DE4400487A1 - Pumpenträger mit integriertem Ölkühler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Pumpenträger zum Verbinden einer Hydraulikölpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, mit einem in den Grundkörper des Pumpenträgers integrierten Ölküh­ ler für das Hydrauliköl und mit einem innerhalb des Pumpenträ­ gers angeordneten Radiallüfter.

Ein Pumpenträger der eingangs genannten Gattung zum Verbinden eines Antriebsmotors mit einer Pumpe ist durch das DE-Patent 2750967 bekannt. Bei diesem erstreckt sich der Kühler in Form von 4 Sektionen um den gesamten Umfang des verwendeten Radi­ allüfters. Die durch die 4 Kühlerelemente gebildeten Kühlka­ näle werden in Umfangsrichtung von dem zu kühlenden Pumpenme­ dium durchflossen und radial zwischen den Kühllamellen von Luft, entweder von innen nach außen oder abwechselnd in be­ nachbarten Bereichen von außen nach innen und von innen nach außen, durchströmt. Im letztgenannten Fall tritt die Luft im Bereich von zwei einander gegenüberliegenden Elementen ein und im Bereich der beiden anderen, in Umfangsrichtung um 90° versetzten Elemente, wieder aus. Hierfür ist es notwendig, die durch die Ansaugöffnungen angesaugte Luft mehrmals umzulen­ ken, damit sie zum innenliegenden Ansaugbereich des Radial­ lüfters gelangen kann. Dadurch entstehen größere Strömungs­ verluste.

Zu berücksichtigen ist auch, daß die für den Antriebsmotor notwendige Kühlluft von einem Lüfterrad erzeugt wird, das an dem der Pumpe abgewandten Ende des Motors angeordnet ist. Die Kühlluft strömt axial, das Motorgehäuse einhüllend, in Pumpenrichtung. Ein bedeutender Teil der erwärmten Motorkühl­ luft trifft auf den Ansaugbereich des Ölkühlers und wird mit der diesem zugeführten Kühlluft angesaugt. Dabei kommt es vor dem Eintritt zu einer Vermischung mit einer Erhöhung der Kühllufttemperatur für den Ölkühler. Der Temperaturgradient zwischen Ölkühler und atmosphärischer Luft wird reduziert, die Kühlleistung nimmt entsprechend ab.

Um hier Abhilfe zu schaffen, wird mit der EP-Patentanmeldung 91116497.8 (0482378A1) für einen Pumpenträger der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, den Kühler in vorzugsweise zwei getrennte, in Umfangsrichtung einen Abstand zueinander aufweisende Kühlkörper aufzuteilen, denen eine entsprechende Anzahl getrennter Kühlluftströme zugeführt werden. Die An­ saugöffnungen für die Kühlluft am Umfang sind versetzt zu den Kühlkörpern in dem durch den Abstand definierten Bereich und an der dem Motor abgewandten Seite des Pumpenträgers angeord­ net. Der größere Abstand vom Antriebsmotor setzt die Intensi­ tät der Vermischung mit der erwärmten Motorkühlluft zwar her­ ab, eine Vermischung kann jedoch nicht vollständig vermieden werden.

Ein weiterer Nachteil ist mit der Durchströmung der Kühler­ lamellen mittels Kühlluft von innen nach außen verbunden. Die in der Luft enthaltenen Staubpartikel verschmutzen allmählich die Kühlerlamellen. Betroffen sind vor allem die von dem Luft­ strom zuerst erfaßten Kühllamellen. Bei einer Führung der Kühlluft von innen nach außen sind das die innenliegenden Be­ reiche des Ölkühlers, die eine Beobachtung und Feststellung des Grades der Verschmutzung erschweren.

Die von Zeit zu Zeit notwendige Reinigung ist durch das Ab­ saugen von innen nach außen schwierig, da innenliegende Staubpartikel durch den gesamten Kühler gesaugt werden müs­ sen.

Schließlich verursacht der für eine effiziente Kühlung not­ wendige Radiallüfter in Verbindung mit den Leitelementen ganz erhebliche Betriebsgeräusche, die durch die Ansaug- und Aus­ trittsöffnungen der Luft in die freie Atmosphäre gelangen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Pumpenträger der eingangs genannten Gat­ tung zu schaffen, bei dem die Umgebungsluft ohne Einfluß durch bereits erwärmte Kühlluftanteile des Antriebsmotors und des Pumpenträgers in den Ölkühler gelangen kann. Außerdem soll sich der Pumpenträger durch eine Kompaktbauweise, ver­ besserte Reinigungsmöglichkeiten und eine Geräuschreduzierung auszeichnen. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine im Grundkör­ per zwischen dem Ölkühler und dem Lüfterrad gebildete Unter­ druckkammer vorgeschlagen, der die Ansaugöffnung des Lüfter­ rades zugewandt ist und die Lüfterdruckseite mit einer eine Vermischung von kalter Ansaug- und erwärmter Auslaßluft wir­ kungsvoll anschließende Auslaßöffnung des Grundkörpers kom­ muniziert.

Vorzugsweise wird die Auslaßöffnung in einer dem Kühlerein­ tritt abgewandten Grundkörperseite angeordnet. Zur Verbesse­ rung der Führung der durch den Kühler angesaugten Luft und deren Weiterleitung zur Auslaßöffnung ist das Lüfterrad vor­ zugsweise von einem Leitblech umgeben.

Um das Ansauggeräusch, das sich als besonders störend bemerk­ bar machen kann, zu dämpfen, ist es von besonderem Vorteil, in Strömungsrichtung der Luft hinter dem Ölkühler streifen­ förmige Umlenkelemente anzuordnen, die sich z. T. überlappen. Dadurch ergibt sich eine erhebliche Dämpfung des durch den Kühler nach außen tretenden Ansauggeräuschs.

Bei der Verwendung mehrerer Ölkühler mit Luftansaugöffnungen an mehreren Schmalseiten des Grundkörpers wird vorzugsweise eine Unterdruckkammer innerhalb des Pumpenträgers dadurch ge­ bildet, daß das Lüfterrad seitlich versetzt neben den Wärme­ tauscherflächen des oder der Ölkühler angeordnet ist, wobei die Ansaugöffnung des Lüfterrades zur Erzeugung eines Unter­ drucks dem von dem oder den Ölkühlern umfaßten Raum des Pum­ penträgers zugewandt ist und die Lüfterdruckseite mit einer ringförmigen, den gesamten Umfang des Pumpenträgers umfassen­ den Auslaßöffnung im Bereich zwischen Ölkühler und dem An­ triebsmotor in Verbindung steht.

Die Erfindung ermöglicht sowohl den Einsatz mehrerer Ölkühler als auch eines einzelnen Hochleistungs-Wärmetauschers, der leistungsfähiger ist als die bisherige bekannte Verwendung von Ringkühlern. Insbesondere im letztgenannten Fall ent­ steht ein geringerer Druckverlust durch größere Strömungs­ querschnitte. Möglich ist eine optimale Abstimmung von Gehäu­ se und Lüfterrad sowie eine vollständige Ausformung der Lüf­ terspirale im Gehäuse. Dadurch ergibt sich eine optimale Nut­ zung des Lüfterrades, versehen mit einem entsprechend hohen Luftdurchsatz. Durch fehlende weitere Wärmetauscher werden erhebliche Kosten eingespart. Die Montage beim Kunden wird vereinfacht. Das Risiko einer Leckage wird reduziert. Es ist ohne Schwierigkeiten ein Austausch eines Hochleistungskühlers gegen einen Hochdruckkühler möglich.

Von besonderem Vorteil ist das Ansaugen der kalten Umgebungs­ luft durch den Wärmetauscher, wobei durch die Unterdrucker­ zeugung im Innenraum des Pumpenträgers eine gleichmäßige Durchströmung des Wärmetauschers erreicht wird. Die Tempe­ ratur der angesaugten Umgebungsluft kann nicht durch be­ triebswarme Vorrichtungsteile ungünstig beeinflußt werden. Die Verschmutzung eines ansaugenden Wärmetauschers ist von außen sowohl gut erkennbar, als auch ohne Betriebsunterbre­ chung beseitigbar, denn eine Demontage zur problemlosen Rei­ nigung des Wärmetauschers durch Absaugen der sich vor allem auf den äußeren Kühllamellen absetzenden Schmutzpartikel von außen ist nicht notwendig.

Weitere wichtige Vorteile gegenüber Ausführungen nach dem Stand der Technik sind das Fehlen eines störenden Luftstroms im Arbeitsbereich des Personals neben der Motorpumpeneinheit. Der Ansaugtrakt ist etwas seitlich zur Pumpen-Motorachse versetzt und befindet sich außerhalb des Warmluftstromes des Antriebsmotors.

Bei einer Ausführung mit mehreren Wärmetauschereinheiten am Umfang des Grundkörpers kann die aus dem Pumpenträger aus­ tretende Kühlluft über eine ringförmige Auslaßöffnung an der Motorseite des Pumpenträgers allseitig radial abströmen, so daß die vom Antriebsmotor zum Ölkühler strömende Kühlluft ebenfalls gehindert wird, diese zu erreichen. Die den Motor verlassende, erwärmte Kühlluft wird beim Auftreffen auf die den Pumpenträger verlassende Kühlluft radial abgelenkt. Diese Wirkung kann verstärkt werden, wenn der austretenden Kühlluft eine in Richtung des Motors weisende axiale Strö­ mungskomponente beigegeben wird. Sie sorgt dafür, daß es zu keiner Grenzschichtvermischung im Bereich der Ölkühler­ einlässe kommt.

Weitere, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt und nachstehend erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die schaubildliche Darstellung eines zwischen einem Antriebsmotor und einer Pumpe angeordneten Pumpenträgers mit mehreren auf dessen Umfang ver­ teilt angeordneten Wärmetauschereinheiten,

Fig. 2 ein Montageschaubild des Gesamtaggregats gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch den Pumpenträger nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ein Lüfterrad mit radial endenden Laufschaufeln,

Fig. 5 ein Radiallüfterrad mit vorwärtsgekrümmten Schau­ feln,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch den Pumpenträger im Bereich des Lüfterrades,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch den Pumpenträger im Bereich des Lüfterrades einer weiteren Ausführung,

Fig. 8 die schematische Darstellung des Strömungsbildes der ausströmenden Kühlluft, des Pumpenträgers nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 9 das Montageschaubild einer weiteren Ausführung eines Pumpenträgers mit einem einzigen Wärmetau­ scher und einem vertikalen Luftaustritt,

Fig. 10 die schaubildliche Darstellung des Pumpenträgers gemäß Fig. 9, z. T. geschnitten,

Fig. 11 einen Vertikalschnitt durch den Pumpenträger im Bereich des Leitblechs des Radiallüfters,

Fig. 12 einen Pumpenträger nach den Fig. 9 und 10 in schaubildlicher Darstellung und z. T. geschnitten mit Schalldämpfungselementen in der Unterdruck­ kammer.

Die für die Erläuterung der Zeichnung hauptsächlichsten Ein­ zelteile sind in der nachstehenden Bezugszeichenliste mit zu­ gehörigen Bezugsziffern aufgeführt, wobei in allen Figuren für gleiche Teile auch gleiche Ziffern verwendet werden:

Bezugszeichenliste

1 Antriebsmotor
1a Motorgehäuse
2 Hydraulikölpumpe
3 Pumpenträger
4 Tragplatte
5a-5d Ölkühler
6 Motortragflansch
7 Tragring für Ölkühler
8 Lüftergehäuse
9 Verbindungsstege des Lüftergehäuses
10 Auslaßöffnung, ringförmig
11 pumpenseitige Trag­ platte
12 Pumpentragflansch
13 Pumpensaugleitung
14 Pumpendruckleitung
15 Lüfternabe
16 Laufschaufel, radial
17 Leitblech
18 Motorwelle
19 Pumpenwelle
20a, 20b Kupplungsnaben
20c Kupplungsring
21 Laufschaufel, radial mit axialer Strömungs­ komponente
23 Luftspalt
24 Laufschaufel, han­ delsüblicher IEC- Lüfterflügel mit axialer Strömungs­ komponente
25 Leitblech
26 Luftspalt
27 Gewindebohrungen für Motortragflansch
28 Gewindebohrungen für Pumpentragflansch
30 Innenraum
40 Grundkörper des Ölkühlers
41 Wärmetauscher
42 Ölstromeinlaß
43 Ölstromauslaß
44 Austrittsöffnung
45 Deckfläche des Grundkörpers
46 Lüfterrad
47 Luftleitblech
47a Saugöffnung
48 Lüftungsgitter
52 Unterdruckkammer
53 Umlenkelemente
55, 56 Gehäuseaussparungen.

Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Antriebsmotor 1 über einen Motortragflansch 6 mit dem Pumpenträger 3 verbun­ den, an dessen dem Motor abgekehrter Seite eine anzutreibende Hydraulikölpumpe 2 angeflanscht werden kann. Hierfür ist die Pumpe mit einem Verbindungsflansch 12 ausgerüstet. Das Ge­ samtaggregat ruht auf einer Tragplatte 4, die beispielsweise die Deckfläche eines Ölbehälters sein kann, aus dem die Pumpe das Hydrauliköl über die Saugleitung 13 ansaugt und in die Pumpendruckleitung 14 weitergibt. In den Pumpenträger sind 4 Ölkühler 5a bis 5d integriert. Der Pumpenträger besteht aus einer pumpenseitigen Tragplatte 11 und einem motorseitigen Ring 8, der gleichzeitig das Lüftergehäuse bildet. Zwischen beiden ist ein Tragring 7 zur Aufnahme der Ölkühler angeord­ net. Das Lüftergehäuse 8 ist mit dem Motorflansch 6, die Tragplatte 11 mit dem Pumpentragflansch 12 verschraubt. Die entsprechenden Gewindebohrungen sind mit 27 und 28 bezeich­ net. In den Pumpenträger reichen die Antriebswelle 18 und die Abtriebswelle 19 für die Pumpe. Sie werden durch die Kupplung 20a-20b verbunden.

Das mit einer Nabe 15 auf der Motorwelle 18 sitzende Lüfter­ rad mit radial gerichteten Laufschaufeln 16 saugt aus dem Innenraum 30 des Pumpenträgers Luft und fördert diese durch die ringförmige Öffnung 10 nach außen. Der sich bildende Un­ terdruck führt zu einem Ansaugen der Umgebungsluft durch die Kühllamellen, was in den Fig. 1 und 3 gut zu erkennen ist.

Durch die der ausströmenden Luft beigegebene, axial auf den Antriebsmotor gerichtete Komponente wird eine einwandfreie Trennung der vom Antriebsmotor kommenden erwärmten Kühlluft von der zu den Ölkühlern strömenden Umgebungsluft erreicht. Das Strömungsprinzip und die Trennung der beiden Luftmassen ist in der Fig. 1 dargestellt.

Um innerhalb des Pumpenträgers die erwärmte Kühlluft dem Ra­ diallüfter gezielt zuführen zu können, ist ein trichterförmig ausgebildetes Luftleitblech 17, 22 bzw. 25 eingesetzt, das der äußeren Form des Gebläses entspricht, so daß keine Neben­ luft gezogen werden kann und ein entsprechend hoher Wirkungs­ grad erzielt wird.

Wie die Fig. 8 erkennen läßt, wird durch die radial austre­ tende Kühlluft ein einem Luftvorhang ähnliches, nahezu lük­ kenloses Strömungsbild erreicht. Es wird nur durch die Ver­ bindungsstege 9 zwischen dem äußeren Teil des Lüftergehäuses 8 und dem Tragring 7 des Ölkühlers unterbrochen. Dieser nahe­ zu lückenlose Luftschirm mit einer gegen den Antriebsmotor gerichteten Axialkomponente verhindert mit großer Zuverläs­ sigkeit eine Vermischung der angesaugten Kühlluft mit der vom Motor abgeströmten.

Der Pumpenträger 3 in der Ausführung nach den Fig. 9 bis 12 besteht aus einem gehäuseförmigen Grundkörper 40, dessen der Ölpumpe 2 zugekehrte Seite mit einem Pumpenadapterflansch oder Tragplatte 11 versehen ist. An der dem Betrachter zuge­ wandten Schmalseite ist lediglich ein Wärmetauscher 41 ange­ ordnet, dessen Lamellen von zu kühlendem Öl durchströmt wer­ den. Das Öl tritt über den Einlaß 42 ein und verläßt den Ölkühler am Auslaß 43.

Mit 44 ist ein Ausschnitt in der Deckfläche 45 des Grundkör­ pers bezeichnet, durch welchen die durch den Ölkühler 41 er­ wärmte Kühlluft den Pumpenträger vertikalgerichtet verläßt.

Das Lüfterrad 46 hat die Ausbildung eines herkömmlichen Wal­ zenlüfters und sitzt auf der Antriebswelle 18 des Antriebs­ motors 1. Es läuft innerhalb eines spiralförmig ausgebildeten Luftleitblechs 47, dessen Ansaugöffnung die Antriebswelle bzw. die Kupplung zwischen Antriebswelle 18 und Pumpenwelle 19 umgibt. Folglich wird der Innenraum des Gehäuses 40 zur Unterdruckkammer. Das druckseitige Ende des Luftleitblechs endet unmittelbar am Gehäuseausschnitt 44 in der Deckplatte 45. Der die Luftaustrittsöffnung bildende Ausschnitt 44 ist mit einem Lüftungsgitter 48 abgedeckt.

Die waagerechten Pfeile 49 deuten das Strömungsbild der durch die Lamellen 41 des Ölkühlers hindurchtretenden Kühlluft an. Der weitere Strömungsverlauf der nunmehr erwärmten Kühlluft innerhalb des Pumpenträgers wird durch die Strömungspfeile 50 kenntlich gemacht. Sie treten axial in die Saugöffnung 47a ein und verlassen den Lüfter vertikalgerichtet durch die Aus­ trittsöffnung 44. Die vertikalgerichtete Strömung der erwärm­ ten Kühlluft ist mit 51 gezeigt. Die von der Luft durchström­ te Unterdruckkammer ist mit 52 bezeichnet. Der Einbau von streifenförmigen Luftlenkelementen 53 zwischen dem Luftleit­ blech 47 und dem Wärmetauscher des Ölkühlers trägt zu einer erheblichen Minderung des Ansauggeräusches bei. Die strei­ fenförmigen Umlenkelemente sind mit Abstand zueinander und teilweise überlappend angeordnet und halten jeweils zum Luft­ leitblech 47 einerseits und zum Ölkühler andererseits einen ausreichenden Abstand ein. Die gezeigte Anordnung der strei­ fenförmigen Umlenkelemente in vertikaler Ausrichtung bilden somit eine "Schallfalle" für die vor allem durch den Lüfter in Verbindung mit dem Leitblech erzeugten Ansauggeräusche.

Vorsorglich sind im Einbaubereich des Ölkühlers Aussparungen 55 und 56 im Grundkörpergehäuse vorgesehen, um den Ölkühler und dessen Ölanschlüsse bei Bedarf rasch ein- und ausbauen sowie drehen zu können.

Anhand von Prüfstandversuchen hat sich ergeben, daß bei ge­ steigerter Kühlleistung durch die Verwendung der streifen­ förmigen Dämpfungselemente eine nicht unerhebliche Schallre­ duzierung am Meßpunkt vor dem Wärmetauscher (etwa 3 dB) er­ zielt wurde. Dabei können die Dämpfungsstreifen in unter­ schiedlicher Weise befestigt werden, beispielsweise durch festes Verschweißen von Metallstreifen durch eine Verbindung mit den Befestigungslaschen des Wärmetauschers oder bei Kunststoffstreifen durch beliebiges Einstecken, wie mit einem "Schnappverschluß".

Claims (12)

1. Pumpenträger zum Verbinden einer Hydraulikölpumpe mit einem elektrischen Antriebsmotor, mit einem in den Grundkörper des Pumpenträgers integrierten Luftkühler für das Hydrauliköl und mit einem innerhalb des Pumpenträgers angeordneten Radiallüf­ ter, dadurch gekennzeichnet, daß im Grundkörper zwischen dem Ölkühler (5a-5d; 41) und dem Lüfterrad (16, 21, 24; 46) eine Unterdruckkammer vorgesehen ist, der die Ansaugöffnung des Lüfterrades zugewandt ist und die Lüfterdruckseite mit einer eine Vermischung von kalter Ansaug- und erwärmter Auslaßluft wirkungsvoll ausschließenden Auslaßöffnung (10; 44) des Grund­ körpers kommuniziert.

2. Pumpenträger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung in einer dem Kühlereintritt abgewandten Grundkörperwand (45) angeordnet ist.

3. Pumpenträger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Führung der durch den Kühler gesaugten Luft und deren Weiterleitung zu der Auslaßöffnung das Lüfterrad (46) von einem Leitblech (47) umgeben ist.

4. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in Strömungsrichtung der Luft hinter dem Öl­ kühler einander überlappende, streifenförmige Umlenkelemente (53) angeordnet sind.

5. Pumpenträger nach Anspruch 1 unter Verwendung mehrerer Wärmetauschereinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bil­ dung der Unterdruckkammer (30) das Lüfterrad (16, 21, 24) seitlich versetzt neben dem Ölkühler (5a-5d) angeordnet ist, daß die Ansaugöffnung des Lüfterrades zur Erzeugung eines Unterdrucks dem von dem Ölkühler umfaßten Raum (30) des Pum­ penträgers (8, 11, 7) zugewandt ist und die Lüfterdruckseite mit einer ringförmigen, den gesamten Umfang des Pumpenträgers umfassenden Auslaßöffnung (10) im Bereich zwischen dem Öl­ kühler und dem Antriebsmotor (1) kommuniziert.

6. Pumpenträger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die radial austretende erwärmte Kühlluft zusätzlich mit einer in Richtung des Motors weisenden axialen Bewegungskomponente versehen ist.

7. Pumpenträger nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Luft innerhalb des Pumpenträgers durch ein trichterförmiges, der äußeren Form des Lüfterrades (16, 21, 24) angepaßtes Leitblech (17, 22, 25) gezielt der Ansaugöff­ nung zugeführt wird.

8. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Ölkühler aus mehreren handelsüblichen Kühlelementen (5a-5d) gebildet ist, die im Bereich des Luftzutritts zur Unterdruckkammer (30) des Pumpenträgers an­ geordnet sind und die Unterdruckkammer allseitig einfassen.

9. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lüfterrad auf der Motorwelle (18) ange­ ordnet ist.

10. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lüfterrad von der auf der Motorwelle sitzenden Kupplungsnabe (20a) getragen wird.

11. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lüfterrad mit geraden Laufschaufeln versehen ist.

12. Pumpenträger nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Lüfterrad für eine bevorzugte Drehrich­ tung mit gekrümmten Laufschaufeln ausgestattet ist.