HYDRAULISCHE DREHANTRIEBVORRICHTUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft einen Hydro-Drehoszillator, mit einem von einem Hydro-Fluidstrom angetriebenen Hydro-Drehstellglied, das ein vollzylindrisches Drehstellglied-Innenteil und mindestens ein hohlzylindrisches Drehstellglied-Außenteil aufweist, die konzentrisch zueinander mit radialem Abstand angeordnet sind, mindestens zwei ringsegmentförmige Arbeitskammern radial begrenzen und einander gegenüber in zwei Drehrichtungen begrenzt drehbar sind, wobei die Arbeitskammern durch eine mitdrehende sich radial erstreckende Drehstellgliedwand voneinander getrennt und in der Größe änderbar sind und mit der mindestens einen Hydro-Rotationspumpe über Hydro-Verbindungsleitungen verbunden sind, und mit mindestens einem Steuermittel, das den Hydro-Fluidstrom wechselweise zu den mindestens zwei Arbeitskammern lenkt, wobei das mindestens eine Drehstellglied-Außenteil drehbar und das Drehstellglied-Innenteil drehfest ausgebildet ist, wobei das Hydro-Drehstellglied ein Drehstellglied-Innenteil und mindestens zwei nebeneinander angeordnete Drehstellglied-Außenteile aufweist.

[0002] Derartige hydraulische Drehantriebvorrichtungen, mit einem von einem Hydro-Fluidstrom angetriebenen Hydro-Drehstellglied, sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Gebräuchliche Hydro-Rotationspumpen erzeugen in der Regel einen quasi kontinuierlichen Fluidstrom aus einer Hydraulikflüssigkeit, der auch dann in der Regel konstant bleibt, wenn durch Widerstände wie beispielsweise Drosselstellen, Schaltelemente oder Antriebe sich im Hydrauliksystem ein Druck aufbaut. Solche Hydraulikpumpen sind üblicherweise als Flügelzellen-, Zahnrad- oder Schraubenspindelpumpen ausgeführt und können in einem offenen oder geschlossenen Kreislauf arbeiten. Beim geschlossenen Kreislauf ist die Hydro-Rotationspumpe mit ihrer Saugseite und mit ihrer Druckseite, abhängig von der Anzahl der Arbeitskammern des Hydro-Aktuators, gleichzeitig direkt oder wechselweise über ein Steuermittel, beispielsweise ein hydraulische Mehrwegeventil, mit dem Hydro-Aktuator verbunden. Hydro-Aktuatoren sind als Axialkolben- oder als Drehkolben-Stellglieder bekannt. Bekannte Hydro-Drehstellglieder weisen einen Rotor und einen Stator auf, üblicherweise einen in einem Gehäuse (Stator) abgedichtet drehbar gelagerten Drehkolben (Rotor). Solche Hydro-Drehstellglieder weisen üblicherweise mindestens zwei Arbeitskammern auf, die von einem Ringspaltabschnitt zwischen dem Gehäuse und dem Drehkolben gebildet sind. Die Arbeitskammern werden radial von dem Gehäuse und dem Drehkolben und in Umfangsrichtung von Anschlägen des Gehäuses und einem Drehkolbenflügelfortsatz des Drehkolbens begrenzt, die sich radial erstrecken.

[0003] Ein derartiges Hydro-Drehstellglied ist aus der Offenlegungsschrift DE 102 10 756 A1 bekannt. Diese Schrift offenbart eine Drehkolbenvorrichtung mit einem zylindrischen Gehäuse, das mit Lagerdeckeln stirnseitig abgedichtet ist und in welchem ein kolbenwellengelagerter Drehkolben endlich in beide Drehrichtungen bis maximal zu einem drehfesten Anschlagkörper mit zwei seitlichen Anschlägen drehbar ist, wobei der Anschlagkörper im wesentlichen mediumdicht zwischen der Zylinderwand und der Kolbenwelle sowie bezüglich der Lagerdeckel angeordnet ist. Der Drehkolben weist einen sich radial erstreckenden Flügelfortsatz auf, der zusammen mit dem Anschlagkörper den Gesamthubraum in Abhängigkeit von der Stellung des Drehkolbens in zwei Arbeitskammern, einen Druck- und einen Saugraum aufteilt. Die beiden Arbeitskammern werden abwechselnd als Druck- und Saugraum verwendet, d.h. alternierend mit der Druck- und der Saugseite einer Hydro-Rotationspumpe, beispielsweise über ein hydraulisches Mehrwegeventil verbunden.

[0004] Als nachteilig wird bei dieser bekannten hydraulischen Drehantriebvorrichtung angesehen, dass der Rotor innenliegend angeordnet ist und somit die Kopplung mit einem Hebelarm oder dergleichen einer externen Einrichtung erschwert ist, und dass die Hydro-Rotationspumpe indirekt über mindestens ein Umschaltventil mit den beiden Arbeitskammern des Hydro-Drehstellgliedes verbunden ist, was die maximale Oszillationsgeschwindigkeit des Drehkolbens mindert.

[0005] Zum Stand der Technik wird weiterhin auf die Druckschrift US 3,196,934 verwiesen. Diese Schrift offenbart eine hydraulische Drehkolbenanordnung zum Verschwenken von zwei relativ zueinander und relativ zu einer gemeinsamen Achse schwenkbaren Teilen, wobei zwei Drehkolbenmotoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet und die Drehkolbenmotoren mit zusammenwirkenden radialen Flügeln versehen sind. Die Flügel sind an der Welle und an dem Gehäuse der Drehkolbenmotoren angeordnet und die zu schwenkenden Teile jeweils an einem der Gehäuse befestigt. Die Anordnung der radialen Flügel ist derart, dass die beiden Teile in entgegengesetztem Drehsinn verschwenkbar sind, wobei die gemeinsame Welle frei drehbar gelagert ist.

[0006] Ausgehend von dem vorstehend genannten Stand der Technik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit vorzuschlagen, mit der der ein Flossenantrieb für ein Wasserfahrzeug realisiert werden kann.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Hydro-Drehoszillator mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind den rückbezogenen Ansprüchen zu entnehmen.

[0008] Danach ist das Hydro-Drehstellglied ein Außenläufer. Erfindungsgemäß ist das Drehstellglied-Außenteil drehbar als Rotor und das Drehstellglied-Innenteil drehfest als Stator ausgebildet. Das Drehstellglied-Innenteil bildet eine unbewegliche Achswelle, die die drei Drehstellglied-Außenteile in Umfangsrichtung schwenkbeweglich trägt. Die Drehstellglied-Außenteile sind abgedichtet drehbar auf dem Drehstellglied-Innenteil gelagert und in zwei Drehrichtungen gegenüber dem Drehstellglied-Innenteil Anschlag begrenzt drehbar. Daraus ergibt sich ein konstruktiv einfacherer Aufbau des Hydro-Drehstellgliedes gegenüber dem Stand der Technik, mit einem verbesserten Zugang zu dem Rotor, indem das jeweilige bewegliche Drehstellglied-Außenteil eine direkte mechanische Ankopplung einer externen Einrichtung an der Außenumfangsfläche ermöglicht. Dazu können dort geeignete Verbindungselemente, beispielsweise Gewindebuchsen oder Gewindestifte vorgesehen sein. Dies ermöglicht zudem eine in axialer Richtung kürzere Bauform, da die Ankopplung nicht neben dem Rotor erfolgen muss, wie es bei einem innenliegenden Drehkolben der Fall ist. Erfindungsgemäß bewegt sich mindestens eines der Drehstellglied-Außenteile auf dem Drehstellglied-Innenteil phasenversetzt zu mindestens einem anderen Drehstellglied-Außenteil, vorzugsweise entgegengesetzt. Dies kann durch geeignete Ansteuerung der Arbeitskammern über mehrere steuerbare Hydraulikventile und/oder über entsprechende Hydraulik-Drosseln erreicht werden. Falls notwendig, kann das gemeinsame Drehstellglied-Innenteil weitere Haupt-Strömungskanäle.

[0009] Dabei weist der erfindungsgemäße Hydro-Drehoszillator ein Hydro-Drehstellglied mit drei Drehstellglied-Außenteilen auf, wobei sich das mittlere Drehstellglied-Außenteil stets in entgegengesetzter Richtung der beiden äußeren Drehstellglied-Außenteile bewegt und an jedem der Drehstellglied-Außenteile ein Außenteil-Fortsatz ausgebildet und an jedem der Außenteil-Fortsätze eine Flosse befestigt oder angeformt ist. Der das Hydro-Drehstellglied antreibende Hydro-Fluidstrom ist stetig oszillierend und wird von zwei über einen gemeinsamen Antriebsmotor kontinuierlich angetriebene Hydro-Rotationspumpen erzeugt. Die beiden Hydro-Rotationspumpen sind zueinander und zu dem Hydro-Drehstellglied fluidtechnisch parallel geschaltet. Jede der Hydro-Rotationspumpen weist einen kugelabschnittförmigen, mit einem Hydro-Fluid gefüllten Hohlraum auf, der eine kreisförmige Hohlraumbodenplatte, ein in dem Hohlraum angeordnetes rotierend angetriebenes Kugelsegment mit einem ebenen Kugelsegmentboden und einer sphärischen Kugelsegmentkappe, einen kugelkeilförmigen Zwischenraum zwischen der Hohlraumbodenplatte und dem Kugelsegmentboden umfasst, mit einer Antriebsachse des Kugelsegments, die sich als Rotationsachse senkrecht zur Hohlraumbodenplatte und geneigt gegenüber der zentralen Mittelachse des Kugelsegments erstreckt und mit dem Mittelpunkt der Hohlraumbodenplatte fluchtet, mit einer mittig rechtwinklig in die Hohlraumbodenplatte eingelassenen, den Kugelsegmentboden mit einer Anlagekante berührenden Pendelplatte, die um einen virtuellen Drehpunkt der Pendelplatte in der Mitte der Anlagekante schwenkbar ist, und mit Durchtrittskanälen für das Hydro-Fluid beidseitig der Pendelplatte in der Hohlraumbodenplatte zum Transport des Hydro-Fluids aus dem und in den Zwischenraum zwischen der Hohlraumbodenplatte und dem Kugelsegmentboden.

[0010] Die Oszillationsfrequenz des Hydro-Fluidstroms ist über die frei einstellbare Rotationsgeschwindigkeit der beiden Hydro-Rotationspumpen veränderbar, wobei die und Druck des das Hydro-Drehstellglied antreibenden oszillierenden Hydro-Fluidstroms über die Phasenlage der rotierenden Kugelsegmente der beiden Hydro-Rotationspumpen mittels einer Phasenverstelleinrichtung variabel einstellbar ist. Die Phasenlage der rotierenden Kugelsegmente der beiden Hydro-Rotationspumpen ist zueinander vorzugsweise zwischen 0° und 180° veränderbar, wobei der von der Phasenlage abhängige Schwenkwinkel der mindestens drei Drehstellglied-Außenteile gegenüber dem Drehstellglied-Innenteil zwischen null Grad und dem von den Dreh-Anschlägen bestimmten Gradwert variabel festlegbar ist.

[0011] Die den Hydro-Fluidstrom führenden Hydro-Verbindungsleitungen führen vorzugsweise zu dem drehfest angeordneten Drehstellglied-Innenteil, da diese dann biegestarr ausgeführt werden können. Die Verbindung von den Hydro-Verbindungsleitungen zu der mindestens einen ersten und zweiten Arbeitskammer des Hydro-Drehstellglieds erfolgt in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung über zwei sich axial in dem vollzylindrischen Drehstellglied-Innenteil erstreckende Haupt-Strömungskanäle, von denen aus sich jeweils Neben-Strömungskanäle zu einer der Arbeitskammern erstrecken. Die Haupt- und die Neben-Strömungskanäle sind beispielsweise als Bohrungen ausgebildet, wobei die Neben-Strömungskanäle quer zu den Haupt-Strömungskanälen, vorzugsweise senkrecht dazu verlaufen.

[0012] Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Arbeitskammern von sich phasenversetzt bewegenden Drehstellglied-Außenteilen gegensinnig und die Arbeitskammern von sich phasengleich bewegenden Drehstellglied-Außenteilen gleichsinnig mit den Haupt-Strömungskanälen direkt oder indirekt verbunden.

[0013] Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist das Hydro-Drehstellglied bei mindestens einem der Drehstellglied-Außenteile eine dritte und eine vierte Arbeitskammer auf, die der ersten und der zweiten Arbeitskammer diametral gegenüber liegen. Durch die weiteren Arbeitskammern wird die Schwenkkraft des Hydro-Drehstellgliedes entsprechend vergrößert. Die dritte und die vierte Arbeitskammer sind mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer direkt oder indirekt gekoppelt und vergrößern das Arbeitsvolumen des Hydro-Drehstellgliedes und damit sein Schwenkmoment. Prinzipiell können noch weitere Arbeitskammern paarweise in Umfangsrichtung des Hydro-Drehstellgliedes auf die dritte und vierte Arbeitskammer folgend angeordnet sein, sofern genügend Raum zur Verfügung steht. Auch in diesem Fall ist die Anordnung aller Arbeitskammern vorzugsweise symmetrisch. Die weiteren Arbeitskammern sind fluidtechnisch wie die dritte und die vierte Arbeitskammer mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer gekoppelt.

[0014] Vorzugsweise ist dabei die dritte und die vierte Arbeitskammer indirekt über zu den Haupt-Strömungskanälen führenden Neben-Strömungskanäle oder direkt über Zusatzquer-Strömungskanäle mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer kreuzweise verbunden. Die Zusatzquer-Strömungskanäle verlaufen in axialer Richtung des Hydro-Drehstellgliedes längs versetzt zueinander und zu den Neben-Strömungskanälen und in der Regel geneigt zu den Neben-Strömungskanälen. Die vier Arbeitskammern des Hydro-Drehstellgliedes sind in Umfangsrichtung des Hydro-Drehstellglieds nacheinander angeordnet und entsprechend in der Beschreibung fortlaufend nummeriert. Unter kreuzweiser Verbindung der Arbeitskammern wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die erste und die dritte sowie die zweite und die vierte Arbeitskammer miteinander fluidtechnisch in Verbindung stehen. Das soll heißen, dass die erste und die dritte Arbeitskammer gleichzeitig druckbeaufschlagt sind, wenn die zweite und die vierte Arbeitskammer gemeinsam sogbeaufschlagt sind, oder umgekehrt.

[0015] Natürlich kann das Drehstellglied-Innenteil, abhängig von seiner Länge und der des Drehstellglied-Außenteils, mehrere als drei Drehstellglied-Außenteile drehbeweglich nebeneinander aufnehmen. Die Bewegung der über die beiden miteinander gekoppelten Hydro-Rotationspumpen angetriebenen Drehstellglied-Außenteile erfolgt auch in diesem Fall durch die fluidtechnische Kopplung synchron.

[0016] Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Hydro-Drehoszillators führen idealerweise zu dem Hydro-Drehstellglied nur zwei Hydro-Verbindungsleitungen, die abwechselnd druck- bzw. sogbeaufschlagt werden. Dies kann prinzipiell auch mit vier Hydro-Verbindungsleitungen erreicht werden, die zu vier Haupt-Strömungskanälen des Drehstellglied-Innenteils führen. Bei drei vorgesehenen Drehstellglied-Außenteilen sind die zwei äußeren Drehstellglied-Außenteile dann entsprechend gemeinsam an ein erstes Paar der Haupt-Strömungskanäle und das mittlere Drehstellglied-Außenteil an die zwei anderen Haupt-Strömungskanäle angeschlossen. Vorzugsweise weist das Drehstellglied-Innenteil nur zwei Haupt-Strömungskanäle auf, an die alle Arbeitskammern angeschlossen sind. Dadurch ist die Bewegung aller drei Drehsteliglieder-Außenteile zwangsläufig vorgegeben.

[0017] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Arbeitskammern von sich phasenversetzt bewegenden Drehstellglied-Außenteilen gegensinnig und die Arbeitskammern von sich phasengleich bewegenden Drehstellglied-Außenteilen gleichsinnig mit den Haupt-Strömungskanälen verbunden. Damit sind die Arbeitskammern der sich phasengleich bewegenden Drehstellglied-Außenteile fluidtechnisch direkt parallel zueinander geschaltet, während die Arbeitskammern der sich phasenversetzt bewegenden Drehstellglied-Außenteilen vorzugsweise kreuzweise mit den Haupt-Strömungskanälen verbunden sind. In diesem Fall genügen zwei Hydro-Verbindungsleitungen zu dem Hydro-Drehstellglied und entsprechend zwei Haupt-Strömungskanäie in dem Drehstellglied-Innenteil. Es ist selbstverständlich dass die Neben-Strömungskanäle sowie gegebenenfalls die Zusatzquer-Strömungskanäle für das jeweilige Drehstellglied-Außenteil in Längsrichtung des Hydro-Drehstellgliedes versetzt zueinander angeordnet sind und sich dem zufolge räumlich nicht im Wege stehen.

[0018] Vorzugsweise sind die Steuermittel, die den Hydro-Fluidstrom zu dem Hydro-Drehstellglied steuern und beim Stand der Technik üblicherweise als eigenständige Hydro-Ventile ausgebildet und abgesetzt von der Hydro-Pumpe angeordnet sind, in die Hydro-Rotationspumpe integriert. Damit ist eine sichere und schnelle Umschaltung zwischen der Druck- und der Sogbeaufschlagung der Hydro-Verbindungsleitungen bzw. der Haupt-Strömungskanäle möglich. Zudem ist der Aufbau des erfindungsgemäßen Hydro-Drehoszillators vereinfacht und weniger störanfällig. Die Steuermittel können beispielsweise hydrodruckbesteuerte Ventile sein.

[0019] Gemäß der Erfindung ist der von den Hydro-Rotationspumpen ausgehende Hydro-Fluidstrom oszillierend. Damit sind keine zusätzlichen Steuermittel zur Umkehr der Richtung des Hydro-Fluidstroms in den Hydro-Verbindungsleitungen zu dem Hydro-Drehstellglied erforderlich. Dies führt zu einer hohen Funktionssicherheit und zu einer Kostenreduzierung des vorgeschlagenen Hydro-Drehoszillators. Bei dem zyklisch oszillierenden Hydro-Fluidstrom weist die Druck- und die Sog-Amplitude günstigerweise über die Zeit einen sinusförmigen Anstieg oder Abfall auf. Damit treten keine schlagartigen Abbremsungen oder Beschleunigungen der von dem Hydro-Fluidstrom angetriebenen Drehstellglied-Außenteile auf. Dies ist besonders vorteilhaft bei der Drehrichtungsumkehr des jeweiligen Drehstellglied-Außenteils und ermöglicht somit hohe Oszillationsfrequenzen der Drehstellglied-Außenteile. Indem die beiden für den erfindungsgemäßen Hydro-Drehoszillatorverwendeten Hydro-Rotationspumpen zueinander und zu dem Hydro-Drehstellglied parallel geschaltet sind, können Menge und Druck des Hydro-Fluidstroms in dem zu dem Hydro-Drehstellglied führenden Hydro-Verbindungsleitungen variabel eingestellt werden.

[0020] Ein derartiger oszillierender Hydro-Fluidstrom kann beispielsweise mit einer aus der Druckschrift DE 20 2008 013 877 U1 bekannten Hydro-Rotationspumpe erzeugt werden, die einen kugelabschnittförmigen, mit einem Hydro-Fluid gefüllten Hohlraum mit einer kreisförmigen Hohlraumbodenplatte aufweist. In dem Hohlraum ist ein rotierend angetriebenes Kugelsegment angeordnet, das vorzugsweise als Halbkugel ausgebildet ist. Das Kugelsegment weist einen ebenen Kugelsegmentboden und eine sphärische Kugelsegmentkappe auf. Die Hohlraumbodenplatte und der Kugelsegmentboden sind in einem Winkel zueinander angeordnet und begrenzen einen kugelkeilförmigen Zwischenraum zwischen der Hohlraumbodenplatte und dem Kugelsegmentboden. Das Kugelsegment weist dabei eine Rotationsachse auf, die sich senkrecht zu der Hohlraumbodenplatte und geneigt gegenüber der zentralen Mittelachse des Kugelsegments erstreckt und mit dem Mittelpunkt der Hohlraumbodenplatte fluchtet. Der kugelkeilförmige Zwischenraum ist durch eine zwischen der Hohlraumbodenplatte und dem Kugelsegmentboden beweglich angeordnete Pendelplatte in zwei Arbeitskammern unterteilt. Die Pendelplatte ist mittig rechtwinklig in die Hohlraumbodenplatte eingelassen und berührt den Kugelsegmentboden mit einer Anlagekante, wobei die Pendelplatte um einen virtuellen Drehpunkt in der Mitte der Anlagekante schwenkbar ist. Beidseitig der Pendelplatte sind in der Hohlraumbodenplatte Durchtrittskanäle für das Hydro-Fluid vorgesehen. Diese ermöglichen den Transport des Hydro-Fluids aus den bzw. in die Arbeitskammern des Zwischenraumes zwischen der Hohlraumbodenplatte und dem Kugelsegmentboden. Das Kugelsegment rotiert mit einstellbarer Geschwindigkeit in dem kugelabschnittförmigen Hohlraum mit Abstand zu der Hohlraumbodenplatte, wobei die Pendelplatte stets am Kugelsegmentboden über die gesamte Länge ihre Anlage dichtend in Anlage ist. Die Rotation des Kugelsegmentes bewirkt einen oszillierenden Hydro-Fluidstrom in einem geschlossenen hydraulischen System, wie es beispielsweise von der Hydro-Rotationspumpe, den Hydro-Verbindungsleitungen und dem Hydro-Drehstellglied des erfindungsgemäßen Hydro-Oszillators gebildet ist.

[0021] Zur Einstellung des Hydro-Fluidstroms kann die Phasenlage der rotierenden Kugelsegmente der beiden Hydro-Rotationspumpen zueinander, vorzugsweise zwischen 0° und 180° verändert werden. Laufen die beiden Kugelsegmente phasengleich, so ist die Fördermenge und der Druck des Hydro-Fluidstroms in den Hydro-Verbindungsleitungen zu dem Hydro-Drehstellglied maximal, laufen die Kugelsegmente um 180° phasenversetzt zueinander, so sind diese minimal. Bei einer anderen Phasenlage der Kugelsegmente zueinander variiert der jeweilige Wert zwischen dem Maximal- und dem Minimalwert. Bei zwei in der Leistung identischen Hydro-Rotationspumpen ist der Minimalwert gleich Null. Der Maximalwert ist durch die Dreh-Anschläge des Drehstellglied-Innenteils und des Drehstellglied-Außenteils begrenzt. Damit kann der Schwenkwinkel des mindestens einen Drehstellglied-Außenteils gegenüber dem Drehstellglied-Innenteil zwischen null Grad und dem von den Dreh-Anschlägen bestimmten Gradwert festgelegt werden. Die Schwenkfrequenz wird dabei lediglich von der Oszillationsfrequenz des Hydro-Fluidstroms und damit von der Rotationsgeschwindigkeit der Hydro-Rotationspumpe vorgegeben, wobei die Rotationsgeschwindigkeit der Hydro-Rotationspumpe an sich in einem weiten Umfang frei einstellbar ist.

[0022] In diesem Zusammenhang weisen die beiden Hydro-Rotationspumpen eine gemeinsame Antriebseinheit mit einem Antriebsmotor auf und die Antriebsachsen der Kugelsegmente der Hydro-Rotationspumpen über eine Phasenverstelleinrichtung miteinander gekoppelt sind, die geeignet konfiguriert ist, die Stellung der Antriebsachsen zueinander in entgegengesetzter Richtung synchron einzustellen. Dabei ist die Antriebswelle des Antriebsmotors über eine Antriebskette oder einen Antriebsriemen mit den Antriebsachsen der Kugelsegmente verbunden. Die Phasenverstelleinrichtung kann einen selbsthemmenden Antrieb oder eine arretierende Einrichtung aufweisen, so dass nach der Einstellung der Phasenlage der beiden Kugelsegmente zueinander ein unbeabsichtigtes Verstellen der Phasenlage ausgeschlossen ist. Die Phasenverstelleinrichtung kann anstelle eines einzigen Einstellelementes, das gleichzeitig auf die beiden Kugelsegmente einwirkt, natürlich auch zwei voneinander getrennte Einstellelemente aufweisen, mit denen die Phasenlage der Kugelsegmente unabhängig voneinander einander gegenüber einstellbar ist. Die Verstellung der Phasenlage erfolgt dabei vorzugsweise durch Verdrehen der Antriebsachse mindestens eines Kugelsegmentes. Bei eingestellter Phasenverstelleinrichtung treibt der gemeinsame Antrieb der beiden Hydro-Rotationspumpen die beiden Kugelsegmente unter Beibehaltung des gewählten Phasenversatzes synchron in gleicher Drehrichtung an, wobei die Drehrichtung frei wählbar ist.

[0023] Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des vorgeschlagenen Hydro-Drehoszillators weist die Phasenverstelleinrichtung der Antriebseinheit vier Umlenkstellen auf, die an dem Antriebsmotor, an den Hydro-Rotationspumpen und an mindestens einer zusätzlichen um eine Drehachse drehbare Umlenkwalze angeordnet sind, wobei jeweils der Antriebsmotor und eine Umlenkwalze oder zwei Umlenkwalzen und die beiden Hydro-Rotationspumpen einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Phasenverstelleinrichtung der Antriebseinheit weist vier Umlenkrollen für die Antriebskette oder den Antriebsriemen auf, die die Antriebskette oder den Antriebsriemen kreuzförmig führen, wobei die vier Umlenkrollen nahe den Hydro-Rotationspumpen ortsfest angeordnet sind. Dabei sind der Antriebsmotor und die eine Umlenkwalze oder die beiden Umlenkwalzen von einem Schiebeschlitten getragen, der senkrecht gegenüber einer gedachten Verbindungslinie der beiden Hydro-Rotationspumpen längs verschiebbar geführt ist. Die kreuzförmige Führung ermöglicht erst, dass der Umlaufweg der Antriebskette bzw. des Antriebsriemens um Antriebsachsen der Kugelsegmente, die Antriebswelle des Antriebsmotors und die Drehachse der Umlenkwalze beim Verschieben des Schiebeschlittens in der Länge gleichbleibend ist, sodass auf eine aufwändige Ketten-Spannvorrichtung unnötig ist.

[0024] Der als Außenläufer konzipierte erfindungsgemäße Hydro-Drehoszillator weist gegenüber dem Stand der Technik einen einfacheren Aufbau und eine verbesserte Zugänglichkeit zu dem Rotor auf. Insbesondere können beliebige externe Einrichtungen besonders einfach mit dem Rotor, d.h. mit dem Drehstellglied-Außenteil außen gekoppelt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, das in zwei Drehrichtungen drehbare Drehstellglied-Außenteil an seiner Außenumfangsfläche mit einem sich radial nach außen erstreckenden, einen Hebelarm bildenden Außenteil-Fortsatz ausbilden, an der die externe Einrichtung befestigt werden kann. Das Drehstellglied-Außenteil kann dabei temporär um einen gewünschten Schwenkwinkel drehend temporär hin oder her geschwenkt oder kontinuierlich oszillierend bewegt werden, indem der Hydro-Fluidstrom zu dem Hydro-Drehstellglied entsprechend gesteuert wird. Im ersten Fall kann ein solcher Hydro-Drehoszillator beispielsweise in einer Ruderanlage eines Luft- oder Seefahrzeuges eingesetzt werden. Weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass der Hydro-Drehoszillator mit mindestens drei Drehstellglied-Außenteilen ausgebildet ist, die von einem gemeinsamen Drehstellglied-Innenteil mit oder ohne seitlichen Abstand zueinander getragen werden. Damit können mit einem einzigen Hydro-Drehoszillator eine entsprechende Anzahl von externen Einrichtungen phasengleich oder phasenversetzt betätigt werden. In Verbindung mit zwei geeigneten parallel zueinander und zu dem Hydro-Drehstellglied geschalteten Hydro-Rotationspumpen, die über einen gemeinsamen Antriebsmotor verfügen und über eine Phasenverstelleinrichtung der vorstehend beschriebenen Art gekoppelt sind, kann sowohl die Schwenkfrequenz des mindesten einen Drehstellglied-Außenteils, wie auch dessen Schwenkwinkel gesteuert werden. Ein derart gesteuerter Hydro-Drehoszillator eignet sich beispielsweise als Flossenantrieb für ein Wasserfahrzeug, wenn eine Flosse an den Außenteil-Fortsatz des Drehstellglied-Außenteils befestigt oder angeformt wird. Dabei hat sich ein Hydro-Drehoszillator mit drei Drehstellglied-Außenteilen und jeweils daran angeformten Flossen als besonders günstig erwiesen, bei dem sich das mittlere der drei Drehstellglied-Außenteile mit Flosse stets entgegengesetzt zu den beiden äußeren Drehstellglied-Außenteilen mit Flosse bewegt. Idealerweise sind dabei die beiden äußeren Flossen in der Fläche bzw. Größe gleich, während die mittlere Flosse diesen gegenüber deutlich größer, idealerweise doppelt so groß ausgebildet ist, d.h. die mittlere Flosse weist dabei eine Fläche bzw. Größe auf, wie die beiden äußeren Flossen zusammen. Zweckmäßig ist es in diesem Fall außerdem, zwischen den Drehstellglied-Außenteilen mit Flosse Trennwände vorzusehen, so dass die von einer der Flossen ausgehenden Wasser-Verwirbelungen nicht auf die anderen Flossen einwirken bzw. die von diesen erzeugten Wasser-Verwirbelungen beeinflussen.

[0025] Nachfolgend wird die Erfindung anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellten Beispiele erläutert. Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der der Figuren in Verbindung mit den Ansprüchen und der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1

einen Hydro-Drehoszillator in zwei Drehstellungen (Figur 1a, 1b), mit einem stationären Drehstellglied-Innenteil, mindestens zwei hohlzylindrischen Drehstellglied-Außenteilen, einer Hydro-Rotationspumpe und einem Hydro-Drehstellglied mit zwei Arbeitskammern, in einer Querschnittdarstellung durch die Arbeitskammern eines Drehstellglied-Außenteils;

Figur 2

eine Variante des Hydro-Drehsteilglieds aus Figur 1, die vier Arbeitskammern mit unterschiedlicher Anbindung an die Hauptströmungskanäle aufweist (Figur 2a, 2b);

Figur 3

eine Ausführungsform des Hydro-Drehstellgliedes eines erfindungsgemäßen Hydro-Drehoszillators, mit einem Hydro-Drehstellglied mit einem Drehstellglied-Innenteil und drei darauf angeordneten Drehstellglied-Außenteilen in Draufsicht (Fig. 3a) und Seitenansicht (Fig. 3b), wobei keine der Drehstellglied-Außenteilen eine Flosse zeigt;

Figur 4

die Hydro-Rotationspumpe aus Figur 1, in einer vergrößerten Darstellung;

Figur 5

zwei parallel geschalteten Hydro-Rotationspumpen, mit unterschiedlichen Drehstellungen des rotierenden Kugelsegments (Figur 5a, 5b); und

Figur 6

eine Phasenverstelleinrichtung zur Einstellung des Phasenversatzes der Kugelsegmente der beiden zueinander parallel geschalteten Hydro-Rotationspumpen mit unterschiedlicher Stellung der Phasenverstelleinrichtung (Figur 6a, 6b).

[0026] Die Figuren 1a, 1b zeigen einen Hydro-Drehoszillators 1, mit einer Hydro-Rotationspumpe 2 und einem Hydro-Drehstellglied 3, die über zwei Hydro-Verbindungsleitungen 4, 4' miteinander verbunden sind. Das Hydro-Drehstellglied 3 weist zwei Arbeitskammern 5, 5' auf, die sich als Ringspalt zwischen einem vollzylindrischen Drehstellglied-Innenteil 6 und einem hohlzylindrischen Drehstellglied-Außenteil 7 erstrecken. Das Hydro-Drehstellglied 3 umfasst ein Drehstellglied-Innenteil 6 und mindestens zwei nebeneinander angeordnete Drehstellglied-Außenteile 7, 7', 7", von denen in der abgebildeten Querschnittsdarstellung lediglich das Drehstellglied-Außenteil 7 zu sehen ist. Das Drehstellglied-Außenteil 7 ist dichtend auf dem Drehstellglied-Innenteil 6 angeordnet und gegenüber diesem in zwei Drehrichtungen begrenzt drehbar. Dazu weist das Drehstellglied-Außenteil 7 eine sich radial nach innen erstreckende sich mitdrehende Drehstellgliedwand 8 und das Drehstellglied-Innenteil 6 beidseitig der Drehstellgliedwand 8 jeweils eine Querwand 9, 9' auf, die die beiden Arbeitskammern 5, 5' in Umfangsrichtung begrenzen. Die Figuren 1a und 1b zeigen den Hydro-Drehoszillator 1 in unterschiedlichen Drehstellungen. Für die weitere Beschreibung wird die in Umfangsrichtung links der Drehstellgliedwand 8 angeordnete Arbeitskammer 5 als erste und die rechts der Drehstellgliedwand 8 befindliche als zweite Arbeitskammer 5' bezeichnet.

[0027] Der Hydro-Drehoszillator 1 weist generell ein geschlossenes Hydraulik-System auf. Zur Linksdrehung des Drehstellglied-Außenteils 7 wird die erste Arbeitskammer 5 druckbeaufschlagt und die zweite Arbeitskammer 5' gleichzeitig sogbeaufschlagt. Der Hydro-Fluidstrom fließt somit hin zu der ersten Arbeitskammer 5 und weg von der zweiten Arbeitskammer 5'. Zur Rechtsdrehung des Drehstellglied-Außenteils 7 gegenüber dem Drehstellglied-Innenteil 6 wird die Fließrichtung des Hydro-Fluidstroms umgekehrt. Dabei ändern die Arbeitskammern 5, 5' ihre Größe entsprechend. Die Hydro-Verbindungsleitungen 4,4', die die Hydro-Rotationspumpe 2 mit dem Hydro-Drehstellglied 3 verbinden, führen zu Haupt-Strömungskanälen 10, 10', die sich in dem Drehstellglied-Innenteil 6 in axialer Richtung erstrecken. Von dem Hauptströmungskanal 10 und 10' führt jeweils ein Neben-Strömungskanal 11 bzw. 11' zu den Arbeitskammern 5 oder 5'.

[0028] Die Hydro-Rotationspumpe 2 weist zwei nebeneinander angeordnete voneinander getrennte Pumpenkammern 12, 12' auf, von denen die Hydro-Verbindungsleitungen 4, 4' ausgehen. Dabei wirkt jeweils abwechselnd eine der Pumpenkammern 12, 12' als Sog- und die andere als Druckkammer. Die genaue Funktionsweise der Hydro-Rotationspumpe 2 wird anhand der Figur 4 später näher erläutert. Wie den Figuren 1a, 1b zu entnehmen ist, ändern die Pumpenkammern 12, 12' zyklisch ihre Größe. Damit geht von der Hydro-Rotationspumpe 2 ein Hydro-Fluidstrom aus, der oszillierend ist. Dabei ist die Pumpenkammer 12 mit der Arbeitskammer 5 und die Pumpenkammer 12' mit der Arbeitskammer 5' verbunden. In der Figur 1a wirkt die Pumpenkammer 12 als Druckkammer und die Pumpenkammer 12' als Saugkammer 5'. In der Figur 1b ist dies umgekehrt.

[0029] Die Figuren 2a, 2b zeigen zwei Varianten des in der Figur dargestellten Hydro-Drehstellgliedes 3. Das abgebildete Hydro-Drehstellglied 3 weist in Umfangsrichtung neben den Arbeitskammern 5, 5' zwei weitere Arbeitskammer 13, 13' auf, die in der weiteren Beschreibung als dritte Arbeitskammer 13 und als vierte Arbeitskammer 13' bezeichnet werden. Die dritte Arbeitskammer 13 liegt der ersten Arbeitskammer 5 und die vierte Arbeitskammer 13' der zweiten Arbeitskammer 5' diametral gegenüber und sind jeweils fluidtechnisch miteinander verbunden. Das Hydro-Drehstellglied 3 weist außerdem einen sich außen radial erstreckenden Außenteil-Fortsatz 14 auf, der an das Drehstellglied-Außenteil 7 angeformt ist. An dem Außenteil-Fortsatz 14 ist eine externe Einrichtung 15 in Form eines Flügels oder einer Flosse befestigt. Prinzipiell kann die externe Einrichtung 15 auch integral mit dem Außenteil-Fortsatz 14 ausgebildet sein.

[0030] In der Figur 2a sind die Arbeitskammern 5, 5' und die Arbeitskammern 13, 13' jeweils indirekt miteinander und über Neben-Strömungskanäle 11, 11' mit den Haupt-Strömungskanälen 10, 10' verbunden, wobei die Neben-Strömungskanäle 11, 11' zu den Arbeitskammern 13, 13' in axialer Richtung des Hydrostellglied-Innenteil 6 mit Abstand zu den Arbeitskammern 5, 5' führenden Neben-Strömungskanälen 11, 11' angeordnet sind. In der Figur 2b sind die Arbeitskammern 5, 5' jeweils über Neben-Strömungskanäle 11, 11' mit den Haupt-Strömungskanälen 10, 10' verbunden, während die Arbeitskammern 13, 13' direkt über Zusatzquer-Strömungskanäle 16, 16' mit den Arbeitskammern 5, 5' verbunden sind. Die Zusatzquer-Strömungskanäle 16, 16' verlaufen in axialer Richtung versetzt zu den Neben-Strömungskanälen 11, 11' und können parallel oder geneigt zu diesen angeordnet sein.

[0031] Die Figuren 3a, 3b zeigen eine Ausführungsform des Hydro-Drehstellgliedes 3 eines erfindungsgemäßen Hydro-Drehoszillators 1. Das Hydro-Drehstellglied 3 weist ein Drehstellglied-Innenteil 6 und drei nebeneinander angeordnete Drehstellglied-Außenteile 7, 7', 7" auf. Die Drehstellglied-Außenteile 7, 7', 7" entsprechen in der Form dem in der Figur 2 dargestellten Drehstellglied-Außenteil 7 und sind mit entsprechenden Außenteil-Fortsätzen 14, 14', 14" versehen. Jedes der drei Drehstellglied-Außenteile 7, 7', 7" ist entsprechend der Figur 3 mit vier Arbeitskammern 5, 5', 13, 13' ausgebildet, die in gleicher Weise wie dort miteinander und den beiden Haupt-Strömungskanäien 10, 10' verbunden sind. Dabei bewegen sich die beiden äußeren Drehstellglied-Außenteile 7,' 7" phasengleich und jeweils in gleicher Richtung, während das mittlere Drehstellglied-Außenteil 7 sich phasenversetzt entgegengesetzt zu den beiden anderen Drehstellglied-Außenteilen 7,' 7" bewegt. Die Bewegung ist zwangsläufig. Dies wird dadurch erreicht, dass die Arbeitskammern 5, 5', 13, 13' des mittleren Drehstellglied-Außenteils 7 in umgekehrter Weise, d.h. kreuzweise mit den Haupt-Strömungskanälen 10, 10' verbunden sind, wie es bei den beiden äußeren Drehstellglied-Außenteilen 7', 7" der Fall ist. Die beiden äußeren Drehstellglied-Außenteile 7', 7" sind in gleicher Weise mit den Haupt-Strömungskanälen 10. 10' verbunden, d.h. fluidtechnisch parallel geschaltet.

[0032] In der Figur 4 ist die Hydro-Rotationspumpe 2 aus Figur 1 vergrößert gezeigt. Die Hydro-Rotationspumpe 2 ist zum Erzeugen eines oszillierenden Hydro-Fluidstromes ausgebildet und weist einen kugelabschnittsförmigen Hohlraum 17 auf, der eine kreisförmige Hohlraumbodenplatte 18 und eine sphärische Hohlraumkappe 19 aufweist. In dem Hohlraum 17 ist ein rotierend angetriebenes Kugelsegment 20 in Form einer Halbkugel, mit einem Kugelsegmentboden 21 und einer ebenfalls sphärischen Kugelsegmentkappe 22, angeordnet. Der Kugelsegmentboden 21 und die Hohlraumbodenplatte 18 sind geneigt zueinander ausgerichtet und weisen einen Abstand zueinander auf. Sie begrenzen einen kugelkeilförmigen Zwischenraum 23 auf gegenüberliegenden Seiten. Damit ist das Kugelsegment 20, das geringfügig kleiner als der kugelabschnittförmige Hohlraum 17 ausgebildet ist, in dem Hohlraum 17 geneigt angeordnet.

[0033] Das Kugelsegment 20 weist eine gegenüber der zentralen Mittelachse 24 um wenige Winkelgrade geneigte Rotationsachse 25 auf, die mit dem Mittelpunkt 26 der Hohlraumbodenplatte 18 fluchtet und die sich senkrecht zu der Hohlraumbodenplatte 18 erstreckt. Die Neigung der Rotationsachse 25 bezüglich der Mittelachse 24 beträgt dabei typisch zwischen 1 und 10 Grad. In der Hohlraumbodenplatte 18 ist eine Pendelplatte 27 mittig rechtwinklig eingelassen, die an dem Kugelsegmentboden 21 mit einer Anlagekante 28 dichtend in Anlage gehalten ist. Die Pendelplatte 27 ist als Halbkreisscheibe ausgeführt und in einer komplementär ausgebildeten Aufnahmenut 29 aufgenommen, wobei die Pendelplatte 27 am halbkreisförmigen Umfang verschiebbar geführt ist. Das Schwenken der Pendelplatte 27 um einen virtuellen Schwenkpunkt 30 erfolgt beim Drehen des Kugelsegments 20 durch den Kugelsegmentboden 21, der abhängig von der Stellung des Kugelsegments 20 in dem Hohlraum 17 Druck auf die eine oder die andere Hälfte der Anlagekante 28 der Pendelplatte 27 ausübt.

[0034] Die Hohlraumbodenplatte 18 weist außerdem Durchtrittskanäle 31, 31' für ein in der Zeichnung nicht dargestelltes Fluid auf, die beidseitig der Pendelplatte 27 angeordnet sind. Die Durchtrittskanäle 31, 31' dienen zum oszillierenden Transport des Fluids aus dem bzw. in den Zwischenraum 23 zwischen der Hohlraumbodenplatte 18 und dem Kugelsegmentboden 21, der durch die Pendelplatte 27 in zwei Pumpenkammern 12, 12' unterteilt ist. Die beiden Pumpenkammern 12, 12' beaufschlagen das Fluid in abwechselnder Folge mit Druck oder Sog, wenn das Kugelsegment 20 in dem Hohlraum 17 rotiert, wobei die beiden Durchtrittskanäle 31, 31' abwechselnd als Eintritts- und Austrittskanäle wirken. Die Hydro-Rotationspumpe 2 weist eine gegenüber dem Hohlraum 17 abgedichtete Antriebsachse 32 für das Kugelsegment 20 auf, die in Verlängerung der Rotationsachse 25 auf der dem Kugelsegmentboden 21 gegenüberliegenden Seite der Kugelsegmentkappe 22 angeordnet ist. Die Antriebsachse 32 des Kugelsegments 20 kann mit einer Antriebswelle eines beliebigen Motors gekoppelt werden.

[0035] Die Figur 5 zeigt in den Figuren 5a, 5b den in den Figuren 1a, 1b abgebildeten Hydro-Drehoszillator 1, jedoch mit zwei Hydro-Rotationspumpen 2,2'. Die beiden Hydro-Rotationspumpen 2, 2' sind zueinander und zu dem Hydro-Drehstellglied 3 parallel geschaltet. Sie weisen eine gemeinsame Antriebseinheit 33 auf, die in der Figur 6 in Draufsicht abgebildet ist. Die Antriebseinheit 33 weist einen Antriebsmotor 34 auf, dessen Antriebswelle 35 über eine Antriebskette oder einen Antriebsriemen 36 mit den Antriebsachsen 32 der Kugelsegmente 20 der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' verbunden ist. Die Antriebseinheit 33 beinhaltet außerdem eine Phasenverstelleinrichtung 37 zur synchronen Einstellung der Stellung der Antriebsachsen 32 der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' zueinander. Die Phasenverstelleinrichtung 37 ist mit der Antriebskette bzw. mit dem Antriebsriemen 36 gekoppelt und bewegt die Antriebsachsen 32 der Kugelsegmente 20 zueinander in entgegengesetzter Drehrichtung.

[0036] Die Phasenverstelleinrichtung 37 weist, wie aus der Figur 6 ersichtlich. zudem vier Umlenkrollen 38 für die Antriebskette bzw. den Antriebsriemen 36 sowie eine zusätzliche Umlenkwalze 39 für diesen auf, die die Antriebskette bzw. den Antriebsriemen 36 zusammen mit den Antriebsachsen 32 der Kegeisegmente 20 und der Antriebswelle 35 des Antriebsmotors 34 kreuzförmig führen. Dabei sind jeweils der Antriebsmotor 34 und die Umlenkwalze 39 sowie die beiden Hydro-Rotationspumpen 2, 2' einander gegenüberliegend angeordnet, wobei der Antriebsmotor 34 und die Umlenkwalze 39 von einem Schiebeschlitten 40 getragen sind, der senkrecht gegenüber einer gedachten Verbindungslinie der beiden Hydro-Rotationspumpen 2, 2' längs verschiebbar geführt ist. Die vier Umlenkrollen 38 sind paarweise jeweils nahe einer der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' ortsfest angeordnet. Prinzipiell ermöglicht die Verwendung von zwei Umlenkwalzen 39 anstelle von einer Umlenkwalze 39 und dem Antriebsmotor 34 als Umlenkstellen des Schiebeschlittens 40 einen einfacheren Aufbau der Phasenverstelleinrichtung 37, da keine elektrischen Anschlussleitungen beim Verfahren des Schiebeschlittens 40 mitbewegt werden müssen.

[0037] Alternativ kann der Antriebsmotor 34 auch an einer geeigneten anderen Stelle der Antriebseinheit 33 angeordnet sein. In diesem Fall ist an der in der in der Figur 5 vom Antriebsmotor 34 gebildeten Umlenkstelle, anstelle des Antriebsmotors 34 eine zweite Umlenkwalze 39 angeordnet. Diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

[0038] Die Figuren 6a, 6b zeigen den Schiebeschlitten 40 der Phasenverstelleinrichtung 37 in zwei unterschiedlichen Stellungen. In der Figur 6a sind die Drehachsen 32 der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' gleich und in der Figur 6b spiegelbildlich zueinander ausgerichtet, wobei sich der Schiebeschlitten 40 in unterschiedlichen Stellungen gegenüber der Antriebseinheit 33 befindet. In jeder Stellung des Schiebeschlittens 40 bewegt die Antriebskette bzw. der Antriebsriemen 36 die beiden Drehachsen 32 der Kugelsegmente 20 synchron miteinander in derselben Drehrichtung. Bei der in der Figur 6a gezeigten Ausrichtung der Antriebsachsen 32 wird der gesamte Hydro-Fluidstrom oszillierend zu dem Hydro-Drehstellglied 3 geleitet, in der in der Figur 6b dargestellten Ausrichtung oszilliert der Fluidstrom lediglich zwischen den beiden Hydro-Rotationspumpen 2, 2'. Dies bedeutet, dass im ersten Fall bei dem Hydro-Drehstellglied 3 das Drehstellglied-Außenteil 7, 7', 7" in Umfangsrichtung maximal geschwenkt und im zweiten Fall nicht bewegt wird. In einer Zwischenstellung des Schiebeschlittens 40 zwischen den beiden in den Figuren 6a, 6b gezeigten Stellungen oszilliert der Hydro-Fluidstrom sowohl zwischen den Hydro-Rotationspumpen 2, 2' wie auch zwischen den Hydro-Rotationspumpen 2, 2' und dem Hydro-Drehstellglied 3. Die Aufteilung des Hydro-Fluidstroms ist von der Stellung der Antriebsachsen 32 und damit der Kugelsegmente 20 der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' einander gegenüber abhängig.

[0039] Durch den oszillierenden Fluidstrom wird das Drehstellglied-Außenteil 7, 7', 7" des Hydro-Drehstellgliedes 3 zyklisch bewegt, d.h. hin- und hergeschwenkt. Die Bewegungsgeschwindigkeit und damit die Frequenz mit der sich das mindestens eine Drehstellglied-Außenteil 7, 7', 7" bewegt, ist von der Rotationsgeschwindigkeit der Antriebswelle 35 des Antriebsmotors 34 abhängig. Diese kann an sich beliebig eingestellt werden und wird zudem von der Übersetzung der Antriebswelle 35 zu den Antriebsachsen 32 der Hydro-Rotationspumpen 2, 2' beeinflusst.

Ansprüche

1. Hydro-Drehoszillator (1), mit einem von einem Hydro-Fluidstrom angetriebenen Hydro-Drehstellglied (3), das ein vollzylindrisches Drehstellglied-Innenteil (6) und mindestens ein hohlzylindrisches Drehstellglied-Außenteil (7) aufweist, die konzentrisch zueinander mit radialem Abstand angeordnet sind, mindestens zwei ringsegmentförmige Arbeitskammern (5, 5') radial begrenzen und einander gegenüber in zwei Drehrichtungen begrenzt drehbar sind, wobei die Arbeitskammern (5, 5') durch eine mitdrehende sich radial erstreckende Drehstellgliedwand (8) voneinander getrennt und in der Größe änderbar sind und mit der Hydro-Rotationspumpe (2, 2') über Hydro-Verbindungsleitungen (4, 4') verbunden sind, und mit mindestens einem Steuermittel, das den Hydro-Fluidstrom wechselweise zu den mindestens zwei Arbeitskammern (5, 5') lenkt, wobei das Drehstellglied-Außenteil (7) drehbar und das Drehstellglied-Innenteil (6) drehfest ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydro-Drehstellglied (3) das Drehstellglied-Innenteil (6) und drei nebeneinander angeordnete Drehstellglied-Außenteile (7, 7', 7") aufweist, wobei sich das mittlere Drehstellglied-Außenteil (7) stets in entgegengesetzter Richtung der beiden äußeren Drehstellglied-Außenteile (7', 7") bewegt, wobei
an jedem der Drehstellglied-Außenteile (7, 7', 7") ein Außenteil-Fortsatz (14) ausgebildet und an jedem der Außenteil-Fortsätze (14) eine Flosse (15) befestigt oder angeformt ist, und
der das Hydro-Drehstellglied (3) antreibende Hydro-Fluidstrom stetig oszillierend und von zwei über eine gemeinsame Antriebseinheit mit einem Antriebsmotor (34) kontinuierlich angetriebene Hydro-Rotationspumpen (2, 2') erzeugt ist, wobei die zwei Hydro-Rotationspumpen (2, 2') zueinander und zu dem Hydro-Drehstellglied (3) fluidtechnisch parallel geschaltet sind, und wobei jede Hydro-Rotationspumpe (2, 2') einen kugelabschnittförmigen, mit einem Hydro-Fluid gefüllten Hohlraum (17), der eine kreisförmige Hohlraumbodenplatte (18), ein in dem Hohlraum (17) angeordnetes rotierend angetriebenes Kugelsegment (20), mit einem ebenen Kugelsegmentboden (21) und einer sphärischen Kugelsegmentkappe (22), einem kugelkeilförmigen Zwischenraum (23) zwischen der Hohlraumbodenplatte (18) und dem Kugelsegmentboden (21), mit einer Antriebsachse (32) des Kugelsegments (20), die sich als Rotationsachse (25) senkrecht zur Hohlraumbodenplatte (18) und geneigt gegenüber der zentralen Mittelachse (24) des Kugelsegments (20) erstreckt und mit dem Mittelpunkt (26) der Hohlraumbodenplatte (18) fluchtet, mit einer mittig rechtwinklig in die Hohlraumbodenplatte eingelassenen, den Kugelsegmentboden (21) mit einer Anlagekante (28) berührenden Pendelplatte (27), die um einen virtuellen Drehpunkt (30) der Pendelplatte (27) in der Mitte der Anlagekante (28) schwenkbar ist, und mit Durchtrittskanälen (31, 31') für das Hydro-Fluid beidseitig der Pendelplatte (27) in der Hohlraumbodenplatte (18) zum Transport des Hydro-Fluids aus dem und in den Zwischenraum (23) zwischen der Hohlraumbodenplatte (18) und dem Kugelsegmentboden (21) aufweist, und wobei
die Oszillationsfrequenz des Hydro-Fluidstroms über die frei einstellbare Rotationsgeschwindigkeit der beiden Hydro-Rotationspumpen (2, 2') veränderbar ist, und
die Menge und Druck des das Hydro-Drehstellglied (3) antreibenden oszillierenden Hydro-Fluidstroms über die Phasenlage der rotierenden Kugelsegmente (20) der beiden Hydro-Rotationspumpen (2, 2') mittels einer Phasenverstelleinrichtung variabel einstellbar ist, wobei die Phasenlage der rotierenden Kugelsegmente (20) der beiden Hydro-Rotationspumpen (2, 2') zueinander, vorzugsweise zwischen 0° und 180° veränderbar ist und der von der Phasenlage abhängige Schwenkwinkel der mindestens drei Drehstellglied-Außenteile (7, 7', 7") gegenüber dem Drehstellglied-Innenteil (6) zwischen null Grad und dem von den Dreh-Anschlägen bestimmten Gradwert variabel festlegbar ist.

2. Hydro-Drehoszillator Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehstellglied-Innenteil (6) zwei sich axial erstreckende Haupt-Strömungskanäle (10, 10') aufweist, von denen aus sich jeweils Neben-Strömungskanäle (11, 11') zu einer der Arbeitskammern (5, 5') erstrecken.

3. Hydro-Drehoszillator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammern (5, 5', 13, 13') von sich phasenversetzt bewegenden Drehstellglied-Außenteilen (7, 7', 7") gegensinnig und die Arbeitskammern (5, 5', 13, 13') von sich phasengleich bewegenden Drehstellglied-Außenteilen (7, 7', 7") gleichsinnig mit den Haupt-Strömungskanälen (10, 10') direkt oder indirekt verbunden sind.

4. Hydro-Drehoszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydro-Drehstellglied (3) eine dritte und vierte Arbeitskammer (13, 13') aufweist, die der ersten und der zweiten Arbeitskammer (5, 5') diametral gegenüber liegen.

5. Hydro-Drehoszillator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte Arbeitskammer (13, 13') indirekt über zu den Haupt-Strömungskanälen (10, 10') führende Neben-Strömungskanäle (11, 11') oder direkt über Zusatzquer-Strömungskanäle (16, 16') mit der ersten bzw. zweiten Arbeitskammer (5, 5') kreuzweise verbunden sind.

6. Hydro-Drehoszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Steuermittel in die Hydro-Rotationspumpe (2, 2') integriert ist.

7. Hydro-Drehoszillator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebswelle (35) des Antriebsmotor über eine Antriebskette oder einen Antriebsriemen (36) mit den Antriebsachsen (32) der Kugelsegmente (20) verbunden ist, und dass die Antriebsachsen (32) der Kugelsegmente (20) der Hydro-Rotationspumpen (2, 2') über die Phasenverstelleinrichtung (37) miteinander gekoppelt sind, wobei die Stellung der Antriebsachsen (32) zueinander in entgegengesetzter Drehrichtung vorzugsweise synchron einstellbar ist.

8. Hydro-Drehoszillator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung vier Umlenkrollen (38) für die Antriebskette oder den Antriebsriemen (36) und mindestens eine zusätzlichen Umlenkwalze (39) aufweist, die die Antriebskette oder den Antriebsriemen (36) kreuzförmig führen, wobei jeweils der Antriebsmotor (34) und eine Umlenkwalze (39) oder zwei Umlenkwalzen (39) sowie die beiden Hydro-Rotationspumpen (2, 2') einander gegenüberliegend angeordnet sind, und wobei der Antriebsmotor (34) und die Umlenkwalze (39) oder die zwei Umlenkwalzen (39) von einem Schiebeschlitten (40) getragen sind, der senkrecht gegenüber einer gedachten Verbindungslinie der beiden Hydro-Rotationspumpen (2, 2') längsverschiebbar geführt ist und wobei die vier Umlenkrollen (38) nahe den Hydro-Rotationspumpen (2, 2') ortsfest angeordnet sind.

9. Hydro-Drehoszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Größe und/oder Fläche der sich jeweils entgegengesetzt bewegenden Flossen (15) in der Summe gleich ist.

10. Hydro-Drehoszillator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flossen (15) der Drehstellglied-Außenteile (7, 7', 7") Trennwände angeordnet sind.

Claims

1. Hydraulic rotary oscillator (1) comprising a hydraulic rotary actuator (3) that is driven by a hydraulic fluid flow and comprises a solid cylindrical rotary actuator inner part (6) and at least one hollow cylindrical rotary actuator outer part (7), which parts are arranged so as to be mutually concentric and radially spaced, radially define at least two work chambers (5, 5') in the shape of ring segments, and are rotatable relative to one another, in a limited manner, in two directions of rotation, the work chambers (5, 5') being separated from one another by means of a co-rotating, radially extending rotary actuator wall (8), being adjustable in size, and being connected to a hydraulic rotary pump (2, 2') via hydraulic connecting lines (4, 4'), and said oscillator comprising at least one control means that guides the hydraulic fluid flow alternately to the at least two work chambers (5, 5'), the rotary actuator outer part (7) being rotatable and the rotary actuator inner part (6) being rotationally fixed, characterised in that
the hydraulic rotary actuator (3) comprises the rotary actuator inner part (6) and three mutually adjacent rotary actuator outer parts (7, 7', 7"), the central rotary actuator outer part (7) always moving in the opposite direction from the two outer rotary actuator outer parts (7, 7"), an outer part extension (14) being formed on each of the rotary actuator outer parts (7, 7', 7") and a fin (15) being fastened to or moulded on each of the outer part extensions (14), and
the hydraulic fluid flow that drives the hydraulic rotary actuator (3) oscillates constantly and is generated by means of two hydraulic rotary pumps (2, 2') that are continuously driven, via a common drive unit comprising a drive motor (34), the two hydraulic rotary pumps (2, 2') being fluidically connected in parallel with one another and with the hydraulic rotary actuator (3), and each hydraulic rotary pump (2, 2') comprising a cavity (17) that is in the shape of a spherical segment, is filled with a hydraulic fluid and has a circular cavity base plate (18), a rotatably driven spherical segment (20) arranged in the cavity (17) and having a planar spherical segment base (21) and a globular spherical segment top (22), a spherical wedge-shaped space (23) between the cavity base plate (18) and the spherical segment base (21), and comprising a drive axle (32) of the spherical segment (20) that extends, as an axis of rotation (25), perpendicularly to the cavity base plate (18) and so as to be inclined relative to the central axis (24) of the spherical segment (20) and is aligned with the centre (26) of the cavity base plate (18), comprising a swinging plate (27) that is introduced centrally and at right-angles into the cavity base plate and the contact edge (28) of which swinging plate touches the spherical segment base (21), which swinging plate is pivotable about a virtual fulcrum (30) of the swinging plate (27) in the centre of the contact edge (28), and comprising passage channels (31, 31') for the hydraulic fluid on either side of the swinging plate (27), in the cavity base plate (18), in order to transport the hydraulic fluid out of and into the space (23) between the cavity base plate (18) and the spherical segment base (21), and the oscillation frequency of the hydraulic fluid flow being variable by means of the freely adjustable rotational speed of the two hydraulic rotary pumps (2, 2'), and
the quantity and pressure of the oscillating hydraulic fluid flow that drives the hydraulic rotary actuator (3) is variably adjustable, using a phase adjustment device, by means of the phase position of the rotating spherical segments (20) of the two hydraulic rotary pumps (2, 2'), the phase position of the rotating spherical segments (20) of the two hydraulic rotary pumps (2, 2') being mutually variable, preferably between 0° and 180°, and the pivot angle of the at least three rotary actuator outer parts (7, 7', 7") relative to the rotary actuator inner part (6), which angle is dependent on the phase position, being able to be variably set between zero degrees and the degree value specified by the rotary stops.

2. Hydraulic rotary oscillator according to claim 1, characterised in that the rotary actuator inner part (6) comprises two axially extending main flow channels (10, 10'), from which channels auxiliary flow channels (11, 11') extend in each case to one of the work chambers (5, 5').

3. Hydraulic rotary oscillator according to claim 2, characterised in that the work chambers (5, 5', 13, 13') are directly or indirectly connected to the main flow channels (10, 10') in opposite directions by means of rotary actuator outer parts (7, 7', 7") that move in a phase-shifted manner, and said work chambers (5, 5', 13, 13') are directly or indirectly connected to said main flow channels in the same direction by means of rotary actuator outer parts (7, 7', 7") that move in phase with one another.

4. Hydraulic rotary oscillator according to any of the preceding claims, characterised in that the hydraulic rotary actuator (3) comprises a third and fourth work chamber (13, 13') which are diametrically opposed to the first and the second work chamber (5, 5').

5. Hydraulic rotary oscillator according to claim 4, characterised in that the third and fourth work chambers (13, 13') are obliquely connected to the first and second work chambers (5, 5'), respectively, either indirectly by means of auxiliary flow channels (11, 11') leading to the main flow channels (10, 10') or directly by means of additional transverse flow channels (16, 16').

6. Hydraulic rotary oscillator according to any of the preceding claims, characterised in that the at least one control means is integrated in the hydraulic rotary pump (2, 2').

7. Hydraulic rotary oscillator according to claim 6, characterised in that a drive shaft (35) of the drive motor is connected to the drive axles (32) of the spherical segments (20) by means of a drive chain or a drive belt (36), and in that the drive axles (32) of the spherical segments (20) of the hydraulic rotary pumps (2, 2') are coupled together by means of the phase adjustment device (37), the position of the drive axles (32) relative to one another in opposite directions of rotation being adjustable, preferably synchronously.

8. Hydraulic rotary oscillator according to claim 7, characterised in that the phase adjustment device comprises four guide rolls (38) for the drive chain or the drive belt (36) and at least one additional guide roller (39) which guide the drive chain or the drive belt (36) in a crossed manner, in each case the drive motor (34) and one guide roller (39) or two guide rollers (39) and the two hydraulic rotary pumps (2, 2') being arranged opposite one another, and the drive motor (34) and the guide roller (39) or the two guide rollers (39) being supported by a sliding carriage (40) that is guided so as to be longitudinally displaceable perpendicularly with respect to an imaginary connecting line between the two hydraulic rotary pumps (2, 2'), and the four guide rolls (38) being fixed close to the hydraulic rotary pumps (2, 2').

9. Hydraulic rotary oscillator according to any of the preceding claims, characterised in that the size and/or surface area of the fins (15) that move in mutually opposite directions in each case is the same.

10. Hydraulic rotary oscillator according to any of the preceding claims, characterised in that dividing walls are arranged between the fins (15) of the rotary actuator outer parts (7, 7', 7").

Revendications

1. Oscillateur rotatif hydraulique (1), comprenant au moins un actionneur rotatif hydraulique (3) entraîné par un courant de fluide hydraulique, qui présente une partie intérieure d'actionneur rotatif cylindrique pleine (6) et au moins une partie extérieure d'actionneur rotatif cylindrique creuse (7) qui sont disposées concentriquement l'une à l'autre avec un espacement radial, limitent radialement au moins deux chambres de travail en forme de segment annulaire (5, 5') et peuvent tourner de manière limitée l'une par rapport à l'autre dans les deux sens de rotation, dans lequel les chambres de travail (5, 5') sont séparées l'une de l'autre par une paroi d'actionneur rotatif (8) tournant conjointement, s'étendant radialement, sont modifiables en taille et sont reliées à une pompe rotative hydraulique (2, 2') par des conduites de raccordement hydrauliques (4, 4'), et comprenant au moins un moyen de commande qui dirige le courant de fluide hydraulique alternativement vers lesdites au moins deux chambres de travail (5, 5'), dans lequel la partie extérieure d'actionneur rotatif (7) est réalisée rotative et la partie intérieure d'actionneur rotatif (6) est réalisée bloquée en rotation, caractérisé en ce que l'actionneur rotatif hydraulique (3) présente la partie intérieure d'actionneur rotatif (6) et trois parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7',7") disposées de manière adjacente, dans lequel la partie extérieure d'actionneur rotatif centrale (7) se déplace toujours en sens opposé à celui des deux parties extérieures d'actionneur rotatif extérieures (7',7"), dans lequel un prolongement de partie extérieure (14) est formé sur chacune des parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7',7") et un aileron (15) est fixé ou formé sur chacun des prolongements de partie extérieure (14), et le courant de fluide hydraulique entraînant l'actionneur rotatif hydraulique (3) oscille en permanence et est produit par deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') entraînées en continu par une unité d'entraînement commune, dans lequel les deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') sont couplées fluidiquement en parallèle entre elles et avec l'actionneur rotatif hydraulique (3), et dans lequel chaque pompe rotative hydraulique (2, 2') présente une cavité (17) en forme de section de sphère, remplie de fluide hydraulique, qui présente une plaque de fond de cavité circulaire (18), un segment de sphère (20) entraîné en rotation disposé dans la cavité (17), avec un fond de segment de sphère plan (21) et un chapeau de segment de sphère sphérique (22), un espace en forme de coin de sphère (23) entre la plaque de fond de cavité (18) et le fond de segment de sphère (21), avec un axe d'entraînement (32) du segment de sphère (20), qui s'étend en tant qu'axe de rotation (25) perpendiculairement à la plaque de fond de cavité (18) et est incliné par rapport à l'axe médian central (24) du segment de sphère (20) et aligné avec le centre (26) de la plaque de fond de cavité (18), avec une plaque oscillante (27) encastrée au centre à angle droit dans la plaque de fond de cavité (18), en contact avec le fond de segment de sphère (21) par un bord d'appui (28), qui peut pivoter autour d'un centre de rotation virtuel (30) de la plaque oscillante (27) au milieu du bord d'appui (28), et avec des canaux de passage (31, 31') pour le fluide hydraulique des deux côtés de la plaque oscillante (27) dans la plaque de fond de cavité (18) pour le transport du fluide hydraulique hors et dans l'espace (23) entre la plaque de fond de cavité (18) et le fond de segment de sphère (21), et dans lequel la fréquence d'oscillation du courant de fluide hydraulique est modifiable par la vitesse de rotation librement réglable des deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2'), et la quantité et la pression du courant de fluide hydraulique oscillant qui entraîne l'actionneur rotatif hydraulique (3) sont réglages de manière variable par la position de phase des segments de sphère (20) en rotation des deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') au moyen d'un dispositif de réglage de phase, la position de phase des segments de sphère (20) en rotation des deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') l'un par rapport à l'autre étant modifiable de préférence entre 0° et 180° et l'angle de pivotement dépendant de la position de phase desdites au moins trois parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7',7") par rapport à la partie intérieure d'actionneur rotatif (6) pouvant être défini de manière variable entre zéro degré et la valeur en degrés déterminée par les butées de rotation.

2. Oscillateur rotatif hydraulique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie intérieure d'actionneur rotatif (6) présente deux canaux d'écoulement principaux (10, 10') s'étendant axialement à partir desquels des canaux d'écoulement secondaires (11, 11') respectifs s'étendent vers l'une des chambres de travail (5, 5').

3. Oscillateur rotatif hydraulique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les chambres de travail (5, 5', 13, 13') de parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7',7") se déplaçant en décalage de phase sont reliés directement ou indirectement en sens opposé et les chambres de travail (5, 5', 13, 13') des parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7',7") se déplaçant en phase dans le même sens aux canaux d'écoulement principaux (10, 10').

4. Oscillateur rotatif hydraulique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce l'actionneur rotatif hydraulique (3) présente des troisième et quatrième chambres de travail (13, 13') qui sont diamétralement opposées aux première et deuxième chambres de travail (5, 5').

5. Oscillateur rotatif hydraulique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les troisième et quatrième chambres de travail (13, 13') sont reliées en croix indirectement par des canaux d'écoulement secondaires (11, 11') conduisant aux canaux d'écoulement principaux (10, 10') ou directement par des canaux d'écoulement transversaux supplémentaires (16, 16') aux première et deuxième chambres de travail (5, 5').

6. Oscillateur rotatif hydraulique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un moyen de commande est intégré dans la pompe rotative hydraulique (2, 2').

7. Oscillateur rotatif hydraulique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un arbre d'entraînement (35) du moteur d'entraînement est relié par l'intermédiaire d'une chaîne d'entraînement ou d'une courroie d'entraînement (36) aux axes d'entraînement (32) des segments de sphère (20), et en ce que les axes d'entraînement (32) des segments de sphère (20) des pompes rotatives hydrauliques (2, 2') sont couplés entre eux par l'intermédiaire du dispositif de réglage de phase (37), la position des axes d'entraînement (32) l'un par rapport à l'autre en sens de rotation opposé étant réglable, de préférence de manière synchrone.

8. Oscillateur rotatif hydraulique selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de réglage de phase présente quatre poulies de renvoi (38) pour la chaîne d'entraînement ou la courroie d'entraînement (36) et au moins un rouleau de renvoi supplémentaire (39) qui guident la chaîne d'entraînement ou la courroie d'entraînement (36) en croix, dans lequel, dans chaque cas, le moteur d'entraînement (34) et un rouleau de renvoi (39) ou deux rouleaux de renvoi (39) et les deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') sont disposés en face l'un(e) de l'autre, et dans lequel le moteur d'entraînement (34) et le rouleau de renvoi (39) ou les deux rouleaux de renvoi (39) sont portés par un chariot coulissant (40) qui est guidé de manière à pouvoir coulisser longitudinalement perpendiculairement par rapport à une ligne imaginaire reliant les deux pompes rotatives hydrauliques (2, 2') et dans lequel les quatre poulies de renvoi (38) sont disposées de manière fixe à proximité des pompes rotatives hydrauliques (2, 2').

9. Oscillateur rotatif hydraulique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la taille et/ou la surface des ailerons (15) se déplaçant chaque fois en sens opposé est égale au total.

10. Oscillateur rotatif hydraulique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des parois de séparation sont disposées entre les ailerons (15) des parties extérieures d'actionneur rotatif (7, 7', 7").

Zeichnung