CN102057169A - 流体冷却装置 - Google Patents

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Abstract

一种流体冷却装置，其具有至少一个用于冷却至少一种流体的换热装置(10)和至少一个用于过滤能输送到消耗装置(14)的流体的过滤装置(12)，其特征在于：所述流体冷却装置具有补充抽吸装置(42)，该补充抽吸装置在需要时将短缺的流体输送到消耗装置(14)的吸入侧。

Description

流体冷却装置
技术领域
本发明涉及流体冷却装置，其具有至少一个用于冷却至少一种流体的换热装置和至少一个用于过滤能输送到消耗装置的流体的过滤装置。
背景技术
上述冷却装置可以在多种应用情况下使用并且可以按不同的实施方式在市场上自由获得。例如DE 100 09 864A1示出了一种冷却装置，其具有作为换热装置的、可被待冷却的流体尤其是液压油穿流的冷却单元和作为用于过滤流体的过滤装置的过滤单元，过滤单元与冷却单元一起被设置在一个共同的装置壳体中。由此，相对于其它已知的液体冷却装置避免多件式结构，从而在相同的功率下可以更紧凑更容易地实现该解决方案。此外，通过将冷却单元和过滤单元集成在一个装置壳体中还可以省去常见的管道铺设并且因此排除故障源。
在已知的解决方案中优选将冷却单元构造为板形的片式散热器。上述板式结构尤其在安装空间扁平的情况下是有利的，并且通过选择性地将过滤单元布置在冷却单元的水箱的右侧或左侧，能够交换冷却单元和过滤单元的顺序，这允许冷却装置很大程度地匹配于就地的安装条件。装置壳体可以由金属板件组合而成，但是优选构造成铸件，尤其是设置为铝铸件。尽管结构方式是紧凑的，但已知的解决方案很难构造并且结构设计相对复杂，这提高了制造成本。
此外，DE 103 28 177A1公开了一种作为模块结构单元的流体冷却装置，其具有驱动马达，该驱动马达驱动在风扇壳体中可旋转的风扇叶轮以及至少一个流体泵，借助流体泵可将至少一种流体从贮存储箱输送到具有消耗装置的液压工作回路中以及输送到相配的换热器中，消耗装置在运行中原则上加热流体，被冷却的流体从换热器返回贮存储箱，贮存储箱的一部分至少部分包围风扇叶轮以及构成风扇壳体，该风扇壳体优选由塑料材料以轻型结构方式构成。
这些已知的解决方案尽管结构方式紧凑，但仍具有对流体的良好的冷却和过滤效果。但是在消耗装置是所谓开放的流体回路循环的一部分例如以工作液压系统形式时，或设计作为封闭的、静液压的驱动装置如行驶驱动装置形式时，这些解决方案可能遇到了界限。在上述应用情况中，通常为了消耗装置的无干扰的运行需要确保设置在消耗装置上游的供给泵完全获得其所需的用于消耗装置的流体量。
在其它已知的系统中，如它们尤其是应用于车辆技术(工程机械)中并且在它们中流体冷却装置的结构组件部分地例如换热装置、过滤装置等可在空间中彼此分开地位于车辆的相互远离的位置上，也已经表明，尤其在供给泵为确保供给消耗装置的补充抽吸过程中由于因此长的供给路程必须被提供高的补充抽吸压力。其缺点是，因为高的补充抽吸压力使得流体中结合的、可以占10％或更多的流体体积的气体(空气)不希望地排出，这将导致“软”流体柱或“软”油柱并且妨碍向供给泵均匀地供给流体，而这又会在液压消耗装置中产生严重的干扰，此外还已经表明，上述效应还将导致损坏材料的气蚀现象，至少在供给泵中如此。
发明内容
因此从现有技术出发，本发明的任务是，在保留前述提及的已知流体冷却装置在其结构紧凑方面的优点的情况下对其进一步改进，使得液压回路的消耗装置持续地被供给所需要的流体量，优选以过滤的形式的流体，并且避免液压回路中的气蚀现象。具有权利要求1的全部特征的流体冷却装置解决上述任务。
根据权利要求1的特征部分，所述流体冷却装置具有补充抽吸装置，该补充抽吸装置在需要时将短缺的流体输送到消耗装置的吸入侧，由此总是确保从流体冷却装置过来的流体回流量完全输入给液压回路，液压回路尤其是以工作液压系统的形式。出于某种原因，如果通常在供给泵下游设置的液压消耗装置不能获得所需的回流量，则补充抽吸装置与主供给无关、以辅助供给的形式能够使供给泵和连接的液压消耗装置完全获得所需的流体量，从而就此而言实现无干扰的运行。
优选设计流体冷却装置的换热装置和过滤装置，使得液压消耗装置获得既冷却又过滤的流体。但是如果在换热装置和过滤装置上出现干扰，则流体冷却装置允许消耗装置的一种旁通供给的方式，这种旁通供给方式也用于所谓的冷启动过程。但是通常为消耗装置设定全流的回流过滤(Vollstrom-Rücklauffiltration)。
优选为补充抽吸装置配置背压阀，背压阀被设定为标准压力，例如0.5巴，并且就此而言确保消耗装置(例如静液压的行驶驱动装置的形式)的供给泵所需的流体量可以从过滤的回流量中获取，以确保所期望的全流抽吸过滤。如果多余的量以相应的压力升高出现在过滤装置的出口，则该多余的量可以通过所述背压阀逆着储箱的环境压力被排出，使得在限压意义中在用于消耗装置的回流管道中不会出现不允许的高压。就这点而言，首先在冷启动时还可以通过流体冷却装置实现对密封装置如轴密封装置的保护。
在本发明的流体冷却装置的一种特别优选的实施方式中规定：补充抽吸装置设有具有可预定的开启压力的补充抽吸阀和用于流体的、结构长度保持得短的补充抽吸管道，使得补充抽吸压力优化地得到最小化，以便至少在补充抽吸装置内部避免流体中结合的气体如空气的不希望的排出。这相对于现有技术具有这样的优点，即不会出现所述的“软”油柱，这有利于消耗装置的无干扰运行。还可以避免损坏材料的气蚀现象，该气蚀现象通常在流体中形成空腔时出现，当液体中的局部静压力降低到临界的极限值以下时尤其如此，该极限值通常大致等于液体的蒸发压力。尽管在本发明的解决方案中补充抽吸压力最小化，但导向消耗装置的油柱构成刚性供给系统，因此有效地阻止了能量损失，而这又有助于能量输入的最小化，尤其是用于驱动供给泵。就这点而言，尤其可以实现工程机械范畴中的有关的燃料节省。
在本发明的流体冷却装置的另一种特别优选的实施方式中规定：流体冷却装置具有驱动装置，该驱动装置为产生空气流而操作空气流动装置，以及具有用于贮存流体的储箱装置，该储箱装置包括用于空气流的贯通空间，该贯通空间至少局部接纳空气流动装置。通过上述结构实现紧凑的一揽子解决方案，其中，构造为冷却器的换热装置也可以包括多个冷却器回路。
由此也可以实现在保持短的结构长度保持的情况下将补充抽吸管道的一部分设置在储箱装置和接纳于过滤器壳体中的补充抽吸阀之间，因为储箱装置和过滤装置彼此直接相邻。
在本发明的流体冷却装置的另一种优选的实施方式中规定：在作为独立构件的换热装置上设置用于驱动装置的固定件，并且连接在换热装置上的储箱装置以其贯通空间至少局部接纳带有驱动单元的支座。由此得到驱动装置的驱动马达在冷却装置和空气流动装置的风扇之间的位置，这构成坚固的马达支座设计，从而就此而言实现低振动的运行，而这又有利地影响到补充抽吸装置的补充抽吸特性。
其它从属权利要求的主题是本发明的流体冷却装置的其它有利的实施方式。
附图说明
接下来借助实施例根据附图进一步说明本发明的流体冷却装置。在此示出原理性但不按尺度的视图。
图1流体冷却装置的基本结构的液压线路图；
图2根据图1的流体冷却装置的从前侧观察的透视俯视图；
图3相对于图2从后侧观察的流体冷却装置的结构组件的分解图；
图4根据图3的结构组件的一部分的局部图；
图5和6按图7总视图的过滤装置的上端部和下端部的纵剖视图；
图7具有补充抽吸装置的过滤装置的基本结构。
具体实施方式
根据图1的液压线路图示出了作为整体以10标记的换热装置用于冷却至少一种流体，尤其是液压油形式的流体。流体冷却装置还具有作为整体以12标记的过滤装置用于过滤流体，该流体可被输送到消耗装置14。在当前情况下，消耗装置14应由车辆(尤其是工程机械的形式)的静液压的驱动装置构成，该驱动装置通常能由一个没有被详细示出的供给泵或一组供给泵供给流体。此外，流体冷却装置具有风扇或鼓风机形式的空气流动装置16。空气流动装置的驱动通过驱动装置18进行，这里由可液压地驱动的马达构成。但是也可用电驱动马达(未示出)代替液压马达。并联于液压马达18，限压阀22接入液压回路20，该限压阀防止马达过载。在流体流动方向上、在马达下游设置可手动操作的二位三通控制阀24，该阀在其所示出的、允许通行的位置中产生从马达18到换热装置10的流体回路。在另一个转换位置中，该阀24阻断朝换热装置10方向上的液压回路，这使得能够进行维修工作，例如更换过滤装置12的用坏的过滤元件并且不会受回路20中随后流动的流体的影响。
图1中还可看到，液压马达18的输入侧通过第一连接位置26连接到带有所述消耗装置14的液压回路20上，就此而言用于无干扰地运行马达18的流体量的恒定分量直接输入液压马达。剩余流体量有选择地以可变的体积量通过另外的第二连接位置28在并行分支中向着流体方向在控制阀24的后面被输送到换热装置10。换热装置通过常见的截止阀30防止过载。在另一个并联于截止阀30和换热装置10的并联线路中，在液压回路20中接入温度控制的二位二通比例阀32，该比例阀随着流体温度的升高而过渡到阻断位置从而只将变热的流体输送到换热装置10。由于待输送的流体尤其在冷启动阶段是粘稠的并且就这点而言在冷态中也无需被冷却，所以可以通过将比例阀32在通行位置的方向上相应打开，给换热装置10卸载。
在任何情况下可预定的回流量到达过滤装置12的第一过滤元件34。就此而言过滤的且因此净化的流体接下来通过输出管道36到达第二过滤元件38，第二过滤元件设置在具有供给泵的消耗装置14的上游。在另一并行分支40中输出管道36通入作为整体以42标记的补充抽吸装置中。该补充抽吸装置具有在并行分支40中向着储箱侧44定向的背压阀46，该背压阀向着储箱侧44过渡到其打开位置并且在相反的方向上处于其在图1中所示的关闭位置。上述背压阀优选由弹簧加载的截止阀构成。并联于背压阀46设置，将相应的流体在背压阀的前面和后面连接到并行分支40中，在流体回路20中接入补充抽吸阀48，补充抽吸阀构造成截止阀形式，向着储箱侧44关闭并且在相反的方向上向着液压消耗装置14处于打开位置。在背压阀46典型地具有例如0.5巴的背压时，只要消耗装置14的供给泵需要从储箱侧44过来的贮存流体，则补充抽吸阀48直接打开，在经过过滤元件34的流体不够时尤其如此。
此外，第一过滤元件34具有并联的旁通阀50，该旁通阀构造为弹簧加载的截止阀，向着储箱侧44打开并且被调节为例如2巴的旁通开启压力。如果过滤装置12的过滤元件34被污染并且就此而言被堵塞，流体量可以在旁通阀50打开时到达液压消耗装置14，在上述旁通情况下前往消耗装置14的回流量的过滤通过第二过滤元件38进行。
背压阀46上例如0.5巴的背压确保，将从过滤装置12过来的就此而言被偏压的流体供给液压消耗装置14。如果从第一过滤元件34到达输出管道36以及并行分支40中的流体压力回流量的偏压升高，则背压阀46向着储箱侧打开并且就此而言减压直到回流量再次达到为消耗装置14规定的名义压力，在当前情况下为0.5巴。如果通过第一和第二连接位置26、28补充流入到液压回路20中的流体过少，则用于消耗装置14的供给泵的吸入侧允许从储箱贮存量中补充抽吸，其方式为：补充抽吸装置42的补充抽吸阀48朝消耗装置的方向上打开并且确保流体介质的补充流入。就这点而言，在消耗装置14运行时任何时候都不会产生消耗装置流体供应不足，这出于安全原因对于运行静液压的行驶驱动装置已经是必需的。
如现有技术所示，如果在车辆中贮存储箱以其储箱侧远离消耗装置14，则就此而言延长了补充抽吸管道52，补充抽吸阀48接入该补充抽吸管道中。考虑到该相对长的路程需要提高供给泵一方的抽吸功率以便可以必要充分地供给消耗装置14。但是，这最终导致补充抽吸压力的提高，这在不利情况下引起流体中结合的气体量(尤其以液压油中的空气的形式)被迫排出并且进入补充抽吸装置42的补充抽吸管道52中。这种气体或空气排出最终导致所谓的“软”油柱，使得连接在消耗装置14上游的供给泵的功能不仅被空气排出量损害，而且被补充流入的油柱缺少安全运转所需的刚性损害，这会导致整个装置在能量方面不利的运行损失。也不能排除关于气体或空气排出方面至少在供给泵上产生的气蚀现象，这将损坏供给泵。
本发明的目的是提供一种流体冷却装置，该流体冷却装置在消耗装置14运行时总是确保消耗装置获得其所需的流体量，除此之外，本发明的流体冷却装置还满足另一目的，即减小所提到的补充抽吸压力以便使位于补充抽吸管道52中的油量保持系统刚性并且避免结合的气体从油中不期望地排出。通过紧凑结构形式的流体冷却装置满足上述任务对流体技术领域的普通技术人员来说是意想不到的。
为了应对上述问题，补充抽吸装置42这样地设有具有可预定的低的开启压力的补充抽吸阀48以及用于流体的、结构长度保持得短的补充抽吸管道52，使得补充抽吸压力优化地得到最小化，以便避免流体中结合的气体例如空气在补充抽吸装置42内部的不希望的排出，以及涉及下游的消耗装置连同供给泵装置。
现在，图2以透视俯视图的形式示出了流体冷却装置的结构，该流体冷却装置就此而言是根据图1的液压线路图实现的。根据图2显示的流体冷却装置在换热装置10方面相对于图1的线路图还能如下优化，即上部区域54设置用于油的冷却，而下部区域56用于在一未示出的独立冷却循环中附加地冷却水。换热装置10构造为框式支架58的形式，框架自身之中以公知的方式接纳薄片60作为冷却单元，这些薄片为实现空气通行而彼此隔开距离。板式冷却器的上述结构在现有技术中是常见的，因此在这里不再进一步介绍。朝图2的视向看去，在换热装置10的后面连接有作为整体以62标记的储箱装置，该储箱装置根据图1的视图包括储箱侧44。上述储箱装置62优选构造为形状优化的空心塑料构件并且在其上侧面具有用于流体的补充填充装置64。
根据图3的分解图，储箱装置62包括框形的贯穿空间66，该贯穿空间用于接纳作为整体以68标记的空气流动装置，其包括朝外被防护栅72覆盖的、可被驱动的通风器或风扇79。尤其如图4的局部视图所示，设置弓形固定件74，构造为金属板成型件的固定件以其边缘板条76成夹子式地搭接换热装置10的框式结构58的彼此对置的端部竖杆并且固定在那里。边缘板条76通入倾斜延伸的固定板条，固定板条之间限定接纳板80，该接纳板居中地具有一贯通部，用于风扇叶轮或风扇70的驱动轴82。在接纳板80的背面并且由此在固定件74和片式冷却器的端面之间设置液压马达18，也可在该位置上通过固定件74支承和接纳各阀22、24、30和32，组合成一个块。就这点而言，储箱装置62的贯通空间66也接纳具有这些组件的固定件74，储箱装置62的自由端面齐平地靠置在换热装置10的框式箱58上并且与之固定连接。
通过这种结构产生用于流体冷却装置的特别刚性的整体系统，从而确保低振动的工作过程，这也有利地影响到补充抽吸装置42的运行。图3和图4尤其还描述了补充抽吸管道52，并且可见，通过在储箱装置62的底面上直接连接到换热装置10上，补充抽吸管道52的流体行程在结构长度方面很短，在此，补充抽吸管道52的短结构长度在尺寸上完全可达到200mm以及更小的数量级，这在现有技术中没有对应的。
接下来根据图5至7的视图进一步说明过滤装置12连同补充抽吸装置42。使用的两个过滤元件34、38与过滤装置12的纵轴线同轴地上下设置并且通过中间板84彼此分开。过滤元件34、38被接纳在流体密封的壳体86中，根据图1的液压线路图，该壳体具有相应的用于流体输送的流体入口和流体出口。由于上述连接技术是常见的，所以在此不再进一步说明。
图5和6分别为根据图7的上部区域和该图的下部区域的局部放大图。尤其如图5进一步所示，在过滤元件34的上端部设置旁通阀50，该旁通阀由多个单独的弹簧加载的截止阀构成。邻近所示截止阀的是多个通道88，这些通道确保向着过滤元件34的流体输送，流体从外向内流过上述过滤元件34。如果过滤元件34被污物堵塞，则旁通阀50打开并且流体量作为回流流体未过滤地进入输出管道36并且从该输出管道进入并行分支40，从而从内向外地流过另外的第二过滤元件38，第二过滤元件过滤污物。在旁通情况下被第二过滤元件38净化的流体接下来到达消耗装置14或者说到达在消耗装置上游设置的供给泵。
朝向图6的视向看去，设计在过滤装置12的下端部上的补充抽吸装置42在伸进并行分支40中的台肩形的突出部(Vorkrakung)的下端部上具有背压阀46和补充抽吸阀48。如果并行分支40中的压力超过背压阀46的压力，则环形阀体90克服弹簧92的预紧而打开，并且通常由第一过滤元件34净化的流体通过储箱侧44进入储箱装置62。如果在消耗装置14上进行补充抽吸过程，因为过滤装置12的输出管道36中短缺具有可预定的压力的流体量，则朝向图6的视向上，盘部件94被向上从环形阀支座90上抬起，该环形阀支座向上被突出部限定在阀的内部并且被补充吸入的流体可以从储箱侧4进入并行分支40并且在那里被第二过滤元件38过滤并且被消耗装置14的供给泵吸入。为了使阀48不被吸入并行分支40中，该阀48在其底面具有螺钉头形的扩宽部96，该扩宽部朝着环形阀支座90的下端面挡靠。因此，在上述补充抽吸情况下背压阀46处于其关闭位置中。
在压力开启情况方面，补充抽吸阀48在补充抽吸情况下几乎在环境压力打开，背压阀46在大约0.5巴打开，用于过滤元件34的旁通阀50在大约2巴打开。上述压力值仅为举例，也可以采用其它值。但是表明特征的是，旁通阀50的开启值大于背压阀46的开启值，而背压阀46又具有比补充抽吸阀48大的开启压力。由于过滤元件34、38的同心的布置，过滤装置12可以与补充抽吸装置42相结合地、节省空间地安装在壳体86中。
这种解决方案不仅局限应用于具有供给泵的静液压的驱动装置中，还可广泛应用于在需要时在补充抽吸循环中向液压消耗装置供给流体的情况。也可以在过滤装置12的过滤元件34和换热装置10之间将附加的工作液压系统(未示出)的引导流体的接头通入液压回路20，该附加的工作液压系统的温度远远小于作为消耗装置14的静液压的行驶驱动装置的温度。优选附加工作液压系统的流体接头在过滤元件34和旁通阀50之间的分支点上实现。

Claims (10)

1.流体冷却装置，其具有至少一个用于冷却至少一种流体的换热装置(10)和至少一个用于过滤能输送到消耗装置(14)的流体的过滤装置(12)，其特征在于：所述流体冷却装置具有补充抽吸装置(42)，该补充抽吸装置在需要时将短缺的流体输送到消耗装置(14)的吸入侧。
2.根据权利要求1的流体冷却装置，其特征在于：所述补充抽吸装置(42)具有带有能预定的开启压力的补充抽吸阀(48)和用于流体的、结构长度保持得短的补充抽吸管道(52)，使得补充抽吸压力优化地得到最小化，以便至少在补充抽吸装置(42)内部避免流体中结合的气体例如空气的不希望的排出。
3.根据权利要求2的流体冷却装置，其特征在于：所述过滤装置(12)具有至少一个过滤元件(34)，所述过滤元件将从换热装置(10)过来的流体的回流量过滤地输送到消耗装置(14)，并且补充抽吸装置的背压阀(46)确保，由消耗装置(14)所需要的流体量完全可供使用，所述流体量优选作为过滤的回流量。
4.根据权利要求3的流体冷却装置，其特征在于：在与背压阀(46)相反的打开方向上并且并联于背压阀地设置补充抽吸阀(48)，该补充抽吸阀朝消耗装置(14)的流体方向上打开。
5.根据权利要求3或4的流体冷却装置，其特征在于：并联于用于过滤回流量的过滤元件(34)地设置旁通阀(50)，该旁通阀朝消耗装置(14)的流体方向上打开。
6.根据权利要求3至5之一的流体冷却装置，其特征在于：在去往消耗装置(14)的流体方向上设有另外的过滤元件(38)，所述另外的过滤元件作为补充抽吸装置(42)的一部分。
7.根据权利要求1至6之一的流体冷却装置，其特征在于：各过滤元件(34、38)在关于过滤器壳体(86)纵轴线同心的前后相继的布置中作为过滤装置(12)的一部分被接纳在过滤器壳体(86)中，该过滤器壳体还至少接纳补充抽吸阀(48)、背压阀(46)和旁通阀(50)。
8.根据权利要求1至7之一的流体冷却装置，其特征在于：所述流体冷却装置具有驱动装置(18)，该驱动装置为产生空气流而操作空气流动装置(16)，以及具有用于贮存流体的储箱装置(62)，该储箱装置(62)包括用于空气流的贯通空间(66)，该贯通空间至少局部接纳空气流动装置(16)。
9.根据权利要求8的流体冷却装置，其特征在于：所述补充抽吸管道(52)的一部分在保持短的结构长度的情况下在储箱装置(62)和接纳于过滤器壳体(86)中的补充抽吸阀(48)之间延伸。
10.根据权利要求8或9的流体冷却装置，其特征在于：在作为独立构件的换热装置(10)上设置用于驱动装置(18)的固定件(74)，并且连接到换热装置(10)上的储箱装置(62)以其贯通空间(66)至少部分接纳带有驱动单元(18)的固定件(74)。
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