Ein Hydrotransformator ist eine Einheit, bei der durch hydraulische Kopplung eines Hydromotors und einer Pumpe ein Energiestrom Q1 x P1 in einen Energiestrom Q2 x P2 umgewandelt wird. Dabei wird einer vorhandenen Druck- versorgung nur so viel hydraulische Energie entnommen, wie zum Antrieb eines an die Pumpe angeschlossenen Ver- brauchers erforderlich ist. Derartige Hydrotransformato- ren können als Radialkolbenmaschine oder als Axialkolben- maschine ausgeführt sein.

Die US 3,188,963 zeigt einen als Schrägscheibenma- schine ausgeführten Hydrotransformator, bei dem in einem drehbaren Zylinder geführte Verdränger an einer festste- henden Schrägscheibe abgestützt sind. Der Anstellwinkel der Schrägscheibe bestimmt den Kolbenhub der Verdränger.

Die Druckmittelzufuhr und-abfuhr erfolgt über eine Steu- erscheibe mit vier Steuernieren, wobei jeweils ein Steu- ernierenpaar dem Motor bzw. der Pumpe zugeordnet ist.

In der US 3,079,864 ist ein Hydrotransformator in Flügelzellenbauweise offenbart. Bei dieser Lösung sind eine Vielzahl von in Radialrichtung verschiebbaren Ver- drängern in einem Rotor gelagert und gegen einen Hubring vorgespannt. Die Druckmittelzu-und abfuhr erfolgt ähn- lich wie bei der vorbeschriebenen Lösung über eine stirn- seitig angeordnete Steuerscheibe.

Aus der WO 97/31185 AI und der Druckschrift"Ein neuer alter Bekannter-der Hydrotransformator", Sieg- fried Rotthäuser, Peter Achten ; O+P"Ölhydraulik und Pneumatik"42 (1998) Nr. 6 ; S. 374 ff. ist der sogenannte INNAS-Hydrotransformator bekannt, bei dem das Überset- zungsverhältnis, d. h. das Verhältnis zwischen dem Versor- gungsdruck und dem Lastdruck des Verbrauchers veränderbar ist. Hierzu ist die Steuerscheibe mit drei Steuernieren versehen, deren Relativposition zu den Totpunktlagen der Verdränger durch Verdrehen der Steuerscheibe gegenüber der Schrägscheibe der Axialkolbenmaschine veränderbar ist. Durch die Verstellung der Steuerscheibe wird das Momentengleichgewicht über der Schrägscheibe verändert.

Zum Herunterfahren des Hydrotransformators muß die Steu- erscheibe in eine Neutralposition gebracht werden, in der die Summe der auf die Schrägscheibe wirkenden Momente gleich Null ist. Die Regelung zur exakten Einstellung der für ein vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis erforderli- chen Drehwinkelposition der Steuerscheibe ist vergleichs- weise aufwendig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrun- de, einen Hydrotransformator zu schaffen, bei dem die Einstellung des Übersetzungsverhältnisses auf einfache Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch einen Hydrotransformator mit den Merkmalen des Patentanspruchs l gelöst.

Erfindungsgemäß ist der Hydrotransformator mit einem die Verdränger aufnehmenden Verdrängerteil, einem die Verdränger in Hubrichtung beaufschlagenden Hubelement und einem die Druckmittelversorgung zu einem Tankanschluß, einem Arbeitsanschluß und einem Versorgungsanschluß steuernden Steuerelement versehen, wobei eines dieser Elemente mittels eines Antriebs umlaufend antreibbar ist.

Je nach angetriebenen Bauelement ist das Verdrängerteil oder das Hubelement derart in einem Gehäuse des Hy- drotransformators gelagert, daß es sich in Folge der Reaktionskräfte frei einstellen kann. Das jeweils dritte Bauelement, d. h. das nicht angetriebene oder frei ein- stellbares Bauelement ist fest im Gehäuse gelagert.

Durch den Antrieb eines der Bauelemente wird das Übersetzungsverhältnis im wesentlichen durch die Drehzahl des Antriebs bestimmt, so daß der einstellbare Druck am Verbraucher somit eine Funktion der Drehzahl des ange- triebenen Bauelementes und des zur Verfügung stehenden Versorgungsdruckes ist. Beim Abschalten des Antriebes nimmt der erfindungsgemäße Hydrotransformator aufgrund der freien Bewegbarkeit des zweiten Bauelementes sofort eine vom Versorgungsdruck und vom Lastdruck abhängige Gleichgewichtsposition ein, in der keine Drehmomente wirksam sind-der Hydrotransformator wird selbsttätig zurückgefahren, ohne daß einer komplexen Regelung wie beim INNAS-Hydrotransformator bedarf.

Die erfindungsgemäße Lösung erlaubt eine äußerst ein- fache Einstellung des Übersetzungsverhältnisses in Abhän- gigkeit von der Drehzahl des Antriebes, wobei die Be- triebssicherheit aufgrund des selbsttätigen Einnehmens der Gleichgewichtsposition beim Abschalten des Antriebs gegenüber den herkömmlichen Lösungen wesentlich erhöht ist.

Durch eine Drehzahlregelung des Antriebs können die unterschiedlichen Übersetzungsverhältnisse auf äußerst einfache Weise eingestellt werden. Bei konstantem Druck- verhältnis ist dabei die Fördermenge des Hydrotransforma- tors proportional zur eingestellten Drehzahl.

Das erfindungsgemäße Grundkonzept läßt sich sowohl bei Hydrotransformatoren in Axial-und in Radialbauweise realisieren.

Je nach Anforderungen können das angetriebene, das feststehende und das sich selbsttätig einstellende Bau- element in folgenden bevorzugten Varianten realisiert werden.

Bei einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel ist das die Verdränger aufnehmende Verdrängerteil fest im Gehäuse gelagert, während das Steuerelement mittels des Antriebs antreibbar und das Hubteil drehbar im Gehäuse gelagert ist. Aufgrund des feststehenden Verdrängerteils sind die zu beschleunigenden Massen gegenüber der her- kömmlichen Lösung, bei der die Verdränger mit dem zugehö- rigen Rotor beschleunigt werden müssen wesentlich gerin- ger, so daß eine exaktere und schnellere Einstellung des Übersetzungsverhältnisses bei minimierten Verlusten möglich ist.

Bei einer zweiten Variante ist das Steuerelement fest und das Verdrängerteil drehbar im Gehäuse gelagert, während das auf die Verdränger wirkende Hubteil aufge- trieben ist.

Bei einer dritten Alternative wird das Verdrängerteil angetrieben, während das Steuerelement fest und Hubele- ment drehbar im Gehäuse gelagert sind.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen ist der Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise (Schrägscheibe) oder als Flügelzellenmaschine ausgeführt.

Sonstige vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen : Figuren 1 und 2 Prinzipschnitte durch einen erfin- dungsgemäßen Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise ; Figur 3 eine Abwicklung des Hydrotransformators aus Figur 1 zur Erläuterung der Funktionsweise und Figuren 4,5 ein Ausführungsbeispiel eines erfin- dungsgemäßen Hydrotransformators als Flügelzellenmaschine in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen.

In den Figuren 1 bis 3 ist ein erstes Ausführungsbei- spiel eines erfindungsgemäßen Hydrotransformators 1 dargestellt, der in Axialkolbenbauweise ausgeführt ist.

Figur 1 zeigt einen stark vereinfachten Längsschnitt durch einen Hydrotransformator 1, bei dem in einer Trom- mel 2 entlang eines Teilkreises eine Vielzahl in Axial- richtung verlaufenden Zylinderräume 4 ausgebildet sind.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind insgesamt 18 Zylinderräume in der Trommel 2 ausgebildet. In jeden Zylinderraum 4 ist ein kolbenförmiger Verdränger 6 ge- führt, dessen Kolbenfuß direkt oder über Gleitschuhe auf einer Schrägfläche 8 einer Schrägscheibe 10 abgestützt ist. Die Zylinderräume 4 münden über Steueröffnungen 12 in der von der Schrägscheibe 10 abgewandten Stirnfläche 14 der Trommel 2.

Den insgesamt 18 Steueröffnungen 12 sind drei Steuer- nieren 16,17,18 einer Steuerscheibe 20 zugeordnet, die dichtend auf der Stirnfläche 14 gelagert ist. Die drei Steuernieren 16,17,18 sind mit einem Versorgungsan-

schluß P, einem Arbeitsanschluß A bzw. einem Tankanschluß T verbunden, die in Figur 2 angedeutet sind.

Erfindungsgemäß ist entweder der Schrägscheibe 10, der Trommel 2 oder dem Steuerspiegel 20 ein eigener Antrieb zugeordnet, über den dieses Bauelement in Drehung versetzbar ist. Je nach angetriebenem Bauelement sind entweder die Trommel 2 oder die Schrägscheibe 10 frei einstellbar in einem nicht dargestellten Gehäuse des Hydrotransformators 1 gelagert, während das jeweils dritte Bauelement im Gehäuse festgelegt ist.

Bei dem in Figur l dargestellten Ausführungsbeispiel sei angenommen, daß der Steuerspiegel 20 über einen eigenen Antrieb 22 mit Drehzahlregelung antreibbar ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Trommel 2 drehfest im Gehäuse gelagert-d. h., mit dem Begriff"Trommel"ist nicht notwendigerweise eine drehbare Lagerung dieses Bauelementes im Gehäuse definiert. Die Schrägscheibe 10 ist bei diesem Ausführungsbeispiel drehbar im Gehäuse gelagert, wobei sich die Drehwinkelposition in Abhängig- keit von den über die Verdränger 6 auf die Schrägfläche 8 übertragenen Momente einstellt.

Dieses Drehmoment ist abhängig von dem Teilkreisradi- us auf dem die Verdränger 6 angeordnet sind und von dem Druck der am Versorgungsanschluß (Hochdruck) und am Arbeitsanschluß (Lastdruck) wirkt. Das Fördervolumen ist bei konstantem Druckverhältnis proportional zu der Dreh- zahl des Steuerspiegels 20, die über die Antriebsregelung des Antriebs 22 einstellbar ist.

Bei abgeschaltetem Antrieb 22 nimmt die Schrägscheibe 10 selbsttätig eine Gleichgewichtsposition ein, in der die Summe der auf sie wirkenden Momente gleich Null ist- der Hydrotransformator wird dadurch beispielsweise bei

einem Stromausfall auf Null zurückgefahren, so daß keine Druckmittelzufuhr zum Arbeitsanschluß erfolgt. Dies ist ein erheblicher Sicherheitsvorteil des erfindungsgemäßen Hydrotransformators.

Da bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel die ver- gleichsweise schwere Trommel 2 mit den Verdrängern 6 nicht rotiert, sind die bewegten Massen gegenüber her- kömmlichen Lösungen mit rotierender Trommel relativ gering, so daß ein höheres Drehzahlniveau einstellbar ist.

Der Hydrotransformator läßt sich bei gleichem An- triebsmoment mit höherer Dynamik als ein INNAS-Hy- drotransformator betreiben.

Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, ist die Erfindung keinesfalls auf einen angetriebenen Steuerspie- gel 20 mit feststehender Trommel 2 und frei einstellbarer Schrägscheibe 10 beschränkt-prinzipiell können auch die beiden anderen Bauelemente, d. h., die Schrägscheibe 10 oder die Trommel 2 über den Antrieb 22 angetrieben wer- den, während die beiden anderen Bauelemente feststehend oder drehend in der Konfiguration gemäß Tabelle 1 im Gehäuse angeordnet sind. FUNKTION/angetrieben drehbar fest VARIANTE 1 Steuerspiegel Schrägscheibe Trommel 2 Trommel Schrägscheibe Steuerspiegel 3 Schräg-Trommel Steuerspiegel scheibe Gemäß Tabelle 1 sind somit sämtliche Kombinationen mit Ausnahme derjenigen Kombination, bei der der Steuer- spiegel frei drehbar oder die Schrägscheibe fest im Ge- häuse gelagert ist realisierbar. Dabei werden durch den

Begriff"Schrägscheibe"auch die Axialkolbenbauweisen mit einer Taumelscheibe oder Schrägachse abgedeckt.

Figur 3 zeigt eine schematische Abwicklung des in Fi- gur 1 dargestellten Hydrotransformators 1, aus der sich das Zusammenwirken der einzelnen Bauelemente am besten erschließt, wobei die Relativanordnungen der einzelnen Bauelement während einer vollständigen Drehung des Steu- erspiegels 20 um 360 ° dargestellt sind. Die die Hubbewe- gung der Verdränger 6 vorgebende, durch die Schrägfläche 8 definierte Steuerkurve verstellt sich aufgrund des gestörten Momentengleichgewichtes in Abhängigkeit von der Drehwinkelposition der Steuerscheibe 20 und den an den Anschlüssen P, A und T anliegenden Drücken selbsttätig. Die Trommel 2 steht gegenüber dem Steuerspiegel 20 und der Schrägscheibe 10 fest.

Bei abgeschaltetem Antrieb 22, d. h. bei stehendem Steuerspiegel 20 stellt sich die Schrägscheibe 10 mit der als Steuerkurve wirkenden Schrägfläche 8 aufgrund der einwirkenden Momente derart ein, daß das auf die Schräg- scheibe 10 wirkende Drehmoment gleich Null ist. Die in Figur 3 dargestellte Gleichgewichtsposition stellt sich dann ein, wenn am Versorgungsanschluß etwa der gleiche Druck wie am Arbeitsanschluß (Lastdruck) herrscht. Bei einem vernachlässigbaren Lastdruck am Arbeitsanschluß A wird sich die Schrägscheibe 10 aus der Darstellung gemäß Figur 3 nach links verschieben, bis die über die Steuer- niere 18 mit Hochdruck beaufschlagten Verdränger 6 in dem Tal der durch die Schrägfläche 8 gebildeten Steuerkurve angeordnet sind.

Bei einem Antrieb der Steuerscheibe 20 in Pfeilrich- tung werden die mit dem Versorgungsanschluß P in Wirkver- bindung stehenden Verdrängerräume 6 aufeinanderfolgend mit dem Versorgungsdruck beaufschlagt, so daß die Schräg-

scheibe 10 aufgrund der in Horizontalrichtung wirksamen Druckkraftkomponente FH in nach links bewegt wird.

Bei dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Hydrotransformator in Axialkolbenbauweise ausgeführt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Axialkolbenmaschinen beschränkt sondern ist auch bei anderen Verdrängerprinzi- pien einsetzbar, beispielsweise bei Radialkolbenmaschi- nen, Zykloidenverzahnungen, Flügelzellenmaschinen etc..

Die Figuren 4 und 5 zeigen stark vereinfachte Schnit- te durch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Hy- drotransformators 1, der in Flügelzellenbauweise ausge- führt ist. Eine derartige Flügelzelleneinheit hat einen drehbar gelagerten Rotor 28, der umfangsseitig mit Ra- dialausnehmungen versehen ist, in denen radial verschieb- bare Flügel 30 geführt sind. Die radial aus dem Rotor 28 vorstehenden Endabschnitte der Flügel 30 sind an einem um das Exzentrizitätsmaß e gegenüber dem Rotor 28 versetzten Hubring 32 abgestützt sind. Gemäß der Darstellung in den Figuren 4 und 5 umgreift der Hubring 32 den Rotor 28 mit den Flügeln 30. Durch zwei benachbarte Flügel 30 und die einander zuweisenden Umfangswandungen des Hubrings 32 und des Rotors 28 sind Verdrängerräume 34 definiert, die stirnseitig einerseits von einem Steuerspiegel 36 und andererseits von einer nicht dargestellten Stirnplatte begrenzt sind. Der Steuerspiegel 36 hat ähnlich wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel drei Steuernieren 16,17, und 18 die den Tankanschluß T, dem Arbeitsan- schluß A bzw. dem Versorgungsanschluß P zugeordnet sind. Über diese Steuernieren lassen sich die vorgenannten Verdrängerräume 34 somit je nach Relativposition der Bauteile mit dem Versorgungsanschluß, dem Arbeitsanschluß oder dem Tankanschluß verbinden.

Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel entspricht der Rotor 28 mit den Flügeln 30 praktisch der Trommel 2 mit den Verdrängern 6, der Hub- ring 32 entspricht der Schrägscheibe 10. Der den stirn- seitigen Abschluß bildende Steuerspiegel 36 mit den Steuernieren 16,17,18 ist hinsichtlich der Funktion praktisch identisch mit dem Steuerspiegel 20 aus den Figuren 1 bis 3. Mit diesen Zuordnungen lassen sich die Varianten gemäß Tabelle 1 auch auf Flügelzelleneinheiten übertragen.

Bei dem in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausfüh- rungsbeispiel ist der Steuerspiegel 36 mit den Steuernie- ren 16,17,18 feststehend im nicht dargestellten Gehäuse des Hydrotransformators 1 gelagert, während der Rotor 28 mit den Flügeln 30 über einen Antrieb mit Drehzahlrege- lung antreibbar ist. Alternativ kann auch der"Rotor" fest im Gehäuse gelagert sein. Der Hubring 32 ist derart im Gehäuse gelagert, daß er sich in Abhängigkeit von den Reaktionskräften in einer bestimmten Drehwinkelposition mit Bezug zum Rotor 28 ausrichten kann. D. h., diese freie Einstellbarkeit umfaßt im wesentlichen die Einstellung durch eine Taumelbewegung des Hubrings 32.

Figur 4 zeigt eine Gleichgewichtsposition, die sich dann einstellt, wenn der Druck am Versorgungsanschluß P etwa gleich dem Druck am Verbraucheranschluß A ist. Die beiden Steuernieren 17 und 18 sind dann symmetrisch zu der die beiden Totpunktlagen der Flügel 30 beinhaltenden Symmetrieachse 38 angeordnet.

Wenn der Lastdruck am Arbeitsanschluß A etwa gleich dem Druck am Tankanschluß T ist, so stellt sich die in Figur 5 dargestellte Gleichgewichtsposition ein, in der die mit dem Versorgungsanschluß P verbundene Steuerniere

18 symmetrisch zu der die Totpunktlagen definierenden Symmetrieachse 38 angeordnet ist.

Beim Antrieb des Rotors 28 über den drehzahlgeregel- ten Antrieb wird in gleicher Weise wie beim eingangs beschriebenen Ausführungsbeispiel das auf den Hubring wirkende Momentengleichgewicht gestört, so daß dieser in Abhängigkeit von dem Druckverhältnis am Arbeitsanschluß A und am Verbraucheranschluß P in Richtung seiner neuen Gleichgewichtslage verdreht wird. Aufgrund der umlaufen- den Bewegung des Rotors 28 führt auch der Hubring 32 eine Taumelbewegung durch. Bei konstantem Ubersetzungsverhält- nis zwischen Versorgungsanschluß P und Arbeitsanschluß A ist der Förderstrom proportional zur Drehzahl des Rotors 28. In Entsprechung zum vorbeschriebenen Ausführungsbei- spiel könnte man alternativ auch den Hubring 32 oder den Steuerspiegel 36 antreiben, wobei das sich in Richtung zur Gleichgewichtslage frei einstellende Bauelement stets entweder der Rotor 28 oder der Hubring 32 sein muß. Im übrigen entspricht die Funktion des in den Figuren 4 und 5 dargestellten Hydrotransformators demjenigen aus den Figuren 1 bis 3, so daß auf weitere Erläuterungen ver- zichtet werden kann.

Wesentlich bei der Erfindung ist, daß eines der die Druckübersetzung bestimmenden Bauteile, d. h. das Verdrän- gerteil (Rotor 28, Trommel 2), das Hubelement (Hubring 32, Schrägscheibe 10) oder das Steuerelement (Steuerspiegel 20,36) drehzahlgeregelt antreibbar sind, während-je nach angetriebenem Bauelement-das Verdrän- gerteil oder das Hubelement frei einstellbar gelagert ist, während das dritte, verbleibende Bauelement fest im Gehäuse aufgenommen ist.

Offenbart ist ein Hydrotransformator, bei dem in ei- nem Verdrängerteil eine Vielzahl von Verdrängern geführt

ist. Der Hub der Verdränger wird über ein Hubelement bestimmt, wobei die Druckmittelzufuhr und-abfuhr über ein Steuerelement mit zumindest drei Steuernuten gesteu- ert ist. Erfindungsgemäß ist entweder das Verdrängerteil oder das Hubelement oder das Steuerelement antreibbar, während-je nach angetriebenem Bauelement-das Hubele- ment bzw. das Verdrängerteil frei einstellbar gelagert, und das dritte, verbleibende Bauelement gehäusefest aufgenommen ist.

Bezugszeichenliste 1 Hydrotransformator 2 Trommel 4 Zylinderbohrung 6 Verdränger 10 Schrägscheibe 12 Steueröffnung 14 Stirnfläche 16 Steuerniere <BR> 17 Steuerniere<BR> 18 Steuerniere 20 Steuerspiegel 22 Antrieb<BR> 28 Rotor<BR> 30 Flügel<BR> 32 Hubring 34 Verdrängerraum 36 Steuerspiegel 38 Symmetrieachse