DE20007554U1

DE20007554U1 - Motor-Pumpenaggregat

Info

Publication number: DE20007554U1
Application number: DE20007554U
Authority: DE
Original assignee: Heilmeier and Weinlein Fabrik fuer Oel Hydraulik GmbH and Co KG
Current assignee: Hawe Hydraulik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-04-26
Filing date: 2000-04-26
Publication date: 2000-08-10
Anticipated expiration: 2010-04-27
Also published as: EP1150011B1; DE50106363D1; EP1150011A1; ES2241702T3; US6524084B2; US20010028850A1

Description

Motor-Pumpenaggregat

Die Erfindung betrifft ein Motor-Pumpenaggregat gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei dem aus DE-U-299 06 881 bekannten Motor-Pumpenaggregat gelangt das aus dem Hydrauliksystem zurücklaufende Öl entweder direkt in den ersten Teilraum oder über einen untenliegenden, freien Durchgang in der Trennwand aus dem zweiten Teilraum auch in den ersten Teilraum. Es stellt sich, bei liegender Betriebslage des Motor-Pumpenaggregats, in beiden Teilräumen zumindest in etwa der gleiche Füllstand ein. Eine in der Trennwand obenliegende Entlüftungsbohrung lässt Luft übertreten. Die Entlüftungsbohrung hat einen wesentlich kleineren Querschnitt als der Durchgang in der Trennwand. Die im ersten Teilraum enthaltene Radialkolben-Pumpenanordnung soll mit kleiner Liefermenge extrem hohe hydraulische Drücke erreichen lassen, z. B. zwischen 700 und 800 bar. Bei längerem Stillstand des Motor-Pumpenaggregats oder durch Neigen oder Bewegen des Motor-Pumpenaggregats beim Transport kommt es fallweise zu Lufteinschlüssen in wenigstens einem Radialkolben-Pumpenelement. Dieser Effekt lässt sich auch bei Verwenden eines Ansaugrüssels für die höherliegenden Radialkolben-Pumpenelemente nicht mit Sicherheit vermeiden. Dieser Nachteil ist auch dadurch bedingt, dass die Kolben der Radialkolben-Pumpenelemente kleine Durchmesser haben. Ein Lufteinschluss führt zu einer Abnahme der Förderleistung der Radialkolben-Pumpenanordnung, so dass die gewünschten Höchstdrücke nicht mehr zu erreichen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Motor-Pumpenaggregat der eingangs genannten Art zu schaffen, das sich durch eine, insbesondere zum Erreichen des erforderlichen Höchstdrucks, verbesserte Förderleistung auszeichnet.

Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Mittels des dem ersten Teilraum zugeordneten Füll- und Druckvorspann-Systems wird im ersten Teilraum nicht nur ein vorbestimmter Füllstand eingehalten, sondern an der Ansaugseite der Radialkolben-Pumpenanordnung ein Vorspanndruck erzeugt. Diese Maßnahmen verbessern die Förderleistung der Radialkolben-Pumpenanordnung spürbar,

d. h., vermeiden entweder Lufteinschlüsse in den Radialkolben-Pumpenelementen oder ermöglichen es diesen, Lufteinschlüsse zu beseitigen. Mit der verbesserten Förderleistung wird die für extrem hohe Drücke, z. B. von 700 bis 800 bar, benötigte Förderleistung auch bei Radialkolben-Pumpenelementen mit kleinen Kolben erreicht.

Ein federbelastetes Vorspannventil lässt einen Ölaustausch vom ersten Teilraum zum zweiten Teilraum über den Überströmkanal erst dann zu, wenn im ersten Teilraum der eingestellte Vorspanndruck erreicht ist. Über den Entlüftungskanal wird im ersten Teilraum enthaltene Luft in den zweiten Teilraum überführt und der Füllstand des ersten Teilraums mindestens bis auf die Höhe der Entlüftungsbohrung gehoben. Das aus dem Rücklaufsystem in den ersten Teilraum zurückströmende Öl hat den Rücklaufdruck, aus dem über das Vorspannventil der notwendige Vorspanndruck im ersten Teilraum abgeleitet wird. Die zurückströmende Öimenge drückt ferner Restluft im ersten Teilraum über den Entlüftungskanal in den zweiten Teilraum. Selbst nach längerem Stillstand des Motor-Pumpenaggregats und/oder bei Bewegungen beim Transport gelangt keine Luft in die Radialkolben-Pumpenanordnung. Sollte dennoch Luft aus anderen Gründen eingeschlossen worden sein, dann sind die Radialkolben-Pumpenelemente dank des Vorspanndrucks im ersten Teilraum leichter in der Lage, Lufteinschlüsse selbsttätig zu beseitigen. Alternativ oder additiv können der erforderliche Vorspanndruck und der notwendige Füllstand auch über eine Ladepumpe eingestellt werden.

Herstellungstechnisch und montagetechnisch einfach ist das Vorspannventil ein Einschraub-Rückschlagventil in der Trennwand. Einschraub-Rückschlagventile sind kostengünstig, beanspruchen wenig Einbauraum, und sind sehr funktionssicher.

Kompakte Abmessungen, ein stabiler Wärmehaushalt auch für Dauerbetrieb, und eine kostengünstige Herstellung des Motor-Pumpenaggregats sind erzielbar, wenn der Statorwicklungsteil des als Unter-Öl-Motor ausgebildeten Elektromotors direkt in den Leichtmetall-Profilabschnitt eingeschrumpft ist, der einen Teil des Gehäuses bzw. Ölreservoirs bildet. Zumindest eine umfangseitige Abflachung im Statorwicklungsteil bildet einen Ölaustausch-Durchgang, über den Öl beispielsweise zu einem der Radialkolben-Pumpenanordnung abgewandten Motorwellen-Lager gebracht wird. Abgesehen von der mindestens einen Abflachung liegt ein direkter metallischer Kontakt zwischen dem Stator-

wicklungsteil und dem Leichtmetall-Profilabschnitt vor, über den ohne dazwischenliegenden Ölfilm Wärme aus dem Statorwicklungsteil nach außen abgeleitet wird, die dann über die Verrippung abgestrahlt oder durch ein Gebläse entfernt wird.

Der Entlüftungskanal sollte oberhalb der Ansaugbereiche, insbesondere der höchstliegenden Ansaugbereiche, der mehreren über die Pumpenwellen verteilten Radialkolben-Pumpenelemente angeordnet sein, zweckmäßigerweise ganz nahe bei der oberen Begrenzung des ersten Teilraums. Der Überströmkanal kann hingegen auf Höhe der Motorwelle angeordnet sein.

Eine erhebliche Verbesserung der Förderleistung lässt sich bereits mit einem relativ moderaten Vorspanndruck von ca. 0,1 bar im ersten Teilraum erzielen, zweckmäßigerweise über das zurücklaufende und unter dem Rücklaufdruck stehende Öl. Wie gesagt, kann jedoch alternativ oder additiv der Vorspanndruck auch über eine Ladepumpe eingestellt werden.

Zweckmäßigerweise ist im zweiten Teilraum eine Niederdruck-Pumpenanordnung an der Trennwand angebracht, die wenigstens eine Zahnradpumpe umfasst, mit der bis zu moderaten Drücken eine hohe Förderleistung erzielt wird, ehe zum Erreichen der Höchstdruckgrenzen die Radialkolben-Pumpenanordnung mit kleinerer Förderleistung übernimmt.

Die Ladepumpe wird zweckmäßigerweise von der gleichen Motorwelle angetrieben und befindet sich im ersten oder zweiten Teilraum.

Für die gewünschten Höchstdrücke ist es zweckmäßig, Radialkolben-Pumpenelemente mit Kolbendurchmessern zwischen 4 und 9 mm einzusetzen. Dann lassen sich mit verhältnismäßig geringer Antriebsleistung Höchstdrücke von ca. 7 bis 800 bar erreichen. Eine moderate Antriebsleistung ist im Hinblick auf den Anlaufstrom des Elektromotors zweckmäßig, um das Motor-Pumpenaggregat als tragbare Einheit an das normale Stromnetz anschließen zu können, ohne die üblichen Sicherungen zu überlasten.

Zweckmäßig ist das Motor-Pumpenaggregat eine tragbare Einheit, die leichter ist als etwa 25 kg.

Um die Erstbefüllung des ersten Teilraums zu vereinfachen und das Öl problemlos ablassen zu können, ist es zweckmäßig, in der Trennwand einen weiteren Durchgang mit einem Rückschlagventil vorzusehen, das in Strömungsrichtung vom ersten Teilraum zum zweiten Teilraum sperrt, hingegen in entgegengesetzter Strömungsrichtung mit relativ niedrigem Widerstand öffnet. An diesen Ablassdurchgang kann ein Ablass zu einer Ablassschraube angeschlossen sein. Dadurch lässt sich der erste Teilraum bei Befüllen des zweiten Teilraums füllen.

Baulich einfach ist der Sitz des Rückschlagventils direkt im Ablassdurchgang geformt. Eine Schließkugel arbeitet mit dem Sitz zusammen. Die Schließkugel wird durch einen Sicherungsring gegen Herausfallen gesichert. Zweckmäßig ist auch im zweiten Teilraum eine Ablassschraube vorgesehen.

Anhand der Zeichnung wird eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Motor-Pumpenaggregats,

Fig. 2 einen Querschnitt des Motor-Pumpenaggregats von Fig. 1 in der Schnittebene A-A in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt des Motor-Pumpenaggregats in der Schnittebene B-B in Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt des Motor-Pumpenaggregats in der Schnittebene D-D in Fig. 1,

Fig. 5 einen Detaillängsschnitt in der Schnittebene C-C in Fig. 2, und

Fig. 6 schematisch ein Blockschaltbild des Motor-Pumpenaggregats mit aufgesetztem Steuerventilblock und einem angeschlossen Hydroverbraucher, wobei gestrichelt eine alternative oder additive Variante angedeutet ist.

Ein Motor-Pumpenaggregat M in Fig. 1 ist beispielsweise als tragbare Einheit mit einem Gewicht unter etwa 25 kg und für eine liegende Betriebslage ausgelegt. Das Motor-Pumpenaggregat muss jedoch nicht notwendigerweise eine tragbare Einheit sein.

In einem gleichzeitig ein Ölreservoir begrenzenden Gehäuse 1 ist ein als liegender Unter-Öl-Motor ausgebildeter Elektromotor als Antriebsquelle für eine Radialkolben-Pumpenanordnung Pi (Hochdruckstufe) und eine z. B. als Zahnradpumpe 12 ausgebildete Niederdruckstufe P₂ vorgesehen, wobei die Motorwelle W in etwa horizontal verläuft. Das Gehäuse weist einen Leichtmetall-Profilabschnitt 3 (Rippenrohr) mit zylindrischer Innenwand auf, in den ein Statorwicklungsteil 4 des Elektromotors 2 direkt eingeschrumpft ist. Im Statorwicklungsteil 4 ist der auf der Motorwelle W angeordnete Rotor 5 zentriert. Die Motorwelle W wird in Lagern einer Endkappe 6 und einer Trennwand 7 gelagert. An der Trennwand 7 ist ein weiterer Gehäuseteil 8 befestigt. Die Trennwand 7 trennt einen ersten Teilraum R₁ des Ölreservoirs vom zweiten Teilraum R₂, in dem die Pumpenstufe P₂ an der Trennwand 7 befestigt ist. Der Statorwicklungsteil 4 trennt den ersten Teilraum R₁ von einem weiteren Teilraum R₁-. Die Motorwelle W verläuft durch den Teilraum Rr und das in der Endkappe 6 angeordnete Lager zu einem außenliegenden Gebläserad 9. Mittels eines Exzenters 10 treibt die Motorwelle W in der Radialkolben-Pumpenanordnung &Rgr;-, mehrere um die Motorwelle W verteilte (z. B. vier) Radialkolben-Pumpenelemente 11, die an der Trennwand 7 befestigt sind. Die Motorwelle W durchsetzt das in der Trennwand 7 angeordnete Lager und treibt auch die Zahnradpumpe 12. Die Pumpenanordnungen P₁, P₂ sind, z. B. im Inneren der Trennwand 7, an einen Steuerventilblock 13 angeschlossen, der außen auf dem Gehäuse angebracht ist. Über die Trennwand 7 verläuft ein Rücklaufkanal 14 zum ersten Teilraum R₁. Der Rücklaufkanal 14 ist an ein Rücklaufsystem R angeschlossen. Im oberen Teil der Trennwand 7 verbindet ein Entlüftungskanal 15 den ersten Teilraum R₁ mit dem zweiten Teilraum R₂.

Im untenliegenden Teil der Trennwand 7 ist ein Ablasskanal 16 als vom ersten Teilraum R₁ schräg nach unten zum zweiten Teilraum R₂ verlaufende Bohrung vorgesehen. Im

Ablasskanal 16 ist ein Ventilsitz 17 geformt, an dem ein Kugelschließglied 18 anliegt, das in Strömungsrichtung zum zweiten Teilraum R₂ sperrt, jedoch bereits bei leichtem Druckgefälle zum ersten Teilraum Ri öffnet. Das Kugelschließglied 18 ist durch einen Sicherungsring 19 gegen Herausfallen geschützt, z. B. durch einen Seegerring. Vom Ablasskanal 16 führt über seitliche Taschen wenigstens ein Ablauf 20 zu einer untenliegenden Ablassschraube 21. Auch im Gehäuseteil 8 kann eine untenliegende Ablassschraube 22 vorgesehen sein.

Für den ersten Teilraum Ri ist ein Füll- und Druckvorspann-System V vorgesehen, das in den Fig. 2, 3 und 4 ein Vorspannventil F in der Trennwand 7, beispielsweise den Kanal 14 zum Rücklaufsystem R, und den Entlüftungskanal 15, umfasst. Das Füll- und Druckvorspann-System V dient dazu, im ersten Teilraum Ri im Betrieb des Motor-Pumpenaggregats einen vorbestimmten Füllstand und einen hydraulischen Vorspanndruck einzustellen.

In Fig. 2 und 3 ist das Vorspannventil F in etwa auf der Höhe der Motorwelle W angeordnet. Fig. 2 zeigt für den zweiten Teilraum R₂ eine Füllvorrichtung 23. In Fig. 3 ist zu sehen, dass sich das Vorspannventil F in einem Überströmkanal 30 in der Trennwand 7 befindet. Die Radialkolben-Pumpenanordnung Pi besteht aus den vier Radialkolben-Pumpenelementen 11, deren jedes einen Kolben 25, ein Gehäuse 26 und einen Ansaugbereich 27 besitzt. Die Druckbereiche der Elemente 11 sind über ein Kanalsystem 28 in der Trennwand 7 mit dem Steuerventilblock 13 verbunden. Die Kolben 25 haben beispielsweise einen Durchmesser zwischen ca. 4 bis 9 mm. Vom Rücklaufsystem R führt der Kanal 14 in der Trennwand 7 in den ersten Teilraum Ri.

Gemäß Fig. 4 ist der Statorwicklungsteil 4 direkt in den Leichtmetall-Profilabschnitt 3 eingeschrumpft, wobei umfangsseitige Abflachungen 29 des Statorwicklungsteils 4 Öldurchgänge zum weiteren Teilraum R₁- und zum in Fig. 1 rechten Lager der Motorwelle W definieren. Auf diese Weise kontaktiert der überwiegende Teil des Umfangs des Statorwicklungsteils 4 die zylindrische Innenwand des Abschnitts 3 ohne dazwischenliegenden Ölfilm. Der Profilabschnitt 3 ist mit außenliegenden Längsrippen 24 versehen.

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Das Vorspannventil F (Fig. 5) ist beispielsweise von der Seite des zweiten Teilraums R₂ in den Überströmkanal 30 eingesetzt. In eine Stufenbohrung mit einem endseitigen Innengewindeabschnitt ist ein Ventilsitz-Einsatz 31 eingesetzt, der durch eine eingeschraubte Schließfeder-Halterung 33 positioniert ist und mit einem Schließelement 32 zusammenwirkt, das vorzugsweise eine kugelige Dichtfläche hat und durch eine Vorspannfeder 34 in Schließrichtung beaufschlagt ist (Einschraub-Rückschlagventil).

Im Blockschaltbild in Fig. 6 sperren das Vorspannventil F und das Rückschlagventil 17, 18 in der Trennwand 7 in zueinander entgegengesetzten Strömungsrichtungen. Der Entlüftungskanal 15 bildet eine Drosselverbindung zwischen den ersten und zweiten Teilräumen R₁, R₂. An den Rücklaufkanal 14 ist das Rücklaufsystem R des Hydrauliksystems angeschlossen, dessen Steuerkomponenten im Steuerventilblock 13 untergebracht sind. An dien Steuerventilblock 13 kann ein Wege-Steuerventil angeschlossen werden und auch eine Verbindung zu einem Hydroverbraucher Z. Im Rücklaufsystem R herrscht ein bestimmter Rücklaufsystemdruck. Das zurücklaufende Öl und der Rücklaufsystemdruck werden verwendet, um im ersten Teilraum R einen Füllstand bis mindestens zum Entlüftungskanal 15 und einen bestimmten Vorspanndruck einzustellen, der durch das Vorspannventil F überwacht wird. Öl tritt aus dem ersten Teilraum Ri in den zweiten Teilraum R₂ über, wenn der Druck im ersten Teilraum Ri den eingestellten Vorspanndruck zu überschreiten sucht. Der Vorspanndruck ist beispielsweise auf 0,1 bar eingestellt.

Gestrichelt ist angedeutet, dass entweder im ersten Teilraum oder im zweiten Teilraum R₁, R₂ eine Ladepumpe P₃ vorgesehen ist, die den ersten Teilraum R₁ speist, um den gewünschten Füllstand und den Vorspanndruck zu erzeugen. Es könnte hierfür auch eine externe Ladepumpe oder eine andere Ladedruckquelle vorgesehen sein.

Claims

1. Motor-Pumpenaggregat (M), mit einem ein Ölreservoir begrenzenden Gehäuse, in dem ein Elektromotor (2) mit seiner Motorwelle (W) zumindest eine in einem ersten Teilraum (R₁) des Ölreservoirs angeordnete Radialkolben-Pumpenanordnung (P₁) treibt, und mit einer Trennwand (7) zwischen dem ersten und wenigstens einem zweiten Teilraum (R₂) des Ölreservoirs, dadurch gekennzeichnet, dass ein Füll- und Druckvorspann-System (V) für den ersten Teilraum (R₁) vorgesehen ist, um im ersten Teilraum (R₁) einen vorbestimmten Ölfüllstand und eine Öldruck-Vorspannung für die Radialkolben-Pumpenanordnung (P₁) einzustellen.

2. Motor-Pumpenaggregat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilraum (R₁) mit dem Rücklaufdruck eines an das Motor-Pumpenaggregat (M) angeschlossenen Rücklaufsystems (R) und/oder mit einem Ladedruck einer Ladepumpe (P₃) beaufschlagbar ist, und dass in einem Überströmkanal (30) zwischen beiden Teilräume (R₁, R₂) ein in Strömungsrichtung vom zweiten in den ersten Teilraum (R₁) sperrendes, federbelastetes Vorspannventil (F) und oberhalb des Überströmkanals (30) ein freier Entlüftungskanal (15), vorzugsweise jeweils in der Trennwand (7), vorgesehen sind.

3. Motor-Pumpenaggregat, dadurch gekennzeichnet, dass das Vorspannventil (F) ein Einschraub-Rückschlagventil ist und einen Ventilsitz-Einsatz (31), eine einschraubbare Federhalterung (33), eine Vorspannfeder (34) und ein Schließelement (32) umfasst, vorzugsweise ein Schließelement (32) mit kugeliger Dichtfläche.

4. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen außenverrippten Leichtmetall- Profilabschnitt (3) mit zylindrischer Innenwand aufweist, dass ein Statorwicklungsteil (4) des als Unter-Öl-Motor mit liegender Motorwelle (4) ausgebildeten Elektromotors (2) direkt in den Leichtmetall-Profilabschnitt (3) eingeschrumpft ist, und dass der Statorwicklungsteil (4) wenigstens eine umfangsseitige Abflachung (29) besitzt, die mit der zylindrischen Innenwand einen Ölaustausch-Durchgang begrenzt.

5. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolben-Pumpenanordnung (P₁) mehrere um die Motorwelle (W) verteilte, an der Trennwand (7) festgelegte Radialkolben- Pumpenelemente (11) umfasst, und dass - in Betriebslage des Motor-Pumpenaggregats (M) - der Entlüftungskanal (15) oberhalb der Ansaugbereiche (27) der Radialkolben-Pumpenelemente (11) und der Überströmkanal (30) in etwa auf Höhe der Motorwelle (W) angeordnet sind.

6. Motor-Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Teilraum (R₁) aus dem Rücklaufdruck eines an das Motor-Pumpenaggregat angeschlossenen Hydraulikkreises ein Vorspanndruck von beispielsweise 0,1 bar einstellbar ist.

7. Motor-Pumpenaggregat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Teilraum (R₂) eine von der Motorwelle (W) antreibbare Niederdruck- Pumpenanordnung (P₂), z. B. eine Zahnradpumpe (12), an der Trennwand (7) angebracht ist.

8. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den ersten Teilraum (R₁) eine Ladepumpe (P₃) vorgesehen ist, d. h. eine von der Motorwelle (W) antreibbare Ladepumpe (P₃) im ersten oder im zweiten Teilraum (R₁, R₂).

9. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolben-Pumpenelemente (11) Kolben (25) mit einem Durchmesser zwischen ca. 4 bis 9 mm enthalten, und dass das Motor-Pumpenaggregat (M) auf einen über die Radialkolben-Pumpenelemente (11) erreichbaren Höchstdruckbereich von ca. 700 bis 800 bar ausgelegt ist.

10. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Motor-Pumpenaggregat (M) eine tragbare Einheit mit einem Gewicht unter ca. 25 kg ist.

11. Motor-Pumpenaggregat nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (7) ein in Betriebslage des Motor-Pumpenaggregats (M) vom ersten Teilraum (R₁) schräg nach unten in den zweiten Teilraum (R₂) geneigter Ablasskanal (16) vorgesehen ist, dass in dem Ablasskanal (16) ein in Strömungsrichtung vom ersten Teilraum (R₁) in den zweiten Teilraum (R₂) sperrendes Rückschlagventil enthalten ist, und dass vom Ablasskanal (16) ein Ablauf (20) zu einer untenliegenden Ablassschraube (21) führt.

12. Motor-Pumpenaggregat nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil aus einem Kugelschließglied (18) und einem in den Ablasskanal (16) eingeformten Ventilsitz (17) besteht, und dass das Kugelschließglied (18) im Ablasskanal (16) durch einen Sicherungsring, (19), z. B. einen Seegerring, gesichert ist.