WO2009106213A2 - Energiewandlereinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiewandlereinrichtung, insbesondere zum Wandeln von mechanischer in hydraulische Energie und von dieser in elektrische Energie, die als Energietransportmedium ein Steuerfluid einsetzt, das in zwei unterschiedlichen Steuerkreisen geführt ist, die für einen Energietransfer über eine Kopplungseinrichtung (32) miteinander in Wirkverbindung stehen, wobei der eine Steuerkreis (28) der Energieeinspeisung, insbesondere in Form von mechanischer Energie, und der andere Steuerkreis dem Energieabtransport in Form gewandelter Energie, insbesondere elektrischer Energie, dient.

Description

Energiewandlereinrichtung

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 Tidenhub- bewegung.

Die technische Umsetzung für einen hieraus sich ergebenden Energieerhalt kann dabei auf verschiedenen Prinzipien basieren. Ein mögliches Umsetzungsprinzip basiert auf ein im Wasser schwimmendes Zwei massensystem, 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 Arbeitszyl indem, 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 punktab- sorbierende Wellenenergie-Umwandlungseinrichtung zur Gewinnung von Energie aus der Wellenbewegung an der Oberfläche eines Flüssigkeitskörpers und mit Dimensionen klein gegenüber der Wellenlänge der vorherrschenden Wel le bekannt. Die bekannte Lösung weist zwei relativ gegeneinander bewegbare Einrichtungen in der Art zweier bewegbarer Einzel- massen 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 Wel lenbewegung, 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 nachfol- gend 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 Stromerzeugu ng, 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 Steuer- kraft 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 Wellenmaschi ne" 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 angeordneten 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 Wandlereiπrichtung 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. Insbesonde- re 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 Anwendungsmögl ichkeiten 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 Hubvolurnen 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 vortei lhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Energiewandlereinrichtung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden wird die erfindungsgemäße Energiewandlereinrichtung an- hand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen in prinzipieller und nicht maßstäblicher Darstellung die Fig.1 den grundsätzlichen Aufbau einer Wandlereinheit zum Wandeln von mechanischer Wellenenergie in hydraulische Ener- gie;

Fig.2 in der Art eines Arbeitsdiagramms das jeweilige Arbeitsvermögen der Wandlereinrichtung nach der Fig.1, aufgetragen über einem Kräfte-Weg-Diagramm;

Fig.3 und 4 in der Art eines hydraulischen Schaltplans die entlang einer fi ktiven Schnittlinie S - S in zwei Teilbilder mit unterschiedlichem Maßstab aufgeteilte Gesamtlösung einer Energiewandlereinrichtung unter Einbezug der Wandlereinheit nach der Fig. 1.

Die in der Fig.1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Wandlereinheit ist in der Art einer Schwimmboje aufgebaut und weist neben einem sog. Pfahl- Schwimmer 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 Arbeitszy- lindern 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 Fig.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

Leistung: dW/dt = F -v

v 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 Fig.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 Fig. 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 Relativbewe- gung geht gegen Null und ebenso die damit erzeugbare Energie. Die da- hingehende Situation ist qualitativ im Diagramm nach der Fig.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 . Fig.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, d ie dahingehend optimierte Energiekurve 26 im Betrieb der Wandlereinrichtung im wesentlichen zu gewährleisten.

Im folgenden wird nun die Energiewandlereinrichtung anhand der Schaltplandarstellung nach den Fig.3 und 4 näher erläutert werden. Die Fig. 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 elektri- sehe 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 Fig.3 im wesentlichen der Darstellung des Steuerkreises 28 dient und die Fig.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 fluidfüh- rend geschaltet ist, und, wie die Darstellung nach der Fig.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 Fig.3. Die Getriebeverbindung 36 ist für die Funktion der erfindungsgemäßen Lösung aber nicht zwingend notwendig. Die dahingehende Hydro- pumpe 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 mechani- sehe Welleneπergie 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 Teilfluidfüh- rung 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 Gleichrichterschal- tung gleichgerichtet, wobei die Graetz-Schaltung mittels vier federbelasteter Rückschlagventilen 46 gemäß der Darstellung nach der Fig.3 realisiert ist.

Des weiteren ist in Blickrichtung auf die Fig.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 Δpj_St - Wert mit einem vorgebbaren Δp_SOιι - Wert ab, wobei der Δpist - Wert sich aus einer Druckdifferenz der Drücke in den Teil- kreisen 40,42 des ersten Steuerkreises 28 ergibt und der Δpsoii - Wert ergibt sich aus einem Δv - Wert, der die resultierende, sich ändernde Geschwindigkeitsdifferenz darstellt bezogen auf die Relativbewegung der Massen MI 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 Fig. 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 Lei- stungsabgabe 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 un- abhängig von der tatsächlichen Leistungseingangsgröße im Hinblick auf die Abgabeleistung der Hydropumpe 38 mit variablem Hubvol umen. 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 Schlupfregeluπg gemäß der Darstellung nach der Fig.4 von einer sog. Feed- Forward-Regel ung 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 Wellenbewe- gung 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 wer- den, ist die angesprochene Schlupfregelung von der genannten Feed-

Forward-Regel ung 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 Wellen- energieanlagen 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 Fig.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 G leichrichtung 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 Fig.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 Fig.3 in den zweiten Teilkreis 42 anstelle des gezeigten Tanks im Bereich des Bezugszeichens 44 zu schalten und der entsprechende Hydrospeicher in der Fig.4 wäre anstelle des dort gezeigten Tanks zwischen den Rückschlagventilen 70 und dem Druckbegrenzungsventil 68 einzusetzen.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Energiewandlereinrichtung, insbesondere zum Wandeln von mechanischer in hydraulische Energie und von dieser in elektrische Energie, die als Energietransportmedium ein Steuerfluid einsetzt, das in zwei unterschiedlichen Steuerkreisen (28, 30) geführt ist, die für einen Energietransfer über eine Kopplungseinrichtung (32) miteinander in Wirkverbindung stehen, und dass der eine Steuerkreis (28) der Energieeinspeisung, insbesondere in Form von mechanischer Energie, und der andere Steuerkreis (30) dem Energieabtransport in Form gewandelter Energie, insbesondere elektrischer Energie dient.

2. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungseinrichtung (32) einen Hydromotor (34) aufweist, der in den einen Steuerkreis (28) geschaltet eine Hydropumpe (38) vorzugsweise mit variablem Hubvolumen antreibt, die in den anderen Steuerkreis (30) geschaltet ist.

3. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Energieeinspeisung in den einen Steuerkreis (28) eine erste Wandlereinheit (10) dient, die die mechanische Energie in hydraulische Energie umwandelt.

4. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wandlereinheit (10) eine Verdrängereinrichtung (18) aufweist, insbesondere in Form mindestens einer antreibbaren Arbeitspumpe oder i n Form mindestens eines betätigbaren hydraulischen Arbeitszylinders (1 9).

5. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerfluid mittels der Verdrängerei nrichtung (18) in gegenläu- figen Richtungen in zwei Teilkreise (40,42) des einen Steuerkreises (28) einspeisbar ist.

6. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur G leichrichtung des in den einen Steuerkreis (28) über seine

Teilkreise (40,42) mittels der Verdrängereinrichtung (18) gegenläufig eingespeisten Steuerfluids eine Gleichrichterschaltung dient, vorzugsweise in Form einer mittels Rückschlagventilen (46) realisierten Graetz- Schaltung (44).

7. Energiewandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einbezug von Steuergrößen (Δpι_st) des einen Steuerkreises (28) sowie eines mechanischen Bezugssystems (v) das an die erste Wandlereinheit (10) die mechanische Energie liefert, eine erste Regelungseinheit (50) dem Ansteuern des variablen Hubvolumens der

Hydropumpe (38) des weiteren Steuerkreises (30) dient.

8. Energiewandlereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für den Energieabtransport aus dem weiteren Steuerkreis (30) eine zweite Wandlereinheit (54) dient, die die hydraulische in elektrische Energie umwandelt.

9. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Wandlereinheit (54) eine weitere Verdrängereinrichtung aufweist, insbesondere in Form mindestens eines Hydromotors (56), der zur Erzeugung elektrischer Energie einen Generator (58) antreibt.

10. Energiewandlereinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass unter Einbezug von Steuergrößen (Δpι_st) des weiteren Steuerkreises (30) sowie eines elektrischen Bezugssystems (T, w) das von der zweiten Wandlereinheit (54) als Teil derselben die elektrische Energie entnimmt, eine zweite Regelungseinheit (60) dem Ansteuern des variablen Hubvolumens des Hydromotors (56) im weiteren Steuerkreis (30) dient.