Die Erfindung betrifft ein Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem, das mindestens eine Lüftereinrichtung aufweist, bestehend aus zumindest einem drehzahlgeregelten Lüftermotor, der ein Lüfterrad antreibt zum Erzeugen einer Kühlleistung für ein Fluid eines Kühlkreises, wobei zur Regelung der Drehzahl des Lüftermotors mittels einer Steuer- und/oder Regelungseinrichtung mindestens eine Ist-Wertvorgabe, die von einer an das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem über den Kühlkreis anschließbaren Maschineneinheit stammt, mit einer Soll-Wertvorgabe derart verglichen wird, dass in Abhängigkeit von den aktuellen Leistungswerten der jeweiligen Maschineneinheit die Kühlleistung des Flüssigkeits-Luft-Kühlsystems nachgeführt ist.

Die EP 0 968 371 Bl zeigt und beschreibt eine Fluidkühlvorrichtung bestehend aus einem Motor, der ein Lüfterrad und eine Fl uidpumpe antreibt, die Fluid aus einem Ölbehälter nimmt und in einen hydraulischen Arbeitskreis fördert, in dem hydraulischen Arbeitskreis wird das Fluid (Hydraulikmedium) erwärmt sowie zu einem Wärmetauscher geführt, aus dem das Fluid gekühlt in den Ölbehälter zurückgeführt wird. Der Ölbehälter der Fluidkühlvorrichtung ist wannenförmig gebildet, mit insbesondere hochgezogenen Wannenrändern, die sich dazu eignen, ein Gehäuseteil, das das Lüfter- rad aufnimmt und einen Luftführungsschacht für einen Wärmetauscher der Fluidkühlvorrichtung darstellt, zu bilden. Mit der Fluidkühlvorrichtung las- sen sich bei ausgesprochen kompakter Bauweise hohe Fluidmengen in deren Ölbehälter bevorraten und umwälzen.

Ein Steuersystem und ein Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer Viel- zahl von Ventilatoren zur Kühlung einer Vielzahl von Strömungsmitteln einer Arbeitsmaschine beschreibt die DE 100 62 534 A1. Die Drehzahl jedes der Vielzahl von Ventilatoren wird spezifisch gemäß einer einzelnen Wärmeableitungsanforderung von Wärmeübertragungskernen gesteuert. Hierbei wird für jeweils einen Temperatursensor jedes der Vielzahl von Strömungsmitteln mit seiner aktuellen Temperatur überwacht, wobei jeder Sensor betreibbar ist, um ein Signal auszubilden, das die Temperatur des jeweiligen Strömungsmittels zum einen anzeigt und zum anderen an eine elektronische Steuervorrichtung weitergibt, um die jeweils singulare Drehzahl eines jeden Ventilators zu steuern.

Mit den vorstehenden bekannten Lösungen sind grundsätzlich Temperier- und insbesondere Kühlaufgaben für ein Fluid eines Hydraulikkreises darstellbar, jedoch ist insbesondere die Temperatur des Fluids, welches die Lüftereinrichtungen passiert hat, absolut betrachtet von der jeweiligen und variierenden Umgebungstemperatur des Hydraulikaggregates abhängig. Die Ausgangstemperatur des Fluids nach Passage der Lüftereinrichtung schwankt daher bei den bekannten Hydraulikaggregaten oder Fluidkühlvor- richtungen. Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem anzugeben, dessen Kühlleistung seiner Lüftereinrichtung die Umgebungstemperatur des Flüssigkeits-Luft- Kühlsystems berücksichtigt und eine exakte Soll-Temperatur des Fluids in der Lage ist, dauerhaft darzustellen. Eine dahingehende Aufgabe löst ein Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.

Gemäß dem Patentanspruch 1 ist ein Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem geschaf- fen, dessen Lüftereinrichtung ein von einem drehzahlgeregelten Lüftermotor angetriebenes Lüfterrad aufweist, wodurch grundsätzlich eine Darstellung einer Kühlleistung für ein Fluid eines Kühlkreises ermöglicht ist, die eine Ist- Wertvorgabe - etwa einen Temperaturwert -, die von einer an das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem über den Fluidkreis anschließbaren Maschineneinheit stammt, zu berücksichtigen. Das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem weist zudem erfindungsgemäß die Möglichkeit der Berücksichtigung einer Soll- Wertvorgabe auf, wobei die Soll-Wertvorgabe mit der Ist-Wertvorgabe derart verglichen wird, dass in Abhängigkeit von den aktuellen Leistungswerten der jeweiligen mit Fluid versorgten Maschineneinheit die Kühlleistung der Lüftereinrichtung nachgeführt wird.

Einen dahingehenden Soll/1 st-Vergleich und eine Drehzahl regelung des Lüftermotors übernimmt eine egelungs- und/oder Steuereinrichtung. Dabei kann die Ist-Wertvorgabe und die Soll-Wertvorgabe durch einen Tempera- turwert dargestellt sein. Es kann auch vorgesehen sein, die Ist-Wertvorgabe und die Soll-Wertvorgabe durch geeignete andere Kenngrößen zu beschreiben, die sich auf einen aktuellen Betriebspunkt der Maschineneinheit und einen aktuellen Ist-Temperaturwert beziehen, der die aktuellen Betriebsbedingungen betreffend das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem wiedergibt.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Flüssigkeits-Luft- Kühlsystems und insbesondere unter Einsatz von Speicher- und Prozessoreinrichtungen der die Drehzahl des Lüfterrades regelnden Regelungsund/oder Steuerungseinrichtung ist z.B. als Soll-Wertvorgabe eine Lufttem- peratur an einer Zuluftseite der Lüftereinrichtung vorgesehen. Als Soll- Wertvorgabe dient entweder eine Temperatur der Umgebungsluft des Hyd- raulikaggregates oder eine Temperatur der Maschineneinheit oder einer Komponente der Maschineneinheit, welche von Fluid zum Zwecke der Temperierung durchströmt ist. Zur Anhebung der Energieeffizienz des erfindungsgemäßen Flüssigkeits- Luft-Kühlsystems ist als Kühlmedium Umgebungsluft vorgesehen, wobei es vorteilhaft ist, die Drehzahl des Lüftermotors so zu regeln, dass die Fluid- temperatur des Kühlmittels auf einem Wert gehalten ist, der z.B. 5° Kelvin oder mehr erniedrigt ist, im Vergleich zu einer die Soll-Wertvorgabe darstel- lenden Soll-Temperatur. Um ein kostengünstiges Flüssigkeits-Luft- Kühlsystem darstellen zu können, ist es vorteilhaft, den Lüftermotor als sogenannten drehzahlvariablen Motor zu wählen. Zur Regelung des Lüftermotors ist es weiter vorteilhaft, eine dahingehende Steuer- und/oder Regelungseinrichtung zudem in Verbindung mit der Maschineneinheit oder, bei Verwendung von Bussystemen, sowohl zur Übertragung der Soll- Wertvorgabe als auch der Ist-Wertvorgabe oder auch im Sinne eines Feldbussystems zur Vernetzung mehrerer Maschineneinheiten zu benutzen. Ein PID-Regler regelt hierbei die Drehzahl des Lüftermotors. PID- Regeleinrichtungen sind dem Fachmann bekannt und werden üblicher Weise dazu verwendet, um den Betrieb von mechanischen Antrieben oder anderen mechanischen Ausrüstungsgegenständen von Maschineneinheiten zu regeln. Die Erfindung umfasst hierbei jedwede Art einer PID-Regelung. Dabei ist die Ausgangsgröße der PID-Regelung auf die maximal zulässige Drehzahl des Lüftermotors bzw. des Lüfterrades begrenzt.

In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Flüssigkeits- Luft-Kühlsystem als kompakte und einer, den benötigten Bauraum minimierten Einheit, bestehend aus einem Fluidtank, einem Motor zum Antrieb einer Fluidpumpe, der Fluidpumpe selbst und dem Lüftermotor nebst Lüf- terrad und dazugehörigem Kühler und Kühlergehäuse, zusammengefasst. Der Motor zum Antrieb der Fluidpumpe ist besonders bevorzugt direkt an dem Fluidtank montiert. Dabei ist es zweckmäßig die geometrischen Abmessungen der genannten Komponenten des Flüssigkeits-Luft-Kühlsystems so zu wählen, dass die Lüftereinrichtung und der Motor zum Antrieb der Fluidpumpe eine Grundfläche des Fluidtanks im Wesentlichen nicht über- ragen.

Das Fluid selbst kann beispielsweise Getriebeöl oder Hydrauliköl oder auch ein Wasser-Glykolgemisch sein. Mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem können vorzugsweise sehr exakte Temperieraufgaben an einer Werkzeugmaschine, einem Getriebe, einem Extruder, einem Motor, einem Frequenzumrichter oder anderartig gebildeten Maschineneinheit gelöst werden, wobei mit minimiertem Energieaufwand ein dauerhafter, in Bezug auf Temperaturschwankun- gen der temperierten Maschineneinheit exakter Betrieb einer dahingehenden Maschineneinheit ermöglicht ist. Mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem kann auch ein Bett einer Maschineneinheit oder ein singuläres Maschinenbauteil, wie etwa eine Spindel der Maschineneinheit mit Fluid, insbesondere Temperierfluid versorgt werden.

Im Folgenden wird das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem anhand einer Ausführungsform nach der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Flüssigkeits-Luft- Kühlsystems;

Fig. 2 eine Draufsicht auf das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem in Fig. 1 ; Fig. 3 ein schematisches Schaltbild des erfindungsgemäßen Flüssigkeits-Luft-Kühlsystems; eine beispielhaft dargestellte, dem Flüssigkeits-Luft- Kühlsystem zugeführte Wärmeleistung aus einer Maschineneinheit; in bildlicher Übereinanderanordnung jeweils einen zeitlichen Verlauf

der Temperatur des Fluids vor Eintritt in die Maschineneinheit,

der Temperatur des Fluids nach dem Pumpenausgang, des Fluidvolumenstroms V, und

der Luft-Umgebungstemperatur des Hydraulikaggregats; in bildlicher Übereinanderanordnung jeweils einen zeitlichen Verlauf

des Motorstroms des Lüftermotors in Ampere gemessen, und

der abgegebenen Motorleistung des Lüftermotors in Kilowatt gemessen; und einen zeitlichen Verlauf der Drehzahl des Lüftermotors.

In der Fig. 1 ist in einer perspektivischen Ansicht und teilweisen Explosi- onszeichnung ein als Ganzes mit 1 bezeichnetes Flüssigkeits-Luft-

Kühlsystem zur Versorgung einer schematisch dargestellten Maschineneinheit 9 bzw. einer Komponente 1 1 der Maschineneinheit 9 mit als Tempe- rierfluid vorgesehenem Fluid 5 gezeigt. Zu dem Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem 1 gehörig ist eine Lüftereinrichtung 2, die einen als elektrischen Motor 12 gebildeten Lüftermotor 3 aufweist, der ein Lüfterrad 4 mit einzelnen Lüfterflügeln in der Art eines Axialgebläses antreibt. Das Lüfterrad 4 ist anteilig in einem Lüfterradgehäuse 22 und einem Schutzgitter 1 7 aufgenommen. Das Lüfterradgehäuse 22 kann aus Kunststoff oder Blechteilen gebildet sein. Wie auch die Fig. 2 in einer Draufsicht auf das Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem in Fig. 1 zeigt, ist zur Sicherheit im rückwärtigen Bereich des Lüfterrades 4, ein Schutzgitter 18, vorgesehen. Auf der gegenüberliegenden Seite des Lüfterrades 4 in Bezug auf das Schutzgitter 18 ist ein Wärmetauscher 19 in Form eines Lamellenkühlers angeordnet. Der Wärmetauscher 19 erstreckt sich über die gesamte, von dem Lüfterrad 4 bestrichene Projektionsfläche. In Betrachtungsrichtung der Fig. 1 saugt das Lüfterrad 4 von rechts nach links Umgebungsluft durch die Lamellen des Lamellenkühlers und in Richtung des Lüftermotors 3. Grundsätzlich ist die gezeigte Lüftereinrichtung 2 auch in umgekehrter Strömungsrichtung der Kühlluft konzipier- und betreibbar. Das Lüfterradgehäuse 22 ist in der Art eines Kastens konzipiert und in dem gezeigten Ausführungsbeispiel senkrecht auf einem Fluidtank 13 montiert. Der Fluidtank 13 ist im Wesentlichen als quaderförmiges Bauteil gebildet. Der Querschnitt des Fluidtanks 1 3 ist hierbei, wie in Fig. 1 gezeigt, L-förmig ausgebildet, so dass ein über den übrigen Querschnitt des Fluidtanks 1 3 angehobener Montagesockel 20 für einen Motor 15 einer in dem Fluidtank 13 befindlichen Fluidpumpe 14 gebildet ist. Auf dem Lüftergehäuse 22 ist die Verteilerschiene 7 angeordnet. Ein Sensor 28 zur Bestimmung der Ist-Temperatur tist ist in der Fluidverbindung des Wärmetauschers 19 zwischen dem Lamellenkühler 19 und dem Fluidtank 13 angeordnet. Die Regeleinrichtung 24 befindet sich auf dem Motor 3. Der Sensor zur Bestimmung der Soll-Temperatur 10 befindet sich in Strömungsrichtung gesehen vor dem Lamellenkühler 19 und ist vor dem direkten Luftstrom geschützt. Die gesamte Lüftereinrichtung 2 und der Motor 15 zum Antrieb der Fluidpumpe 14 überragen nur unwesentlich eine Grundfläche 16 des Fluidtanks 1 3. Die Soll-Temperatur kann zusätzlich oder alternativ auch mittels eines entsprechenden Sensors direkt an der im Betrieb befindlichen Maschineneinheit abgegriffen werden. Auf der Oberseite des Lüftermotors 3, bzw. dessen mit Kühllamellen versehenen Außenfläche, ist eine Motorsteuereinheit 24 unmittelbar angebracht. Hierdurch ergibt sich eine integrierte Kabelverbindung zwischen der Mo- torsteuereinheit 24 und dem Lüftermotor 3. Dies stellt eine konstruktive Maßnahme dar, um elektromagnetische Störfelder beim Betrieb des Lüftermotors 3 zu vermeiden und die EMV- Verträglichkeit des Hydraulikaggregats 1 zu steigern. Die Motorsteuereinheit 24 weist insbesondere einen Frequenzumrichter auf, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine über eine Kabelsteckverbindung anschließbare separate Bedieneinheit individuell parametriert und an den jeweiligen Einsatzzweck des Lüftermotors 3 anpassbar ist.

Die Fluidpumpe 14 fördert in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Tem- perierfluid, vorzugsweise ein Wasser-Glykolgemisch und ist als Tauchpumpe ausgeführt. Die Fluidpumpe 14 kann hierbei grundsätzlich in ihrer Bauart entweder mehr in Bezug auf einen großen Volumenstrom oder mehr in Bezug auf ein entsprechend hohes Druckniveau des Fluids 5 in einem Flüs- sigkeits-Luft-Kühlsystem-Kreis 6 für die Maschineneinheit 9 ausgelegt sein, so dass die Bauart der Fluidpumpe 14 beispielsweise eine Kreiselpumpe oder auch eine Pumpe mit Verdrängerelementen, wie etwa eine Rollenpumpe oder eine Flügelzellenradpumpe oder eine Zahnradpumpe, sein kann. Pumpenteile der Fluidpumpe 14 ragen zur Fluidentnahme aus dem Fluidtank 13 in diesen, sind aber nicht näher dargestellt. Insbesondere weist die Fluidpumpe 14 eine Pumpöffnung 25 für die Entnahme von Fluid 5 aus dem Fluidtank 13 auf. Nachdem das Fluid 5 die Maschineneinheit 9 oder auch eine Komponente 1 1 der Maschineneinheit 9 durchlaufen hat, wird es in den Lamellenkühler 19 über den Anschluss K eingeleitet. Den Wärmetauscher 19 verlässt das Fluid 5 gekühlt unmittelbar über den Ist- Wertstensor und die Verrohrung 26 in den Fluidtank 1 3. Die in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eingestellte Differenztemperatur ist hierbei > 5° Kelvin. Insbesondere ein PID-Regler 27 in der Motorsteuereinheit 24 dient zur Drehzahlregelung des Lüftermotors 3. Die Verteilerleiste 7, die Motorsteuereinheit 24 sowie der PID-Regler 27 können auch in einem Steuer- und/oder Regelungsblock (nicht dargestellt) zusammengesetzt sein.

Die Fig. 4a bis 4d zeigen Protokolle relevanter Betriebsparameter beim Betrieb des Flüssigkeits-Luft-Kühlsystems 1 und der mit diesem gekühlten Ma- schineneinheit 9. So ist in Fig. 4a die von der Maschineneinheit 9 dem

Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem 1 , über das sich in der Maschineneinheit 9 erwärmte Fluid 9, zugeführte Wärmeleistung über ein Zeitintervall von 0 bis 6000 sec. gezeigt. Die zugeführte Wärmeleistung schwankt in diesem Zeitintervall zwischen etwa 0,8 bis 6,3 kW. Während eines normalen Betriebes (Zeitintervall zwischen 1000 Sec. und 4.500 Sec.) schwankt die zugeführte Wärmeleistung in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwischen etwa 2,5 und 6,3 kW.

Die Fig. 4b zeigt über dasselbe Zeitintervall aufgetragene relevante Tempe- raturverläufe an dem Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem. Die in Fig. 4b oberste

Kurve zeigt ein Ausführungsbeispiel des Temperaturverlaufs der Temperatur des Fluids 5 am Eingang des Flüssigkeits-Luft-Kühlsystems 1, also nach Verlassen der Maschineneinheit 9 und vor Einsströmen in den Wärmetauscher 19. Dabei schwankt die in dem Ausführungsbeispiel durch die genannte Temperatur dargestellte Soll-Wertvorgabe zwischen etwa 28 und 32°C.

Darunter ist in Fig. 4b die Fluidtemperatur des Fluids 5 nach Verlassen und nach einem Kühlvorgang in dem Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem 1 gezeigt. Wie unmittelbar ersichtlich, schwankt die Ausgangstemperatur des Fluids 5 nach einem Einregelvorgang in einem Zeitintervall von etwa 250 bis 600 See. annähernd überhaupt nicht und stellt sich auf eine Temperatur von etwa 27,8° C ein.

Unter den genannten Temperaturverläufen ist in Fig. 4b ein Volumenstrom- verlauf V des Fluids 5 in dem Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem 1 in demselben Zeitintervall dargestellt. Der Volumenstrom V ist hierbei annähernd exakt 25 l/min. Darunter ist in Fig. 4b ein typischer Verlauf einer Soll- Wertvorgabe, hier einer Temperatur tsoii der Umgebungsluft des Flüssigkeits- Luft-Kühlsystems 1 dargestellt, wobei in dem genannten Zeitintervall die Umgebungslufttemperatur zwischen etwa 21 und 23 °C schwankt. Durch das erfindungsgemäße Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem 1 ist somit eine sehr exakte Temperaturführung von Komponenten 1 1 einer Maschineneinheit 9, beispielsweise in Form eines Werkzeugmaschinen-Spindeltriebes oder einer gesamten Maschineneinheit 9, wie etwa eines Bearbeitungszentrums oder einer Werkzeugmaschine, ermöglicht. Das erfindungsgemäße Flüssigkeits- Luft-Kühlsystem 1 ist somit in der Lage, eine deutliche Verbesserung der Maschinengenauigkeit bei der Bearbeitung zu bewirken.

In Fig. 4c ist in der oberen Kurve der Verlauf des Motorstroms des Lüftermo- tors 3 und in der unteren Kurve der Verlauf der Flüssigkeits-Luft-Kühlsystem- Motorleistung des Lüftermotors 3 dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel schwankt der Motorstrom zwischen etwa 1,2 und 2,2 Ampere während die dabei aufgenommene Motorleistung zwischen etwa 0 und 400 Watt beträgt.

In Fig. 4d ist die Drehzahlschwankung des Lüfterrades 4, die erforderlich ist, um die in Fig. 4b dargestellte exakte Ausgangstemperatur des Fluids 5 nach Verlassen des Wärmetauschers 19 darstellen zu können, gezeigt. Die Drehzahl des Lüfterrades 4 schwankt hierbei in einem relativ weiten Be- reich zwischen etwa 200 und annähernd 1000 Umdrehungen/Min. Auch die gewählte Drehzahl bzw. der gewählte Drehzahlbereich dokumentiert, dass das Hydraulikaggregat 1 durchaus in der Lage ist, aufgrund vergleichsweise geringer Blattspitzengeschwindigkeiten seiner Lüfterradflügel, einen geringen Schallpegel im Betrieb zu gewährleisten.