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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein hydraulisches System gemäß dem Oberbegriff den Anspruchs 1 und einen Feder-Dämpfer-Mechanismus, insbesondere eine Wellenenergiemaschine oder eine Seegangskompensation.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein derartiges hydraulisches System kann beispielsweise in einem Feder-Dämpfer-Mechanismus eingesetzt werden, bei dem es sich beispielsweise um eine Wellenenergiemaschine, eine aktiven Seegangskompensation oder um einen Feder-Dämpfer-Mechanismus in der Fahrzeugtechnik handelt. In der
DE 10 2007 056 400 A1 und der
DE 10 2008 021 111 A1 ist jeweils eine Wellenenergieanlage (Power Take Off (PTO)) mit einem derartigen hydraulischen System dargestellt. Das hydraulische System dient dabei zur Energiegewinnung durch eine oszillierende Boje. Hierüber ist ein Gleichgangzylinder vorgesehen, dessen Kolben mit der oszillierenden Boje verbunden ist und dessen Zylindergehäuse, beispielsweise an einem Meeresgrund, festgelegt ist. Zylinderräume des Zylinders, die vom Kolben getrennt sind, sind über eine in beide Drehrichtungen wirksame Hydropumpe miteinander verbunden. Über die Hydropumpe ist ein Generator antreibbar. Des Weiteren ist ein Feder-Dämpfer-System vorgesehen, um ein stabiles Schwingungsverhalten der Boje zu gewährleisten.
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Offenbarung der Erfindung
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Dem gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein robustes und kostengünstiges hydraulisches System, beispielsweise für eine Wellenenergiemaschine, und einen Feder-Dämpfer-Mechanismus zu schaffen, mit dem auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine Feder- und/oder Dämpfercharakteristik anpassbar ist, um beispielsweise die Wellenenergiemaschine mit der höchsten hydrodynamischen Effizienz zu betreiben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein hydraulisches System gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein hydraulisches System, insbesondere für Wellenenergiemaschinen, die insbesondere zur Energiegewinnung dienen, mit einem Hydrozylinder vorgesehen. Dieser ist von einer oszillierenden Naturkraft, insbesondere von einer Boje, insbesondere von einer vollständig untergetauchten Boje, oder einer Kraft antreibbar. Der Hydrozylinder hat hierbei ein von einem Kolben begrenzten Zylinderraum oder Federraum. Der Zylinderraum ist vorzugsweise mit einem Speicher, insbesondere mit einem robusten Kolbenspeicher oder robusten Zylinderspeicher, verbunden. Mit Vorteil ist ein, insbesondere hydraulisches und/oder pneumatisches, Einstellmittel, zum Einstellen einer Druckbeaufschlagung des Speichers vorgesehen. Das Einstellen erfolgt dabei vorzugsweise unabhängig von einer Energieentnahme der durch die oszillierende Naturkraft oder Kraft gewinnbaren Energie.
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Diese Lösung hat den Vorteil, dass mit mindestens einem Zylinderraum des Hydrozylinders zusammen mit dem Speicher eine separate „hydraulische Feder“ ausgebildet ist. Mit dem Einstellen der Druckbeaufschlagung des Speichers kann auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eine Federhärte des Hydrozylinder-Speicher-Systems eingestellt werden. Unabhängig von der Energieentnahme durch einen weiteren Hydrozylinder oder einem weiteren Zylinderraum im Hydrozylinder. Mit dem Federmechanismus oder der hydraulischen Feder oder der ölhydraulischen Feder können nun auf vorrichtungstechnisch einfache Weise die Naturkräfte oder Kräfte kompensiert werden. Beispielsweise kann mit der hydraulischen Feder eine Resonanzfrequenz der Wellenenergiemaschine eingestellt werden und somit beispielsweise an einen Seegang angepasst werden. Das hydraulische System ist dabei vorrichtungstechnisch äußerst einfach und kostengünstig ausgestaltet.
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Zur Energieentnahme ist vorzugsweise im Hydrozylinder ein weiterer Zylinderraum vorgesehen. Hierbei ist der Hydrozylinder beispielsweise als Mehrflächenzylinder ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann zur Energieentnahme ein weiterer Hydrozylinder vorgesehen sein. Der weitere Zylinderraum und/oder der weitere Hydrozylinder ist/sind vorzugsweise Teil eines hydrostatischen Antriebsstrangs. Dieser kann dann einen Dämpfermechanismus oder Dämpfer bilden, wobei kinetische Energie eines Druckmittels, die beispielsweise durch die oszillierende Boje gebildet ist, in elektrische Energie umgewandelt wird. Der Antriebsstrang ist hierbei vorzugsweise robust und kosteneffizient ausgestaltet, was in Kombination mit der hydraulischen Feder zu einer kosteneffizienten Lösung führt. Zum Umwandeln der kinetischen Energie des Druckmittels im Antriebsstrang ist vorzugsweise eine Hydromaschine vorgesehen, die mit einem Generator über eine Triebwelle verbunden sein kann.
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Vorzugsweise ist der Speicher, wie vorstehend bereits erläutert, vorzugsweise als Kolbenspeicher oder Zylinderspeicher oder auch als Blasenspeicher ausgebildet, was zu einem robusten und sicheren hydraulischen System führt. Der Kolbenspeicher weist einen Kolben auf, der einen ersten Speicherraum von einem zweiten Speicherraum trennt. Der erste Speicherraum kann dann einfach mit dem Zylinderraum des Hydrozylinders verbunden sein. Zum Einstellen der Federsteifigkeit der hydraulischen Feder kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, einen Druck und/oder eine Druckmittelmenge auf Seiten des zweiten Speicherraums einzustellen.
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Denkbar ist, dass parallel zum Speicher ein oder mehrere weitere Speicher, insbesondere Kolbenspeicher oder Zylinderspeicher oder Blasenspeicher, vorgesehen sind. Der oder die Speicher, insbesondere Kolbenspeicher, können dann ebenfalls mit ihrem ersten Speicherraum mit dem Zylinderraum des Hydrozylinders verbunden sein und es können ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge im zweiten Speicherraum einstellbar sein. Die Einstellung des jeweiligen Speichers, insbesondere Kolbenspeichers, kann hierbei unabhängig von den jeweiligen anderen Speichern, insbesondere Kolbenspeichern, sein.
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Im Folgenden sind als Speicher vorzugsweise Kolbenspeicher vorgesehen, wobei wie vorstehend bereits erläutert es denkbar ist anstelle eines Kolbenspeichers oder anstelle eines Teils der Kolbenspeicher oder anstelle aller Kolbenspeicher jeweils alternativ einen Zylinderspeicher oder Blasenspeicher vorzusehen.
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Vorzugsweise ist neben dem (ersten) Kolbenspeicher ein weiterer zweiter Speicher, insbesondere ein Kolbenspeicher oder ein Zylinderspeicher, insbesondere fluidisch in Reihe zum ersten Kolbenspeicher angeordnet. Der weitere zweite Kolbenspeicher weist vorzugsweise ebenfalls einen Kolben auf, der einen ersten Speicherraum von einem zweiten Speicherraum trennt. Vorzugsweise ist dann der erste Speicherraum mit dem zweiten Speicherraum des ersten Kolbenspeichers fluidisch verbunden. Hierdurch kann ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge in den verbundenen Speicherräumen der Kolbenspeicher gemeinsam verstellt werden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, dass ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge auf Seiten des zweiten Speicherraums des zweiten Kolbenspeichers einstellbar ist. Als Fluid für den zweiten Speicherraum des zweiten Kolbenspeichers kann ein Gas vorgesehen sein. Für die anderen Speicherräume der Kolbenspeicher ist denkbar, ein Öl einzusetzen. Es ist denkbar, dass der zweite Speicherraum des zweiten Kolbenspeichers mit einem Speicher, insbesondere mit einem Gasspeicher, verbunden ist. |[SMJ1]
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Es kann vorgesehen sein, dass neben dem weiteren zweiten Speicher fluidisch parallel zu diesem einer oder mehrere zusätzliche Speicher vorgesehen sind. Hierbei ist denkbar, dass die weiteren Speicher ebenfalls einen ersten und zweiten Speicherraum haben, wobei der erste Speicherraum mit dem zweiten Speicherraum des ersten Kolbenspeichers verbunden sein kann und die weiteren zweiten Speicherräume jeweils ein separates Einstellmittel zum Einstellen eines Druck und/oder einer Druckmittelmenge aufweisen. Des Weiteren ist denkbar, dass die zweiten Speicherräume (Gasseiten) der zweiten Kolbenspeicher über Regelelemente, beispielsweise Ventile oder Sperrventile, verbindbar sind.
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In weitere Ausgestaltung der Erfindung bilden die beiden Kolbenspeicher, also der erste und zweite Kolbenspeicher, ein Kolbenspeicherpaar. Vorzugsweise ist zumindest ein weiteres Kolbenspeicherpaar mit einem ersten und zweiten Kolbenspeicher vorgesehen. Dieses kann fluidisch parallel zum ersten Kolbenspeicherpaar angeordnet sein. Indem mehrere Kolbenspeicherpaare vorgesehen sind, kann eine Federsteifigkeit flexibler und genauer eingestellt werden. Ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge auf Seiten der verbundenen Speicherräume des zumindest einen weiteren Kolbenspeicherpaars und/oder im zweiten Speicherraum des zweiten Kolbenspeichers des zumindest einen weiteren Kolbenspeicherpaars ist/sind ebenfalls, insbesondere unabhängig von dem oder den anderen Kolbenspeicherpaar/en, einstellbar.
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Zum Einstellen des Drucks und/oder der Druckmittelmenge ist der zweite Speicherraum des Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars über eine Hydromaschine des Einstellmittels und/oder über ein Ventil des Einstellmittels mit dem Zylinderraum des Hydrozylinders fluidisch verbindbar. Hierdurch kann auf einfache Weise ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge im zweiten Speicherraum und im Zylinderraum eingestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der zweite Speicherraum des Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars über eine Hydromaschine des Einstellmittels und/oder über ein Ventil des Einstellmittels mit einer Niederdruckseite fluidisch verbindbar ist. Es ist somit denkbar, über das Einstellmittel den zweiten Speicherraum mit Druckmittel von der Niederdruckseite zu beschicken oder Druckmittel vom zweiten Speicherraum zur Niederdruckseite zu entlassen. Durch eine derartige Ausgestaltung des Einstellmittels kann somit die Federsteifigkeit durch Modulation des Drucks im zweiten Speicherraum oder im Zwischenvolumen eingestellt werden.
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Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Zylinderraum des Hydrozylinders, der mit dem oder den Kolbenspeichern verbunden ist, und/oder dass der erste Speicherraum des ersten Kolbenspeichers oder der ersten Kolbenspeicher über eine Hydromaschine des Einstellmittels und/oder über ein Ventil des Einstellmittels mit einer Niederdruckseite fluidisch verbindbar ist. Der Hydrozylinder kann sich somit mit dem ersten Kolbenspeicher oder den ersten Kolbenspeichern ein Einstellmittel zum Verbinden mit der Niederdruckseite teilen.
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Mit den Hydromaschinen und/oder Ventilen des Einstellmittels kann somit insbesondere eine Druckmittelmenge im Zylinderraum des Hydrozylinders und im zweiten Speicherraum des Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars auf vorrichtungstechnisch einfache Weise eingestellt werden, wobei sich aus der Druckmittelmenge dann ein entsprechender Druck ausbilden kann.
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Mit der Mehrzahl oder Vielzahl von Kolbenspeicherpaaren kann auf einfache Weise insbesondere eine Linearität der Federsteifigkeit der hydraulischen Feder oder des Hydrozylinders eingestellt oder angenähert werden. Dies erfolgt insbesondere durch Einstellen eines Drucks und/oder einer Druckmittelmenge auf Seiten des zweiten Speicherraums des zweiten Kolbenspeichers, also insbesondere durch Einstellen einer Gasmenge und/oder eines Gasdrucks. Auf Seiten des zweiten Speicherraums des zweiten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars sind hierbei vorzugsweise unterschiedliche Druck und/oder Druckmittelmengen vorgesehen. Somit unterscheiden sich die Kolbenspeicherpaare durch unterschiedlichen Druck oder unterschiedlicher Druckmittelmenge im zweiten Speicherraum des zweiten Kolbenspeichers, wobei die Kolbenspeicherpaare ansonsten gleich ausgestaltet sein können. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass das im Zwischenvolumen, also das im zweiten Speicherraum des ersten Kolbenspeichers und im ersten Speicherraum des zweiten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars ein sich von den anderen Kolbenspeicherpaaren unterscheidende Druckmittelmenge und/oder Druck vorgesehen ist.
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Es ist denkbar, dass die Speicher unterschiedliche Baugrößen aufweisen. Somit können beispielsweise unterschiedliche Speichervolumina in Parallelschaltung vorgesehen zu werden.
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Ist der Hydrozylinder als Mehrflächenzylinder ausgestaltet, so kann der Kolben zusätzlich zum Zylinderraum oder Federraum einen weiteren Zylinderraum zur Energieentnahme begrenzen. Vorzugsweise werden die Zylinderräume bei einer Bewegung des Kolbens gemeinsam vergrößert und verkleinert. Der Kolben des Mehrflächenzylinders ist vorzugsweise in einem Zylindergehäuse verschiebbar angeordnet. Vom Kolben kann sich dann eine etwa hohlzylindrische Zylinderstange erstrecken, die mit Ihrer Mantelfläche einen Gehäusedeckel des Zylindergehäuses durchsetzt. Außerhalb des Zylindergehäuses ist die Kolbenstange endseitig verschlossen. Die Zylinderstange begrenzt dann zusammen mit dem Zylinderboden außerhalb des Zylindergehäuses einen Zylinderraum, der vorzugsweise mit dem Antriebsstrang verbunden ist. Durch die hohlzylindrische Zylinderstange ist im Zylindergehäuse durch dessen Mantelfläche der Zylinderraum oder Federraum vom weiteren Zylinderraum, der zur Energieentnahme eingesetzt ist, abgetrennt. Des Weiteren kann der Kolben auf seiner von der Zylinderstange wegweisenden Seite einen weiteren Zylinderraum begrenzen, der beispielsweise ebenfalls als Federraum einsetzbar ist. Eine Last, beispielsweise die Boje, ist vorzugsweise mit dem Zylindergehäuse verbunden, wobei dann die Zylinderstange, beispielsweise an einem Meeresgrund festgelegt ist.
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Mit dem hydraulischen System kann mit Vorteil die Federsteifigkeit eingestellt werden. Vorzugsweise kann mit dem System die Federsteifigkeit im Wesentlichen linear eingestellt oder an eine Linearität angenähert werden, d. h. dass sich eine Federkraft etwa linear über den Hub/Weg verändert. Dies kann vorzugsweise dadurch erfolgen, dass die zweiten Kolbenspeicher der Kolbenspeicherpaare auf Seiten ihres zweiten Speicherraums unterschiedliche Drücke und/oder Druckmittelmengen aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, um eine etwa lineare Federsteifigkeit auszubilden, dass die ersten Kolbenspeicher der Kolbenspeicherpaare auf Seiten ihres zweiten Speicherraums unterschiedliche Drücke und/oder Druckmittelmengen aufweisen. Somit ist vorteilhafterweise vorgesehen, um etwa eine lineare Federsteifigkeit auszubilden, dass die zweiten Speicherräume der zweiten Kolbenspeicher der Kolbenspeicherpaare unterschiedliche Gasfüllmengen aufweisen und/oder dass die Zwischenvolumen, also die zweiten Speicherräume der ersten Kolbenspeicher der Kolbenspeicherpaare voneinander unterscheidende Ölfüllmengen haben.
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Mit Vorteil kann bei dem hydraulischen System die Federsteifigkeit, also insbesondere ein Anstieg der linearen Federsteifigkeit, einstellbar sein. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, dass bei den Kolbenspeicherpaaren die Drücke und/oder Druckmittelmengen auf Seiten des zweiten Speicherraums der zweiten Kolbenspeicher einstellbar sind. Alternativ oder zusätzlich kann das Einstellen dadurch erfolgen, dass Drücke und Druckmittelmengen auf Seiten des zweiten Speicherraums der ersten Kolbenspeicher eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars eingestellt werden. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich zum Einstellen der Federsteifigkeit vorgesehen sein einfach einen Druck und/oder eine Druckmittelmenge im Zylinderraum oder Federraum des Hydrozylinders einzustellen. Vorzugsweise werden hierbei die Kolbenspeicherpaare gemeinsam eingestellt oder eine Einstellung erfolgt bei einem jeweiligen Kolbenspeicherpaar mit der gleichen Änderung, also beispielsweise mit der gleichen Mange von Druckmittel die beschickt oder entlassen wird. Hierbei sind die Kolbenspeicherpaare zur vereinfachten Einstellung vorzugsweise etwa gleich ausgestaltet.
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Mit Vorteil kann bei dem hydraulischen System vorgesehen sein, einen Arbeitspunkt, insbesondere neben der Federsteifigkeit, durch das oder die Einstellmittel einzustellen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass eine Federkraft des Hydrozylinders bei verschiedenen Positionen des Kolbens konstant gehalten ist oder dass die Federkraft bei einer bestimmten Position des Kolbens einstellbar ist. Die Federkraft des Hydrozylinders kann somit bei verschiedenen Positionen des Kolbens im Wesentlichen konstant gehalten werden oder die Federkraft des Hydrozylinders kann bei einer Position des Kolbens des Hydrozylinders verstellbar sein. Dieser folgt vorzugsweise durch eine entsprechende Einstellung oder Verstellung des Drucks und/oder der Druckmittelmenge auf Seiten des zweiten Speicherraums des Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers oder des ersten Kolbenspeichers des jeweiligen Kolbenspeicherpaars. Alternativ oder zusätzlich kann dies erfolgen, indem eine entsprechende Einstellung oder Verstellung des Drucks und/oder der Druckmittelmenge auf Seiten des zweiten Speicherraums des zweiten Kolbenspeichers oder des zweiten Kolbenspeichers eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars erfolgt.
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Es ist denkbar, dass anstelle des ersten und/oder zweiten äußerst robusten Kolbenspeichers beispielsweise ein Blasenspeicher oder Membranspeicher vorgesehen ist, wobei dann anstelle eine Kolbens als Trennelement eine Blase oder eine Membran dient.
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Vorteilhafterweise ist eine Wellenenergiemaschine mit einem hydraulischen System gemäß einem oder mehrere der vorhergehenden Aspekte vorgesehen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindungen werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 in einem vereinfachten hydraulischen Schaltplan ein hydraulisches System gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
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2 bis 4 jeweils beispielhaft eine Federkennlinie des hydraulisches Systems aus 1 und
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5 in einem vereinfachten hydraulischen Schaltplan ein hydraulisches System gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Gemäß 1 ist ein hydraulisches System 1 dargestellt, dass für eine Wellenenergiemaschine eingesetzt ist. Dieses hat einen Hydrozylinder 2, der als Mehrflächenzylinder ausgebildet ist. Der Hydrozylinder 2 wird hier zum einen als Teil einer „hydraulischen Feder“ und zum anderen zur Energiegewinnung eingesetzt. Der Zylinder 2 hat ein Zylindergehäuse 4, das mit einer nicht dargestellten Unterwasserboje verbunden ist. Diese führt zusammen mit dem Zylindergehäuse 4 oszillierende Bewegungen aufgrund eines Wellengangs aus. Im Zylindergehäuse 4 ist ein Kolben 6 gleitend geführt. Von diesem aus erstreckt sich in einer Richtung weg von einer nicht dargestellten Boje eine Kolbenstange 8, die über Befestigungsmittel 10 beispielsweise mit einem Meeresboden verbunden ist. Die Kolbenstange 8 ist etwa hohlzylindrisch ausgestaltet und durchsetzt einen Zylinderdeckel 12 des Zylindergehäuses 4. Ein auskragendes Ende der Kolbenstange 8 ist hierbei verschlossen. Innerhalb des Zylindergehäuses 4 begrenzt die Kolbenstange 8 zusammen mit dem Kolben 6 einen äußeren ringförmigen Zylinderraum 14 oder Federraum und einen davon getrennten inneren ringförmigen Zylinderraum 16. Mit seinem auskragenden Teil begrenzt die Kolbenstange 8 einen weiteren Zylinderraum 18. Des Weiteren begrenzt der Kolben 6 mit seiner von der Kolbenstange 8 wegweisenden Seite einen Zylinderraum 20. Der äußere Zylinderraum 14 wird für die hydraulische Feder eingesetzt. Des Weiteren ist denkbar, dass der obere Zylinderraum 20 ebenfalls für eine hydraulische Feder vorgesehen wird. Der Zylinderraum 16 und/oder der Zylinderraum 18 ist/sind zur Dämpfung und/oder zur Energierückgewinnung eingesetzt. Hierfür ist/sind der Zylinderraum 16 und/oder der Zylinderraum 18 unter anderem mit einer Hydromaschine 22 verbindbar, was in 1 schematisch durch eine Strichlinie dargestellt ist.
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Der äußere Zylinderraum 14 ist über einen Strömungspfad 24 mit einem ersten Kolbenspeicher 26 verbunden. Dieser hat einen Kolben 28, der einen ersten Speicherraum 30 von einem zweiten Speicherraum 32 trennt. Der erste Speicherraum 30 ist hierbei über den Strömungspfad 24 mit dem äußeren Zylinderraum 14 verbunden. Der zweite Speicherraum 32 wiederum ist über einen Strömungspfad 34 mit einem zweiten Kolbenspeicher 36 verbunden. Dieser hat ebenfalls einen Kolben 38 der einen ersten Speicherraum 40 von einem zweiten Speicherraum 42 trennt. Der erste Speicherraum 40 ist dabei mit dem zweiten Speicherraum 32 des ersten Kolbenspeichers 26 fluidisch verbunden. Der zweite Speicherraum 42 des zweiten Kolbenspeichers 36 ist über einen Strömungspfad 44 mit einem Speicher 46 verbunden. Auf Seiten des zweiten Speicherraums 42 ist als Fluid ein Gas vorgesehen. Für die anderen Speicherräume 40, 32, 30 mit den weiteren angeschlossenen Elementen ist als Fluid ein Öl eingesetzt. Die Kolbenspeicher 26 und 36 bilden bei dem hydraulischen System 1 ein Kolbenspeicherpaar 48.
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Zum Einstellen von Drücken und Druckmittelmengen in den Speicherräumen 30, 32, 40, 42 und im Zylinderraum 14 sind Einstellmittel vorgesehen. So ist der Strömungspfad 24 über ein Einstellmittel 50 in Form einer Hydromaschine und/oder in Form eines Ventils mit dem Strömungspfad 34 verbindbar. Somit ist der zweite Speicherraum 32 des ersten Kolbenspeichers 26 und der erste Speicherraum 40 des zweiten Kolbenspeichers 36 mit dem Zylinderraum 14 fluidisch verbindbar. Des Weiteren kann der Zylinderraum 14 über den Strömungspfad 24 und einem weiteren Einstellmittel 52 in Form von einer Hydromaschine und/oder in Form eines Ventils mit einer Niederdruckseite 54 verbunden werden. Des Weiteren ist der Strömungspfad 34 über ein Einstellmittel 56 ebenfalls mit der Niederdruckseite 54 verbindbar. Das Einstellmittel 56 ist in Form einer Hydromaschine und/oder in Form eines Ventils ausgestaltet. Für den zweiten Speicherraum 42 des zweiten Kolbenspeichers 36 kann ebenfalls ein Einstellmittel vorgesehen sein, um einen Druck und/oder eine Druckmittelmenge des Gases einzustellen, was in 1 nicht gezeigt ist.
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Neben dem Kolbenspeicherpaar 48 können ein oder mehrere weitere Kolbenspeicherpaare 58 vorgesehen sein, was mit einer Strichlinie in 1 angedeutet ist. Das zumindest eine weitere Kolbenspeicherpaar 58 ist über separate Einstellmittel entsprechend dem Kolbenspeicherpaar 48 in das hydraulische System 1 eingebaut. So ist ein Einstellmittel vorgesehen, um eine zweiten Speicherraum eines ersten Kolbenspeichers mit dem Zylinderraum 14 und der Niederdruckseite 54 zu verbinden. Des Weiteren kann das Kolbenspeicherpaar 58 einen separaten Speicher mit Gas und entsprechendem Einstellmittel aufweisen. Somit sind für das Kolbenspeicherpaar 58 oder für ein jeweiliges Kolbenspeicherpaar jeweils zwei Einstellmittel vorgesehen, um sie zum einen mit dem Zylinderraum 14 und zum anderen mit der Niederdruckseite 54 zu verbinden.
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Der Zylinderraum 14 wirkt somit zusammen mit dem zumindest einem Kolbenspeicherpaar 48 als hydraulische Feder.
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Die Federcharakteristik des hydraulischen Systems 1 ist durch den Zylinderraum 14 mit dem zumindest einen angeschlossenen Kolbenspeicherpaar 48 und den entsprechenden Einstellmitteln 50, 52 und 56 unabhängig von einer Dämpfercharakteristik einstellbar. Dies ist dadurch erreicht, dass der Zylinderraum 14 fluidisch von den anderen Zylinderräumen 16, 18 und 20 getrennt ist. Denkbar wäre auch für die hydraulische Feder einen separaten Hydrozylinder einzusetzen, wobei für die Energiegewinnung dann ein oder mehrere weitere Hydrozylinder vorgesehen sind.
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In 2 ist eine Federkennlinie für die hydraulische Feder aus 1 dargestellt. Diese zeigt auf ihrer Ordinate eine Federkraft F und auf Ihrer Abszisse einen Federweg x. Mit dem hydraulischen System aus 1 ist es nun ermöglicht, dass die Federkennlinie einen etwa linearen Verlauf hat. Eine Federkonstante k ist somit dann etwa konstant (k = dF/dx ~ konst.). Um einen linearen Verlauf der Federsteifigkeit zu erreichen ist vorgesehen, dass die zumindest zwei Kolbenspeicherpaare 48 und 58 auf ihrer Gasseite jeweils einen unterschiedlichen Druck und/oder eine unterschiedliche Druckmittelmenge aufweisen können. Außerdem können die zumindest zwei Kolbenspeicherpaare 48 und 58 in ihren Zwischenvolumen, also beispielsweise gemäß Kolbenspeicherpaar 48 im Strömungspfad 34 und den Speicherräumen 32 und 40, unterschiedliche Drücke und/oder Druckmittelmengen aufweisen.
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Gemäß 3 ist in einer Federkennlinie des hydraulischen Systems 1 dargestellt, dass die Federsteifigkeit, insbesondere deren Steigung, einstellbar ist (k = dF/dx = var.). Die Federsteifigkeit ist hierbei einstellbar, indem in den Speicherräumen der zumindest zwei Kolbenspeicherpaaren 48 und 58, die miteinander verbunden sind, wie beispielsweise die Speicherräume 32 und 40, ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge eingestellt wird. Des Weiteren kann die Federsteifigkeit eingestellt werden, indem ein Druck und/oder eine Druckmittelmenge im Zylinderraum 14 eingestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, um die Federsteifigkeit einzustellen einen Druck oder eine Druckmittemenge der Gasseite eines jeweiligen Kolbenspeicherpaars 48 und 58 einzustellen. Die Einstellung der zumindest zwei Kolbenspeicherpaare 48 und 58 erfolgt hierbei vorzugsweise mit einer etwa gleichen Druckmittelmenge und/oder einer etwa gleichen Druckänderung, insbesondere wenn die zumindest zwei Kolbenspeicherpaare 48 und 58 etwa gleich ausgestaltet sind.
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Gemäß 4 ist gezeigt, dass ein Arbeitspunkt beeinflussbar ist. Somit kann beispielsweise gemäß der eingezeichneten Linie 60 die Federkraft bei unterschiedlichen Verschiebungen des Kolbens 6 aus 1 konstant gehalten werden. Oder die Federkraft kann gemäß der Linie 62 bei einer bestimmten Verschiebung des Kolbens 6 aus 1 eingestellt werden.
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Gemäß 5 ist eine weitere Ausführungsform eines hydraulischen Systems 64 dargestellt. Diese hat für die hydraulische Feder einen separaten Hydrozylinder 66. Dieser hat einen Kolben 68 von dem aus sich eine Kolbenstange 70 erstreckt, womit es sich bei dem Hydrozylinder 66 um einen Differentialzylinder mit einseitiger Kolbenstange handelt. Ein Zylindergehäuse 72 des Hydrozylinders 66 ist hierbei mit einer nicht dargestellten Boje verbunden und über die Kolbenstange 70 ist der Hydrozylinder 66 festgelegt. Auf Seiten der Kolbenstange 70 begrenzt der Kolben 68 einen ringförmigen Zylinderraum 74. Auf seiner anderen Seite begrenzt der Kolben 68 einen Zylinderraum 76, der mit einem Hydrospeicher 78 verbunden ist.
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Der Zylinderraum 74 ist mit einer Vielzahl von fluidisch parallel angeordneten Kolbenspeicherpaaren 80 bis 88 verbunden. Ein jeweiliges Kolbenspeicherpaar 80 bis 88 hat hierbei jeweils einen ersten Kolbenspeicher 90 und einen zweiten Kolbenspeicher 92. Diese sind hierbei ebenfalls als Hydrozylinder mit einem Kolben und einer von diesem einseitig weg kragender Kolbenstange ausgestaltet. Ein erster Speicherraum 94 eines jeweiligen ersten Kolbenspeichers 90 ist über einen Strömungspfad 96 mit dem Zylinderraum 74 des Hydrozylinders 66 fluidisch verbunden. Der Strömungspfad 96 ist des Weiteren über ein Einstellmittel 98 mit einer Niederdruckseite verbindbar. Ein zweiter Speicherraum 100 des ersten Kolbenspeichers 90 und ein erster Speicherraum 102 des zweiten Kolbenspeichers 92 des ersten Kolbenspeicherpaars 80 sind ebenfalls fluidisch über einen Strömungspfad 104 direkt miteinander verbunden. Dies gilt entsprechend für die weiteren Kolbenspeicherpaare 82 bis 88. Der Strömungspfad 104 ist über Einstellmittel 106 und 107 mit der Niederdruckseite und mit dem Strömungspfad 96 verbindbar, was in 5 der Einfachheit halber nur für einen Strömungspfad 104 dargestellt ist. Ein derartiges Einstellmittel 106 ist für alle Kolbenspeicherpaare 80 bis 88 vorgesehen. Des Weiteren sind die zweiten Speicherräume der Kolbenspeicher 92 der Kolbenspeicherpaare jeweils mit einem Speicher 108, insbesondere mit einem Gasspeicher, verbunden.
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Gemäß 5 ist mit Strichlinien die Verbindbarkeit von zweiten Speicherräumen 109 zweier zweiter Kolbenspeicher 92 dargestellt. Die Speicherräume 109 können hierbei über ein Regelelement 110 miteinander verbunden werden. Denkbar ist zwischen allen zweiten Speicherräumen der zweiten Kolbenspeicher 92 ein Regelelement zum Verbinden vorzusehen. Das Gleiche gilt für die Ausführungsform aus 1, wobei auch hier jeweils zwei zweite Speicherräume 42 über ein Regelelement miteinander verbindbar sind.
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Offenbart ist ein hydraulisches System mit einer hydraulischen Feder. Diese wird gebildet durch einen Zylinderraum eines Hydrozylinders, an den zumindest ein Kolbenspeicher angeschlossen ist. Jeweils ist zumindest ein Einstellmittel zum Einstellen eines Drucks und/oder ein Druckmittelmenge des Kolbenspeichers vorgesehen. Das Einstellen erfolgt hierbei unabhängig von einer Energieentnahme einer Wellenenergiemaschine für das das hydraulische System eingesetzt ist, wobei die Energieentnahme insbesondere zur Stromgewinnung dient.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- hydraulisches System
- 2
- Hydrozylinder
- 4
- Zylindergehäuse
- 6
- Kolben
- 8
- Kolbenstange
- 10
- Befestigungsmittel
- 12
- Zylinderdeckel
- 14
- Zylinderraum
- 16
- Zylinderraum
- 18
- Zylinderraum
- 20
- Zylinderraum
- 22
- Hydromaschine
- 24
- Strömungspfad
- 26
- erster Kolbenspeicher
- 28
- Kolben
- 30
- erster Speicherraum
- 32
- zweiter Speicherraum
- 34
- Strömungspfad
- 36
- zweiter Kolbenspeicher
- 38
- Kolben
- 40
- erster Speicherraum
- 42
- zweiter Speicherraum
- 44
- Strömungspfad
- 46
- Speicher
- 48
- Kolbenspeicherpaar
- 50
- Einstellmittel
- 52
- Einstellmittel
- 54
- Niederdruckseite
- 56
- Einstellmittel
- 58
- Kolbenspeicherpaar
- 60
- Linie
- 62
- Linie
- 64
- hydraulisches System
- 66
- Hydrozylinder
- 68
- Kolben
- 70
- Kolbenstange
- 72
- Zylindergehäuse
- 74
- Zylinderraum
- 76
- Zylinderraum
- 78
- Hydrospeicher
- 80 bis 88
- Kolbenspeicherpaar
- 90
- erster Kolbenspeicher
- 92
- zweiter Kolbenspeicher
- 94
- erster Speicherraum
- 96
- Strömungspfad
- 98
- Einstellmittel
- 100
- zweiter Speicherraum
- 102
- erster Speicherraum
- 104
- Strömungspfad
- 106
- Einstellmittel
- 107
- Einstellmittel
- 108
- Speicher
- 109
- Speicherraum
- 110
- Regelelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007056400 A1 [0002]
- DE 102008021111 A1 [0002]
