DE102013008047A1

DE102013008047A1 - Drehzahlvariabler Antrieb mit zwei Pumpen und einem Differenzialzylinder

Info

Publication number: DE102013008047A1
Application number: DE102013008047.9A
Authority: DE
Inventors: Udo Fröhlich
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-05-13
Filing date: 2013-05-13
Publication date: 2014-11-13
Also published as: WO2014183941A1

Abstract

Offenbart ist ein Linearstelltrieb mit Doppelpumpe und mit einem Differenzialzylinder, dessen Ringraum bzw. Kolbenstangenraum von einer Ringfläche bzw. Kolbenstangenfläche eines Kolbens begrenzt wird und mit einer ersten Pumpe verbunden ist, und dessen Kolbenbodenraum von einer Kolbenbodenfläche des Kolbens begrenzt wird und mit einer zweiten Pumpe verbunden ist. Beide Pumpen werden von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor angetrieben. Das Verhältnis der Ringfläche zur Kolbenbodenfläche ist gleich dem Verhältnis des Fördervolumens der ersten Pumpe zum Fördervolumen der zweiten Pumpe. Gemäß einer ersten Variante wird dies durch Anpassung der Drehzahlen der beiden Pumpen durch ein Getriebe realisiert. Gemäß einer zweiten Variante wird dies dadurch realisiert, dass eine Pumpe mit verstellbaren Fördervolumen ausgeführt ist. Gemäß einer dritten Variante wird dies dadurch realisiert, dass bei gleicher Pumpendrehzahl das Verhältnis der Verdrängungsvolumen der Pumpen dem Verhältnis der Zylinderflächen entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft einen drehzahlvariablen Antrieb mit zwei Pumpen und mit einem Differenzialzylinder.
Bei beidseitiger Betätigung eines Differenzialzylinders mit einem drehzahlvariablen Antrieb ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine erste Pumpe an den Ringraum und eine zweite Pumpe an den Kolbenbodenraum des Differenzialzylinders anzuschließen, wobei beide Pumpen von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor angetrieben werden.
Dabei ist es wesentlich, dass das Verhältnis der geometrischen Verdrängungsvolumina der Pumpen (z. B. 10,6 ccm und 18 ccm) mit dem Flächenverhältnis des Differenzialzylinders (z. B. ø 80/ø 125) übereinstimmt. (z. B. 10,6/18 = (125² – 80²)/125²) Dies stellt die preisgünstigste Lösung dar und wird deshalb auch ausgeführt.
Nachteil derartiger Antriebe aus dem Stand der Technik ist, dass die Auswahl sinnvoller Größen des Differenzialzylinders durch die Forderung des gleichen Verhältnisses seiner Flächen (Ringfläche und Kolbenfläche) zum Verhältnis der Fördervolumina der Pumpen sehr eingeschränkt ist.
Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen Antrieb mit zwei Pumpen und mit einem Differenzialzylinder zu schaffen, dessen Auslegung flexibilisiert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Antrieb mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 oder 4.
Beide beanspruchten Antriebe haben einen Differenzialzylinder, dessen Ringraum bzw. Kolbenstangenraum von einer Ringfläche bzw. Kolbenstangenfläche eines Kolbens begrenzt wird und mit einer ersten Pumpe verbunden ist, und dessen Kolbenbodenraum von einer Kolbenbodenfläche des Kolbens begrenzt wird und mit einer zweiten Pumpe verbunden ist. Damit ist der Antrieb ein Linearstelltrieb. Beide Pumpen werden von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor angetrieben. Das Verhältnis der Ringfläche zur Kolbenbodenfläche ist gleich dem Verhältnis des Fördervolumens der ersten Pumpe zum Fördervolumen der zweiten Pumpe.
Um in der Auswahl des Differenzialzylinders frei zu sein, ist die Forderung nach gleichem Verhältnis von Zylinderflächen und Volumenströmen gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Konzept durch Anpassung der Drehzahlen der beiden Pumpen durch ein Getriebe realisiert. Dabei wird über das Getriebe das Verhältnis der Drehzahl der ersten Pumpe zur Drehzahl der zweiten Pumpe realisiert. Dann können die Pumpen gleiches Nennfördervolumen haben und sie können insbesondere baugleich sein, wodurch der Montageaufwand verringert ist.
Gemäß einer ersten Variante des ersten Konzeptes wird das Getriebe eingangsseitig von einer Abtriebswelle des Elektromotors direkt angetrieben. Dabei hat das Getriebe zwei Abtriebswellen, die jeweils eine Pumpe antreiben. Damit sind die beiden Pumpen mechanisch parallel geschaltet.
Gemäß einer zweiten Variante des ersten Konzeptes wird nur eine der Pumpen von der Abtriebswelle des Elektromotor direkt angetrieben, wobei das Getriebe wiederum direkt von dieser Pumpe angetrieben wird. Das Getriebe hat genau eine Abtriebswelle, die die andere Pumpe antreibt. Damit sind der Elektromotor, die eine Pumpe, das Getriebe und die andere Pumpe mechanisch in Reihe geschaltet.
Über das Getriebe kann eine Erhöhung der Drehzahl der zweiten Pumpe gegenüber dem Elektromotor und der ersten Pumpe oder eine Verringerung der Drehzahl der ersten Pumpe gegenüber dem Elektromotor und der zweiten Pumpe realisiert erzeugt werden.
Um in der Auswahl des Differenzialzylinders frei zu sein, ist die Forderung nach gleichem Verhältnis von Volumenströmen zu Zylinderflächen gemäß einem zweiten erfindungsgemäßen Konzept eine Pumpe mit verstellbaren Fördervolumen verbaut, so dass das Verhältnis der Volumenströme angepasst werden kann. Die andere Pumpe kann zur vorrichtungstechnischen Vereinfachung eine Konstantpumpe sein.
Gemäß einer ersten Variante des zweiten Konzeptes werden beide Pumpen über eine einstückige Welle oder zwei aneinander gekoppelte Wellenabschnitte synchron angetrieben, wobei die zweite Pumpe eine Verstellpumpe ist, die dauerhaft derart einstellbar ist, dass das Verhältnis der Ringfläche zur Kolbenbodenfläche gleich dem Verhältnis des Fördervolumens der ersten Pumpe zum Fördervolumen der Verstellpumpe ist.
Gemäß einer zweiten Variante des zweiten Konzeptes werden beide Pumpen über eine einstückige Welle oder zwei aneinander gekoppelte Wellenabschnitte synchron angetrieben, wobei die erste Pumpe eine Verstellpumpe ist, die dauerhaft derart einstellbar ist, dass das Verhältnis der Ringfläche zur Kolbenbodenfläche gleich dem Verhältnis des Fördervolumens der Verstellpumpe zum Fördervolumen der zweiten Pumpe ist.
Insbesondere bei dem zweiten Konzept können beide Pumpen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein und so eine kompakte Doppelpumpe bilden.
Eine bevorzugte Weiterbildung beider Konzepte des erfindungsgemäßen Antriebs hat eine erste Arbeitsleitung, über die die erste Pumpe mit dem Ringraum verbunden ist, und eine zweiten Arbeitsleitung, über die die zweite Pumpe mit dem Kolbenbodenraum verbunden ist. Ein Hochdruckspeicher ist an die erste Arbeitsleitung oder direkt an den Ringraum oder an die zweite Arbeitsleitung oder direkt an den Kolbenbodenraum angeschlossen. Dadurch wird eine Notfunktion ermöglicht, in der der Differentialzylinder mit dem Druckmittel des zuvor geladenen Hochdruckspeichers bewegt wird.
Dabei wird es besonders bevorzugt, wenn der Hochdruckspeicher über eine Notleitung direkt an den Kolbenbodenraum angeschlossen ist, und wenn der Hochdruckspeicher über eine Boostleitung an die zweite Arbeitleitung angeschlossen ist. Damit ist die Notfunktion in Richtung Ausfahren des Differenzialzylinders möglich und zusätzlich eine Boostfunktion ermöglicht, über die der Differenzialzylinder schneller ausgefahren werden kann, als über eine Versorgung der Kolbenbodenraums über die zweite Pumpe alleine.
Wenn der erfindungsgemäße Antrieb eine Ladeleitung hat, über die die erste Arbeitsleitung mit der Boostleitung oder direkt mit dem Hochdruckspeicher verbunden ist, und wenn in der Ladeleitung ein zur Boostleitung öffnendes Rückschlagventil angeordnet ist, kann der Hochdruckspeicher nach einer Notfunktion über die erste Pumpe, die erste Arbeitsleitung und die Ladeleitung wieder aufgeladen werden. Wenn die Ladeleitung an die Boostleitung angeschlossen ist, erfolgt das Weideraufladen des Hochdruckspeichers auch über die Boostleitung.
Eine besonders bevorzugte Weiterbildung hat eine Niederdruckleitung, die einen jeweiligen Niederdruckanschluss der Pumpen miteinander verbindet. Dann ist zum Ausgleich des Volumenunterschieds der beiden Räume im Betrieb des Antriebs ein Niederduckspeicher nötig, der an die Niederdruckleitung angeschlossen ist.
Dabei wird eine weitere Niederdruckleitung bevorzugt, über die der Niederduckspeicher mit der zweiten Arbeitsleitung verbunden ist, wobei in der weiteren Niederdruckleitung ein zur zweiten Arbeitsleitung öffnendes Rückschlagventil vorgesehen ist. Damit ist ein Abbremsen im Speed-Boost-Modus möglich ohne das im Kolbenraum des Zylinders ein Unterdruck entsteht. Weiterhin kann damit, wenn der Hochdruckspeicher – wie oben beschrieben – über die erste Pumpe, die erste Arbeitsleitung, die Ladeleitung (und Boostleitung) geladen wird, gleichzeitig die mitlaufende zweite Pumpe über die die Pumpen verbindende Niederduckleitung, die weitere Niederdruckleitung und die zweite Arbeitsleitung Druckmittel drucklos umpumpen bzw. umwälzen.
Bei einem besonders bevorzugten Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Antriebs ist der Differenzialzylinder an zumindest ein verstellbares Rotorblatt einer Windkraftanlage gekoppelt, wobei die Ringfläche des Differenzialzylinders in Richtung Verringerung eines Anstellwinkels (Pitch) des zumindest einen Rotorblatts und die Kolbenbodenfläche des Differenzialzylinders in Richtung Vergrößerung des Anstellwinkels (Pitch) wirkt.
Im Folgenden werden anhand der Figuren verschiede Ausführungsbeispiele der Erfindung detailliert beschrieben. Es zeigen:
1 einen vereinfachten Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs,
2 einen vereinfachten Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs,
3 einen vereinfachten Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs,
4 einen vereinfachten Schaltplan eines vierten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs,
5 einen detaillierten Schaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebs gemäß einem der vier Ausführungsbeispiele der 1 bis 4 für eine Rotorblattverstellung einer Windkraftanlage in einem Normalbetrieb,
6 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 in einem Normalbetrieb mit Nachfüllfunktion,
7 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 in einem Speed-Boost-Modus mit maximaler Geschwindigkeit,
8 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 im Speed-Boost-Modus mit minimaler Geschwindigkeit,
9 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 im Speed-Boost-Modus beim Abbremsen,
10 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 in einer Notfunktion mit maximaler Kraft,
11 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 in der Notfunktion mit niedriger Kraft, und
12 den Schaltplan des Antriebs gemäß 5 beim Laden des Hochdruckspeichers.
1 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs. Er hat einen drehzahlvariablen Elektromotor 26, an dessen Abtrieb ein Getriebe 18 gekoppelt ist. Dieses ist abtriebsseitig einerseits an eine erste Antriebswelle 40 einer ersten Pumpe 23 und andererseits an eine zweite Antriebswelle 42 einer zweiten Pumpe 24 gekoppelt. Dabei ist das Getriebe 18 derart ausgelegt, dass die erste Antriebswelle 40 stets langsamer als die zweite Antriebswelle 42 dreht. Die beiden Pumpen 23, 24 sind baugleiche Konstantpumpen, wobei die erste Pumpe 23 durch den langsameren Antrieb stets ein geringeres Fördervolumen aufweist als die zweite Pumpe 24.
Die erste Pumpe 23 ist über eine erste Arbeitsleitung 44 an einen Ringraum 48 eines Differenzialzylinders 9 angeschlossen, während die zweite Pumpe 24 über eine zweite Arbeitsleitung 46 an einen Kolbenbodenraum 50 des Differenzialzylinders 9 angeschlossen ist. Der Ringraum 48 ist über eine Ringfläche A1 eines Kolbens des Differenzialzylinders 9 begrenzt, während der Kolbenbodenraum 50 durch eine Kolbenbodenfläche A2 des Kolbens begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist das Getriebe 18 derart ausgelegt, dass das Drehzahlverhältnis der ersten Antriebswelle 40 zur zweiten Antriebswelle 42 und somit das Fördervolumenstromverhältnis der ersten Pumpe 23 zur zweiten Pumpe 24 dem Flächenverhältnis der Ringfläche A1 zur Kolbenbodenfläche A2 entspricht.
2 zeigt einen vereinfachten Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Antriebs. Dieser entspricht weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß 1. Abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel wird das geforderte bzw. gewünschte Drehzahlverhältnis der beiden Pumpen 23, 24 dadurch realisiert, dass zwischen einer Abtriebswelle der ersten Pumpe 23 und der Antriebswelle 42 der zweiten Pumpe 24 ein Getriebe 118 angeordnet ist. Die erste Pumpe 23 wird direkt vom Elektromotor 26 angetrieben, währen die zweite Pumpe 24 indirekt vom Elektromotor 26 über die erste Pumpe 23 und das Getriebe 118 angetrieben wird. Erfindungsgemäß ist das Getriebe 118 derart ausgelegt, dass das Drehzahlverhältnis der ersten Antriebswelle 40 zur zweiten Antriebswelle 42 und somit das Fördervolumenstromverhältnis der ersten Pumpe 23 zur zweiten Pumpe 24 dem Flächenverhältnis der Ringfläche A1 zur Kolbenbodenfläche A2 entspricht.
3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebs. Dabei entsprechen der Elektromotor 26, die Arbeitsleitungen 44, 46 und der Differenzialzylinder 9 denjenigen der beiden vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Abweichend von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen wird das durch das Flächenverhältnis A1 zu A2 geforderte Fördervolumenstromverhältnis der beiden Pumpen 223, 224 dadurch realisiert, dass die erste Pumpe 223 eine Konstantpumpe ist, während die zweite Pumpe 224 eine Verstellpumpe ist, deren Fördervolumen in entsprechender Weise gegenüber der ersten Pumpe 223 erhöht eingestellt ist. Dabei sind der Elektromotor 26, die Konstantpumpe 223 und die Verstellpumpe 224 mechanisch „in Reihe” geschaltet.
4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebs, das prinzipiell dem dritten Ausführungsbeispiel ähnlich ist. Die Arbeitsleitungen 44, 46 und der Differenzialzylinder 9 entsprechen denjenigen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Abweichend vom dritten Ausführungsbeispiel ist die erste Pumpe 323 eine Verstellpumpe und die zweite Pumpe 324 eine Konstantpumpe, wobei das Fördervolumen der ersten Pumpe 323 in der benötigten Weise reduziert eingestellt ist. Dabei sind der Elektromotor 26, die Verstellpumpe 323 und die Konstantpumpe 324 mechanisch „in Reihe” geschaltet.
Die 5 bis 12 zeigen jeweils einen detaillierten Schaltplan eines erfindungsgemäßen Antriebs gemäß einem der vier vorhergehenden Ausführungsbeispiele in einer Anwendung für eine Rotorblattverstelleinrichtung m für ein oder mehrere Rotorblätter einer (nicht näher gezeigten) Windkraftanlage. Die beiden gezeigten Pumpen entsprechen denjenigen eines der vorhergehenden Ausführungsbeispiele 23, 24; 223, 224; 323, 324. Die erste Pumpe 23; 223; 323 ist über die erste Arbeitsleitung 44 mit dem Ringraum 48 des Differenzialzylinders 9 verbunden, während die zweite Pumpe 24; 224; 324 über die zweite Arbeitsleitung 46 mit dem Kolbenbodenraum 50 des Differenzialzylinders 9 verbunden ist. In der ersten Arbeitsleitung 44 ist ein von der ersten Pumpe 23; 223; 323 zum Ringraum 48 öffnendes hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 4a vorgesehen, während in der zweiten Arbeitsleitung 46 ein von der zweiten Pumpe 24; 224; 324 zum Kolbenbodenraum 50 öffnendes hydraulisch entsprerrbares Rückschlagventil 5 vorgesehen ist.
Niederdruckseitig sind die beiden Pumpen 23, 24; 223, 224; 323, 324 über eine Niederdruckleitung 52 miteinander verbunden. Zwischen der Niederdruckleitung 52 und der ersten Arbeitsleitung 44 ist ein von der Niederdruckleitung 52 zur ersten Arbeitsleitung 44 öffnendes Rückschlagventil 19 vorgesehen. In die Niederdruckleitung 52 münden über einen gemeinsamen Filter 22 und über ein gemeinsames Rückschlagventil 21 Leckageleitungen der beiden Pumpen 23, 24; 223, 224; 323, 324. An die Niederdruckleitung 52 ist ein Niederdruckspeicher 28 angeschlossen. Der Niederdruckspeicher 28 ist über eine weitere Niederdruckleitung 54 an die zweite Arbeitsleitung 46 angeschlossen. Dabei ist in der weiteren Niederdruckleitung 54 ein vom Niederdruckspeicher 28 zur zweiten Arbeitsleitung 46 öffnendes Rückschlagventil 20 vorgesehen.
Ein Hochdruckspeicher 27 ist über eine Notleitung 56 an den Kolbenbodenraum 50 des Differenzialzylinders 9 angeschlossen. Dabei sind in der Notleitung 56 ein Stromregelventil 7 und ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 2 angeordnet, dessen Öffnungsrichtung vom Hochdruckspeicher 27 zum Kolbenbodenraum 50 gerichtet ist. Weiterhin ist an der Notleitung 56 in der Nähe des Differenzialzylinders 9 ein Drucksensor 35 vorgesehen. Die Notleitung 56 und damit der Hochdruckspeicher 27 sind über eine Boostleitung 58 an die zweite Arbeitsleitung 46 angeschlossen. Dabei mündet die Boostleitung 48 in der Nähe des Differenzialzylinders 9 in die zweite Arbeitsleitung 46. In der Boostleitung 58 sind ein standardmäßig offenes Absperrventil 29, ein hydraulisch ensperrbares Rückschlagventil 1, eine Drossel 6 und ein Rückschlagventil 15 angeordnet. Die Öffnungsrichtungen der beiden Rückschlagventile 1, 15 sind vom Hochdruckspeicher 27 zur zweiten Arbeitsleitung 46 gerichtet. An die Boostleitung 58 ist in der Nähe des Hochdruckspeichers 27 ein Drucksensor 37 angeschlossen. Der Hochdruckspeicher 27 ist über ein Druckbegrenzungsventil 11 zum weiteren Niederdruckleitung 54 entlastbar. Parallel dazu ist ein standardmäßig geschlossenes Absperrventil 8 vorgesehen.
Zwischen dem Ringraum 48 und dem Rückschlagventil 4a ist eine Ladeleitung 60 an die erste Arbeitsleitung 44 angeschlossen, die zwischen dem Absperrventil 29 und dem Rückschlagventil 1 in die Boostleitung 58 mündet. Dabei ist in der Ladeleitung 60 ein von der ersten Arbeitsleitung 44 zur Boostleitung 58 öffnendes Rückschlagventil 17 vorgesehen. Zwischen der Ladeleitung 60 und der Niederdruckleitung 52 ist ein Druckbegrenzungsventil 33 angeordnet, über das die Ladeleitung 60 zur Niederdruckleitung 52 entlastbar ist. Parallel dazu ist ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 3 vorgesehen, dessen Öffnungsrichtung von der Ladeleitung 60 zur Niederdruckleitung 52 gerichtet ist.
Die zweite Arbeitsleitung 46 ist über ein Druckbegrenzungsventil 10 zur Niederdruckleitung 52 entlastbar. Dabei ist das Druckbegrenzungsventil 10 eingangsseitig zwischen dem Differenzialzylinder 9 und dem entsperrbaren Rückschlagventil 5 und über ein Rückschlagventil 16 zwischen der zweiten Pumpe 24; 224; 324 und dem entsperrbaren Rückschlagventil 5 an die zweite Arbeitsleitung 46 angeschlossen.
Weiterhin ist ein Druckübersetzer 31 vorgesehen, der eingangsseitig einerseits mit der Niederdruckleitung 52 und andererseits über ein jeweiliges zum Druckübersetzer 31 öffnendes Rückschlagventil 13, 14 mit den beiden Arbeitsleitungen 44, 46 verbunden ist. Dabei sind zwischen den beiden Rückschlagventilen 13, 14 einerseits und dem Druckübersetzer 31 andererseits eine Drossel 36 und ein als Absperrventil dienendes Wegesitzventil 32 vorgesehen.
Der Ringraum 48 ist über eine weitere Notleitung 62 und über einen Abschnitt der weiteren Niederdruckleitung 54 mit dem Niederdruckspeicher 28 verbindbar. Dazu sind in der weiteren Notleitung 62 ein Stromregelventil 34, ein als 2/2-Wegeventil ausgebildetes Absperrventil 30 und ein hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil 4 angeordnet, wobei die Öffnungsrichtung des Rückschlagventils 4 vom Ringraum 48 zum Niederdruckspeicher 28 gerichtet ist.
Die Betätigung der hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 2, 4, 4a und 5 erfolgt gemeinsam über ein als 3/2-Wegeventil ausgebildetes Fail-Safe-Ventil 38. Eingangsseitig ist das Fail-Safe-Ventil 38 mit Steuerdruckmittel versorgt, das wahlweise vom Hochdruckspeicher 27 oder über die weitere Niederdruckleitung 54 vom Niederdruckspeicher 28 abgegriffen werden kann.
Die beiden hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 1 und 3 sind gemeinsam über ein 3/2-Wegesitzventil 12 entsperrbar, wobei das eingangsseitige Steuerdruckmittel des 3/2-Wegsitzventils 12 wahlweise aus der Niederdruckleitung 52 oder aus der Ladeleitung 60 abgegriffen werden kann.
Die in den 5 bis 12 eingezeichneten Pfeile geben Größe und Richtung der Volumenströme an.
In 5 ist der Antrieb im Normalbetrieb dargestellt. In der Darstellung fährt der Differenzialzylinder 9 aus. Würde die Drehrichtung des Elektromotors 26 umgekehrt, kehrte sich auch die Richtung der Volumenströme um, und der Differenzialzylinder 9 führe ein.
6 Normalbetrieb wie in 5, allerdings mit Nachfüllfunktion des Hochdruckspeichers 27. An den eingesetzten theoretisch dichten Sitzventilen ist es möglich, dass praktisch etwas Leckage entsteht. Diese Leckage führt zum Absinken des Drucks im Hochdruckspeicher 27, was dessen Funktion und so die Sicherheit der Anlage gefährdet.
Damit die etwaigen Leckagen die Sicherheit nicht beeinträchtigen ist eine Nachladeeinrichtung bestehend aus den Rückschlagventil 13 und 14, Druckübersetzter 31, Wegesitzventil 32, Drossel 36 und Drucksensor 37 ausgeführt. Wird am Drucksensor 37 im Normalbetriebsmodus am Hochdruckspeicher 27 ein zu niedriger Speicherdruck festgestellt, wird das Wegesitzventil 32 in die gezeichnete Stellung geschaltet. Dadurch strömt Öl von der druckhöheren Seite (in diesem Fall aus der zweiten Arbeitsleitung 46 – bei einfahrendem Differenzialzylinder 9 könnte auch die erste Arbeitsleitung 44 die druckhöhere Seite sein) über das Rückschlagventil 13, die Drossel 36 und das Wegesitzventil 32 zum Druckübersetzer 31. In diesem wird der Volumenstrom mit Eingangsdruck (aus der zweiten Arbeitsleitung 46) in einen kleineren Volumenstrom mit Ausgangsdruck übersetzt und dem Hochdruckspeicher 27 zugeführt. Der Eingangsdruck (aus der zweiten Arbeitsleitung 46) hat dabei ein Druckniveau, das der Reibung der Anlage entspricht (min. 40 bar). Der Eingangsdruck (aus der zweiten Arbeitsleitung 46) bildet den Antrieb des Druckübersetzers 31 der über ein maximales Übersetzungsverhältnis verfügt. Der Eingangsdruck (aus der zweiten Arbeitsleitung 46) multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis des Druckübersetzers 31 muss größer sein als der maximale Druck im Hochdruckspeicher 27. Durch die Entnahme der Ölmenge (aus der zweiten Arbeitsleitung 46) zum Zweck der Speicherdruckerhöhung 27 sinkt die Ausfahrgeschwindigkeit des Differenzialzylinders 9. Das Absinken der Geschwindigkeit wird durch eine Erhöhung der Drehzahl des Elektromotors 26 (vgl. 1 bis 4) ausgeglichen. Damit eine geringe Ölmenge entnommen wird, die Anhebung der Drehzahl des Elektromotors 26 also moderat bleibt, ist in dem Druckpfad eine Drossel 36 eingebracht.
7 zeigt maximale Geschwindigkeit des Differenzialzylinders 9 im Speed-Boost-Modus. Um bei plötzlichen starken Windböen möglichst geringe Kräfte in die Windradstruktur einzubringen wird der Differenzialzylinder 9 über einen kurzen Weg schnell ausfahrend bewegt. Zu diesem Zweck wird das 3/2 Wegesitzventil 12 in die gezeichnete Position geschaltet. Dadurch werden die hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 1 und 3 entsperrt. Vom Hochdruckspeicher 27 strömt nun Öl über die Boostleitung 58 unter Hochdruck über das Absperrventil 29, das Rückschlagventil 1, die Drossel 6 und das Rückschlagventil 15 zum Differenzialzylinder 9. Die Drossel 6 verhindert dabei, dass die dem Differenzialzylinder 9 zuströmende Ölmenge zu groß wird. Gleichzeitig werden die Pumpen 23, 24; 223, 224; 323, 324 vom Elektromotor 26 auf maximale Drehzahl gebracht. Dadurch strömt dem Differenzialzylinder 9 von der Pumpe 24; 224; 324 über das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil 5, Öl zu, wodurch dessen Geschwindigkeit weiter erhöht wird.
8 zeigt minimale Geschwindigkeit des Differenzialzylinders 9 im Speed-Boost-Modus. Diese stellt sich ein, wenn der Vorgang wie oben beschrieben eingeleitet wird, wobei die Drehrichtung des Elektromotors 26 umgekehrt wird. Öl strömt dann vom Differenzialzylinder 9 über das Rückschlagventil 5 zur Pumpe 24; 224; 324 und vermindert so deren Geschwindigkeit. Die Geschwindigkeit im Speed-Boost-Modus kann zwischen maximaler Geschwindigkeit (gemäß 7) und minimaler Geschwindigkeit (gemäß 8) durch Veränderung von Drehrichtung und Drehzahl des Elektromotors 26 stufenlos eingestellt werden.
Um den Speed-Boost-Modus zu verlassen muss der Differenzialzylinder 9 abgebremst werden. 9 zeigt dieses Abbremsen im Speed-Boost-Modus. Dazu wird das 3/2-Wegesitzventil 12 stromlos geschaltet. Es nimmt dann die gezeichnete Stellung ein. Dadurch werden die hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 1, 3 geschlossen. Die Druckverhältnisse im Differenzialzylinder 9 kehren sich um, er wird abgebremst. Diesen Vorgang kann der Pumpenantrieb überlagert sein. Je nach Drehrichtung des Elektromotors 26 wird die Ausfahrbewegung soweit abgebremst bis die vom Elektromotor 26 eingestellte Geschwindigkeit erreicht ist und wird dann mit dieser Geschwindigkeit in Ausfahrrichtung fortgesetzt. Im anderen Fall wird der Differenzialzylinder 9 bis zum Stand abgebremst und er kehrt seine Bewegungsrichtung um und fährt dann mit der vom Elektromotor 26 vorgegebenen Geschwindigkeit ein.
In Not- oder Gefahrensituationen muss das Rotorblatt über die Rotorblattverstelleinrichtung m in seine sichere Stellung verbracht werden. 10 zeigt eine Notfunktion mit maximaler Kraft. Diese fährt den Differenzialzylinder 9 aus. Es muss sicher gestellt sein, dass der Differenzialzylinder 9 diese Position immer erreichen kann. Zu diesem Zweck ist im Hochdruckspeicher 27 Öl unter Hochdruck gespeichert. Um im Notfall den Differenzialzylinder 9 auszufahren wird das Fail-Safe-Ventil 38 in die gezeichnete Stellung geschaltet, dadurch werden die hydraulisch entsperrbaren Rückschlagventile 2, 4, 4a, 5 drucklos und Öl strömt aus dem Hochdruckspeicher 27 über das Stromregelventil 7 und das hydraulisch entsperrbare Rückschlagventil 2 zum Differenzialzylinder 9. Am Stromregelventil 7 ist die Geschwindigkeit vorgegeben. Das abströmende Öl fließt über Stromregelventil 34, Absperrventil 30 zum Niederdruckspeicher 28. Das im Abstrom angeordnete Stromregelventil 34 ist auf eine höhere Zylindergeschwindigkeit eingestellt als das im Zustrom angeordnete Stromregelventil 7. Wenn am Differenzialzylinder 9 Zugkräfte wirken gibt das Stromregelventil 34 die Zylindergeschwindigkeit vor.
11 zeigt die Notfunktion mit niedriger Kraft. Diese ist nur möglich, wenn der Drucksensor 35 einen hinreichend kleinen Druck misst. Um wenig Öl aus dem Hochdruckspeicher 27 zu entnehmen wird das Absperrventil 30 in seine dargestellte Position geschaltet. Dadurch ändert sich der Weg des abströmenden Öls in der dargestellten Weise. Das abströmende Öl steht damit unter Druck und strömt zum Hochdruckspeicher 27. Der Druck im Differenzialzylinder 9 ist nun annähernd konstant. Im Kolbenbodenraum 50 ist er durch die Regeldruckdifferenz am Stromregelventil 7 etwas niedriger. Der Differenzialzylinder 9 fährt mit geringerer Kraft aus, da nur die Flächendifferenz A2-A1 wirksam ist. Aus dem Hochdruckspeicher 27 wird weniger Öl entnommen.
Um nach erfolgter Notfahrt bzw. Notfunktion den Betriebszustand wieder herzustellen, muss der Hochdruckspeicher 27 wieder aufgefüllt werden. 12 zeigt, wie der Hochdruckspeicher 27 wieder geladen wird. Dazu wird das Absperrventil 30 in seine dargestellte Position geschaltet und die Pumpen 23, 24; 223, 224; 323, 324 werden vom Elektromotor 26 in gezeichneter Weise angetrieben. Dabei fördert die erste Pumpe 23, 223, 323 Öl zum Hochdruckspeicher 27, während sie vom Niederdruckspeicher 28 versorgt wird. Die zweite Pumpe 24; 224; 324 pumpt bzw. wälzt das Öl drucklos um. Der Differenzialzylinder 9 wird dabei in der ausgefahrenen Position gehalten, so dass das Rotorblatt widerstandsarm und damit kraftarm ist.
Abweichend vom zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 kann der Elektromotor 26 auch die zweite Pumpe 24 direkt antreiben, wobei ein Reduktionsgetriebe zwischen der zweiten Pumpe 24 und der ersten Pumpe 23 vorgesehen ist.
Abweichend vom gezeigten Antrieb gemäß den 5 bis 12 kann statt dem Druckübersetzter 31 auch ein Elektromotor mit einer Pumpe eingesetzt werden.
Offenbart ist ein Linearstelltrieb mit Doppelpumpe und mit einem Differenzialzylinder, dessen Ringraum bzw. Kolbenstangenraum von einer Ringfläche bzw. Kolbenstangenfläche eines Kolbens begrenzt wird und mit einer ersten Pumpe verbunden ist, und dessen Kolbenbodenraum von einer Kolbenbodenfläche des Kolbens begrenzt wird und mit einer zweiten Pumpe verbunden ist. Beide Pumpen werden von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor angetrieben. Das Verhältnis der Ringfläche zur Kolbenbodenfläche ist gleich dem Verhältnis des Fördervolumens der ersten Pumpe zum Fördervolumen der zweiten Pumpe. Gemäß einer ersten Variante wird dies durch Anpassung der Drehzahlen der beiden Pumpen durch ein Getriebe realisiert. Gemäß einer zweiten Variante wird dies dadurch realisiert, dass eine Pumpe mit verstellbaren Fördervolumen ausgeführt ist. Gemäß einer dritten Variante wird dies dadurch realisiert, dass bei gleicher Pumpendrehzahl das Verhältnis der Verdrängungsvolumen der Pumpen dem Verhältnis der Zylinderflächen entspricht.
Bezugszeichenliste

1: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
2: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
3: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
4: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
4a: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
5: hydraulisch entsperrbares Rückschlagventil
6: Drossel
7: Stromregelventil
8: Absperrventil
9: Differenzialzylinder
10: Druckbegrenzungsventil
11: Druckbegrenzungsventil
12: 3/2-Wegesitzventil
13: Rückschlagventil
14: Rückschlagventil
15: Rückschlagventil
16: Rückschlagventil
17: Rückschlagventil
18: Getriebe
19: Rückschlagventil
20: Rückschlagventil
21: Rückschlagventil
22: Filter
23: langsamer angetriebene Pumpe
24: schneller angetriebene Pumpe
26: Elektromotor
27: Hochdruckspeicher
28: Niederdruckspeicher
29: Absperrventil
30: Absperrventil
31: Druckübersetzer
32: Wegesitzventil
33: Druckbegrenzungsventil
34: Stromregelventil
35: Drucksensor
36: Drossel
37: Drucksensor
38: Fail-Safe-Ventil
40: erste Antriebswelle
42: zweite Antriebswelle
44: erste Arbeitsleitung
46: zweite Arbeitsleitung
48: Ringraum
50: Kolbenbodenraum
52: Niederdruckleitung
54: weitere Niederdruckleitung
56: Notleitung
58: Boostleitung
60: Ladeleitung
62: weitere Notleitung
118: Getriebe
223: Konstantpumpe mit geringerem Fördervolumen
224: Verstellpumpe mit größer eingestelltem Fördervolumen
323: Verstellpumpe mit geringer eingestelltem Fördervolumen
324: Konstantpumpe mit größerem Fördervolumen
A1: Ringfläche
A2: Kolbenbodenfläche
m: Rotorblattverstelleinrichtung

Claims

Antrieb mit einem Differenzialzylinder (9), dessen Ringraum (48) von einer Ringfläche (A1) begrenzt ist und mit einer ersten Pumpe (23) verbunden ist, und dessen Kolbenbodenraum (50) von einer Kolbenbodenfläche (A2) begrenzt ist und mit einer zweiten Pumpe (24) verbunden ist, wobei die beiden Pumpen (23, 24) von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor (26) antreibbar sind, gekennzeichnet durch ein Getriebe (18; 118), über das ein Drehzahlverhältnis einer Drehzahl der ersten Pumpe (23) zu einer Drehzahl der zweiten Pumpe (24) erzeugbar ist, das einem Flächenverhältnis (A1/A2) der Ringfläche (A1) zur Kolbenbodenfläche (A2) entspricht.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei das Getriebe (18) eingangsseitig vom Elektromotor (26) angetrieben ist, und wobei das Getriebe (18) zwei Abtriebswellen hat, die jeweils eine Pumpe (23, 24) antreiben.
Antrieb nach Anspruch 1, wobei eine der Pumpen (23) vom Elektromotor (26) angetrieben ist, und wobei das Getriebe (118) von der Pumpe (23) angetrieben ist, und wobei das Getriebe (118) eine Abtriebswelle hat, die die andere Pumpe (24) antreibt.
Antrieb mit einem Differenzialzylinder (9), dessen Ringraum (48) von einer Ringfläche (A1) begrenzt ist und mit einer ersten Pumpe (223; 323) verbunden ist, und dessen Kolbenbodenraum (50) von einer Kolbenbodenfläche (A2) begrenzt ist und mit einer zweiten Pumpe (224; 324) verbunden ist, wobei die beiden Pumpen (223, 224; 323, 324) von einem gemeinsamen drehzahlvariablen Elektromotor (26) antreibbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpen (223, 224; 323, 324) synchron antreibbar sind, wobei eine der beiden Pumpen eine Verstellpumpe (224; 323) ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei beide Pumpen (23, 24; 223, 224; 323, 324) eine gemeinsame oder zwei direkt gekoppelten Wellen haben und ein gemeinsames oder zwei direkt gekoppelte Gehäuse haben und eine Doppelpumpe bilden, deren Verhältnis der geometrischen Verdrängungsvolumina dem Verhältnis der Zylinderwirkflächen entspricht.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer ersten Arbeitsleitung (44), über die die erste Pumpe (23; 223; 323) mit dem Ringraum verbunden ist, und mit einer zweiten Arbeitsleitung (46), über die die zweite Pumpe (24; 224; 324) mit dem Kolbenbodenraum (50) verbunden ist, wobei ein Hochdruckspeicher (27) an die erste Arbeitsleitung (44) oder direkt an den Ringraum (48) oder an die zweite Arbeitsleitung (46) oder direkt an den Kolbenbodenraum (50) angeschlossen ist.
Antrieb nach Anspruch 6, wobei der Hochdruckspeicher (27) über eine Notleitung (56) direkt an den Kolbenbodenraum (50) angeschlossen ist, und wobei der Hochdruckspeicher (27) über eine Boostleitung (58) an die zweite Arbeitleitung (46) angeschlossen ist.
Antrieb nach Anspruch 7 mit einer Ladeleitung (60), über die die erste Arbeitsleitung (44) mit der Boostleitung (58) oder mit dem Hochdruckspeicher (27) verbunden ist, wobei in der Ladeleitung (60) ein zur Boostleitung öffnendes Rückschlagventil (17) angeordnet ist.
Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Niederdruckleitung (52), die die beiden Pumpen miteinander verbindet, wobei an die Niederdruckleitung (52) ein Niederdruckspeicher (28) angeschlossen ist.
Antrieb nach Anspruch 9 mit einer weiteren Niederduckleitung (54), über die der Niederduckspeicher (28) mit der zweiten Arbeitsleitung (46) verbunden ist, wobei in der weiteren Niederdruckleitung (54) ein zur zweiten Arbeitsleitung (46) öffnendes Rückschlagventil (20) vorgesehen ist.
Windkraftanlage mit einem Rotor mit mehreren Rotorblättern, die jeweils eine oder eine gemeinsame Rotorblattverstelleinrichtung (m) haben, und mit einem Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dessen Differenzialzylinder (9) an die zumindest eine Rotorblattverstelleinrichtung (m) gekoppelt ist, wobei die Ringfläche (A1) in Richtung Verringerung eines Anstellwinkels des zumindest einen Rotorblatts und die Kolbenbodenfläche (A2) in Richtung Vergrößerung des Anstellwinkels wirkt.