DE102008021576A1 - Hydraulic converter - Google Patents
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-
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Abstract
Offenbart ist ein hydraulischer Wandler mit einem von einer Naturkraft oszillierend angetriebenen Schwingkörper, dessen kinetische Energie mittels einer Hydromaschine in hydraulische Energie wandelbar ist, die ihrerseits mittels einer weiteren Hydromaschine in mechanische Energie zum Antreiben eines Generators oder dergleichen verwendet wird. Zur Vermeidung von übermäßigen mechanischen Belastungen des Systems ist dem Schwingkörper eine Bremseinrichtung zugeordnet, über die dieser abgebremst werden kann. Diese Bremseinrichtung kann entweder als hydraulische oder als mechanische Linearbremse ausgeführt sein.Disclosed is a hydraulic transducer with an oscillating driven by a natural force oscillating body whose kinetic energy is converted by a hydraulic machine into hydraulic energy, which in turn is used by means of another hydraulic machine in mechanical energy for driving a generator or the like. To avoid excessive mechanical stress on the system, the oscillating body is assigned a braking device, by means of which it can be braked. This braking device can be designed either as a hydraulic or mechanical linear brake.
Description
Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Wandler gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Ansteuern eines hydraulischen Wandlers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 24.The The invention relates to a hydraulic converter according to the Preamble of claim 1 and a method for driving a hydraulic converter according to the preamble of claim 24.
Hydraulisch/elektrische
Wandler werden beispielsweise bei Wellengeneratoren eingesetzt,
wie sie in der
In
der nachveröffentlichten Patentanmeldung
In
der ebenfalls nachveröffentlichten Patentanmeldung
Die
Nutzung derartiger hydraulischer Wandler im Zusammenhang mit Wellenenergieanlagen wird
in dem Artikel
All die vorbeschriebenen Systeme haben den Nachteil gemeinsam, dass es bei übermäßigen Beschleunigungen oder Frequenzen des den Hydrozylinder bzw. die Pumpe antreibenden Schwimmkörpers zu mechanischen Überlastungen und damit zu entsprechenden Beschädigungen des hydraulischen Wandlers kommen kann. Bei den bekannten Lösungen sind zwar dem aufgrund des Wellengangs sich oszillierend bewegenden Schwingkörper Dämpfungseinrichtungen zugeordnet, diese reichen jedoch nicht aus, um übermäßige Beschleunigungen, beispielsweise verursacht durch extrem hohen Wellengang bei Sturm oder Seebeben zu verhindern.Alles the systems described above have the disadvantage that it at excessive accelerations or Frequencies of the hydraulic cylinder or the pump driving float to mechanical overloads and thus to corresponding Damage to the hydraulic converter can occur. Although the known solutions are due to the swell oscillating moving oscillating body damping devices However, these are not sufficient to excessive Accelerations, caused for example by extremely high waves to prevent in storm or seaquake.
Prinzipiell könnte man den Schwingkörper auch über die Komponenten des Wandlers, beispielsweise über die Hydromaschinen oder den Generator abbremsen. Diese würde jedoch zu erheblichen Wirkungsgradnachteilen führen, da die Hydromaschinen und der Generator entsprechend überdimensioniert werden müssten.in principle you could also over the vibrating body the components of the converter, for example via the hydraulic machines or decelerate the generator. However, this would be too substantial Efficiency disadvantages lead, as the hydraulic machines and the generator would have to be oversized accordingly.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen hydraulischen Wandler derart weiter zu bilden, dass die Betriebssicherheit bei extremen Bedingungen, beispielsweise bei einem Wellengang mit hohen und/oder steilen Wellen verbessert ist.In contrast, the invention has the object, the generic Hydraulic converter to continue to form such that the reliability in extreme conditions, such as in a swell with high and / or steep waves is improved.
Diese Aufgabe wird durch einen hydraulischen Wandler gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zur Ansteuerung eines hydraulischen Wandlers gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch 24 gelöst.These Task is by a hydraulic converter according to the Features of claim 1 and a method for driving a hydraulic converter according to the sibling Claim 24 solved.
Erfindungsgemäß ist der hydraulische Wandler mit einem Schwingkörper ausgeführt, dessen kinetische Energie mittels einer Hydromaschine in hydraulische Energie wandelbar ist. Diese wird über eine weitere Hydromaschine in mechanische Energie zum Antreiben eines Generators oder dergleichen umgewandelt. Zur Vermeidung von übermäßigen mechanischen Belastungen des Schwingkörpers ist eine Bremseinrichtung vorgesehen, über die der Schwingkörper bei Überschreiten einer vorbestimmten Beschleunigung, Frequenz oder Geschwindigkeit abgebremst werden kann, so dass einer Beschädigung der beweglichen Bauelemente des hydraulischen Wandlers vorgebeugt ist.According to the invention the hydraulic converter is designed with a vibrating body, its kinetic energy by means of a hydraulic machine in hydraulic Energy is convertible. This will be over another hydraulic machine in mechanical energy for driving a generator or the like transformed. To avoid excessive mechanical loads of the vibrating body is a braking device provided over which the vibrating body when exceeding a predetermined acceleration, frequency or speed can be slowed down, causing damage to the movable components of the hydraulic converter is prevented.
Bei einer Lösung ist diese Bremseinrichtung hydraulisch ausgeführt und hat einen Bremszylinder, der mit dem Schwingkörper in Wirkverbindung steht und dessen Druckräume über einen Druckmittelströmungspfad miteinander verbunden sind, in dem eine in Abhängigkeit von Bewegungsparametern des Schwingkörpers verstellbare Bremsdrossel angeordnet ist. Der Drosselquerschnitt dieser Bremsdrossel kann dann zum Abbremsen des Schwingkörpers verringert werden.at a solution, this braking device is designed hydraulically and has a brake cylinder with the oscillating body is in operative connection and the pressure chambers over a pressure medium flow path are interconnected, in the one depending on movement parameters of the vibrating body adjustable brake choke is arranged. The throttle cross-section This brake choke can then be used to decelerate the oscillating body be reduced.
Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die beiden Druckräume des Bremszylinders vorgespannt und über Rückschlagventile mit einem Tank verbunden, so dass Druckmittel aus dem Tank nachgesaugt werden kann.at An embodiment of the invention are the two Pressure chambers of the brake cylinder biased and over Check valves connected to a tank, allowing pressure medium can be sucked from the tank.
Bei einer bevorzugten alternativen Lösung wird anstelle der hydraulisch wirkenden Bremseinrichtung eine mechanische Bremse eingesetzt, die ein mit dem Schwingkörper bewegtes Bremselement hat, das in Bremseingriff mit einer mit Bezug zum Schwingkörper fest stehenden Bremskomponente bringbar ist.at a preferred alternative solution is used instead of hydraulically acting braking device used a mechanical brake, which has a brake element moved with the oscillating body, in braking engagement with a reference to the vibrating body fixed brake component can be brought.
Dabei kann das Bremselement zumindest eine Reibbeläge tragende Bremszange – auch Bremssattel genannt – sein, die an einer Bremsschiene der Bremskomponente angreift.there the brake element can carry at least one friction lining Brake caliper - also called caliper - be, which acts on a brake rail of the brake component.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn eine Vielzahl von Bremszangen an der Bremsschiene angreifen.According to the invention it is preferred if a plurality of brake calipers on the brake rail attack.
Bei einer Lösung der Erfindung ist die Bremsschiene eine entsprechend des Maximalhubs des Schwimmkörpers ausgeführte Bremsstange mit Rechteckprofil, an der die Bremszangen nebeneinander liegend angreifen.at a solution of the invention, the brake rail is a corresponding the maximum stroke of the float performed Brake rod with rectangular profile, on which the brake calipers side by side attack lying down.
Vorzugsweise wird die Bremsschiene als U- oder Doppel-T-Profil ausgeführt, an dessen Schenkeln jeweils Bremszangen angreifen.Preferably If the brake rail is designed as a U or double T-profile, on each of its legs attack calipers.
Diese Bremszangen können beispielsweise in Festsattel- oder Schwimmsattelbauweise ausgeführt sein, wie sie aus der Automobiltechnik (Scheibenbremsen) bekannt sind. Selbstverständlich können auch andere Bremskonstruktionen eingesetzt werden.These Brake calipers can, for example, in fixed saddle or floating caliper construction be executed as they are from the automotive industry (disc brakes) are known. Of course, others can Brake structures are used.
Bei einer sehr kompakt bauenden Anordnung ist die Bremszange zwischen zwei benachbarten Schenkeln des U- oder Doppel-T-Profils angeordnet und hat zwei koaxial zueinander und entgegengesetzt bewegbare Bremskolben, über die Reibbeläge in Bremseingriff mit den zugeordneten Schenkel der Bremsschiene bringbar sind.at a very compact design arrangement is the brake caliper between two adjacent legs of the U or double T-profile arranged and has two coaxial with each other and oppositely movable brake piston, over the friction linings in braking engagement with the associated legs the brake rail can be brought.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die beiden Bremskolben in einem Zylinderrohr geführt und begrenzen gemeinsam einen Bremsdruckraum, der mit dem Bremsdruck beaufschlagbar ist, um die Reibbeläge in Bremseingriff zu bringen.at In one embodiment, the two brake pistons are in guided a cylinder tube and limit one together Brake pressure chamber, which can be acted upon by the brake pressure to the friction linings to bring into braking intervention.
Der Aufbau der Bremseinrichtung ist besonders einfach, wenn das die beiden Bremsbeläge aufnehmende Zylinderrohr an einem Bremsanker befestigt ist, der vorzugsweise selbst als U-Profil ausgeführt ist, das von dem Zylinderrohr durchsetzt ist. Eine derartige Konstruktion des Bremsträgers als U-Profil weist bei hoher Steifigkeit ein minimales Gewicht auf.Of the Structure of the braking device is particularly simple if that the two brake pads receiving cylinder tube to a brake anchor is fixed, which is preferably carried out itself as a U-profile is, which is penetrated by the cylinder tube. Such a construction the brake carrier as a U-profile has high rigidity a minimal weight.
Die Reibbeläge sind vorteilhafter Weise auf einer Stützplatte angeordnet, die bewegbar am Bremsanker gelagert ist.The Friction linings are advantageously on a support plate arranged, which is movably mounted on the brake anchor.
Bei einer als U- oder Doppel-T-Profil ausgeführten Bremsplatte ist es zur Maximierung der Bremskraft vorgesehen, dass mehrere Bremszangen an jedem Schenkel angreifen.at a designed as U- or double-T profile brake plate It is to maximize the braking force provided that several calipers attack each thigh.
Der Aufbau einer derartigen Bremseinrichtung lässt sich weiter vereinfachen, wenn ein gemeinsamer Bremsanker vorgesehen ist, an dem Zylinderrohre der Vielzahl von Bremszangen gelagert sind.Of the Structure of such a braking device can be further simplify if a common brake anchor is provided on the cylinder tubes of the plurality of brake calipers are mounted.
Die Bremszangen können hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigt werden.The Brake calipers can be hydraulic, pneumatic or electric be operated.
Bei einer hydraulischen Betätigung der Bremseinrichtung kann der Bremsdruck vorzugsweise durch einen über die Hydromaschine aufgeladenen Hydrospeicher oder über einen eigenen Bremskreis zur Verfügung gestellt werden.at a hydraulic actuation of the braking device can the brake pressure preferably by a via the hydraulic machine charged hydraulic accumulator or its own brake circuit to provide.
Erfindungsgemäß wird es bevorzugt, wenn die Bremsschiene das sich mit dem Schwingkörper mitbewegende Bremselement und die Bremszangen die demgegenüber still stehende Bremskomponente ist. Selbstverständlich ist auch eine kinematische Umkehr möglich, bei der sich die Bremszangen mit dem Schwingkörper mitbewegen und die Bremsschiene demgegenüber still steht.According to the invention it is preferred if the brake rail moving with the oscillating body Brake element and the calipers the other hand, silent standing brake component is. Of course, too a kinematic reversal possible, in which the brake calipers move along with the oscillating body and the brake rail in contrast stands still.
Zur Vermeidung übermäßiger Beschleunigungen/Geschwindigkeiten des Schwingkörpers ist der hydraulische Wandler vorzugsweise mit einem Sensor zum Erfassen übermäßiger Schwingkörperbewegungen ausgeführt, dessen Signal von einer Steuereinheit ausgewertet wird, so dass bei Überschreiten vorbestimmter Maximalwerte ein Bremssignal zur Betätigung der Bremseinrichtung abgegeben werden kann.to Avoidance of excessive accelerations / speeds of the vibrating body, the hydraulic converter is preferably with a sensor for detecting excessive Oscillator movements executed, whose signal is evaluated by a control unit, so that when exceeded predetermined maximum values, a brake signal for actuation the braking device can be submitted.
Bei einer Variante der Erfindung ist dieser Sensor ein Aufnehmer zum unmittelbaren oder mittelbaren Erfassen des Schwingkörperhubs, der Schwingkörpergeschwindigkeit oder der Schwingkörperbeschleunigung.In a variant of the invention, this sensor is a sensor for directly or indirectly detecting the oscillating body stroke, the vibrating body speed or the Schwingkör perbeschleunigung.
Alternativ oder zusätzlich kann auch ein Sensor zum Erfassen des Drucks in den Druckräumen der Hydromaschine zur Wandlung der kinetischen Energie des Schwingkörpers in hydraulische Energie verwendet werden, so dass bei Überschreiten eines bestimmten Maximaldrucks oder bei einem sehr schnellen Ansteigen des Drucks ein Bremssignal generiert werden kann.alternative or additionally, also a sensor for detecting the pressure in the pressure chambers of the hydraulic machine for the conversion of the kinetic energy the vibrating body can be used in hydraulic energy, so that when exceeding a certain maximum pressure or at a very rapid increase in pressure, a brake signal can be generated.
Bei Wellenenergieanlagen der eingangs beschriebenen Bauart wird die Bremskraft vorzugsweise größer als 1,5 MN ausgelegt.at Wave energy systems of the type described above is the Braking force preferably greater than 1.5 MN designed.
Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.other advantageous developments of the invention are the subject of further Dependent claims.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch erläutert.in the Following are preferred embodiments of the invention schematically explained.
Bei
dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel ist
der hydraulische Wandler als Wellengenerator
Als
Schwimm- oder Schwingkörper
Wie
des Weiteren der schematischen Darstellung in
Die
Schwingmasse
Wie
bereits erwähnt, ist der Hydraulikkreislauf mit dem Gleichgangzylinder
Beim
dargestellten Ausführungsbeispiel wird der sich in den
Ringräumen
Bei
Erreichen eines der beiden Totpunkte des Kolbens
Zur
Glättung des Drehmomentverlaufes kann im Verbindungsstrang
Prinzipiell
können jedoch auch Synchronmaschinen verwendet werden,
wobei die Blindleistung jeweils aus dem angeschlossenen Stromnetz
Bei
sehr niedrigem Wellengang und entsprechend geringen, im geschlossenen
Hydraulikkreislauf umgepumpten Druckmittelvolumenströmen könnte
es vorkommen, dass der Hydromotor
Wie
eingangs erläutert, kann es bei ungünstigem Wellengang,
beispielsweise bei sehr hohen Wellen oder sehr steilen Wellenflanken
vorkommen, dass der Schwingkörper entweder übermäßig
beschleunigt oder aber über seinen Maximalhub gemäß Auslegung
hinaus bewegt wird, so dass er auf einen Endanschlag aufläuft.
Um derartige übermäßige mechanische Belastungen
zu vermeiden, ist dem Schwingkörper
Die
in
Die
vorbeschriebene hydraulische Bremseinrichtung
Im
Hinblick auf den Wirkungsgrad und auf die Investitionskosten könnten
daher mechanische Linearbremseinrichtungen
In
der nach oben, zur kappenförmigen Schwingmasse
Im Übergangsbereich
zwischen der Schwingmasse
In
Beim
rechts von der Symmetrieachse
Bei
dem in
Dazu
ist gemäß
Ein
Vorteil der in den
Bei
den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen wurden herkömmliche
Bremszangen oder Bremssättel verwendet, wie sie beispielsweise
bei Scheibenbremsen eingesetzt werden.
Im
Unterschied zum vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist
bei der in
Bei
dem in
In
jeder Bremszangenebene (siehe
Im
Bereich zwischen der Stützplatte
Zur
Abdichtung des Bremsdruckraums
Da
die vorbeschriebenen Bremszangen jeweils zwischen zwei benachbarten
Schenkeln
Bei den vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen erfolgt die Bremsbetätigung hydraulisch. Prinzipiell sind jedoch auch andere Bremssysteme, beispielsweise pneumatisch oder elektrisch wirkende Bremsen oder Hybridsysteme einsetzbar.at the above-described embodiments, the Brake control hydraulically. In principle, however, too other brake systems, for example pneumatically or electrically acting brakes or hybrid systems used.
Offenbart ist ein hydraulischer Wandler mit einem von einer Naturkraft oszillierend angetriebenen Schwingkörper, dessen kinetische Energie mittels einer Hydromaschine in hydraulische Energie wandelbar ist, die ihrerseits mittels einer weiteren Hydromaschine in mechanische Energie zum Antreiben eines Generators oder dergleichen verwendet wird. Zur Vermeidung von übermäßigen mechanischen Belastungen des Systems ist dem Schwingkörper eine Bremseinrichtung zugeordnet, über die dieser abgebremst werden kann. Diese Bremseinrichtung kann entweder als hydraulische oder als mechanische Linearbremse ausgeführt sein.Disclosed is a hydraulic transducer with one of a natural force oscillating driven vibrating body, its kinetic energy by means of a hydraulic machine is convertible into hydraulic energy, which in turn by means of another hydraulic machine in mechanical Power used to drive a generator or the like becomes. To avoid excessive mechanical loads on the system is the vibrating body a Assigned braking device over which braked this can be. This braking device can be either hydraulic or be designed as a mechanical linear brake.
- 11
- Wandlerconverter
- 22
- Schwingkörperoscillating body
- 44
- GleichgangzylinderRod cylinders
- 66
- Hydromaschinehydromachine
- 88th
- Regelkreisloop
- 1010
- elektrische Maschineelectrical machine
- 1212
- Netznetwork
- 1414
- Schwingmasseoscillating weight
- 1616
- Feder-/DämpfungssystemSpring / damping system
- 1818
- MeeresbodenSeabed
- 2020
- Kolbenstangepiston rod
- 2222
- Kolbenpiston
- 2424
- Ringraumannulus
- 2626
- Ringraumannulus
- 2828
- Druckleitungpressure line
- 3030
- Druckleitungpressure line
- 3232
- Verbindungsstrangconnecting string
- 3434
- Kupplungclutch
- 3636
- Hydrospeicherhydraulic accumulator
- 3737
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 3838
- Hydrospeicherhydraulic accumulator
- 3939
- DruckaufnehmerPressure transducer
- 4040
- Reglerregulator
- 4242
- SchwungmasseInertia
- 4444
- Bremseinrichtungbraking means
- 4646
- Bremszylinderbrake cylinder
- 4848
- Plungerkolbenplunger
- 5050
- Zylindercylinder
- 5252
- Druckraumpressure chamber
- 5454
- Druckraumpressure chamber
- 5656
- Bremsleitungbrake line
- 5858
- Bremsleitungbrake line
- 6060
- Rückschlagventilcheck valve
- 6262
- Rückschlagventilcheck valve
- 6464
- Drosselleitungchoke line
- 6666
- Bremsdrosselbrake throttle
- 6868
- BasisBase
- 7070
- Gestellframe
- 7272
- Faltenbalgbellow
- 7474
- Symmetrieachseaxis of symmetry
- 7676
- Bremszangecaliper
- 7878
- Bremskomponentebrake component
- 8080
- BremszangenträgerBrake caliper support
- 8282
- Bremsschienebrake rail
- 8484
- Bremskolbenbrake pistons
- 8686
- Mittelstegcenter web
- 8888
- Schenkelleg
- 9090
- Schenkelleg
- 9292
- Reibbelagfriction lining
- 9494
- Reibbelagfriction lining
- 9696
- Kühlkanalcooling channel
- 9898
- Bremsflächebrake surface
- 100100
- Bremsflächebrake surface
- 102102
- Bremsankerbrake anchor
- 104104
- Ankerschenkelanchor leg
- 106106
- Ankerschenkelanchor leg
- 108108
- Zylinderrohrcylinder tube
- 109109
- Aufnahmeadmission
- 110110
- Befestigungsmittelfastener
- 112112
- Kolbenbodenpiston crown
- 114114
- Kolbenhemdskirt
- 116116
- Stützplattesupport plate
- 118118
- Endabschnittend
- 120120
- Endabschnittend
- 122122
- Aufnahmeadmission
- 124124
- Aufnahmeadmission
- 126126
- Faltenbalgbellow
- 128128
- BremsdruckraumBrake pressure chamber
- 130130
- Haltefederretaining spring
- 132132
- Dichtringseal
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Claims (24)
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Applications Claiming Priority (1)
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