CN103328825B - 液体-空气冷却系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体-空气冷却系统（1），其具有至少一个风扇装置（2），所述风扇装置包括至少一个转速可调的风扇马达（3），所述风扇马达驱动风扇叶轮（4）以便产生用于流体回路（6）的流体（5）的冷却功率，其中，为了借助控制和/或调节装置（24）调节风扇马达（3）的转速，将在片式换热器（19）下游的至少一个实际值（tist）与一个规定值（tsoll）进行比较，该控制和/或调节装置根据相应机器单元（9）的当前功率值调整所述冷却功率。

Description

液体-空气冷却系统
技术领域
本发明涉及一种液体-空气冷却系统，具有至少一个风扇装置，所述风扇装置包括至少一个转速可调的风扇马达，所述风扇马达驱动风扇叶轮以便产生用于流体回路的流体的冷却功率，其中，为了借助控制和/或调节装置调节风扇马达的转速，将源于可通过冷却回路连接到该液体-空气冷却系统上的机器单元的至少一个实际值与一个规定值进行比较，从而根据相应机器单元的当前功率值调整该液体-空气冷却系统的冷却功率。
背景技术
EP0968371B1显示并描述了一种流体冷却装置，其包括电动机，该电动机驱动一个风扇叶轮以及一个流体泵，该流体泵将流体从油箱中取出并且输送到液压工作回路中。在该液压工作回路中，流体(液压介质)被加热并被输送给换热器，流体从该换热器中冷却后返回油箱。流体冷却装置的油箱构造成盆状并具有尤其拉高的盆边，所述盆边适合于构成一个外壳部件，该外壳部件容纳所述风扇叶轮并且构成用于该流体冷却装置的换热器的导气竖井。借助该流体冷却装置，可以在特别紧凑的结构形式下在其油箱中储存并循环大量流体。
DE10062534A1描述了一种用于控制多个通风器的转速的控制系统和方法，所述通风器用于冷却做工机械的多个流动介质。特别根据各传热核心的各个散热要求控制每一通风器的转速。在此相应的温度传感器监测每一流动介质的当前温度，其中每一传感器可运行以便形成信号，该信号一方面显示相应流动介质的温度并且另一方面被传输给电子控制装置，以便控制每一通风器的各独立的转速。
利用上述已知的解决方案原则上能够实现流体回路的流体的调温目的和尤其是冷却目的，但尤其是经过风扇装置后的流体的温度绝对地看取决于液压设备的相应的和可变的环境温度。因此在已知的液压设备或流体冷却装置中经过风扇装置后的流体的起始温度是波动的。
发明内容
从该现有技术出发，本发明所基于的目的在于提供一种液体-空气冷却系统，其风扇装置的冷却功率考虑该液体-空气冷却系统的环境温度，并且能够持久地提供流体的精确的规定温度。
根据本发明提供一种液体-空气冷却系统，其风扇装置具有由转速可调的风扇马达驱动的风扇叶轮，由此原则上可提供用于流体回路的流体的冷却功率，该冷却功率考虑源于可通过冷却回路连接到该液体-空气冷却系统上的机器单元的实际值、例如温度值。根据本发明，该液体-空气冷却系统还包括考虑规定值的可能性，在此将规定值与实际值进行比较，从而根据相应被供应以流体的机器单元的当前功率值调整所述冷却功率。
控制和/或调节装置用于这种规定值/实际值的比较和风扇马达的转速调节。在此实际值和规定值可通过温度值来表示。也可设定：通过其它适合的参数来说明实际值和规定值，所述参数涉及机器单元的当前工作地点和当前实际温度值，其反映有关该液体-空气冷却系统的当前运行条件。
在该液体-空气冷却系统的一种特别优选的实施例中并且尤其是在使用调节风扇叶轮转速的控制和/或调节装置的存储装置和处理装置的情况下，例如将风扇装置的进气侧的空气温度设置为规定值。液压设备的环境空气的温度或者机器单元的温度或机器单元的组件的温度用作规定值，所述机器单元或机器单元的组件为调温目的而被流体流经。
为了提高根据本发明的液体-空气冷却系统的能效，将环境空气设置为冷却介质，在此有利的是，风扇马达的转速被调节为，使得冷却介质的流体温度保持在比构成规定值的规定温度小例如5°开尔文或更多的值上。为了能够提供低成本的液体-空气冷却系统，有利的是，选择所谓的转速可变的马达作为风扇马达。另外，为了调节风扇马达进一步有利的是，还将这样的控制和/或调节装置与机器单元连接而使用，或者在使用总线系统的情况下将该控制和/或调节装置既用于传输规定值又用于传输实际值或从现场总线系统的意义上说用于网络连接多个机器单元。PID调节器在此调节风扇马达的转速。PID调节装置对于技术人员而言是公知的并且通常用于调节机械驱动装置的运行或机器单元的其它机械装备物品的运行。本发明在此包括任意形式的PID调节装置。在此PID调节装置的初始参数局限于风扇马达或风扇叶轮的最大允许转速。
在一种特别优选的实施例中，液体-空气冷却系统组合成一个紧凑的、所需安装空间最小化的单元，其包括流体箱、用于驱动流体泵的马达、流体泵本身和连带风扇叶轮的风扇马达和相配的散热器和散热器壳体。用于驱动流体泵的马达特别优选地直接安装在流体箱上。在此适宜的是，这样选择液体-空气冷却系统的所述组件的几何尺寸，使得风扇装置和用于驱动流体泵的马达基本上不超出流体箱的基面。
流体本身例如可以是变速器油或液压油或水-乙二醇混合物。
利用根据把本发明的液体-空气冷却系统优选可在机床、变速器、挤出机、马达、变频器或其它类型的机器单元上实现非常精确的调温目的，在此可以以最小化的能量消耗实现上述机器单元的持久的、相对于被调温的机器单元的温度波动精确的运行。借助根据本发明的液体-空气冷却系统也可向机器单元的床身或单独的机器构件、如机器单元的主轴供应流体、尤其是调温流体。
附图说明
下面根据附图借助实施例详细说明所述液体-空气冷却系统。附图是原理图并且未按比例示出。
图1为液体-空气冷却系统的透视图；
图2为图1中的液体-空气冷却系统的俯视图；
图3为根据本发明的液体-空气冷却系统的示意性线路图；
图4a为机器单元的示例性示出的输送给液体-空气冷却系统的热功率；
图4b为分别上下叠置显示的流体在进入机器单元之前的温度、流体在泵出口之后的温度、流体体积流量V和液压设备的环境空气温度的时间曲线图；
图4c为分别上下叠置显示的风扇马达的以安培度量的马达电流和风扇马达发出的以千瓦度量的马达功率的时间曲线图；以及
图4d为风扇马达的转速的时间曲线图。
具体实施方式
图1以透视图和局部分解图示出整体以附图标记1标记的液体-空气冷却系统，其用于向示意性示出的机器单元9或机器单元9的一个组件11供应设为调温流体的流体5。液体-空气冷却系统1包括风扇装置2，该风扇装置具有构造为电动机12的风扇马达3，该风扇马达驱动呈轴流式鼓风机形式的带有各个风扇叶片的风扇叶轮4。风扇叶轮4被按分配地容纳在风扇叶轮壳体22和防护栏17中。风扇叶轮壳体22可由塑料或金属板件制成。图2还示出图1中的液体-空气冷却系统的俯视图，为安全起见在风扇叶轮4的背后区域中设置防护栏18。在风扇叶轮4的与防护栏18相对置的一侧上设置呈片式散热器形式的换热器19。换热器19在被风扇掠过的整个投影面上延伸。
按照图1的观察方向，风扇叶轮4从右向左经由片式散热器的散热片并且向风扇马达3的方向吸取环境空气。原则上，所示的风扇装置2也可沿冷却空气的相反的流动方向设计和运行。风扇叶轮壳体22被设计成箱体形式并且在所示实施例中垂直地安装在流体箱13上。流体箱13构造成大致正方形的构件。流体箱13的横截面在此如图1所示构造成L形的，从而形成用于位于流体箱13中的流体泵14的马达15的安装底座20，该安装底座高出流体箱13的其余横截面。在风扇叶轮壳体22上设置配电条7。用于测定实际温度tist的传感器28在换热器19的流体连接中设置在片式散热器19和流体箱13之间。调节装置24位于马达3上。用于测定规定温度的传感器10沿流动方向观看位于片式散热器19之前并且被保护以防受到直接的空气流影响。整个风扇装置2和用于驱动流体泵14的马达15仅略微突出流体箱13的基面16。附加或替换地，也可借助相应的传感器直接在处于运行中的机器单元上获取规定温度。
在风扇马达3的上侧或者说在其设有散热片的外表面上直接安装有马达控制单元24。由此在马达控制单元24和风扇马达3之间形成集成的电缆连接。这构成一种结构性措施，用以避免在风扇马达3运行时的电磁干扰场并且提高液压设备1的电磁兼容性。马达控制单元24尤其是包括变频器，该变频器在所示实施例中由可通过电缆插接装置连接的单独的操作单元独立地参数化并且可适配于风扇马达3的相应的使用目的。
流体泵14在所示实施例中输送一种调温流体、优选水-乙二醇混合物并且构造为潜水泵。流体泵14在此原则上可在其结构方式中更多地针对在机器单元9的液体-空气冷却系统回路6中的流体5的大体积流量或更多地针对在机器单元9的液体-空气冷却系统回路6中的流体5的相应高的压力水平而设计，因而流体泵14的结构方式例如可以是离心泵或具有位移元件的泵(如滚子泵或叶片泵或齿轮泵)。为了从流体箱13中抽取流体，流体泵14的泵部件伸入流体箱中，但这并未详细示出。尤其是流体泵14具有用于从流体箱13中抽取流体5的泵孔25。在流体5经过机器单元9或机器单元9的组件11后，该流体经由接口K导入片式散热器19中。流体5冷却后离开换热器19并且直接经由实际值传感器和管路26进入流体箱13中。
在所示实施例中设定的温差在此为>5°开尔文。尤其是，在马达控制单元24中的PID调节器27用于风扇马达3的转速调节。配电条7、马达控制单元24以及PID调节器27也可组合在一个控制和/或调节块(未示出)中。
图4a至4d示出在液体-空气冷却系统1和借助其冷却的机器单元9运行时的有关运行参数的记录。因此，图4a示出在0至6000秒的时间间隔上通过在机器单元9中被加热的流体9从机器单元9输送给液体-空气冷却系统1的热功率。输送的热功率在该时间间隔中约在0.8至6.3kW之间波动。而在正常运行(1000秒至4500秒之间的时间间隔)期间，输送的热功率在所示实施例中约在2.5至6.3kW之间波动。
图4b示出在同一时间间隔上液体-空气冷却系统的有关温度曲线。图4b中最上面的曲线示出在液体-空气冷却系统1的入口处、即离开机器单元9之后并且在流入换热器19之前的流体5的温度的温度曲线的实施例。在此在该实施例中通过所述温度表示的规定值约在28和32℃之间波动。
在图4b中在上述曲线下方示出在离开之后并且在液体-空气冷却系统1中进行冷却过程之后的流体5的流体温度。可直接看出，流体5的起始温度在调节过程之后在约250至600秒的时间间隔中几乎保持不变并且保持在约27.8℃的温度上。
在图4b中在上述温度曲线下方示出在同一时间间隔中液体-空气冷却系统1中的流体5的体积流量曲线V。体积流量V在此几乎精确为25l/min。在图4b中在该曲线下方示出规定值的典型曲线，该规定值在此为液体-空气冷却系统1的环境空气的温度tsoll，在所述时间间隔中环境空气温度约在21和23℃之间波动。因此，根据本发明的液体-空气冷却系统1允许精确地温度控制机器单元9的组件11(如呈机床主轴驱动装置的形式)或整个机器单元9(如加工中心或机床)。因此，根据本发明的液体-空气冷却系统1能够显著提高加工时的机器精度。
图4c以上方曲线示出风扇马达3的马达电流的曲线并且以下方曲线示出风扇马达3的液体-空气冷却系统-马达功率的曲线。在所示实施例中，马达电流约在1.2和2.2安培之间波动，而在此记录的马达功率则约在0和400瓦特之间。
图4d示出风扇叶轮4的转速波动，该转速波动对于能够构成图4b中所示的流体5在离开换热器19之后的精确的起始温度是必需的。风扇叶轮4的转速在此在约200和接近1000转/分钟之间的相对大的范围中波动。所选择的转速或者说所选择的转速范围还记录液压设备1由于其风扇叶轮相对小的叶片端速而完全能够确保运行中小的噪声级。

Claims (12)

1.一种液体-空气冷却系统，具有至少一个风扇装置(2)，所述风扇装置包括至少一个转速可调的风扇马达(3)，所述风扇马达驱动至少一个风扇叶轮(4)以便产生用于流体回路(6)的流体(5)的冷却功率，其中，为了借助控制和/或调节装置(24)调节风扇马达(3)的转速，将至少一个实际值(tist)与一个规定值(tsoll)进行比较，从而根据相应机器单元(9)的当前功率值调整所述冷却功率；并且，环境空气被设置为冷却介质，并且风扇马达(3)的转速被调节为，使得冷却介质的流体温度保持在比构成所述规定值的规定温度小的值上。
2.根据权利要求1所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，对于所述规定值(tsoll)使用风扇装置(2)的进气侧(10)的空气温度。
3.根据权利要求1所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，对于所述规定值(tsoll)使用机器单元(9)的温度或机器单元(9)的组件(11)的温度。
4.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，所述风扇马达(3)的转速被调节为，使得风扇装置(2)的进气侧(10)的空气温度低于所述规定值(tsoll)。
5.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，所述风扇马达(3)是通过集成有具有PID调节器(27)的变频器电路的马达控制单元控制的转速可变的马达。
6.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，该液体-空气冷却系统(1)是一个紧凑单元，其包括流体箱(13)、带有马达(15)的流体泵(14)和带有控制和/或调节装置的风扇装置(2)。
7.根据权利要求6所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，用于驱动流体泵(14)的马达(15)和风扇马达(3)连同风扇叶轮(4)通过壳体(22)安装在流体箱(13)上。
8.根据权利要求6所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，风扇装置(2)和用于驱动流体泵(14)的马达(15)不超出流体箱(13)的基面(16)。
9.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，所述流体(5)是水-乙二醇混合物。
10.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，被该液体-空气冷却系统(1)供应以流体(5)的机器单元(9)是机床。
11.根据权利要求1至3之一所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，该液体-空气冷却系统(1)的流体(5)流经床身构件和/或机器构件。
12.根据权利要求11所述的液体-空气冷却系统，其特征在于，该液体-空气冷却系统(1)的流体(5)流经机器单元(9)的主轴。
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