Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf

Abstract

 Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids innerhalb eines Hydraulikkreislaufs, umfassend eine Hydraulikpumpe und einen Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, wobei die Hydraulikpumpe (3) und Antriebsmotor (1) über eine Rutschkupplung (2) miteinander verbunden sind.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf, umfassend eine Hydraulikpumpe und einem Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe.

[0002] In derartigen, sogenannten Motor-Pumpen-Aggregaten wird ein Hydraulikfluid, insbesondere Hydrauliköl, mittels einer von einem Antriebsmotor angetriebenen Hydraulikpumpe innerhalb eines Hydraulikkreislaufs gefördert. Ein Anwendungsgebiet solcher Motor-Pumpen-Aggregate sind Nebenstromfilter-Aggregate zur Filterung von Hydraulikflüssigkeit.

[0003] Bei Anwendungsfällen, in denen das Hydrauliksystem stark schwankenden Temperaturen ausgesetzt ist, ergibt sich die Problematik, dass insbesondere bei extrem niedrigen Temperaturen von -20°C bis -40°C die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit signifikant zunimmt, so dass die Leistungsaufnahme der Hydraulikpumpe erheblich ansteigt. Um auch bei solchen niedrigen Temperaturen zu gewährleisten, dass das Hydrauliksystem funktionsfähig ist, ist es bekannt, die Leistung des Antriebsmotors auf die Bedingungen bei sehr niedrigen Temperaturen auszulegen wo die Viskosität des Hydraulikfluids sehr hoch ist (Kaltbetrieb). Dies hat zur Folge, dass ein sehr leistungsstarker Antriebsmotor zum Einsatz kommt, dessen Leistung bei Normalbetrieb, wenn die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit auf Grund der höheren Betriebstemperaturen abgenommen hat, weit über der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe liegt. Insbesondere bei Verwendung von Wechselstrom-Asynchron-Motoren, die eine annähernd konstante elektrische Leistungsaufnahme über dies Ausgangsleistung aufweisen, führt die zu einer hohen Energieineffizienz.

[0004] Weiterhin ist es bekannt, in derartigen Anwendungsfällen eine Hydraulikflüssigkeit mit geringerer Viskosität einzusetzen. Dies ist je nach Anwendungsfall der Gesamtanlage bzw. des Gesamtsystems jedoch nicht immer möglich.

[0005] Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf zu schaffen, welche den Einsatz eines leistungsschwächeren, für den Normalbetrieb des Hydrauliksystems ausgelegten Antriebsmotors auch für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0006] Mit der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Förderung eines Fluids in einem Hydraulikkreislauf geschaffen, welche den Einsatz eines leistungsschwächeren, für den Normalbetrieb des Hydrauliksystems ausgelegten Antriebsmotors auch für den Einsatz bei niedrigen Temperaturen ermöglicht. Ist die Nennleistung des Antriebsmotors geringer, als die erforderliche Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe im Kaltbetrieb, wenn die Viskosität der Hydraulikflüssigkeit sehr groß ist, so erfolgt ein Durchrutschen der Rutschkupplung, wodurch Wärmeenergie frei wird. Diese Wärmeenergie bewirkt eine Erwärmung des Hydraulikfluids, wodurch die Viskosität und damit auch die zum Betrieb der Hydraulikpumpe erforderliche Leistung abnimmt. Bei hinreichender Erwärmung des Hydraulikfluids erfolgt eine Kupplung der Rutschkupplung, wodurch die Hydraulikpumpe in Betrieb genommen wird.

[0007] In Weiterbildung der Erfindung ist die Rutschkupplung als Lamellenkupplung ausgeführt. Hierdurch ist eine große Reibfläche erzielt, wodurch die beim Durchrutschen erzielte Wärmeleistung erhöht ist. Grundsätzlich ist jede Reibkupplung eine Rutschkupplung, die beim Durchrutschen Verlustwärme erzeugt, welche zur Erwärmung des Hydraulikfluids nutzbar ist.

[0008] In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist die Rutschkupplung eine Magnetkupplung in Form einer Hysteresekupplung. Durch das Durchrutschen der Magnetkupplung entstehen in den Gehäuseteilen der Magnetkupplung Wirbelströme, welche zur Erwärmung der Magnetkupplung führen. Diese Erwärmung der Magnetkupplung führt wiederum zur Erwärmung der Hydraulikpumpe, da die Magnetkupplung zwischen dem Antriebsmotor und der Hydraulikpumpe geschaltet ist. Die in der Hydraulikpumpe befindliche Hydraulikflüssigkeit wird wiederum im Laufe der Zeit erwärmt, so dass deren Viskosität abnimmt. Da es sich bei der Magnetkupplung um eine Hysteresekupplung handelt, wird auch im Falle des Durchrutschens der Magnetkupplung ein Drehmoment auf die Hydraulikpumpe übertragen, so dass die Magnetkupplung eine starre Verbindung herstellt, auch ohne die Magnetkupplung anhalten zu müssen.

[0009] Hydraulikfluid im Sinne der Erfindung kann jedes hydraulische Medium, wie z.B. ÖI, Wasser oder eine Emulsion etc. sein. Für bestimmte Anwendungsfälle kann insbesondere ein Hydrauliköl mit einer mittleren Viskosität von 320 mm²/s eingesetzt werden,

[0010] In Weiterbildung der Erfindung ist das Gehäuse der Rutschkupplung unmittelbar an dem Gehäuse der Hydraulikpumpe befestigt. Hierdurch ist die Wärmeübertragung zwischen Rutschkupplung und Hydraulikpumpe verbessert. Beispielsweise kann die Rutschkupplung unmittelbar an die Hydraulikpumpe angeflanscht sein. Vorteilhaft sind zwischen Kupplung und Hydraulikpumpe Mittel zur Wärmeübertragung angeordnet. Hierbei empfehlen sich insbesondere Wärmeleitelemente aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer.

[0011] Vorteilhaft entspricht die Nennleistung des Antriebsmotors etwa der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe im Normalbetrieb. Hierdurch ist eine ausreichende Dimensionierung des Antriebsmotors bei minimierten Herstellungskosten erzielt. Weiterhin sind die Energiekosten zum Betrieb des Antriebsmotors vermindert.

[0012] Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1

die schematisch Garstellung eines Ausschnitts eines Hydraulikkreislaufs mit erfindungsgemäßer Vorrichtung und

Figur 2

die Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Längs- schnitt.

[0013] Das als Ausführungsbeispiel gewählte Motor-Pumpen-Aggregat besteht im Wesentlichen aus einem Antriebsmotor 1, der über eine Magnetkupplung 2 mit einer Hydraulikpumpe 3 verbunden ist (Figur 2).

[0014] Der Antriebsmotor 1 weist eine Antriebswelle 12 auf, die um eine Drehachse D drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 12 ist mit einem Außenrotor 13 der Magnetkupplung 2 verbunden. Die Magnetkupplung 2 weist einen innerhalb des Außenrotors 13 angeordneten Innenrotor 14 auf, der mit einer Pumpenwelle 15 der Hydraulikpumpe 3 drehfest verbunden ist. Die Pumpenwelle 15 dient zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3.

[0015] Der Außenrotor 13 ist auf seiner Innenseite und der Innenrotor 14 auf seiner Außenseite mit Permanentmagneten wechselnder Polarität bestückt. Im Ruhezustand stehen sich die jeweiligen Nord- und Südpole der Rotoren 13, 14 gegenüber, wobei das Magnetfeld symmetrisch ist. Durch Verdrehen der Rotoren 13, 14 werden die Magneifefdlinien ausgelenkt, wodurch Drehmomente über den Luftspalt zwischen den Rotoren 13, 14 übertragen werden können. Wird das maximale Kupplungsdrehmoment überschritten, so wird die Kraftübertragung unterbrochen, so dass die beiden Rotoren 13, 14 durchrutschen, das heißt relativ zueinander drehen. Hierbei entstehen in den Metallbauteilen der Magnetkupplung 2 Wirbelströme, welche die Magnetkupplung 2 erwärmen.

[0016] Die Magnetkupplung 2 ist derart ausgelegt, dass das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung 2 geringer ist, als das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3 im Kaltbetrieb und dass das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung 2 größer ist, als das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe 3 im Normalbetrieb. Somit rutscht die Magnetkupplung 2 im Kaltbetrieb durch und überträgt das volle Drehmoment des Antriebsmotors 1 im Normalbetrieb. Es versteht sich, dass hierbei das maximale Drehmoment des Antriebsmotors größer ist als das maximal übertragbare Drehmoment der Magnetkupplung.

[0017] Die Magnetkupplung 2 ist unmittelbar an den Antriebsmotor 1 sowie die Hydraulikpumpe angeflanscht. Dabei dient das metallische Gehäuse 17 der Hydraulikpumpe 3, welche so unmittelbar mit der Magnetkupplung 2 verbunden ist, als Wärmeübertragungsmittel, wodurch die von der Magnetkupplung 2 indizierte Wärme direkt zur Hydraulikpumpe 3 übertragen wird. Zusätzlich ist eine Kupplungsglocke 16 vorgesehen, welche die Magnetkupplung 2 umgibt. Die Kupplungsglocke 16 dient als Gehäuse der Magnetkupplung 2 und wird durch die indizierten Wirbelströme erwärmt. Durch die wärmeleitende Verbindung mit dem Gehäuse 17 der Hydraulikpumpe 3 wird die Wärme an die Hydraulikpumpe 3 abgegeben.

[0018] Die Hydraulikpumpe 3 kann in beliebiger Bauart vorgesehen sein, beispielsweise als Zahnradpumpe, Zahnringpumpe, Schraubenpumpe, Flügelpumpe oder Kolbenpumpe.

[0019] Alternativ zur beschriebenen Hysteresekupplung kann die Magnetkupplung auch als Magnetpulverkupplung ausgeführt sein. Hierbei handelt es sich um eine reibschlüssige Kupplung. Im Spalt zwischen der Antriebsdruckplatte und der Abtriebsdruckplatte befindet sich ein Metallpulver oder Metallgel. Die enthaltenen Metallteilchen können über einen in einer Druckplatte untergebrachten Elektromagneten magnetisiert und so aufgerichtet werden. Hierdurch wird eine kraftschlüssige Verbindung erreicht. Durch Ändern der angelegten Spannung kann eine feste Verbindung oder Schlupf erzeugt werden.

[0020] In Figur 1 ist beispielhaft der Einsatz einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Nebenstromfilteraggregat gezeigt, bei dem Hydraulikfluid in Form eines Hydrauliköls durch eine Filtereinheit 5 gepumpt wird. Hierzu dient die Hydraulikpumpe 3, die eingangsseitig mit einer Hydraulikleitung 7 und ausgangsseitig mit einem Zulauf 8, der zur Filtereinheit 5 geführt ist, verbunden ist. Ein Ablauf 11 der Filtereinheit 5 ist mit einer weiteren Hydraulikleitung 9 verbunden. Der Ablauf 11 und der Zulauf 8 sind über eine Bypassleitung 10 miteinander verbunden, wobei in der Bypassleitung 10 ein Bypassventil 6 in Form eines Rückschlagventils vorgesehen ist. Das Bypassventil 6 öffnet vom Zulauf 8 zum Ablauf 11 bei hohen Drücken, um bei zu hohen Drücken die Filtereinheit 5 nicht zu beschädigen oder bei zugesetzter Filtereinheit 5 eine Überlastung des Antriebs zu verhindern.

Ansprüche

1. Vorrichtung zur Förderung eines Fluids innerhalb eines Hydraulikkreislaufs, umfassend eine Hydraulikpumpe und einen Antriebsmotor zum Antrieb der Hydraulikpumpe, dadurch gekennzeichnet, dass Hydraulikpumpe (3) und Antriebsmotor (1) über eine Rutschkupplung (2) miteinander verbunden sind.

2. Vorrichtung nach dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) als Lamellenkupplung ausgeführt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) eine Magnetkupplung in Form einer Hysteresekupplung ist.

4. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (16) der Rutschkupplung (2) unmittelbar mit dem Gehäuse (17) der Hydraulikpumpe (3) befestigt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rutschkupplung (2) und die Hydraulikpumpe (3) derart ausgelegt sind, dass das erforderliche Drehmoment zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Kaltbetrieb größer ist, als das maximale übertragbare Drehmoment der Rutschkupplung (2).

6. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Kupplung (2) und Hydraulikpumpe (3) Mittel zur Wärmeübertragung angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des Antriebsmotors (1) geringer ist, als die erforderliche Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Kaltbetrieb.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nennleistung des Antriebsmotors (1) etwa der erforderlichen Leistung zum Antreiben der Hydraulikpumpe (3) im Normalbetrieb entspricht.

9. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor (1) ein Asynchron-Wechselstrommotor ist.

Zeichnung