PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69921618T2 03.11.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001058775
Titel KÜHL UND HEIZSYSTEME FÜR MASCHINEN
Anmelder Volvo Wheel Loaders AB, Eskilstuna, SE
Erfinder SJUNNESSON, Halvar, S-633 69 Skogstorp, SE
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69921618
Vertragsstaaten BE, DE, FR, GB, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 16.02.1999
EP-Aktenzeichen 999079916
WO-Anmeldetag 16.02.1999
PCT-Aktenzeichen PCT/SE99/00201
WO-Veröffentlichungsnummer 0099043931
WO-Veröffentlichungsdatum 02.09.1999
EP-Offenlegungsdatum 13.12.2000
EP date of grant 03.11.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 03.11.2005
IPC-Hauptklasse F01M 5/00
IPC-Nebenklasse F16N 39/00   F01P 11/08   B60R 17/00   B60K 11/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kühl- und Heizsystem für eine Maschine, wie einen Radlader oder -kipper gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und gemäß DE-A-42 11 588.

Maschinen wie Radlader und -kipper beinhalten etliche Komponenten, die hydraulisch geregelt werden. Zum Beispiel werden Hydraulikzylinder benutzt, um Abbaugeräte wie eine Schaufel, die an einer Ladearm-Baugruppe eines Radladers angeordnet ist, zu betätigen.

Wenn die Maschine kaltgestartet wird, ist es wünschenswert, die Temperatur der hydraulischen Flüssigkeit in dem hydraulischen System der Maschine schnell zu erhöhen, um Reibung und Verschleiß in hydraulischen Zylindern und anderen hydraulischen Komponenten zu vermindern. Eine verminderte Reibung führt dazu, dass der Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs geringer wird. Wenn die Temperatur steigt, steigt auch die Menge des von der hydraulischen Flüssigkeit abgegebenen Wassers, was wünschenswert ist.

Wenn die hydraulische Flüssigkeit aufgeheizt worden ist und die hydraulischen Komponenten der Maschine benutzt werden, wird Wärme als Resultat des Druckanstiegs in der hydraulischen Flüssigkeit erzeugt. Dann muss die hydraulische Flüssigkeit gekühlt werden, damit das hydraulische System nicht durch die zu hohe Temperatur der hydraulischen Flüssigkeit beschädigt wird.

Um Reibungsverluste und dadurch den Treibstoffverbrauch der Maschine zu reduzieren, ist es auch wünschenswert, dass das Getriebeöl in dem Getriebegehäuse der Maschine und da s Schmieröl in den Radachsen der Maschine rasch aufgeheizt werden, wenn die Maschine kaltgestartet wird.

Ebenso wie für die Hydrauliksysteme ist es nötig, das Getriebeöl und das Schmieröl zu kühlen, wenn die Maschine benutzt wird, damit das Getriebegehäuse und die Radachsen nicht beschädigt werden.

Es ist bereits bekannt, die hydraulische Flüssigkeit einer Maschine mittels des Kühlwassers einer Verbrennungskraftmaschine in der Maschine aufzuheizen. Der Nachteil des Aufheizens der hydraulischen Flüssigkeit durch Nutzen des Kühlwassers der Verbrennungskraftmaschine ist, dass es zu lange dauert, die hydraulische Flüssigkeit aufzuheizen, was zu einem hohen Treibstoffverbrauch führt, wenn die Maschine kaltgestartet wird.

DE-A1-42 11 588 offenbart einen Kühlkreislauf für eine Verbrennungskraftmaschine. Ein zweiter Kreislauf beinhaltet einen Wärmetauscher. Kühlfluid, das durch den zweiten Kreislauf fließt, fließt durch den Wärmetauscher und einen Eintrittsluft-Heizer. Ein weiterer Kreislauf ist für einen Kabinenluft-Heizer angeordnet.

US-A-5,002,019 offenbart eine Heizkörperanordnung für eine Maschine. Die Anordnung weist einen hydraulisch angetriebenen Ventilator auf, der vor einem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, einen Ladeluftkühler und einen Hydrauliköl-Kühler.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein rasches Aufheizen der hydraulischen Flüssigkeit einer Maschine zu bewirken, um den Treibstoffverbrauch der Maschine zu senken, wenn diese kaltgestartet wird.

Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein rasches Aufheizen des Schmieröls für zumindest eine Radachse der Maschine zu erreichen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein rasches Aufheizen des Getriebeöls für ein Getriebegehäuse der Maschine zu erzielen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kühlung der hydraulischen Flüssigkeit, des Schmieröls und des Getriebeöls während des Betriebes des Fahrzeugs zu erzielen.

Dies wird mittels eines Kühl- und Heizsystems gemäß dem Patentanspruch 1 erzielt.

Solch ein Kühl- und Heizsystem ermöglicht ein rasches Aufheizen der hydraulischen Flüssigkeit, des Schmieröls und des Getriebeöls, was den Treibstoffverbrauch der Maschine und auch den Verschleiß des Hydrauliksystems, der Radachsen und des Getriebegehäuses der Maschine vermindert. Das Kühl- und Heizsystem ermöglicht auch ein kontrolliertes Kühlen der hydraulischen Flüssigkeit, des Schmieröls und des Getriebeöls, wenn die Maschine genutzt wird.

Die Erfindung wird nun genauer mit Hilfe der angehängten Zeichnungen beschrieben, die beispielhafte Ausführungsformen zeigen und in denen

1 ein Kühl- und Heizsystem gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, und

2 ein Kühl- und Heizsystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Das Kühl- und Heizsystem 1 gemäß 1 beinhaltet eine Hauptleitung 2, die mit einem ersten Wärmetauscher 4, einer Speisepumpe 6, einem Ladeluftkühler 8 und einem zweiten Wärmetauscher 10 verbunden ist. Die Hauptleitung 2 beinhaltet ein Fluid. Die Speisepumpe 6 bewirkt, dass das Fluid in der Hauptleitung 2 umläuft.

Der erste Wärmetauscher 4 kann, wie in 1 gezeigt, einen Heizkörper für eine Verbrennungskraftmaschine 12 darstellen, die verwendet wird, um die Maschine anzutreiben, in der das Kühl- und Heizsystem 1 angeordnet ist. Der Ladeluftkühler 8 ist so angeordnet, dass er komprimierte Ladeluft, die der Verbrennungskraftmaschine 12 zugeführt wird, kühlt. Die Kompression der Ladeluft wird durch einen Abgasturbo oder einen Kompressor (nicht gezeigt) bewirkt. Die Ladeluft wird während der Kompression aufgeheizt. Um eine größere Luftmasse pro Volumeneinheit in der Treibstoff-Luft-Mixtur in der Verbrennungskraftmaschine 12 zu erhalten und somit die Leistung der Verbrennungskraftmaschine 12 zu erhöhen, wird die Ladeluft in dem Ladeluftkühler 8 gekühlt. Wie in 1 gezeigt, ist der zweite Wärmetauscher 10 mit der Hauptleitung 2 stromabwärts des Ladeluftkühlers 8 verbunden. Die von der Ladeluft an das Fluid in der Hauptleitung 2 abgegebene Wärme wird durch das Fluid zu dem zweiten Wärmetauscher 10 befördert.

Eine Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit ist mit dem zweiten Wärmetauscher 10 verbunden. In der Leitung 14 für die hydraulische Flüssigkeit läuft hydraulische Flüssigkeit um, die unter anderem für verschiedene hydraulische Komponenten 16 der Maschine wie zum Beispiel hydraulische Zylinder genutzt wird. Die hydraulische Flüssigkeit wird mittels einer variablen Pumpe 18 für hydraulische Flüssigkeit, die mit der Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, in eine Umlaufbewegung versetzt. Die hydraulische Flüssigkeit strömt zu einem Tank 20 für hydraulische Flüssigkeit. Von dem hydraulischen Tank 20 aus wird die hydraulische Flüssigkeit zu den hydraulischen Komponenten 16 der Maschine gepumpt.

Ein erster hydraulischer Motor 22 ist mit der Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit verbunden, wobei der erste hydraulische Motor 22 so angeordnet ist, dass er einen Ventilator 24 antreibt, der so angeordnet ist, dass er einen Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher 4 bewirkt, um das Fluid in der Hauptleitung 2 zu kühlen.

Wenn die Maschine kaltgestartet wird, ist die hydraulische Flüssigkeit in der Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit kalt. Wenn die hydraulischen Komponenten 16 der Maschine benutzt werden, wird der Verschleiß und die Reibung in den hydraulischen Komponenten 16 groß sein, was dazu führt, dass die Maschine einen großen Arbeitsaufwand betreiben muss, um die hydraulischen Komponenten 16 anzutreiben. Diese führt dazu, dass der Treibstoffverbrauch der Maschine ansteigt.

Da die Ladeluft durch den Ladeluftkühler 8 gekühlt wird, sobald die Verbrennungskraftmaschine 12 gestartet ist, wird die Wärme, die von dem Ladeluftkühler 8 wegtransportiert wird, dem zweiten Wärmetauscher 10 wie oben beschrieben zugeführt. Wenn die hydraulische Flüssigkeit durch den zweiten Wärmetauscher 10 läuft, wird die Wärme des Fluids in der Hauptleitung 2 auf die hydraulische Flüssigkeit übertragen, die somit aufgeheizt wird.

Wenn die hydraulische Flüssigkeit eine geeignete Arbeitstemperatur erreicht hat, wird das Fluid in der Hauptleitung 2 jedwede überschüssige Wärme von der hydraulischen Flüssigkeit wegtransportieren. Dies wird dadurch bewirkt, dass das Fluid durch den zweiten Wärmetauscher 10 und auch durch den ersten Wärmetauscher 4 läuft, in dem die Kühlung des Fluids stattfindet.

Ein erster Temperatursensor 26 ist in dem Tank 20 für hydraulische Flüssigkeit vorgesehen, und ein zweiter Temperatursensor 28 ist in dem ersten Wärmetauscher 4 in Kontakt mit dem Fluid angeordnet. Der erste und der zweite Sensor 26, 28 sind mit einer Regelungseinheit 30 verbunden, die die variable Pumpe 18 für hydraulische Flüssigkeit regelt. Indem der Durchlauf der variablen Pumpe 18 für hydraulische Flüssigkeit erhöht wird, wird der Ventilator 24 eine verstärkte Kühlung des Fluids in der Hauptleitung 2 bewirken.

1 zeigt auch einen Kabinen-Wärmetauscher 32, der mit einer Kühlwasserleitung 34 für die Verbrennungskraftmaschine 12 verbunden ist. Der Zweck dieses Kabinen-Wärmetauschers 32 ist es, eine Fahrerkabine aufzuheizen, in der ein Fahrer sitzt, der die Maschine fährt. Ein Getriebe-Wärmetauscher 36 ist stromabwärts des Kabinen-Wärmetauschers 32 ebenfalls mit der Kühlwasserleitung 34 der Verbrennungskraftmaschine 12 verbunden. Der Getriebe-Wärmetauscher 36 ist mit einem Getriebegehäuse (nicht gezeigt) der Maschine verbunden. Beim Kaltstarten wird Kühlwasser, das durch die Verbrennungskraftmaschine 12 aufgeheizt wird, durch den Kabinen-Wärmetauscher 32 und den Getriebe-Wärmetauscher 36 laufen. Dieses führt zu einem schnellen Aufheizen sowohl der Fahrerkabine als auch dem Getriebegehäuse. Beim Kaltstarten läuft das Kühlwasser nicht durch den ersten Wärmetauscher 4, was durch einen Thermostat 38 der Verbrennungskraftmaschine 12 sichergestellt wird.

Wenn die Verbrennungskraftmaschine 12 warm ist, öffnet der Thermostat 38, und das Kühlwasser wird durch den ersten Wärmetauscher 4 befördert. Eine Kühlung des Getriebegehäuses kann bewirkt werden, wenn die Temperatur des Getriebegehäuses die Temperatur des Kühlwassers übersteigt. Wie in 1 gezeigt, kann die Hauptleitung 2 mit der Kühlwasserleitung 34 verbunden sein, so dass das Fluid, das in der Hauptleitung 2 zirkuliert, auch in der Kühlwasserleitung 34 zirkuliert.

Ein dritter Temperatursensor ist in dem Getriebegehäuse vorgesehen und mit der Regelungseinheit 30 verbunden. Wenn der dritte Temperatursensor 40 ein Signal an die Regelungseinheit 30 sendet, dass das Getriebegehäuse oder das Getriebeöl in dem Getriebegehäuse zu heiß ist, erhöht die variable Pumpe 18 für hydraulische Flüssigkeit den Durchlauf der hydraulischen Flüssigkeit, so dass die Abkühlung des Kühlwassers durch den Ventilator 24 in dem ersten Wärmetauscher 4 verstärkt wird.

2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Mit der Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit ist ein dritter Wärmetauscher 42 verbunden, der so angeordnet ist, dass er das Schmieröl, das in einer Schmierölleitung 44 enthalten ist, abkühlen oder aufheizen kann. Die Schmierölleitung 44 ist mit dem dritten Wärmetauscher 42, einer Radachse 46 der Maschine, einer Schmierölpumpe 48, einem Filter 50 und dem dritten Wärmetauscher 42 verbunden, so dass ein geschlossener Kreislauf gebildet wird. Die Schmierölpumpe 48 wird durch einen zweiten hydraulischen Motor 52 angetrieben, der mit der Leitung 14 für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist.

Wenn die Maschine kaltgestartet wird, ist das Schmieröl viskos, was dazu führt, dass die Reibung und der Verschleiß an der Radachse 46 und dem Getriebe (nicht gezeigt), das sich an der Radachse 46 befindet, ansteigen. Da die hydraulische Flüssigkeit beim Kaltstarten, wie oben beschrieben, schnell aufgeheizt wird, wird das Schmieröl in der Schmierölleitung 44 durch die aufgeheizte hydraulische Flüssigkeit ebenfalls aufgeheizt. Diese Wärmeübertragung kann in dem dritten Wärmetauscher 42 stattfinden. Die beschriebene Schmierölleitung 44, die einen geschlossenen Kreislauf bildet, kann für jede Radachse 46 des Fahrzeugs vorgesehen sein. 2 zeigt zwei getrennte, geschlossene Kreisläufe für zwei Radachsen 46, 47 der Maschine. Als Alternative kann ein geschlossener Kreislauf für zwei oder mehr Radachsen vorgesehen sein.

Wenn die Maschine betrieben wird, wird Wärme in den Radachsen 46, 47 erzeugt. Diese Wärme kann mittels des Schmieröls und des dritten Wärmetauschers 42 abgeführt werden.


Anspruch[de]
  1. Kühl- und Heizsystem für eine Maschine, wie zum Beispiel einen Radlader oder Radkipper, mit einer Hauptleitung (2), die so angeordnet ist, dass sie ein Fluid enthält, einem ersten Wärmetauscher (4), der mit der Hauptleitung (2) verbunden ist, und einem Ladeluftkühler (8) zum Abkühlen verdichteter Ladeluft für eine Verbrennungskraftmaschine (12), die in der Maschine angeordnet ist, wobei der Ladeluftkühler (8) mit der Hauptleitung (2) verbunden ist,

    wobei ein zweiter Wärmetauscher (10) mit der Hauptleitung (2) stromabwärts des Ladeluftkühlers (8) verbunden ist, mit welchem zweiten Wärmetauscher (10) eine Leitung für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, so dass Wärme zwischen dem Fluid in der Hauptleitung (2) und der hydraulischen Flüssigkeit in der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit übertragen werden kann,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass zumindest ein dritter Wärmetauscher (42) mit der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, wobei mit diesem dritten Wärmetauscher (42) eine Schmierölleitung (44) für zumindest eine an der Maschine angeordnete Radachse (46, 47) verbunden ist, so dass Wärme zwischen dem Schmieröl und der hydraulischen Flüssigkeit übertragen werden kann.
  2. Kühl- und Heizsystem gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster hydraulischer Motor (22), der mit der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, so angeordnet ist, dass er einen Ventilator (24) antreibt, wobei der Ventilator (34) so angeordnet ist, dass er einen Luftstrom durch den ersten Wärmetauscher (4) bewirken kann, um das Fluid in der Hauptleitung (2) zu kühlen.
  3. Kühl- und Heizsystem gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine variable Pumpe (18) für hydraulische Flüssigkeit mit der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, welche Pumpe (18) so angeordnet ist, dass sie einen variablen Durchfluss hydraulischer Flüssigkeit in der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit bewirken kann.
  4. Kühl- und Heizsystem gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Regelungseinheit (30) mit der Pumpe (18) für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, wobei diese Regelungseinheit so angeordnet ist, dass sie die Pumpe (18) für hydraulische Flüssigkeit auf Grundlage der Temperatur des Fluids und der hydraulischen Flüssigkeit regeln kann.
  5. Kühl- und Heizsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter hydraulischer Motor (52), der mit der Leitung (14) für hydraulische Flüssigkeit verbunden ist, so angeordnet ist, dass er eine Schmierölpumpe (48) antreiben kann, die mit der Schmierölleitung (44) verbunden ist.
  6. Kühl- und Heizsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierölleitung (44) mit jeder Radachse (46, 47) der Maschine verbunden ist.
  7. Kühl- und Heizsystem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmierölleitung (44) einen getrennten Kreislauf für jede Radachse (46, 47) der Maschine bildet.
  8. Kühl- und Heizsystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kühlwasserleitung, die mit der Verbrennungskraftmaschine (12) verbunden ist, einen Kabinen-Wärmetauscher (32) und einen Getriebe-Wärmetauscher (36) aufweist, wobei der Getriebe-Wärmetauscher (36) in einem Getriebegehäuse der Maschine angeordnet ist und mit der Kühlwasserleitung (34) stromabwärts des Kabinen-Wärmetauschers (32) verbunden ist.
  9. Kühl- und Heizsystem gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelungseinheit so angeordnet ist, dass sie die Pumpe (18) für hydraulische Flüssigkeit auf der Grundlage der Temperatur des Getriebeöls in dem Getriebengehäuse (37) regeln kann.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com