DE3835222C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Hydraulik-Ölbehälter mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Hydraulik-Ölbehälter sind an sich bekannt.

Ein bei Hydraulik-Ölbehältern der bisher bekannten Bauarten auftretendes Problem besteht darin, daß in vielen Hydraulikanlagen eine beträchtliche Verlust­ wärme entsteht, die abgeführt werden muß. Neben der Speicherung des Hydraulikmediums übernimmt der Ölbe­ hälter hierbei die Aufgabe, den Hauptteil der an­ fallenden Wärmemenge an die umgebende Luft abzuführen. Hieraus ergibt sich auch seine Dimensionierung, wel­ cher aufgrund der vorgegebenen Einbauverhältnisse oftmals Grenzen gesetzt sind.

Eine sehr wesentliche Einflußgröße für die abgeführte Wärmeleistung (P_Q) ist hierbei die Wandstärke s des Ölbehälters. Bei der Wärmeleitung durch eine ebene Wand bestimmt sich diese bekanntlich durch die Formel:

Hierin bedeuten:

P_Q = Wärmeleistung;
λ = die Wärmeleitzahl des eingesetzten Materials;
Δt = die Temperaturdifferenz zwischen den Oberflächen­ temperaturen an der Behälterinnen- und -außenwand;
A = die vorgegebene Behälteroberfläche;
s = Wandstärke.

Zur Verbesserung der Wärmeleistung ergibt sich somit die Notwendigkeit die Wandstärke s des Ölbehälters so gering wie möglich zu halten, da beispielsweise eine Halbierung der Wandstärke bereits eine Verdoppelung der Wärmeleistung ergibt, wobei für den Wärmedurchgang noch die jeweiligen Wärmeübergangszahlen zu berück­ sichtigen sind.

Die Möglichkeit der Wandstärkenverringerung bei Hydraulik-Ölbehältern waren jedoch bisher begrenzt dadurch, daß die Aufbauten der Hydraulik-Aggregate beträchtliche Gewichte haben. Außerdem treten hohe dynamische Belastungen auf, verursacht durch starke Druckstöße in den bewegten Flüssigkeitssäulen aufgrund häufiger Schaltvorgänge. Dieses hat zur Folge, daß bisher mit relativ hohen Wandstärken von 4 bis 6 mm gearbeitet werden mußte und daß für die erwünschte Verringerung der Wandstärke eine geringere, mecha­ nische Stabilität in Kauf genommen werden müßte.

Ein weiterer Umstand, welcher einer Verringerung der Wandstärke bei konventioneller Bauweise entgegensteht, ist die Tatsache, daß die Hydraulikpumpe als Bestand­ teil des Aggregats Pulsationsfrequenzen erzeugt, welche insbesondere in dünneren, glattwandigen Blech­ wänden Resonanzerscheinungen verursachen und zu einer unangenehmen Lärmbelästigung führen.

Es ist bekannt geworden, den Hydraulik-Ölbehälter an den vertikalen Seitenwandflächen mit massiv ausge­ bildeten Rippen zu versehen, welche außerdem als Kühlrippen wirken sollen. Hierdurch ergibt sich zwar eine Stabilisierung, welche eine Verringerung der Behälterwandstärke ermöglicht. Allerdings bedingt eine stabile Befestigung der aufzuschweißenden Rippen eine breite Rippenbasis, welche ihrerseits wiederum den Wärmedurchgang im Rippenbereich behindern kann, ins­ besondere durch die Gefahr, daß sich am Übergang zwischen Rippe und Behälterwand ein isolierender Luftspalt bildet. Dies hat sich somit auch als wenig wirksam erwiesen, zumal bei diesen massiven Kühlrippen zwar die Wärmeaustrittsfläche beträchtlich vergrößert werden kann, nicht aber die Wärmeeintrittsfläche, da die Oberflächen im Innenraum des Behälters weiterhin ebene Flächen sind. Ein Aufschweißen von Rippen, auch an der Behälterinnenwandung, ist zudem kostenmäßig nicht mehr vertretbar.

Die wenig effiziente und zudem sehr aufwendige An­ bringung von aufgeschweißten Massivrippen hatten zur Folge, daß insbesondere aus Blechen geschweißte Hy­ draulik-Ölbehälter bisher unverrippt waren und fast ausschließlich mit glatten Wandungen versehen wurden.

Man hat bisher versucht die wenig wirksame Wärmeabfuhr solcher Behälter durch eine starke Überdimensionierung der Behälteroberfläche auszugleichen. Dies hatte zur Folge, daß mit einem Vielfachen der für die Hydraulik­ anlage an sich notwenigen Ölmenge gearbeitet wurde, um eine unzulässige Erwärmung des Öls zu vermeiden.

Wo eine Überdimensionierung aus Platzgründen nicht möglich ist, ist auch bekanntgeworden dem Hydraulik- Ölbehälter eine separate Kühleinrichtung zuzuordnen, die außerhalb des Behälters angeordnet ist und mit dem Behälter über Leitungen verbunden ist, durch die das Öl hindurchgepumpt werden muß. Diese Lösung hat sich aber als außerordentlich kosten- und auch als raum­ aufwendig erwiesen.

Schließlich ist es noch bekannt, auf einem Hydraulik- Ölbehälter die jeweils ohnehin vorhandene Motor- Pumpeneinheit mit einem auf der Antriebswelle mon­ tierten Lüfterrad zu versehen und mit diesem eine Kühlschlange bzw. ein Rippenrohr anzublasen, durch welches mindestens ein Teilstrom des Öls hindurchge­ führt wird. Auch diese Lösung ist sehr aufwendig und hat sich aufgrund des zu geringen Luftdurchsatzes und zu geringer Kühlflächen als wenig wirksam erwiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Hydrau­ lik-Ölbehälter mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß eine ausreichende Wärmeabfuhr sichergestellt ist, ohne daß eine geringere Stabilität in Kauf genommen werden muß, ohne daß aufwendige Zusatzmaßnahmen ergriffen werden müssen und ohne daß eine starke Überdimen­ sionierung des Behältervolumens vorgenommen werden muß.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen aus dem kennzeichnenden Teil des Patent­ anspruchs 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Hydraulik-Ölbehälters sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, an den Seitenwandflächen des Behälters angeordneten Verstei­ fungsrippen als ölführende oder luftführende Hohl­ rippen auszubilden, so daß bei geringer Wandstärke sowohl eine ausreichende Stabilität als auch eine erhöhte Wärmeabführung erreicht werden, wobei einer­ seits die Wärmeaustrittsfläche und die Wärmeeintritts­ fläche erheblich vergrößert wird und andererseits durch eine sich ausbildende vertikale Konvektions­ strömung innerhalb der Innenräume der Versteifungs­ rippen ein guter Wärmeaustausch erreicht wird.

Zusätzlich können auch an der Bodenplatte des Be­ hälters als Hohlrippen ausgebildete Versteifungsrippen angeordnet werden.

Die Anwendung hohler Rippen insbesondere als Kühl­ rippen ist an sich bekannt, bei Hydraulik-Ölbehältern wurde dieses Prinzip allerdings bisher nicht einge­ setzt. Dies ist vermutlich u.a. darauf zurückzuführen, daß fertigungstechnische und anwendungstechnische Schwierigkeiten zu erwarten waren. Bei einem Hydrau­ lik-Ölbehälter zirkuliert das Öl ständig durch die gesamte Hydraulikanlage und läuft dabei durch sehr empfindliche Aggregate. Das Öl darf deshalb keineswegs verschmutzt werden, und es muß bei der Konstruktion der Hydraulik-Ölbehälter besonders darauf geachtet werden, daß der Behälter leicht gewartet und gereinigt werden kann und daß sich im Behälterinnenraum keine Korrosion bildet und keine vom Schweißprozeß anhaften­ den Fremdpartikel befinden. Er soll daher möglichst wenig schlecht zugängliche Stellen oder Toträume in seinem Innenraum enthalten. Außerdem sollen seine Innenflächen mit einer ölbeständigen Korrosionsschutz­ schicht versehen sein.

Bei der Anwendung massiver Kühlrippen treten in dieser Hinsicht keine Fertigungs- und Anwendungsprobleme auf, da die Innenflächen des Behälters eben und ohne Ecken und Toträume ausgeführt werden können. Wesentlich schwieriger stellt sich die Verarbeitung der Hohl­ rippen dar. Besonders problematisch ist die Auf­ bringung der inneren Schutzschicht in den Hohlrippen nach erfolgtem Zusammenbau des Behälters. Erschwerend kommt hinzu, daß eine vor dem Zusammenbau aufgebrachte Schutzschicht durch das Verschweißen der dünnwandigen Hohlrippenbleche mit dem Bodenblech und dem Deckblech bzw. Deckblech-Rahmen im Bereich der Schweißnähte wieder verbrennt. Ein erneutes Auftragen einer Schutz­ schicht ist jedoch nur möglich, wenn die Metallober­ fläche in den Hohlrippen vorab mittels Sandstrahlen oder eines anders geeigneten Verfahrens wieder gereinigt und neutralisiert wird. Sowohl das Neutra­ lisieren als auch das Auftragen der Schutzschicht ist jedoch aufgrund der Tiefe und Enge der Hohlrippen innerhalb des Behälters praktisch nicht durchführbar.

Es hat sich jedoch herausgestellt, daß die fertigungs­ technischen und anwendungstechnischen Probleme lösbar sind durch die Ausführung gemäß dem Lösungsprinzip nach Patentanspruch 1. Dieses ermög­ licht die Vorfertigung von Rippenelementen mit einem verschweißten Rahmen. Diese Rahmenelemente lassen sich einerseits bedeutend einfacher neutralisieren und mit einer Schutzschicht versehen als die kompletten Be­ hälterelemente, beispielsweise im Tauchverfahren. Andererseits verhindert der stabile Rahmen später beim Aufschweißen des vorgefertigten Elementes auf die Behälterwand, daß die Schutzschicht in den Hohlrippen verbrennt.

Mit dem erfindungsgemäßen Hydraulik-Ölbehälter können ganz erhebliche Vorteile erreicht werden. Da die Verrippung einerseits durch die Wandstärkenver­ ringerung und andererseits durch die Oberflächenver­ größerung einen hervorragenden Kühleffekt erzielt, kann mit wesentlich kleineren Behälterabmessungen gearbeitet werden. Dieses führt zu einer entsprechen­ den Verringerung des Ölvolumens und des Platzbedarfs. Folge hiervon ist eine Reduzierung des Materialein­ satzes. Der Materialbedarf für die Rippen selbst wird auch deshalb nicht erhöht, weil die Wandstärke der Versteifungsrippen erheblich kleiner ist als die Stärke einer glatten Seitenwand. Bei besonders engen Einbauverhältnissen können die Rippen auch nach innen gelegt werden, da im Behälterinnenraum ausreichend Platz vorhanden ist. Hier wird in der Regel nur die Saugleitung und die Rücklaufleitung installiert, in einigen Fällen auch eine Tauchpumpe oder ein Heizele­ ment mit vernachlässigbar geringem Platzbedarf.

Die Ausführungsform mit nach außen ragenden Rippen ermöglicht eine besonders gute Luftzirkulation zwischen den Versteifungsrippen, während die Ausführ­ ungsform mit nach innen ragenden Rippen eine besonders gute Raumausnutzung gawährleistet und die Verstei­ fungsrippen sind gegen Beschädigungen besser ge­ schützt. Weiterhin kann bei dieser Ausführungsform der Behälter in seinen Abmessungen noch besser an be­ stehenden Normungen angepaßt werden.

Bei den bekannten Behältern mußte wegen der notwendigen Stabilität mit Wandstärken von 4 bis 6 mm gearbeitet werden, während bei dem erfindungsgemäßen Behälter im Bereich der Rippen Wandstärken von 1 bis 1,5 mm ausreichen, da die Stabilität durch die Bildung der Rippen gesichert ist. Somit ergibt sich schon allein durch die Verringerung der Wandstärke eine viermal so hohe Wärmeleitung durch die Wand.

Aufgrund dieser Umstände und des Fortfalls der zuvor erwähnten teuren separaten Zusatzkühler verringern sich die Herstellungs- und Betriebskosten beträcht­ lich. Durch die stark reduzierte Ölmenge ergibt sich nicht nur die Öleinsparung, sondern es verringern sich außerdem noch die Entsorgungskosten bei jedem Wechsel der Ölfüllung.

Bei der bereits erwähnten besonders vorteilhaften und wichtigen Ausführungsform nach Patentanspruch 2 wird durch die Anordnung der Versteifungsrippen in einem Rahmen, der in eine Öffnung in der Seitenwand des Behälters einsetzbar und dort beispielsweise einschweißbar ist, in den Seitenwänden des Behälters eine Art "thermisches Fenster" geschaffen. Der Be­ hälter kann dann in einer ganz normalen Ausführungs­ form wie bisher ausgeführt werden und in seinen Ab­ messungen an bestehende Normungen angepaßt werden. In die freigelassenen Öffnungen der Seitenwände können dann die Einsatzteile mit den Versteifungsrippen ein­ gesetzt werden, wobei das vorgefertigte Rippenpaket wahlweise nach außen hervorragen als auch in den Behälterinnenraum hineinragen kann, so daß in diesem Falle die Hohlrippen Luft führen. Bei dieser Aus­ führungsform besteht eine außerordentliche Freiheit in der Ausgestaltung und Anordnung der mit den Versteifungsrippen versehenen Einsatzteile, was bei­ spielsweise die Anzahl, die vertikale Höhe und die horizontale Länge der Rippen betrifft.

Es ist weiterhin sehr vorteilhaft, wenn bei den nach außen ragenden Hohlrippen gemäß Patentanspruch 13 der Innenraum der Versteifungsrippen eine nach innen schräg abfallende Bodenfläche besitzt. Dadurch wird verhindert, daß sich in den ölführenden Rippen Verun­ reinigungen absetzen können und außerdem wird die sich einstellende Konvektionsströmung begünstigt.

Im folgenden werden anhand der Zeichnungen zwei Ausführungsbeispiele für einen Hydraulik-Ölbe­ hälter nach der Erfindung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 in stark schematisierter Darstellung einen Horizontalschnitt durch einen Hydraulik-Ölbe­ hälter;

Fig. 2 den Hydraulik-Ölbehälter nach Fig. 1 in einer Vorderansicht;

Fig. 3 den Hydraulik-Ölbehälter nach Fig. 1 in einer Seitenansicht;

Fig. 4 eine andere Ausführungsform eines Hydraulik- Ölbehälters in einer Rückansicht.

Der in den Fig. 1 bis 3 stark schematisiert darge­ stellte Hyraulik-Ölbehälter setzt sich zusammen aus einer horizontal angeordneten Bodenplatte 1, einer zur Bodenplatte parallel angeordneten Deck- und Mon­ tageplatte 2 sowie zur Bodenplatte und Deckplatte senkrecht stehenden Seitenwändan 3, 4, 5 und 6. An der Unterseite der Bodenplatte sind die Behälterfüße 7 angeordnet. Auf der Montageplatte 2 können in nicht dargestellter Weise weitere Vorrichtungen beispiels­ weise eine Pumpe sowie Anschlußelemente zur Zu- und Abführung des Hydraulik-Öls angeordnet sein. Die Montageplatte 2 ist in einem Rahmen 8 gelagert.

In der vorderen Seitenwand 3 befindet sich eine mit einem Deckel 9 verschließbare Öffnung, durch die der Innenraum des Behälters zu Reinigungszwecken zu­ gänglich ist. Weiterhin ist an der Vorderseite in üblicher Weise eine Ölstandsanzeige 10 angeordnet.

Zur Erhöhung der Stabilität und zur Abführung der im Öl enthaltenen Wärme sind die beiden seitlichen Seitenwände 4 und 6 sowie die hintere Seitenwand 5 mit Versteifungsrippen 11, 12 und 13 versehen, die jeweils einen hohlen Innenraum aufweisen, der sich bei den nach außen ragenden Rippen 11 und 13 zum Innenraum des Behälters hin bzw. bei den nach innen ragenden Rippen 12 nach außen öffnet. In Fig. 1 sind diese Verstei­ fungsrippen in der schematischen Darstellung mit einem im wesentlichen keilförmigen Querschnitt dargestellt. Selbstverständlich können diese Versteifungsrippen jede beliebige an sich bekannte Form von Versteifungs­ rippen besitzen. Wichtig ist lediglich, daß jede Rippe einen hohlen Innenraum besitzt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Versteifungs­ rippen in vertikaler Richtung über die gesamte Höhe der Seitenwände, und die Seitenwände sind auf ihrer ganzen Breite mit Versteifungsrippen versehen. Hier sind je nach den Erfordernissen auch andere Anordnung­ en mit weniger oder kürzeren oder auch schmaleren Rippen möglich.

Unterhalb der Versteifungsrippen sind jeweils Gebläse 14, 15 und 16 angeordnet, die so angeordnet sind, daß der austretende Luftstrom zwischen den Rippen entlang­ geführt ist, so daß eine weitere Verbesserung des Wärmeaustausches zwischen den Versteifungsrippen und der Umgebungsluft sichergestellt ist. Die vordere Seitenwand 3 ist frei von Versteifungsrippen, da an ihr die Reinigungsöffnung, die Ölstandsanzeige und Durchführungen für ölführende Leitungen, Heizstäbe und dergleichen angeordnet sein sollen. Im allgemeinen besitzt diese vordere Seitenwand 3 dann eine etwas größere Wandstärke als die Seitenwände 4, 5 und 6 mit den Versteifungsrippen.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform eines Hydraulik-Ölbehälters entspricht in ihrem Grundauf­ bau mit einer Bodenplatte 21, einer Deckplatte 22 und Seitenwänden 24, 25 und 26 (die vordere Seitenwand ist nicht sichtbar) sowie Behälterfüßen 27 im Prinzip der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3. Der entscheidende Unterschied besteht in der Art wie in den Seitenwänden 24, 25 und 26 die Versteifungsrippen angeordnet sind. Zu diesem Zweck ist in der hinteren Seitenwand 25 eine Öffnung angeordnet, in die ein Einsatzteil eingesetzt und durch Schweißen mit der Behälterwand verbunden ist, das aus einem Rahmen 18 besteht, in dem nach innen ragenden Versteifungsrippen 32 angeordnet sind.

Die Rippen sind in Fig. 4 noch stärker vereinfacht angedeutet. Sie können in der Weise wie in Fig. 1 angedeutet ausgebildet sein oder auch eine andere Form mit hohlem Innenraum aufweisen. In ähnlicher Weise sind in der Seitenwand 24 ein Rahmen 17 mit nach außen ragenden Versteifungsrippen 31 und in der Seitenwand 26 ein Rahmen 19 mit nach außen ragenden Versteifungs­ rippen 33 angeordnet.

Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform weist noch eine weitere Besonderheit auf, indem, wie aus der Zeichnung zu ersehen, die nach außen ragenden Ver­ steifungsrippen 31 und 33 an ihrem unteren Ende je­ weils eine nach innen abfallende Abschrägung 31a bzw. 33a aufweisen. Wichtig an dieser Abschrägung ist, daß im nicht dargestellten Inneren dieser Rippen die Bodenfläche des Innenraums schräg nach innen abfällt, so daß sich auf dieser keine Verunreinigungen an­ sammeln können und die Konvektion im Rippenhohlraum begünstigt wird.

Da Verunreinigungen und Schwebeteilchen unter einem bestimmten Winkel ausfallen, ist es darüber hinaus ein Vorteil, daß die Bodenfläche des Innenraums der Ver­ steifungsrippen nicht auf dem Niveau des Behälter­ bodens liegt, sondern erhöht angeordnet ist.

Auch bei dieser Ausführungsform können im Bereich unter den Versteifungsrippen Gebläse 34, 35 und 36 angeordnet sein. Diese Anordnung bietet gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 3 den Vorteil, daß die Gebläse unten an den Seitenwänden 24, 25 und 26 be­ festigt werden können, so daß sie beim Transport der Behälter und beim Reinigen des Bodens unterhalb des Behälters nicht im Wege sind.

Weiterhin bietet diese Ausführungsform den Vorteil, daß Durchbrüche für ölführende Leitungen, Heizstäbe und dergleichen nicht nur an einer Wand, wie bei­ spielsweise der Frontwand 3 in Fig. 1 bis 3, sondern an allen vier Seitenwänden montiert werden können.

Claims (5)

1. Hydraulik-Ölbehälter mit einer Bodenplatte, einer Deckplatte und Seitenwänden sowie Anschlußelementen zur Zu- und Abführung des Hydrauliköls, wobei mindestens ein Teil der Seitenwände mit senkrechten Rippen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Rippen (11, 12, 13) einen hohlen Innenraum aufweisen, der sich bei nach außen ragenden Rippen (11, 13) zum Innenraum des Behälters und bei nach innen ragenden Rippen (12) nach außen öffnet, und daß die Rippen (11, 12, 13) zumindest einer Seitenwand auf einem gesonderten, einen Rahmen (17, 18, 19) aufweisenden Einsatzteil ausgebildet und in eine entsprechende Öffnung der Seitenwand eingesetzt sind.

2. Hydraulik-Ölbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Bodenplatte (21) zusätzliche Versteifungsrippen angeordnet sind, deren hohler Innenraum sich zum Innenraum des Behälters hin oder nach außen öffnet.

3. Hydraulik-Ölbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Innenraum der Versteifungsrippe (31, 32, 33) im wesentlichen über die gesamte vertikale Höhe der Versteifungsrippe erstreckt.

4. Hydraulik-Ölbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Versteifungsrippen mindestens ein Gebläse (14, 15, 16) so angeordnet ist, daß der vertikal austretende Luftstrom zwischen den Versteifungsrippen entlanggeführt ist.

5. Hydraulik-Ölbehälter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Versteifungsrippen so getroffen ist, daß die Bodenfläche des Innenraums der Versteifungsrippen (31, 32, 33) jeweils etwas höher liegt als die Bodenfläche des Behälterinnenraums.