DE102015211796A1 - Hydraulisches System zur Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders mit drei getrennten druckmittelbeaufschlagbaren Wirkflächen und Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Systems - Google Patents

Hydraulisches System zur Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders mit drei getrennten druckmittelbeaufschlagbaren Wirkflächen und Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Systems Download PDF

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Abstract

Offenbart ist ein hydraulisches System mit einem Hydrozylinder (2), der mindestens drei getrennte druckmittelbeaufschlagbare Wirkflächen (48, 50, 52) aufweist. Dabei sind eine erste Wirkfläche (48) und eine zweite Wirkfläche (50) für eine Bewegung eines Kolben-/Stangenelements (12) des Hydrozylinders (2) in seiner Ausfahrrichtung (8) druckmittelbeaufschlagbar. Es ist ein Speicherzuschaltventil (42) vorgesehen, mittels dem die zweite Wirkfläche (50) mit einem Druckmittel eines geladenen Speichers (38) in der Ausfahrrichtung (8) beaufschlagbar ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems gemäß dem Oberbegriff des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Bei bekannten hydraulischen Systemen, insbesondere solchen zur Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders mit getrennten druckmittelbeaufschlagbaren Wirkflächen, die beispielsweise als Verstelleinrichtung für Windkraftanlagen, hydraulischen Pressen oder Kunststoffspritzmaschinen verwendet werden, ist üblicherweise bei der Integration von Zusatzfunktionen, wie beispielsweise einem Notbetrieb sowie zum Ausgleich von Leckage und Differenzvolumen ein großer Niederdruckspeicher erforderlich, aus dem eine Hydromaschine Druckmittel nachsaugen kann bzw. überschüssiges Druckmittel aus dem Zylinder und/oder dem System aufgenommen werden kann, was neben einem erhöhten Platzbedarf erhöhte Fertigungskosten und/oder Betriebskosten bedingt. Weiter ist bei bekannten Lösungen ein aufwändiger Korrosionsschutz bei dem verwendeten Hydrozylinder zu betreiben, insbesondere bei Gleichgangzylindern mit innenliegender Bauweise, was weiter erhöhte Fertigungskosten bedingt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein hydraulisches System zur Druckmittelversorgung eines Hydrozylinders mit drei getrennten druckmittelbeaufschlagbaren Wirkflächen zu schaffen, das kostengünstiger herzustellen und/oder zu betreiben ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
  • Weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das erfindungsgemäße hydraulische System auf einfache Art und Weise zu betreiben.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruchs.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Ein hydraulisches System gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen Hydrozylinder, der mindestens drei getrennte druckmittelbeaufschlagbare Wirkflächen aufweist. Dabei sind eine erste Wirkfläche und eine zweite Wirkfläche für eine Bewegung eines Kolben-/Stangenelements des Hydrozylinders in seiner Ausfahrrichtung druckmittelbeaufschlagbar. In dem hydraulischen System ist ein Speicherzuschaltventil vorgesehen, mittels dem die zweite Wirkfläche mit einem Druckmittel eines geladenen Speichers in der Ausfahrrichtung beaufschlagbar ist, insbesondere während eines Notbetriebs zum schnellen und/oder maximalen Ausfahren des Kolben-/Stangenelements.
  • Ein Vorteil des hydraulischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die erfindungsgemäße Lösung, dass die zweite Wirkfläche zum Ausfahren des Kolben-/Stangenelements mit Druckmittel aus dem geladenen Speicher beaufschlagbar ist, einen einfacheren speziellen Aufbau des Hydrozylinders ermöglicht und so Fertigungskosten spart.
  • Das erfindungsgemäße hydraulische System ist vorteilhaft beispielsweise bei Windkraftanlagen zur hydraulischen Pitchverstellung insbesondere eines Rotors beziehungsweise von Rotorblättern einsetzbar. Insbesondere bei einem Notbetrieb, in dem der Rotor aus dem Wind gedreht werden soll, ist somit die zweite Wirkfläche zusätzlich zu der ersten Wirkfläche für die Bewegung des Kolben-/Stangenelements in Richtung der Vorzugsstellung druckmittelbeaufschlagbar, wodurch eine schnelle Verstellung ermöglicht ist.
  • Vorteilhafterweise ist ein Aufladeventil vorgesehen, mittels dem, insbesondere während eines Aufladebetriebs, bei dem der Speicher mit Druckmittel aufgeladen ist, ein von der ersten Wirkfläche begrenzter erster Arbeitsraum des Hydrozylinders mit einem von der zweiten Wirkfläche begrenzten zweiten Arbeitsraum des Hydrozylinders fluidisch verbindbar ist. Somit ist der Speicher, insbesondere nach Ausführung des Notbetriebs, mit Druckmittel aufladbar. Bei dem Aufladebetrieb ist das Kolben-/Stangenelement vorteilhafterweise vollständig entgegen der Ausfahrrichtung bewegt, um bei geschlossenen Speicherzuschaltventil und geöffnetem Aufladeventil Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsraum zurück in den Hydraulikkreis zu fördern.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems ist, dass ein Niederdruckspeicher, aus dem von der Hydromaschine Druckmittel nachsaugbar ist, im Vergleich zu den bekannten derartigen hydraulischen Systemen erheblich kleiner dimensioniert werden kann. Der Speicher, aus dem die zweite Wirkfläche mit Druckmittel beaufschlagbar ist, ist vorteilhafterweise als ein Hochdruckspeicher ausgebildet. Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße hydraulische System somit, neben den oben erwähnten Windkraftanlagen, auch bei hydraulischen Pressen und Kunststoffspritzmaschinen, und allgemein bei Hydrauliksystemen mit einem Hochdruckspeicher und einem Niederdruckspeicher einsetzbar.
  • Vorteilhafterweise ist in dem ersten Arbeitsraum während eines Normalbetriebs ein Unterdruck, insbesondere ein Vakuum, erzeugbar, insbesondere wegen einer Bewegung des Kolben-/Stangenelements in seiner Ausfahrrichtung und weil der zweite Arbeitsraum im Normalbetrieb wegen des bestromten und somit geschlossenen Zustands des Speicherzuschaltventils abgeschlossen ist. Im Normalbetrieb ist das Kolben-/Stangenelement bei abgeschlossenem zweiten Arbeitsraum in oder entgegen der Ausfahrrichtung bewegbar. Somit kann in dem zweiten Arbeitsraum im Normalbetrieb auch keine Feuchtigkeit vorhanden sein, womit sich eine dort sonst aufwändig und kostenintensiv durchzuführende Korrosionsschutzbehandlung erübrigt und somit die Kosten der erfindungsgemäßen hydraulischen Systems weiter reduzierbar sind.
  • Vorteilhafterweise ist eine Hydromaschine vorgesehen, mittels der jeweils die erste Wirkfläche oder eine dritte Wirkfläche des Hydrozylinders in einem geschlossenen Hydraulikkreis mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei die dritte Wirkfläche zur Bewegung des Kolben-/Stangenelements entgegen der Ausfahrrichtung mit Druckmittel beaufschlagbar ist. Somit sind der erste Arbeitsraum und der dritte Arbeitsraum jeweils direkt ansteuerbar.
  • Insbesondere ist während des Normalbetriebs ausschließlich die erste Wirkfläche zur Bewegung des Kolben-/Stangenelements in Ausfahrrichtung mit einem Druckmittel beaufschlagt und die dritte Wirkfläche ist zur Bewegung des Kolben-/Stangenelements entgegen der Ausfahrrichtung mit einem Druckmittel beaufschlagt.
  • Die Hydromaschine kann insbesondere drehzahlvariabel und/oder insbesondere drehrichtungsumkehrbar antreibbar und/oder durchschwenkbar ausgebildet sein.
  • Vorteilhafterweise ist, wie oben bereits erläutert, in den zweiten Arbeitsraum während eines Normalbetriebs des Hydrozylinders kein Druckmittel einströmbar. Somit ist während des Normalbetriebs ein Gleichgangverhalten des Hydrozylinders erreicht, da vorteilhafterweise die erste Wirkfläche gleich groß ist wie die dritte Wirkfläche. Die zweite Wirkfläche kann von der Größe der beiden anderen Wirkflächen abweichen, insbesondere größer als die erste Wirkfläche beziehungsweise die dritte Wirkfläche sein. Im Notbetrieb ist somit ein Differentialverhalten des Hydrozylinders gegeben.
  • Vorteilhafterweise weist der, insbesondere hohlzylindrisch ausgebildete, Hydrozylinder in seinem Gehäuse einen, insbesondere zylinderförmigen, Führungszapfen auf, auf dem das Kolben-/Stangenelement axial verschiebbar gelagert ist. Dabei ist der erste Arbeitsraum von dem Führungszapfen und dem Kolben-/Stangenelement begrenzt, und der zweite Arbeitsraum ist von dem Führungszapfen und dem Kolben-/Stangenelement und dem Gehäuse begrenzt. Zusätzlich dazu ist der dritte Arbeitsraum von dem Kolben-/Stangenelement und dem Gehäuse begrenzt. Die erfindungsgemäße spezielle Ausgestaltung des Hydrozylinders erlaubt eine platzsparende Ausführung desselben und somit eine Verringerung des Platzbedarfs.
  • Insbesondere weist das Kolben-/Stangenelement an einem offenen Endabschnitt, oder an einer Position zwischen einem geschlossenen Endabschnitt des Kolben-/Stangenelements und dem offenen Endabschnitt einen im Wesentlichen ringförmigen Radialbund auf. Vorteilhafterweise sind die jeweiligen von dem Kolben-/Stangenelement begrenzten Arbeitsräume, insbesondere der zweite Arbeitsraum und der dritte Arbeitsraum, mittels dem Radialbund beziehungsweise mittels seinen ringförmigen Flächen begrenzt.
  • Insbesondere ragt das Kolben-/Stangenelement mit seinem geschlossenen Ende aus einem im Wesentlichen in Ausfahrrichtung weisenden Endabschnitt des Gehäuses, von dem ein Zylinderkopf gebildet ist.
  • Der Führungszapfen kann an einem im Wesentlichen von der Ausfahrrichtung weg weisenden Endabschnitt des Gehäuses angeordnet sein, von dem ein Zylinderboden gebildet ist. Insbesondere ist der Führungszapfen fest mit dem Gehäuse verbunden oder einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet.
  • Die erste Wirkfläche kann an dem geschlossenen Endabschnitt des, insbesondere hohlzylinderförmig ausgebildeten, Kolben-/Stangenelements an einer Innenkontur angeordnet sein, wobei die erste Wirkfläche im Wesentlichen zu dem Zylinderboden hin und von der Ausfahrrichtung weg weist.
  • Die zweite Wirkfläche kann an einer, insbesondere als ringförmiger Radialbund ausgebildeten, Außenkontur des Kolben-/Stangenelements angeordnet sein, wobei die zweite Wirkfläche im Wesentlichen zu dem Zylinderboden hin und von der Ausfahrrichtung weg weist.
  • Die dritte Wirkfläche kann an der, insbesondere als ringförmigem Radialbund ausgebildeten, Außenkontur des Kolben-/Stangenelements angeordnet sein, wobei die dritte Wirkfläche im Wesentlichen zu dem Zylinderkopf hin und zu der Ausfahrrichtung hin weist.
  • Vorteilhafterweise ist das Speicherzuschaltventil in einem Speicherströmungspfad zwischen dem Speicher und dem zweiten Arbeitsraum angeschlossen, und das Aufladeventil ist in einem Zwischenabzweig des Speicherströmungspfads zwischen dem Speicherzuschaltventil und dem zweiten Arbeitsraum angeschlossen. Zusätzlich dazu ist der Zwischenabzweig zwischen dem ersten Arbeitsraum und einer Druckmittelquelle mit einem ersten Strömungspfad fluidisch verbunden. Somit ist ein einfacher Wechsel der Betriebsarten, beispielsweise zwischen Normalbetrieb und Notbetrieb oder zwischen Notbetrieb und Aufladebetrieb gewährleistet.
  • Vorteilhafterweise ist das Speicherzuschaltventil stromlos offen und bestromt geschlossen. Somit ist bei einem Stromausfall der Notbetrieb ausführbar und beispielsweise ein Rotor einer Windkraftanlage selbsttätig aus dem Wind drehbar.
  • Vorteilhafterweise ist der zweite Arbeitsraum mittels einer fluiddicht ausgebildeten Trennwand oder Platte oder Stahlplatte in eine erste Kammer und eine zweite Kammer unterteilt. Somit ist ein vollständiges Einfahren des Kolben-/Stangenelements im Aufladebetrieb nicht notwendig, da der sich während eines Normalbetriebs in der ersten Kammer ergebende Unterdruck beziehungsweise das sich ergebende Vakuum durch die Trennwand wirksam von einem in der zweiten Kammer vorhandenen Druckmittel getrennt ist. Somit kann der Aufladebetrieb an einer nahezu beliebigen Position beendet werden, ohne den nachfolgenden Normalbetrieb negativ zu beeinflussen. Ein weiterer Vorteil der Trennwand ist, dass, weil Druckmittel von dem Unterdruck / Vakuum in der ersten Kammer ferngehalten ist, damit eine Ausgasung von im Druckmittel gelöster Feuchtigkeit und/oder Luft bzw. Gas und somit Kavitation vermeidbar ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Trennwand ringförmig ausgebildet und auf dem Führungszapfen axial verschiebbar angeordnet. Dabei ist die Trennwand, insbesondere während des Notbetriebs, mittels einer Druckmittelbeaufschlagung aus dem Speicher in der Ausfahrrichtung verschiebbar, insbesondere zusammen mit dem Kolben-/Stangenelement.
  • Insbesondere während des Aufladebetriebs ist die Trennwand mittels einer Druckmittelbeaufschlagung der dritten Wirkfläche über das Kolben-/Stangenelement entgegen der Ausfahrrichtung verschiebbar, unmittelbar oder über ein Druckmittel, das in der ersten Kammer vorhanden sein kann. Weiter vorteilhafterweise ist die Trennwand mittels einer Rückhalteeinrichtung und/oder über eine Reibkraft zwischen der Trennwand und dem Gehäuse in ihrer jeweiligen Position gehalten. Somit ist während des Normalbetriebs ein Verfahrweg des Kolben-/Stangenelements in Ausfahrrichtung von einem zylinderkopfseitigen Ausfahranschlag am Gehäuse markiert und entgegen der Ausfahrrichtung von einem zylinderbodenseitigen Einfahranschlag am Gehäuse oder einer Position der Trennwand markiert.
  • Die Rückhalteeinrichtung kann als Federelement ausgebildet sein, wobei als Werkstoff insbesondere Polyurethan einsetzbar ist.
  • Vorteilhafterweise ist die Trennwand mittels einer Rückstelleinrichtung, insbesondere unabhängig von dem Kolben-/Stangenelement, entgegen der Ausfahrrichtung verschiebbar. Somit ist der Speicher unabhängig von dem Kolben-/Stangenelement, insbesondere nach Ausführen des Notbetriebs, mit Druckmittel aufladbar.
  • Die Rückstelleinrichtung kann als Federelement ausgebildet sein, wobei eine Gasfüllung der ersten Kammer, insbesondere mit Stickstoff, als Federelement wirkt.
  • Die zweite Wirkfläche kann an einer ringförmigen Außenkontur der Trennwand angeordnet sein, wobei die zweite Wirkfläche im Wesentlichen zu dem Zylinderboden hin und von der Ausfahrrichtung weg weist.
  • Vorteilhafterweise ist in der Trennwand ein Abflussventil vorgesehen, das, insbesondere als Rückschlagventil ausgebildet, in Richtung zu dem Speicher hin durchlässig ist und über das Druckmittel von der ersten Kammer in die zweiten Kammer strömbar ist. Somit ist eine Leckagemenge des Hydrozylinders, die wegen des Unterdrucks / Vakuums in die erste Kammer gesaugt ist, insbesondere während des Aufladebetriebs, in den Hydraulikkreis zurück förderbar. Die Rückstelleinrichtung ist dabei vorteilhafterweise als ein insbesondere aus Polyurethan bestehendes Federelement ausgebildet.
  • Vorteilhafterweise ist eine Drucküberwachungseinrichtung vorgesehen, mittels der ein Druck in dem Speicher überwacht ist. Insbesondere ist die Drucküberwachungseinrichtung in dem Hochdruckspeicher und/oder in dem Niederdruckspeicher vorgesehen. Somit ist eine erhöhte Leckagesicherheit des Hydrozylinders gewährleistet. Weiter ist dadurch das hydraulische System bei schleichender Leckage in der Lage, sich selbstständig in einen Ursprungszustand zurückzusetzen und somit einen Serviceeinsatz hinauszuzögern. Insbesondere mit dem oben beschriebenen Ausführen des Aufladebetriebs ist eine Leckagemenge in den Hydraulikkreis zurückförderbar.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Systems gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die folgenden Schritte:
    Schließen und/oder Geschlossenhalten des Speicherzuschaltventils und Schließen und/oder Geschlossenhalten des Aufladeventils zum Ausführen des Normalbetriebs,
    Öffnen und/oder Offenhalten des Speicherzuschaltventils und Schließen und/oder Geschlossenhalten des Aufladeventils zum Ausführen eines Notbetriebs zum, insbesondere schnellen und/oder maximalen, Ausfahren des Kolben-/Stangenelements,
    Schließen und/oder Geschlossenhalten des Speicherzuschaltventils und Öffnen und/oder Offenhalten eines Aufladeventils zum Ausführen eines Zurücksetzens des hydraulischen Systems nach Ausführen des Notbetriebs mit Laden des Speichers, insbesondere zum Bewegen des Kolben-/Stangenelements entgegen der Ausfahrrichtung.
  • Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass damit das erfindungsgemäße hydraulische System auf einfache und effektive Art und Weise betrieben wird und somit Kosten eingespart werden.
  • Vorteilhafterweise wird nach dem Notbetrieb der Aufladebetrieb ausgeführt. Somit kann der Speicher, insbesondere der Hochdruckspeicher, nach dem Notbetrieb wieder mit Druckmittel aufgeladen werden. Ein Normalbetrieb kann danach wieder ausgeführt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Mehrere Ausführungsbeispiele / Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung werden / wird im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes hydraulisches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel mit einem in einem Längsschnitt dargestellten Hydrozylinder in einem geschlossenen hydraulischen Kreis,
  • 2 ein erfindungsgemäßes hydraulisches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel mit einem in einem Längsschnitt dargestellten Hydrozylinder in einem geschlossenen hydraulischen Kreis während eines Normalbetriebs,
  • 3 ein erfindungsgemäßes hydraulisches System gemäß 2 während eines Notbetriebs, und
  • 4 ein erfindungsgemäßes hydraulisches System gemäß 2 während eines Aufladebetriebs.
  • Detaillierte Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
  • Das in 1 dargestellte erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems 1 enthält einen Hydrozylinder 2, der einen speziellen erfindungsgemäßen Aufbau aufweist und als Gleichgangzylinder in Differentialbauweise bezeichnet werden kann.
  • In einem Gehäuse 4 des Hydrozylinders 2 ist ein zylinderförmiger Führungszapfen 6 an einem im Wesentlichen von einer Ausfahrrichtung 8 weg weisenden Endabschnitt des Gehäuses 4 angeordnet, von dem ein Zylinderboden 10 gebildet ist. Der Führungszapfen 6 ist hier einstückig mit dem Gehäuse 4 ausgebildet, alternativ dazu kann er fest mit dem Gehäuse 4 verbunden sein.
  • Auf dem Führungszapfen ist ein hohlzylinderförmig ausgebildetes Kolben-/Stangenelement 12 axial verschiebbar gelagert. Ein erster Arbeitsraum 14 ist von dem Führungszapfen 6 und dem Kolben-/Stangenelement 12 begrenzt. Ein zweiter Arbeitsraum 16 ist von dem Führungszapfen 6 und dem Kolben-/Stangenelement 12 und dem Gehäuse 2 begrenzt. Ein dritter Arbeitsraum 18 von dem Kolben-/Stangenelement 12 und dem Gehäuse 4 begrenzt. Das Kolben-/Stangenelement 12 ragt in der dargestellten Position mit einem geschlossenen Endabschnitt 20 aus einem im Wesentlichen in Ausfahrrichtung 8 weisenden Endabschnitt des Gehäuses 4, von dem ein Zylinderkopf 22 gebildet ist.
  • Von dem ersten Arbeitsraum 12 erstreckt sich ein erster Strömungspfad 24 bis hin zu einer Druckmittelquelle 26. Die Druckmittelquelle 26 ist als eine Pumpeneinheit ausgebildet, die einen Antrieb 28, hier ein drehzahlvariabel und drehrichtungsumkehrbar steuerbarer Elektromotor, und eine Hydromaschine 30, die hier als Hydropumpe ausgebildet ist. Fluidisch parallel zu der Hydromaschine 30 ist ein Niederdruckspeicher 32 geschaltet, aus dem die Hydromaschine 30 über jeweils ein als Rückschlagventil ausgebildetes Nachsaugventil 34 Druckmittel nachsaugen kann.
  • Von dem zweiten Arbeitsraum 16 erstreckt sich ein Speicherströmungspfad 36 bis hin zu einem als Hochdruckspeicher ausgebildetem Speicher 38. Von dem Speicherströmungspfad 36 führt ein Abzweig 39 bis zu einem zweiten Strömungspfad 40, der sich von der Hydromaschine 30 bis hin zu einem dritten Arbeitsraum 18 erstreckt. In dem Abzweig 39 ist ein Rückschlagventil 41 angeordnet, das in Richtung hin zu dem zweiten Strömungspfad 40 sperrt.
  • In dem Speicherströmungspfad 36 ist zwischen dem zweiten Arbeitsraum 16 und dem Speicher 38 ein Speicherzuschaltventil 40 angeordnet, hier ein 2/2-Wegeventil, das stromlos geöffnet ist. Zwischen dem zweiten Arbeitsraum 16 und dem Speicherzuschaltventil 42 ist ein Zwischenabzweig 44 des Speicherströmungspfads 36 über ein Aufladeventil 46 mit dem ersten Strömungspfad 24 fluidisch verbindbar. Das Aufladeventil 46 ist hier als ein stromlos geschlossenes 2/2-Wegeventil ausgebildet.
  • Eine erste Wirkfläche 48 ist an einem geschlossenen Endabschnitt 20 an einer Innenkontur des Kolben-/Stangenelements 12 angeordnet. Die erste Wirkfläche 48 weist im Wesentlichen zu dem Zylinderboden 10 hin und von der Ausfahrrichtung 8 weg.
  • Die zweite Wirkfläche 50 ist an einer hier als ringförmiger Radialbund ausgebildeter Außenkontur des Kolben-/Stangenelements 12 angeordnet, wobei die zweite Wirkfläche 50 im Wesentlichen zu dem Zylinderboden 10 hin und von der Ausfahrrichtung 8 weg weist. Der Radialbund ist an einem offenen Endabschnitt 51 des Kolben-/Stangenelements 12 angeordnet.
  • Eine dritte Wirkfläche 52 ist an der hier als ringförmiger Radialbund ausgebildeter Außenkontur des Kolben-/Stangenelements 12 angeordnet, wobei die dritte Wirkfläche 52 im Wesentlichen zu dem Zylinderkopf 22 hin und zu der Ausfahrrichtung 8 hin weist.
  • Nachfolgend wird die Funktionsweise und verschiedene Betriebsarten des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems beschrieben.
  • In einem Normalbetrieb ist für eine Bewegung des Kolben-/Stangenelements 12 in seiner Ausfahrrichtung 8 ist die erste Wirkfläche 48 über den ersten Strömungspfad 24 mittels der Hydromaschine 30 mit Druckmittel beaufschlagt. Im dritten Arbeitsraum 18 vorhandenes Druckmittel wird über den Speicherströmungspfad 36, den Abzweig 39 und den zweiten Strömungspfad 40 zur Hydromaschine 30 zurückgeführt. Dabei ist das Speicherzuschaltventil 42 bestromt und somit geschlossen und das Aufladeventil 46 ist stromlos und somit geschlossen. Eine Bewegung des Kolben-/Stangenelement 12 entgegen seiner Ausfahrrichtung 8 erfolgt bei gleichen Schaltungen der Ventile 42, 46 analog dazu.
  • Da im Normalbetrieb das Speicherzuschaltventil 42 bestromt und somit geschlossen ist, entsteht wegen der Bewegung des Kolben-/Stangenelements 12 in Ausfahrrichtung 8 in dem ersten Arbeitsraum 16 ein Unterdruck beziehungsweise ein Vakuum.
  • In einem Notbetrieb ist das Speicherzuschaltventil 42 stromlos und somit geöffnet, wodurch die zweite Wirkfläche 50 mit Druckmittel aus dem Speicher 38 beaufschlagt ist und das Kolben-/Stangenelement 12 in seine Ausfahrrichtung 8 bewegt ist. Wenn das Speicherzuschaltventil 42 während des Normalbetriebs stromlos geschalten wird, ist die zweite Wirkfläche 50 zusätzlich zu der ersten Wirkfläche 48 mit Druckmittel beaufschlagt – die erste Wirkfläche 48, wie oben beschrieben, mit Druckmittel von der Druckmittelquelle 26 beziehungsweise der Hydromaschine 30. Bei einem Stromausfall, der einen Ausfall des Antriebs 28, beispielsweise des Elektromotors, zur Folge hat, ist das Speicherzuschaltventil 42 dadurch quasi automatisch stromlos geschalten und lediglich die zweite Wirkfläche 50 mit Druckmittel aus dem Speicher 38 beaufschlagt. Somit ist im Notbetrieb der Hydrozylinder 2 auch ohne den Antrieb 28 verstellbar.
  • Nach dem Ausführen des Notbetriebs muss ein Aufladebetrieb durchgeführt werden, um den Speicher 38 wieder mit Druckmittel aufzuladen und Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsraum 16 zurück in den Hydraulikkreis zu fördern. Dabei wird das Speicherzuschaltventil 42 bestromt und ist somit geschlossen und das Aufladeventil 46 bestromt und ist somit geöffnet. Somit wird beim Bewegen des Kolben-/Stangenelements 12 entgegen seiner Ausfahrrichtung 8 Druckmittel von der Hydromaschine 30 über den zweiten Strömungspfad 40 in den dritten Arbeitsraum 18 gefördert. Dabei wird Druckmittel aus dem ersten Arbeitsraum 14 und Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsraum 16 zurück in den Hydraulikkreis gefördert, wobei Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsraum 16 in den Zwischenabzweig 44 von dem Speicherströmungspfad 36 über das offene Aufladeventil 46 in den ersten Strömungspfad 24 und hin zur Niederdruckseite der Hydromaschine 30 gefördert wird. Druckmittel aus dem ersten Arbeitsraum 14 wird über den ersten Strömungspfad 24 hin zur Niederdruckseite der Hydromaschine 30 gefördert. Von der Hochdruckseite der Hydromaschine 30 wird Druckmittel über den Abzweig 39 und das in Durchflussrichtung durchströmte Rückschlagventil 41 in den Speicher 38 gefördert und der Speicher 38 somit wieder geladen. Ein Normalbetrieb kann danach wieder ausgeführt werden.
  • 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems im Normalbetrieb.
  • Die in dem Hydraulikkreis zusätzlich zu dem in 1 dargestellten Hydraulikelemente sind Standardelemente, die hier nicht weiter beschrieben werden sollen.
  • Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel hat der Hydrozylinder 2 des zweiten Ausführungsbeispiels eine Trennwand 54 in dem zweiten Arbeitsraum 16, wodurch dieser in eine zu dem offenen Endabschnitt 51 benachbart angeordnete erste Kammer 56 und eine zu dem Zylinderboden 10 benachbart angeordnete zweite Kammer 58 geteilt ist.
  • Der im Normalbetrieb wegen der Bewegung des Kolben-/Stangenelements 12 in Ausfahrrichtung 8 bei bestromtem und somit geschlossenem Speicherzuschaltventil 42 entstehende Unterdruck / Vakuum entsteht somit in der ersten Kammer 56.
  • Ein Verfahrweg des Kolben-/Stangenelements 12 in Ausfahrrichtung 8 ist im Normalbetrieb von einem zylinderkopfseitigen Ausfahranschlag am Gehäuse 4 markiert und entgegen der Ausfahrrichtung 8 von einer Position der Trennwand 54 markiert.
  • Die Trennwand 54 ist in einer Zwischenstellung zwischen dem zylinderkopfseitigen Ausfahranschlag am Gehäuse 4 und einem zylinderbodenseitigem Einfahranschlag am Gehäuse 4 und trennt in der zweiten Kammer 58 vorhandenes Druckmittel wirksam von dem in der ersten Kammer 56 wirkenden Unterdruck / Vakuum.
  • In der Trennwand 54 ist ein als Rückschlagventil ausgebildetes Abflussventil 60 vorgesehen, das in Richtung zu dem Speicher 38 hin durchlässig ist und über das Druckmittel von der ersten Kammer 56 in die zweiten Kammer 58 strömbar ist.
  • 3 zeigt das zu 2 beschriebene zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems im Notbetrieb.
  • In dem zu 1 beschriebenen Notbetrieb wird hier die an einer ringförmigen Außenkontur der Trennwand 54 ausgebildete zweite Wirkfläche 50 mit Druckmittel aus dem Speicher 38 beaufschlagt, um das Kolben-/Stangenelement 12 kraftverstärkt in Ausfahrrichtung 8 zu bewegen. Die Trennwand 54 verschiebt sich dabei axial auf dem Führungszapfen 6, bis es an dem Kolben-/Stangenelement 12 beziehungsweise an dessen ringförmigem Radialbund anliegt, wie in 3 gezeigt. Die Trennwand 54 wird dann zusammen mit dem Kolben-/Stangenelement 12 in Ausfahrrichtung 8 bewegt, bis das Kolben-/Stangenelement 12 an dem zylinderkopfseitigen Ausfahranschlag am Gehäuse 4 anliegt.
  • 4 zeigt das zu 2 beschriebene zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems im Aufladebetrieb.
  • Im Unterschied zu dem in 1 gezeigten und oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems 1 ist beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems 1 im Aufladebetrieb ein vollständiges Einfahren des Kolben-/Stangenelements 12 nicht mehr erforderlich. Beim zweiten Ausführungsbeispiel wird im Aufladebetrieb die Trennwand 54 von dem Kolben-/Stangenelement 12 entgegen der Ausfahrrichtung 8 verschoben und somit ist an jeder Position der Trennwand 54 eine wirksame Trennung von Druckmittel in der zweiten Kammer 58 von im Normalbetrieb in der ersten Kammer 56 entstehendem Unterdruck / Vakuum gewährleistet. Auf diese Weise ist ein Verfahrweg des Kolben-/Stangenelements 12 und damit ein Maß der Bewegung des Kolben-/Stangenelements 12 entgegen der Ausfahrrichtung 8 beim Aufladebetrieb relativ frei wählbar. Eine gegebenenfalls auftretende Leckagemenge des Hydrozylinders 2, die wegen des Unterdrucks / Vakuums in die erste Kammer 56 gesaugt ist, ist über das Abflussventil 60, insbesondere während des Aufladebetriebs, zurück in den Hydraulikkreis förderbar.
  • Offenbart ist ein hydraulisches System mit einem speziellen Hydrozylinder, insbesondere einem Gleichgangzylinder in Differentialbauweise, der über drei getrennte druckmittelbeaufschlagbare Wirkflächen verfügt. Im Normalbetrieb mit einer Gleichgangscharakteristik betreibbar, entwickelt der Hydrozylinder im Notbetrieb eine Differentialcharakteristik. Dies ist vorteilhaft bei einem Einsatz des erfindungsgemäßen hydraulischen Systems beispielsweise bei einer Windkraftanlage zur hydraulischen Pitchverstellung eines Rotors beziehungsweise von dessen Rotorblättern.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hydraulisches System
    2
    Hydrozylinder
    4
    Gehäuse des Hydrozylinders
    6
    Führungszapfen
    8
    Ausfahrrichtung
    10
    Zylinderboden
    12
    Kolben-/Stangenelement
    14
    Erster Arbeitsraum
    16
    Zweiter Arbeitsraum
    18
    Dritter Arbeitsraum
    20
    Geschlossener Endabschnitt des Kolben-/Stangenelements
    22
    Zylinderkopf
    24
    Erster Strömungspfad
    26
    Druckmittelquelle
    28
    Antrieb
    30
    Hydromaschine
    32
    Niederdruckspeicher
    34
    Nachsaugventil
    36
    Speicherströmungspfad
    38
    Speicher
    39
    Abzweig
    40
    Zweiter Strömungspfad
    41
    Rückschlagventil
    42
    Speicherzuschaltventil
    44
    Zwischenabzweig
    46
    Aufladeventil
    48
    Erste Wirkfläche
    50
    Zweite Wirkfläche
    51
    Offener Endabschnitt des Kolben-/Stangenelements
    52
    Dritte Wirkfläche
    54
    Trennwand
    56
    Erste Kammer
    58
    Zweite Kammer
    60
    Abflussventil

Claims (15)

  1. Hydraulisches System mit einem Hydrozylinder (2), der mindestens drei getrennte druckmittelbeaufschlagbare Wirkflächen (48, 50, 52) aufweist, wobei eine erste Wirkfläche (48) und eine zweite Wirkfläche (50) für eine Bewegung eines Kolben-/Stangenelements (12) des Hydrozylinders (2) in seiner Ausfahrrichtung (8) druckmittelbeaufschlagbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Speicherzuschaltventil (42) vorgesehen ist, mittels dem die zweite Wirkfläche (50) mit einem Druckmittel eines geladenen Speichers (38) in der Ausfahrrichtung (8) beaufschlagbar ist.
  2. Hydraulisches System nach Anspruch 1, wobei ein Aufladeventil (46) vorgesehen ist, mittels dem ein von der ersten Wirkfläche (48) begrenzter erster Arbeitsraum (14) des Hydrozylinders (2) mit einem von der zweiten Wirkfläche (50) begrenzten zweiten Arbeitsraum (16) des Hydrozylinders (2) fluidisch verbindbar ist.
  3. Hydraulisches System nach Anspruch 2 oder 3, wobei in dem zweiten Arbeitsraum (16) während eines Normalbetriebs ein Unterdruck erzeugbar ist.
  4. Hydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche nach Anspruch 2 oder 3, wobei eine Hydromaschine (30) vorgesehen ist, mittels der jeweils die erste Wirkfläche (48) oder eine dritte Wirkfläche (52) des Hydrozylinders (2) in einem geschlossenen Hydraulikkreis mit Druckmittel beaufschlagbar ist, wobei die dritte Wirkfläche (52) zur Bewegung des Kolben-/Stangenelements (12) entgegen der Ausfahrrichtung (8) mit Druckmittel beaufschlagbar ist.
  5. Hydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei in den zweiten Arbeitsraum (16) während eines Normalbetriebs des Hydrozylinders (2) kein Druckmittel einströmbar ist.
  6. Hydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 5, wobei der Hydrozylinder (2) in seinem Gehäuse (4) einen Führungszapfen (6) aufweist, auf dem das Kolben-/Stangenelement (12) axial verschiebbar gelagert ist, wobei der erste Arbeitsraum (14) von dem Führungszapfen (6) und dem Kolben-/Stangenelement (12) begrenzt ist, und wobei der zweite Arbeitsraum (16) von dem Führungszapfen (6) und dem Kolben-/Stangenelement (12) und dem Gehäuse (4) begrenzt ist, und wobei ein dritter Arbeitsraum (18) von dem Kolben-/Stangenelement (12) und dem Gehäuse (4) begrenzt ist.
  7. Hydraulisches System nach Anspruch 2 bis 6, wobei das Speicherzuschaltventil (42) in einem Speicherströmungspfad (36) zwischen dem Speicher (38) und dem zweiten Arbeitsraum (16) angeschlossen ist, und wobei das Aufladeventil (46) in einem Zwischenabzweig (44) des Speicherströmungspfads (36) zwischen dem Speicherzuschaltventil (42) und dem zweiten Arbeitsraum (16) angeschlossen ist, und wobei der Zwischenabzweig (44) zwischen dem ersten Arbeitsraum (14) und einer Druckmittelquelle (26) mit einem ersten Strömungspfad (24) fluidisch verbunden ist.
  8. Hydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei das Speicherzuschaltventil (42) stromlos offen ist.
  9. Hydraulisches System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 8, wobei der zweite Arbeitsraum (16) mittels einer fluiddicht ausgebildeten Trennwand (54) in zwei Kammern (56, 58) unterteilt ist.
  10. Hydraulisches System nach Anspruch 9, wobei die Trennwand (54) ringförmig ausgebildet ist und auf dem Führungszapfen (6) axial verschiebbar angeordnet ist, und wobei die Trennwand (54) mittels einer Druckmittelbeaufschlagung aus dem Speicher (38) in der Ausfahrrichtung (8) verschiebbar ist, oder mittels einer Druckmittelbeaufschlagung der dritten Wirkfläche (52) über das Kolben-/Stangenelement (12) mittelbar oder unmittelbar entgegen der Ausfahrrichtung verschiebbar ist
  11. Hydraulisches System nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Trennwand (54) mittels einer Rückstelleinrichtung entgegen der Ausfahrrichtung (8) verschiebbar ist.
  12. Hydraulisches System nach Anspruch einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei in der Trennwand (54) ein Abflussventil (60) vorgesehen ist, das in Richtung zu dem Speicher (38) hin durchlässig ist.
  13. Hydraulisches System nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Rückstelleinrichtung in der ersten Kammer (56) angeordnet ist und als eine Gasfüllung oder als ein im Wesentlichen aus Polyurethan bestehendes Federelement ausgebildet ist.
  14. Hydraulisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die zweite Wirkfläche (50) in einem Notbetrieb mit Druckmittel des geladenen Speichers (38) in der Ausfahrrichtung (8) beaufschlagbar ist.
  15. Verfahren zum Betreiben des hydraulischen Systems nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Schließen und/oder Geschlossenhalten des Speicherzuschaltventils (42) und Schließen und/oder Geschlossenhalten des Aufladeventils (46) zum Ausführen des Normalbetriebs zum Bewegen des Kolben-/Stangenelements (12) in oder entgegen der Ausfahrrichtung (8), Öffnen und/oder Offenhalten des Speicherzuschaltventils (42) und Schließen und/oder Geschlossenhalten des Aufladeventils (46) zum Ausführen eines Notbetriebs zum Bewegen des Kolben-/Stangenelements (12) in Ausfahrrichtung (8), und/oder Schließen und/oder Geschlossenhalten des Speicherzuschaltventils (42) und Öffnen und/oder Offenhalten eines Aufladeventils (46) zum Ausführen eines Zurücksetzens des hydraulischen Systems nach Ausführen des Notbetriebs mit Laden des Speichers (38).
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