WO2016083249A1 - Kühlvorrichtung für ein hydraulikaggregat und verwendung einer kühlvorrichtung - Google Patents

Kühlvorrichtung für ein hydraulikaggregat und verwendung einer kühlvorrichtung Download PDF

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WO2016083249A1
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cooling device
container
heat
heat pipe
cooling
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PCT/EP2015/077176
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Inventor
Andreas Guender
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Robert Bosch Gmbh
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/26Supply reservoir or sump assemblies
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B21/00Common features of fluid actuator systems; Fluid-pressure actuator systems or details thereof, not covered by any other group of this subclass
    • F15B21/04Special measures taken in connection with the properties of the fluid
    • F15B21/042Controlling the temperature of the fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15BSYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F15B21/04Special measures taken in connection with the properties of the fluid
    • F15B21/042Controlling the temperature of the fluid
    • F15B21/0423Cooling

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for a hydraulic unit for cooling a container for hydraulic oil of the hydraulic unit. Furthermore, the invention relates to a use of the cooling device.
  • a hydraulic pump such as an external gear pump, which can be driven by a variable-speed motor.
  • the pressure medium can be diverted via a throttle, which can also serve to set a minimum speed of the pump.
  • Pressure fluid branched off via the throttle can give off heat to an environment via a radiator, which is cooled by air from a fan.
  • a leakage of the pump can be
  • a magnitude of a volume flow through the radiator is further disadvantageous depending on a system pressure
  • the additional pump is an additional sound source.
  • a piping effort is disadvantageous also comparatively high, which also increases the risk of leakage.
  • the present invention seeks to provide a cooling device for a hydraulic unit, which can cool pressure fluid outside of an operation of the hydraulic unit or during a standstill of the hydraulic unit, has improved efficiency compared to the prior art and has a low space requirement. Furthermore, it is an object of the invention to provide an advantageous use of a cooling device according to the invention.
  • a cooling device for a hydraulic unit has a container or tank for a hydraulic oil of the hydraulic unit.
  • the container may have an inlet and a drain, which may be configured as a return line and suction line.
  • Cooling device at least one heat pipe, preferably three heat pipes, wherein the heat pipe is immersed with a pipe section in the container.
  • This solution has the advantage that such a cooling device can cool hydraulic oil even during a standstill of the hydraulic unit by dissipating heat via the at least one heat pipe.
  • the cooling device has an improved efficiency compared to the prior art and has a smaller space requirement.
  • the heat pipe is, for example, a heat pipe or a two-phase thermosyphon.
  • the heat pipe has, for example, a refrigerant which evaporates at a point to be cooled, whereby heat is dissipated as heat of vaporization.
  • the gaseous coolant can then be distributed in the heat pipe and precipitate on a cooled section (heat sink) on a tube inner wall. Due to gravity or capillary action, the coolant may then flow back to the cooling point.
  • the at least one heat pipe preferably protrudes with a further pipe section from the container in order to dissipate the heat to the outside.
  • the at least one heat pipe can be arranged in the flow path of the hydraulic oil between the inlet and the outlet.
  • the inlet, the drain and the at least one heat pipe are arranged approximately in a row.
  • Hydraulic oil which flows from the inlet to the outlet, flows around during operation of the hydraulic unit.
  • the flow path may preferably extend between the inlet and the drain in about one direction, whereby no or no major changes in direction of the flow path are provided and thus a simple geometric design, in particular of the container is possible and flow losses are minimized.
  • two or more heat pipes are provided. These are preferably arranged such that, viewed in the direction of the flow path, they are not arranged in series one behind the other. Thus, the heat pipes do not shadow each other, resulting in more heat from the hydraulic oil to the heat pipes can be performed.
  • the two or more heat pipes are arranged approximately transversely to the flowpath or provided in a common plane which is angled to the direction of the flowpath.
  • the heat pipes can preferably extend approximately parallel to one another.
  • the heat pipes protruding from the container may also extend substantially in a same direction, this being approximately a vertical direction.
  • a cooling structure may be provided on the at least one heat pipe.
  • the cooling structure is preferably at least thermally connected to the heat pipe. It is conceivable that the cooling structure is also mechanically connected to the at least one heat pipe or is designed in one piece with this. It is conceivable to have a cooling structure inside the container and a
  • the cooling structure has, for example, a plurality or multiplicity of lamellae, which may be formed as a lamella packet.
  • the slats extend approximately perpendicular to the at least one
  • Heat pipe These can be arranged approximately parallel to each other. Two or more heat pipes can share a respective cooling structure.
  • a size of the cooling structure in the container corresponds approximately to a flow cross section of the flow path of the container or the cross section of the container in
  • fins of the heat pipe or the heat pipes within the container can enforce about the full cross-section of the container. Due to the geometric arrangement of the inlet on one side of the plate pack and the drain on the other side of the plate pack, a volume flow through the plate pack can be performed. As a result, a heat transfer from the hydraulic oil to the fins and thus in turn increased to the heat pipe or the heat pipes.
  • the cooling structure may be provided on the pipe section of the at least one heat pipe provided inside the container. Additionally or alternatively, the
  • Cooling structure may be provided on the pipe section of the at least one heat pipe provided outside the container.
  • the cooling structure may be configured to promote a degassing process of the hydraulic oil.
  • the at least one heat pipe and / or the cooling structure can be cooled outside the container by forced convection, in particular by a fan.
  • the at least one heat pipe and / or the cooling structure outside the container can be cooled by a heat exchanger.
  • the heat exchanger can then be flowed through, for example, by a stream of material (cooling water).
  • Heat exchanger have a cooling water circuit.
  • the heat exchanger may also be connected to a housing, in particular a machine housing, in particular of the hydraulic unit, thermally and / or mechanically (in particular directly) in order to release heat to the housing.
  • a flow cross section of the flow path is advantageously reduced in the manner of a throttle in the region of the at least one heat pipe and / or in the region of the cooling structure. This is advantageous if the heat pipe and / or the cooling structure (plate pack) does not completely pass through the cross section of the container, with which the hydraulic oil can then be forced to the heat pipe and / or the cooling structure.
  • a flow rate of the hydraulic oil can be increased, whereby an improved flow around the heat pipe and / or the cooling structure is made possible.
  • At least the one heat pipe and / or the cooling structure may be arranged approximately in the region of the narrowest cross section of the container.
  • the reduction of the flow cross-section is done for example by a
  • This is preferably a ramp or a partition that reduces the flow cross-section. If a ramp is provided, it may be angled, for example, starting from a container bottom, in particular extending away in the direction of flow.
  • the reduction of the flow cross-section is preferably continuous, whereby the flow characteristics of the hydraulic oil are improved.
  • Hydromachine conveyed which is drivable by a drive unit.
  • the drive unit may have its own cooling device, the device technology simply additional is used for cooling the at least one heat pipe and / or the cooling structure.
  • the cooling device of the drive unit is a fan whose air flow is used for cooling.
  • the drive unit and the hydraulic machine can then form a motor-pump unit or a motor-pump group.
  • an arrangement with the cooling device according to the invention and the motor-pump unit can then be provided.
  • the motor-pump unit is preferably arranged directly or adjacent to the at least one outer heat pipe and / or its outer cooling structure.
  • a further heat pipe can be provided for a further component of the hydraulic unit.
  • the further heat pipe can then at least with a pipe section adjacent to
  • Pipe section of the at least one heat pipe of the container may be arranged.
  • Heat pipes can then combine both the heat of the container and the heat of another component or other components, such as the drive unit or other "hotspots.” This can cause a temperature of the entire
  • Hydraulic unit to be kept constant and / or heat dissipated together.
  • the heat energy can be bundled and alternatively used for further processes.
  • the heat pipes of the container and at least one other component are
  • the waste heat of at least one heat pipe of the container and / or the component can be provided for at least one further process.
  • the heat pipes for the container together with the cooling structure are preferably designed such that an approximately constant temperature is provided on both heat receiving surfaces and on heat emitting surfaces. As a result, a temperature difference to the hydraulic oil or the environment on an entire area about the same be great. As a result, a heat-emitting capacity for the same area is comparatively high, and the cooling device can be made more compact.
  • the cooling device it is intended to use this for a hydraulic unit, which has a comparatively low cooling requirement and may be a so-called "small aggregate".
  • the hydraulic unit or the container of the hydraulic unit has a cooling capacity of max. 1000 watts, preferably of max. 300 to 500 watts.
  • heat pipes from the computer industry are technically advanced and usually inexpensive.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a cooling device according to a first exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of the cooling device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 3 is a schematic representation of the cooling device according to a third embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the cooling device according to a fourth exemplary embodiment
  • Figure 5 is a schematic representation of the cooling device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a temperature distribution of the cooling device.
  • the cooling device 1 has a container 2 for hydraulic oil. Via an inlet 4 in the form of a supply line hydraulic oil 6 is supplied from a hydraulic unit to the container 2. Via a drain 8 in the form of a drain line hydraulic oil 10 is then led out of the container 2.
  • the container 2 has an approximately cuboid configuration. Between the inlet 4 and the outlet 8 three heat pipes 12, 14 and 16 are provided. These are designed approximately rod-shaped and immersed with a pipe section 18 in the container 2 and collar with a further pipe section 20 from the container 2.
  • the heat pipes 12 to 16 extend approximately in a vertical direction and are arranged at a parallel distance from each other.
  • the heat pipes 12 to 16 extend in this case approximately in a common plane.
  • Pipe sections 18 of the heat pipes 12 to 16 is a cooling structure in the form of a
  • Disc packs 22 arranged. This is arranged together with the heat pipes 12 to 16 in the plane.
  • the disk pack 22 has a plurality of approximately in
  • the lamellae extend approximately in the horizontal direction.
  • a flow path 24 within the container 2 leads from the inlet 4 to the outlet 8 approximately in a single direction.
  • the disk pack 22 is then disposed within the flow path 24.
  • Figure 1 the plane in which the plate pack 22 and the heat pipes 12 to 16 are arranged, approximately transversely to the flow path 24.
  • Disk pack 22 extends approximately over an entire cross-section of the container 2, so that it flows through or flows around the entire of the inlet 4 to the outlet e flowing hydraulic oil.
  • a heat 26 can thus be supplied to the heat pipes 12 to 16 directly or via the disk pack 22 from the pressure medium in the container 2.
  • the pipe sections 20 outside the container 2 is also associated with a cooling structure in the form of a disk set 28. This is according to Figure 1 according to the
  • Disc pack 22 is formed.
  • a heat 30 can then be delivered from the pipe sections 20 of the heat pipes 12 to 16 directly via the disk pack 28 to an environment.
  • a fan 32 is provided, which has a flow through the
  • the container 2 is shown, whose cross section is penetrated by the plate pack 22.
  • the plate pack 22 is in this case thermally connected to a plurality of heat pipes 12 to 16.
  • the sequence 8 is here on one side of the
  • a cooling device 34 is shown. In contrast to Figure 1, this has no fan 32 and no outer plate pack 28. Instead, one is
  • Heat exchanger 36 is provided. This is the ends of the heat pipes 12 to 16 arranged. In the heat exchanger, the heat energy, for example, via a
  • the heat energy of the hydraulic unit is bundled in one area and can be made available for further processes if necessary, especially when using several hydraulic units.
  • a cooling device 38 has a reduced inner disk set 40 in comparison with the embodiment in FIG. 1.
  • the heat pipes 12 to 16 in the container 2 are shortened.
  • the plate pack 40 with the heat pipes 12 to 16 within the container 2 a smaller cross section and thus does not penetrate the entire cross section of the container 2.
  • a flow guide 42 is provided. This prevents the hydraulic oil from flowing past the disk pack 40 or the heat pipes 12 to 16.
  • the heat transfer is increased by a higher flow rate of the hydraulic oil.
  • the flow guide 42 is designed as a ramp which extends from the container bottom 44 toward the disk pack 40 or the heat pipes 12 to 16. In the narrowest cross section of the container 2, the plate pack 40 is then arranged with the heat pipes 12 to 16.
  • the cooling device 46 has no fan 32.
  • a motor fan 48 of a motor 50 is used.
  • the motor fan 48 thus serves to cool the motor 50 and to cool the outer plate pack 28 with the heat pipes 12 to 16.
  • the motor 50, a pump 52 is driven. This promotes hydraulic oil through the outlet 8 from the container 2.
  • the motor 50 is thus arranged or mounted with the pump 52, which form a motor-pump unit, directly adjacent to the outer plate pack 28, and one of the motor fan 48th Volume flow generated can then increase the heat transfer to the disk pack 28 and to the heat pipes 12 to 16.
  • a cooling device 54 in FIG. 5 has additional heat pipes 56 and 58 in addition to the heat exchanger 36, see FIG.
  • the heat pipe 56 is used to cool the motor 50 and the heat pipes 58 for cooling the pump 52.
  • further heat pipes can be provided for more to be cooled sections or components of a hydraulic unit.
  • the heat pipes 56, 58 and 12 to 16 are bundled together in the heat exchanger 36 and can be selectively cooled by a cooling water circuit or give off heat to the thermally inert mass of the machine housing. The heat energy is thus bundled and can be used as needed for further processes.
  • the heat pipes 12 to 16 and / or 56, 58 and / or the cooling structure can be components from the computer industry.
  • the heat pipes 12 to 16 with their cooling structure are designed, for example, for cooling capacities between 300 to 500 watts.
  • Figure 6 is an example of a temperature distribution of a plate package 60 with
  • Temperature gradients are emitted and / or absorbed over the entire disk pack 60 heat.
  • a cooling device for a hydraulic power unit which has a container for
  • a heat pipe For cooling the container, a heat pipe is provided. Hydraulic oil in the container flows approximately linearly from an inlet to a drain. Between the inlet and the drain then the at least one heat pipe is arranged.

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Abstract

Offenbart ist eine Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat, das einen Behälter für Hydrauliköl aufweist. Zur Kühlung des Behälters ist ein Wärmerohr vorgesehen. Hydrauliköl in dem Behälter strömt hierbei etwa geradlinig von einem Zulauf zu einem Ablauf. Zwischen dem Zulauf und dem Ablauf ist dann das zumindest ein Wärmerohr angeordnet.

Description

Kühlvorrichtung für ein Hvdraulikaggregat und Verwendung einer Kühlvorrichtung
Beschreibung
Die Erfindung geht aus von einer Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat zur Kühlung eines Behälters für Hydrauliköl des Hydraulikaggregats. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Verwendung der Kühlvorrichtung. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, dass Druckmittel beziehungsweise Hydrauliköl aus einem Behälter über eine hydraulische Pumpe, wie beispielsweise eine Außenzahnradpumpe, gefördert wird, die von einem drehzahlvariablen Motor antreibbar ist. Ausgangsseitig der Pumpe kann das Druckmittel über eine Drossel abgezweigt werden, die auch dazu dienen kann, eine Minimaldrehzahl der Pumpe einzustellen. Über die Drossel abgezweigtes Druckmittel kann über einen Radiator, der von Luft eines Lüfters gekühlt ist, Wärme an eine Umgebung abgeben. Zusätzlich kann eine Leckage der Pumpe dem
Radiator zugeführt werden. Nachteilig hierbei ist, dass die Drossel zu hydraulischen
Verlusten führt, die wiederum zu einer Abwärme führen. Eine Größe eines Volumenstroms durch den Radiator ist des Weiteren nachteilig abhängig von einem Systemdruck
ausgangsseitig der Pumpe, weswegen keine konstante Kühlleistung des Druckmittels vorliegt. Außerdem ist eine Kühlung des Druckmittels durch den Radiator nur während des Betriebs der Pumpe möglich.
Des Weiteren ist aus dem Stand der Technik bekannt, Druckmittel aus dem Behälter über zwei Pumpen (Doppelpumpe) zu fördern, die gemeinsam von einem drehzahlvariablen Motor antreibbar sind. Eine der Pumpen kann hierbei einen Volumenstrom für einen Kühlkreislauf fördern, der optional einen Filter aufweisen kann. Nachteilig hierbei ist, dass für die Kühlung somit eine zusätzliche Pumpe erforderlich ist, was zu einem höheren
vorrichtungstechnischen Aufwand und somit insbesondere auch zu höheren Herstellungskosten führt. Des Weiteren handelt es sich bei der zusätzlichen Pumpe um eine zusätzliche Schallquelle. Ein Verrohrungsaufwand ist nachteilig ebenfalls vergleichsweise hoch, wodurch außerdem die Gefahr einer Leckage steigt. Des Weiteren kann die
Ausfallwahrscheinlichkeit durch den Einsatz der Doppelpumpe steigen, da erfahrungsgemäß die Pumpe das verschleißbehaftetste Bauteil in einem hydraulischen System ist. Zudem führt die zusätzliche Pumpe zu hydraulischen Verlusten und somit zu einer zusätzlichen
Wärmebelastung. Da die Pumpen miteinander gekoppelt sind, ist der Volumenstrom des Kühlkreislaufs abhängig vom Volumenstrom eines Primärkreislaufs der ersten Pumpe.
Außerdem erfolgt eine Kühlung ebenfalls nachteilig nur während eines Betriebs der Pumpen.
Außer den Druckschriften JP 58196301 A und JP 61 1 161 12 A sind Kühlvorrichtungen für Behälter bekannt, die Wärmerohre in Form von Heatpipes aufweisen.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat zu schaffen, das auch außerhalb eines Betriebs des Hydraulikaggregats beziehungsweise während eines Stillstands des Hydraulikaggregats Druckmittel kühlen kann, einen verbesserten Wirkungsgrad im Vergleich zum Stand der Technik aufweist und einen geringen Bauraumbedarf hat. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine vorteilhafte Verwendung einer erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung vorzusehen.
Die Aufgabe hinsichtlich der Kühlvorrichtung wird gelöst gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung gemäß den Merkmalen des Anspruchs 15.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer
Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist eine Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat vorgesehen. Die Kühlvorrichtung weist hierbei einen Behälter beziehungsweise Tank für ein Hydrauliköl des Hydraulikaggregats auf. Der Behälter kann einen Zulauf und einen Ablauf aufweisen, die als Rücklaufleitung und Saugleitung ausgestaltet sein können. Vorteilhafterweise hat die
Kühlvorrichtung zumindest ein Wärmerohr, vorzugsweise drei Wärmerohre, wobei das Wärmerohr mit einem Rohrabschnitt in den Behälter eingetaucht ist. Somit kann es Wärme aus dem Hydrauliköl abführen. Diese Lösung hat den Vorteil, dass eine derartige Kühlvorrichtung auch während eines Stillstands des Hydraulikaggregats Hydrauliköl kühlen kann, indem Wärme über das zumindest eine Wärmerohr abgeführt wird. Außerdem weist die Kühlvorrichtung im Vergleich zum Stand der Technik einen verbesserten Wirkungsgrad auf und hat einen geringeren Bauraumbedarf.
Bei dem Wärmerohr handelt es sich beispielsweise um eine Heatpipe oder um einen Zwei- Phasen-Thermosiphon. Das Wärmerohr hat beispielsweise ein Kältemittel, das an einer zu kühlenden Stelle verdampft, wodurch Wärme als Verdampfungswärme abgeführt wird. Das gasförmige Kühlmittel kann sich dann in dem Wärmerohr verteilen und sich an einem gekühlten Abschnitt (Wärmesenke) an einer Rohrinnenwandung niederschlagen. Aufgrund einer Schwerkraft oder eine Kapillarwirkung kann das Kühlmittel dann wieder zurück zur kühlenden Stelle fließen. Das zumindest eine Wärmerohr kragt vorzugsweise mit einem weiteren Rohrabschnitt aus dem Behälter, um die Wärme nach außen abzuführen.
Das zumindest eine Wärmerohr kann im Strömungspfad des Hydrauliköls zwischen dem Zulauf und dem Ablauf angeordnet sein. Vorzugsweise sind der Zulauf, der Ablauf und das zumindest eine Wärmerohr etwa in einer Reihe angeordnet. Durch die Anordnung des Wärmerohrs in dem genannten Strömungspfad wird dieses vorteilhafterweise vom
Hydrauliköl, das vom Zulauf zum Ablauf strömt, im Betrieb des Hydraulikaggregats umströmt. Auf vorrichtungstechnisch einfache Weise kann sich der Strömungspfad vorzugsweise zwischen dem Zulauf und dem Ablauf etwa in einer Richtung erstrecken, wodurch keine oder keine größeren Richtungsänderungen des Strömungspfads vorgesehen sind und somit eine einfache geometrische Ausgestaltung, insbesondere des Behälters, ermöglicht ist und Strömungsverluste minimiert sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind zwei oder mehr Wärmerohre vorgesehen. Diese sind vorzugsweise derart angeordnet, dass sie in Richtung des Strömungspfads gesehen nicht hintereinander in Reihe angeordnet sind. Somit schatten sich die Wärmerohre nicht gegenseitig ab, wodurch mehr Wärme von dem Hydrauliköl zu den Wärmerohren geführt werden kann. Vorzugsweise sind die zwei oder mehrere Wärmerohre in Richtung des Strömungspfads gesehen etwa quer zu diesem angeordnet oder in einer gemeinsamen Ebene vorgesehen, die angewinkelt zur Richtung des Strömungspfads ist. Die Wärmerohre können sich zueinander vorzugsweise etwa im Parallelabstand erstrecken. Die aus dem Behälter auskragenden Wärmerohre können sich auch im Wesentlichen in eine gleiche Richtung erstrecken, wobei es sich hierbei etwa um eine Vertikalrichtung handelt.
Zur verbesserten Wärmezufuhr und/oder Wärmeabfuhr kann an dem zumindest einen Wärmerohr eine Kühlstruktur vorgesehen sein. Die Kühlstruktur ist vorzugsweise zumindest thermisch mit dem Wärmerohr verbunden. Es ist denkbar, dass die Kühlstruktur auch mechanisch mit dem zumindest einen Wärmerohr verbunden ist oder einstückig mit diesem ausgestaltet ist. Es ist denkbar, eine Kühlstruktur innerhalb des Behälters und eine
Kühlstruktur außerhalb des Behälters vorzusehen. Die Kühlstruktur hat beispielsweise eine Mehrzahl oder Vielzahl von Lamellen, die als Lamellenpaket ausgebildet sein können.
Beispielsweise erstrecken sich die Lamellen etwa senkrecht zu dem zumindest einen
Wärmerohr. Diese können etwa im Parallelabstand zueinander angeordnet sein. Zwei oder mehrere Wärmerohre können sich eine jeweilige Kühlstruktur teilen.
Eine Größe der Kühlstruktur in dem Behälter entspricht etwa einem Strömungsquerschnitt des Strömungspfads des Behälters oder dem Querschnitt des Behälters in
Strömungsrichtung. Somit können Lamellen des Wärmerohrs oder der Wärmerohre innerhalb des Behälters etwa den vollen Querschnitt des Behälters durchsetzen. Durch die geometrische Anordnung des Zulaufs auf der einen Seite des Lamellenpakets und des Ablaufs auf der anderen Seite des Lamellenpakets kann ein Volumenstrom durch das Lamellenpaket geführt werden. Hierdurch ist ein Wärmeübergang vom Hydrauliköl an die Lamellen und somit wiederum an das Wärmerohr oder die Wärmerohre erhöht.
Die Kühlstruktur kann an dem innerhalb des Behälters vorgesehenen Rohrabschnitts des zumindest einen Wärmerohrs vorgesehen sein. Zusätzlich oder alternativ kann die
Kühlstruktur an dem außerhalb des Behälters vorgesehenen Rohrabschnitts des zumindest einen Wärmerohrs vorgesehen sein.
Die Kühlstruktur kann derart ausgestaltet sein, dass sie einen Entgasungsprozess des Hydrauliköls fördert. Das zumindest eine Wärmerohr und/oder die Kühlstruktur kann außerhalb des Behälters durch erzwungene Konvektion, insbesondere durch einen Lüfter gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das zumindest eine Wärmerohr und/oder die Kühlstruktur außerhalb des Behälters durch einen Wärmetauscher gekühlt sein. Der Wärmetauscher ist dann beispielsweise von einem Stoffstrom (Kühlwasser) durchströmbar. Somit kann der
Wärmetauscher einen Kühlwasserkreislauf aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann der Wärmetauscher auch mit einem Gehäuse, insbesondere einem Maschinengehäuse, insbesondere des Hydraulikaggregats, thermisch und/oder mechanisch (insbesondere unmittelbar) verbunden sein, um an das Gehäuse Wärme abzugeben.
Ein Strömungsquerschnitt des Strömungspfads ist vorteilhafterweise im Bereich des zumindest einen Wärmerohrs und/oder im Bereich der Kühlstruktur drosselartig verkleinert. Dies ist vorteilhaft, falls das Wärmerohr und/oder die Kühlstruktur (Lamellenpaket) nicht vollständig den Querschnitt des Behälters durchsetzt, womit das Hydrauliköl dann erzwungen zum Wärmerohr und/oder zur Kühlstruktur geführt werden kann. Außerdem kann durch die drosselartige Verkleinerung eine Strömungsgeschwindigkeit des Hydrauliköls erhöht werden, wodurch eine verbesserte Umströmung des Wärmerohrs und/oder der Kühlstruktur ermöglicht ist.
Es kann zumindest das eine Wärmerohr und/oder die Kühlstruktur etwa im Bereich des engsten Querschnitts des Behälters angeordnet sein.
Die Verkleinerung des Strömungsquerschnitts erfolgt beispielsweise durch eine
Strömungsführung. Bei dieser handelt es sich vorzugsweise um eine Rampe oder um eine Trennwand, die den Strömungsquerschnitt verkleinert. Ist eine Rampe vorgesehen, so kann sich diese etwa ausgehend von einem Behälterboden angewinkelt, insbesondere etwa in Strömungsrichtung wegerstrecken. Die Verkleinerung des Strömungsquerschnitts erfolgt vorzugsweise stetig, wodurch die Durchströmungseigenschaften des Hydrauliköls verbessert sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Hydrauliköl vom Ablauf über eine
Hydromaschine förderbar, die von einer Antriebseinheit antreibbar ist. Die Antriebseinheit kann eine eigene Kühleinrichtung aufweisen, die vorrichtungstechnisch einfach zusätzlich zur Kühlung des zumindest einem Wärmerohrs und/oder der Kühlstruktur eingesetzt ist. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kühleinrichtung der Antriebseinheit um einen Lüfter, dessen Luftstrom zur Kühlung verwendet wird. Somit kann durch geometrische Anordnung des Lamellenpakets außerhalb des Behälters hinter dem Motorlüfter eine Erhöhung des Wärmeübergangs an die Umgebung durch den hierdurch erzeugten Luftvolumenstrom erfolgen.
Mit Vorteil können die Antriebseinheit und die Hydromaschine dann eine Motor-Pumpen- Einheit bilden oder eine Motor-Pumpen-Gruppe. Vorzugsweise kann dann eine Anordnung mit der erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung und der Motor-Pumpen-Einheit vorgesehen sein. Die Motor-Pumpen-Einheit ist vorzugsweise unmittelbar oder benachbart an dem zumindest einen äußeren Wärmerohr und/oder dessen äußerer Kühlstruktur angeordnet.
Mit Vorteil kann zusätzlich zum zumindest einen Wärmerohr für den Behälter ein weiteres Wärmerohr für eine weitere Komponente des Hydraulikaggregats vorgesehen sein. Das weitere Wärmerohr kann dann zumindest mit einem Rohrabschnitt benachbart zum
Rohrabschnitt des zumindest einen Wärmerohrs des Behälters angeordnet sein. Die
Wärmerohre können dann sowohl die Wärme des Behälters als auch die Wärme einer weiteren Komponente oder weiterer Komponenten, wie beispielsweise der Antriebseinheit oder sonstigen„Hotspots", bündeln. Hierdurch kann eine Temperatur des gesamten
Hydraulikaggregats konstant gehalten werden und/oder eine Wärme gemeinsam abgeführt sein. Somit kann bei diesem Konzept die Wärmeenergie gebündelt abgegeben und alternativ für weitere Prozesse weiter verwendet werden. Die Wärmerohre des Behälters und zumindest einer weiteren Komponente sind
vorzugsweise gemeinsam gekühlt.
Wie vorstehend bereits erläutert, kann die Abwärme zumindest eines Wärmerohrs des Behälters und/oder der Komponente für zumindest einen weiteren Prozess vorgesehen sein.
Die Wärmerohre für den Behälter zusammen mit der Kühlstruktur sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass eine etwa konstante Temperatur an sowohl Wärmeaufnahmeflächen als auch an Wärmeabgabeflächen vorgesehen ist. Hierdurch kann eine Temperaturdifferenz zum Hydrauliköl beziehungsweise zur Umgebung auf einer gesamten Fläche etwa gleich groß sein. Hierdurch ist eine Wärmeabgabefähigkeit bei gleicher Fläche vergleichsweise hoch, und die Kühlvorrichtung kann kompakter ausgestaltet sein.
Bei einer vorteilhaften Verwendung der Kühlvorrichtung ist es vorgesehen, diese für ein Hydraulikaggregat einzusetzen, das einen vergleichsweise geringen Kühlbedarf aufweist und ein sogenanntes "Kleinaggregat" sein kann. Vorzugsweise hat das Hydraulikaggregat oder der Behälter des Hydraulikaggregats eine Kühlleistung von max. 1000 Watt, vorzugsweise von max. 300 bis 500 Watt. Bei dem Einsatz der Kühlvorrichtung für Kleinaggregate ist es somit vorteilhafterweise möglich, auf Produkte aus der Computerindustrie zurückzugreifen, da beispielsweise moderne Grafikkarten eine ähnliche Kühlleistung aufweisen.
Beispielsweise sind Wärmerohre aus der Computerindustrie technisch weit entwickelt und üblicherweise kostengünstig.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildung sind Gegenstand weitere Unteransprüche.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von
Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 in einer schematischen Darstellung eine Kühlvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Figur 2 in einer schematischen Darstellung die Kühlvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 3 in einer schematischen Darstellung die Kühlvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeil,
Figur 4 in einer schematischen Darstellung die Kühlvorrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
Figur 5 in einer schematischen Darstellung die Kühlvorrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel und
Figur 6 in einer schematischen Darstellung eine Temperaturverteilung der Kühlvorrichtung.
Gemäß Figur 1 hat die die Kühlvorrichtung 1 einen Behälter 2 für Hydrauliköl. Über einen Zulauf 4 in Form einer Zulaufleitung wird Hydrauliköl 6 aus einem Hydraulikaggregat dem Behälter 2 zugeführt. Über einen Ablauf 8 in Form einer Ablaufleitung wird Hydrauliköl 10 dann aus dem Behälter 2 herausgeführt. Gemäß der Ausführungsform in Figur 1 sind der Zulauf 4 und der Ablauf 8 etwa in Parallelabstand zueinander angeordnet. Der Behälter 2 hat eine etwa quaderförmige Ausgestaltung. Zwischen dem Zulauf 4 und dem Ablauf 8 sind drei Wärmerohre 12, 14 und 16 vorgesehen. Diese sind etwa stabförmig ausgestaltet und mit einem Rohrabschnitt 18 in den Behälter 2 eingetaucht und kragen mit einem weiteren Rohrabschnitt 20 aus dem Behälter 2 aus. Die Wärmerohre 12 bis 16 erstrecken sich etwa in einer Vertikalrichtung und sind im Parallelabstand zueinander angeordnet. Die Wärmerohre 12 bis 16 erstrecken sich hierbei etwa in einer gemeinsamen Ebene. An den inneren
Rohrabschnitten 18 der Wärmerohre 12 bis 16 ist eine Kühlstruktur in Form eines
Lamellenpakets 22 angeordnet. Dieses ist gemeinsam mit den Wärmerohren 12 bis 16 in der Ebene angeordnet. Das Lamellenpaket 22 weist eine Vielzahl von sich etwa in
Parallelabstand zueinander erstreckender Lamellen auf. Die Lamellen erstrecken sich hierbei etwa in Horizontalrichtung.
Ein Strömungspfad 24 innerhalb des Behälters 2 führt vom Zulauf 4 zum Ablauf 8 etwa in einer einzigen Richtung. Das Lamellenpaket 22 ist dann innerhalb des Strömungspfads 24 angeordnet. Gemäß Figur 1 erstreckt sich die Ebene, in der das Lamellenpaket 22 und die Wärmerohre 12 bis 16 angeordnet sind, etwa quer zum Strömungspfad 24. Das
Lamellenpaket 22 erstreckt sich etwa über einen gesamten Querschnitt des Behälters 2, womit es etwa vom gesamten vom Zulauf 4 zum Ablauf e strömenden Hydrauliköl durchströmt beziehungsweise umströmt wird. Eine Wärme 26 kann somit den Wärmerohren 12 bis 16 direkt oder über das Lamellenpaket 22 vom Druckmittel in dem Behälter 2 zugeführt werden.
Den Rohrabschnitten 20 außerhalb des Behälters 2 ist ebenfalls eine Kühlstruktur in Form eines Lamellenpakets 28 zugeordnet. Dieses ist gemäß Figur 1 entsprechend dem
Lamellenpaket 22 ausgebildet. Eine Wärme 30 kann dann von den Rohrabschnitten 20 der Wärmerohre 12 bis 16 direkt über das Lamellenpaket 28 an eine Umgebung abgegeben werden. Zusätzlich ist ein Lüfter 32 vorgesehen, der eine Durchströmung des
Lamellenpakets 28 mit Luft erhöht.
Gemäß Figur 1 ist somit der Behälter 2 dargestellt, dessen Querschnitt vom Lamellenpaket 22 durchsetzt ist. Das Lamellenpaket 22 ist hierbei mit mehreren Wärmerohren 12 bis 16 thermisch verbunden. Der Ablauf 8 befindet sich hierbei auf der einen Seite des
Lamellenpakets 22 und der Zulauf 4 auf der anderen Seite. Hierdurch wird während des Betriebs durch den sich einstellenden Volumenstrom des Hydrauliköls im Behälter 2 der Wärmeübergang vom Hydrauliköl an das innere Lamellenpaket 22 erhöht. Die Wärmerohre 12 bis 16 transportieren dann die Wärmeenergie zum äußeren Lamellenpaket 28, wobei hier der Wärmeübergang zur Umgebungsluft mittels des Lüfters 32 erhöht ist.
Gemäß Figur 2 ist eine Kühlvorrichtung 34 dargestellt. Im Unterschied zur Figur 1 weist diese keinen Lüfter 32 und kein äußeres Lamellenpaket 28 auf. Stattdessen ist ein
Wärmetauscher 36 vorgesehen. Dieser ist endseitig der Wärmerohre 12 bis 16 angeordnet. Bei dem Wärmetauscher kann die Wärmeenergie beispielsweise über einen
Kühlwasserkreislauf oder an eine thermisch träge Masse eines Maschinengehäuses abgegeben werden. Hierbei wird die Wärmeenergie des Hydraulikaggregats in einem Bereich gebündelt und kann bei Bedarf für weitere Prozesse zur Verfügung gestellt werden, insbesondere bei Verwendung von mehreren Hydraulikaggregaten. Gemäß Figur 3 hat eine Kühlvorrichtung 38 im Vergleich zur Ausführungsform in Figur 1 ein verkleinertes inneres Lamellenpaket 40. Des Weiteren sind die Wärmerohre 12 bis 16 im Behälter 2 verkürzt. Somit nimmt das Lamellenpaket 40 mit den Wärmerohren 12 bis 16 innerhalb des Behälters 2 einen geringeren Querschnitt ein und durchsetzt somit nicht den kompletten Querschnitt des Behälters 2. Zur Erhöhung des Wärmeübergangs ist hierbei eine Strömungsführung 42 vorgesehen. Hierdurch wird verhindert, dass das Hydrauliköl an dem Lamellenpaket 40 beziehungsweise den Wärmerohren 12 bis 16 vorbeifließt. Des Weiteren wird der Wärmeübergang durch eine höhere Fließgeschwindigkeit des Hydrauliköls erhöht. Die Strömungsführung 42 ist als Rampe ausgebildet, die sich vom Behälterboden 44 aus hin zum Lamellenpaket 40 beziehungsweise den Wärmerohren 12 bis 16 erstreckt. Im engsten Querschnitt des Behälters 2 ist dann das Lamellenpaket 40 mit den Wärmerohren 12 bis 16 angeordnet.
In Figur 4 hat die Kühlvorrichtung 46 im Unterschied zur Figur 1 keinen Lüfter 32.
Stattdessen wird ein Motorlüfter 48 eines Motors 50 eingesetzt. Der Motorlüfter 48 dient somit zur Kühlung des Motors 50 und zur Kühlung des äußeren Lamellenpakets 28 mit den Wärmerohren 12 bis 16. Mit dem Motor 50 wird eine Pumpe 52 angetrieben. Diese fördert Hydrauliköl über den Ablauf 8 aus dem Behälter 2. Gemäß Figur 4 wird somit der Motor 50 mit der Pumpe 52, die eine Motor-Pumpen-Einheit bilden, direkt neben dem äußeren Lamellenpaket 28 angeordnet beziehungsweise montiert, und ein von dem Motorlüfter 48 erzeugter Volumenstrom kann dann den Wärmeübergang an dem Lamellenpaket 28 beziehungsweise an den Wärmerohren 12 bis 16 erhöhen.
Eine Kühlvorrichtung 54 in Figur 5 weist zusätzlich zum Wärmetauscher 36, siehe Figur 2, weitere Wärmerohre 56 und 58 auf. Das Wärmerohr 56 dient zur Kühlung des Motors 50 und das Wärmerohre 58 zur Kühlung der Pumpe 52. Zusätzlich können weitere Wärmerohre für weitere zu kühlende Abschnitte oder Komponenten eines Hydraulikaggregats vorgesehen sein. Die Wärmerohre 56, 58 und 12 bis 16 sind gemeinsam in dem Wärmetauscher 36 gebündelt und können gezielt durch einen Kühlwasserkreislauf gekühlt werden oder Wärme an die thermisch träge Masse des Maschinengehäuses abgeben. Die Wärmeenergie wird somit gebündelt und kann bei Bedarf für weitere Prozesse verwendet werden.
Bei den Wärmerohren 12 bis 16 und/oder 56, 58 und/oder bei der Kühlstruktur kann es sich um Bauteile aus der Computerindustrie handeln. Die Wärmerohre 12 bis 16 mit ihrer Kühlstruktur sind beispielsweise für Kühlleistungen zwischen 300 bis 500 Watt ausgelegt.
In Figur 6 ist beispielhaft eine Temperaturverteilung eines Lamellenpakets 60 mit
Wärmerohren dargestellt. Es ist ersichtlich, dass eine Temperatur des Lamellenpakets 60 in einem etwa gleichen Temperaturbereich liegt. Somit kann mit einem etwa gleichen
Temperaturgradienten über das gesamte Lamellenpaket 60 Wärme abgegeben und/oder aufgenommen werden.
Offenbart ist eine Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat, das einen Behälter für
Hydrauliköl aufweist. Zur Kühlung des Behälters ist ein Wärmerohr vorgesehen. Hydrauliköl in dem Behälter strömt hierbei etwa geradlinig von einem Zulauf zu einem Ablauf. Zwischen dem Zulauf und dem Ablauf ist dann das zumindest ein Wärmerohr angeordnet.
Bezuqszeichenliste
1 Kühlvorrichtung
2 Behälter
4 Zulauf
6 Hydrauliköl
8 Ablauf
10 Hydrauliköl
12 Wärmerohr
14 Wärmerohr
16 Wärmerohr
18 Rohrabschnitt
20 Rohrabschnitt
22 Lamellenpaket
24 Strömungspfad
26 Wärme
28 Lamellenpaket
30 Wärme
32 Lüfter
34 Kühlvorrichtung
36 Wärmetauscher
38 Kühlvorrichtung
40 Lamellenpaket
42 Strömungsführung
44 Behälterboden
46 Kühlvorrichtung
48 Motorlüfter
50 Motor
52 Pumpe
54 Kühlvorrichtung
56 Wärmerohr
58 Wärmerohr
60 Lamellenpaket

Claims

Ansprüche
1. Kühlvorrichtung für ein Hydraulikaggregat mit einem Behälter (2) für Hydrauliköl, der einen Zulauf (4) und einen Ablauf (8) aufweist, wobei zumindest ein Wärmerohr (12, 14, 16) vorgesehen ist, das mit einem Rohrabschnitt (20) in den Behälter (2) eingetaucht ist, um Wärme aus dem Hydrauliköl abzuführen.
2. Kühlvorrichtung nach Anspruch 1 , wobei das zumindest eine Wärmerohr (12, 14, 16) in dem Strömungspfad (24) des Hydrauliköls zwischen dem Zulauf (4) und dem Ablauf (8) angeordnet ist.
3. Kühlvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Strömungspfad (24) sich zwischen dem Zulauf (4) und dem Ablauf (8) etwa in einer Richtung erstreckt.
4. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zwei oder mehr
Wärmerohre (12, 14, 16) vorgesehen sind, die in Richtung des Strömungspfads (24) gesehen nicht in Reihe angeordnet sind.
5. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an dem zumindest einen Wärmerohr (12, 14, 16) eine Kühlstruktur (22, 28) vorgesehen ist.
6. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Größe der Kühlstruktur (22) in dem Behälter (2) etwa einem Strömungsquerschnitt des Behälters (2) entspricht.
7. Kühlvorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Kühlstruktur (22) an dem innerhalb des Behälters (2) vorgesehenen Rohrabschnitts (18) des zumindest einen
Wärmerohrs (12, 14, 16) vorgesehen ist und/oder wobei die Kühlstruktur (28) an dem außerhalb des Behälters (2) vorgesehenen Rohrabschnitt (20) des zumindest einen
Wärmerohres (12, 14, 16) vorgesehen ist.
8. Kühlvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Kühlstruktur (22) derart ausgestaltet ist, dass sie einen Entgasungsprozess des Hydrauliköls fördert.
9. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Wärmerohr (12, 14, 16) außerhalb des Behälters (2) durch erzwungene Konvektion gekühlt ist.
10. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Wärmerohr (12, 14, 16) außerhalb des Behälters (2) durch einen Wärmetauscher (36) gekühlt ist.
1 1. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein
Strömungsquerschnitt des Behälters (2) im Bereich des zumindest einem Wärmerohrs (12, 14, 16) drosselartig verkleinert ist.
12. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Hydrauliköl vom Ablauf (8) über eine Hydromaschine (52) förderbar ist, die von einer Antriebseinheit (50) antreibbar ist, wobei die Antriebseinheit (50) eine Kühlvorrichtung aufweist, die zusätzlich zur Kühlung des zumindest einem Wärmerohrs (12, 14, 16) eingesetzt ist.
13. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest ein weiteres Wärmerohr (56, 58) für eine weitere Komponente (50, 52) des Hydraulikaggregats vorgesehen ist, wobei das zumindest eine weitere Wärmerohr (56, 58) mit einem
Rohrabschnitt benachbart zum äußeren Rohrabschnitt (20) des zumindest einem
Wärmerohrs (12, 14, 16) des Behälters (2) angeordnet ist.
14. Kühlvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abwärme zumindest eines Wärmerohrs (12, 14, 16. 56, 58) für zumindest einen weiteren Prozess vorgesehen ist.
15. Verwendung der Kühlvorrichtung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Hydraulikaggregat, das derart ausgestaltet ist, dass zumindest der Behälter einen vergleichweise geringen Kühlbedarf aufweist, der insbesondere eine Kühlleistung von max. etwa 1000 Watt, vorzugsweise von max. 300 bis 500 Watt aufweist.
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