液压单元和用于驱动液压单元的方法

液压单元和用于驱动液压单元的方法
【专利摘要】提出一种液压单元(100)，其带有用于驱动液压单元(100)的促动器机构(102)，其中，该促动器机构(102)包括泵(104)和/或电机(106)。液压单元(100)具有与促动器机构(102)热耦接的用来冷却促动器机构(102)的冷却机构(108)。
【专利说明】
液压单元和用于驱动液压单元的方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种液压单元、一种相应的液压系统、一种对相应液压单元的或相应 液压系统的废热的应用W及一种用于驱动液压单元的方法。
【背景技术】
[0002] 在现有技术中，热量沿着组件的表面通过(例如在控制机组、累、电机，…中的）热 量通路排放，且热量沿着表面(对流地和福射地)排放。
[0003] 由于运些组件越来越集成在系统中，所W减小了所述表面，且热点并不位于表面 附近。

【发明内容】

[0004] 在运种背景下，采用运里提出的方案，提出了根据主权利要求的一种液压单元，还 有一种采用该液压单元的液压系统、一种对相应液压单元的或相应液压系统的废热的应用 W及一种用于驱动液压单元的方法。有益的设计可由相应的从属权利要求和后续说明得 到。
[0005] 针对紧凑的液压单元，可W通过对冷却机构的集成来避免过热和局部热点。有利 地，可W改善液压单元的功率密度。同时，可W实现系统内部的均匀的溫度比。
[0006] 运里提出的方案提供了一种液压单元，其带有用于驱动液压单元的促动器机构， 其中，该促动器机构包括累和/或电机，其特征在于与促动器机构热禪接的用来冷却促动器 机构的冷却机构，其中，该冷却机构包括带有用于冷却介质的冷却管路的冷却回路和用于 输送冷却管路中的冷却介质的输送机构，其中，冷却介质是一种制冷剂。
[0007] 液压单元可W是任意的液压单元，比如机组、电机-累-组(Sy tronix )、必要时带有 电机-累-组的液压缸单元或各个组件比如累、阀、控制箱、气缸、电机等。液压缸单元可W是 液压的线性单元、液压的紧凑轴、特别是带有位于内部的促动器机构的液压缸、电机-累-液 压缸或特别是采用差动方式的同步缸。电机可W是电动机。电机可W被设计用于驱动累。该 累被设计用于把液压介质累送到液压缸单元的腔中，W便使得液压缸单元的活塞移动。冷 却机构可W被设计用来冷却促动器机构，补充地或替代地冷却液压缸单元或液压缸单元的 部分区域。
[0008] 冷却机构可W包括带有用于冷却介质的冷却管路的冷却回路和用于输送冷却管 路中的冷却介质的输送机构。冷却管路在此可W是一种冷却管道。在一种实施方式中，冷却 机构可W包括多个冷却管路或冷却通道。冷却介质在此可W是一种热载体或冷载体。冷却 介质可W用于输出热量。因而可W在促动器机构上，特别是在促动器机构的外表面上，设置 冷却管路的或冷却回路的第一区段。冷却介质因而可W将热能从液压缸单元内部的热点向 外输送。在此，热点可W是空间上的局部受热处。用于输送冷却介质的输送机构可W是冷却 剂输送单元或冷却介质输送单元。
[0009] 冷却介质是制冷剂。该制冷剂可W在制冷循环中与热梯度相反地传输热量，从而 外界溫度可W高于要冷却的液压单元的溫度。该制冷剂可W在不改变压力的情况下例如应 用在热管中，或者也可W在改变压力的情况下比如应用在冷柜的循环过程中。
[0010] 此外，冷却机构可W被设计用于把冷却介质引导至液压单元的外表面，W便通过 对流并且补充地或替代通过热福射来排出所吸收的热能。在冷却机构与外表面之间，可W 设置一个绝缘件或绝缘表面。因而可W将热点的废热通过有针对性的热量传输而输送到冷 却机构比如大的表面、冷却体、冷却机组或热交换器。
[0011] 液压单元可W具有用于在冷却机构的表面和/或热交换器和/或散热器上产生气 流的通风机。因而可W有利地特别是通过对流来对冷却机构的一个区段或部分区域予W冷 却。
[0012] 冷却机构可W具有用于改变冷却机构的系统压力的机构。冷却机构特别是可W具 有用于改变在冷却管路中的形式为冷却剂的冷却介质的系统压力的机构。因而可W优化地 调整冷却介质的压力，用于通过冷却介质来传输热洽。
[0013] 冷却机构可W与热交换器禪接。冷却机构还可W具有散热器。同样有益的是，冷却 机构具有节流阀，补充地或替代地具有压缩机。在此，冷却机构特别是可W具有节流阀，补 充地或替代地具有节流阀，W便改变冷却回路中的冷却介质的压力。在此，冷却介质的压力 可W逐段地改变。因此，在冷却回路的第一区段中的冷却介质压力可W不同于在冷却回路 的第二区段中的冷却介质的第二压力。
[0014] 液压单元可W至少部分地包绕促动器机构。促动器机构特别是可W设置在液压单 元的内部。因此，特别是液压缸单元形式的液压单元的可移动的气缸可W在缩进的状态下 至少部分地包绕促动器机构。液压单元的或液压缸单元的内表面可W贴靠在促动器机构的 外表面上。冷却机构可W至少部分地设置在液压单元的或液压缸单元的内表面与促动器机 构的外表面之间。
[0015] 冷却机构可W具有位于冷却回路上的至少一个止回阀。在此，该冷却回路可W经 过液压单元的或液压缸单元的气缸腔。在此，输送机构特别是可W包括至少一个止回阀和 气缸腔，W便输送冷却介质。冷却介质因而可W经由入口流入到气缸腔中，并经由出口从气 缸腔中流出。该实施方式不仅在液压缸的集成式构造方式情况下可行，而且在(液压)气缸 单元带有位于外部的电机-累-组时也可行。
[0016] 冷却机构可W具有与冷却回路禪接的体积补偿蓄存器，用于补偿在冷却回路中的 审岭剂的体积。因此，例如在冷却回路的体积改变情况下，运比如因冷却回路中的具有变化 的体积的气缸腔而引起，可W利用该体积补偿蓄存器提供附加的冷却介质，或者把多余的 冷却介质暂存起来。冷却回路中的气缸腔在此可W是输送机构的一部分。因而也可W将气 缸腔称为输送腔。该实施方式不仅在液压缸的集成式构造方式情况下可行，而且在(液压） 气缸单元带有位于外部的电机-累-组时也可行。
[0017] 此外，在一种实施方式中，冷却介质可W是液压介质。累的泄漏机油接头特别地可 W与冷却回路禪接，W便提供液压介质。泄漏机油因而例如可W是液压介质。液压介质可W 是液压液体或用来传递液压系统中的能量和/或力的流体。因而液压介质可W是热稳定的， 也就是说，对粘稠度(无论动态粘稠度还是运动粘稠度)具有较小的溫度影响、具有较低的 可压缩性和剪切稳定性W及较小的泡沫形成性。该实施方式不仅在集成式构造方式情况下 可行，而且普遍地对于液压机组、电机-累-组和带有位于外部的电机-累-组的气缸单元也 可行。
[0018] 提出一种液压系统，其带有运里提出的第一液压单元的一个变型和运里提出的第 二液压单元的至少一个变型，它们具有共同的冷却机构。因而可W为至少两个液压单元使 用一个冷却机构。在此，第一液压单元和至少第二液压单元并行地或串行地设置在冷却机 构的冷却回路中。在一种实施方式中，多个液压单元的至少部分并行的布置与多个液压单 元的至少部分串行的布置相组合。在此，并行和串行可W设及在冷却回路中的液压单元的 布置情况。
[0019] 提出，使用运里提出的液压单元的变型的废热，和/或使用运里提出的液压系统的 变型的废热，用于特别是借助于制冷机的另一冷却过程和/或热过程。因而可W将来自至少 一个液压单元的废热用于冷却过程或热过程，例如W便驱动吸附式制冷机。通过运种方式 可W不仅针对液压单元，而且类似地例如针对液压设备或Syhonix-电机-累-单元进行热 能利用。
[0020] 提出一种用来驱动运里提出的液压单元的方法，其中，该方法具有如下步骤：
[002。 控制促动器机构;和
[0022] 利用与促动器机构禪接的冷却机构来冷却促动器机构。
[0023] 也可W利用本发明的方法形式的该设计变型快速地且有效地实现本发明的目的。
[0024] 本发明的一个方面是液压单元的冷却设计方案。对于液压单元来说，可W将电动 机和累装入到液压单元或液压缸单元的气缸内部。在一种实施方式中，在此存在有冷却介 质或冷却通道，其把热量从电动机和累向外排放。
[0025] 在一种可选的实施方式中，冷却剂在包绕电动机和累的内壳中循环。可选地，运里 可W通过散热器或热交换器进行热量排放。
[0026] 在一种实施方式中，运里可W利用在冷却机构中的冷却剂或制冷剂。因而可W将 冷却机构设计用来为了冷却而使用冷却剂，或者替代地使用制冷剂。在此，制冷剂回路可W 有选择地具有节流阀。冷却回路因而可W具有多个制冷剂回路。
[0027] 在一种特殊的实施方式中，可W把液压单元或液压缸单元的气缸或气缸腔或者与 液压单元或液压缸单元禪接的辅助气缸用作冷却剂输送单元。
[0028] 在一种实施方式中，可W有选择地将液压介质用作冷却介质。在此，液压介质可W 在泄漏机油接头上或者在累的出口接取。
[0029] 有利地可W将多个轴的或者液压缸单元的废热汇总起来，并且采用过程技术利用 热量。
【附图说明】
[0030] 下面参照附图示例性地详述本发明。其中：
[0031 ]图1-图4分别为液压单元的示意图；
[0032] 图5-图8分别为溫度走势的简化的曲线图；
[0033] 图9-图10分别为液压单元的示意图；
[0034] 图11为溫度走势的简化的曲线图；
[0035] 图12-图18分别为根据本发明的一个实施例的液压单元的示意图；
[0036] 图19-图22分别为促动器机构的示意图；
[0037] 图23为液压单元的示意图；
[0038] 图24-图26分别为液压系统的示意图；
[0039] 图27为吸附冷却机和液压系统的简化图；和
[0040] 图28为方法的流程图。
【具体实施方式】
[0041] 相同的或相似的部件可W在下面的附图中标有相同的或相似的附图标记。此外， 运些附图及其说明W及权利要求书含有总多特征组合。在此，本领域技术人员知道，运些特 征也可W单独地予W考察，或者与运里未明确阐述的其它组合相组合。
[0042] 图1为根据一个实施例的液压缸单元100的示意图。在此要说明，运里提出的通用 方案是借助液压缸单元的作为液压单元的实施例来介绍的。但显然的是，运里提出的对液 压单元冷却的方案并不普遍地局限于使用液压缸单元。还可W考虑把运里提出的方案例如 应用于通常的液压机组、电机-累-组(Sytronix)、液压缸单元、带有电机-累-组或各个组件 的液压缸单元，所述各个组件比如是累、阀、控制箱、气缸、电机或类似组件。因而对如下借 助液压缸单元作为液压单元的实施例的说明，应做如下理解，为了概要地介绍运里提出的 方案，仅仅借助带有相应地禪接的冷却部件的液压缸单元的可更换的范例公开了该方案， 但运里提出的方案利用前述组件或机组之一来代替液压缸单元也可W工作。
[0043] 针对如下说明示范性地选择的作为液压单元100的液压缸单元是采用差动 (Dif ferenzial)构造方式的同步缸(GleichgangzyIinder)。该液压缸单元（下面代表性地 为液压单元设有附图标记100)具有用于驱动液压缸单元100的促动器机构102。该促动器机 构102包括累104和用于驱动累104的电机106。促动器机构102设置在液压缸单元100内腔 中。用于冷却促动器机构102的冷却机构108与促动器机构102热禪接。
[0044] 在图1所示的实施例中，液压缸单元100具有主体110和在该主体110中直线引导的 活塞杆112。主体110在一侧具有凸缘(An fIanschung) 114。该液压缸单元100经过适当设 计，使得活塞杆112可相对于主体110的凸缘114侧横向地移动。主体110经过适当成型，从而 它为活塞杆112提供引导。主体110和活塞杆112经过适当成型，从而提供了四个腔室K1、K2、 K3、K4,其中，把液压介质累送到相应的腔室1(1、1(2、1(3、1(4中，或者从相应的腔室1(1、1(2、1(3、 K4中累出，由此使得活塞杆112移动。腔室Kl、K2、K3径向地围绕促动器机构102布置。腔室K4 由活塞杆112和主体110的与凸缘114相对的端侧面形成。
[0045] 累104和电机106位于液压缸单元100的内室中，并把工作介质(液压油)输送到相 应的腔室Kl、K2、K3或K4中。由此对活塞杆112施加力，并使得该活塞杆沿所示方向116移动。
[0046] 冷却机构108包括带有用于冷却介质的冷却管路120的冷却回路118,且包括用于 输送冷却管路120中的冷却介质的输送机构122。冷却管路120为冷却介质提供引导。在图1 所示的实施例中，作为输送机构122,使用了设置在冷却回路118中的输送累122。
[0047] 冷却机构108可W被设计用来引导作为冷却介质的冷却剂、制冷剂或液压介质。在 一个简单的实施例中，比如图1中所示，使用冷却剂作为冷却介质。
[0048] 绝大部分热量损失在电机106和累104中产生。运些热量损失在没有所述冷却回路 118的情况下必定首先透过主体110的两个壁W及经由液压缸单元100的工作介质到达表 面。冷却机构108提供了附加的热量排放，利用该冷却机构可W避免系统的较大的热阻力， 进而避免过热。因而可W避免W减小的功效运行。
[0049] 借助于由输送累122输送的冷却介质，电机106的、累104的和液压缸单元100内部 的其它组件的热量可W被向外输送。
[0050] 对于例如也称为液压线性单元、液压缸或电机-累-液压缸的液压缸单元100而言， 促动器机构102的累104和/或电机106位于液压缸单元100内部。冷却介质把累104的和/或 电机106的和/或系统内部其它热点（例如阀）的废热输送离开到达冷却机构。在此，冷却机 构108具有用于输送冷却介质的机构122。
[005。 箭头Q表示能量从累104和电机106引入到冷却机构108中，且表示能量从冷却机构 108排出至外界。能量引入W热能的形式进行。
[0052] 图2所示为液压缸单元100的示意图。该液压缸单元100可W是在前述附图中描述 过的液压缸单元100的一个实施例。图2相应于图1，区别是，冷却机构108被设计用来把冷却 介质导引到液压缸单元100的外表面224上，W便通过对流和/或热福射排出所吸收的热能。
[0053] 在该实施例中，把冷却剂输送到液压缸单元100的大的表面224上。在运里，可W把 内部吸收的热能通过自然对流和/或热福射排放至外界。例如，冷却剂可W如所示那样螺旋 状地沿着柱形表面224引导。运种效果可W通过附加的冷却肋得到更进一步的增强。
[0054] 图3所示为液压缸单元100的示意图。该液压缸单元100可W是在前述附图中描述 过的液压缸单元100的一个实施例。图3相应于图2,区别是，在外表面224上设置有通风机 326,用于在冷却机构108的表面上产生气流。
[0055] 在该实施例中，热能像图2中的实施例那样被排放至液压缸单元100的表面。在运 里，利用强制的气流例如利用通风机326-例如径向或轴向作用地-加强了对流。
[0056] 在表面相同的情况下，该实施例具有改善的热量排放能力。由于热点处的溫度较 低，运导致组件比如电机106的提高的效率。
[0057] 图4所示为液压缸单元100的示意图。图4相应于图1，区别是，冷却机构108与热交 换器428禪接。
[005引在该实施例中，热能通过热交换器428排放至另一冷却回路430。该实施例相比于 图1至图3中所示的实施例具有最大的热量排放能力，且可W实现很高的功率密度。在此可 W进一步利用系统的废热。
[0化9]图5至图8分别为溫度曲线532、634、736、838的简化图。在笛卡尔坐标系中，在纵轴 上标出溫度，在横轴上标出管长度或冷却管路120的位置。虚线表示(恒定的）内部溫度T贿R 或Ti和(恒定的）外部溫度T術威Ta。在运里，针对图5和图7中所示的曲线532、634的实施例， 采用的是冷却剂，针对图6和图帥所示的曲线736、838的实施例，采用的是制冷剂。图5和图 6示出在液压缸单元内侧的冷却介质的溫度曲线532、634,图7和图8示出在液压缸单元外侧 的冷却介质的溫度曲线736、838。运个液压缸单元可W是液压缸单元100的在图1至图4中所 示的实施例的一个变型。图5中所示的曲线532作为直线从较低的外部溫度Ta经过所示的管 区段伸展至内部溫度Ti。标出了平均的溫度差at。图6中的曲线634示出了恒定的沸腾溫度 T細t或Ts,并且，内部溫度Ti与沸腾溫度Ts之间的溫度差A T是恒定的。图7中所示的曲线736 作为直线从内部溫度Ti经过所示的管区段伸展至较低的外部溫度Ta。标出了平均的溫度差 A T。图8中的曲线838示出了恒定的沸腾溫度T溯t或Ts,并且，外部溫度Ta与沸腾溫度Ts之间 的溫度差A T是恒定的。
[0060] 通过有针对性地提高冷却机构处的制冷剂的溫度，将实现较高的热量排放能力。 通过有针对性地减小热点处的制冷剂的溫度，将实现改善例如电机的效率(铜损失主要决 定电机的效率，并随着溫度的升高而直线下降）。
[0061] 下面W具体范例来介绍所提出的发明构思的优点。在此，图5/图7表示使用冷却 剂，图6/图8表示使用制冷剂：
[0062] 电机-累-组的表面积(d = 100mm、I = 212mm) :A械尸0.067m2;
[00创流经的管的热量排放能力:a娜=1500W/(m2 XK);
[0064] 例如电机-累-组的溫度:T娜=80°C ;
[0065] 外界溫度：!'外界=20°C;
[0066] 冷却剂的沸腾溫度:70°C;
[0067] 在管/管区段的长度范围内的平均溫度差AT:
[006引图5: AT=(80°C-20°C)/2 = 30°C;
[0069] 图6: AT = 80°C-7(rC = l(rC。
[0070] 由此得到图5中例如从电机-累-组流至冷却介质的热流为Pzu = AXa X AT = 301 抓。
[0071] 由此得到图6中例如从电机-累-组流至冷却介质的热流为Pzu = AXa X AT = 1000 Wo
[0072]例如散热器的表面积:A夕廊=Im2;
[0073] 散热器的热量排放能力:〇々廊=20胖/(1112 XK);
[0074] 在散热器的长度范围内的平均溫度差AT:
[0075] 图5: AT=(80°C-20°C)/2 = 30°C;
[0076] 图6: AT = 7(TC-2(rC=5(rC。
[0077] 由此得到图7中例如从冷却介质至外界的热流为PAb=AXaX A T = 600W。
[007引由此得到图8中例如从冷却介质至外界的热流为PAb=AXaX AT=1000 Wd
[0079] 相比于制冷剂，对于冷却剂来说，由于溫度差A T减小，所W，从散热器至外界的热 流始终都比较小。在此，在散热器中排放的热能起到降低溫度的作用。对于制冷剂来说，在 散热器中排放的热能起到从气态或蒸汽状向液态改变的物态改变的作用。在此，在整个物 态改变期间，溫度都保持恒定。
[0080] 由于流过管，内侧的热传递系数a明显大于外侧(散热器采用自然方式或强制方式 对流），所W，从内侧排至外侧的最大能排放的热流明显取决于外侧的热传递。在A和a恒定 的情况下，只能通过提高溫度差A T来改善外侧的热传递。
[0081 ]图7表明，冷却剂的流速越高，外侧的溫度差A T就越大，内侧的溫度差A T就越小。 系统在冷却剂溫度为70°C时达到平均值。在运里，Pzu = PAb!由于流速可W使得满流式的管 摩擦损失成平方地上升，所W引入系统中的热量增加。
[0082] 图8表明，制冷剂的沸腾溫度T溯t取决于压力。在系统压力恒定为4己时，例如冷却 剂Solkane Rl23具有70°C的沸腾溫度。由于内侧的溫度为80°C，冷却剂的物态从液态变为 气态，且在溫度恒定为70°C时，热能增加。外侧的过程相反。
[0083] 利用制冷剂作为冷却剂，即使在流速较低的情况下，也可W优化热量排放能力。由 此使得管摩擦损失保持较小，进而使得附加地引入的热能保持较小。
[0084] 使用制冷剂有利地为紧凑的液压设备/液压系统的热量收支(Wamiehaushalt)提 供改善，进而提高了系统的功率密度。在此，系统的热量损失被有利地汇集起来，且可W在 需要时进一步使用。在运里，沿着整个表面的恒定的溫度(制冷剂的沸腾溫度)提高了热量 排放能力。
[0085] 但也示出了采用制冷机的热动力原理，而制冷剂的压力并不改变。由于在液压轴 紧凑的情况下热量从较高的溫度水平(例如累的80°C)过渡至较低的溫度水平(例如外界的 20°C)，所W能避免因压力改变而使得比如制冷机的制冷剂的沸点改变。
[0086] 因而采用制冷机的热动力原理，W便使得整个表面上的表面溫度保持相同，由此 在表面积相同的情况下改善热量排放能力。
[0087] 图9所示为液压缸单元100的示意图。图9相应于图1，区别是，冷却机构108具有用 于改变冷却机构108的系统压力的机构940。用于改变系统压力的机构940尤其被设计用来 调整冷却管路中的冷却介质的系统压力。
[0088] 利用用于改变系统压力的机构940,可W调整沸点，进而根据工作条件和外界条件 来调整A T械巧日A 1>廊。工作点因而向上或向下推移。
[0089] 图10所示为液压缸单元100的示意图。图10相应于图1，区别是，在冷却回路118中 设置有节流阀1042和压缩机1044。通过节流阀1042和压缩机1044,冷却机构108被设计用于 改变冷却回路中的冷却介质的压力，特别是逐段地改变。因而通过节流阀1042和压缩机 1044把冷却回路划分成至少两个区段或者管区段。
[0090] 借助于被压缩机1044输送和压缩的制冷剂，电机106的、累104的和液压缸100内部 的其它组件的热量可W向外输送。由于压力升高，沸点溫度也升高，且可W将热量经过较高 的溫度差A聞敞至外界。被冷却的制冷剂的压力通过节流阀1042得到减小，由此W较低的 (经过调整的)沸腾溫度T*t被导引至热点。在那里发生增强的溫度吸收。
[0091] 图10中所示的实施例采用了制冷剂，该制冷剂把累104的和/或电机106的和/或系 统的其它热点（例如阀）的废热输送离开至冷却机构。在冷却回路118中集成了用于改变制 冷剂压力的压缩机1044和用于改变制冷剂压力的节流阀1042。
[0092] 在图10所示的实施例中，作为冷却介质采用了一种制冷剂，其沸点介于组件溫度 或罐溫度与外界溫度之间，废热从罐和/或累104和/或电机106和/或系统的其它热点(例如 阀)被输送离开至冷却机构。在此采用了制冷剂的输送机构122。
[0093] 图11为溫度曲线1146的简化图。在笛卡尔坐标系中，在纵轴上标出溫度，在横轴上 标出管长度或冷却管路120的位置。虚线表示(恒定的）内部溫度T械因 TTi和(恒定的）外部溫 度1>廊或Ta。在运里，针对图11中所示的实施例，采用的是制冷剂。图11示出在液压缸单元内 侧的制冷剂的溫度曲线1146。运个液压缸单元可W是液压缸单元100的在图10中所示的实 施例。图11中的曲线1146示出了恒定的沸腾溫度T麵或Ts，并且，内部溫度Ti与沸腾溫度Ts之 间的溫度差A T是恒定的。
[0094] 下面W具体范例来介绍所提出的发明构思的优点。未明确说明的参数可由前述范 例得知。
[0095] 电机-累-组的表面积（d = 100mm、I = 212mm) :A娜=0.067m2;
[0096] 流经的管的热量排放能力:a娜=1500W/(m2 XK);
[0097] 例如电机-累-组的溫度:IV邸=80°C ;
[009引外界溫度外界=20°C;
[0099] 制冷剂的沸腾溫度:63.7°C;
[0100] 在管/管区段的长度范围内的平均溫度差AT:
[0101] 图 11: AT = 8(TC-63.7°C = 16.3°C。
[0102] 由此得到图11中例如从电机-累-组流至冷却介质的热流为Pzu = AXaX AT = 1630W。
[0103] PjBfi几 =：M0W。
[0104] 例如散热器的表面积:A夕廊=Im2;
[0105] 散热器的热量排放能力:〇々廊=20胖/(1112 XK);
[0106] 沸腾溫度:T麵=120°C;
[0107] 在散热器的长度范围内的平均溫度差at:
[010 引 图 11: AT=i2(Tc-2(rc = i0(rc。
[0109] 由此得到图11中例如从冷却介质至外界的热流为PAb=AXaX A T = 2000W。
[0110] 对于制冷剂来说，在散热器中排放的热能起到从气态或蒸汽状向液态改变的物态 改变的作用。在此，在整个物态改变期间，溫度都保持恒定。
[0111] 由于流过管，内侧的热传递系数a明显大于外侧(散热器采用自然方式或强制方式 对流），所W，从内侧排至外侧的最大能排放的热流明显取决于外侧的热传递。在A和a恒定 的情况下，只能通过提高溫度差A T来改善外侧的热传递。
[0112] 制冷剂的沸腾溫度T溯t取决于压力。通过提高压力，沸腾溫度上升。基于此，可W使 得利用额外地引入的压缩机做功得到加热的制冷剂借助冷却机构W较高的恒定的溫度差 排出。由此可W实现提高热量排放功效。压力通过节流阀得到减小，由此使得沸点处于较低 的溫度。运能实现蒸发器上的经调整的溫度差A T，运导致提高的热量吸收能力。
[0113] 因此，通过改变沸腾溫度，无论在内部还是在外部，都可W优化热量排放能力。
[0114] 图12所示为液压缸单元100的示意图。图12相应于图10,区别是，节流阀1042和压 缩机1044是可控的。在该实施例中，可W借助蒸发器(在内侧)改变压力，和/或借助冷凝器 (在外侧)改变压力，由此调节制冷剂回路118中的溫度。因而可W根据工作条件和外界条件 来调整热量排放能力。
[0115] 图13所示为液压缸单元100的示意图。图13相应于图3中所示实施例与图10中所示 实施例的组合。冷却机构108被设计用于将冷却介质导引到液压缸单元100的外表面224上， W便通过对流和/或热福射排出所吸收的热能。在液压缸单元100上，在外表面224上设置有 通风机326,用于在冷却机构108的表面上产生气流。在外表面224与冷却机构108之间，在外 表面224上设置有绝缘件1346。
[0116] 在该实施例中，把冷却剂输送到液压缸单元100的大的表面上。在运里，可W把内 部吸收的热能通过自然对流或强制对流和热福射排放至外界。例如，冷却剂可W如所示那 样螺旋状地沿着柱形表面引导。
[0117] 图14所示为液压缸单元100的示意图。图14相应于图10,区别是，在冷却回路118中 设置了带有通风机326的单独的冷凝器1448。
[0118] 图15所示为液压缸单元100的示意图。图15相应于图10,区别是，在冷却回路118中 设置了热交换器428。
[0119] 在该实施例中，热能通过热交换器428排放至另一冷却回路430。该实施例相比于 图12至图15中所示的实施例具有最大的热量排放能力，且可W实现很高的功率密度。在此 可W进一步利用系统的废热。
[0120] 图16所示为液压缸单元100的示意图。图16相应于图1，区别是，在冷却回路118中 设置了节流阀1042 W及两个止回阀1650、1652,并且冷却回路118被引导经过腔Kl。在此，腔 Kl用作压缩机。
[0121] 当前实施例的一个方面是，使用冷却介质，它把累104的和/或电机106的和/或系 统的其它热点（例如阀）的废热输送离开至冷却机构。对冷却介质的输送通过线性单元即活 塞杆的往复运动来进行。腔Kl是输送机构122的一部分。
[0122] 如果活塞杆122在图中向右移动，就吸入冷却介质。如果活塞杆122在图中向左移 动，冷却介质就被压缩，并朝向冷却机构输送。其前提是可压缩的冷却介质。随后的两个实 施例描述了其它设计方案。
[0123] -个实施例示出了液压缸100上的冷却回路118,其带有集成的累104和/或电机 106。在此，通过气缸运动对冷却介质进行被动的输送。
[0124] 有利地，系统内部的溫度比被均匀化。在此，无需额外的输送机构。
[0125] 在采用差动方式的同步缸中，腔K2和K3与K4面积相同，因而无需腔K1。该腔Kl现在 用来输送冷却介质。两个止回阀1650、1652确定了流向。
[0126] 图17所示为液压缸单元100的示意图。图17相应于图16,区别是，冷却机构具有与 冷却回路禪接的体积补偿蓄存器1754,用于补偿冷却回路118中的冷却剂体积。在该实施例 中，用于体积补偿的蓄存器1754位于冷却介质的管路120中。因而运里也可W使用不可压缩 的冷却介质，比如压力液体(例如液压油、泄漏机油）。
[0127] 图18所示为液压缸单元100的示意图。在该实施例中，使用一个简单的差动缸1856 来实现往复运动。电机-累-组102位于缸1856的外部或内部。由于运里为了往复运动使用了 两个腔K5和K6,所W并行地安装了一个单独的输送缸1858,其活塞杆1860与液压缸单元100 的活塞杆112禪接。因而在活塞杆112运动时，输送缸1858的体积也发生改变，冷却介质经由 止回阀1650、1652流入或流出输送腔K7，该输送腔也称为气缸腔K7。
[0128] 后续的实施例示出了液压设备的一部分，其例如包括罐、机组和液压的线性单元。 在此，累的泄漏机油被用来冷却组件例如电动机。有利地在系统内部实现了均匀的溫度比。 有利的是，无需额外的输送机构。在此，无需用于冷却介质的单独的输送机构，因为泄漏机 油处于压力下。
[0129] 图19所示为促动器机构102的示意图。该促动器机构102可W是在前述附图中示出 的促动器机构102的一个实施例。该促动器机构包括累104和与累104禪接的电机106。累104 通过抽吸管路1962与罐1964连接。有个压力管路1966从累104伸展离开，用来驱动液压机 构，比如在前述附图中描述过的液压缸单元100。该累具有泄漏机油接头1967,从该泄漏机 油接头伸出一个环绕电机106伸展的泄漏机油管路1968。泄漏机油管路1968被设计用来借 助于在泄漏机油管路1968中引导的用作冷却介质的液压介质吸收电机的热量，并把受热的 液压介质引导回到罐1964中。
[0130] 液压机组100由罐、累104和电机106构成，它把电功率转变为液压功率。位于罐 1964中的机油经由抽吸管路1962被抽吸至累104,且在较高的压力下借助压力管路1966被 排出。大多数累104由于传动机构或齿轮内部的间隙而具有泄漏机油接头1967。泄漏机油在 那里还有1-4己的剩余压力，且用于冷却电机106。因此，电机106的热量功率通过泄漏机油 进入罐1964中，且可W通过其表面被排放。
[0131] 图20所示为促动器机构102的示意图。图20相应于图19,区别是，在泄漏机油管路 1968上，在电机106与罐1964之间设置了带有通风机326的散热器1448。
[0132] 图20中所示的实施例相应于图19中所示的实施例，其带有泄漏机油的附加的冷却 机构（带通风机326的散热器1448)。在此，累104的和电机106的热量功率被排放至外界空 气，而不会进入到罐1964中。
[0133] 图21所示为促动器机构102的示意图。图21相应于图19,区别是，在泄漏机油管路 1968上，在电机106与罐1964之间设置了热交换器428。
[0134] 图21中所示的实施例相应于图20中所示的实施例，但带有热交换器428作为冷却 机构。在此，累104的和电机106的热量功率被排放至第二冷却回路。因而可W继续利用热量 功率。
[0135] 图22所示为促动器机构102的示意图。图22相应于图19,区别是，泄漏机油管路 1968从压力管路1966分出，且在压力管路1966与泄漏机油管路1968的环绕电机106伸展的 区段之间设置了节流阀1042。
[0136] 图22中所示的实施例相应于图19中所示的实施例，但在压力管路上带有节流阀 1042。由于并非每个累都具有泄漏机油接头，所W，可W通过节流阀1042在压力管路中产生 体积流。
[0137] 图23所示为液压缸单元100的示意图。图23相应于图1，区别是，冷却回路118经过 累104。因而在液压缸单元100中实现了所提出的方案的在图17至图22中示出的方面。
[0138] 该实施例示出了采用差动构造方式的同步缸。累和电机位于其内腔中，并把工作 介质（液压机油)输送到相应的腔K1、K2、K3或K4中。由此对活塞杆施加力，并使得活塞杆沿 所示方向移动。
[0139] 绝大部分的热量损失在电机和累中产生。在无W红色示出的冷却回路情况下，所 述热量损失必须首先经过两个壁W及经过液压缸的工作介质到达表面。由于没有大的热 阻，在无附加的热量排放情况下，系统会过热，因而必须W减小的功率工作。由于累的泄漏 机油尚有1-4己的剩余压力，所W，所述泄漏机油被用来冷却电机。累的和电机的热量功率 因而通过泄漏机油到达冷却机构。
[0140] 图24所示为液压系统2470的示意图。该液压系统2470具有=个液压缸单元100。运 些液压缸单元100可W分别是在前述附图中描述过的液压缸单元100的变型。冷却机构108 的冷却管路120具有散热器1448和通风机326。在此，冷却管路120经过适当成型，使得运些 液压缸单元100被并行地流过。因此，=个液压缸单元100具有一个共同的冷却机构108。
[0141] 在图24所示的实施例中，液压系统2470包括多个液压的线性单元100例如液压缸 单元100。冷却回路118吸收多个线性单元100的热量。可选地，例如可W后置一个吸附式制 冷机。在运种情况下，用热交换器来代替散热器1448。
[0142] 前述构思为紧凑的液压系统2470的热量收支提供改善。运导致提高了系统的功率 密度。系统2470的热量损失被汇集起来，且可W在需要时进一步使用。
[0143] 紧凑轴化ompaktachse) 100的绝大部分的热量损失在累104和电动机106上产生。 所述废热通过冷却回路118从紧凑轴100输送至冷却机构，例如带有通风机326的散热器 1448。
[0144] 图25所示为液压系统2470的示意图。该图相应于图24,区别是，液压缸单元100串 联地布置在冷却回路118中。
[0145] 该实施例因而相应于图24的实施例，但并非并行地工作，而是串行地工作。
[0146] 图26所示为液压系统2470的示意图。该图相应于图24,区别是，代替散热器和通风 机，冷却回路118具有热交换器428。通常，该热交换器428是用来利用废热例如用于为水加 热的机构。
[0147] 图27所示为吸附式制冷机2772和液压系统2470的简化图。该液压系统2470可W是 在图24至图26中所示的液压系统2470的实施例。吸附式制冷机2772与冷却负载2774比如开 关柜和返回式冷却器2776禪接。在一个实施例中，液压系统2470被设计用来控制蒸汽满轮 机2778。
[0148] 在很多应用情况下，比如在控制蒸汽满轮机时，多个轴100在空间上靠近地布置。 运些轴通过一个中央的冷却回路118相互连接。可选地，运里可W继续利用所汇集的热能， 例如在吸附式制冷机2772中用于冷却例如开关柜2774。
[0149] 运里示范性地介绍了在控制燃气和蒸汽满轮机时对紧凑轴100的废热的可能的利 用。在运种应用中，多个紧凑轴100组合地位于至多80°C的外界溫度下。运些紧凑轴100可W 在至多100°C的溫度情况下工作。
[0150] 各个紧凑轴100的热能首先借助于冷却回路11的C集起来，并被输送至吸附式制冷 机2772。所述的20kW的热功率现在可W转变为12kW的冷却功率，其中，需要在返回式冷却器 2776中排出32kW的热量。利用运12kW的热量，例如可W在环境溫度下对开关柜2774等予W 冷却，而无需额外的制冷机。通常排放至外界的20kW的损失热功率因而可W转变为12kW的 可用的冷却功率。
[0151] 针对所述范例，例如采用下述值：
[0152] 轴的功率:15kW;
[0153] 轴的效率:0.7;
[0154] 轴的满载度:50%;
[0155] 轴的废热：2.25kW;
[0156] 轴的数量:9;
[0157] 全部废热:-20kW。
[0158] 图28为方法2890的流程图。根据本发明的一个实施例的用于驱动液压单元的该方 法2890包括用于控制促动器机构的步骤2892W及用于利用与促动器机构禪接的冷却机构 来冷却促动器机构的步骤2894。
[0159] 运里所述的实施例利用了分散驱动的趋势、紧凑驱动的趋势、利用废热的趋势W 及系统的较高的功率密度的趋势。
[0160] 所示的实施例仅仅是示范性地被选择，且可W相互组合。
[0161] 附图标记清单
[0162] 100液压单元、液压缸单元
[0163] 102促动器机构
[0164] 104 累
[01化]106 电机
[0166] 108冷却机构
[0167] 110 主体
[016引 112输送机构
[0169] 114 凸缘
[0170] 116方向、移动方向
[0171] 118 冷却回路
[0172] 120 冷却管路
[0173] 122输送机构
[0174] Kl 腔、气缸腔、输送腔
[0175] K2 腔、气缸腔
[0176] K3 腔、气缸腔
[0177] K4 腔、气缸腔
[017引 224外表面、表面
[0179] 326通风机
[0180] 428热交换器
[0181] 430 冷却回路
[0182] 532溫度曲线
[0183] 634溫度曲线
[0184] 736溫度曲线
[0185] 838溫度曲线
[0186] T娜内部溫度
[0187] T夕廊夕F部溫度
[0188] AT溫度差
[0189] 940用于改变冷却机构的系统压力的机构
[0190] 1042 节流阀
[0191] 1044 压缩机
[0192] 1146溫度曲线
[0193] 1448散热器、冷凝器
[0194] 1650 止回阀
[0195] 1652 止回阀
[0196] 1754体积补偿蓄存器
[0197] 1856 缸
[019引 1858输送缸
[0199] 1860 活塞杆
[0200] K5 腔、气缸腔
[0201] K6 腔、气缸腔
[0202] K7 腔、气缸腔、输送腔
[0203] 1962抽吸管路
[0204] 1964 罐
[0205] 1966压力管路
[0206] 1967泄漏机油接头
[0207] 1968泄漏机油管路
[020引 2470液压系统
[0209] 2772吸附式制冷机
[0210] 2776返回式冷却器
[0211] 2778蒸汽满轮机
[0212] 2890 方法
[0213] 2892控制步骤
[0214] 2894冷却步骤
【主权项】
1. 一种液压单元（100)，带有用于驱动液压单元（100)的促动器机构（102)，其中，该促 动器机构（102)包括栗（104)和/或电机（106)，其特征在于与促动器机构（102)热耦接的用 来冷却促动器机构（102)的冷却机构（108)，其中，该冷却机构（108)包括带有用于冷却介质 的冷却管路（120)的冷却回路（118)和用于输送冷却管路（120)中的冷却介质的输送机构 (122)，其中，冷却介质是一种制冷剂。2. 如权利要求1所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)被设计用于把冷却介质引 导至液压缸单元(100)的外表面(224 )，以便通过对流和/或热辐射来排出所吸收的热能。3. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，具有用于在冷却机构（108) 的表面上产生气流的通风机(326)。4. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)具有用于改 变冷却机构（108)的系统压力的机构（940)，特别是用于改变在冷却管路（120)中的作为冷 却介质的冷却剂的系统压力的机构(940)。5. 如权利要求4所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)具有节流阀（1042)和/或 压缩机(1044)。6. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)与热交换器 (428)耦接，和/或冷却机构（108)具有散热器（1445)，其中，特别是通风机(326)与该散热器 配合作用。7. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，液压单元（100)至少部分地 包绕促动器机构（102)，促动器机构（102)特别是设置在液压单元(100)的内部。8. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)具有位于冷 却回路（118)上的至少一个止回阀（1650、1652 )，其中，该冷却回路（118)经过液压单元 (100)的气缸腔(K1;K7)，其中，输送机构（122)特别是包括至少一个止回阀（1651、1652)和 气缸腔(ΚΙ ;Κ7)，以便输送冷却介质。9. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，冷却机构（108)具有与冷却 回路（118)耦接的体积补偿蓄存器（1754)，用于补偿在冷却回路（118)中的冷却介质的体 积。10. 如上述权利要求中任一项所述的液压单元（100)，其中，冷却介质是液压介质，其 中，栗(104)的泄漏机油接头(1967)特别地与冷却回路(118)耦接，以便提供液压介质。11. 一种液压系统(2470)，带有根据上述权利要求中任一项的第一液压单元（100)和根 据上述权利要求中任一项的至少一个第二液压单元（100)，它们具有共同的冷却机构 (108)。12. 如权利要求10所述的液压系统（2470)，其中，第一液压单元（100)和至少第二液压 单元(100)并行地和/或串行地设置在冷却机构（108)的冷却回路(118)中。13. 根据权利要求1至11中任一项的液压单元（100)的废热和/或使用根据权利要求10 至11中任一项的液压系统(2470)的废热的应用，用于特别是借助于制冷机(2772)的另一冷 却过程和/或热过程。14. 一种用来驱动根据权利要求1至13中任一项的液压单元（100)的方法(2890)，其中， 该方法(2890)具有如下步骤： 控制(2892)促动器机构（102);和 利用与促动器机构（102)耦接的冷却机构（108)来冷却(2894)促动器机构（102)。
【文档编号】F15B21/04GK105822629SQ201511036291
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月19日
【发明人】A·京德, B·贝克曼, W·谢菲尔, J·施瓦克, M·拉姆佩尔
【申请人】罗伯特·博世有限公司