通过液压流体的电机冷却的制作方法

通过液压流体的电机冷却
1.本发明涉及一种用于驱动执行器的液压系统，并且特别地涉及一种具有电机冷却替代性类型的用于驱动执行器的液压系统。
2.为了在液压系统中提供体积流量，现有技术中通常使用由电动机驱动的液压机。电动机的连续运行导致其发热或发烫，与此对应地必须使电动机冷却以防止损坏，这种损坏可与电机的过载有关。
3.在现有技术中，有许多不同的方法为电动机提供冷却。通常情况下，液压系统具有冷却回路，它围绕电动机的外壳布置。冷却回路在此是独立的回路，该冷却回路根据现有技术可在压力、体积等方面独立于液压系统中的另外的回路进行控制。
4.此外，在现有技术中，经常用水来冷却电动机。然而，由于传统电动机具有铝外壳，因此外壳经常发生腐蚀。这样的话，电动机的外壳必须由不锈钢制成，然而，这导致了更高的成本以及更高的电动机重量。
5.替代性地，在现有技术的冷却回路中使用冷却剂，但这也是昂贵的。此外，必须确保冷却回路与液压系统的另外的回路严格分离，因为冷却剂与液压流体的混合在操作液压系统时是务必要避免的。
6.单独和独立的冷却回路需要自己的控制系统和对应地增加的设备数量。特别地，必须在冷却回路中提供冷却剂的体积流量，因此通常必须在冷却回路中或在冷却回路处布置具有至少一个电机的另外的泵单元。
7.因此，本技术书的目的是提供一种替代性的电机冷却系统，其中至少部分地避免现有技术的缺点。
8.这些目的和另外的目的通过根据独立权利要求1的液压系统至少部分地实现。根据本发明的液压系统的优选的实施方式和改进方案是从属权利要求的内容。
9.根据本发明的液压系统包括液压回路，该液压回路具有低压区和高压区；由第一电动机驱动的体积和/或转速可变的液压机，该液压机具有入口和出口并且在液压回路的高压区中提供液压流体的体积流量。
10.此外，根据本发明的液压系统包括至少一个可动轴，该轴布置在液压回路的高压区处；至少一个阀，该阀将高压区与低压区分离开；和至少一个液压流体容器，该液压流体容器与液压回路的低压区通过液压方式连接。
11.根据本发明的液压系统此外具有排放管，该排放管将来自液压机的泄漏的液压流体排放出去，和冷却管，用于输送液压流体以冷却电动机，其中该排放管和该冷却管与液压流体容器中的至少一个流体连接。
12.根据本发明，对应地提供用于操作轴的液压系统，该系统既具有低压区，又具有高压区，其中该至少一个轴布置在高压区中。为了在高压区中提供体积流量并且从而为轴的操作提供体积流量，使用由电动机操作的液压机。
13.电动机，如在根据本发明的液压系统中使用的电动机一样，在现有技术中是已知的，并且用于驱动液压机。
14.液压机的体积和/或转速可变并且可首选在操作中在液压回路中提供液压流体的
两种流向。此外，液压机可具有转速可变的电动机和定量泵，或具有转速不变的电动机和调节泵，或具有转速可变的电动机和调节泵。在此，液压机的选择由例如系统成本、有效系数、可靠性、允许的噪声发射或有效系数等因素决定。
15.低压区具有被施加了预应力的液压流体，其压力介于环境压力(正常压力1.013bar)与50bar之间。在此有利的是，液压流体在低压区中具有介于0.5bar与40bar之间的压力，特别地介于1bar与30bar之间，并且特别优选地介于10bar与25bar之间。
16.根据本发明的一种实施方式，液压流体可对应地在低压区中具有增加的压力(>20bar)，但低于50bar，或较低的压力(<20bar)。反之，高压区中的液压流体可具有高达200bar的压力，并且总是高于低压区的压力水平。
17.根据本发明的液压系统的轴是可纵向移动的，并且具有至少一个腔室。轴，即首选液压活塞的运动，是借助进入或离开轴的至少一个腔室的液压流体以及与此相关的压力增加或减少来提供的。轴布置在液压回路的高压区中并与之通过液压方式连接。
18.根据本发明，轴可为液压缸、差动缸、伸缩缸、多速缸、它们的组合或类似装置。此外，两个、三个或多个轴也可为液压系统的部分。
19.高压区与低压区的分离是借助至少一个阀来提供的。此外，在低压区中布置有至少一个液压流体容器，该液压流体容器与液压回路的低压区通过液压方式连接。
20.根据本发明的一种实施方式，该至少一个阀是止回阀，特别是受控止回阀。该阀在此可通过电动或液压方式进行控制。
21.该至少一个液压流体容器可提供系统的预应力，特别是低压区的预应力。液压流体容器可例如为蓄压器，该蓄压器具有被施加了压力的液压流体。蓄压器中的液压流体的压力基本上就是液压流体在低压区的管线中具有的压力。
22.此外，液压流体容器也可为具有可变体积的蓄压器，这样就可调节和控制压力的增加，并且从而调节和控制液压系统低压区的预应力。
23.此外，根据本发明的液压系统具有排放管，该排放管将来自液压机的泄漏的液压流体排放出去，和冷却管，用于冷却液压机的液压流体流经该冷却管。根据本发明，排放管和冷却管都与液压流体容器中的至少一个流体连接。
24.液压泵的泄漏是这样的体积流量，该体积流量在尽管有密封圈的情况下仍从泵的压力区流出，不做有效功。泄漏流的大小不仅取决于泄漏点的几何尺寸，而且还取决于压力室和其周围环境之间的压力差，以及流出介质的粘度和它的温度。
25.通常情况下忽略这些泄漏流，其中泄漏丢失或被收集起来另作他用。必要时，也可借助额外的泵单元将泄漏再次送入到液压系统中。
26.根据本发明的液压系统具有排放管，该排放管布置在液压机处，并且传递由操作液压机而产生的泄漏或泄漏流。
27.此外，在根据本发明的液压系统中布置有冷却管。这特别地用于冷却电动机，并且首选在电动机的外壳中和/或外壳处延伸，并对其进行冷却。
28.根据本发明，排放管和冷却管与液压流体容器中的至少一个流体连接。特别地，这意味着排放管和冷却管与低压区流体连接。
29.在本发明中，术语“流体连接”理解为这样的连接，即流体，特别是液压流体可流经该连接。特别地，“流体连接”意味着，该连接不一定是直接的，而是还可在中间连接另外的
设备。例如，如果披露“设备a与设备b流体连接”，意味着流体可从a流向b，其中在设备a和设备b之间还可布置有另外的设备，例如另外的阀，液压流体可流经这些阀。
30.根据本发明的一种实施方式，排放管和冷却管与液压流体容器中的至少一个串联或并联地流体连接。
31.两种替代方案对于根据本发明的液压系统都是有利的。如果排放管和冷却管与液压流体容器串联地连接，那么来自泄漏的液压流体首选用作电机的冷却液。
32.特别地，来自泄漏的液压流体经由排放管流进电动机的冷却管，并且从而流到电动机的外壳中和/或外壳处，由此冷却后者。
33.根据一种优选的实施方式，来自泄漏的液压流体通过液压流体的泄漏压力发生流动。特别地，泄漏的压力与使得液压机工作的压力成正比地变化。但是，泄漏的压力总是高于低压区的压力。
34.该实施方式是节约成本的，因为不仅将来自泄漏的液压流体引回到液压系统中，而且还将其用作冷却液。因此，不需要自有的冷却剂来冷却电动机，由此节省材料成本和冷却剂成本。此外，这也减少了整个液压系统的维护工作和费用。
35.如果排放管和冷却管并联地布置，将重复使用泄漏流体，这也会导致成本节约。由于冷却管与低压区是流体连接的，在根据本发明的该实施方式中，也用液压流体代替冷却液来冷却电动机。
36.根据本发明的另一种实施方式，供流在低压区中与液压回路通过液压方式连接。根据本发明的另一种实施方式，排放管和/或冷却管在低压区中与液压回路通过液压方式连接。
37.此外，供流可与排放管和/或冷却管通过液压方式连接。
38.根据本发明的另一种实施方式，在排放管和/或冷却管的供流中布置有由电动机驱动的体积和/或转速可变的第二液压机。
39.供流与排放管和/或冷却管的连接改善了泄漏的流动和/或冷却管中的液压流体的流动。特别地，通过使用另外的液压机改善了对排放管和/或冷却管中的流动的控制，从而使得根据本发明的另一种实施方式，第二液压机根据电动机的温度和/或负荷控制液压流体流动。
40.例如，传感器可连接至电动机的外壳，这些传感器测量电动机的温度并将其传送到控制单元。这样的话，控制单元可根据测量的温度经由第二电动机调节或控制泄漏和/或冷却管中的液压流体的流动。此外，可行的是，控制单元根据在电动机处测量的负荷控制或调节液压流体的流动。
41.此外，根据本发明的液压系统的另一种实施方式，在排放管和/或冷却管的供流处布置有节流阀。
42.如果排放管和冷却管并联地布置，并且在排放管的供流处和冷却管的供流上都布置有节流阀，那么可借助节流阀控制排放管和冷却管中的体积流量和流动速度。特别地，可由此控制两条管线(排放管和/或冷却管)中的哪一条需要更多的体积流量。例如，如果电动机变得过热，可利用节流阀减少流经排放管的流动，并且从而增加流经冷却管的流动。
43.根据本发明的另一种实施方式，在低压区中布置有液压流体容器。在该实施方式中，假设在液压系统中仅布置有一个液压流体容器。此外，根据本发明的另一种实施方式，
液压流体容器可为封闭的容器，特别是蓄压器。在此，蓄压器中的液压流体的压力与液压回路的低压区中的液压流体的压力相类似。特别地，蓄压器用于在低压区中对液压流体施加预应力。
44.根据本发明的另一种实施方式，液压系统具有另外的液压流体容器，该液压流体容器也布置在低压区中。因此，根据另一种实施方式，第一液压流体容器可为封闭的容器，特别是蓄压器——如上所述——并且另外的液压流体容器可为无压的，特别地开放的容器。
45.在下文中，术语“无压”是指环境压力，通常为1bar(1.013bar)左右。
46.由于开放容器中的液压流体的压力低于低压区中的液压流体的压力，根据本发明的另一种实施方式，在液压回路的低压区和另外的液压流体容器之间还可布置另外的液压机。该液压机用于将液压流体从另外的液压流体容器或从开放的储箱送入到低压区中。
47.通过使用开放的储箱作为第二液压流体容器，为储箱中的液压流体提供冷却。
48.因此，根据本发明的另一种实施方式，排放管和冷却管与第二液压流体容器流体连接。对应地，排放管和冷却管经由供流与液压回路的低压区和第一封闭容器，即与第一液压流体容器流体连接，并且同时与另外的第二开放液压流体容器流体连接。
49.这样的话，在根据本发明的该实施方式中，将来自泄漏的和来自冷却管的液压流体引导到另外的液压流体容器中，特别地到开放的储箱中。从另外的液压流体容器中，将冷却的液压流体借助另外的液压机再次送入到低压区的管线中。
50.此外，根据本发明的另一种实施方式，排放管的供流和/或冷却管的供流也与另外的液压流体容器流体连接。
51.接着，用于冷却的液压流体流进另外的液压流体容器中。这是有利的，因为已用于冷却的、适当时高度加热的液压流体由此可在第二液压流体容器中“冷却”，其中如果另外的液压流体容器为开放的储箱，则冷却得到改善。
52.根据本发明的另一种实施方式，冷却器布置在低压区中和/或供流中/供流处或排放管中/排放管处或冷却管中/冷却管处，或液压流体容器中的一个中/一个处。
53.通过该冷却器可使加热的液压流体更快地冷却，并且从而在液压系统中再次使用。此外，由此可行的是将封闭的液压流体容器用于另外的液压流体容器，而非开放的储箱。这样节省空间，因为开放的储箱通常比蓄压器大。此外，所需的液压流体量也由此减少。
54.然而，如果另外的液压流体容器是开放的储箱，那么使用冷却器的优点在于，储箱可更小。
55.此外，过滤装置和/或排气装置也可布置在液压系统的低压区中。
56.根据上述所有的实施方式，根据本发明主张一种使用液压回路的方法，其中将液压流体，特别是至少部分来自液压机的泄漏的液压流体，用于冷却液压机和/或电动机。
57.下面将参照不同的实施例来阐述本发明，其中应指出，通过这些实施例，对于技术人员来说可直接得出的变型及增补也囊括在内。
附图说明：
58.图1示出根据本发明的系统的示意图；
59.图2示出根据本发明的系统的另一种示例性的示意性实施方式；
60.图3示出具有并联布置的排放管和冷却管的液压系统的再另一种示例性的实施方式；
61.图4示出包括另外的液压流体容器的图1中的液压系统的实施方式；
62.图5示出图4中的根据本发明的系统的另一种示例性的示意性实施方式；
63.图6示出图4中的根据本发明的系统的另一种示例性的示意性实施方式；
64.图7示出根据本发明的液压系统的再另一种实施方式。
65.图1示出了液压系统1的一种根据本发明的实施方式。如从图中可看出的那样，液压系统可分为两个区域，即低压区2，其中液压流体具有低压力，特别地在环境压力和30bar之间的压力，和高压区4，其中液压流体具有高压力，特别地在30bar以上，该液压流体用于移动布置在液压系统中并与液压系统1的高压区4连接的轴20。
66.液压系统1具有第一电动机10和由该电动机10驱动的液压机11。该液压机布置在高压区4中，并且用于在轴20中提供液压流体的体积流量。该轴被描绘为具有两个腔室的双作用液压缸。液压机有两个输出口或输入口，这些输出口或输入口各自与轴20的一个腔室连接。因此，液压机可从轴20的一个腔室向轴20的另一个腔室输送液压流体，从而提供轴20的运动。
67.高压区4和低压区2借助可解锁的止回阀30彼此分离开。
68.通过连续操作液压机11，在液压机11处发生泄漏，因而高压区4中的液压流体体积降低。通过准确设置止回阀30中的弹簧强度，或通过电动解锁，可将缺少的液压流体体积从低压区2引导到高压区4中。
69.根据图1，被设计成蓄压器50的液压流体容器50与液压系统1的低压区2通过液压方式连接。
70.如图1所示，液压系统1包括排放管62，该排放管与液压机的泄漏或泄漏收集区如此连接，使得可将泄漏流体通过排放管再次送入到低压区中。
71.在这方面，根据本发明的该示例性实施方式，排放管62与电动机的冷却管64已连接，从而使得将泄漏的流体用作电动机11的冷却流体。在该示例中，排放管和冷却管因此串联地布置。冷却管64进而与低压区2流体连接，并且特别地与液压流体容器50流体连接。由此将泄漏的流体用于冷却，并且随后再次送入到系统中。
72.图2示出了图1中的液压系统1的一种替代性的根据本发明的示例性实施方式。
73.虽然根据图2的实施方式的一般结构与图1的结构相对应，但图1中的液压系统此外还包括供流66，以及第二电动机100与由该电动机驱动的第二液压机110。
74.供流66通过液压机11的外壳与泄漏区连接，该液压机如图1所示与排放管62通过液压方式串联地连接。
75.供流66此外还经由第二液压机110与低压区2流体连接。因此，借助液压机110可实现对流经排放管和/或冷却管的体积流量的改进的控制。
76.图3示出了图2的另一种替代性的根据本发明的示例性实施方式。在该示例性实施方式中，排放管62和冷却管64并联地布置，从而使得这两条管线都与低压区2通过液压方式连接。反之，供流66经由节流阀70b与冷却管，并且由此与电动机10的外壳，并且经由另外的节流阀70a与排放管通过液压方式连接。供流66经由液压机110与低压区2连接。因此，节流阀70a和70b用于调节排放管62和/或冷却管64中的体积流量。
77.图4示出了图1中的液压系统1的另一种根据本发明的示例性实施方式。
78.如从图4中可看出的那样，根据本发明的以下示例性实施方式具有另外的液压流体容器52，该液压流体容器与第一液压流体容器50相反是开放的储箱。开放的储箱52也与低压区2流体连接。
79.根据本发明的该示例性实施方式，冷却管64和排放管62串联地相互连接。此外，它们与液压流体容器52流体连接，从而使得液压流体从液压机11的泄漏区流出，流经电动机10的冷却管，并且随后流进液压流体容器52。
80.此外，在液压流体容器50与低压区2之间布置有另外的由电动机200驱动的液压机220。液压机从另外的液压流体容器52提供流体流进入低压区2。
81.图4中根据本发明的示例性实施方式的另外的结构，并且特别是高压区的结构与图1中的液压系统1的示例性实施方式相对应。
82.图5示出了液压系统1的再另一种根据本发明的示例性实施方式。
83.如从图中可看出的那样，第二液压流体容器52在这里也经由另外的液压机210与液压系统的低压区流体连接。此外，排放管62和冷却管64串联地并与液压流体容器52流体连接。
84.与图4相反，在图5的该系统中，供流66与液压机11的排放管62连接。该供流此外还与液压系统1的低压区2通过液压方式连接。节流阀70布置在该供流中，并且调节或控制进入排放管52的液压流体的流量。
85.图6与图5相似，其中在根据本发明的该示例性实施方式中，排放管和冷却管与管线68并联地流体连接，该管线本身与第二液压流体容器52通过液压方式连接。
86.此外，供流66经由节流阀70a与排放管62并且经由第二节流阀70b与冷却管64流体连接。此外，该供流与液压系统1的低压区2流体连接。
87.图7示出了液压系统1的另一种根据本发明的示例性实施方式。
88.如在前面的实施方式中也已经描绘的那样，另外的被实施为开放式的液压流体容器52经由液压机210布置在液压回路1的低压区2中。
89.排放管62和冷却管62串联地布置，并且经由管线68与液压流体容器52流体连接。供流66在此在一侧与冷却管64并且在另一侧经由另外的液压机310与液压流体容器52流体连接，该液压机由另外的第三电动机300驱动。由此，冷却所需的液压流体进一步从低压区2获得。
90.1液压系统
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62排放管
91.2低压区
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64冷却管
92.4高压区
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66、66a、66b供流
93.10第一电动机
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68管线
94.11液压机
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70、70a、70b节流阀
95.20轴
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100第二电动机
96.30止回阀
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110第二液压机
97.50第一液压流体容器
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200电动机
98.52第二液压流体容器
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210液压机