DE102008025086A1

DE102008025086A1 - Hydraulikvorrichtung

Info

Publication number: DE102008025086A1
Application number: DE102008025086A
Authority: DE
Inventors: Norbert Hassner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-12-03
Also published as: DE202008007881U1; WO2009143923A1

Abstract

Es wird eine Hydraulikvorrichtung mit einem Hydraulikmotor und einer ersten Hydraulikeinheit vorgeschlagen, wobei die erste Hydraulikeinheit einen ersten Hydraulikzylinder gekoppelt mit dem Hydraulikmotor aufweist und wobei die Hydraulikvorrichtung ferner einen flüssigkeitsbefüllten ersten Behälter und einen in dem ersten Behälter beweglich angeordneten und mit dem Hydraulikzylinder in Wirkverbindung stehenden ersten Auftriebskörper aufweist, wobei der erste Behälter um eine Drehachse drehbar angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydraulikvorrichtung mit einem Hydraulikmotor und einer ersten Hydraulikeinheit, wobei die erste Hydraulikeinheit einen ersten Hydraulikzylinder gekoppelt mit dem Hydraulikmotor aufweist.
Eine solche Hydraulikvorrichtung ist allgemein bekannt. Beispielsweise ist aus der Druckschrift DE 10 2004 025 353 A1 eine Vorrichtung zur Gewinnung mechanischer Energie aus Wärme bekannt, wobei eine durch Wärmeausdehnung eines Mediums bewirkte Kolbenbewegung ein zwischen zwei Rückschlagventilen in einem Druckbehälter befindliches Hydrauliköl unter Druck setzt und dadurch in Richtung eines Hydraulikmotors verdrängt. Nachteilig an dieser Vorrichtung ist, dass lediglich Wärmeenergie mittels des Hydromotors in Rotationsenergie umwandelbar ist. Ein Umwandeln von elektrischer oder kinetischer Energie in Rotationsenergie mittels eines Hydromotors und insbesondere unter Verwendung von Auftriebskräften eines Auftriebskörpers in einer Flüssigkeit ist nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Hydraulikvorrichtung bereitzustellen, welche die auf einen Auftriebskörper wirkende Auftriebskraft zum Antrieb eines Hydraulikmotors nutzt. In vielen Anwendungsgebieten ist es notwendig, Energie einer ersten Energieform in Energie einer zweiten Energieform umzuwandeln. Die erfindungsgemäße Hydraulikvorrichtung ermöglicht daher im Gegensatz zum Stand der Technik eine vergleichsweise vielseitig einsetzbare Hydraulikvorrichtung zur wahlweisen Energieumwandlung von kinetischer Energie, hydrostatischer Energie, hydrodynamischer Energie, Wärmeenergie, chemischer Energie und/oder elektrischer Energie in Rotationsenergie je nach Einsatz der Hydraulikvorrichtung. Somit ist mit nur einer einzigen Vorrichtung Energie in einer Vielzahl von Energieformen in Rotationsenergie umwandelbar. Ferner ist eine Übersetzung von Rotationsenergie in einen Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit möglich, wobei aufgrund der frei wählbaren Rotationseigenschaften des ersten Behälters bzw. der Drehscheibe eine Vielzahl von unterschiedlichen Transmissionscharakteristiken bei der Energieumwandlung zu erzielen sind. Dies wird auch dadurch begünstigt, dass eine Rückkopplung des Volumenstroms auf die Rotationseigenschaften des Behälters bzw. auf die Drehscheibe, insbesondere bei der Verwendung einer Drehscheibe mit einem im Vergleich zum Auftriebskörper großen Massenträgheitsmoment, vergleichsweise stark unterdrückt bzw. in erster Ordnung zu vernachlässigen ist. Aufgrund eines derartig großen Massenträgheitsmoments der Drehscheibe ist ferner eine Glättung einer nichtkontinuierlichen Rotationsbewegung zum Antrieb der Drehscheibe bei der Umwandlung in die Rotationsbewegung des Hydraulikmotors möglich, da die Drehscheibe in diesem Fall als Schwungrad fungiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hydraulikvorrichtung mit einem Hydraulikmotor und einer ersten Hydraulikeinheit gelöst, wobei die erste Hydraulikeinheit einen ersten Hydraulikzylinder gekoppelt mit dem Hydraulikmotor aufweist, und wobei die Hydraulikvorrichtung ferner einen flüssigkeitsbefüllten ersten Behälter und einen in dem ersten Behälter beweglich angeordneten und mit dem Hydraulikzylinder in Wirkverbindung stehenden ersten Auftriebskörper aufweist, wobei der erste Behälter um eine Drehachse drehbar angeordnet ist.
Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass allein durch die Drehung des ersten Behälters um die Drehachse eine Auftriebskraft auf den ersten Auftriebskörper wirkt und somit der Hydraulikzylinder bzw. ein Kolben des ersten Hydraulikzylinders von dem in dem Behälter aufsteigende Auftriebskörper angetrieben wird. Der Hydraulikzylinder treibt wiederum einen Hydromotor zur Erzeugung von Rotationsenergie an. Eine Drehung des ersten Behälters bewirkt ein Aufsteigen des ersten Auftriebskörpers auf eine ”obere” erste Seite des ersten Behälters (Ausgangsposition), wobei der erste Auftriebskörper beim Aufstieg von der Flüssigkeit im ersten Behälter umströmt wird. Eine weitere Drehung des Behälters um 180 Grad bewirkt nun, dass die erste Seite nach ”unten” gedreht wird, so dass der erste Auftriebskörper von der ersten Seite zu einer zweiten Seite des ersten Behälters aufsteigt, welche nun oberhalb der ersten Seite liegt. Nach einer Drehung des ersten Behälters um weitere 180 Grad stellt die erste Seite wieder die ”Oberseite” dar und der erste Auftriebsbehälter steigt von der zweiten Seite wieder auf die erste Seite in seine Ausgangsposition zurück. Pro voller Umdrehung des ersten Behälters werden somit wenigstens zwei Aufstiegsbewegungen des ersten Aufstiegskörpers durchgeführt, welche insbesondere den ersten Hydraulikzylinder zu wenigstens zwei Pumpbewegungen antreiben. Ein kontinuierliches Drehen des ersten Behälters erzeugt somit im Wesentlichen vorzugsweise ein periodisches Pumpen, insbesondere ein periodisches hin und her Pumpen vergleichbar mit einem Wechselstrom, oder ein kontinuierliches Pumpen, insbesondere gleichförmiges Pumpen, von Hydraulikflüssigkeit durch den ersten Hydraulikzylinder. Die Drehung des ersten Behälters ist beispielsweise mittels eines Elektromotors, Verbrennungsmotors und/oder hydraulischen Motors möglich. Die Flüssigkeit im Behälter umfasst vorzugsweise Öl, Quecksilber, Aceton, Wasser und/oder flüssige Metalle (beispielsweise MCP-70). Die Drehachse ist vorzugsweise horizontal, d. h. senkrecht zum Gravitationsfeld, ausgerichtet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnung entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hydraulikvorrichtung ferner eine Drehscheibe aufweist, wobei zumindest der erste Behälter drehfest an der Drehscheibe befestigt ist, wobei bevorzugt die erste Hydraulikeinheit und/oder der erste Behälter an der Drehscheibe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft wird somit eine vergleichsweise einfache Realisierung der Drehung des Behälters durch ein einfaches Drehen der Drehscheibe erzielt, wobei alternativ die gesamte erste Hydraulikeinheit oder nur der erste Behälter an der Drehscheibe angeordnet ist. Besonders vorteilhaft ist der erste Behälter im Wesentlichen im Drehpunkt der Drehscheibe oder zum Drehpunkt der Drehscheibe radial beabstandet angeordnet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Auftriebskörper an einer ersten Seite des ersten Behälters und/oder an einer zweiten Seite des ersten Behälters zumindest temporär, insbesondere durch eine magnetische Verbindung, fixiert wird. Besonders vorteilhaft wird dadurch der Auftriebskörper während einer halben Drehung der Drehscheibe an der ersten oder zweiten Seite solange fixiert bis die auf den Auftriebskörper wirkende Auftriebskraft im Wesentlichen maximal wird und in diesem Moment die Verbindung gelöst, so dass der Auftriebskörper eine plötzliche Auftriebsbewegung auf die andere der ersten oder zweiten Seite ausführt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein erster Kolben des ersten Hydraulikzylinders starr mit dem Auftriebskörper verbunden ist und/oder dass der erste Hydraulikzylinder einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit einem ersten und einem zweiten Anschluss umfasst. Besonders vorteilhaft wird durch die Verwendung eines doppeltwirkenden Hydraulikzylinders besonders effizient die Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörpers in einen Volumenstrom einer Hydraulikflüssigkeit umgewandelt. Eine starre Verbindung zwischen dem ersten Kolben und dem ersten Auftriebskörper bewirkt dabei einen vergleichsweise verlustfreien Antrieb des ersten Kolbens durch den ersten Auftriebskörper und gleichzeitig eine vergleichsweise bauraumkompakte Realisierung der ersten Hydraulikeinheit.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste und der zweite Anschluss mittels ersten und zweiten Hydraulikleitungen der ersten Hydraulikeinheit und mittels einem ersten Koppelelement der ersten Hydraulikeinheit mit dritten und vierten Anschlüssen des Hydraulikmotors gekoppelt sind, wobei das erste Koppelelement wahlweise den ersten mit dem dritten und den zweiten mit dem vierten Anschluss oder den ersten mit dem vierten und den zweiten mit dem dritten Anschluss koppelt. Besonders bevorzugt wird beim Aufstieg des ersten Auftriebskörpers von der ersten Seite zur zweiten Seite bei einer ersten Drehung des ersten Behälters um 180 Grad durch das erste Koppelelement der erste Anschluss mit dem dritten Anschluss und der zweite Anschluss mit dem vierten Anschluss verbunden, während beim Aufstieg des ersten Auftriebskörpers von der zweiten Seite zur ersten Seite bei einer Drehung des ersten Behälters um weitere 180 Grad durch das erste Koppelelement der erste Anschluss mit dem vierten Anschluss und der zweite Anschluss mit dem dritten Anschluss verbunden wird. Besonders vorteilhaft wird dadurch der periodische Volumenstrom, vergleichbar mit einem Wechselstrom, der Hydraulikflüssigkeit in einen kontinuierlichen, insbesondere gleichförmigen und gleichgerichteten, Volumenström der Hydraulikflüssigkeit umgewandelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste Auftriebskörper mit einem weiteren ersten Hydraulikzylinder der ersten Hydraulikeinheit in Wirkverbindung steht, wobei insbesondere ein weiterer erster Kolben des weiteren ersten Hydraulikzylinders starr mit dem ersten Auftriebskörper verbunden ist. Besonders vorteilhaft werden somit pro Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörpers zwei Hydraulikzylinder, der erste Hydraulikzylinder und der weitere erste Hydraulikzylinder, gleichzeitig angetrieben, so dass auch zwei Volumenströme von Hydraulikflüssigkeit pro Auftriebsbewegung erzeugt werden. Die Effizienz der Hydraulikvorrichtung wird somit gesteigert. der zweite Hydraulikzylinder ist insbesondere wenigstens schematisch baugleich zum ersten Hydraulikzylinder. Besonders vorteilhaft ist vorgesehen, dass der erste Hydraulikzylinder im Bereich der ersten Seite und der weitere erste Hydraulikzylinder im Bereich der zweiten Seite angeordnet ist, wobei der Auftriebskörper vorzugsweise über eine einzige Kolbenstange sowohl mit dem ersten Kolben, als auch mit dem zweiten Kolben des weiteren ersten Hydraulikzylinders starr verbunden ist, wobei besonders bevorzugt das eine Ende der Kolbenstange mit dem ersten Kolben, das entgegengesetzte zweite Ende der Kolbenstange mit dem zweiten Kolben und ein Mittelstück der Kolbenstange zwischen dem ersten und dem zweiten Ende mit dem ersten Auftriebskörper verbunden ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der weitere erste Hydraulikzylinder fünfte und sechste Anschlüsse aufweist, wobei bevorzugt der fünfte und der sechste Anschluss mittels dritten und vierten Hydraulikleitungen der ersten Hydraulikeinheit und mittels einem zweiten Koppelelement der ersten Hydraulikeinheit mit siebten und achten Anschlüssen des Hydraulikmotors und/oder eines weiteren Hydraulikmotors gekoppelt sind, wobei das zweite Koppelelement besonders bevorzugt wahlweise den fünften mit dem siebten Anschluss und den sechsten mit dem achten Anschluss oder den fünften mit dem achten Anschluss und den sechsten mit dem dritten zweiten koppelt. Durch das zweite Koppelemente wird besonders vorteilhaft auch der zweite Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit des weiteren ersten Hydraulikzylinders in einen kontinuierlichen, insbesondere gleichförmigen und gleichgerichteten, Volumenstrom umgewandelt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hydraulikvorrichtung wenigstens eine zweite Hydraulikeinheit aufweist, wobei die zweite Hydraulikeinheit baugleich zur ersten Hydraulikeinheit ausgebildet ist und wobei bevorzugt der erste Behälter und ein zweiter Behälter der zweiten Hydraulikeinheit im Wesentlichen punktsymmetrisch um eine Drehachse der Drehscheibe angeordnet sind. Eine Drehung der Drehscheibe bewirkt somit besonders vorteilhaft gleichzeitig sowohl eine Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörpers, als auch eine Auftriebsbewegung eines zweiten Auftriebskörpers in einem zweiten flüssigkeitsbefüllten Behälter der zweiten Hydraulikeinheit, so dass insbesondere zweite und vorzugsweise weitere zweite Hydraulikzylinder der zweiten Hydraulikeinheit durch den zweiten Auftriebskörpers angetrieben werden. Der erzeugte effektive Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit pro Drehung der Drehscheibe wird somit in erheblicher Weise erhöht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hydraulikvorrichtung eine Mehrzahl von Hydraulikeinheiten aufweist, wobei die Hydraulikeinheiten der Mehrzahl von Hydraulikeinheiten baugleich zur ersten Hydraulikeinheit ausgebildet sind und wobei die Hydraulikvorrichtung bevorzugt eine Mehrzahl von 4, 8, 12, 16 oder 32 Hydraulikeinheiten aufweist und wobei besonders bevorzugt die Mehrzahl von Hydraulikeinheiten zumindest teilweise im Wesentlichen konzentrisch um die Drehachse auf der Drehscheibe angeordnet sind. Besonders vorteilhaft steigen somit pro voller Drehung der Drehscheibe eine Mehrzahl von Auftriebskörpern zum Antrieb einer Mehrzahl von Hydraulikzylindern auf, so dass ein nahezu kontinuierlicher Volumenstrom oder eine Mehrzahl von kontinuierlichen Volumenströmen durch die Drehung der Drehscheibe vergleichsweise effizient erzeugt werden. Durch eine konzentrische Anordnung der Mehrzahl von Hydraulikeinheiten wird die Drehscheibe vorzugsweise nahezu ausgewuchtet. Besonders bevorzugt werden eine Mehrzahl von ersten und eine Mehrzahl von weiteren ersten Hydraulikeinheiten auf der Drehscheibe angeordnet, so dass immer eine weitere erste Hydraulikeinheit punktsymmetrisch zu einer ersten Hydraulikeinheit bezüglich der Drehachse auf der Drehscheibe angeordnet ist. Die Anzahl von Hydraulikeinheiten ist insbesondere ein Vielfaches von 2 und wobei die Hydraulikeinheiten vorzugsweise rotationsymmetrisch um die Drehachse angeordnet sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Drehscheibe von einem Motor angetrieben wird, wobei der Motor vorzugsweise einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor und/oder einen hydraulischen Motor umfasst, und/oder dass die Hydraulikleitungen zumindest teilweise innerhalb der Drehachse verlaufen. Durch eine beispielsweise zumindest teilweise in der Drehachse verlaufende erste Hydraulikleitungen ist besonders vorteilhaft eine Anordnung des ersten Behälters, des ersten Hydraulikzylinders und des weiteren ersten Hydraulikzylinders auf der Drehscheibe möglich, während die erste Koppeleinheit nicht zwingend auf der Drehscheibe angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Hydraulikmotor und/oder weitere Hydraulikmotoren einen Generator und/oder zumindest teilweise den Motor antreiben. Besonders vorteilhaft ist mittels des Generators die Erzeugung von elektrischem Strom möglich. Besonders bevorzugt wird der Hydraulikmotor, insbesondere unter Verwendung eines Getriebes oder Kopplungsvorrichtungen, zumindest teilweise oder vollständig zum Antrieb des Motors verwendet. Alternativ ist ein weiterer separater Antrieb des Motors denkbar, welcher zumindest teilweise mit elektrischer Energie des Generators betrieben wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hydraulikvorrichtung wenigstens eine weitere Drehscheibe mit einer weiteren Mehrzahl von Hydraulikeinheiten aufweist, wobei die Hydraulikeinheiten der weiteren Mehrzahl von Hydraulikeinheiten baugleich zur ersten Hydraulikeinheit sind, und/oder dass ein modularer Aufbau der Hydraulikvorrichtung vorgesehen ist. Besonders vorteilhaft ist somit ein modularer Aufbau bzw. eine modulare Erweiterung der Hydraulikvorrichtung um weitere Drehscheiben, Hydraulikeinheiten und/oder Hydraulikmotoren je nach Anwendungsgebiet der Hydraulikvorrichtung möglich. Ganz besonders vorteilhaft ist eine separate Wartung oder Reparatur einzelner Hydraulikeinheiten oder Drehscheiben durch die Verwendung einer Vielzahl von Drehscheiben mit einer Vielzahl von Hydraulikeinheiten möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Hydraulikvorrichtung zur, insbesondere stationären oder mobilen, Anwendung in der Antriebstechnik und/oder im Energieversorgungsbereich vorgesehen ist.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung, wobei eine Drehscheibe zur Rotation des ersten Behälters um die Drehachse angetrieben wird und durch eine Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörpers der erste Hydraulikzylinder und/oder der weitere erste Hydraulikzylinder angetrieben werden. Wie oben bereits ausgeführt, ist somit in besonders einfacher Weise eine Umwandlung von Auftriebskraft in Pumpbewegungen des ersten Hydraulikzylinders und/oder in Pumpbewegungen des weiteren ersten Hydraulikzylinders möglich, wobei die Pumpbewegungen jeweils in einen Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit umgesetzt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass wenigstens mittels des ersten Hydraulikzylinders und/oder des weiteren ersten Hydraulikzylinders der Hydraulikmotor und/oder ein weiterer Hydraulikmotor angetrieben wird, wobei bevorzugt der Hydraulikmotor und/oder der weitere Hydraulikmotor einen Generator und/oder einen Motor antreiben. Wie oben bereits ausgeführt, wird besonders vorteilhaft der Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit zum Betrieb eines Hydraulikmotors verwendet, so dass die auf den ersten und/oder weiteren ersten Auftriebskörper wirkende Auftriebskraft in Rotationsenergie umgewandelt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass durch eine Rotation der Drehscheibe die Mehrzahl von Hydraulikeinheiten zumindest teilweise um die Drehachse gedreht werden und/oder dass die Drehscheibe von dem Motor angetrieben wird. Besonders vorteilhaft wird der Motor somit zumindest teilweise von dem Hydraulikmotor angetrieben, so dass insbesondere zumindest ein Teil der Rotationsenergie zum Antrieb des Motors verwendet wird. Besonders bevorzugt wird von dem Hydraulikmotor ein Generator angetrieben, wobei die Hydraulikvorrichtung derart ausgebildet ist, dass die durch den Generator abgegebene elektrische Leistung kleiner, größer oder gleich der benötigten Leistung des Motors zum Antrieb der Drehscheibe ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Ausführungsform näher erläutert.
Figurenbeschreibung
Es zeigen
1 eine schematische Seitenansicht einer ersten Hydraulikeinheit einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
2 eine Darstellung eines Funktionsschema einer ersten Hydraulikvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
3 eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
5 eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
6a bis 6f schematische Teilansichten eines Verfahrens zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
7a und 7b schematische Teilansichten eines Verfahrens zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
8 eine schematische Seitenansicht einer ersten Hydraulikeinheit einer Hydraulikvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Hydraulikeinheit 200 einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die erste Hydraulikeinheit 200 einen ersten Behälter 11, einen ersten Hydraulikzylinder 10 und einen weiteren ersten Hydraulikzylinder 20 aufweist, wobei der erste Behälter 11 zumindest teilweise mit einer Flüssigkeit 30, welches insbesondere Öl, Wasser oder flüssiges Metall umfasst, befüllt ist, wobei der erste Behälter 11 einen ersten Auftriebskörper 12 aufweist, welcher in der Flüssigkeit 30 eine Auftriebskraft parallel zu einer ersten Richtung 31 erfährt und wobei der erste Auftriebskörper 12 parallel zur ersten Richtung 31 relativ zum Behälter 11 beweglich angeordnet ist und wobei ferner die Flüssigkeit 30 den Auftriebskörper 12 bei einer Bewegung des Auftriebskörpers 12 vorzugsweise innerhalb des Behälters 11 umströmt. Der erste Auftriebskörper 12 ist über eine Koppelstange 32 mit einem ersten Kolben 13 des ersten Hydraulikzylinders 10 und mit einem weiteren ersten Kolben 13' des weiteren ersten Hydraulikzylinders 20 verbunden, wobei insbesondere der erste Kolben 13 an einem ersten Ende der Kolbenstange 32 und der weitere erste Kolben 13' an einem dem ersten Ende entgegengesetztem zweiten Ende der Koppelstange 32 angeordnet ist und wobei der erste Auftriebskörper 12 vorzugsweise im Wesentlichen in der Mitte der Kolbenstange 32 zwischen dem ersten und dem zweiten Ende der Kolbenstange 32 angeordnet ist. Der erste und der weitere erste Hydraulikzylinder 10, 20 umfassen insbesondere jeweils einen doppeltwirkenden Zylinder. Der erste Hydraulikzylinder 10 weist daher einen ersten Anschluss 14 verbunden mit einer ersten Hydraulikleitung 16 und einen zweiten Anschluss 15 verbunden mit einer zweiten Hydraulikleitung 17 auf, so dass bei einer Hubbewegung des ersten Kolbens 13 durch den ersten oder den zweiten Anschluss 14, 15 Hydraulikflüssigkeit 33 aus der ersten oder der zweiten Hydraulikleitung 16, 17 in den ersten Hydraulikzylinder 10 eingesogen und gleichzeitig aus dem zweiten oder ersten Anschluss 15, 14 Hydraulikflüssigkeit 33 in die zweite oder die erste Hydraulikleitung 17, 16 eingeschoben wird. Nach dem gleichem Aufbau- und Funktionsprinzip ist der weitere erste Hydraulikzylinder 20 aufgebaut, wobei der weitere erste Hydraulikzylinder 20 analog einen fünften und einen sechsten Anschluss 22, 23 aufweist, wobei der fünften Anschluss 22 an eine dritte Hydraulikleitung 24 und der sechste Anschluss 23 an eine vierte Hydraulikleitung 25 angeschlossen ist. Eine Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörper 12 in dem ersten Behälter 11, welche beispielsweise durch ein Drehen des ersten Behälters 11 im Schwerefeld der Erde erzeugt wird, bewirkt durch die Kopplung mit dem ersten und weiteren ersten Hydraulikzylinder 10, 20 über die Koppelstange 32 eine Pumpbewegung des ersten und weiteren ersten Kolbens 13, 13', so dass ein Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit 33 durch die erste, zweite, dritte und vierte Hydraulikleitung 16, 17, 24, 25 erzeugt wird.
In 2 ist eine Darstellung eines Funktionsschemas bzw. ein Schaltplan einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine erste Hydraulikeinheit 200 illustriert in 1 gemäß einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst, wobei die erste und zweite Hydraulikleitung 16, 17 über ein erstes Koppelelement 36 mit dritten und vierten Anschlüssen 18, 19 eines Hydraulikmotors 2 und die dritte und vierte Hydraulikleitung 24, 25 über ein zweites Koppelelement 26 mit siebten und achten Anschlüssen 27, 28 des Hydraulikmotors 2 verbunden sind. Der Hydraulikmotor 2 wandelt den Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit 33 in den ersten, zweiten, dritten und vierten Hydraulikleitungen 16, 17, 24, 25 in eine Rotationsbewegung einer Welle 34 um. Das erste Koppelelement 36 umfasst vorzugsweise ein 4/2-Wegeventil, welches in einem ersten Schaltzustand die erste Hydraulikleitung 16 mit dem dritten Anschluss 18 und die zweite Hydraulikleitung 17 mit dem vierten Anschluss 19 verbindet und in einem zweiten Schaltzustand die erste Hydraulikleitung 16 mit dem vierten Anschluss 19 und die zweite Hydraulikleitung 17 mit dem dritten Anschluss 18 verbindet. Das zweite Koppelelement 26 ist baugleich zum erste Koppelelement 36 und verbindet analog die dritte Hydraulikleitung 24 wahlweise mit dem siebten oder achten Anschluss 27, 28 und die vierte Hydraulikleitung 25 wahlweise mit dem achten oder siebten Anschluss 28, 27. Vorzugsweise schalten das erste und zweite Koppelelement 36, 26 nach jeder 180 Grad Drehung des ersten Behälters 11, so dass ein durch die kontinuierliche Drehung des ersten Behälters 11 und mittels der Pumpbewegungen des ersten und weiteren ersten Kolbens 13, 13' erzeugter periodischer Wechselvolumenstrom von Hydraulikflüssigkeit 33 in den ersten, zweiten, dritten und vierten Hydraulikleitungen 16, 17, 24, 25 in einen kontinuierlichen und gleichgerichteten Volumenstrom von Hydraulikflüssigkeit 33 durch den Hydraulikmotor 2 umgewandelt wird, so dass der Hydraulikmotor 2 eine im Wesentlichen gleichförmige Rotationsbewegung der Welle 34 erzeugt.
In 3 ist eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Hydraulikvorrichtung 1 vier erste Hydraulikeinheiten 200 gemäß der in 2 illustrierten Hydraulikvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufweist. Die vier ersten Behälter 11, 11', 11'', 11''', die vier ersten Hydraulikzylinder 10, 10', 10'', 10''' und die vier weiteren ersten Hydraulikzylinder 20, 20', 20'', 20''' sind punktsymmetrisch um eine Drehachse 5 einer Drehscheibe 3 auf der Drehscheibe 3 angeordnet, so dass immer zwei Behälter 11, 11'' drehsymmetrisch bezüglich der Drehachse 5 angeordnet sind und die entsprechenden zwei ersten Auftriebskörper 12, 12'' bei der Drehung der Drehscheibe 3 um die Drehachse 5 nahezu gleichzeitige Auftriebsbewegungen parallel zur ersten Richtung 31 durchführen und somit die entsprechenden zwei ersten und weiteren ersten Hydraulikzylinder 10, 10'', 20, 20'' nahezu gleichzeitig angetrieben werden. Aufgrund der punktsymmetrischen Anordnung von vier ersten Behältern 10, 10', 10'', 10''' um die Drehachse 5 werden bei jeder Vierteldrehung der Drehscheibe 3 (um 90 Grad) zwei gegenüberliegende erste Auftriebskörper 12, 12'' zu einer Auftriebsbewegung angeregt, so dass bei einer vollen Drehung der Drehscheibe (um 360 Grad) vorzugsweise insgesamt acht Auftriebsbewegungen der Auftriebskörper 12, 12', 12'', 12''' ausgeführt werden. Die vier ersten, zweiten, dritten und vierten Hydraulikleitungen 16, 17, 22, 24, 16', 17', 22', 24', 16'', 17'', 22'', 24'', 16''', 17''', 22''', 24''' verlaufen durch die Drehachse 5 der Drehscheibe 3, insbesondere unter Verwendung einer Hohlwelle. Mittels vier erster und zweiter Koppelelemente 36, 26, 36', 26', 36'', 26'', 36''', 26''', welche insbesondere nicht auf der Drehscheibe 3 angeordnet sind, sind die vier ersten, zweiten, dritten und vierten Hydraulikleitungen 16, 17, 22, 24, 16', 17', 22', 24', 16'', 17'', 22'', 24'', 16''', 17''', 22''', 24''' mit vier dritten, vierten, siebten und achten Anschlüssen 18, 19, 27, 28, 18', 19', 27', 28', 18'', 19'', 27'', 28'', 18''', 19''', 27''', 28''' eines Hydraulikmotors 2 gekoppelt, welcher eine Welle 34 zur einer Rotationsbewegung antreibt. Es ist vorgesehen, alternativ eine derartige Hydraulikvorrichtung 1 mit einer Mehrzahl von derartigen Hydraulikeinheiten 200 auszustatten. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Koppelelemente ebenfalls auf der Drehscheibe 3 angeordnet sind.
In 4 ist eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die dritte Ausführungsform im Wesentlichen identisch der zweiten Ausführungsform dargestellt in 3 ist, wobei die Drehscheibe 3 statt vier Hydraulikeinheiten nur eine erste und eine zweite um die Drehachse 3 und einander bezüglich der Drehachse 5 gegenüberliegend angeordnete Hydraulikeinheiten 200, 200' aufweist und wobei die erste und zweite Hydraulikeinheit 200, 200' jeweils nur einen ersten Hydraulikzylinder 10, 10' jeweils gekoppelt mit dem ersten Behälter 11, 11' aufweist. Die Drehachse 5 der Drehscheibe 3 ist gelagert auf Lagerböcken 36, wobei ein erster Lagerbock 36 über eine Antriebseinheit 38 mit einem Motor 37 zum Antrieb der Drehscheibe 3 gekoppelt ist und wobei ein zweiter Lagerbock 36 zum Herausführen der ersten und zweiten Hydraulikleitungen 16, 17 aus der Drehachse 5, welche insbesondere als Hohlwelle ausgeführt ist.
In 5 ist eine schematische Seitenansicht einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die vierte Ausführungsform identisch der dritten Ausführungsform illustriert in 4 ist, wobei auf der Drehachse 5 eine Mehrzahl von Drehscheiben 3, 3', 3'', 3''' angeordnet sind, welche jeweils erste und zweite Hydraulikeinheiten 200, 200' aufweisen. Benachbarte Drehscheiben 3, 3', 3'', 3''' sind gegeneinander insbesondere um einen Winkel von 20, 30, 40, 50, 60, 70 und/oder 80 Grad um die Drehachse 5 gedreht an der Drehachse 5 fixiert und angeordnet.
In den 6a bis 6f sind schematische Teilansichten eines Verfahrens zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Hydraulikvorrichtung 1 eine Drehscheibe 3 und einen an der Drehscheibe 3 angeordneten ersten Behälter 11 aufweist. Der erste Behälter 11 ist von einer Drehachse 5 der Drehscheibe 3 beabstandet an der Drehscheibe 3 drehfest fixiert. Der erste Behälter 11 weist eine Flüssigkeit 30 auf, in welcher ein erster Auftriebskörper 12 in einer ersten Richtung 31 eine Auftriebskraft erfährt. In einer Ausgangsposition dargestellt in 6a wird der erste Auftriebskörper 12 an einer ersten Seite 40 des ersten Behälters 11 fixiert. Nach einer Drehung 39 der Drehscheibe 3 um 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn wird die Fixierung des ersten Auftriebskörper 12 an der ersten Seite 40 gelöst und der erste Auftriebskörper 12 steigt wie in 6b illustriert automatisch durch die Auftriebskraft getrieben zur zweiten Seite 41 des ersten Behälters 11 auf. Diese Aufstiegsbewegung wird vorzugsweise zum Antrieb eines ersten oder weiteren ersten Hydraulikzylinders 10, 20 genutzt. Nach einer weiteren Drehung um 45 Grad ist der erste Auftriebskörper 12 im Bereich der zweiten Seite 41 positioniert (6c). Während einer Drehung der Drehscheibe 3 um weitere 90 Grad wird der erste Auftriebskörper 12 an der zweiten Seite 41 fixiert (6d). Wie in 6e dargestellt, wird die Fixierung des ersten Auftriebskörpers 12 nach einer Drehung um weitere 45 Grad wieder aufgehoben und der erste Auftriebskörper 12 steigt aufgrund der Auftriebskraft zurück in Richtung der ersten Seite 40 des Behälters 11 auf. Nach einer Drehung der Drehscheibe 3 um weitere 45 Grad gegen den Uhrzeigersinn ist der erste Auftriebskörper 12 wieder an der ersten Seite 40 angekommen 6f. Nach einer Drehung der Drehscheibe 3 um weiter 90 Grad ist die Hydraulikvorrichtung 1 wieder in der Ausgangsposition (6a), so dass eine erneute Drehung der Hydraulikvorrichtung 1 durchführbar ist.
In den 7a und 7b sind schematische Teilansichten eines Verfahrens zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere identisch der zweiten Ausführungsform dargestellt ind 2 ist, wobei die erste Hydraulikeinheit 200 lediglich einen ersten Hydraulikzylinder 10, welcher insbesondere einen Gleichgangzylinder umfasst, und keinen zweiten Hydraulikzylinder 20 aufweist. In einer ersten Stellung dargestellt in 7a wird der erste Kolben 13 des ersten Hydraulikzylinders 10 durch eine Auftriebsbewegung des Auftriebskörpers 12 in dem ersten Behälter 11 nach oben gedrückt, so dass Hydraulikflüssigkeit 33 von dem ersten Kolben 13 in den ersten Anschluss 14 gedrückt wird und von dem zweiten Anschluss 15 in den ersten Hydraulikzylinder 10 eingesogen wird. Ein bezüglich der Drehachse 5 achsensymmetrisch an der Drehscheibe 2 angeordneter weiterer erster Hydraulikzylinder 10' arbeitet analog. Nach einer Drehung der Drehscheibe 2 um 180 Grad, illustriert in 7b, ist der erste Hydraulikzylinder 10 unterhalb des ersten Behälters 11 angeordnet und der erste Kolben 13 wird durch den Auftriebskörper 12 wiederum nach oben gedrückt, so dass nun Hydraulikflüssigkeit 33 von dem ersten Kolben 13 in den zweiten Anschluss 15 gedrückt wird und von dem ersten Anschluss 14 in den ersten Hydraulikzylinder 10 eingesogen wird.
In 8 ist eine schematische Seitenansicht einer ersten Hydraulikeinheit 200 einer Hydraulikvorrichtung 1 gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die siebte Ausführungsform identisch der ersten Ausführungsform zumindest teilweise dargestellt in 1 ist, wobei die Kolbenstange 32 der ersten Hydraulikeinheit 200 den ersten Hydraulikzylinder 10 und den zweiten Hydraulikzylinder 20 vollständig überlappend ausgebildet ist. Der erste Hydraulikzylinder 10 und der zweite Hydraulikzylinder 20 sind insbesondere jeweils als Gleichgangzylinder ausgebildet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004025353 A1 [0002]

Claims

Hydraulikvorrichtung (1) mit einem Hydraulikmotor (2) und einer ersten Hydraulikeinheit (200), wobei die erste Hydraulikeinheit (200) einen ersten Hydraulikzylinder (10) gekoppelt mit dem Hydraulikmotor (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (200) ferner einen flüssigkeitsbefüllten ersten Behälter (11) und einen in dem ersten Behälter (11) beweglich angeordneten und mit dem Hydraulikzylinder (10) in Wirkverbindung stehenden ersten Auftriebskörper (12) aufweist, wobei der erste Behälter (11) um eine Drehachse (5) drehbar angeordnet ist.
Hydraulikvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (1) ferner eine Drehscheibe (3) aufweist, wobei zumindest der erste Behälter (11) drehfest an der Drehscheibe (3) befestigt ist, wobei bevorzugt die erste Hydraulikeinheit (200) und/oder der erste Behälter (10) an der Drehscheibe (3) angeordnet ist.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kolben (13) des ersten Hydraulikzylinders (10) starr mit dem Auftriebskörper (12) verbunden ist und/oder dass der erste Hydraulikzylinder (10) einen doppeltwirkenden Hydraulikzylinder mit einem ersten und einem zweiten Anschluss (14, 15) umfasst.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auftriebskörper (12) an einer ersten Seite (40) des ersten Behälters (10) und/oder an einer zweiten Seite (41) des ersten Behälters (10) zumindest temporär, insbesondere durch eine magnetische Verbindung, fixiert wird.
Hydraulikvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Anschluss (14, 15) mittels ersten und zweiten Hydraulikleitungen (16, 17) der ersten Hydraulikeinheit (200) und mittels einem ersten Koppelelement (36) der ersten Hydraulikeinheit (200) mit dritten und vierten Anschlüssen (18, 19) des Hydraulikmotors (2) gekoppelt sind, wobei das erste Koppelelement (36) wahlweise den ersten mit dem dritten und den zweiten mit dem vierten Anschluss (16, 18, 17, 19) oder den ersten mit dem vierten und den zweiten mit dem dritten Anschluss (16, 19, 17, 18) koppelt.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Auftriebskörper (12) mit einem weiteren ersten Hydraulikzylinder (20) der ersten Hydraulikeinheit (200) in Wirkverbindung steht, wobei insbesondere ein weiterer erster Kolben (21) des weiteren ersten Hydraulikzylinders (20) starr mit dem ersten Auftriebskörper (12) verbunden ist.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere erste Hydraulikzylinder (20) fünfte und sechste Anschlüsse (22, 23) aufweist, wobei bevorzugt der fünfte und der sechste Anschluss (22, 23) mittels dritten und vierten Hydraulikleitungen (24, 25) der ersten Hydraulikeinheit (200) und mittels einem zweiten Koppelelement (26) der ersten Hydraulikeinheit (200) mit siebten und achten Anschlüssen (27, 28) des Hydraulikmotors (2) und/oder eines weiteren Hydraulikmotors (2') gekoppelt sind, wobei das zweite Koppelelement (26) besonders bevorzugt wahlweise den fünften mit dem siebten Anschluss (22, 27) und den sechsten mit dem achten Anschluss (23, 28) oder den fünften mit dem achten Anschluss (22, 28) und den sechsten mit dem dritten zweiten (23, 27) koppelt.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (1) wenigstens eine zweite Hydraulikeinheit (200') aufweist, wobei die zweite Hydraulikeinheit (200') baugleich zur ersten Hydraulikeinheit (200) ausgebildet ist und wobei bevorzugt der erste Behälter (11) und ein zweiter Behälter (111) der zweiten Hydraulikeinheit (200') im Wesentlichen punktsymmetrisch um eine Drehachse (5) der Drehscheibe (3) angeordnet sind.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (1) eine Mehrzahl von Hydraulikeinheiten (200, 200') aufweist, wobei die Hydraulikeinheiten (200, 200) der Mehrzahl von Hydraulikeinheiten (200, 200') baugleich zur ersten Hydraulikeinheit (200) ausgebildet sind und wobei die Hydraulikvorrichtung (1) bevorzugt eine Mehrzahl von 4, 8, 12, 16 oder 32 Hydraulikeinheiten (200, 200') aufweist und wobei besonders bevorzugt die Mehrzahl von Hydraulikeinheiten (200, 200') zumindest teilweise im Wesentlichen konzentrisch um die Drehachse (5) auf der Drehscheibe (3) angeordnet sind.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehscheibe (3) von einem Motor (37) angetrieben wird, wobei der Motor (37) vorzugsweise einen Elektromotor, einen Verbrennungsmotor und/oder einen hydraulischen Motor umfasst, und/oder dass die Hydraulikleitungen (16, 17, 24, 25, 116, 117, 124, 125) zumindest teilweise innerhalb der Drehachse (5) verlaufen.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor (2) und/oder weitere Hydraulikmotoren (2') einen Generator und/oder zumindest teilweise den Motor (37) antreibt.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (1) wenigstens eine weitere Drehscheibe (3') mit einer weiteren Mehrzahl von Hydraulikeinheiten aufweist, wobei die Hydraulikeinheiten der weiteren Mehrzahl von Hydraulikeinheiten baugleich zur ersten Hydraulikeinheit ist, und/oder dass ein modularer Aufbau der Hydraulikvorrichtung (1) vorgesehen ist.
Hydraulikvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvorrichtung (1) zur, insbesondere stationären oder mobilen, Anwendung in der Antriebstechnik und/oder im Energieversorgungsbereich vorgesehen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hydraulikvorrichtung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehscheibe (3) zur Rotation des ersten Behälters (11) um die Drehachse (5) angetrieben wird und durch eine Auftriebsbewegung des ersten Auftriebskörpers (12) der erste Hydraulikzylinder (10) und/oder der weitere erste Hydraulikzylinder (20) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens mittels des ersten Hydraulikzylinders (10) und/oder des weiteren ersten Hydraulikzylinders (20) der Hydraulikmotor (2) und/oder ein weiterer Hydraulikmotor (2') angetrieben wird, wobei bevorzugt der Hydraulikmotor (2) und/oder der weitere Hydraulikmotor (2') einen Generator und/oder einen Motor (4) antreiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Rotation der Drehscheibe (3) die Mehrzahl von Hydraulikeinheiten (200, 200') zumindest teilweise um die Drehachse (5) gedreht werden und/oder dass die Drehscheibe (3) von dem Motor (4) angetrieben wird.