Hvorfor riktig kjølerstørrelse er viktig

La oss begynne med problemet: Overoppheting er en av de vanligste problemene på hydraulisk utstyr (faktisk nummer to etter lekkasjer)​. Når oljen blir for varm – typisk over 80 °C – brytes den ned raskere og tetninger kan skades​. Ideelt bør hydraulikkoljen holdes rundt 50–60 °C under drift​. En for liten kjøler vil slite med å holde temperaturen nede, noe som fører til varmgang, redusert oljelevetid og i verste fall driftsstans. På den andre siden vil en for stor kjøler kanskje koste litt ekstra, men det er mye bedre enn konsekvensene av for dårlig kjøling​. Riktig kjølerstørrelse er altså avgjørende for å unngå kostbare problemer og sikre jevn drift.

Prinsippet om varmebalanse i hydraulikksystemer

I ethvert hydraulikksystem blir all tilført effekt som ikke omsettes til nyttig arbeid, til varme i oljen​. Summen av varmetapene i pumper, ventiler, rør og aktuatorer utgjør systemets totale varmelast​. Hvis varmelasten (tapt effekt) er større enn det kjøleren og omgivelsene klarer å kvitte seg med, vil oljen gradvis bli varmere​. Temperaturen øker helt til systemet når en (uønsket høy) likevektstemperatur eller i verste fall til noe svikter. For å holde en stabil oljetemperatur må varmeavgiften matche varmetilførselen – det vil si at kjøleren og resten av systemet må klare å avgi like mye eller mer varme enn det som genereres​.

Total virkningsgrad (η) i systemet definerer hvor stor andel av tilført effekt som blir nyttig arbeid, og resten blir varme. For eksempel: har du 100 kW tilført effekt med 80 % totalvirkningsgrad, er 80 kW nyttig arbeid og 20 kW går tapt som varme​. Det betyr at kjøleren må kunne fjerne ca. 20 kW varme for å holde temperaturen stabil i dette tilfellet. I praksis har mange hydraulikkanlegg en kjølekapasitet tilsvarende rundt 25–40 % av inn-effekten​. Dette holder i vanlige systemer. Har du derimot mange strupetap, akkumulatorer eller servo-/proporsjonalventiler, kan varmeandelen bli mye høyere – det er ikke uvanlig at slike avanserte systemer trenger kjøling tilsvarende 50–90 % av tilført effekt​! Jo større varmetap, desto viktigere er det å velge en kraftig nok kjøler for å oppnå varmebalanse.

Hvordan beregne kjølebehovet (kW/°C)

Hvordan finner man så riktig størrelse på en hydraulikkjøler? Her er en steg-for-steg fremgangsmåte:

1. Finn kontinuerlig tilført effekt (kW) – Hvor mye effekt (kraft) leverer systemet inn i hydraulikken kontinuerlig? Dette kan for eksempel være motorstørrelsen på en hydraulikkpumpe. Arbeid i kilowatt for enkelhets skyld. (Har du motorstørrelse i hk, kan du konvertere: 1 hk ≈ 0,75 kW.)

2. Estimer systemets virkningsgrad (%) – Hvor effektivt er systemet? Dette kan variere med komponenter og bruk. Moderne hydraulikk med stempelpumper og motorer kan ha 85–90 % totalvirkningsgrad, mens enklere gearpumper og mye ventilstruping kanskje ligger rundt 70 %​. Hvis du er usikker, bruk en konservativ (lavere) virkningsgrad for sikkerhets skyld.

3. Beregn varmetapet (kW) – Dette er varmeeffekten som må kjøles bort. Formelen er:

   Varmetap (kW) = P_inn (kW) * (1 - η) 

   Med andre ord, tapt effekt = tilført effekt ganget med (1 minus virkningsgrad). For eksempel vil et anlegg med 50 kW inn og η = 0,8 ha et varmetap på 10 kW (50 * 0,2).

4. Fastsett temperaturdifferansen (ΔT) – Bestem maksimal akseptabel oljetemperatur og hva kjølemediets (luft eller vann) temperatur kan være under de aktuelle forholdene. Forskjellen mellom oljetemperatur og omgivelsestemperatur kalles temperaturdifferansen ΔT. For eksempel: Om du vil holde oljen på 60 °C og omgivelsene kan bli opptil 30 °C, så er ΔT = 30 °C. Jo mindre ΔT du har, desto mer effektiv (større) må kjøleren være, siden det er mindre temperaturdrivkraft for å flytte varmen.

5. Beregn nødvendig kjølekapasitet i kW/°C – Del varmetapet (fra steg 3) på temperaturdifferansen ΔT (fra steg 4). Resultatet har enheten kilowatt per °C (kW/°C) og angir hvor mye varme kjøleren må kunne avgi per grad temperaturforskjell. Dette tallet bruker du for å velge en kjøler. Har du for eksempel 15 kW varmetap og 30 °C differanse, trenger du en kjøler som klarer 15/30 = 0,5 kW/°C​. Velg en modell som minst oppfyller dette ved aktuelle betingelser, gjerne litt høyere for sikkerhetsmargin​.

Når du har beregnet kW/°C-behovet, sjekker du datablad eller diagram fra kjølerprodusenten. De fleste oppgir kjølekapasitet enten som kW ved en gitt ΔT, eller direkte som kW/°C for ulike oljeflow og temperaturforhold. Finn en kjøler som dekker ditt behov, og husk at litt overkapasitet er bra for å takle varme som kan variere med last og miljø.

Eksempel: Industriell maskin

La oss si du har et industrielt hydraulikkanlegg (f.eks. en presse eller formstøpemaskin) med en elektrisk motor på 30 kW som driver pumpen. Systemet har relativt få strupetap, så vi antar en total virkningsgrad på rundt 80 %.

• Inndata: 30 kW kontinuerlig inneffekt, η = 0,80.
• Varmetap: 30 kW * (1 - 0,80) = 6 kW. Dette er varmen som må fjernes.
• Temperaturer: Maskinen står inne i en hall med ca. 20 °C omgivelsestemperatur. Vi ønsker å holde oljen under 50 °C. Dette gir ΔT = 50 - 20 = 30 °C.
• Kjølebehov (kW/°C): 6 kW / 30 °C = 0,20 kW/°C.

Med dette resultatet ser vi at vi trenger en kjøler som klarer omtrent 0,20 kW per °C differanse. I produsentens katalog finner vi for eksempel en luftkjøler som yter 0,25 kW/°C ved våre betingelser – den kan avkjøle ~6 kW ved 24 °C ΔT (tilsvarende ~7,5 kW ved 30 °C). Denne har litt ekstra kapasitet og vil holde oljen komfortabelt under 50 °C selv om det blir litt varmere i lokalet. Kjøleren vi velger bør også passe til oljeflyten i systemet og ha akseptabel motstand (trykktap) i kretsen.

Resultat: Vi installerer en oljekjøler med nominell kapasitet ~0,25 kW/°C. Dette sikrer at de 6 kW av spillvarme forsvinner, og oljetemperaturen holder seg stabil rundt 50 °C under drift. Maskinen kan gå kontinuerlig uten overoppheting.

Eksempel: Gravemaskin

Vurder en gravemaskin der den hydrauliske pumpen trekker ~100 kW fra motoren under tungt arbeid. Mobil hydraulikk har ofte flere strupetap (f.eks. i ventiler), så la oss anta total virkningsgrad ca. 70 %. Dette betyr at en betydelig andel av motoreffekten blir til varme – noe som utfordrer kjølesystemet, spesielt på varme dager ute.

• Inndata: 100 kW hydraulisk effekt fra motoren, η = 0,70.
• Varmetap: 100 kW * (1 - 0,70) = 30 kW varme må håndteres av kjølesystemet.
• Temperaturer: Gravemaskinen kan operere utendørs i opptil 40 °C omgivelsestemperatur (sol og varme omgivelser). Vi ønsker å holde hydraulikkoljen under ~70 °C for sikker drift. Da regner vi med en ΔT = 70 - 40 = 30 °C. (I kjøligere vær, f.eks. 20 °C, ville ΔT vært 50 °C og kjølebehovet lettere å dekke. Men vi dimensjonerer for verstefall med 40 °C omgivelse.)
• Kjølebehov (kW/°C): 30 kW / 30 °C = 1,0 kW/°C.

Her ser vi at gravemaskinen trenger en relativt kraftig kjøler – omkring 1,0 kW/°C. Mobile hydraulikkjølere (typisk en radiator med vifte) må kunne avgi 30 kW varme ved 30 °C temperaturdifferanse. Vi velger en kjøler som oppfyller dette kravet, og gjerne litt til. For eksempel kan vi spesifisere en kjøler som yter ~1,2 kW/°C, hvilket tilsvarer 36 kW ved 30 °C ΔT. Dette gir oss en buffer slik at oljen holder seg under 70 °C selv om maskinen kjøres hardt over lengre tid eller om kjøleren blir litt skitten mellom vedlikehold.

I praksis vil gravemaskinen ha en kompakt luftkjøler med en 12/24 V vifte. Fordi likestrømsvifter ofte flytter litt mindre luft enn tilsvarende vekselstrømsvifter, er det ekstra viktig å dimensjonere konservativt for mobile enheter​. Med vår valgte kjøler på ~1,2 kW/°C vil maskinen kunne operere trygt i varme omgivelser. Hydraulikkoljen holder seg rundt 60–70 °C selv på varme dager, noe som forlenger levetiden til både olje og komponenter.

Andre faktorer som påvirker kjølervalg

Når du har beregnet grunnleggende kjølebehov, bør du også vurdere flere praktiske faktorer før endelig valg av kjøler:

• Omgivelsestemperatur og klima: Kjøleren må dimensjoneres etter høyeste forventede omgivelsestemperatur. Jo varmere luft eller kjølevann, desto mindre effektiv blir kjølingen. For luftkjølere betyr høy temperatur (eller tynn luft i høyden) at man trenger større kjøleflate​. Derfor bør du ta hensyn til klimaet der utstyret skal brukes – en maskin som går i 40 °C ørkenvarme krever en større/bedre kjøler enn en som går i 20 °C.

• Oljetype og viskositet: Ulike hydraulikkoljer tåler varme i ulik grad. Standard mineraloljer, biologisk nedbrytbare oljer eller brannhemmende væsker (f.eks. vann/glykol-basert) har forskjellige optimale temperaturområder. Oljen er for varm når viskositeten blir for lav til at komponentene fungerer riktig – dette kan skje godt under 80 °C for noen oljer​. Sjekk spesifikasjonene for oljen du bruker: Hva er anbefalt maksimal oljetemperatur? En syntetisk olje kan kanskje tåle litt høyere temperatur før den oksiderer eller mister viskositet, mens andre typer må holdes kjøligere. Velg kjøler ut fra den mest krevende oljetypen du planlegger å bruke.

• Kjølemedium (luft vs. vann): Hydraulikk-kjølere kommer i ulike typer, hovedsakelig luftkjølt (radiator med vifte) eller vannkjølt (olje/vann-varmeveksler). Valg av medium påvirker dimensjoneringen. Luftkjølte enheter er enkle å installere og bruker omgivelsesluften, men de er avhengige av god luftstrøm og moderat lufttemperatur. Vannkjølte kjølere kan avgi mye varme selv med lav temperaturdifferanse, fordi vann har høy varmekapasitet. Har du tilgang til kjølevann (f.eks. ferskvann eller sjøvann i industrielle prosesser), kan en kompakt platevarmeveksler være effektiv. Husk at for vann/glykol-blandinger må blandingsforhold og kvalitet tas med i beregningen​
  – f.eks. fjerner sjøvann varme mer effektivt enn en 50/50 glykolblanding, men krever rustfri utførelse. Kort sagt, velg en kjøler beregnet for det mediet du skal bruke (luft eller vann), og juster kapasiteten etter mediets temperatur og egenskaper.

Til slutt: Når du har tatt hensyn til alle disse faktorene, sitter du igjen med en helhetlig spesifikasjon for kjøleren. Summen av varmelast, driftstemperaturer og miljøforhold avgjør hvilken kjøler som passer. Det kan være lurt å konsultere produsentens datablad eller bruke deres beregningsprogram for å finne riktig modell ut fra dine tall. Konklusjonen er uansett klar – tar du deg tid til å beregne og velge riktig kjølerstørrelse, vil hydraulikksystemet ditt belønne deg med stabil temperatur, lengre levetid og færre driftsavbrudd. En godt dimensjonert hydraulikk-kjøler er en billig forsikring mot dyr og irriterende varmgang i fremtiden.