Ölkühler mit Rohrbündelwärmetauscher: Auslegung für viskose Medien

Hydraulikaggregate, Getriebe und stationäre Motoren geben ihre Verlustleistung über das Öl ab. Ein Rohrbündelwärmetauscher kühlt es gegen Kühlwasser - zuverlässig, aber nur, wenn die Auslegung die Besonderheiten viskoser Medien ernst nimmt.

Warum rechnet Öl anders als Wasser?

Drei Stoffwerte machen den Unterschied. Die Wärmekapazität von Öl liegt mit rund 2 kJ/(kg·K) bei etwa der Hälfte von Wasser - für dieselbe Leistung braucht die Ölseite also mehr Massenstrom oder mehr Spreizung. Die Wärmeleitfähigkeit ist rund fünfmal kleiner als die von Wasser. Und die Viskosität liegt je nach ISO-VG-Klasse und Temperatur um Größenordnungen über Wasser - sie bestimmt Grenzschichtdicke, Wärmeübergang und Druckverlust.

Das Ergebnis: Die Ölseite dominiert den Wärmedurchgang. Eine Auslegung, die einfach Wasser-Kennwerte ansetzt, unterschätzt die nötige Fläche deutlich.

Wie stark verändert die Temperatur das Öl?

Ölviskosität fällt mit steigender Temperatur steil ab - zwischen 30 °C und 60 °C typischerweise um den Faktor drei bis fünf. Für die Auslegung heißt das: Die Stoffwerte gehören zur Mitteltemperatur der Ölseite ausgewertet, nicht zu einem Nennwert aus dem Datenblatt. Unser Rechenkern hinterlegt die Stoffwerte deshalb temperaturabhängig und wertet sie am Betriebspunkt aus.

Welche Baugröße passt zu welcher Kühlaufgabe?

Kleine Aggregate mit einstelliger Verlustleistung kommen mit kompakten Baugrößen aus; Pressen, große Getriebe und Prüfstände brauchen entsprechend mehr Fläche. Entscheidend ist neben der Leistung der zulässige Druckverlust der Ölseite: zähes Öl durch enge Rohre zu drücken kostet Pumpleistung, und ein zu klein gewähltes Gerät erkauft seine Fläche mit unrealistischem Druckverlust. Die Auslegung prüft deshalb beide Kriterien gleichzeitig gegen den Baugrößen-Katalog; mit einer Druckverlustgrenze auf der Ölseite übernimmt das unser Team.

Rohrseite oder Mantel­seite - wohin mit dem Öl?

In unserem Aufbau führt die Rohrwendel das warme Medium, bei der Ölkühlung also das Öl; das Kühlwasser umströmt die Wendel im Mantel. Auf diese Zuordnung sind die Kennwerte unseres Baugrößen-Katalogs bezogen. Hydrauliköl läuft in der Regel gefiltert im geschlossenen Kreislauf und bringt wenig Schmutz mit; gereinigt wird der Apparat bei Bedarf durch chemisches Spülen.