DE69712870T2

DE69712870T2 - Drucktransformationseinrichtung

Info

Publication number: DE69712870T2
Application number: DE69712870T
Authority: DE
Inventors: Augustinus Achten
Original assignee: Innas Free Piston BV
Current assignee: Innas Free Piston BV
Priority date: 1996-02-23
Filing date: 1997-02-24
Publication date: 2002-12-12
Anticipated expiration: 2017-02-25
Also published as: EP0882181A1; JP4082732B2; NL1002430C2; EP0882181B1; ES2175344T3; US6116138A; US6575076B1; JP2000504809A; DE69712870D1; WO1997031185A1; ATE218192T1

Description

Die Erfindung betrifft einen hydraulischen Druckumformer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solch ein hydraulischer Druckumformer ist aus der US-A- 4,077,746, Reynolds, bekannt, bei der ein hydraulischer Druckumformer verwendet wird, um einen hydraulischen Speicher mit Hydraulikfluid mit einem Druck aufzuladen, der höher ist als der Druck des Hydraulikfluids, das dem hydraulischen Umformer zugeführt wird. Bei dem bekannten hydraulischen Druckumformer wird die Rotationsgeschwindigkeit des Rotors durch eine die Strömung beschränkende Öffnung begrenzt.
Aufgrund dieser die Strömung beschränkenden Öffnung ist der Druck in einer ersten Durchlassöffnung vermindert, so dass die Druckunterschiede zwischen der ersten Durchlassöffnung und einer zweiten Durchlassöffnung im inversen Verhältnis zu der Länge dieser ersten Durchlassöffnung und der Länge der zweiten Durchlassöffnung stehen. Diese Verminderung des Drucks über die Öffnung bringt einen Energieverlust mit sich und reduziert den Wirkungsgrad, jedoch ist klar, dass in der bekannten Vorrichtung solche Beschränkungen des Durchflusses der einzige Weg sind, sich an die veränderlichen Druckunterschiede anzupassen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen hydraulischen Druckumformer zu schaffen, mit dem Fluidströme mit einem ersten Druck beinahe ohne Leistungsverlust in einen Fluidstrom mit einem zweiten Druck umgewandelt werden können, wobei sich der erste und/oder der zweite Druck unabhängig voneinander ändern können.
Erfindungsgemäß sind Einstellmittel vorgesehen, um die Drehposition der Antriebsmittel bezogen auf eine geöffnete Stellung der Ventile einzustellen.
Durch Einstellen der Stellung der Antriebsmittel relativ zu der geöffneten Stellung der Ventile kann der erste Druck und/oder der zweite Druck unabhängig ohne Leistungsverlust verändert werden.
Aus der US-A-5,035,170 ist eine hydraulische Vorrichtung bekannt, deren Hubraum durch elektrisches Drehen einer Durchlassöffnungsplatte mit zwei Schlitzen verändert werden kann, die mit den Zylindern in der hydraulischen Vorrichtung zusammenwirkt. Das Ziel des Drehens der Durchlassöffnungsplatte ist es, den Hubraum der hydraulischen Vorrichtung zu verändern und dieses Ziel unterscheidet sich von dem Problem, welches mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gelöst wird.
Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung ist die Drehposition der Antriebsmittel bezogen auf das Gehäuse einstellbar und die geöffnete Stellung der Ventile bezogen auf das Gehäuse durch die Einstellmittel festgelegt. Diese Ausführungsform erlaubt eine einfache Konstruktion und bietet eine schnell reagierende Einstellung der Druckverhältnisse; dies teilweise aufgrund der Tatsache, dass relativ wenig Kraft für die Einstellung benötigt wird, da nur die Kräfte in den Ventilen eine Rolle spielen und diese Kräfte viel schwächer sind als die Kräfte, die beispielsweise mit den Antriebsmitteln zu tun haben. Das erhöht die Ansprechgeschwindigkeit erheblich, was für viele Anwendungen sehr wichtig ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Kammern über einen von mindestens drei Kanälen durch eine Frontplatte mit einem der Leitungsanschlüsse verbunden und die Drehposition der Frontplatte im Gehäuse ist einstellbar. Durch die Verwendung einer einstellbaren Frontplatte mit Kanälen, die jeweils mit einem der Leitungsanschlüsse verbunden sind, werden einfache und schnell einstellbare Ventile bereitgestellt.
Gemäß einer weiteren Verbesserung ist die Frontplatte im Gehäuse mit Hilfe der Einstellmittel drehbar und somit werden schnelle Einstellungen bei geringem Leistungsbedarf möglich gemacht.
Gemäß einer weiteren Verbesserung des erfindungsgemäßen hydraulischen Druckumformers, bei dem die Einstellmittel durch eine Steuerung gesteuert werden und der mit einem Hydraulikmotor verbunden ist, ist die Steuerung mit einem Drucksensor verbunden, der in dem Leitungsanschluss zwischen dem Hydraulikmotor und dem hydraulischen Druckumformer angeordnet ist.
Auf diese Weise kann die Steuerung unmittelbar die Einstellung des hydraulischen Druckumformers entsprechend der Motorbelastung einstellen und dadurch verhindern, dass sich der Rotor aufgrund des geänderten Druckverhältnisses zu schnell dreht oder stoppt, was beides zu unerwünschten Betriebsbedingungen führen würde.
Weiter bezieht sich die Erfindung auf eine Verbesserung eines hydraulischen Druckumformers, bei dem die Frontplatte drei Kanäle aufweist, zwischen denen eine Rippe vorgesehen ist, wobei die Rippe während der Drehung des Rotors einen zu einer Kammer führenden Kanal abdichten kann. Diese absolute Abdichtung ist notwendig, um ein Kurzschließen zwischen den verschiedenen Leitungsanschlüssen zu vermeiden, und gewöhnlich ist der Rotor mit einem zusätzlichen Rotationswinkel, der eine absolute Abdichtung bietet, ausgestattet, um Undichtigkeitsverluste zu begrenzen. Sobald die Kammer nach dem Abdichten mit dem nächsten Kanal in Kontakt kommt, ändert sich der Druck in der Kammer jäh, weil der Kanal ein völlig verschiedenes Druckniveau aufweist. Dies verursacht ein lautes Geräusch, welches unerwünscht ist.
Um die oben genannten Nachteile in dem erfindungsgemäßen hydraulischen Druckumformer zu vermeiden, ist die Rippe so bemessen, dass die Kammer über eine Drehung des Rotors von nicht mehr als 2º vollständig abgedichtet ist. Vorzugsweise ist die Strebe so bemessen, dass eine Drehung von etwa 1º die Öffnungen abdichtet.
Hierdurch wird erreicht, dass die Kammer während eines kurzen Zeitabschnittes abgedichtet ist, wobei die Drehung des Rotors eine Volumenänderung in der Kammer verursacht. Die Volumenänderung ist immer derart, dass der Druck in der Kammer, der dem Druck im gerade abgeschlossenen Druckanschluss glich, durch die Wirkung der Verdränger verursacht, durch die Rotation zunimmt oder abnimmt und den Druck, der in der Druckverbindung herrscht, die geöffnet wird, anstrebt. Die Auswahl der richtigen Breite der erfindungsgemäßen Rippe erreicht, dass der Druck in der Kammer in etwa gleich ist wie der Druck in der Druckverbindung, die geöffnet wird, und die Lärmbelästigung stark reduziert wird.
Gemäß einer weiteren Verbesserung ist der erfindungsgemäße hydraulische Druckumwandler an einem Hydraulikmotor und vorzugsweise an einem Linearzylinder montiert. Das ermöglicht es, dass die Leitungen zwischen dem hydraulischen Druckumformer und dem Motor kurz sind und infolgedessen ist weniger elastische Rückfederung in der Ölsäule vorhanden und der hydraulische Transient, der aus der elastischen Rückfederung folgt, wird so weit wie möglich verhindert. Da der hydraulische Transient dem ruhigen Lauf des Rotors unter dem Einfluss der verschiedenen Öldrücke in den Leitungsanschlüssen abträglich ist, ist es der kombinierte Aufbau, der erreicht, dass der Rotor in allen Lastsituationen ruhiger läuft.
Die Erfindung ist auch in einem Hydrauliksystem verkörpert, welches aus einer Hydraulikpumpe zur Erzeugung eines Fluidstroms mit einem im Wesentlichen konstanten ersten Druck und einem hydraulischen Druckumformer zum Umwandeln des Fluidstroms mit dem ersten Druck in einen Fluidstrom mit einem zweiten Druck besteht.
Solch ein System ist aus der US-A-3,188,963 bekannt, in der ein Verstärker zwischen einer Pumpe und einem Zylinder gezeigt ist. Bei diesem bekannten System wird der Druck zum Zylinder mittels eines Drosselventils im Einlass des Verstärkers auf einem konstanten Niveau gehalten. Dieses Drosseln reduziert den Wirkungsgrad des Verstärkers. Um diesen Nachteil zu überwinden, ist in dem erfindungsgemäßen System der hydraulische Druckumformer mit Steuerungsmitteln zur Änderung seiner Einstellungen versehen, womit die Strömung zu einem Verbraucher des zweiten Drucks gesteuert wird.
Durch das Verändern der Einstellung des hydraulischen Druckumformers wird eine verlustfreie Anpassung an die ersten und zweiten Drücke erzielt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein hydraulisches System, das eine Hydraulikpumpe zur Erzeugung eines Ölstroms an ihrem Auslass, mindestens einen Verbraucher, der mit der Hydraulikpumpe verbunden ist, und einen Tank zur Aufnahme des verwendeten Öls vom Verbraucher umfasst.
In vielen Hydrauliksystemen, die z. B. Hochgeschwindigkeitspumpen umfassen, entsteht die Situation, wo z. B. der Einlass der Pumpe mit einem niedrigen Druck von z. B. 5 bar versorgt wird, um zu verhindern, dass Kavitation in den Pumpen, Motoren und in anderen Komponenten stattfindet. Der Druck in dem Tank ist gewöhnlich der Atmosphärendruck, weil man mit offenen Tanks arbeitet, in denen das Fluid gesammelt wird. Ein Problem bei solchen Systemen ist, dass der Ölstrom von dem Druck in dem Tank zu dem am Einlass der Pumpe gebracht werden muss, wobei der verursachte Verlust geringstmöglich sein muss, da dieser Ölstrom den gesamten Ölstrom betrifft. Die bekannten Systeme verwenden hierfür separate Pumpen, wobei die Steuerung dieser Pumpen zur Begrenzung der Verluste kompliziert ist.
Es ist Aufgabe dieser Erfindung, den Wirkungsgrad des Hydrauliksystems auf einfache Weise zu verbessern. Zu diesem Zweck ist ein hydraulischer Umformer mit dem Einlass der Hydraulikpumpe, dem Tank und dem Auslass der Hydraulikpumpe verbunden und dazu eingestellt, um an dem Einlass der Hydraulikpumpe einen Öldruck bereitzustellen, der höher ist als der Druck in dem Tank. Aufgrund der Tatsache, dass der hydraulische Umformer unmittelbar darauf reagiert, dass Fluid von der Pumpe eingezogen wird, und dass der Rotor aufgrund der Verminderung des Drucks unmittelbar aufgrund der geänderten Druckverhältnisse volle Umdrehungen erreicht, wird keine zusätzliche Steuerung benötigt und eine relativ kostengünstige, verlustlose Ölversorgung erreicht.
Die Erfindung wird in der unten genannten Beschreibung erklärt, die unter Bezugnahme auf die Zeichnung einige Beispiele von Ausführungsformen beschreibt, wobei in der Zeichnung:
Fig. 1 einen schematischen Querschnitt einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Umformers zeigt,
Fig. 2 den Schnitt II-II des hydraulischen Umformers gemäß Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 eine alternative Ausführungsform der Ventile gemäß Fig. 2 zeigt,
Fig. 4 schematisch die Kammervolumina des hydraulischen Umformers gemäß Fig. 1 zeigt, wobei der hohe Druck und der effektive Druck mehr oder weniger gleich sind,
Fig. 5 schematisch die Kammervolumina des hydraulischen Umformers gemäß Fig. 1 zeigt, wobei der hohe Druck höher als der effektive Druck ist,
Fig. 6 schematisch die Kammervolumina des hydraulischen Umformers gemäß Fig. 1 zeigt, wobei der effektive Druck und der niedrige Druck mehr oder weniger gleich sind,
Fig. 7, 8 und 9 schematisch zeigen, wie die Kammern mit den verschiedenen Druckluftanschlüssen in den in Fig. 4, 5 bzw. 6 gezeigten Situation verbunden sind,
Fig. 10 schematisch die Abmessungen der Strebe zwischen den Öffnungen in der Frontplatte gemäß Fig. 2 zeigt,
Fig. 11 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulischen Umformers zeigt,
Fig. 12 eine perspektivische Ansicht der Frontplatte des hydraulischen Umformers gemäß Fig. 11 zeigt,
Fig. 13 ein Flussdiagramm des Hydrauliksystems mit einem hydraulischen Umformer zur Verminderung des Drucks zeigt, und
Fig. 14 ein Flussdiagramm des hydraulischen Systems mit einem hydraulischen Umformer zur Erhöhung des Drucks zeigt.
Identische Teile in der Zeichnung sind so weit wie möglich mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform eines hydraulischen Umformers. Eine Welle 4 ist in einem Lager 2 und einem Lager 12 gehaltert. Das Lager 2 ist mittels eines Deckels 1 in einem Gehäuse 3 befestigt und das Lager 12 ist mittels eines Deckels 13 in einem Gehäuse 11 befestigt. Das Gehäuse 3 und das Gehäuse 11 sind in bekannter Art und Weise zusammengesetzt. Die Welle 4 weist Längsnuten 5 auf, um einen Rotor 26 und eine rotierende Abdichtplatte 21 in Richtung der Welle 4 verschiebbar zu koppeln.
Der Rotor 26 ist mit neun Zylinderbohrungen 25 versehen, in denen ein Abdichtstopfen 23 abdichtend zwischen der rotierenden Abdichtplatte 21 und dem Rotor 26 vorgesehen ist. An jeder Bohrung 25 ist ein Kolben 27 vorgesehen, der einen Kolbenschuh 28 besitzt, welcher an einer Schrägscheibe 29 gehaltert ist. Der Kolben 27 bildet zusammen mit der Bohrung 25 eine Volumen-veränderliche Pumpenkammer 24, die mittels eines Kanals 22 mit einer Öffnung 19 in einer Frontplatte 20 verbunden ist. Die Frontplatte 20 ist mit drei Öffnungen 19 versehen, die jeweils eine Verbindung mit einer Öffnung in einer feststehenden Abdichtplatte 18 haben, die in dem Gehäuse 11 befestigt ist und einen Stellstift 17 aufweist, um sicherzustellen, dass jede der drei Öffnungen in der feststehenden Abdichtplatte 18 in die richtige Lage zu einer Druckverbindung 16 gebracht ist.
Die Frontplatte 20 ist mittels eines Lagers 6 drehbar an der Welle 4 befestigt. Der Umkreis der Frontplatte 20 ist mit einer Verzahnung versehen, die in eine Verzahnung einer Ritzelwelle 7 eingreift. Die Ritzelwelle 7 ist in Lagern 8 angebracht und kann mittels eines Hebels 10 gedreht werden, welcher mittels eines Einstellmechanismus 9 beweglich ist. Wie auch in Fig. 2 gesehen werden kann, sind die Öffnungen 19 voneinander durch eine Rippe 32 getrennt, wobei die erste Öffnung 19 mit einem Hochdruckkanal 30, die zweite Öffnung 19 mit einem Effektivdruckkanal 31 und die dritte Öffnung 19 mit einem Niedrigdruckkanal 33 verbunden ist.
Darüber hinaus enthält die Vorrichtung all die bekannten Maßnahmen und Konstruktionsdetails, die von konventionellen Hydraulikkomponenten, wie z. B. Pumpen, her bekannt sind. Das umfasst z. B. die Maßnahmen, die für die Schmierung und die Drainage von Leckageöl notwendig sind. Die Abdichtung an der Frontplatte 20 zwischen dem Rotor 21 und dem Gehäuse wird auch in der üblichen Art und Weise durchgeführt.
Um die Durchflussrate in den Kanälen 30, 31 und 33 so niedrig wie möglich zu halten, ist die Fläche der Öffnung 19 auf der Seite des Druckluftanschlusses 16 größer als auf der Seite der Pumpkammern 24. Dies kann auf die Art und Weise erreicht werden, wie es in Fig. 2 bei 35 gezeigt ist, nämlich durch Verengen der Rippe 32 auf der Seite der Druckverbindung 16 und außerdem können die Öffnungen wahlweise erweitert werden.
Fig. 3 zeigt eine alternative Ausführungsform der Frontplatte 20, bei der anstatt die Frontplatte 20 zu drehen eine bewegliche Rippe 34 benutzt wird.
In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform kann die Welle 4 in herkömmlicher Weise mit einem Sensor (nicht gezeigt) verbunden werden, der die Richtung und Geschwindigkeit der Drehung des Rotors misst, dessen Daten in einer Steuerung (nicht gezeigt) verarbeitet werden und der die Position der Frontplatte 20 steuert. Die Steuerung des hydraulischen Umformers funktioniert derart, dass die Energie, die dem Rotor 26 zugeführt wird, d. h. das Produkt aus Druck und Volumenstrom, der Energie entspricht, die dem Rotor 26 mit einem möglicherweise unterschiedlichen Druck und Volumenstrom entnommen wird, wobei die Differenz in dem Volumenstrom über ein drittes, gewöhnlich einen niedrigen Druck aufweisendes Niveau zugeführt oder abgeführt wird. Zu diesen Zweck müssen die Kräfte, die auf den Rotor ausgeübt werden, im Gleichgeweicht stehen und gleichermaßen muss das Massengleichgewicht der Flüssigkeitsströme gegeben sein, was beides von der Einstellung der Frontplatte abhängt.
Die Fig. 4 bis 9 zeigen die verschiedenen Anwendungssituationen des hydraulischen Umformers mit den relevanten Einstellungen der Frontplatte 20 und den Öffnungen 19, wobei in Fig. 4 und 7 ein effektiver Druck PN und ein hoher Druck PH in etwa gleich sind, in Fig. 5 und 8 der effektive Druck PN niedriger als der hohe Druck P ist und in den Fig. 6 und 9 der effektive Druck P etwa gleich ist wie der niedrige Druck PL Die verschiedenen Pumpkammern 24 sind mit A-I bezeichnet, wohingegen die Linie 29' den Einfluss der Schrägscheibe 29 auf das Volumen der Pumpkammer 24 und 8 in einem maximalen Hub zeigt. Die Bewegungsrichtung ω zeigt die Bewegung der Pumpkammern 24 entlang der Schrägscheibe 29 wenn Öl auf der PN-Seite zugeführt wird. Man kann sehen, wie das Volumen der Pumpkammern 24 für den selben Druckanschluss sowohl zunehmen als auch abnehmen kann, wobei dies durch Einstellen der Frontplatte 20 reguliert werden kann. Dies ist z. B. in Fig. 5 an dem Hochdruckanschluss PH gezeigt, wo in der Bewegungsrichtung ω das Volumen der Pumpkammer 24 bei I zum minimalen Volumen bei A abnimmt und anschließend zunimmt.
In Fig. 10 ist die Frontplatte 20 mit der Rippe zwischen den Öffnungen 19 gezeichnet. Wie gezeigt ist, ist die Rippe größer als der Durchmesser der Kammeröffnung 22, so dass die Kammer während eines kleinen Abschnittes der Drehung, der sich insgesamt auf zweimal einen Winkel α beläuft, abgeschlossen ist. Dieser Winkel α misst vorzugsweise 0.5 Grad, um hydraulische Transienten und Kavitation zu verhindern. Für spezielle Anwendungen kann dieser Winkel α auf ungefähr 1 Grad erhöht werden.
In der oben diskutierten ersten Ausführungsform des hydraulischen Druckumformers sind Kolben in einem Zylinder beweglich und sie bewegen sich in der Richtung parallel zur Rotationswelle. Die Erfindung kann auch in anderen Anordnungen von Kolben und Zylindern zur Anwendung kommen, so z. B. wenn die Bewegungsrichtung der Kolben einen Winkel mit der Rotationswelle einschließt oder senkrecht zu dieser verläuft. Es ist auch möglich, die Kolben und Zylinder exzentrisch zueinander bewegen zu lassen.
Die Frontplatte, die in der Ausführungsform gezeigt ist, ist mit drei Öffnungen ausgestattet und es sind drei Druckanschlüsse vorgesehen. Bei besonderen Anwendungen ist es auch möglich, vier oder mehr Druckanschlüsse zu verwenden, und es werden dann auch mehr Öffnungen vorhanden sein.
Anstatt dass die Frontplatte drei Öffnungen hat, ist es auch möglich, Vielfache von drei, wie z. B. sechs Öffnungen vorzusehen. An Stelle der Frontplatte gibt es auch andere Möglichkeiten, die Kanäle zu den Pumpkammern hin abzuschließen, so z. B. mittels elektrisch betriebener Ventile, die durch die Drehung des Rotors gesteuert werden.
In der jeweiligen Ausführungsform werden die Kolben mittels einer Schrägscheibe in die Pumpenkammern hinein und aus ihnen heraus bewegt. Es gibt, parallel zu den verschiedenen Ausführungsformen existierender Hydraulikpumpen, auch Ausführungesformen des hydraulischen Umformers, bei denen die Kolben mittels Nockenscheiben oder durch eine erzwungene Bewegung zwischen dem Gehäuse und dem Rotor bewegt werden.
Außer in Anwendungen, bei denen Kolben und Zylinder verwendet werden, kann die Erfindung auch angewendet werden, wenn das Volumen der Pumpkammern mit anderen Mitteln verändert wird. In dieser Hinsicht könnte man hydraulische Umformer mit Pumpkammern in Erwägung ziehen, die ähnlich den Kammern sind, die in Flügelzellenpumpen verwendet werden.
Fig. 11 zeigt einen hydraulischen Umformer 50, bei dem sich die Kolben und der Rotor, der die Pumpkammern enthält, um unterschiedliche Wellen drehen, so dass sich das Volumen der Pumpkammern ändert, wenn sich der Rotor dreht. Die Drehpositon der Frontplatte im Verhältnis zu dem Gehäuse kann mit Hilfe einer Welle 54 eingestellt werden und dadurch kann das Druckgleichgewicht in dem hydraulischen Umformer eingestellt werden. Am hydraulischen Umformer ist ein Hochdruckanschluss 51 vorgesehen, bei dem ein Fluidstrom QH unter einem Druck PH in den Hydrauliktransformer fließt. Ein Fluidstrom QN tritt unter einem Druck von PN an einem Effektivdruckanschluss 52 aus dem hydraulischen Umformer aus. Der Energiegehalt beider Ströme ist der gleiche und deshalb ist, wenn PH > PN dann QH < QN Der Unterschied zwischen den beiden Fluid- strömen wird an dem Niedrigdruckanschluss 53 mit einem Druck von P und einem Fluidstrom QL zugeführt, so dass Q = Q - Q ist. Die Druckverhältnisse werden durch Drehung der Welle 54 eingestellt. Diese Welle kann mittels eines Steuersystems bewegt werden; es ist auch möglich, eine feste Einstellung beizubehalten, so dass das Druckverhältnis zwischen PH, PN und PL fest ist.
Fig. 12 zeigt die Art einer Frontplatte 57, die in dem hydraulischen Umformer 50 in Fig. 11 verwendet wird. Die Frontplatte 57 weist drei Öffnungen 55 auf, die durch Stege 58 getrennt werden und die eine Abdichtkante 56 haben. Die Frontplatte 57 kann mittels der Welle 54 um ihre Achse gedreht werden.
Fig. 13 zeigt eine Anwendung eines hydraulischen Umformers 61. Mittels einer Pumpe 60 wird Öl auf einen Druck p1 gebracht, wobei p1 z. B. 400 bar beträgt. Dieser Druck ist besonders geeignet für einen Hydraulikmotor 62, der mittels eines Ventils 66 und/oder mittels der Einstellung des Hubvolumens, welches in dem Motor zur Verfügung stehen kann, betrieben wird. Schwankungen im Öldruck werden durch einen Speicher 64 aufgenommen. Ein Linearantrieb 63 ist für einen maximalen Druck p2 geeignet, wobei p2 z. B. 180 bar beträgt. Der Linearantrieb 63 wird durch ein Ventil 66 betrieben und es ist ein Speicher 65 für die Aufnahme von Druckschwankungen im Druck p2 vorgesehen. Um den Druck p1 auf p2 abzusenken, wird ein hydraulischer Umformer 61 verwandet, wobei der hydraulische Umformer eine feste Einstellung haben kann und ohne weitere Steuerung auf den Fluidstrom, der von dem Linearzylinder aufgenommen wird, reagieren kann. Wenn die Zylindergeschwindigkeit innerhalb gewisser Schranken bleiben muss, kann der hydraulische Umformer 61 mit einer Steuerung versehen sein.
Fig. 14 zeigt eine andere Anwendung eines hydraulischen Umformers 72. Hierbei hat eine Hochgeschwindigkeitspumpe 70 einen Saugdruck p4 und einen Auslassdruck p3. Der Saugdruck p4 muss immer über einem bestimmten Wert, z. B. 5 bar, liegen, weil sich sonst Kavitation in der Pumpe 70 ausbilden wird. Der Saugdruck p4 wird von einem hydraulischen Umformer 72 bereitgestellt, der sicherstellt, dass der Druck p3 in den Saugdruck p4 umgewandelt wird, wobei Öl von einem Tank 73 zugeführt wird. Ein kleiner Speicher 75 ist zwischen der Pumpe 70 und dem hydraulischen Umformer 72 angeordnet, um die Druckschwankungen auszugleichen. Auf der Druckseite der Pumpe können mehrere Verbraucher 71 vorgesehen sein, wobei der hydraulische Umformer 72 auch auf die sich ändernden Volumenströme reagieren kann, wenn die Pumpe eine steuerbare Förderung aufweist. Zwischen der Pumpe 70 und dem hydraulischen Umwandler 72 ist ein Speicher 74 angeordnet.
Eine andere Anwendung ist das Heben einer variablen Last mittels eines Hydraulikzylinders, dem Energie unter einem konstanten hohen Druck zugeführt wird und unter einem veränderlichen Druck verwendet wird. Indem dieser Druck und die Drehrichtung des Rotors 26 mittels eines Sensor gemessen wird, kann die Einstellung der Frontplatte 20 im Hinblick auf die gewünschte Bewegung berechnet werden. Auch ist es nach der Umkehr der Bewegungsrichtung möglich, die Energie, die durch den Effekt der Last frei wird, wieder in einen höheren Druck als den Druck, der in dem Hydraulikzylinder herrscht, umzuwandeln, und die Energie zur Wiederverwertung wieder zu gewinnen.
In den hier gezeigten Ausführungsformen wurde der hydraulische Umwandler immer als eine getrennte Einheit dargestellt. Im Zusammenhang mit der Einsparung von Kosten und der Verbesserung der Leistung der Regelung und einer möglichen Instabilität, kann der hydraulische Umformer mit einem hydraulischen Motor kombiniert werden. Dies verbessert die Fähigkeit, Lastschwankungen Rechnung zu tragen, wobei gleichzeitig die verschiedenen linearen oder rotierenden Hydraulikmotoren mit einem Fluidnetzwerk verbunden sing, in dem ein konstanter hoher Druck herrscht.

Claims

1. Hydraulischer Druckumformer zur Umwandlung einer hydraulischen Kraft eines ersten Fluidstroms (QH) mit einem ersten Druck (PH) in die hydraulische Kraft eines zweiten Fluidstrom (QN) mit einem zweiten Druck (PN) durch Zuführen oder Abführen eines dritten Fluidstroms (QL) mit einem dritten Druck (PL), mit einem Gehäuse (3, 11), welches mindestens drei Leitungsanschlüsse (16; 51, 52, 53) zum Verbinden der Fluidströme mit dem hydraulischen Druckumformer aufweist, mit einem um eine Drehwelle in dem Gehäuse frei drehbaren Rotor (26), mit um die Drehwelle verteilt angeordneten Kammern (24), die mit Verdrängern ausgestattet sind, welche mit Antriebsmitteln gekoppelt sind, die während der Drehung des Rotors die Verdränger relativ zu den Kammern bewegen und dabei das Volumen in den Kammern zwischen einem minimalen und einem maximalen Wert verändern, wobei die Verdränger eine von dem Druck in der Kammer abhängige Kraft auf den Rotor ausüben, welche in Abhängigkeit von der Drehposition der Kammer relativ zu den Antriebsmitteln ein Antriebsdrehmoment am Rotor erzeugt, sowie mit Kanälen (19, 22), die mit durch die Drehung des Rotors betätigten Ventilen (20, 21; 57) ausgestattet sind, welche abwechselnd jede Kammer mit einem der Leitungsanschlüsse verbinden, dadurch gekennzeichnet, dass Einstellmittel (7, 9, 10; 54) vorgesehen sind, um die Drehposition der Antriebsmittel bezogen auf eine geöffnete Stellung der Ventile (20; 57) einzustellen.

2. Hydraulischer Druckumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehposition der Antriebsmittel (29) bezüglich des Gehäuses (3) festgelegt ist und dass die geöffnete Stellung der Ventile (20; 57) durch die Einstellmittel (7, 9, 10; 54) relativ zum Gehäuse einstellbar ist.

3. Hydraulischer Druckumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (24) über einen mindestens dreier Kanäle (19; 55) durch eine Frontplatte (20; 57) mit einem der Leitungsanschlüsse (16; 51, 52, 53) verbunden sind und dass die Drehposition der Frontplatte (20, 57) im Gehäuse (3) einstellbar ist.

4. Hydraulischer Druckumformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontplatte (20; 57) im Gehäuse (3) mit Hilfe der Einstellmittel (7, 9, 10) drehbar ist.

5. Hydraulischer Druckumformer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Einstellmittel (7, 9, 10) durch eine Steuerung gesteuert sind und der mit einem Hydraulikmotor verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung mit einem Drucksensor verbunden ist, der in dem Leitungsanschluss (16, 30, 31, 33; 51, 52, 53) zwischen dem Hydraulikmotor und dem hydraulischen Druckumformer angeordnet ist.

6. Hydraulischer Druckumformer nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Frontplatte (20; 57) drei Kanäle (19; 55) aufweist, zwischen denen eine Strebe (32; 34; 58) vorgesehen ist, wobei durch die Strebe während der Drehung des Rotors (26) ein zu einer Kammer (24) führender Kanal (22) abdichtbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (32; 34; 58) so bemessen ist, dass die Kammer (24) nur über eine Drehung des Rotors von nicht mehr als 2º vollständig abgedichtet ist.

7. Hydraulischer Druckumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (32; 34; 58) so bemessen ist, dass die Kammer (24) über eine Drehung des Rotors von etwa 1º vollständig abgedichtet ist.

8. Hydraulischer Druckumformer nach einem der vorhergehenden Ansprüche oder nach einer Kombination dieser Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der hydraulische Druckumformer an einem Hydraulikmotor montiert ist.

9. Hydraulische Druckumformer nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hydraulikmotor ein Linearzylinder ist.

10. Hydrauliksystem mit einer Hydraulikpumpe (60) zum Erzeugen eines Fluidstroms mit einem im Wesentlichen konstanten ersten Druck (p1) und mit einem hydraulischen Druckumformer (61) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Umwandeln des Fluidstroms mit dem ersten Druck (p1) in einen Fluidstrom mit einem zweiten Druck (p2), dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellmittel (7, 9, 10; 54) mit Steuerungsmitteln versehen sind, welche den Strom zu Verbrauchern des zweiten Drucks (p2) regeln.

11. Hydrauliksystem mit einer Hydraulikpumpe (70) zum Erzeugen eines Ölstroms an seinem Ausgang, mit mindestens einem mit der Hydraulikpumpe verbundenen Verbraucher (71) und mit einem Tank (73) zum Auffangen des verwendeten Öls vom Verbraucher, dadurch gekennzeichnet, dass an den Einlaß der Hydraulikpumpe (70), an den Tank (73) und an den Auslaß der Hydraulikpumpe ein hydraulischer Druckumformer (72) angeschlossen ist, welcher dazu ausgelegt ist, am Einlaß der Hydraulikpumpe einen Öldruck (p4) bereitzustellen, der höher ist als der Druck im Tank.