EP3947981A1 - Hydrauliksystem für stabilisatorantrieb - Google Patents

Hydrauliksystem für stabilisatorantrieb

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EP3947981A1
EP3947981A1 EP20713250.7A EP20713250A EP3947981A1 EP 3947981 A1 EP3947981 A1 EP 3947981A1 EP 20713250 A EP20713250 A EP 20713250A EP 3947981 A1 EP3947981 A1 EP 3947981A1
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EP
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hydraulic
circuit
hydraulic system
pressure
pressure circuit
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EP20713250.7A
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Werner Händle
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Moog GmbH
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    • F15B2211/00—Circuits for servomotor systems
    • F15B2211/80—Other types of control related to particular problems or conditions
    • F15B2211/875—Control measures for coping with failures
    • F15B2211/8757—Control measures for coping with failures using redundant components or assemblies

Definitions

  • the present invention relates to a hydraulic system for a stabilizer drive and in particular to a hydraulic system for controlling an angle of attack and / or for pivoting a stabilizing wing in and out, preferably in ships.
  • Ship stabilizers are various systems that can be used to prevent or at least reduce the roll of a ship (i.e. the rotation around the longitudinal axis) in wind and swell.
  • Stabilizers are mainly used on passenger ships to make the journey more comfortable for the passenger and to avoid the occurrence of seasickness among the passengers. Stabilizers are also used on ferries and container ships, which could cause major damage if the cargo slipped.
  • the hull can be welded to the hull.
  • this type of stabilizer is very inexpensive, it has the disadvantage that it is generally poor in effectiveness and, because it is welded on, it has a permanent braking effect on the hull of the ship.
  • fin stabilizers are used in the prior art and in particular in large ships.
  • This system uses movable fins on the ship's hull to straighten the ship under the pressure of the water current.
  • the fins can be swiveled in and out of the ship's hull and the angle of attack can be adjusted hydraulically depending on the roll movement of the ship.
  • Embodiments and modifications are the subject of the subclaims.
  • a method for operating the hydraulic system is defined in claim 19.
  • the hydraulic system according to the invention is a hydraulic system for controlling a stabilizer drive, in particular for controlling an angle of attack and / or pivoting a stabilizing wing in and out, preferably for ships.
  • the hydraulic system according to the invention has a rotary vane motor, which the
  • the angle of attack of the stabilizing wing is changed and / or a hydraulic cylinder for pivoting the stabilizing wing in and out and a first hydraulic circuit.
  • the first hydraulic circuit also has a low-pressure circuit and a
  • High pressure circuit a device for providing a form of the
  • Low-pressure circuit and two suction valves, which separate the first low-pressure circuit from the first high-pressure circuit.
  • High pressure circuit is involved and with the rotary vane motor and / or the
  • Hydraulic cylinder is hydraulically connected.
  • stabilization wings are used which can be pivoted in and out of the ship's hull and are also adjustable in angle, in particular for counteracting a rolling movement of a ship.
  • the embodiment of the hydraulic system according to the invention accordingly has a rotary vane motor, by means of which the angle of attack of the stabilizing vane can be changed, and / or a hydraulic cylinder for pivoting the stabilizing vane out and in.
  • the rotary vane motor can be a further hydraulic cylinder or a cylinder arrangement.
  • the vane motor and / or the hydraulic cylinder are arranged in the high-pressure circuit of the hydraulic system and are operated by the first hydraulic pump, which is driven by a first electric motor.
  • the electric motor is a
  • variable speed electric motor and the first hydraulic pump a simple hydraulic pump or a constant speed electric motor and then the first hydraulic pump a variable volume hydraulic pump.
  • the first hydraulic pump can accordingly be variable in volume or speed and can preferably have two possible directions of flow of the hydraulic fluid in the
  • the first hydraulic pump also has two connections which, according to a further embodiment of the invention, are hydraulically connected to the rotary vane motor and / or the hydraulic cylinder via 2/2 way valves, preferably unlockable 2/2 way valves.
  • valve has a locking division which can be opened or locked electrically or by means of its own pressure circuit.
  • 2/2 way valves are electrically controlled 2/2 Directional control valves.
  • the low-pressure circuit serves both to pre-tension the hydraulic system and to relax the hydraulic fluid coming from the high-pressure circuit.
  • the high and low pressure circuits are separated from each other by two suction valves.
  • suction valves can be, for example, check valves or also controlled check valves.
  • the pre-tensioning of the low-pressure area takes place by means of a device for providing a pre-pressure.
  • the device for providing a form is a pressure accumulator, in particular a pressure accumulator with a variable volume.
  • variable volume can also be used with other, different devices be realized.
  • any geometric shapes with elastic walls can be used.
  • the device for providing a pre-pressure can be a second hydraulic pump connected to a hydraulic fluid container, in particular to an open tank, and driven by a second electric motor.
  • the hydraulic system has the advantage that the hydraulic fluid, given a sufficient size, can be transported in the tank without the need for cooling. Furthermore, hydraulic fluid is only removed from the hydraulic fluid container via the second hydraulic pump and fed into the hydraulic system. Thus, less oil is constantly circulated, whereby the hydraulic fluid container can in turn be made smaller.
  • the hydraulic fluid container in the embodiment with a second hydraulic pump and the hydraulic fluid container, can be a pressure accumulator or a pressure accumulator with a variable volume.
  • the second hydraulic pump would essentially serve to control the hydraulic flow, since the pressure accumulator provides at least some of the required pre-pressure. Less powerful hydraulic pumps would therefore be necessary, which in turn is cost-saving.
  • the first line being fluid-connected to the rotary vane motor and the hydraulic cylinder.
  • Hydraulic pump can be connected in a first way with the rotary vane motor and / or the hydraulically and additionally be hydraulically connected in a second way to the first line with both the rotary vane motor and the hydraulic cylinder.
  • the hydraulic system in this embodiment has both a
  • Hydraulic cylinder as well as a rotary vane motor.
  • a check valve and in particular a controlled check valve is arranged between the first line and the respective connections of the first hydraulic pump. Both connections of the first hydraulic pump can thus be fluidly connected to the first line via a check valve each.
  • the first hydraulic pump can be hydraulically connected to the first line via a first and a second 4/3-way valve, preferably having a locking center position, with the rotary vane motor and the hydraulic cylinder.
  • the two connections of the first hydraulic pump are each fluidly connected to the additional first line.
  • the connections of the first hydraulic pump are thus fluidly connected to the first line and via the 4/3-way valves to the rotary vane motor and to the hydraulic cylinder. This means in particular that the two connections of the first
  • Hydraulic pump connected to the rotary vane motor or the hydraulic cylinder and are also fluidly connected to the rotary vane motor and the hydraulic cylinder via the 4/3 way valves.
  • the 4/3 directional control valves preferably have a blocking middle position, with [9] according to a further embodiment of the invention the first and / or the second
  • 4/3 way valve is an electrically controlled 4/3 way valve.
  • the hydraulic system, the vane motor and the hydraulic cylinder can each be hydraulically connected to the low-pressure circuit of the first hydraulic circuit via the first or the second 4/3-way valve with a relief line.
  • the rotary vane motor and the hydraulic cylinder are accordingly also hydraulically connected via the first and the second 4/3-way valve to an expansion line, which in turn is hydraulically connected to the low-pressure circuit.
  • the relaxation line is used for relaxation - i.e. the pressure reduction - the
  • Hydraulic fluid that comes from the rotary vane motor and / or from the hydraulic cylinder.
  • the hydraulic fluid flows through the expansion line into the low-pressure circuit and is reused in the low-pressure circuit.
  • a through-flow cooler for cooling the hydraulic fluid is arranged in the first low-pressure circuit.
  • the hydraulic fluid that flows through the low-pressure circuit can be additionally cooled.
  • filters and other devices, such as ventilators can also be integrated into the outlet line.
  • Hydraulic cylinder a hydraulic cylinder with a first and a second chamber.
  • the hydraulic cylinder can be, for example, a differential cylinder or a synchronous cylinder.
  • the 4/3 way valve which is arranged between the first line and the hydraulic cylinder, has a first connection line to the first chamber of the hydraulic cylinder and a second connection line to the second chamber of the hydraulic cylinder hydraulically connected.
  • a further embodiment according to the invention includes that a check valve is arranged on the first and on the second connecting line for the leak-free blocking of the hydraulic cylinder.
  • Hydraulic system is important for safety reasons and for the well-being of passengers on board.
  • the correct angle of attack of the stabilizing wing is essential in order to counteract the roll movement of the ship. At the same time, it must always be ensured that the stabilization wing is swiveled in early when entering the port of the ship.
  • a problem or a malfunction in the hydraulic system according to the invention could therefore have serious consequences not only for the ship but also especially for the crew and passengers on board.
  • the hydraulic system according to the invention has a second hydraulic circuit according to a further embodiment according to the invention.
  • This in turn has the following: a second low-pressure circuit and a second high-pressure circuit; a second device for providing a pre-pressure in the second low-pressure circuit; a third, driven by a third electric motor
  • Hydraulic pump with two connections, the third hydraulic pump in the second High pressure circuit is arranged and with the rotary vane motor and / or the
  • Hydraulic cylinder is hydraulically connected; and two second suction valves which separate the second low-pressure circuit from the second high-pressure circuit. Furthermore, the second hydraulic circuit is fluidly connected to the first hydraulic circuit.
  • the second hydraulic circuit has essentially all the properties of the first
  • Low-pressure circuit and the second low-pressure circuit are fluidly connected to one another.
  • the second hydraulic circuit can be referred to as a redundant circuit. If a fault occurs in the first circuit, or if it is damaged, the second hydraulic circuit can control the rotary vane motor and / or the hydraulic cylinder and thus prevent serious consequences for the ship and the crew.
  • the third electric motor of the second hydraulic circuit can be a variable-speed electric motor and the third
  • Hydraulic pump a simple hydraulic pump or the third electric motor
  • Fixed-speed electric motor and the third hydraulic pump has a variable volume
  • Hydraulic pump is.
  • Provision of a form can be a pressure accumulator, in particular a pressure accumulator with variable volume.
  • the second device for providing a pre-pressure can be a fourth hydraulic pump connected to a hydraulic fluid container, in particular to an open tank, and driven by a fourth electric motor.
  • both connections of the third hydraulic pump are each connected to the first line via a check valve
  • the third hydraulic pump similar to the first hydraulic pump, would be in a first manner with the rotary vane motor and / or hydraulically connected to the hydraulic cylinder and additionally in a second way with the first line both with the rotary vane motor and the
  • Hydraulic cylinder hydraulically connected.
  • both connections of the third hydraulic pump can each be fluidly connected to the first line via a check valve.
  • the check valves can, as for the first
  • Hydraulic circuit described be controlled check valves.
  • a second through-flow cooler can be arranged in the second low-pressure circuit.
  • a single through-flow cooler can also be arranged on a connecting line which connects the first low-pressure circuit with the second low-pressure circuit.
  • Hydraulic circuit be hydraulically connected. According to another aspect,
  • hydraulic fluid which flows out of the rotary vane motor and / or out of the hydraulic cylinder is conducted by means of the expansion line in the first and / or in the second low-pressure circuit, from where the hydraulic fluid is reused.
  • the second and / or the fourth electric motor that is to say the electric motors that optionally drive the second and fourth hydraulic pumps to form a pre-pressure
  • the second and / or the fourth electric motor can be variable-speed electric motors, such as servomotors. This reduces the energy consumption, the hydraulic power loss that is introduced into the oil and the noise emissions.
  • the invention also relates to a method for operating a hydraulic system according to one of the previous embodiments according to the invention. [26] That
  • the method according to the invention is characterized in that the control and / or regulation of the rotary vane motor and / or the hydraulic cylinder takes place by means of the first and / or the second hydraulic circuit.
  • the control and / or regulation of the rotary vane motor and / or the hydraulic cylinder can take place by means of the first hydraulic circuit.
  • the control and / or regulation of the rotary vane motor and / or the hydraulic cylinder can take place by means of the second hydraulic circuit.
  • An embodiment of the method according to the invention also provides that the hydraulic system is constructed redundantly when the first and second hydraulic circuits are present. This means that one of the two hydraulic circuits can step in if there are problems with the other. The first and the second hydraulic circuit can optionally also be operated in parallel.
  • the vane motor and / or the hydraulic cylinder is in the
  • Embodiments which comprise a first and a second hydraulic fluid circuit, and in which the stabilizing vane is in a pivoted-out state, controlled via the 2/2-way valves by means of the first hydraulic pump and / or via the 2/2-way valves by means of the second hydraulic pump.
  • an embodiment of the hydraulic system has both the rotary vane motor and the hydraulic cylinder, then these are fluidly connected to the first and / or to the third hydraulic pump via the 4/3-way valves and the first line.
  • the first line can be used to control the swiveling in and out via the 4/3-way valves and the hydraulic cylinder, and the angle of attack of the stabilizing vane can be controlled simultaneously with the first line via the further 4/3-way valve and the rotary vane motor. This takes place via the same line and can accordingly be controlled jointly via a single hydraulic pump (the first or third) but also via the first and third hydraulic pumps, which reduces costs and effort
  • Hydraulic system in one of its various embodiments is not suitable for use in Ships, but can be used for any devices and technical areas in which such a hydraulic system is advantageous.
  • Flg. 1 shows an exemplary embodiment according to the invention of a non-redundant hydraulic system 1.
  • FIG. 2 shows a section of an exemplary embodiment according to the invention of a non-redundant hydraulic system
  • FIG. 3 shows a further section of the exemplary embodiment according to the invention from FIG. 2;
  • FIG. 4 shows a section of a further exemplary embodiment according to the invention of a redundantly constructed hydraulic system
  • FIG. 5 shows a further section of the exemplary embodiment according to the invention from FIG. 4;
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the hydraulic system 1 according to the invention.
  • the hydraulic system 1 has a first hydraulic circuit 2a, which in turn includes a low-pressure circuit 8a and a high-pressure circuit 9a.
  • a hydraulic fluid container and in particular a pressure accumulator 52 is via a
  • Through-flow cooler 42 hydraulically connected to the low-pressure circuit.
  • the low-pressure circuit 8a is separated from the high-pressure circuit 9a by two suction valves, which are shown in this drawing as check valves 14a, 16a.
  • a first hydraulic pump 21a with two connections, driven by an electric motor 20a, is integrated in the high-pressure circuit 9a.
  • this is a variable-speed electric motor 20a.
  • the hydraulic pump 21a has two connections, which are hydraulically connected to an actuator 100 via a 2/2-way valve 24a, 26a each with a blocking division, the actuator 100 being either a rotary vane motor 5 or a hydraulic cylinder 22.
  • FIG. 2 shows a section of an exemplary embodiment according to the invention of the hydraulic system 1.
  • FIG. 3 shows a further section of the exemplary embodiment according to the invention from FIG. 2;
  • the lines in FIG. 2 are connected to the lines in FIG. 3 at the respective arrows XI and Yl, as well as A and B.
  • the hydraulic system 1 comprises the combination of both sections from FIGS. 2 and 3.
  • the hydraulic system 1 has a first hydraulic circuit 2a, which in turn comprises a low-pressure circuit 8a and a high-pressure circuit 9a.
  • the low-pressure circuit 8a has a second hydraulic pump 11a driven by an electric motor 10a, which is hydraulically connected to an open tank 50 and takes hydraulic fluid therefrom and feeds it into the low-pressure circuit 8a. Furthermore, the low-pressure circuit 8a has a discharge line 40a, which via a
  • Through-flow cooler 42 is hydraulically connected to the open tank 50 and thereby hydraulic fluid can flow into the tank 50.
  • the hydraulic fluid in the low-pressure circuit 8a is subjected to a pre-pressure of approximately 20 bar via the second hydraulic pump 11a, while the hydraulic fluid in the high-pressure circuit 9a can have a pressure of approximately 200 bar and more.
  • the low-pressure circuit 8a is separated from the high-pressure circuit 9a by two suction valves, which are shown in this drawing as check valves 14a, 16a.
  • a first variable-speed electric motor 20a with which the first hydraulic pump 21a is operated, is arranged in the high-pressure circuit 9a.
  • the first hydraulic pump 21a has two connections which are hydraulically connected to a rotary vane motor 5 via a 2/2-way valve 24a, 26a each with a blocking division.
  • the rotary vane motor 5 which is used to set an angle of attack of the stabilizing vane 4, via the
  • the first line 72 is connected to the rotary vane motor from FIG. 2 via a 4/3 way valve 60 (see arrows A and B in FIGS. 2 and 3] and via a 4/3 Directional control valve 62 connected to a hydraulic cylinder 22, which is the one and
  • the 4/3-way valves 60 and 62 have a locking middle position and are electrically controllable.
  • connections of the 4/3-way valve 62 are each hydraulically connected to one of the chambers of the hydraulic cylinder 22 with a connecting line via a check valve 64, 66, and serve to shut off the hydraulic cylinder 22 without leaks.
  • a relief line 76 is connected to the two 4/3-way valves, so that the hydraulic fluid flowing out of one of the chambers of the
  • Hydraulic cylinder 22 or flows out of the rotary vane motor 5, via the
  • the expansion line 76 can flow into the low-pressure circuit 8a from FIG. 2 and optionally through the outlet line 42a into the open tank 50 (cf. arrow Y1).
  • a check valve 78a is arranged on this expansion line 76 upstream of the connection to the low-pressure circuit 8a in order to regulate the pressure difference.
  • the hydraulic system 1 from FIG. 4 compared to the system from FIG. 2, has a further hydraulic circuit 2b, which has a second low-pressure circuit 8b and a second high-pressure circuit 9b.
  • the structure of the second low-pressure circuit 8b is identical to the structure of the first low-pressure circuit 8a, the same devices being indicated with the same reference number and a "b".
  • the outlet line 42b is hydraulically connected to the open tank 50 via the through-flow cooler 42.
  • the low-pressure circuit 8b is separated from the high-pressure circuit 9b via two check valves 14b and 16b.
  • the structure of the second high-pressure circuit 9b also corresponds to that of the first
  • High pressure circuit 9a wherein the same devices with the same reference numerals and a "B".
  • the two connections of the third hydraulic pump 21b are also fluidly connected to the rotary vane motor 5 via two 2/2-way valves 24b and 26b. Furthermore, the two connections of the third hydraulic pump 21b are connected to the line via two further check valves 34b and 36b 72 of Figure 5 hydraulically connected (see. Arrows X2 and Y2).
  • the lines in FIG. 4 are connected to the lines in FIG. 5 at the respective arrows XI, Y1, X2, Y2 and A and B.
  • the hydraulic system 1 comprises the combination of both sections from FIGS. 4 and 5.
  • the redundant hydraulic system 1 from FIGS. 4 and 5 can be operated according to an exemplary embodiment as follows:
  • the 2/2 way valves 24a, 26a, 24b, 26b are blocked in order to swing the stabilizing wing out of the hull of the ship.
  • the first hydraulic pump 21a and / or the third hydraulic pump 21b control the rotary vane motor 5 and the hydraulic cylinder 22 with the first line 72 and via the 4/3 way valve 60 and the further 4/3 way valve 62.
  • the 4/3 Directional control valves 60 and 62 open so that the stabilization wing 4 can be swiveled out and the angle of attack of the stabilization wing 4 swung out can be controlled (see FIG. 5).
  • the 2/2-way valves are blocked again and the first hydraulic pump 21a and / or the third hydraulic pump 21b work again via the 4/3-way valves 60 and 62.
  • a first high pressure circuit 100 actuator (rotary vane motor 5 or

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Abstract

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. Das erfmdungsgemäße 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. Der erste Hydraulikkreislauf weist weiterhin einen Niederdruckkreislauf und einen Hochdruckkreislauf, eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordruck des Niederdruckkreislaufs, und zwei Nachsaugventile, welche den ersten Niederdruckkreislauf von dem ersten Hochdruckkreislauf trennen, auf. Das erfmdungsgemäße 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

Description

Hydrauliksystem für Stabilisatorantrieb
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Ausführungsformen und Abwandlungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Verfahren zum Betrieben des Hydrauliksystems wird in Anspruch 19 bestimmt.
[1] 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.
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.
Der erste Hydraulikkreislauf weist weiterhin einen Niederdruckkreislauf und einen
Hochdruckkreislauf, eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordruck des
Niederdruckkreislaufs und zwei Nachsaugventile, welche den ersten Niederdruckkreislauf von dem ersten Hochdruckkreislauf trennen, auf.
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.
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.
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 [10] kann der Drehflügelmotor ein weiterer Hydraulikzylinder oder eine Zylinderanordnung sein. 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.
[2] 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.
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.
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.
Der Begriff„entsperrbar" ist dahingehend zu verstehen, dass das Ventil eine Sperrsteilung 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.
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.
Die Vorspannung des Niederdruckbereichs erfolgt mittels einer Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks. [3] Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen.
Das veränderbare Volumen kann darüber hinaus mit weiteren, verschiedenen Vorrichtungen realisiert sein. Beispielsweise können beliebige geometrische Formen mit elastischen Wänden Verwendung finden.
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 stattfmdet und keine weitere Pumpeneinheit zur Erzeugung eines Vordrucks notwendig sind. Dies spart Kosten und Wartungsarbeiten.
[4] Alternativ und gemäß einer weiteren erfmdungsgemäßen 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.
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.
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. Somit wären weniger starke Hydraulikpumpen notwendig was wiederrum kostensparend ist.
[5] 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 erfmdungsgemäßen 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.
Entsprechend weist das Hydrauliksystem in dieser Ausführungsform sowohl einen
Hydraulikzylinder, als auch einen Drehflügelmotor auf. [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.
[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.
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.
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.
[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.
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. [11] 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.
[12] 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.
[13] 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.
[14] 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.
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.
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.
[15] 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.
Der zweite Hydraulikkreislauf weist im Wesentlichen alle Eigenschaften des ersten
Hydraulikkreislaufs auf und ist insbesondere mit diesem fluidverbunden. [16] Insbesondere sind gemäß einer weiteren erfmdungsgemäßen Ausführungsform der erste
Niederdruckkreislauf und der zweite Niederdruckkreislauf miteinander fluidverbunden.
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.
[17] 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.
[18] Ähnlich zu dem ersten Hydraulikkreislaufs kann die zweite Vorrichtung zur
Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen, sein. [19] 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.
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.
[20] Gemäß einer weiteren erfmdungsgemäßen 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.
Insbesondere können gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform beide Anschlüsse der dritte Hydraulikpumpe jeweils über ein Rückschlagventil mit der ersten Leitung fluidverbunden sein. Die Rückschlagventile können, wie für den ersten
Hydraulikkreislauf beschrieben, gesteuerte Rückschlagventile sein.
[21] Um das Hydraulikfluid aus dem zweiten Hydraulikkreislaufs zu Kühlen kann gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform ein zweiter Durchlaufkühler in dem zweiten Niederdruckkreislauf angeordnet sein.
Gegebenenfalls kann auch ein einziger Durchlaufkühler auf einer Verbindungsleitung, welche den ersten Niederdruckkreislauf mit dem zweiten Niederdruckkreislauf verbindet, angeordnet sein.
[22] 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.
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.
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.
Die Erfindung bezieht sich auch auf einem Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß einer der vorherigen erfindungsgemäßen Ausführungsformen. [26] 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. [24] Insbesondere kann das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders mittels des ersten Hydraulikkreislaufs erfolgen. [25] Ferner kann das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors und/oder des Hydraulikzylinders mittels des zweiten Hydraulikkreislaufs erfolgen.
[27] 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.
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.
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.
Weist eine Ausfiihrungsform 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.
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
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.
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.
Dabei zeigen:
Flg. 1 eine beispielhafte erfindungsgemäße Ausführungsform eines nicht redundant aufgebauten Hydrauliksystems 1.
Fig. 2 einen Abschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines nicht redundant aufgebauten Hydrauliksystems;
Fig. 3 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus Fig. 2;
Fig. 4 ein Abschnitt einer weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform eines redundant aufgebauten Hydrauliksystems;
Fig. 5 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus Fig. 4;
Figur 1 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäßen Ausführungsform des Hydrauliksystems 1.
Das Hydrauliksystem 1 weist einen ersten Hydraulikkreislauf 2a auf, welcher seinerseits ein Niederdruckkreislauf 8a und einen Hochdruckkreislauf 9a umfasst.
Ein Hydraulikfluidbehälter und insbesondere ein Druckspeicher 52 ist über ein
Durchlaufkühler 42 mit dem Niederdruckkreislauf hydraulisch verbunden.
Der Niederdruckkreislauf 8a ist durch zwei Nachsaugventile, welche in dieser Zeichnung als Rückschlagventile 14a, 16a dargestellt sind, von dem Hochdruckkreislauf 9a getrennt.
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. Die Hydraulikpumpe 21a weist zwei Anschlüsse auf, welche über jeweils ein 2/2-Wegeventil 24a, 26a mit Sperrsteilung mit einem Aktuator 100 hydraulisch verbunden sind, wobei der Aktuator 100 entweder ein Drehflügelmotor 5 oder ein Hydraulikzylinder 22 sein kann.
Figur 2 zeigt einen Abschnitt einer beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform des Hydrauliksystems 1. Fig. 3 einen weiteren Abschnitt der beispielhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform aus Fig. 2;
Die Leitungen in Figur 2 sind mit den Leitungen der Figur 3 an den jeweiligen Pfeilen XI und Yl, sowie A und B verbunden. Das Hydrauliksystem 1 umfasst die Kombination beider Abschnitte aus der Figur 2 und 3.
Wie in Figur 2 gezeigt weist das Hydrauliksystem 1 einen ersten Hydraulikkreislauf 2a auf, welche seinerseits ein Niederdruckkreislauf 8a und einen Hochdruckkreislauf 9a umfasst.
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 das Tank 50 strömen kann.
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.
Dementsprechend ist der Niederdruckkreislauf 8a durch zwei Nachsaugventile, welche in dieser Zeichnung als Rückschlagventile 14a, 16a dargestellt sind, von dem Hochdruckkreislauf 9a getrennt.
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 Sperrsteilung 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. Die zwei Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe 21a sind weiterhin jeweils über ein
Rückschlagventil 34a, 36a mit einer ersten Leitung 72 (vgl. Fig. 3) hydraulisch verbunden.
Wie in Figur 3 zu sehen ist, ist die erste Leitung 72 über ein 4/3-Wegeventil 60 mit dem Drehflügelmotor aus Fig. 2 verbunden (vgl. Pfeile A und B in Fig. 2 und 3] und über ein 4/3-Wegeventil 62 mit einem Hydraulikzylinder 22 verbunden, welches das Ein- und
Ausschwenken des Stabilisationsflügels 4 steuert.
Die 4/3-Wegeventile 60 und 62 weisen eine Sperr-Mittelstellung auf und sind elektrisch steuerbar.
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.
Wie in Figur 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 Figur 2 und gegebenenfalls durch die Auslassleitung 42a in den offenen Tank 50 strömen kann (vgl. Pfeil Yl).
Ein Rückschlagventil 78a ist auf dieser Entspannungsleitung 76 vor der Verbindung mit dem Niederdruckkreislauf 8a angeordnet, um den Druckunterschied zu regeln.
Das Hydrauliksystem 1 aus Figur 4, weist gegenüber dem System aus der Figur 2 einen weiteren Hydraulikkreislauf 2b auf, welcher einen zweiten Niederdruckkreislauf 8b und zweiten Hochdruckkreislauf 9b aufweist.
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.
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.
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 Figur 5 hydraulisch verbunden (vgl. Pfeile X2 und Y2).
Die Leitungen in Figur 4 sind mit den Leitungen der Figur 5 an den jeweiligen Pfeilen XI, Yl, X2, Y2 sowie A und B verbunden. Das Hydrauliksystem 1 umfasst die Kombination beider Abschnitte aus der Figur 4 und 5.
Figur 4 zusammen mit Figur 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.
Das redundant aufgebaute Hydrauliksystem 1 aus Figur 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. Dabei werden die 4/3-Wegeventile 60 und 62 geöffnet, so dass ein Ausschwenken des Stabilisationsflügel 4 und der Anstellwinkel des ausschwenkendem Stabilisationsflügel 4 gesteuert werden kann (vgl. Figur 5).
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. Figur 4).
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.
Bezugszeichenliste
1 Hydrauliksystem 2b zweiter Hydraulikkreislauf
2a erster Hydraulikkreislauf 4 Stabilisationsflügel Drehflügelmotor 64, 66 Rückschlagventile
a erster Niederdruckkreislauf 72 erste Leitung
b zweiter Niederdruckkreislauf 76 Entspannungsleitung
a erster Hochdruckkreislauf 100 Aktuator (Drehflügelmotor 5 oder
Hydraulikzylinder 22)
b zweiter Hochdruckkreislauf
0a zweiter Elektromotor
0b vierter Elektromotor
1a zweite Hydraulikpumpe
1b vierte Hydraulikpumpe
4a, 14b Nachsaugventile
6a, 16b Nachsaugventile
0a erster Elektromotor
0b dritter Elektromotor
1a erste Hydraulikpumpe
1b dritte Hydraulikpumpe
2 Hydraulikzylinder
4a, 24b 2/2-Wegeventile
6a, 26b 2/2-Wegeventile
4a, 34b Rückschlagventile
6a, 36b Rückschlagventile
0a erste Auslassleitung
0b zweite Auslassleitung
2 Durchlaufkühler
0 Tank
2 Druckspeicher
0, 62 4/3-Wegeventile

Claims

Patentansprüche
1. Hydrauliksystem (1) zur Steuerung eines Stabilisatorantriebs, insbesondere zur Steuerung eines Anstellwinkels und/oder eines Aus- und Einschwenkens eines Stabilisationsflügels (4) vorzugsweise an Schiffen umfassend: einen Drehflügelmotor (5), welcher den Anstellwinkel des Stabilisationsflügels (4) verändert und/oder ein Hydraulikzylinder (22) zum Aus- und Einschwenken des
Stabilisationsflügels (4); einen ersten Hydraulikkreislauf (2a) mit: einen Niederdruckkreislauf (8a) und einen Hochdruckkreislauf (9a); eine Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks des Niederdruckkreislauf; zwei Nachsaugventile (14a, 14b), welche den Niederdruckkreislauf (8a) von dem Hochdruckkreislauf (9a) trennen; dadurch gekennzeichnet, dass eine, von einem Elektromotor (20a) angetriebene erste Hydraulikpumpe (21a) mit zwei Anschlüssen, im Hochdruckkreislauf eingebunden ist und mit dem
Drehflügelmotor (5) und/oder den Hydraulikzylinder (22) hydraulisch verbunden ist.
2. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor ein drehzahlvariabler Elektromotor und die erste Hydraulikpumpe eine einfache
Hydraulikpumpe oder der Elektromotor ein drehzahlkonstanter Elektromotor und die erste Hydraulikpumpe eine volumenvariable Hydraulikpumpe ist.
3. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher, insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen, ist.
4. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die
Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks eine, mit einem Hydraulikfluidbehälter, insbesondere mit einem offenen Tank, verbundene und von einem zweiten Elektromotor (10a) angetriebene zweite Hydraulikpumpe (11a) ist.
5. Hydrauliksystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe (21a) jeweils mit einer ersten Leitung (72) fluidverbunden sind, wobei die erste Leitung (72) mit dem Drehflügelmotor (5) und dem Hydraulikzylinder (22) fluidverbunden ist.
6. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden
Anschlüsse der ersten Hydraulikpumpe (21a) jeweils über ein Rückschlagventil (34a, 36a) mit der ersten Leitung (72) fluidverbunden sind.
7. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass die erste Hydraulikpumpe (21a) mit der ersten Leitung (72) über ein erstes und ein zweites 4/3-Wegeventil (60, 62), mit jeweils dem Drehflügelmotor (5) und den
Hydraulikzylinder (22) hydraulisch verbunden ist.
8. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Drehflügelmotor (5) und der Hydraulikzylinder (22) mit einer Entspannungsleitung (76) über das erste bzw. das zweite 4/3 -Wegeventil (60, 62) mit dem ersten Niederdruckkreislauf (8a) des ersten Hydraulikkreislaufs (2a) hydraulisch verbunden sind.
9. Hydrauliksystem gemäß den Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und/oder zweite 4/3-Wegeventil (60, 62) elektrisch gesteuert sind.
10. Hydrauliksystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehflügelmotor (2) ein Zylinder oder eine Zylinderanordnung ist.
11. Hydrauliksystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Durchlaufkühler (42) zur Kühlung des in dem ersten Niederdruckkreislauf (8a) angeordnet ist.
12. Hydrauliksystem gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikzylinder (22) ein Hydraulikzylinder (22) mit einer ersten und einer zweiten Kammer ist.
13. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 7 bis 11 und Anspruch 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das zweite 4/3 Wegeventil (62) mit einer ersten
Verbindungsleitung mit der ersten Kammer des Hydraulikzylinders (22) und mit einer zweiten Verbindungsleitung mit der zweiten Kammer des Hydraulikzylinders (22) hydraulisch verbunden ist.
14. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der ersten und an der zweiten Verbindungsleitung jeweils ein Rückschlagventil (64a, 64b], zur leckagefreien Absperrung des Hydraulikzylinders (22], angeordnet ist.
15. Hydrauliksystem gemäß einem der vorherigen Ansprüchen, mit einem zweiten
Hydraulikkreislauf (2b], welcher folgendes aufweist: einen zweiten Niederdruckkreislauf (8b] und einen zweiten Hochdruckkreislauf (9b]; eine zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks im zweiten
Niederdruckkreislaufs eine, von einem dritten Elektromotor (20b] angetriebene dritte Hydraulikpumpe (21b] mit zwei Anschlüssen, wobei die dritte Hydraulikpumpe (21b] im zweiten
Hochdruckkreislauf (9b] angeordnet ist und mit dem Drehflügelmotor (5) und/oder dem Hydraulikzylinder (22] hydraulisch verbunden ist; zwei zweite Nachsaugventile (14c, 14d], welche den zweiten Niederdruckkreislauf (8b] von dem zweiten Hochdruckkreislauf (9b] trennen; dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Hydraulikkreislauf mit dem ersten Hydraulikkreislauf fluidverbunden ist.
16. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 15 dadurch gekennzeichnet, dass der erste
Niederdruckkreislauf und der zweite Niederdruckkreislauf fluidverbunden sind.
17. Hydrauliksystem gemäß Anspruch 15 oder 16 dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Elektromotor 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.
18. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks ein Druckspeicher,
insbesondere ein Druckspeicher mit veränderbaren Volumen, ist
19. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 18 dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Vorrichtung zur Bereitstellung eines Vordrucks eine, mit einem
Hydraulikfluidbehälter, insbesondere mit einem offenen Tank, verbundene und von einem vierten Elektromotor (10b) angetriebene vierte Hydraulikpumpe (11b) ist.
20. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 5 bis 14 und 15 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, dass beide Anschlüsse der dritten Hydraulikpumpe (21b) jeweils über ein Rückschlagventil (34b, 36b) mit der ersten Leitung (72) fluidverbunden sind.
21. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Durchlaufkühler (42b) an dem zweiten Niederdruckkreislauf (8b) angeordnet ist.
22. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14 und 21, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Durchlaufkühler und der zweite Durchlaufkühler eins sind.
23. Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14 und 15 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, dass die Entspannungsleitung (76) mit dem zweiten
Niederdruckkreislauf (8b) des zweiten Hydraulikkreislaufs (2b) hydraulisch verbunden ist.
24. Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors (4) und/oder des Hydraulikzylinders (22) mittels des ersten Hydraulikkreislaufs (2a) erfolgt.
25. Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß einem der Ansprüchen 15 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors (4) und/oder des Hydraulikzylinders (22) mittels des zweiten Hydraulikkreislaufs (2b) erfolgt.
26. Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß den Ansprüchen 24 und 25
dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern und/oder Regeln des Drehflügelmotors (4) und/oder des Hydraulikzylinders (22) mittels des ersten und/oder zweiten
Hydraulikkreislaufs (2b) erfolgt.
27. Verfahren zum Betreiben eines Hydrauliksystem gemäß Anspruch 26 dadurch
gekennzeichnet, dass das Hydrauliksystem (1) mittels des ersten und zweiten
Hydraulikkreislaufs (2a, 2b) redundant aufgebaut ist.
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