-
Die
Erfindung betrifft eine Energiewandlereinrichtung, insbesondere
zum Wandeln von mechanischer in hydraulische Energie und von dieser
in elektrische Energie.
-
Zu
den erneuerbaren Energie-Ressourcen gehört auch die Energie von Meereswellen,
deren Energiepotential geschätzt
etwa 15% des weltweiten Strombedarfs decken könnte. Meereswellen stellen von
Natur her eine zeitlich und räumlich
weniger regelmäßige, aber
nicht weniger energiereiche Art der Meeresbewegung dar, wie beispielsweise
die bekannte Tidenhubbewegung.
-
Die
technische Umsetzung für
einen hieraus sich ergebenden Energieerhalt kann dabei auf verschiedenen
Prinzipien basieren. Ein mögliches
Umsetzungsprinzip basiert auf ein im Wasser schwimmendes Zweimassensystem,
wobei die beiden eingesetzten Massen aufgrund deutlich voneinander verschiedener
Eigenfrequenzen unterschiedliche Relativbewegungen zueinander aufweisen
bedingt durch die Wellenbewegung. Die dahingehenden Relativbewegungen
der Massen zueinander können
in Pumpbewegungen von Arbeitszylindern, wie Hydraulikzylindern,
umgesetzt werden, um dann dergestalt beispielsweise über einen
Generator elektrische Energie zu erhalten, welche insoweit die hydraulische Energie
durch die Arbeitszylinder, hervorgerufen durch die mechanische Energie
in Form der Wellenbewegung, in nutzbaren Strom umsetzt.
-
Durch
die
DE 601 15 509
T2 ist eine dahingehende, sogenannte punktabsorbierende
Wellenenergie-Umwandlungseinrichtung zur Gewinnung von Energie aus
der Wellenbewegung an der Oberfläche eines
Flüssigkeitskörpers und
mit Dimensionen klein gegenüber
der Wellenlänge
der vorherrschenden Welle bekannt. Die bekannte Lösung weist
zwei relativ gegeneinander bewegbare Einrichtungen in der Art zweier
bewegbarer Einzelmassen auf, wobei die erste Einrichtung einen Schwimmkörper und
die zweite Einrichtung einen untergetauchten Körper unterhalb der Oberfläche des
Flüssigkeitskörpers aufweist.
Ferner sind zwischen diesen beiden Masse-Einrichtungen hydraulische
Arbeitszylinder angeordnet, die bedingt durch die Relativbewegung
der Einzelmassen zueinander, hervorgerufen durch die Wellenbewegung,
Hubbewegungen ausführen
für einen
Energietransfer von mechanischer in elektrische Energie.
-
Bei
dahingehenden im Wasser schwimmenden Zweimassensystemen ergibt sich
häufig
ein zeitlicher Versatz zwischen der Bewegung der Welle und der nachgeführten Bewegung
mindestens einer der Massen des Zweimassensystems mit der Folge, dass
die Massenbewegung aufgestoppt oder zumindest verlangsamt werden
kann, was beispielsweise der Fall ist, wenn die Amplitude der Welle
nach Durchlaufen eines Wellentals bereits wieder ansteigt, während zumindest
eine der beiden Massen sich zeitlich nachfolgend noch in der Abwärtsbewegung
in Richtung des Wellentals befindet und in dieser Bewegung dann
durch die bereits aufsteigende Welle verlangsamt oder gar angehalten
wird. Durch dieses „retardierende
Moment” wird
die beschriebene Energieumwandlung beeinträchtigt oder gar zum Erliegen gebracht.
Um diesen Ausfallerscheinungen zu begegnen, ist in der
PCT-WO 2005/069824 A2 eine
Energiewandlereinrichtung beschrieben, die es erlaubt, unter Einbezug
einer entsprechenden Sensorik einen Generator zur Stromerzeugung,
hervorgerufen durch die Wellenbewegung, und eine entsprechende mechanische
Wandlerstrecke in Form eines Zahnstangentriebes derart kurzzeitig
in einen Motorbetrieb umzuschalten, dass zumindest ein Teil der
vorher gewonnenen Energie wieder eingesetzt werden kann, um eine
bedingt durch die Wellenbewegung in Richtung des Stillstandes gesetzte
Masse derart anzutreiben, dass die angesprochenen Totpunktphasen überwunden
sind. Je nach den tatsächlichen
Gegebenheiten der Wellenbewegung kann dann die Energiewandlereinrichtung
entweder als Generator im Energiegewinnmodus oder im Motorbetrieb
als antreibende Steuerkraft für
die jeweilige Masse der Energiewandlereinrichtung eingesetzt werden,
um so eine Grundbewegungssituation sicherzustellen, aus der heraus
sich die Masse leichter von der Welle bewegen läßt, als wenn sie einen verlangsamten
Zustand oder gar Ruhezustand einnimmt. Trotz der insoweit verbesserten
Energieausbeute geht aber für das
Ansteuern der Masse aus der jeweiligen Wellen-Totpunktzone heraus
Energie im Motorbetrieb der Einrichtung wieder verloren, was insgesamt
die mögliche
Energieausbeute reduziert.
-
Die
Größe, Höhe und die
Frequenz einer Wellenbewegung ist sehr variabel und somit auch der Absolutwert
von Bewegungsgrößen wie
auch der dahingehende Relativwert der von ihr angeregten Körper in
Form der bewegten Einzelmassen. Aufgrund des variablen Verhaltens
der Wellenbewegung hat es sich in der Praxis gezeigt, dass die Umwandlung
der hiermit in Verbindung stehenden mechanischen Energie in elektrische
Energie Probleme bereitet, in dem Sinne, dass keine gleichmäßige Stromabgabe erreicht
ist und/oder dass aufgrund von Rückkopplungsprozessen
die „mechanische
Wellenmaschine” angehalten
wird, indem die jeweiligen Arbeitszylinder in ihrer Bewegung angehalten
oder zumindest stark verlangsamt werden.
-
Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Energiewandlereinrichtung zu schaffen, die nahezu rück kopplungsfrei
und mit sehr guter Ausbeute unterschiedliche Energieformen ineinander
umwandeln kann. Eine dahingehende Aufgabe löst eine Energiewandlereinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
-
Die
erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung
setzt als Energietransportmedium ein Steuerfluid ein, das in zwei
unterschiedlichen Steuerkreisen geführt ist, die für einen
Energietransfer über eine
Kopplungseinrichtung miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei
der eine Steuerkreis der Energieeinspeisung, insbesondere in Form
von mechanischer Energie, und der andere Steuerkreis dem Energieabtransport
in Form gewandelter Energie, insbesondere elektrischer Energie dient.
Durch die Aufteilung in zwei unterschiedliche Steuerkreise läßt sich
die dazwischen angeordnete Kopplungseinrichtung betreiben mit der
Folge, dass die Energieeinspeisung im einen Steuerkreis vom Energieabtransport
im anderen Steuerkreis zumindest insoweit voneinander separiert
ist, dass sie in ihrem Betrieb sich nicht gegenseitig stören mit
der Folge, dass nachteilige Rückkopplungseffekte,
insbesondere in Richtung der Energieeinspeisung für die Wandlereinrichtung mit
Sicherheit vermieden ist.
-
Es
ist für
einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet der Energiewandlung überraschend, dass
er trotz Einsatz einer Kopplungseinrichtung, die für ihren
Betrieb einen Teil der zu wandelnden Energie benötigt, zu verbesserten Energieübertragungsergebnissen
bei der Wandlung kommt. Insbesondere ist auch eine verbesserte homogene
Abgabe elektrischer Energie an die insoweit angeschlossenen Verbraucher
auch in Form von Batteriekapazitäten
erreicht. Die Wandlereinrichtung läßt sich darüber hinaus mit ihren Komponenten
kostengünstig
realisieren und ist funktionssicher im Gebrauch.
-
Die
erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung
braucht nicht auf den Einsatz bei Wellenenergieanlagen eingeschränkt zu bleiben,
sondern vielmehr ist hier eine Vielzahl an Anwendungsmöglichkeiten
denkbar, beispielsweise im Bereich von Windkraftanlagen, bei denen
mit vergleichbarer Problematik, wie oben skizziert, mechanische
Rotorbewegungen in elektrischen Strom umzuwandeln sind. Auch kann
die Energiewandlungskette in dem Sinne umgekehrt werden, dass man
beispielsweise elektrische Grundenergie unter Einsatz hydraulischer
Energie als Zwischenmedium in mechanische Energie rückkopplungsfrei
umwandelt.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Energiewandlereinrichtung
ist vorgesehen, dass die Kopplungseinrichtung einen Hydromotor aufweist,
der in den einen Steuerkreis geschaltet über eine Getriebeverbindung
mit vorgebbarer Übersetzung
die auch 1:1 sein kann, eine erste Hydropumpe mit variablem Hubvolumen
antreibt, die in den anderen Steuerkreis geschaltet ist. Aufgrund des
variablen Hubvolumens der genannten Hydropumpe wird diese über den
Hydromotor nur insoweit angetrieben, als bedingt durch die Wellenenergie
das Steuerfluid als Energietransportmedium insoweit auch Energie
abzugeben hat, d. h. der Energie abgebende Steuerkreis stellt sich
von seinem Abgabeleistungsverhalten her auf das Wellen-Massen-Modell entsprechend
ein. In entsprechender Weise wird bei einer bevorzugten Ausführungsform
dann auch die Energieabgabe bzw. der Energieabtransport im zweiten
Steuerkreis über
einen Hydromotor mit ansteuerbarem, variablem Hubvolumen geregelt.
-
Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Energiewandlereinrichtung
sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
-
Im
folgenden wird die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung
anhand eines Ausführungsbeispiels
nach der Zeichnung näher
erläutert.
Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die
-
1 den
grundsätzlichen
Aufbau einer Wandlereinheit zum Wandeln von mechanischer Wellenenergie
in hydraulische Energie;
-
2 in
der Art eines Arbeitsdiagramms das jeweilige Arbeitsvermögen der
Wandlereinrichtung nach der 1, aufgetragen über einem
Kräfte-Weg-Diagramm;
-
3 und 4 in
der Art eines hydraulischen Schaltplans die entlang einer fiktiven
Schnittlinie S-S in zwei Teilbilder mit unterschiedlichem Maßstab aufgeteilte
Gesamtlösung
einer Energiewandlereinrichtung unter Einbezug der Wandlereinheit
nach der 1.
-
Die
in der 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Wandlereinheit
ist in der Art einer Schwimmboje aufgebaut und weist neben einem
sog. Pfahlschwimmer 12 einen Torus- oder Ringschwimmer 14 auf. Aufgrund
unterschiedlicher Eigenfrequenzen führen je nach Anregung beide
Körper
eine Relativbewegung aus. Die mit der unterschiedlichen Wellenbewegung
einhergehende, unterschiedliche Massenbewegung wird an eine Verdrängereinrichtung 18 weitergeleitet,
die aus einzelnen hydraulischen Arbeitszylindern 19 besteht,
die auf ihrer Kolbenseite mit dem Pfahlschwimmer 12 verbunden
sind und auf ihrer Stangenseite mit dem Ringschwimmer 14.
Die dahingehende, als Ganzes mit 10 bezeichnete Wandlereinheit
ist in der 3 in der Art eines Regelschaltbildes
als Feder-Masse-Schwinger mit entsprechendem Dämpfungsglied exemplarisch wiedergegeben, wobei
die Welleneinleitung exemplarisch nach Weg (x-Welle) und Geschwindigkeit (v-Welle)
als Summen-Eingangssignal im symbolisch dargestellten Blockschaltbild 20 erfaßt ist.
-
Aufgrund
der unterschiedlichen Bewegungen von Pfahlschwimmer 12 zu
Ringschwimmer 14 kommt es bei der Verdrängereinrichtung 18 zu
einer Pumpbewegung der einzelnen hydraulischen Arbeitszylinder 19 und
die hierdurch gewonnene hydraulische Energie kann grundsätzlich einem
Hydromotor zugeführt
werden, der daraufhin direkt einen Generator zur Erzeugung elektrischer
Energie antreiben könnte,
was jedoch zu den bereits eingangs erwähnten Rückkopplungss- sowie Stabilitätsproblemen
führt.
Grundsätzlich
gelten dabei die folgenden Formelzusammenhänge: Energie:
W = ∫F·ds Leistung: d W|dt = F·ν
dW|dt = p·A·ν
-
Einerseits
ist die Kraft F eines Zylinders 19 proportional dem auf
seine Kolbenfläche
wirkenden Druck p, der durch die Last erzeugt wird, die sich aus der
gegenläufigen
Relativbewegung zwischen Pfahlschwimmer 12 und Ringschwimmer 14 ergibt,
und andererseits hängt
die aus der Wellenenergie durch die Relativbewegungen der Massen
M1 und M2 gewinnbare Kraft von verschiedenen Faktoren ab, insbesondere
von dem Energieinhalt der beteiligten Partner und die bestimmenden
Faktoren sind hierbei durch die gewählte Masse und die erzielten
Geschwindigkeiten gegeben. Läßt man beispielsweise die
Betätigungskolben
der einzelnen Zylinder 19 nahezu kraftlos pumpen, dann
ergibt sich gemäß der Darstellung
nach der 2 zwar ein maximaler Hub, aber
der erzeugbare Druck ist dabei nahezu Null und damit auch die Leistung
und die hieraus gewinnbare Energie. Der dahingehende Kurvenverlauf
ist in der 2 mit 22 bezeichnet.
Durch eine sehr hohe oder überhöhte Kraft
ist dann zwar der Druck maximal aber die Zylinderbewegung an sich
ist blockiert, d. h. die gewünschte
Relativbewegung geht gegen Null und ebenso die damit erzeugbare
Energie. Die da hingehende Situation ist qualitativ im Diagramm nach der 2 als
Kurvenverlauf mit 24 bezeichnet.
-
Der
maximal mögliche
Energiegewinn liegt mithin zwischen diesen zwei Extremen, also bei
einer mittleren Kraft auf den Kolben des Zylinders 19,
der insoweit einen ausreichend großen Relativ-Hub zuläßt, wobei
diese mittlere, die Bewegung nur mäßig reduzierende Kraft nicht
konstant ist, sondern sich als Funktion der Relativgeschwindigkeit
ergibt, wenn man den Energieinhalt einer Welle möglichst optimal nutzen will.
Dies hat zur Folge, dass sich diese Kraft wie die Relativgeschwindigkeit
während
eines Hubes verändern
muß, wobei
sich die dahingehend optimale Energiekurve 26 als Mittel
zwischen den Extremkurven 22 und 24 (vgl. 2)
ergibt. Aufgrund dieses tatsächlichen
Wellenmodells wäre
eine sinnvolle Energieentnahme in Form elektrischer Energie unter Einsatz
eines direkt an den Steuerkreis angeschlossenen Hydromotors nebst
Generator kaum sinnvoll und könnte
in der Art einer Rückkopplung
oder Rückwirkung
zum Stillstand der Wellenenergieaufnahmeeinrichtung in Form der
Wandlereinheit 10 führen. Die
im folgenden noch näher
beschriebenen Reglereinrichtungen sollen dazu dienen, die dahingehend optimierte
Energiekurve 26 im Betrieb der Wandlereinrichtung im wesentlichen
zu gewährleisten.
-
Im
folgenden wird nun die Energiewandlereinrichtung anhand der Schaltplandarstellung
nach den 3 und 4 näher erläutert werden.
Die 3 und 4 zeigen entlang der Schnittlinie
S-S und den beiden Knotenpunkten zusammengesetzt die Wandlereinrichtung
als Ganzes und die Auftrennung in die beiden Figuren mit unterschiedlichen Maßstäben erfolgte
wegen einer verbesserten Darstellung. Wie bereits dargelegt, dient
die Energiewandlereinrichtung im vorliegenden Ausführungsbeispiel
dem Wandeln von mechanischer Wellenenergie in hydraulische Energie
und von dieser in elektrische Energie. Als Energietransportmedium
dient ein Steuerfluid, insbesondere in Form eines Steuer- oder Hydrauliköls. Das
dahingehende Steuer fluid wird in zwei unterschiedlichen Steuerkreisen 28, 30 geführt, wobei
die 3 im wesentlichen der Darstellung des Steuerkreises 28 dient
und die 4 der Darstellung des Steuerkreises 30.
-
Die
beiden Steuerkreise 28, 30 sind insbesondere über eine
Kopplungseinrichtung 32, die dem Energietransfer dient,
miteinander in Wirkverbindung. Dabei dient der eine Steuerkreis 28 der
Energieeinspeisung, insbesondere in Form der mechanischen Wellenenergie,
und der andere Steuerkreis 30 dient dem Abtransport von
Energie in Form von elektrischer Energie, die aus der hydraulischen
Energie erhalten ist. Die Kopplungseinrichtung 32 weist
einen Hydromotor 34 auf, der in den ersten Steuerkreis 28 fluidführend geschaltet
ist, und, wie die Darstellung nach der 3 zeigt,
ist der Hydromotor 34 auf der gegenüberliegenden Seite des Steuerkreises 28 bezogen
auf die Wandlereinheit 10 angeordnet. Der Hydromotor 34 ist
ferner über
eine übliche
Getriebeverbindung 36 mit vorgebbarer Übersetzung an eine erste Hydropumpe 38 angeschlossen,
die über
ein einstellbares variables Hubvolumen verfügt gemäß der schaltbaren Darstellung
nach der 3. Die Getriebeverbindung 36 ist
für die
Funktion der erfindungsgemäßen Lösung aber
nicht zwingend notwendig. Die dahingehende Hydropumpe 38 ist
in den anderen Steuerkreis 30 fluidführend geschaltet und pumpt
insoweit das Steuerfluid des zweiten Steuerkreises 30 um.
-
Wie
bereits dargelegt, dient zur Energieeinspeisung in den einen ersten
Steuerkreis 28 die eine erste Wandlereinheit 10,
die insoweit die mechanische Wellenenergie in hydraulische Energie
umwandelt, indem die erste Wandlereinheit 10 die Verdrängereinrichtung 18 mit
den einzelnen hydraulischen Arbeitszylindern 19 betätigt, wobei
die jeweiligen Arbeitszylinder 19 je nach Bewegungsrichtung
in gegenläufiger
Richtung das Fluid im Steuerkreis 28 hin und her pumpen.
Das Steuerfluid des ersten Steuerkreises 28 wird also mittels
der Verdrängereinrichtung 18 gegenläufig in
die Teilkreise 40, 42 des ersten Steuerkreises 28 eingespeist.
Sofern hier die Teilkreise 40, 42 angesprochen
sind, betreffen diese auch die jeweilige Teilfluidführung vor
einer nachfolgend aufgezeigten Graetz-Schaltung 44. Das
insoweit verdrängte
Volumen des jeweiligen Arbeitszylinders 19 wird in Analogie
zur Elektrotechnik mittels der Graetz-Schaltung 44 als
Gleichrichterschaltung gleichgerichtet, wobei die Graetz-Schaltung
mittels vier federbelasteter Rückschlagventilen 46 gemäß der Darstellung
nach der 3 realisiert ist.
-
Des
weiteren ist in Blickrichtung auf die 3 gesehen
für den
oberen Teilkreis 40 ein üblicher Hydrospeicher 47 vorgesehen,
der dem Ausgleich von Leckagen und/oder Kavitationserscheinungen
dient und wie die Graetz-Schaltung 44 über ein
Druckbegrenzungsventil 48 gegenüber dem unteren Teilkreis 42 abgesichert
ist. Im Hinblick auf die Graetz-Schaltung 44 ist jedenfalls
sichergestellt, dass der Hydromotor 34 nur in einer Richtung
angetrieben wird, der über
das Getriebe 36 die hydraulische Leistungsabgabe vom ersten
Steuerkreis 28 in den zweiten Steuerkreis 30 ermöglicht.
Insgesamt ist das Getriebe 36 in der Art eines hydrostatischen
Getriebes ausgebildet und, um eine Ansteuerung der Hydropumpe 38 von
0 bis 100% Fördervolumenmenge
zu erreichen, dient eine erste Regelung 50, die insoweit
für die
optimale Leistungsabnahme der Wellenenergie aus der ersten Wandlereinheit 10 dient.
-
Der
insoweit eingesetzte Regler 52 ist mit einer Sättigungskurve
versehen und gleicht einen Δpist-Wert mit einem vorgebbaren Δpsoll-Wert ab, wobei der Δpist-Wert
sich aus einer Druckdifferenz der Drücke in den Teilkreisen 40, 42 des
ersten Steuerkreises 28 ergibt und der Δpsoll-Wert
ergibt sich aus einem Δv-Wert,
der die resultierende, sich ändernde Geschwindigkeitsdifferenz
darstellt bezogen auf die Relativbewegung der Massen M1 und M2 von
Pfahlschwimmer 12 und Ringschwimmer 14. Der Einbezug
weiterer sensorerfaßter
Kennwerte der Wandlereinheit 10 in die Regelung wäre hier
möglich,
wie Verfahrweg x oder Kraftaufbringung F etc.. Mit der aufgezeigten
Regelung wird aber immer optimal die jeweils vorliegende mechanische
Wellenenergie in hydraulische Antriebsenergie für den zweiten Steuerkreis 30 umgesetzt.
Aufgrund von Umweltbedingungen wurde hier bevorzugt ein geschlossenes
System zum Einsatz gebracht, wobei bei einem sog. offenen System auch
nur ein Drucksensor P des hydraulischen ersten Steuerkreises 28 ausreicht,
um in sinnfälliger
Weise eine Eingangsgröße für die erste
Regelung 50 zu treffen.
-
Für den Energieabtransport
aus dem weiteren zweiten Steuerkreis 30 dient eine zweite,
als Ganzes in der 4 mit 54 bezeichnete
Wandlereinheit, die die hydraulische Energie in elektrische Energie
umwandelt. Hierfür
weist die zweite Wandlereinheit 54 eine weitere Verdrängungseinrichtung
in Form eines Hydromotors 56 auf, der zur Erzeugung elektrischer
Energie einen Generator 58 antreibt. Für die dahingehende Energieumwandlung
von hydraulischer Energie in elektrische Energie dient für die optimale
Leistungsabgabe an das elektrische Netz eine zweite Regeleinrichtung 60,
die in der Art einer Schlupfregelung ausgebildet ist. Insbesondere
ist der Ausgang der zweiten Regeleinrichtung 60 an den
Hydromotor 56 derart angeschlossen, dass dessen Hubvolumen
in ansteuernder Weise variierbar ist. Als Regler 62 der
zweiten Regeleinheit 60 dient ein sog. PID-Regler mit angeschlossener
Sättigungskurve. Zur
Realisierung der angesprochenen Schlupfregelung dient als Bezugsgröße unter
anderem das Drehmoment T(Torque) des Generators 68 sowie
seine Wellendrehzahl w. Mit der angesprochenen Schlupfregelung ist
es möglich,
die elektrische Ausgangsleistung des Generators 68 auf
einem optimalen Ausgangspunkt zu halten unabhängig von der tatsächlichen
Leistungseingangsgröße im Hinblick
auf die Abgabeleistung der Hydropumpe 38 mit variablem
Hubvolumen. Zur Realisierung des variablen Hubvolumens von Hydropumpe 38 und
Hydromotor 56 dient in üblicher
Weise eine schräggestellte
Steuerscheibe, deren wirksamer Neigungsgrad von der jeweiligen Regeleinrichtung
vorgebbar ist.
-
Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
ist die dahingehende Schlupfregelung gemäß der Darstellung nach der 4 von
einer sog. Feed-Forward-Regelung 64 der
hydraulisch verfügbaren
Leistung überlagert,
die als Eingangswert die Druckdifferenz Δp in den Teilkreisen des zweiten Steuerkreises 30 vor
und hinter der in beiden Verstellrichtungen wirkenden Hydropumpe 56 mittels zweier
Drucksensoren P abgreift. Die dahingehende Druckdifferenz Δp dient als
Indikator für
die erhältliche
hydraulische Energie bezogen auf den zweiten Steuerkreis 30.
Hydromotor 56 und Generator 58 sind für eine bestimmte
maximale Durchflußrate
ausgelegt, die letztendlich durch die hydraulischen Arbeitszylinder 19 der
ersten Verdrängereinrichtung 18 vorgegeben
ist. Im übrigen
wäre auch
für beide
Kreise ein offen ausgebildetes System möglich.
-
Nimmt
die Durchflußrate
beispielsweise aufgrund kleinerer Wellenbewegung an der ersten Wandlereinheit 10 ab,
nimmt auch insoweit der Steuerdruck im zweiten Steuerkreis 30 ab.
Der dahingehende Antriebsdruck für
den Hydromotor 56 kann dann derart auf niedrige Werte sinken,
dass es zu Kavitationen kommt, die in Rückwirkung zum Stillstand der
gesamten Energiewandlereinrichtung führen können. Um diesem Problem Herr
zu werden, ist die angesprochene Schlupfregelung von der genannten Feed-Forward-Regelung 64 überlagert
mit der Folge, dass, sofern die Durchflußrate zurückgeht, der Hydromotor 56 derart
angesteuert wird, dass er auch nur eine kleinere Durchflußrate benötigt mit
der Folge, dass dann zwar auch die Ausgangsleistung für den Generator 68 sinkt,
jedoch ohne dass es zu Stillstandserscheinungen der gesamten Wandlereinrichtung
kommt. Insoweit erlaubt die Regelung 60, 64 also
eine Einstellung der elektrischen Ausgangsleistung des Generators 68 für unterschiedlichste
Wellenamplituden bezogen auf die Eingangsseite in Form der ersten
Wandlereinheit 10.
-
Auch
der zweite Steuerkreis 30 kann mit einer Hydrospeichereinheit 66 versehen
sein zwecks Speicherung hydraulischer Energie und im übrigen ist auch
der zweite Steuerkreis 30 über ein Druckbegrenzungsventil 68 abgesichert
und die gezeigten Rückschlagventile 70 des
zweiten Kreises dienen dazu, dass nicht Schwingungen des hydraulischen Kreises
auftreten können
oder dass ungewollt ein Rücklauf
in die falsche Richtung für
das Steuerfluid des zweiten Kreises 30 stattfindet.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung braucht
nicht auf den Einsatz bei Wellenenergieanlagen eingeschränkt zu sein,
sondern kann beispielsweise auch für sonstige Energieanlagen,
wie Windkraftanlagen und dergleichen mehr, eingesetzt werden. So
kann beispielsweise eine nicht näher
dargestellte hydraulische Arbeitspumpe die mechanische Energie der
Abtriebswelle einer Windkraftanlage entsprechend in hydraulische
Energie des ersten Steuerkreises 28 umwandeln und insoweit
an die Stelle der beschriebenen hydraulischen Arbeitszylinder 19 treten.
Auch bestünde
die Möglichkeit,
in Umkehrrichtung zu der Darstellung nach der 4 ausgehend
von der zweiten elektrischen Wandlereinheit 54 in umgekehrter Richtung
mechanische Energie an der ersten Wandlereinheit 10 möglichst
verlustfrei zur Verfügung
zu stellen.
-
Das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
einer Energiewandlereinrichtung kommt dem Grunde nach auch ohne
die Realisierung einer Graetz-Schaltung aus. Im dahingehenden Fall
muß jedoch
die eingesetzte Hydropumpe in beide Richtungen schwenkbar sein;
sie übernimmt
dann insoweit die Gleichrichtung und es fällt die Betragsbildung im Regler
weg. Anstelle der Sensorinformation der Relativgeschwindigkeit kann
in analoger Weise auch ein Volumenstromsensor im Steuerkreis 28 oder
die Drehgeschwindigkeit (Tachogenerator) der Hydromotor 34 verwendet
werden. Dies hat den Vorteil, dass kein Sensor den rauhen Umweltbedingungen ausgesetzt
wird.
-
Wie
bereits dargelegt, wurde in den 3 und 4 der
einfacheren Darstellung wegen nur das offene System mit Tank gezeigt.
Indem der Tank durch einen weiteren Speicher ersetzt wird (nicht
dargestellt), kann ein geschlossenes System abgebildet werden, welches
besonders vorteilhaft für
rauhe Umgebungsbedingungen ist. Dabei ist ein Speicher in 3 in
den zweiten Teilkreis 42 anstelle des gezeigten Tanks im
Bereich des Bezugszeichens 44 zu schalten und der entsprechende
Hydrospeicher in der 4 wäre anstelle des dort gezeigten
Tanks zwischen den Rückschlagventilen 70 und
dem Druckbegrenzungsventil 68 einzusetzen.