Blasenspeichers, der zumindest eine gegen das Hydraulikreservoir
gerichtete Luft- oder Gasvorspannung aufweist, hat den Vorteil, daß durch Steuerung
und Regelung der Luft- oder Gasvorspannung (z.B. aus einem Pneumatiknetz) gezielt
auf die Funktionsweise der Hydraulikeinheit Einfluß genommen werden kann.
[0029] Die Flexibilität und Einfachheit der Hydraulikeinheit läßt sich dadurch weiter positiv
beeinflussen, indem an den Hydraulikblock ein Anschlußadapter mit Hydraulikanschlußelementen
ansetzbar ist. Ferner kann an dem Hydraulikblock ein Abdeckgehäuseelement angesetzt
sein, das wenigstens ein Ventilelement abdeckt. Je nach Art und Dimensionierung der
anzuschließenden Hydraulikanschlüsse der Hydraulikleitungen an die Hydraulikeinheit
und/oder je nach geforderten Volumenströmen, können an den Hydraulikblock verschiedene
jeweils modular an den Hydraulikblock ansetzbare Anschlußadapter angeordnet werden.
Die Hydraulikanschlußelemente des Hydraulikblocks werden dann durch die Hydraulikanschlußelemente
des Anschlußadapters gebildet. Auch Aktuatoren sind mit geeigneten Flanschen direkt
anschließbar, so daß das Hydraulikaggregat mit dem Aktuator eine Einheit bildet.
[0030] Vorteilhafterweise wird die Hydraulikeinheit derart ausgelegt, daß an bewegten Teilen
keine nach außen wirkenden Dichtungen angeordnet sind. Dies wird unter anderem durch
die gekapselte, nach Art eines Umlaufs geführte Hydraulikflüssigkeit erreicht.
[0031] Eine weitere vorteilhafte Maßnahme ist es, in der Hydraulikeinheit wenigstens ein
Nachsaugventil zum Volumenausgleich für thermische Vorgänge und evtl. Leckverlusten
vorzusehen
[0032] Der Vor- und Rücklauf eines hydraulischen Aktuators kann durch lediglich eine Umkehr
der Pumpendrehrichtung der Hydraulikeinheit vollzogen werden. Damit kann eine Vor-
und Rücklaufumkehr ohne die Verwendung von elektromagnetischen Wegeventilen realisiert
werden. Zweckdienlicherweise ist die Hydraulikeinheit ein zur Atmosphäre abgeschlossenes
System und ermöglicht es, den Druck unterschiedlicher Größe variabel einzustellen.
Damit wird ein Nachsaugen (aus der Atmosphäre) verhindert und die Aufnahme von Luft,
Feuchtigkeit und eine für den Betrieb von Hydrauliksystemen schädliche Schaumbildung
wirkungsvoll ausgeschlossen.
[0033] In Ausgestaltung der Erfindung vollziehen die hydraulischen Aktuatoren lineare und/oder
rotatorische Bewegungen. Ferner kann das Aggregat für dezentrale Antriebe vorgesehen
werden und lageunabhängig, stationär und insbesondere mobil auch mit hohen Beschleunigungen
betrieben werden (z.B. Montage an einem Roboter).
[0034] Die Erfindung eist anhand von Ausführungsbeispiel in den Zeichnungsfiguren näher
erläutert. Diese zeigen
- Fig. 1:
- eine perspektivische Darstellung der Hydraulikeinheit;
- Fig. 2:
- eine schematische, mittige Längsschnittdarstellung gem. Fig. 1;
- Fig. 3:
- eine schematische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie IV-IV aus Fig. 1;
- Fig. 4:
- eine perspektivische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie V-V aus Fig. 1;
- Fig. 5:
- eine schematische Vollschnittdarstellung gem. Schnittlinie VI-VI aus Fig. 1;
- Fig. 6:
- einen Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange betreibenden Hydraulikeinheit
in 2-Stufenausführung mit unterschiedlichen Volumenströmen und unterschiedlichen Drücken;
- Fig. 7:
- einen Schaltplan einer einen Aktuator mit durchgehender Kolbenstange (Gleichgangzylinder)
betreibenden Hydraulikeinheit;
- Fig. 8:
- einen Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange betreibenden Hydraulikeinheit
mit druckgesteuertem 2-Wege-Ventil;
- Fig.9
- einen Schaltplan einer einen Aktuator mit einseitiger Kolbenstange betreibenden Hydraulikeinheit
mit einem entsperrbaren Rückschlagventil.
[0035] Die in Fig. 1 dargestellte Hydraulikeinheit 1 wird zum Antrieb eines angekoppelten
hydraulischen Aktuators (nicht dargestellt) durch einen in einem Motorgehäuse 2 angeordneten
Elektromotor 3 angetrieben. An einem ersten Ende des Motorgehäuses 2 ist ein Speichergehäuse
4 mit einem darin angeordneten Hydraulikspeicher 5 angeflanscht. An der dem Hydraulikspeicher
5 gegenüberliegenden Stirnseite des Motors 3 ist eine in einem Pumpengehäuse 6 angeordnete
Hydraulikpumpe 7 und an dem Pumpengehäuse 5 ein Hydraulikblock 8 angesetzt. Über an
dem Hydraulikblock 8 angeordnete Hydraulikanschlußelemente 9 (Schnittstellen) werden
hydraulische Aktuatoren angeschlossen.
[0036] Wie dargestellt, bilden das Motorgehäuse 2, das Pumpengehäuse 6, der Hydraulikblock
8 sowie das Speichergehäuse 4 ein einheitlich handbares starres Modul 30, wobei die
in dem Modul 30 umströmende Hydraulikflüssigkeit alle Elemente des Moduls 30 in Längsrichtung
bereichsweise durchsetzt. Durch das Aneinandersetzen der Hydraulikpumpe 7 und des
Hydraulikblocks 8 wird eine Funktionseinheit gebildet. Die im Pumpengehäuse 6 angeordnete
Förderkammer 10 wird auf der dem Motorgehäuse 2 gegenüberliegenden Seite durch den
Hydraulikblock 8 abgedeckt. Wie in der dargestellten Ausführungsform ersichtlich,
ist der Hydraulikspeicher 5 Bestandteil des einheitlich handhabbaren starren Moduls
30.
[0037] In der Zeichnungsfigur 2 ist die Hydraulikeinheit 1 im Längsschnitt dargestellt.
Hieraus ist insbesondere ersichtlich, daß die Hydraulikflüssigkeit in Längsrichtung
alle Elemente 3, 5, 7, 8 des Moduls 30 in dessen Längsrichtung umlaufartig durchströmt.
Dies kann unter anderem dafür verwendet werden, daß Leckhydraulikflüssigkeit gehäuseintern
unmittelbar in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit 1 rückführbar ist. Außerdem
kann die aus den Druckbegrenzungsventilen 11 austretende Hydraulikflüssigkeit gehäuseintern
unmittelbar in das Hydrauliksystem der Hydraulikeinheit 1 zurückgeführt werden. Dies
kann insbesondere durch einen Hydraulikrückflußkanal 12, der im Zentralbereich Z der
Hydraulikpumpe 7 angeordnet ist, erreicht werden, wobei dieser den Ausgang 13 eines
Druckbegrenzungsventils 11 und/oder eines entsperrbaren Rückschlagventils (nicht dargestellt)
mit einem den Motor 3 durchsetzenden Hydraulikreservoir verbindet. Das Hydraulikreservoir
ist insbesondere durch den von der Hydraulikflüssigkeit durchsetzten Volumenbereich
gebildet, wobei das größte Hydraulikreservoirvolumen im Bereich des Hydraulikspeichers
5 zu finden ist. Wie vor allen in der Schnittdarstellung der Figur 2 erkennbar ist,
besitzt der Motor 3 eine Hohlwelle 14, welche als Rückflußkanal 12 für die Hydraulikflüssigkeit
hin zum Hydraulikspeicher 5 verwendet wird. Im Zusammenhang mit der Hohlwelle 14 ist
es vorteilhaft, diese wie dargestellt, koaxial mit dem Hydraulikrückflußkanal 12 (Hohlwelle
15) der Hydraulikpumpe 7 zu verbinden. Der Hydraulikrückflußkanal 12 mit seinen Hohlwellen
14, 15 ist unmittelbar mit dem Volumen des Hydraulikspeichers 5 verbunden.
[0038] Vor allem für die Hydraulikflüssigkeitsrückführung ist es vorteilhaft, wenn die Rotationsachsen
der rotierenden Elemente der Hydraulikpumpe 7 und des Elektromotors 3 koaxial zueinander
angeordnet sind. Wenn die beiden Hohlwellen 14, 15 des Motors 3 und der Hydraulikpumpe
7 koaxial zueinander ausgerichtet sind, lassen sich diese durch eine Verbindungshülse
16 derart miteinander koppeln, daß der Umlauf der Hydraulikflüssigkeit nicht gestört
wird.
[0039] In der dargestellten Ausführungsform umfaßt der Hydraulikspeicher 5 einen Blasenspeicher,
der an seinem vom Motor 3 abgewandten Ende 17 mit einer gegen das Hydraulikreservoir
gerichteten Luft- oder Gasvorspannung und/oder Federelementvorspannung betrieben werden
kann, Ferner ist insbesondere aus der Schnittdarstellung (Fig. 2) ersichtlich, daß
an den bewegten Teilen (Hohlwellen 14, 15 sowie Lagerungselemente des Motors 3 und
des Hydraulikspeichers 5) keine nach außen wirkenden Dichtungen angeordnet sind.
[0040] Für die Bildung einer Funktionseinheit des Hydraulikblocks 8 und der Hydraulikpumpe
7, ist es vorteilhaft, wenn das Pumpengehäuse 6 ganz oder teilweise mit Hydraulikelementen
(Ventilen, Kanälen) versehen ist. Da in Fig. 2 zum Teil die hinter den Schnittflächen
liegenden (verdeckten) Elemente sichtbar dargestellt sind (Strichpunktlinie S), sind
die im Bereich der Anschlußfläche des Hydraulikblockes 8 und der Hydraulikpumpe 7
angeordneten Verbindungskanäle 18 sowie Teile der Förderkammern 10 der Hydraulikpumpe
7 sichtbar. Die Verbindungskanäle 18 und Teile der Förderkammer 10 sind damit als
Hydraulikelemente in das Pumpengehäuse 6 eingearbeitet. Im Zuge dieser integrierten
Bauweise von Hydraulikpumpe 7 und dem Hydraulikblock 8 ist es zweckmäßig, umlaufende
Elemente der Hydraulikpumpe 7 wie beispielsweise die Ritzelwelle 19 über zwischen
dem Pumpengehäuse 6 und dem Hydraulikblock 8 angeordnete Flanschflächen in den Bereich
des Hydraulikblockes 8 hineinstehen zu lassen. In diesen hineinstehenden Bereichen
wird die Ritzelwelle 19 somit im Hydraulikblock 8 geführt. Durch das Vorsehen einer
Hohlwelle 15 für die Ritzelwelle 19 der Hydraulikpumpe 7 kann die Ritzelwelle 19 neben
ihrer Wellenfunktion auch vorteilhaft mit im Pumpengehäuse 6 angeordneten Ventilelementen
und/oder Ventilelementen des Hydraulikblockes 8 zusammenwirken und eine zusammenhängende
integrierte hydraulische Funktionseinheit bilden.
[0041] In Zeichnungsfigur 3 ist der Hydraulikblock 8 geschnitten dargestellt, dabei ist
gut erkennbar, wie das Druckbegrenzungsventil 11 innerhalb des Hydraulikblockes 8
angeordnet ist und wie die von der Pumpe ausgehenden Verbindungskanäle 18 sowie der
zentrale Hydraulikflüssigkeitsrückflußkanal 12 von dem Hydraulikblock 8 zu den Hohlwellen
14, 15 führt. Darüber hinaus sind an dem Hydraulikblock 8 weitere Anbauteile 21, 22
erkennbar. Der Hydraulikblock 8 ist von der Seitenansicht aus betrachtet im Querschnitt
T-förmig ausgebildet. An den Hydraulikblock 8 ist ein Abdeckgehäuseelement 21 derart
ansetzbar, daß dieses zumindest bereichsweise den Hydraulikblock 8 sowie gegebenenfalls
an dem Hydraulikblock 8 angeschlossene und über dessen Kontur herausragende Ventile
11 überdecken. Die dem Hydraulikblock 8 zugeordneten Hydraulikanschlußelemente 9 sind
in der dargestellten Ausführungsform an dem Anschlußadapter 22 angeordnet und mittels
Kanäle mit dem Hydraulikblock 8 verbunden. Damit dient der Anschlußadapter 22 als
Adapter zu den unterschiedlichen Anschlußmöglichkeiten bedingt durch unterschiedlichste
Anschlußleitungsverbindungen der jeweils verwendeten Aktuatoren (Leitungsdurchmesser,
Amchlußsicherungsmechanismus). Durch das Abdeckgehäuseelement 21 und/oder den Anschlußadapter
22 wird es ermöglicht, den Hydraulikblock 8 fertigungstechnisch einfach zu halten
und ihn als Serienteil auszuführen. Die anwendungsspezifischen Schnittstellen können
den modular an den Hydraulikblock 8 ansetzbaren Anschlußadaptern 22 zugeordnet werden.
[0042] In der perspektivischen Schnittdarstellung der Zeichnungsfigur 4 gem. der Schnittlinie
V-V der Figur 1 ist der zahnringpumpenartige Aufbau der Hydraulikpumpe 7 der dargestellten
Ausführungsform erkennbar. Vorzugsweise wird eine Innenzahnradpumpe verwendet, da
bei dieser die Rotationsachse des zentralen Elementes (Ritzelwelle 19) relativ zum
Pumpengehäuse 6 und insbesondere dem Hydraulikblock 8 konzentrisch bleibt und damit
schließlich ein linearer Hydraulikrückflußkanal 12 durch die Hohlwelle 15 der Hydraulikpumpe
7 gebildet werden kann.
[0043] Aus der Zeichnungsfigur 5 ist das den Motor 3 und die Hydraulikpumpe 7 verbindende
Kupplungselement 23 erkennbar. Hierbei handelt es sich um einen Kreuzschieber 24,
der sowohl Fertigungstoleranzen der beiden Verbindungspartner ausgleicht, als auch
im Sinne des modularen Aufbaus unterschiedliche Motor-Pumpe-Kombinationen ermöglicht.
[0044] Die in den Figuren 6 und 7 dargestellten schematischen Schaltpläne legen bei der
ersten Hydraulikpumpe 7 eine die Hydraulikflüssigkeit sowohl vorwärts als auch rückwärts
fördernde Hydraulikpumpe 7, die im Vierquadrantenmodus betreibbar ist, zugrunde. Damit
kann der Aktuator mit einer einseitigen (25) oder durchgehenden (26) Kolbenstange
versehen sein, In der in Zeichnungsfigur 7 dargestellten Ausführungsform ist der Zylinder
25 mit einseitiger Kolbenstange beispielsweise der Preßzylinder eines Stanzwerkzeugs
abgebildet. Für die dabei notwendigen hohen Drücke zwischen dem Motor 3 und dem Hydraulikspeicher
5 ist eine weitere Hydraulikpumpe 27 angeordnet, die ebenfalls über den die erste
Hydraulikpumpe 5 antreibenden Motor 3 angetrieben wird. Diese weitere Hydraulikpumpe
27 kann als Radialkolbenpumpe ausgebildet sein und liefert dabei den höheren Druck
als die dem Hydraulikblock 8 zugewandte erste Hydraulikpumpe 7. Um die zweite Radialkolbenpumpe
27 als zweite höhere Druckstufe verwenden zu können, wird diese mit der ersten Hydraulikpumpe
7 in Parallelschaltung gesetzt. Insbesondere kann durch die entsprechende Verwendung
und Anordnung eines druckgesteuerten 2-Wege-Ventils die Hydraulikpumpen 7, 27 derart
in Wirkverbindung gesetzt werden, daß sich bei Überschreitung des Niederdrucks die
Förderung der Niederdruckpumpe 7 automatisch auf drucklosen Umlauf stellt, so daß
die Antriebsenergie des Motors 3 sich auf die Hochdruckpumpe 27 konzentriert.
[0045] Die in Zeichnungsfigur 7 dargestellte Ausführungsform stellt die Grundausführung
für den Betrieb eines Gleichgangszylinders dar. Bei diesem sind Vor- und Rücklaufvolumen
gleich und somit auch die Vor- und Rücklaufgeschwindigkeiten des angeschlossenen Aktuators
26. Aktuatoren mit einseitiger Kolbenstange (Bezugszeichen 25 in Fig. 6) haben unterschiedliche
Vor- und Rücklaufvolumia. Die Geschwindigkeiten für solche Zylinder sind nach dieser
Schaltung zwar ebenfalls gleich, wobei aber beim Vorlauf das fehlende Volumen über
ein Rückschlagventil in der Funktion als Nachsaugventil 31 nachgesaugt wird und beim
Rücklauf das überschüssige Volumen über ein Druckbegrenzungsventil 11 abfließt,
[0046] In Zeichnungsfiguren 8 und 9 sind Aktuatoren mit einseitiger Kolbenstange und unterschiedlicher
Vorlauf- sowie Rücklaufgeschwindigkeit dargestellt. Bei Zeichnungsfigur 8 fließt das
überschüssige Öl über ein druckgesteuertes 2-Wege-Ventil und bei Figur 9 über ein
entsperrbares Rückschlagventil drucklos ab.
[0047] Der Hydraulikblock 8, das Pumpengehäuse 6, das Motorgehäuse 2 und das Speichergehäuse
4 sind im wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet,
vgl. Fig. 1. Dabei weisen das Pumpengehäuse 6 und das Motorgehäuse 2 jeweils wenigstens
einen bereichsweise über den äußeren Durchmesser des Pumpengehäuses 6 bzw. des Motorgehäuses
2 hinausstehenden Pumpenflanschbereich 28 bzw. Motorflanschbereich 29 auf. Diese Flansche
28, 29 dienen der Montage der Hydraulikeinheit 1 an weitere Elemente. Beispielsweise
kann über derartige Flansche die Hydraulikeinheit 1 an einen Roboterarm auf einfache
Weise montiert werden. Für die Montage an ebenen Flächen ist es vorteilhaft, wenn
der Pumpenflanschbereich 28 und der Motorflanschbereich 29 als in einer koplanaren
Ebene angeordnete Montageflansche 28, 29 ausgebildet sind.
BEZUGSZEICHENLISTE
[0048]
- 1
- Hydraulikeinheit
- 2
- Motorgehäuse
- 3
- Motor
- 4
- Speichergehäuse
- 5
- Hydraulikspeicher
- 6
- Pumpengehäuse
- 7
- Hydraulikpumpe
- 8
- Hydraulikblock
- 9
- Hydraulikanschlußelement
- 10
- Förderkammer
- 11
- Druckbegrenzungsventil
- 12
- Hydraulikrückflußkanal
- 13
- Ausgang v. 11
- 14
- Hohlwelle v. 3
- 15
- Hohlwelle v. 7
- 16
- Verbindungshülse
- 17
- Endev.5
- 18
- Verbindungskanal
- 19
- Ritzelwelle
- 21
- Abdeckgehäuseelement
- 22
- Anschlußadapter
- 23
- Kupplungselement
- 24
- Kreuzschieber
- 25
- Einwegezylinder
- 26
- Zweiwegezylinder
- 27
- Hydraulikpumpe (weitere)
- 28
- Pumpenflanschbereich
- 29
- Motorflanschbereich
- 30
- Modul
- 31
- Nachsaugventil
- Z
- Zentralbereich
1. Hydraulikeinheit (1) zur Bereitstellung einer unter Druck stehenden Hydraulikflüssigkeit
zum Antrieb eines angekoppelten hydraulischen Aktuators, mit einem in einem Motorgehäuse
(2) angeordneten Motor (3), einem in einem Speichergehäuse (4) angeordneten Hydraulikspeicher
(5), einer in einem Pumpengehäuse (6) angeordneten Hydraulikpumpe (7) und einem Hydraulikblock
(8), wobei zumindest Motorgehäuse (2), Pumpengehäuse (6) und der Hydraulikblock (8)
ein einheitlich handhabbares starres Modul (30) bilden und die in dem Modul (30) umströmende
Hydraulikflüssigkeit alle Elemente des Moduls (30) in Längsrichtung bereichsweise
durchsetzt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydraulikpumpe (7) und der Hydraulikblock (8) eine Funktionseinheit bilden, der
Hydraulikblock (8) mit einer Mehrzahl von Hydraulikanschlußelementen (9) versehen
ist und durch einen Flansch eine im Pumpengehäuse (6) angeordnete Förderkammer (10)
auf der dem Motorgehäuse (2) gegenüberliegenden Seite abdeckt.
2. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hydräulikspeicher (5) Bestandteil des einheitlichen handhabbaren starren Moduls
(30) ist.
3. Hydraulikeinheit nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die alle Elemente des Moduls (30) in Längsrichtung durchströmende Hydraulikflüssigkeit
in einem Umlauf geführt ist.
4. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydraulikpumpe (7) eine im Vierquadrantenmodus betreibbare Pumpe (7) ist, die
eine Förderung von Hydraulikflüssigkeit in zwei Richtungen, nämlich Vorwärts- und
Rückwärtsrichtung erlaubt.
5. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Pumpengehäuse (6) der (ersten) Hydraulikpumpe (7) und dem die Hydraulikpumpe
(7) antreibenden Motor (3) eine weitere Hydraulikpumpe (27) angeordnet ist, die ebenfalls
über den Motor (3) antreibbar ist.
6. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Pumpengehäuse (6) der (ersten) Hydraulikpumpe (7) und dem Hydraulikblock
(8) eine weitere Hydraulikpumpe angeordnet ist, die ebenfalls über den Motor (3) antreibbar
ist.
7. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
zwischen dem Motor (3) und dem Hydraulikspeicher (5) eine weitere Hydraulikpumpe (27)
angeordnet ist, die ebenfalls über den die erste Hydraulikpumpe (7) antreibenden Motor
(3) antreibbar ist.
8. Hydraulikeinheit nach einem der Ansprüche 5 - 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
die erste und die weitere Hydraulikpumpe (7, 27) zur Erreichung von hohen Drücken
in Reihenschaltung betreibbar sind.
9. Hydraulikeinheit nach einem der Ansprüche 5 - 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Hydraulikpumpen (7, 27) derart in Wirkverbindung stehen, daß sich bei Überschreitung
des Niederdruckes die Förderung der Niederdruckpumpe (7) automatisch auf Umlauf umstellt.
10. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
im Zentralbereich (Z) der wenigstens einen Hydraulikpumpe (7) ein Hydraulikrückflußkanal
(12) gebildet ist, der den Ausgang wenigstens eines Druckbegrenzungsventils (11) und/oder
eines entsperrbaren Rückschlagventils mit einem den Motor (3) durchsetzenden Hydraulikreservoir
verbindet.
11. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Welle des Motors (3) als Hohlwelle (14) ausgebildet ist und einen Rückflußkanal
(12) für die Hydraulikflüssigkeit zum Hydraulikspeicher (5) bildet.
12. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Hydraulikspeicher (5) ein Blasenspeicher oder Kolbenspeicher ist, der eine gegen
das Hydraulikreservoir gerichtete Luft- oder Gasvorspannung und/oder Federelementvorspannung
aufweist.
13. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
das Gehäuse des Hydraulikblockes (8) aus einem mittleren Ventilflansch (21) und wenigstens
einem daran angesetzten Anschlußflansch (20) besteht.
14. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
an bewegten Teilen keine nach außen wirkenden Dichtungen angeordnet sind.
15. Hydraulikeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Vor- und Rücklauf eines hydraulischen Aktuators durch Umkehr der Pumpendrehrichtung
vollziehbar ist.