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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliksystem für ein Stabilisatorantrieb und insbesondere ein Hydrauliksystem zur Steuerung eines Anstellwinkels und/oder zum Aus-und Einschwenken eines Stabilisationsflügels vorzugsweise in Schiffen.
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Als Schiffsstabilisatoren bezeichnet man verschiedene Systeme mit deren Hilfe das Rollen eines Schiffes (d.h. die Drehbewegung um die Längsachse) bei Wind und Seegang verhindert oder zumindest vermindert werden kann.
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Vor allem auf Passagierschiffen werden Stabilisatoren verwendet, um die Reise angenehmer für den Passagier zu gestalten und das Auftreten von Seekrankheit bei den Passagieren zu vermeiden. Stabilisatoren werden jedoch auch auf Fähren und Containerschiffen, bei denen durch Verrutschen der Ladung größere Schäden entstehen könnten, eingesetzt Eine Art von Stabilisatoren die im Stand der Technik geläufig sind, bezeichnet man als Schlingerkiel und sind hauptsächlich Stahlprofile welche unter der Wasserlinie eines Schiffrumpfes an den Rumpf angeschweißt werden. Obwohl diese Art von Stabilisatoren sehr kostengünstig ist, haben sie den Nachteil, dass sie eine im Allgemeinen geringe Wirksamkeit aufweisen und da sie angeschweißt sind, eine permanente Bremswirkung auf den Rumpf des Schiffes ausüben.
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Da eine Stabilisation des Schiffes jedoch nicht immer erforderlich ist, werden im Stand der Technik und insbesondere bei großen Schiffen Flossenstabilisatoren verwendet. Dieses System nutzt bewegliche Flossen am Schiffsrumpf, um das Schiff durch den Druck der anliegenden Wasserströmung aufzurichten. Die Flossen lassen sich dabei aus den Schiffsrumpf ein- und ausschwenken und der Anstellwinkel lässt sich hydraulisch in Abhängigkeit der Rollbewegung des Schiffes einstellen.
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Das Ein- und Ausschwenken, sowie die Verstellung des Anstellwinkels erfolgt bei den Stabilsatorantriebe des Stands der Technik mittels Konstantdruckhydraulik, wodurch ein hoher Energieverbrauch und durch das Einsetzen von Regelpumpen, welche ständig gegen den Systemdruck arbeiten, eine hohe Geräuschentwicklung entsteht.
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Außerdem stehen bei Konstantdrucksysteme der komplette Hydraulikteil zwischen Regelventil und Pumpen unter einem hohem Druck und Pulsation infolge der Pumpenpulsation. Dies führt zu weiteren Geräuschemissionen und zu einem nicht vernachlässigbaren Gefahrenpotential durch den ständigen Druck welcher auf den Leitungen lastet.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik wenigstens teilweise zu überwinden oder zu verbessern.
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Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst Bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zum Betreiben des Hydrauliksystems wird in Anspruch 19 bestimmt.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem ist ein Hydrauliksystem zur Steuerung eines Stabilisatorantriebs, insbesondere zur Steuerung eines Anstellwinkels und/oder eines Aus-und Einschwenkens eines Stabilisationsflügels, vorzugsweise für Schiffe.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem weist einen Drehflügelmotor, welcher den Anstellwinkel des Stabilisationsflügels verändert und/oder ein Hydraulikzylinder zum Aus-und Einschwenken des Stabilisationsflügels sowie einen ersten Hydraulikkreislauf, auf.
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Der erste Hydraulikkreislauf weist weiterhin einen Niederdruckkreislauf und einen Hochdruckkreislauf, eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks des Niederdruckkreislaufs und zwei Nachsaugventile, welche den ersten Niederdruckkreislauf von dem ersten Hochdruckkreislauf trennen, auf.
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Das erfindungsgemäße Hydrauliksystem ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, dass eine von einem Elektromotor angetriebene erste Hydraulikpumpe mit zwei Anschlüssen im Hochdruckkreislauf eingebunden ist und mit dem Drehflügelmotor und/oder den Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden ist.
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Zur Stabilisierung eines Schiffes werden Stabilisationsflügel verwendet, welche sowohl aus den Schiffrumpf ein- und ausschwenkbar sind, als auch winkelverstellbar sind, insbesondere für die Gegenwirkung einer Rollbewegung eines Schiffes.
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Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Hydrauliksystems weist dementsprechend ein Drehflügelmotor, durch welchen der Anstellwinkel des Stabilisationsflügels veränderbar ist und/oder ein Hydraulikzylinder zum Aus-und Einschwenken des Stabilisationsflügels auf. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Drehflügelmotor ein weiterer Hydraulikzylinder oder eine Zylinderanordnung sein.
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Der Drehflügelmotor und/oder der Hydraulikzylinder sind im Hochdruckkreislauf des Hydrauliksystems angeordnet und werden durch die erste Hydraulikpumpe betrieben, welche von einem ersten Elektromotor angetrieben wird.
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Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Elektromotor ein drehzahlvariabler Elektromotor und die erste Hydraulikpumpe eine einfache Hydraulikpumpe oder ein drehzahlkonstanter Elektromotor und dann die erste Hydraulikpumpe eine volumenvariable Hydraulikpumpe.
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Die erste Hydraulikpumpe kann dementsprechend volumen- bzw drehzahl-variabel sein und kann vorzugsweise im Betrieb zwei mögliche Flussrichtungen des Hydraulikfluid im Hydraulikkreislauf bereitstellen. Die Auswahl der Hydraulikpumpen wird dabei von Faktoren wie z.B. Systemkosten, Zuverlässigkeit, zugelassene Geräuschemission oder dem Wirkungsgrad bestimmt.
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Die erste Hydraulikpumpe weist weiterhin zwei Anschlüsse auf, welche gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform über 2/2 Wegeventile, vorzugsweise entsperrbare 2/2-Wegeventile mit dem Drehflügelmotor und/oder dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden sind.
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Der Begriff „entsperrbar“ ist dahingehend zu verstehen, dass das Ventil eine Sperrstellung aufweist, welche elektrisch oder auch mittels eines eigenen Druckkreislaufs geöffnet oder gesperrt werden kann. Tatsächlich sind die 2/2-Wegeventile gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform elektrisch gesteuerte 2/2-Wegeventile.
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Der Niederdruckkreislauf dient sowohl der Vorspannung des Hydrauliksystems als auch der Entspannung des aus dem Hochdruckkreislauf stammenden Hydraulikfluids. Der Hoch- und Niederdruckkreislauf sind durch zwei Nachsaugventile voneinander getrennt. Erfindungsgemäß können aber auch mehrere Ventile angeordnet sein. Die Nachsaugventile können beispielsweise Rückschlagventile oder auch gesteuerte Rückschlagventile sein.
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Die Vorspannung des Niederdruckbereichs erfolgt mittels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks. Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen.
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Das veränderbare Volumen kann darüber hinaus mit weiteren, verschiedenen Vorrichtungen realisiert sein. Beispielsweise können beliebige geometrische Formen mit elastischen Wänden Verwendung finden.
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Wird lediglich ein Druckspeicher bzw. ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen zur Erzeugung eines Vordrucks verwendet, so besteht der Vorteil, dass die Vorspannung schon im Druckspeicher stattfindet und keine weitere Pumpeneinheit zur Erzeugung eines Vordrucks notwendig sind. Dies spart Kosten und Wartungsarbeiten.
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Alternativ und gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks eine, mit einem Hydraulikfluidbehälter, insbesondere mit einem offenen Tank, verbundene und von einem zweiten Elektromotor angetriebene zweite Hydraulikpumpe sein.
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Ist der Hydraulikfluidbehälter ein offener Tank weist das Hydrauliksystem den Vorteil auf, dass das Hydraulikfluid bei ausreichender Größe ohne der Notwendigkeit einer Kühlung im Tank transportiert werden kann. Weiterhin wird lediglich über die zweite Hydraulikpumpe Hydraulikfluid aus dem Hydraulikfluidbehälter entnommen und in das Hydrauliksystem eingespeist. Somit wird weniger Öl ständig umgewälzt, wodurch der Hydraulikfluidbehälter wiederrum kleiner gestaltet werden kann.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann bei der Ausführung mit einer zweiten Hydraulikpumpe und dem Hydraulikfluidbehälter, der Hydraulikfluidbehälter ein Druckspeicher, bzw. ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen sein. In diesem Fall würde die zweite Hydraulikpumpe im Wesentlichen zur Steuerung der Hydraulikströmung dienen, da der Druckspeicher für den benötigten Vordruck wenigsten teilweise bereitstellt Beide Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe sind gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform jeweils mit einer ersten Leitung fluidverbunden, wobei die erste Leitung mit dem Drehflügelmotor und dem Hydraulikzylinder fluidverbunden ist Entsprechend kann gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform die erste Hydraulikpumpe auf einer ersten Weise mit dem Drehflügelmotor und/oder dem hydraulisch verbunden sein und zusätzlich auf einer zweiten Weise mit der ersten Leitung sowohl mit dem Drehflügelmotor, als auch dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden werden.
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Entsprechend weist das Hydrauliksystem in dieser Ausführungsform sowohl einen Hydraulikzylinder, als auch einen Drehflügelmotor auf.
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[6] Gemäß einer weiteren Erfindungsgemäßen Ausführungsform ist zwischen der ersten Leitung und den jeweiligen Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe ein Rückschlagventil und insbesondere ein gesteuertes Rückschlagventil angeordnet. Somit können beide Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe über jeweils ein Rückschlagventil mit der ersten Leitung fluidverbunden sein.
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[7] Insbesondere kann die erste Hydraulikpumpe gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform mit der ersten Leitung über ein erstes und ein zweites 4/3-Wegeventil, vorzugsweise eine Sperr-Mittelstellung aufweisend, mit jeweils dem Drehflügelmotor und dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden sein.
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Gemäß dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform des Hydrauliksystems sind also die beiden Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe jeweils mit der zusätzlichen ersten Leitung fluidverbunden. Die Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe sind somit mit der ersten Leitung und über die 4/3-Wegeventile mit dem Drehflügelmotor und mit dem Hydraulikzylinder fluidverbunden. Das bedeutet insbesondere, dass die beiden Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe mit dem Drehflügelmotor oder dem Hydraulikzylinder verbunden und zusätzlich über die 4/3 Wegeventile mit dem Drehflügelmotor und mit dem Hydraulikzylinder fluidverbunden sind.
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Vorzugsweise weisen die 4/3-Wegeventile eine Sperr-Mittelstellung auf, wobei [9] gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform das erste und/oder das zweite 4/3-Wegeventil ein elektrisch gesteuertes 4/3-Wegeventil ist.
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[8] Weiterhin können in einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hydrauliksystem, der Drehflügelmotor und der Hydraulikzylinder jeweils über das erste bzw. das zweite 4/3-Wegeventil mit einer Entspannungsleitung mit dem Niederdruckkreislauf des ersten Hydraulikkreislaufs hydraulisch verbunden sein.
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Der Drehflügelmotor und der Hydraulikzylinder sind entsprechend weiterhin über das erste und das zweite 4/3-Wegeventil mit einer Entspannungsleitung hydraulisch verbunden, welche wiederum mit dem Niederdruckkreislauf hydraulisch verbunden ist. Wie schon der Name verrät, dient die Entspannungsleitung der Entspannung - d.h. dem Druckabbau - des Hydraulikfluids, welches aus dem Drehflügelmotor und/oder aus dem Hydraulikzylinder stammt Das Hydraulikfluid strömt über die Entspannungsleitung in den Niederdruckkreislauf und wird in dem Niederdruckkreislauf wiederverwendet.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist ein Durchlaufkühler zur Kühlung des Hydraulikfluids in dem ersten Niederdruckkreislauf angeordnet Somit kann das Hydraulikfluid, welches durch den Niederdruckkreislauf strömt, zusätzlich gekühlt werden. Selbstverständlich können auch Filter und weitere Vorrichtungen, wie Entlüfter an der Auslassleitung eingebunden sein.
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Gemäß noch einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Hydraulikzylinder ein Hydraulikzylinder mit einer ersten und einer zweiten Kammer. Dabei kann der Hydraulikzylinder beispielsweise ein Differentialzylinder oder ein Gleichlaufzylinder sein.
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Weist der Hydraulikzylinder zwei Kammern auf, dann ist das 4/3 Wegeventil, welches zwischen der ersten Leitung und dem Hydraulikzylinder angeordnet ist, mit einer ersten Verbindungsleitung mit der ersten Kammer des Hydraulikzylinders und mit einer zweiten Verbindungsleitung mit der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders hydraulisch verbunden.
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Weiterhin beinhaltet eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, dass an der ersten und an der zweiten Verbindungsleitung jeweils ein Rückschlagventil zur leckagefreien Absperrung des Hydraulikzylinders angeordnet ist.
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Die Stabilisation eines Schiffes auf hoher See mittels des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems ist aus Sicherheitsgründen und für das Wohlergehen der Passagiere an Bord wichtig. Der richtige Anstellwinkel des Stabilisationsflügels ist dabei wesentlich, um eine Gegenwirkung der Rollbewegung des Schiffes zu ermöglichen. Gleichzeitig muss das vorzeitige Einschwenken des Stabilisationsflügels bei der Einfahrt im Hafen des Schiffes stets gewährleistet werden.
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Ein Problem bzw. eine Fehlfunktion im erfindungsgemäßen Hydrauliksystem könnte daher schwerwiegende Folgen sowohl für das Schiff, aber auch insbesondere für die Besatzung und Passagiere an Bord haben.
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Um dieses Risiko zu minimieren, weist das erfindungsgemäße Hydrauliksystem gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform einen zweiten Hydraulikkreislauf auf. Dieser weist seinerseits Folgendes auf: einen zweiten Niederdruckkreislauf und einen zweiten Hochdruckkreislauf; eine zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks im zweiten Niederdruckkreislaufs; eine, von einem dritten Elektromotor angetriebene dritte Hydraulikpumpe mit zwei Anschlüssen, wobei die dritte Hydraulikpumpe im zweiten Hochdruckkreislauf angeordnet ist und mit dem Drehflügelmotor und/oder dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden ist; und zwei zweite Nachsaugventile welche den zweiten Niederdruckkreislauf von dem zweiten Hochdruckkreislauf trennen. Ferner ist der zweite Hydraulikkreislauf mit dem ersten Hydraulikkreislauf fluidverbunden.
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Der zweite Hydraulikkreislauf weist im Wesentlichen alle Eigenschaften des ersten Hydraulikkreislaufs auf und ist insbesondere mit diesem fluidverbunden. Insbesondere sind gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform der erste Niederdruckkreislauf und der zweite Niederdruckkreislauf miteinander fluidverbunden.
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Der zweite Hydraulikkreislauf kann als redundanter Kreislauf bezeichnet werden. Entsteht ein Fehler im ersten Kreislauf, oder wird dieser beschädigt, kann der zweite Hydraulikkreislauf den Drehflügelmotor und/oder den Hydraulikzylinder steuern und somit schwerwiegende Folgen für das Schiff und die Besatzung zu verhindern.
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Wie auch schon für den ersten Hydraulikkreislauf kann der dritte Elektromotor des zweitem Hydraulikkreislaufs ein drehzahlvariabler Elektromotor und die dritte Hydraulikpumpe eine einfache Hydraulikpumpe oder der dritte Elektromotor ein drehzahlfester Elektromotor und die dritte Hydraulikpumpe eine volumenvariable Hydraulikpumpe ist Ähnlich zu dem ersten Hydraulikkreislaufs kann die zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen, sein. Alternativ kann die zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks eine, mit einem Hydraulikfluidbehälter, insbesondere mit einem offenen Tank, verbundene und von einem vierten Elektromotor angetriebene vierte Hydraulikpumpe sein.
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Kombinationen in denen der Hydraulikfluidbehälter ein Druckspeicher und insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen ist und die vierte Hydraulikpumpe in dem Neiderdruckkreislauf angeordnet ist, wie mit Bezug auf die zweite Hydraulikpumpe im ersten Hydraulikkreislauf beschrieben, sind auch im Sinne der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform sind beide Anschlüsse der dritten Hydraulikpumpe jeweils über ein Rückschlagventil mit der ersten Leitung fluidverbunden. Somit wäre gemäß dieser Ausführungsform die dritte Hydraulikpumpe, ähnlich zu der ersten Hydraulikpumpe, auf einer ersten Weise mit dem Drehflügelmotor und/oder dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden und zusätzlich auf einer zweiten Weise mit der ersten Leitung sowohl mit dem Drehflügelmotor als auch dem Hydraulikzylinder hydraulisch verbunden.
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Insbesondere können gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform beide Anschlüsse der dritten Hydraulikpumpe jeweils über ein Rückschlagventil mit der ersten Leitung fluidverbunden sein. Die Rückschlagventile können, wie für den ersten Hydraulikkreislauf beschrieben, gesteuerte Rückschlagventile sein.
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Um das Hydraulikfluid aus dem zweiten Hydraulikkreislaufs zu Kühlen kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ein zweiter Durchlaufkühler in dem zweiten Niederdruckkreislauf angeordnet sein.
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Gegebenenfalls kann auch ein einziger Durchlaufkühler auf einer Verbindungsleitung, welche den ersten Niederdruckkreislauf mit dem zweiten Niederdruckkreislauf verbindet, angeordnet sein.
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Ferner kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform die Entspannungsleitung auch mit dem zweiten Niederdruckkreislauf des zweiten Hydraulikkreislaufs hydraulisch verbunden sein. Wobei gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform in der Entspannungsleitung mindestens ein Rückschlagventil angeordnet ist.
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Entsprechend wird Hydraulikfluid, welches aus dem Drehflügelmotor und/oder aus dem Hydraulikzylinder strömt, mittels der Entspannungsleitung in dem ersten und/oder in dem zweiten Niederdruckkreislauf geleitet, von wo aus das Hydraulikfluid wiederverwendet wird.
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Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der zweite und/oder der vierte Elektromotor, also die Elektromotoren die gegebenenfalls die zweite und vierte Hydraulikpumpe zur Bildung eines Vordruck antreiben, drehzahlvariable Elektromotoren, wie zum Beispiel Servomotoren sein. Damit sinken der Energieverbrauch, die hydraulische Verlustleistung, die ins Öl eingeführt wird, sowie die Geräuschemission.
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Die Erfindung bezieht sich auch auf einem Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß einer der vorherigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders mittels des ersten und/oder des zweiten Hydraulikkreislaufs erfolgt.
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Insbesondere kann das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders mittels des ersten Hydraulikkreislaufs erfolgen. Ferner kann das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders mittels des zweiten Hydraulikkreislaufs erfolgen.
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Eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Verfahrens sieht ferner vor, dass das Hydrauliksystem bei Vorhandensein des ersten und des zweiten Hydraulikkreislaufs redundant aufgebaut ist Das heißt, dass einer der beiden Hydraulikkreisläufe einspringen kann, falls es bei dem anderen Probleme gibt. Der erste und der zweite Hydraulikkreislauf können gegebenenfalls auch parallel betrieben werden.
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Insbesondere wird der Drehflügelmotor und/oder der Hydraulikzylinder in den Ausführungsformen, welche ein erstes und ein zweites Hydraulikfluidkreislauf umfassen, und in denen der Stabilisationsflügel sich in einem ausgeschwenkten Zustand befindet, über die 2/2-Wegeventile mittels der ersten Hydraulikpumpe und/oder über die 2/2-Wegeventile mittels der zweiten Hydraulikpumpe gesteuert.
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Das heißt insbesondere, dass die Steuerung des Anstellwinkels des Stabilisationsflügels oder des Ein- und Ausschwenken des Stabilisationsflügels im Wesentlichen über die 2/2-Wegeventile stattfindet. Dies ist vorteilhaft da eine schnellere und direktere Steuerung des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders bereitgestellt wird.
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Weist eine Ausführungsform des Hydrauliksystem sowohl den Drehflügelmotor, als auch den Hydraulikzylinder, so sind diese über die 4/3-Wegeventile und mit der ersten Leitung mit der ersten und/oder mit der dritten Hydraulikpumpe fluidverbunden.
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So kann mittels der ersten Leitung über die 4/3-Wegeventile und den Hydraulikzylinder das Ein- und Ausschwenken gesteuert werden und gleichzeitig mit der ersten Leitung über das weitere 4/3-Wegeventil und den Drehflügelmotor der Anstellwinkel des Stabilisationsflügels gesteuert werden. Dies erfolgt über die gleiche Leitung und kann dementsprechend über eine einzige Hydraulikpumpe (die erste oder dritte) aber auch über die ersten und dritten Hydraulikpumpen gemeinsam gesteuert werden, wodurch Kosten und Aufwand verringert werden
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Selbstverständlich beschränkt sich die Verwendung des erfindungsgemäßen Hydrauliksystems in einer seiner verschiedenen Ausführungsformen nicht auf den Einsatz in Schiffen, sondern kann für beliebige Vorrichtungen und Technikbereichen in denen ein solches Hydrauliksystem von Vorteil ist, verwendet werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand verschiedener Ausführungsbeispielen erläutert, wobei darauf hingewiesen wird, dass durch diese Beispiele Abwandlungen beziehungsweise Ergänzungen, wie sie sich für den Fachmann unmittelbar ergeben, mit umfasst sind.
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Dabei zeigen:
- 1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform eines nicht redundant aufgebauten Hydrauliksystems 1.
- 2 einen Abschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines nicht redundant aufgebauten Hydrauliksystems;
- 3 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 2;
- 4 ein Abschnitt einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines redundant aufgebauten Hydrauliksystems;
- 5 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 4;
- 1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform des Hydrauliksystems 1.
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Das Hydrauliksystem 1 weist einen ersten Hydraulikkreislauf 2a auf, welcher seinerseits ein Niederdruckkreislauf 8a und einen Hochdruckkreislauf 9a umfasst.
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Ein Hydraulikfluidbehälter und insbesondere ein Druckspeicher 52 ist über ein Durchlaufkühler 42 mit dem Niederdruckkreislauf hydraulisch verbunden.
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Der Niederdruckkreislauf 8a ist durch zwei Nachsaugventile, welche in dieser Zeichnung als Rückschlagventile 14a, 16a dargestellt sind, von dem Hochdruckkreislauf 9a getrennt.
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Ferner ist eine, von einem Elektromotor 20a angetriebene erste Hydraulikpumpe 21a mit zwei Anschlüssen, im Hochdruckkreislauf 9a eingebunden. Insbesondere handelt es sich dabei um ein drehzahlvariabler Elektromotor 20a.
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Die Hydraulikpumpe 21a weist zwei Anschlüsse auf, welche über jeweils ein 2/2-Wegeventil 24a, 26a mit Sperrstellung mit einem Aktuator 100 hydraulisch verbunden sind, wobei der Aktuator 100 entweder ein Drehflügelmotor 5 oder ein Hydraulikzylinder 22 sein kann.
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2 zeigt einen Abschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform des Hydrauliksystems 1. 3 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus 2;
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Die Leitungen in 2 sind mit den Leitungen der 3 an den jeweiligen Pfeilen X1 und Y1, sowie A und B verbunden. Das Hydrauliksystem 1 umfasst die Kombination beider Abschnitte aus der 2 und 3.
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Wie in 2 gezeigt, weist das Hydrauliksystem 1 einen ersten Hydraulikkreislauf 2a auf, welche seinerseits ein Niederdruckkreislauf 8a und einen Hochdruckkreislauf 9a umfasst.
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Der Niederdruckkreislauf 8a weist dabei eine von einem Elektromotor 10a angetriebene zweite Hydraulikpumpe 11a auf, welche mit einem offenen Tank 50 hydraulisch verbunden ist und Hydraulikfluid aus diesen entnimmt und in den Niederdruckkreislauf 8a speist Weiterhin weist der Niederdruckkreislauf 8a eine Ablassleitung 40a auf, welche über einen Durchlaufkühler 42 mit dem offenen Tank 50 hydraulisch verbunden ist und wodurch Hydraulikfluid in den Tank 50 strömen kann.
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Das Hydraulikfluid im Niederdruckkreislauf 8a wird über die zweite Hydraulikpumpe 11a auf einem Vordruck von circa 20 bar beaufschlagt, während im Hochdruckkreislauf 9a das Hydraulikfluid einen Druck von circa 200 bar und mehr aufweisen kann.
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Dementsprechend ist der Niederdruckkreislauf 8a durch zwei Nachsaugventile, welche in dieser Zeichnung als Rückschlagventile 14a, 16a dargestellt sind, von dem Hochdruckkreislauf 9a getrennt.
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Im Hochdruckkreislauf 9a ist ein erster drehzahlvariabler Elektromotor 20a angeordnet, mit welchen die erste Hydraulikpumpe 21a betrieben wird. Die erste Hydraulikpumpe 21a weist zwei Anschlüsse auf, welche über jeweils ein 2/2-Wegeventil 24a, 26a mit Sperrstellung mit einem Drehflügelmotor 5 hydraulisch verbunden sind. Somit wird der Drehflügelmotor 5, welche zur Einstellung eines Anstellwinkels des Stabilisationsflügels 4 dient, über die 2/2-Wegeventile von der Hydraulikpumpe 21a gesteuert.
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Die zwei Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe 21a sind weiterhin jeweils über ein Rückschlagventil 34a, 36a mit einer ersten Leitung 72 (vgl. 3) hydraulisch verbunden.
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Wie in 3 zu sehen ist, ist die erste Leitung 72 über ein 4/3-Wegeventil 60 mit dem Drehflügelmotor aus 2 verbunden (vgl. Pfeile A und B in 2 und 3) und über ein 4/3-Wegeventil 62 mit einem Hydraulikzylinder 22 verbunden, welches das Ein- und Ausschwenken des Stabilisationsflügels 4 steuert.
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Die 4/3-Wegeventile 60 und 62 weisen eine Sperr-Mittelstellung auf und sind elektrisch steuerbar.
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Die Anschlüsse des 4/3-Wegeventils 62 sind mit jeweils einer Verbindungsleitung über jeweils ein Rückschlagventil 64, 66 mit jeweils einer der Kammern des Hydraulikzylinders 22 hydraulisch verbunden, und dienen der leckagefreien Absperrung des Hydraulikzylinders 22.
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Wie in 3 ersichtlich ist eine Entspannungsleitung 76 mit den beiden 4/3-Wegeventile verbunden, so dass das Hydraulikfluid, welches aus einer der Kammern des Hydraulikzylinders 22, bzw. aus dem Drehflügelmotor 5 ausströmt, über die Entspannungsleitung 76 in den Niederdruckkreislauf 8a aus 2 und gegebenenfalls durch die Auslassleitung 42a in den offenen Tank 50 strömen kann (vgl. Pfeil Y1).
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Ein Rückschlagventil 78a ist auf dieser Entspannungsleitung 76 vor der Verbindung mit dem Niederdruckkreislauf 8a angeordnet, um den Druckunterschied zu regeln.
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Das Hydrauliksystem 1 aus 4, weist gegenüber dem System aus der 2 einen weiteren Hydraulikkreislauf 2b auf, welcher einen zweiten Niederdruckkreislauf 8b und zweiten Hochdruckkreislauf 9b aufweist.
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Der Aufbau des zweiten Niederdruckkreislaufs 8b ist identisch mit dem Aufbau des ersten Niederdruckkreislauf 8a, wobei gleiche Vorrichtungen mit gleichem Bezugszeichen und einem „b“ indiziert sind.
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Die Auslassleitung 42b ist über den Durchlaufkühler 42 mit dem offenen Tank 50 hydraulisch verbunden. Der Niederdruckkreislauf 8b ist über zwei Rückschlagventile 14b und 16b von dem Hochdruckkreislauf 9b getrennt.
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Auch der Aufbau des zweiten Hochdruckkreislaufs 9b entspricht dem des ersten Hochdruckkreislaufs 9a, wobei gleiche Vorrichtungen mit gleichem Bezugszeichen und einem „b“ indiziert sind. Auch die zwei Anschlüsse der dritten Hydraulikpumpe 21b sind über zwei 2/2-Wegeventile 24b und 26b mit dem Drehflügelmotor 5 fluidverbunden. Weiterhin sind die zwei Anschlüsse der dritten Hydraulikpumpe 21b über zwei weitere Rückschlagventile 34b und 36b mit der Leitung 72 der 5 hydraulisch verbunden (vgl. Pfeile X2 und Y2).
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Die Leitungen in 4 sind mit den Leitungen der 5 an den jeweiligen Pfeilen XI, Y1, X2, Y2 sowie A und B verbunden. Das Hydrauliksystem 1 umfasst die Kombination beider Abschnitte aus der 4 und 5.
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4 zusammen mit 5 zeigen dementsprechend eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform eines redundant aufgebauten Hydrauliksystems 1, bei dem der erste und/oder der zweite Hydraulikkreislauf 2a, 2b das Hydrauliksystem 1 steuern.
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Das redundant aufgebaute Hydrauliksystem 1 aus 4 und 5 kann gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wie folgt, betrieben werden:
- Zum Ausschwenken des Stabilisationsflügels aus dem Rumpf des Schiffes werden die 2/2 -Wegeventile 24a, 26a, 24b, 26b gesperrt Die erste Hydraulikpumpe 21a und/oder die dritte Hydraulikpumpe 21b steuern mit der erste Leitung 72 und über das 4/3-Wegeventil 60 und das weitere 4/3-Wegeventil 62 jeweils den Drehflügelmotor 5 und den Hydraulikzylinder 22.
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Dabei werden die 4/3-Wegeventile 60 und 62 geöffnet, so dass ein Ausschwenken des Stabilisationsflügel 4 und der Anstellwinkel des ausschwenkenden Stabilisationsflügels 4 gesteuert werden kann (vgl. 5).
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Ist der Stabilisationsflügel 4 vollständig ausgeschwenkt, werden die 4/3-Wegeventile 60 und 62 gesperrt und die Steuerung des Anstellwinkels erfolgt mittels der Hydraulikpumpen 21a und/oder 21b und über die 2/2-Wegeventile 24a, 26a, 24b, 26b (vgl. 4).
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Zum Einschwenken des Stabilisationsflügels werden die 2/2-Wegeventile wieder gesperrt und die erste Hydraulikpumpe 21a und/oder die dritte Hydraulikpumpe 21b arbeiten wieder über den 4/3-Wegeventile 60 und 62.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hydrauliksystem
- 2a
- erster Hydraulikkreislauf
- 2b
- zweiter Hydraulikkreislauf
- 4
- Stabilisationsflügel
- 5
- Drehflügelmotor
- 8a
- erster Niederdruckkreislauf
- 8b
- zweiter Niederdruckkreislauf
- 9a
- erster Hochdruckkreislauf
- 9b
- zweiter Hochdruckkreislauf
- 10a
- zweiter Elektromotor
- 10b
- vierter Elektromotor
- 11a
- zweite Hydraulikpumpe
- 11b
- vierte Hydraulikpumpe
- 14a, 14b
- Nachsaugventile
- 16a, 16b
- Nachsaugventile
- 20a
- erster Elektromotor
- 20b
- dritter Elektromotor
- 21a
- erste Hydraulikpumpe
- 21b
- dritte Hydraulikpumpe
- 22
- Hydraulikzylinder
- 24a, 24b
- 2/2-Wegeventile
- 26a, 26b
- 2/2-Wegeventile
- 34a, 34b
- Rückschlagventile
- 36a, 36b
- Rückschlagventile
- 40a
- erste Auslassleitung
- 40b
- zweite Auslassleitung
- 42
- Durchlaufkühler
- 50
- Tank
- 52
- Druckspeicher
- 60,
- 62 4/3-Wegeventile
- 64,
- 66 Rückschlagventile
- 72
- erste Leitung
- 76
- Entspannungsleitung
- 100
- Aktuator (Drehflügelmotor 5 oder Hydraulikzylinder 22)
