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Die Erfindung betrifft einen Kühler für Hydrauliköl gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Das Hydrauliköl hydraulische Systeme muss auf Grund der Verlustleistung gekühlt werden. Durch zu hohe Öltemperaturen würde sonst die Lebensdauer der Komponenten und des Hydrauliköls sinken.
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Aus dem Stand der Technik sind Kühler für Hydrauliköle bekannt, die die Wärme des Hydrauliköls mittels eines Wärmetauschers an eine andere Flüssigkeit übertragen.
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Insbesondere werden hierbei Hydrauliköl-Kühlwasser-Wärmetauscher verwendet. Die Wärmemenge wird vom Hydrauliköl an das Kühlwasser übertragen und über einen weiteren Wärmetauscher schließlich zu einem Kältemittel transferiert. Eine Kompressionskältemaschine verdichtet das Kältemittel und kühlt es anschließend in einem Kondensator ab. Nach einer Entspannungsdrossel beginnt der Vorgang erneut.
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Dies hat viele Komponenten und einen großen Bauraum zur Folge. Zusätzlich erhöhen die drei separaten Fluidkreisläufe die elektrische Leistungsaufnahme, und die Effizienz sinkt durch die Übergangsverluste an den beiden Wärmetauschern.
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Die Druckschrift
CN 201547068 U zeigt eine Kompressionskältemaschine (10). Der Verdampfer ist als Rohrleitung (5) ausgeführt, die sich in einem mit Hydrauliköl gefüllten Tank (6) befindet. Das Kältemittel nimmt dadurch eine Wärmemenge auf und exportiert diese durch den Kondensator (2) in die Umgebung. Es ist kein zusätzlicher Kühlwasserkreislauf vorgesehen. Außerdem ist für den Transfer der Wärmemenge zwischen Hydrauliköl und Kältemittel kein Wärmetauscher vorhanden und somit auch keine Motor-Pumpen-Gruppe. Dies hat den Nachteil, dass das Rohrbündel im Tank nicht vom kompletten Kältemittel umströmt wird und dadurch die Kühlleistung einschränkt. Außerdem ist das Rohrleitungssystem gegenüber einem Wärmetauscher dahingehend unterlegen, dass die Oberfläche deutlich geringer ausfällt. Diese Idee hat weiterhin den Nachteil, dass die Rohrleitung im Hydrauliktank nicht gesondert umströmt wird. Dies schränkt die Effizienz des Kühlers ein, da in einer Ecke (unten links) kaum Wärmemenge aufgenommen wird. Ein weiterer Nachteil ist die Positionierung des Verdampfers im Hydrauliktank. Dadurch muss das Kältemittel von der Kompressionskältemaschine zuerst zum Hydrauliksystem transportiert werden. Dabei ist davon auszugehen, dass das Kältemittel durch die Umgebungstemperatur erwärmt wird und sich die zur Verfügung stehende Kälteleistung am Verdampfer reduziert.
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In der Druckschrift JPH02204118 geht es um das Heizen oder Kühlen des Fahrgastraums eines Fahrzeugs. Auch hier ist die Idee einer direkten Übertragung der Wärmemenge zwischen Hydrauliköl und Kältemittel einer Kompressionskältemaschine realisiert. Dazu wird ein Wärmetauscher verwendet. Hierbei fließt das Hydrauliköl durch die Hülle (41), in der sich auch Rohrleitungen (42) für das Kältemittel befinden. Der Hydraulikölkreislauf (6) und der Kältemittelkreislauf (3) werden über Hydropumpen mit Riemenantrieb angetrieben. Der Riementrieb selbst wird über einen weiteren Hydraulikkreislauf mit Hydropumpe in Rotation versetzt. Durch diese Konstruktion wird eine Vielzahl an Komponenten benötigt, wodurch die Effizienz sinkt. Nachteilig ist weiterhin, dass der Wärmetauscher aus einer zweigeteilten Kammer für das Hydrauliköl und eine Rohrleitung für das Kältemittel besteht. Die Umströmung der Rohrleitung ist somit nicht optimal gelöst und schränkt die Kühlleistung ein.
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Die
CN 208417137 U offenbart einen schrankartigen Kühler für Hydrauliköl mit einem Plattenwärmetauscher, der die Wärme des Öls direkt an ein Kältemittel überträgt.
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Kühler für Hydrauliköl zu optimieren, der eine Kompressionskältemaschine aufweist, dessen Verdampfer eine Wärmetauscher ist. Dabei sollen ein hoher Wirkungsgrad, ein günstiger Preis auf Grund standardisierter Produkte und ein geringer Bauraum realisiert werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kühler für Hydrauliköl mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Hydraulikaggregat mit einem derartigen Kühler gemäß Patentanspruch 8.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Beansprucht wird ein Kühler für Hydrauliköl. Darin findet ein Übertrag von Wärme aus dem Hydrauliköl an ein Kältemittel einer Kompressionskältemaschine statt, die auch als Expansionskältemaschine bezeichnet werden kann. Die Kompressionskältemaschine hat einen Verdampfer, der als Plattenwärmetauscher ausgeführt ist, und der von dem Hydrauliköl und dem Kältemittel durchströmt wird. Weiterhin hat die Kompressionskältemaschine einen Kompressor und einen Kondensator, der auch als Verflüssiger bezeichnet werden kann, und eine Entspannungsdrossel. Vorteile des Plattenwärmetauschers sind der hohe Wirkungsgrad, der günstige Preis aufgrund standardisierter Produkte und der geringe Bauraum.
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In der JPH02204118 verfügt der zweite Hydraulikölkreislauf zwar über eine Ölpumpe, diese wird allerdings mechanisch über einen Riementrieb angetrieben. Auch der Kompressor wird per Riementrieb mit Leistung versorgt.
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Erfindungsgemäß werden demgegenüber voneinander unabhängige Antriebe einer Ölpumpe (Umwälzpumpe für den Ölkreislauf) und des Kompressors über einen jeweiligen Elektromotor vorgesehen. Damit wird ein weiter verbesserter Wirkungsgrad erreicht, und es erlaubt weiterhin die freie Wahl der Anordnung der Kompressionskältemaschine.
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Erfindungsgemäß ist der Elektromotor der Ölpumpe ölgekühlt.
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Eine besonders bevorzugten Weiterbildung betrifft die geometrische Anordnung. Hierbei bildet die Kompressionskältemaschine inklusive Plattenwärmetauscher eine Einheit oder ein Modul, die bzw. das unabhängig von einem betroffenen Hydraulikaggregat positioniert werden kann. Das Hydrauliköl wird durch die Ölpumpe und einen entsprechenden Schlauch oder eine entsprechende Leitung zum Plattenwärmetauscher gefördert.
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Somit ist der Plattenwärmetauscher in die Kompressionskältemaschine integriert, und das heiße Hydrauliköl muss über den Schlauch oder die Leitung zum Plattenwärmetauscher transportiert werden. Hierbei kann bereits ein Teil der Wärmemenge durch Abstrahlung an die Umgebung abgegeben werden und die Effizienz des Kühlers weiter verbessert werden.
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Die Elemente der Kompressionskältemaschine, also Kompressor und Verflüssiger und Entspannungsdrossel inklusive dem Plattenwärmetauscher und vorzugsweise auch der Elektromotor des Kompressors können z.B. auf einer gemeinsamen Grundplatte oder in einem gemeinsamen Gehäuse montiert sein, und so baulich die Einheit bzw. das Modul bilden.
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Dabei kann die Einheit bzw. das Modul auf der Oberseite eines Hydraulikaggregats angeordnet sein. Dort ist auch die Zufuhr von Luft an den Kondensator problemlos möglich.
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Dabei kann das Hydraulikaggregat in einem schrankförmigen Gehäuse angeordnet sein.
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Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung ist die Ölpumpe vorzugsweise an einem Öltank angeordnet, aus dem sie das Hydrauliköl zum Plattenwärmetauscher und zurück in den Öltank fördert. So kann problemlos auch ein größerer Abstand oder ein gewisser Höhenunterschied zwischen dem Öltank und Kompressionskältemaschine inklusive dem Plattenwärmetauscher realisiert werden. Außerdem wird die Geräuschemission der Ölpumpe durch die direkte Nähe zum Öltank verringert.
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Durch die Anordnung der Ölpumpe direkt in der Nähe des Öltanks und unterhalb des Flüssigkeitsniveaus des Öltanks sinkt der erforderliche Saugdruck.
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Dabei kann die Ölpumpe und/oder ihr Elektromotor auch im Innern des Öltanks angeordnet sein. Dann sind die Ölpumpe und ihr Elektromotor allseits vom Hydrauliköl umgeben. Damit ist die Schallisolierung optimiert.
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Der Stator des Elektromotors kann durch einen Teil des vom Plattenwärmetauscher zurückströmende Hydrauliköl gekühlt sein. Ein anderer Teil des zurückströmenden Hydrauliköls wird über eine Bypassleitung direkt zurück in den Öltank geführt.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kühlers für Hydrauliköl ist in den Figuren dargestellt.
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Es zeigen:
- 1 einen hydraulischen Schaltplan des erfindungsgemäßen Kühlers für Hydrauliköl gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
- 2 in einem schematischen Längsschnitt den Kühler aus 1 mit einem Hydraulikaggregat.
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1 zeigt den Kühler mit einer Kompressionskältemaschine 1 in einem hydraulischen Schaltplan. Das Hydrauliköl wird dabei aus einem Öltank 2 gesaugt und nach Durchlaufen eines Plattenwärmetauschers 4 wieder in diesen zurückgeleitet. Der Plattenwärmetauscher 4 ist der Verdampfer für das Kältemittel der Kompressionskältemaschine 1.
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Durch diesen Aufbau wird die Wärmemenge aus dem Hydrauliköl zum Plattenwärmetauscher 4 geführt und dort auf das Kältemittel transferiert. Vom Plattenwärmetauscher 4 gelangt das Kältemittel in einen Kompressor 6, wo es unter Zufuhr von Arbeit eines Elektromotors 8 verdichtet wird. In einem Kondensator 10 gelangt die Wärmemenge dann in die Umgebung. Das Kältemittel wird bei einer Entspannungsdrossel 12 wieder in den Ursprungszustand entspannt.
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Ein Ölkreislauf hat eine mittels eines Elektromotors 14 angetriebene Ölpumpe 16, die das zu kühlenden Hydrauliköl aus dem Öltank 2 ansaugt und durch eine Zuleitung 18 zum Plattenwärmetauscher 4 und von dort über eine Rückleitung 20 zurück zum Öltank 2 fördert.
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2 zeigt in einem schematischen Längsschnitt den Kühler aus 1 und ein Hydraulikaggregat 23 mit seinem Öltank 2.
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Die mit dem Elektromotor 14 angetriebene Ölpumpe 16 befindet sich dabei in direkter Nähe zum Öltank 2 und unterhalb dessen Hydraulikölspiegels.
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Der erfindungsgemäße Plattenwärmetauscher 4 befindet sich dabei in der Kompressionskältemaschine 1. Dadurch ist es möglich, durch eine beliebig lange Zu- und Rückleitung die Kompressionskältemaschine 1 beliebig zu positionieren. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Kompressionskältemaschine 1 auf einer Platte 24 montiert, die auf dem Hydraulikaggregat 23 angeordnet ist, sodass keine zusätzliche Stellfläche notwendig ist.
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Ein Gehäuse 22 des Hydraulikaggregats 23 ist als Schaltschrank ausgebildet und enthält auch die Kompressionskältemaschine 1.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlers ist der kleine Kältemittelkreislauf 26. Da Kältemittel umweltschädlich und/oder leicht brennbar sind, gibt es strenge Regularien in Abhängigkeit von der verwendeten Menge. Durch die in 2 dargestellte geometrischen Anordnung mit kurzen Leitungen wird nur eine sehr geringe Menge an Kältemittel benötigt. Dadurch lassen sich voraussichtliche kritische Mengen unterschreiten, sodass keine besonderen Regularien eingehalten werden müssen.
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Durch die Anordnung der Ölpumpe 16 mit Elektromotor 14 in den vorhandenen Schaltschrank des Hydraulikaggregats 23 wird die Anzahl der benötigten Komponenten reduziert und eine hohe Effizienz erreicht.
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Zusätzlich ist es erfindungsgemäß vorgesehen, den Elektromotor 14 der Ölpumpe 16 mit dem Hydrauliköl zu kühlen. Gemäß 2 ist eine Durchströmung eines Stators des Elektromotors 14 im Rücklauf vorgesehen. Wie oben beschrieben wird das Hydrauliköl von der Ölpumpe 16 aus dem Öltank 2 über eine Saugleitung 18a angesaugt und zum als Plattenwärmetauscher 4 ausgebildeten Verdampfer der Kompressionskältemaschine 1 über die Zuleitung 18 gefördert. Von dort wird das gekühlte Hydrauliköl über die Rückleitung 20 zurück in den Öltank 2 gefördert.
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In der Rückleitung 20 entsteht eine Parallelschaltung, und das gekühlte Hydrauliköl teilt sich mengenmäßig auf. Dabei fließt ein Teil des Hydrauliköls durch den Stator des Elektromotors 14, wodurch dieser gekühlt wird. Der andere Teil fließt durch eine Bypassleitung 20a direkt zurück in den Öltank 2. Durch eine Volumenstromregelung in der Bypassleitung 20a wird zusätzlich der Volumenstrom durch den Elektromotor 14 und somit die Kühlleistung dort geregelt.
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Damit ist eine vorrichtungstechnisch einfache Motorkühlung realisiert. Da die Ölpumpe 16 und der Elektromotor 14 des Hauptantriebs in der Nähe des Öltanks 2 angeordnet sind, bietet sich die zuvor beschriebene Motorkühlung mit Bypassleitung 20a an. durch die Regelung der Bypassleitung 20a kann außerdem die Kühlleistung für den Elektromotor 14 bedarfsgerecht und individuell eingestellt werden.
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Anstelle der Parallelschaltung im Rücklauf (Rückleitung 20) ist eine Parallelschaltung im Vorlauf (Zuleitung 18) denkbar. Die Positionierung der Motorkühlung im Vor- oder Rücklauf ist als gleichwertig anzusehen und kann individuell entschieden werden.
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Offenbart ist ein Kühler für Hydrauliköl. Die Wärme aus dem Hydrauliköl wird an ein Kältemittel einer Kompressionskältemaschine 1 übertragen. Diese hat dazu einen Verdampfer, der als Plattenwärmetauscher 4 ausgeführt ist, der von dem Hydrauliköl und dem dort verdampfenden Kältemittel durchströmt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kompressionskältemaschine
- 2
- Öltank
- 4
- Plattenwärmetauscher
- 6
- Kompressor
- 8
- Elektromotor
- 10
- Kondensator
- 12
- Entspannungsdrossel
- 14
- Elektromotor
- 16
- Ölpumpe
- 18
- Zuleitung
- 20
- Rückleitung
- 20a
- Bypassleitung
- 22
- Gehäuse
- 23
- Hydraulikaggregat
- 24
- Grundplatte
- 26
- Kältemittelkreislauf
