Öl-Luft-Kühler auslegen: OKAN Kühlanlagen von FUNKE
Öl-Luft-Kühler nutzen die Umgebungsluft als Kühlmittel. Kühlwasser, Rohrleitungen und Rückkühlanlage entfallen. In der Mobilhydraulik und an Baumaschinen sind sie deshalb Standard, ebenso überall dort, wo Wasser fehlt oder zu teuer ist. Wie man einen solchen Kühler auslegt, zeigen wir hier an den OKAN-Kühlanlagen von FUNKE.
Inhalt:
1. Aufbau und Funktion
Herzstück jeder OKAN ist ein Kühlerblock aus Aluminium in Stab-Platten-Bauweise. Das Öl fließt durch Kanäle mit Turbulenzeinsätzen (Turbulatoren), die für einen guten Wärmeübergang sorgen. Ein Ventilator zieht die Umgebungsluft durch die Luftlamellen dazwischen. Serienmäßig arbeitet der Lüfter saugend, auf Anfrage auch drückend.
1 Kühlerblock · 2 Haube · 3 Lüfterrad · 4 Nabe · 5 Schutzgitter · 6 Motorflansch · 7 U-Bügel · 8 Drehstrommotor · 9 Z-Profil (Fuß) · 10 SAE-Gegenflansch
2. Auslegung: spezifische Kühlleistung
Die wichtigste Kenngröße für die Auswahl ist die spezifische Kühlleistung P01. Sie gibt an, wie viel Wärme der Kühler pro Kelvin Temperaturdifferenz zwischen Öleintritt und Lufteintritt abführt:
P01 = PV / (tÖE − tLE) [kW/K]
- PV: abzuführende Verlustleistung in kW
- tÖE: Öleintrittstemperatur in den Kühler in °C
- tLE: Lufteintrittstemperatur, also die höchste zu erwartende Umgebungstemperatur, in °C
Ein Beispiel: Eine Hydraulikanlage erzeugt 15 kW Verlustleistung. Das Öl soll mit höchstens 60 °C in den Kühler eintreten, an heißen Tagen hat die Luft 35 °C. Erforderlich sind P01 = 15 kW / (60 °C − 35 °C) = 0,6 kW/K. Gewählt wird eine Baugröße, die beim vorhandenen Ölstrom mindestens 0,6 kW/K erreicht, mit etwas Reserve.
Wie stark sich das Öl dabei abkühlt, folgt aus Ölstrom und Wärmekapazität. Bei 100 l/min Mineralöl sinkt die Temperatur um etwa 5,4 K.
Grenze der Luftkühlung
Ausgelegt wird immer auf die höchste Umgebungstemperatur und die Öleintrittstemperatur. Liegen beide nah beieinander, wird der Kühler sehr groß. Bei weniger als etwa 10 K Differenz lohnt der Vergleich mit einem wassergekühlten Rohrbündel- oder Plattenwärmetauscher.
3. Was die Leistung beeinflusst
Mehr Ölstrom bringt mehr Kühlleistung, allerdings nur bis zu einer Sättigung. Darüber steigt vor allem der Druckverlust. Auch die Ölsorte zählt: Zähes Öl überträgt Wärme schlechter und erzeugt mehr Druckverlust. Die Leistungskurven gelten für eine bestimmte Viskosität, für andere Öle rechnen wir um. Deshalb fragen wir nach Ölsorte und Viskosität, etwa ISO VG 46.
Beim Kaltstart ist das Öl zäh, der Druckverlust im Kühler steigt stark an. Ein Bypass im Ölkreislauf schützt den Block und lässt das Öl erst bei Betriebstemperatur hindurch.
Auf der Luftseite kommt es auf drei Dinge an. In großer Höhe ist die Luft dünner und kühlt schlechter, die Aufstellungshöhe gehört deshalb in die Auslegung. Staub und Fasern setzen die Lamellen zu, dagegen helfen Luftfilter für das Kühlnetz und regelmäßiges Ausblasen. Und der Kühler braucht Abstand zu Wänden. Saugt er seine eigene warme Abluft wieder an, steigt die Lufteintrittstemperatur und die Leistung sinkt.
4. Baureihen OKAN und OKAN ED
Die OKAN-Kühlanlagen kühlen Öl, schwer entflammbare Hydraulikflüssigkeiten und Emulsionen mit Umgebungsluft:
- OKAN
Standardbaureihe in Rahmenbauweise mit Kühlnetzflächen von 0,05 bis 1,44 m² und spezifischen Kühlleistungen bis etwa 6,2 kW/K, ein- oder dreiwegig. Für stationäre und mobile Hydraulikanlagen. - OKAN ED
Kompakte Baureihe für höhere Drücke bis 26 bar statisch, mit sieben Baugrößen bis etwa 1,9 kW/K.
Die Ölseite ist für Öl bis 100 °C und Emulsionen bis 90 °C ausgelegt, höhere Werte nach Rücksprache. Standard ist ein Umgebungstemperaturbereich von −20 °C bis +40 °C.
Neben den Serien baut FUNKE kundenspezifische Aluminiumkühler. Für Baumaschinen, Land- und Forstmaschinen und Sonderfahrzeuge fertigt FUNKE Kombikühler, die Ladeluft, Kühlwasser und Öl in einem Block kühlen. Dazu kommen Luft-Öl-Kombikühler für Kompressoren sowie Kühler mit integriertem Tank und Filter.
5. Lüfterantrieb und Geräusch
In stationären Anlagen treibt standardmäßig ein Drehstrom- oder Wechselstrommotor den Ventilator an. Dafür brauchen wir Spannung, Frequenz, Schutzart und Wirkungsgradklasse. Bei Außenaufstellung ist eine Stillstandsheizung möglich, gegen Überhitzung ein Kaltleiter. Fahrzeuge mit Bordnetz bekommen einen Gleichstrommotor. In der Mobilhydraulik übernimmt oft ein Hydromotor den Antrieb, versorgt aus dem vorhandenen Hydrauliksystem. Dann brauchen wir maximalen Druck und Volumenstrom.
Der Schallpegel hängt vor allem von der Lüfterdrehzahl ab. FUNKE gibt ihn je Baugröße in dB(A) in 1 m und 7 m Abstand für mehrere Drehzahlen an. Ein größerer Kühler mit langsamerem Lüfter ist deutlich leiser als ein kleiner mit schnellem Lüfter.
Tipp
In Wohngebieten oder in Hallen mit Arbeitsplätzen bestimmt oft das Geräusch die Baugröße. Nennen Sie den Grenzwert deshalb gleich mit der Anfrage, das spart eine zweite Auslegungsrunde.
6. Optionen und Sonderausführungen
- Nebenstromkühleinheit als komplettes System mit integrierter Pumpe und Temperaturregelung, unabhängig vom Hauptkreislauf
- Explosionsgeschützte Ausführung für Ex-Bereiche, mit Angabe von Gerätegruppe, Kategorie, Zone und Temperaturklasse
- Seeluftbeständiger Oberflächenschutz für Schiffbau und Offshore
- Luftfilter für das Kühlnetz in staubiger Umgebung
- Sonderanschlüsse und Ausführungen nach Bau- und Abnahmevorschriften
Zum Einsatz kommen OKAN-Kühler im Maschinen- und Anlagenbau, an Baumaschinen und Sonderfahrzeugen, in der Mobilhydraulik, als Zusatzkühler für Lastspitzen im Sommer und an allen Anlagen ohne Kühlwasser.
7. Diese Daten brauchen wir für die Auslegung
Für jede Auslegung brauchen wir:
- abzuführende Wärmeleistung in kW
- Ölstrom in l/min
- Ölsorte und Viskosität, zum Beispiel ISO VG 46 bei 40 °C
- Öleintrittstemperatur in den Kühler
- maximale Umgebungstemperatur und Aufstellungshöhe
- maximal zulässiges Geräusch in dB(A) und Abstand
- Antrieb: Spannung und Frequenz, Gleichstrom oder Hydromotor mit Druck und Volumenstrom
Hilfreich sind außerdem der zulässige Druckverlust, maximale Abmessungen, Anschlüsse, Schutzart sowie Anforderungen an Ex-Schutz, Seeluftbeständigkeit oder Luftfilter. Den FUNKE Anfragebogen für Öl-Luft-Kühlanlagen senden wir Ihnen auf Wunsch zu.
Häufige Fragen
Wann ist ein Öl-Luft-Kühler besser als ein Wasserkühler?
Wenn kein Kühlwasser verfügbar ist, Rohrleitungen zu aufwendig wären oder die Anlage mobil ist. Voraussetzung ist eine ausreichende Differenz zwischen Öleintritts- und Umgebungstemperatur.
Was bedeutet die spezifische Kühlleistung in kW/K?
Sie gibt an, wie viel Wärme der Kühler pro Kelvin Temperaturdifferenz zwischen Öleintritt und Lufteintritt abführt. Bei 0,6 kW/K und 25 K Differenz sind das 15 kW.
Wie wird ein Öl-Luft-Kühler leiser?
Durch eine größere Baugröße mit niedrigerer Lüfterdrehzahl. Deshalb sollte das zulässige Geräusch schon in der Anfrage stehen.
Gibt es Öl-Luft-Kühler für explosionsgefährdete Bereiche?
Ja, FUNKE liefert explosionsgeschützte Ausführungen. Dafür brauchen wir Gerätegruppe, Kategorie, Zone und Temperaturklasse.
Kann der Ventilator hydraulisch angetrieben werden?
Ja. Neben Dreh- und Gleichstrommotoren gibt es Hydromotoren, die direkt aus dem Hydrauliksystem versorgt werden.
Daten und Abbildungen: FUNKE, Unterlagen zur Baureihe OKAN. Verbindlich ist das Datenblatt der jeweiligen Ausführung.