Wenn ein hydraulisches System zu überhitzen beginnt, ist die Installation eines größeren Ölkühlers oft die erste in Betracht gezogene Lösung. Ein Kühler kann jedoch nur Wärme abführen, die bereits erzeugt wurde.
Wenn das System immer noch kontinuierlichen Druckentlastungsventilfluss, übermäßige Drosselung, schwere interne Leckagen, hohen Rückdruck in der Rückleitung oder zu kleine Rohre hat, kann eine Erhöhung der Kühlerkapazität die Öltemperatur nur vorübergehend senken. Die zugrunde liegenden Energieverluste werden weiterhin Wärme erzeugen.
Die Verbesserung der Kühlung des hydraulischen Systems erfordert daher Arbeit in zwei Richtungen:
- Überflüssige Wärmeentwicklung im hydraulischen Kreislauf reduzieren
- Wärmeabfuhr durch das Reservoir, den Kühler, den Luftstrom und die Umgebung verbessern
Nur wenn die Wärmeentwicklung und die Wärmeableitung des Systems richtig ausbalanciert sind, kann die Öltemperatur während des kontinuierlichen Betriebs auf einem angemessenen Niveau stabilisieren.
Zunächst die interne Wärmeentwicklung reduzieren
Überprüfen Sie das hydraulische System auf unnötige Energieverluste, bevor Sie die Kühlgeräte aufrüsten.
Immer wenn pressöl durch ein Überdruckventil, ein stark eingeschränktes Regelventil, ein zu kleines Rohr oder eine abgenutzte hydraulische Komponente strömt, wird ein Teil der hydraulischen Energie in Wärme umgewandelt. Wenn diese Wärmequellen nicht korrigiert werden, muss das Kühlsystem kontinuierlich eine unnötig hohe thermische Last bewältigen.
Wichtige Bereiche, die zu inspizieren sind, umfassen:
- Ob das Überdruckventil längere Zeit geöffnet bleibt
- Ob eine Festmengenpumpe kontinuierlich Öl unter hohem Druck liefert
- Ob ein Durchflussregler oder Proportionalventil einen hohen Durchfluss durch eine sehr kleine Öffnung regelt
- Ob die Pumpe oder die Regelventile übermäßige interne Leckagen aufweisen
- Ob der Rücklaufdruck zu hoch ist
- Ob Filter oder Ölkanäle im Kühler eingeschränkt sind
- Ob Rohre, Schläuche, Verbindungen oder Schnellkupplungen eine unzureichende Durchflusskapazität haben
Wenn der Pumpenausgangsdruck deutlich höher ist als der tatsächliche Druck, der vom Aktuator benötigt wird, kann die Differenz auf übermäßige Drosselung, Rückdruck oder Überdruckverluste hinweisen.
Die Beseitigung dieser Verluste ist in der Regel effektiver, als einfach einen größeren Kühler zu installieren. Es kann auch den Energieverbrauch, die Pumpenlast und den Verschleiß der Komponenten reduzieren.
Wählen Sie den Kühler entsprechend der tatsächlichen Wärmebelastung aus
Ein hydraulischer Ölkühler sollte nicht nur nach dem Systemdurchfluss ausgewählt werden.
Die richtige Kühlergröße hängt davon ab, wie viel Wärme das hydraulische System tatsächlich erzeugt und wie viel dieser Wärme entfernt werden muss, um die Zielöltemperatur zu halten.
Die Auswahl des Kühlers sollte Folgendes berücksichtigen:
- Tatsächliche Wärmeentwicklung des Systems
- Normale und maximale Öltemperaturen
- Maximale Umgebungstemperatur
- Kontinuierliche Betriebszeit
- Öldurchfluss durch den Kühler
- Viskosität des hydraulischen Öls
- Verfügbarer Installationsraum
- Luft-/Wasserkühlungsbedingungen
- Externe Wärmequellen um die Maschine
Ein Luftkühler, der bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C gut funktioniert, kann bei einer Umgebungstemperatur von 40 °C deutlich weniger effektiv kühlen.
Aus diesem Grund sollte die Auswahl des Kühlers auf der höchsten erwarteten Sommertemperatur und dem tatsächlichen Dauereinsatzzyklus der Maschine basieren. Ein nur auf kurzen Testläufen basierender Kühler kann unzureichend sein, wenn die Anlagen mehrere Stunden unter Volllast betrieben werden.
Eine geeignete Sicherheitsmarge sollte ebenfalls berücksichtigt werden, wenn sich die Betriebsbedingungen erheblich ändern oder wenn der Kühler aufgrund von Kontamination allmählich an Effizienz verlieren kann.
Entscheiden Sie sich zwischen Luftkühlung und Wasserkühlung
Die beiden gebräuchlichsten Methoden zur Kühlung von Hydrauliköl sind die Luftkühlung und die Wasserkühlung. Jede hat Vorzüge und Einschränkungen.
Luftgekühlte Ölkühler
Luftgekühlte Ölkühler sind relativ einfach zu installieren und erfordern keine externe Wasserversorgung. Sie werden häufig bei mobilen Maschinen, Fahrzeugen, kompakten hydraulischen Power-Einheiten und unabhängigen Hydrauliksystemen verwendet.
Ihr tatsächliches Kühlvermögen wird jedoch stark beeinflusst von:
- Umgebungstemperatur
- Lüfterluftstrom
- Sauberkeit der Kühllamellen
- Belüftung um die Ausrüstung
- Rückführung der abgegebenen warmen Luft
- Installationsposition des Kühlers
Der Kühler sollte dort installiert werden, wo frische Luft ungehindert eintreten und warme Luft aus dem Maschinengehäuse entweichen kann. Er sollte nicht in der Nähe eines Motorabgasstutzens, eines Kühlerauslasses, eines Ofens oder anderer Hochtemperaturkomponenten positioniert werden.
Wasserkühlte Ölkühler
Wassergekühlte Ölkühler sind kompakter und können in der Regel eine stabilere Wärmeübertragung unter kontinuierlich hohen Lastbedingungen oder in heißen Umgebungen bieten.
Vor der Verwendung eines Wasserkühlers bestätigen:
- Eingangstemperatur des Kühlwassers
- Verfügbarer Wasserfluss
- Wasserdruck
- Wasserqualität
- Risiko der Kalkablagerungen
- Risiko der internen Korrosion
- Möglichkeit eines Öl-Wasser-Lecks
Für stationäre Fabrikausrüstung ist die Wasserkühlung oft geeignet, wenn eine kontinuierliche Versorgung mit sauberem, stabil temperiertem Kühlwasser verfügbar ist.
Schlechte Wasserqualität kann jedoch zu Kalkablagerungen im Inneren des Kühlers führen. Diese Ablagerungen verringern die Wärmeübertragungseffizienz und erhöhen den Widerstand auf der Wasserseite. Regelmäßige Inspektion und Reinigung sind daher notwendig.
Halten Sie den Kühler sauber
Eine Kontamination des Kühlers ist einer der häufigsten Gründe für den allmählichen Rückgang der Kühlleistung.
Auf einem Luftkühler können sich Staub, Ölnebel, Fasern, Schlamm und andere Ablagerungen zwischen den Lamellen ansammeln. Der Lüfter kann weiterhin normal drehen, aber das tatsächliche Luftvolumen, das durch den Wärmetauscher strömt, kann stark eingeschränkt werden.
Bei Wartungsarbeiten überprüfen:
- Ob die Kühlrippen blockiert sind
- Ob die Rippen verbogen oder beschädigt sind
- Ob der Ventilator in die richtige Richtung rotiert
- Ob der Ventilator seine normale Geschwindigkeit erreicht
- Ob der Ventilatormotor überhitzt
- Ob genügend freier Raum vor und hinter dem Kühler vorhanden ist
Vermeiden Sie beim Reinigen der Rippen die Verwendung von zu hochdruckhaltigem Wasser oder Druckluft direkt gegen die Oberfläche. Dies kann die Rippen verbiegen und den Luftstrom weiter reduzieren.
Bei einer wassergekühlten Einheit sind die Wasserkanäle auf Ablagerungen, Sedimente, Korrosion und biologische Kontamination zu überprüfen. Innere Ablagerungen wirken als Isolierschicht und können den Wärmeübergang erheblich reduzieren, selbst wenn die äußere Oberfläche sauber erscheint.
Die Ösenseite sollte ebenfalls auf Schlamm, Lack und andere Ablagerungen überprüft werden, die den Ölfluss einschränken können.
Verbessern Sie den Luftstrom um den Kühler
Die Kühlleistung hängt nicht nur von der Größe des Wärmetauschers ab, sondern auch davon, ob Luft effektiv hindurch und davon wegbewegt werden kann.
Wenn der Kühler in einem geschlossenen Gehäuse installiert ist, kann die vom Ventilator abgegebene heiße Luft im Gehäuse verbleiben. Der Kühler kann dann diese erhitzte Luft wieder durch die Rippen ziehen, wodurch eine Umlaufschleife entsteht.
Dies kann folgende Auswirkungen haben:
- Ein allmählicher Anstieg der Eintrittstemperatur der Kühlluft
- Verminderte Wärmeübertragungsfähigkeit
- Normale Temperatur kurz nach dem Start, aber Überhitzung nach durchgehender Nutzung
- Höhere Temperaturen rund um den Elektromotor und die elektrischen Komponenten
Mögliche Verbesserungen umfassen:
- Hinzufügen größerer Luftzufuhr- und -abluftöffnungen
- Installation von Kanälen oder einem Luftleiter
- Abluft heiße Luft direkt außerhalb des Maschinengehäuses lenken
- Trennung des Kühlerinlaufs vom heißen Luftauslass
- Hinzufügen von Ventilatoren zum Fach
- Ändern der Installationsrichtung des Kühlers
- Entfernen von Hindernissen, die den Luftstrom einschränken
Idealerweise sollte frische Luft durch den hydraulischen Ölkühler strömen, bevor sie die Motoren, Elektromotoren, Abgaskomponenten oder andere Wärmequellen erreicht.
Der Kühler sollte keine Luft erhalten, die bereits von einem anderen Bauteil erhitzt wurde.
Optimieren Sie die Reservoirkapazität und das interne Design
Der hydraulische Behälter wird nicht nur zur Öllagerung verwendet. Er trägt auch zur Kühlung, Luftfreigabe, Ablagerung von Verunreinigungen und Wassertrennung bei.
Wenn das effektive Behältervolumen zu klein ist, kann das Öl zur Pumpe zurückkehren, bevor es genug Zeit hat, Wärme und eingeschlossene Luft abzugeben.
Wichtige Entwurfsfaktoren für den Behälter sind:
- Effektive Ölkapazität
- Äußere Oberfläche
- Position der Saug- und Rücklaufanschlüsse
- Innere Baffle-Anordnung
- Rücklaufölgeschwindigkeit
- Normaler Ölstand
- Belüftung um den Tank
Die Rücklaufschläuche sollten kein Hochgeschwindigkeitsöl direkt auf die Öberfläche ausstoßen. Dies kann die Belüftung und Schaumbildung erhöhen.
Heißes Rücklauföl sollte ebenfalls nicht direkt in den Saugbereich der Pumpe fließen. Eine richtig gestaltete Baffle erhöht den Öltransportweg im Tank, was der Flüssigkeit mehr Zeit zum Abkühlen, zur Luftfreisetzung und zur Ablagerung schwererer Verunreinigungen gibt.
Ein größerer Tank garantiert jedoch nicht automatisch eine bessere Kühlung.
Wenn der Tank in einem heißen, geschlossenen oder schlecht belüfteten Bereich installiert ist, wird die natürliche Wärmeabfuhr weiterhin begrenzt sein. Daher sind die Position des Tanks und die umgebende Luftströmung genauso wichtig wie das Tankvolumen.
Druckverluste in Rohren und Rückführleitungen reduzieren
Druckverluste in hydraulischen Rohren, Schläuchen, Armaturen, Filtern und Kühlern werden letztendlich in Wärme umgewandelt.
Die folgenden Punkte sollten überprüft werden:
- Durchmesser der Druckleitung
- Durchmesser der Rücklaufleitung
- Größe der Saugleitung
- Schlauchlänge
- Anzahl der Winkel und Armaturen
- Durchflusskapazität von Schnellkupplungen
- Nennfluss des Filters
- Druckabfall auf der Ölseite über den Kühler
Das Rücklaufleitungsdesign wird oft übersehen.
Wenn das Rücklaufrohr zu klein ist oder wenn das Rücköl durch einen Filter, Kühler, mehrere Fittings und einschränkende Verbindungen in Reihe fließen muss, kann der Gegendruck übermäßig werden.
Das hydraulische System benötigt dann zusätzlichen Druck, um das Öl zurück zum Reservoir zu drücken. Dieser zusätzliche Druck stellt verschwendete Energie und zusätzliche Wärme dar.
Rohr- und Schlauchgrößen sollten entsprechend dem maximalen tatsächlichen Durchfluss, der zulässigen Ölgeschwindigkeit und dem akzeptablen Druckverlust ausgewählt werden. Die Gewindegröße eines Anschlusses allein weist nicht immer auf den wahren inneren Fließbereich hin.
Druckmessungen, die vor und nach Filtern, Kühlern und anderen Komponenten der Rücklaufleitung vorgenommen werden, können helfen, übermäßigen Widerstand zu identifizieren.
Pumpe und Regelkreis optimieren
Für kontinuierlich betriebende oder häufig zyklisch arbeitende Geräte kann die Schaltungoptimierung die Wärmeentwicklung erheblich reduzieren.
Mögliche Lösungen sind:
- Verwendung einer verstellbaren Pumpe, um den erforderlichen Durchfluss anzupassen
- Verwendung eines lastabhängigen Systems, um unnötigen Druck zu reduzieren
- Hinzufügen eines geeigneten Entlastungskreises zu einem festverdrängenden Pumpensystem
- Verwendung von Druckschaltern zur Steuerung von Pumpenstart und -stopp
- Verwendung eines Akkumulators während längerer Druckhaltungszeiten
- Reduzierung der durch Drosselung gesteuerten Durchflussmenge
- Verbesserung der Durchflussverteilung zwischen mehreren Aktuatoren
- Verhinderung, dass die Pumpe unnötig im Hochdruck-Standby bleibt
Betrachten Sie eine Maschine, die einen Großteil ihrer Betriebszeit mit Warten oder bei Bewegungen mit niedrigem Durchfluss verbringt. Wenn die Pumpe während dieser Zeiten weiterhin den vollen Durchfluss liefert, kann ein Großteil der überschüssigen hydraulischen Energie über Ventile und Einschränkungen in Wärme umgewandelt werden.
Die Anpassung des Pumpenausgangs an die tatsächliche Nachfrage kann die Öltemperatur senken und gleichzeitig den Stromverbrauch des Motors und die Betriebskosten reduzieren.
Externe Wärmequellen isolieren
Einige hydraulische Systeme erzeugen keine übermäßige interne Wärme, aber ihre Installationsumgebung überträgt kontinuierlich Wärme in das Reservoir, Schläuche, Ventilblöcke und andere Komponenten.
Häufige externe Wärmequellen sind:
- Motoren
- Abgassysteme
- Öfen
- Heizgeräte
- Heiße Materialien
- Elektromotoren
- Direktes Sonnenlicht
Mögliche Schutzmaßnahmen umfassen:
- Installation von Hitzeschildern
- Verschieben des Reservoirs oder des Ventilblocks
- Schutz von Schläuchen mit hitzebeständigen Isolierschläuchen
- Den Kühler von der Wärmequelle entfernen
- Einen Sonnenschutz hinzufügen
- Die Belüftung des Gehäuses verbessern
- Verhindern, dass heiße Luft direkt auf die hydraulische Antriebseinheit bläst
Die thermische Isolation sollte sorgfältig ausgelegt werden. Ein Wärmeschutzschild, das den normalen Belüftungsweg blockiert, kann ein neues Überhitzungsproblem verursachen.
Das Ziel ist es, die Strahlungs- und konvektive Wärmeübertragung zu reduzieren, ohne den für die Kühlung erforderlichen Luftstrom einzuschränken.
Temperaturüberwachung und automatische Steuerung hinzufügen
Manuelle Temperaturüberprüfungen sind möglicherweise nicht ausreichend für kontinuierlich betriebene, stark belastete oder unbeaufsichtigte hydraulische Geräte.
Temperatursensoren können an mehreren Stellen installiert werden, einschließlich:
- Stausee
- Pumpenausgang
- Haupt-Rücklaufleitung
- Kühler-Einlass und -Auslass
- Ventilblock
- Pumpengehäuseablass
- Eingeschlossenes Maschinenkompartiment
Das Steuersystem kann dann automatisch reagieren durch:
- Einschalten des Kühlgebläses
- Öffnen der Kühlmittellieferung
- Reduzieren der Maschinenzyklusfrequenz
- Umschalten auf einen Betrieb mit geringerer Last
- Aktivieren eines Hochtemperaturalarms
- Das Stoppen der Maschine, wenn die Temperatur unsicher wird
Die Einschalt-Temperatur, Alarmtemperatur und Abschaltgrenze sollten auf dem hydraulischen Öl, der Pumpe, den Dichtungen, den Schläuchen und dem Gesamtdesign des Systems basieren.
Eine einzige universelle temperatureinstellung sollte nicht für jedes hydraulische System verwendet werden.
Temperaturtrends sind oft nützlicher als eine isolierte Messung. Ein allmählicher Anstieg der Betriebstemperatur über mehrere Wochen kann auf kühlende Verunreinigungen, zunehmende interne Leckagen, Verschlechterung des Lüfters oder abnehmende Systemeffizienz hinweisen.
Kühlleistung regelmäßig überprüfen
Zu prüfen, ob der Lüfter sich dreht, reicht nicht aus, um zu bestätigen, dass das Kühlsystem effektiv arbeitet.
Die folgenden Betriebsdaten sollten aufgezeichnet und verglichen werden:
| Inspektionspunkt | Hauptzweck |
|---|---|
| Umgebungstemperatur | Bestätigt die tatsächliche Betriebsumgebung des Kühlers |
| Öltemperatur im Reservoir | Zeigt den allgemeinen Temperaturtrend des Systems |
| Zulauftemperatur des Kühlers | Gibt die thermische Last an, die in den Kühler eintritt |
| Ablauftemperatur des Kühlers | Zeigt die Öltassistemperatur nach der Kühlung |
| Temperaturdifferenz vom Kühler-Ein- zum Kühler-Austritt | Hilft bei der Bewertung der Wärmeübertragungsleistung |
| Druckabfall auf der Ölseite | Identifiziert mögliche Einschränkungen oder interne Blockaden |
| Lüfterstrom und -geschwindigkeit | Bestätigt, ob der Lüfter korrekt funktioniert |
| Temperaturen des Kühlwasserzulaufs und -abflusses | Bewertet die Wärmeübertragung auf der Wasserseite |
| Kontinuierliche Betriebszeit | Bestätigt, ob das System ein stabiles thermisches Gleichgewicht erreicht |
Wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem Kühler-Ein- und -Austritt allmählich abnimmt, können mögliche Ursachen unzureichender Luftstrom, niedriger Kühlwasserfluss, verunreinigte Lamellen, Kalkablagerungen oder interne Verschmutzung sein.
Eine kleine Temperaturdifferenz bedeutet jedoch nicht immer, dass der Kühler defekt ist. Sie kann auch auftreten, wenn der Ölfluss durch den Kühler sehr hoch ist oder wenn das System relativ wenig Wärme erzeugt.
Die Temperaturdifferenz muss daher zusammen mit dem Ölfluss, der Umgebungstemperatur, der Gesamttemperatur des Öls, dem Druckabfall und den Betriebsbedingungen der Maschine bewertet werden.
Schlussfolgerung
Die Verbesserung der Kühlung des Hydrauliksystems erfordert mehr, als nur einen größeren Ölkühler zu installieren.
Der effektivste Ansatz besteht darin, zunächst unnötige Wärmequellen zu reduzieren, die durch kontinuierlichen Druckabfluss, übermäßiges Drosseln, interne Leckagen, Druckverluste und Rücklauf-Zurückdruck verursacht werden. Der Behälter, der Ölkühler, die Luftströmung, die Rohrleitungen, der Steuerkreis und das Temperaturüberwachungssystem können dann gemäß der tatsächlichen thermischen Belastung optimiert werden.
Für Geräte im Dauerbetrieb sollten Ölstemperatur, Druck, Durchfluss, Eingang- und Ausgangstemperaturen des Kühlers sowie die Betriebszeit unter realen Arbeitsbedingungen aufgezeichnet werden.
Diese Informationen helfen zu bestätigen, ob das Hydrauliksystem während des Sommers oder unter anderen hochtemperierten Betriebsbedingungen ein stabiles thermisches Gleichgewicht erreichen kann.
Durch die Kontrolle sowohl der Wärmeentwicklung als auch der Wärmeabgabe können Gerätehersteller und Betreiber den Abbau von Hydrauliköl reduzieren, den Verschleiß von Dichtungen und Komponenten begrenzen, die Energieeffizienz verbessern und die Zuverlässigkeit des gesamten Hydrauliksystems erhöhen.
