Die Erfindung bezieht sich auf eine Versorgungsanlage für die Luft- und Raumfahrt zur Verfügungstellung von elektrischer Energie und/oder Druckluft, wobei die Druckluft mittels eines von einem Motor betätigten Verdichters erzeugbar ist.

Eine entsprechende Anlage ist zum Beispiel der US 41 01 100 zu entnehmen. Dabei ist die die Druckluft bzw. die elektrische Energie erzeugende Anlage stationär ausgebildet , um über Versorgungs¬ leitungen mobilen Einheiten Druckluft und elektrische Energie zuzu¬ führen, die dann zur Versorgung eines Flugzeuges abgegeben wird. Die Druckluft wird dabei mittels eines Schraubenkompressors erzeugt. Dieser muß recht voluminös ausgebildet sein, um den erforderlichen Massendurchsatz bei benötigtem Druck zur Verfügung zu stellen . Die elektrische Energie selbst wird dem elektrischen Versorgungsnetz ent¬ nommen, die dann in die erforderliche Spannung transformiert bzw . in die erforderliche Frequenz umgesetzt wird. Entsprechende Anlagen sind konstruktiv aufwendig und damit wartungsintensiv. Daher ist ein Einsatz zum Beispiel auf kleineren von Düsenmaschinen angeflogenen Flughäfen oder auf Flugplätzen der Dritten Welt nicht oder nur schwer einsetzbar. Aus diesem Grund ist es erforderlich , daß die Düsenflugzeuge entweder installierte Versorgungsanlagen selbst auf¬ weisen oder aber mobile Geräte mitführen , was sich allein aus Kostengründen nachteilig auswirkt. Aber es ist noch auf einen

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weiteren Nachteil hinzuweisen. Ist nämlich ein entsprechendes an Bord befindliches Anlaßgerät defekt, so muß ein Ersatzgerät eingeflogen werden, da sonst die Maschine festsitzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Versorgungsanlage der zuvor beschriebenen Art so auszubilden, daß die Möglichkeit besteht, im erforderlichen Umfang kostengünstig elektrische Energie und/oder Druckluft zu erzeugen, die ihrerseits öl- und pulsationsfrei ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor ein Dieselmotor ist, der einen Generator und wahlweise gleichzeitig den Verdichter antreibt, dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl des Generators veränderbar ist. Dabei wird der Generator über ein stufenloses Getriebe angetrieben, das zum Beispiel ein mechanischer Wandler wie zum Beispiel ein PIV-Getriebe sein kann. Dadurch ist sichergestellt, daß der Generator stets die erforderliche Frequenz von zum Beispiel 4-00 Hz _+ 2%, die in der Luft- und Raumfahrt erforderlich ist, liefert, ohne daß dadurch die Drehzahl des Dieselmotors vor- gegeben ist. So kann der Dieselmotor zum Beispiel bei 1500 Um¬ drehungen pro Minute drehen, um über das stufenlose Getriebe den Generator so anzutreiben, daß er 400 Hz liefert. Dabei kann der Generator unabhängig von dem parallel geschalteten Verdichter ar¬ beiten, der vielmehr wahlweise zuschaltbar ist. Soll nun von dem Verdichter, der vorzugsweise als Radial- und/oder Axialverdichter ausgebildet ist, Druckluft erzeugt werden , so wird der Verdichter über eine Kupplung wie zum Beispiel Strömungskupplung oder Last¬ schaltkupplung zugeschaltet. Um den Kompressorrotor, dessen Gewicht zwischen 1 und 2,5 kg in Abhängigkeit davon, ob er ein- oder mehrstufig ausgebildet ist, mit höheren Drehzahlen zu betreiben, um so den erforderlichen Massendurchsatz von ca. 50 bis 150 m pro Minute bei 3 bis 3,5 bar zu erzielen , wird bei der Verwendung eines PlV-Wandlers das i zwischen Motor und Generator verkleinert, so daß

sich dadurch automatisch die Drehzahl des Motors erhöht, da die. Frequenz am Generator 400 Hz konstant gehalten werden muß. Anstelle der Frequenz kann selbstverständlich auch eine andere drehzahl¬ abhängige Größe zur Einstellung der Motordrehzahl benutzt werden , die zum Beispiel mittels eines Tachogenerators oder zum Beispiel rein induktiv abgetastet werden kann. Das i wird so lange verkleinert, bis der Kompressor seine vorher bestimmte Leistung/Drehzahl erreicht hat. Selbstverständlich besteht auch die Möglichkeit , ein selbstregeln¬ des stufenloses PIV-Getriebe mit zum Beispiel hydraulischer An- pressung der Scheiben zu verwenden , mit der eine Regelgenauigkeit zwischen 0 und Vollast von 2% erreicht wird. In diesem Fall würden dann die 400 Hz des Generators auch dann konstant bleiben, wenn die Drehzahl des Motors instabil sein würde.

Auch sei erwähnt , daß der mechanische Wandler als Teil eines dem Dieselmotor nachgeschalteten Verteilergetriebes , von dem die beiden Abtriebswellen zum Betreiben des Generators bzw. des Verdichters ausgehen, durch eine hydrostatische -auch mit selbstregelnder Dreh¬ zahlautomatik- oder hydrodynamische Einheit ersetzt werden kann . Ebenso kann der Generator direkt oder über eine Getriebestufe an den Motor angeflanscht sein. Das Einrücken bzw. Lösen des Kompressors erfolgt dann vorzugsweise über eine hydrostatische oder hydro¬ dynamische Kupplung , da der antreibende Motor in diesem Fall mit der Enddrehzahl -ergibt die Nenndrehzahl für den Kompressor- drehen müßte.

Andererseits kann die Getriebestufe im Verteilergetriebe zwischen Motor und Kompressor auch stufenlos ausgebildet sein, zum Beispiel mittels eines PiV-Getriebes . Bei direkter formschlüssiger oder reibungs- schlüssiger Verbindung zwischen Motor und Kompressor ist vorzugs¬ weise eine Fliehkraftkupplung und/oder Freilauf zu integrieren . Dies ist wegen des Ungleichförmigkeitsverhaltens des Motors bei niedriger Drehzahl und. um ein Abwürgen des Kompressors bei Abstellen des Motors zu vermeiden , von Vorteil.

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Alternativ bietet sich die Möglichkeit, daß dem mit der Abtriebswelle des Dieselmotors verbundene Verteilergetriebe zwei Kompressoren oder zwei Generatoren nachgeschaltet werden. Bei Flugzeugen bis zur Größenordnung B-707, DC-8, DC-10 je nach Triebwerk, genügt normaler- weise ein Kompressor. Bei Großraumflugzeugen zum Beispiel vom Typ 747 kann jedoch der Generator durch einen zweiten Kompressor ersetzt werden .

Auch aus dieser Ausgestaltung zeigt sich die flexible Anpassung der erfindungsgemäßen Versorgungsanlage an die Gegebenheiten, woraus wirtschaftliche und kostengünstige Vorteile ersichtlich werden.

Ferner ist auf den Vorteil hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Anlage durch die Verwendung des Dieselmotors sehr wirtschaftlich arbeitet, einen geringen Kraftstoffverbrauch zeigt und volumenmäßig sehr klein ist. Daraus ergibt sich außerdem, daß sich die erfindungs¬ gemäße Anlage sehr gut in Verbindung mit einer Aircycle-Maschine als Klimagerät, d. h. zum Kühlen und Heizen der Flugzeugkabine benutzt werden kann, wobei der Generator gleichzeitig zur Versorgung des Bordnetzes eingesetzt werden kann.

In weiterer hervorzuhebender Ausgestaltung der Erfindung erfolgt der Kraftfluß zwischen dem Motor und dem Verdichter, der -wie erwähnt¬ ein Radial- und/oder Axialverdichter ist, vorzugsweise über ein Schalt- getriebe und eine Lastschaltkupplung, wobei zwischen dem Schalt¬ getriebe und der Lastschaltkupplung ein Freilauf angeordnet ist. Ferner kann dem Verdichter ein Zahnradgetriebe wie zum Beispiel ein Stirnrad- oder Planetengetriebe vorgeschaltet sein.

Als besonders hervorzuhebende Ausgestaltungen der Erfindung sind folgende Ausführungsformen der Versorgungsanlage für die Luft- und Rahmfahrt, zu nennen, bei der der Motor ein Dieselmotor ist, dessen Abtriebswelle zum einen ein stufenloses Getriebe wie einen mechani¬ schen Wandler in Form eines PIV-Getriebes ist, dessen Abtriebswelle

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an einen Generator angeschlossen ist, und zum anderen wahlweise ein zuschaltbares (zweites ) Getriebe wie zum Beispiel ein Schaltgetriebe betätigt, das den als Radial- und/oder Axialverdichter ausgebildeten bei konstanter Drehzahl des Generators in seiner Drehzahl veränder- baren Verdichter über eine Lastschaltkupplung betätigt. Alternativ dazu ist der als Dieselmotor ausgebildete Motor mit angeflanschtem

Zahnradgetriebe versehen , von dem zwei Abtriebswellen ausgehen , von denen eine einen Generator und die andere den als Axial- und/oder

Radialverdichter ausgebildeten sowie zu- und abschaltbaren Verdichter betätigt , wobei die Drehzahl des Verdichters unabhängig von der Drehzahl des Generators veränderbar ist und der Kraftfluß vom

Zahnradgetriebe über eine nach dem Föttinger-Prinzip arbeitende

Kupplung und einem Zahnradgetriebe zu dem Verdichter erfolgt.

Weitere Einzelheiten , Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungs¬ beispielen.

Es zeigen :

Fig . 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ver¬ sorgung sanlage ,

Fig . 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ver- sorgungsanlage,

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ver¬ sorgungsanlage und

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Ver¬ sorgung sanlage.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine erfindungsgemäße Versorgungsanlage 10 dargestellt, die im wesentlichen einen Diesel¬ motor 12, einen Verdichter 14 sowie einen Generator 16 umfaßt. Die Abtriebswelle des Dieselmotors 12 betätigt zum einen ein stufenloses Getriebe in Form eines mechanischen Wandlers 18 nach dem P1V- Prinzip und zum anderen ein Schaltgetriebe 20, das über einen Freilauf 22 mit einer Lastschaltkupplung 24 verbunden ist, die ihrerseits über ein Zahnradgetriebe 26 den Kompressor 14 betätigt. Dabei kann das Schaltgetriebe durch ein anderes geeignetes Getriebe ausgetauscht werden. Ferner kann die Lastschaltkupplung 24 und das Schaltgetriebe 20 oder ein entsprechendes Getriebe untereinander aus¬ getauscht werden.

Der mechanische Wandler 18, dessen Abtriebswelle den Generator 16 betätigt, ist nun so ausgebildet, daß über eine Regeleinheit, zum Beispiel durch hydraulische Anpressung der Scheiben, sichergestellt ist, daß auch bei wechselnder Drehzahl des Dieselmotors 12 die Frequenz des Generators 16 konstant gehalten wird. Selbstverständlich kann auch der mechanische Wandler 18 durch einen hydrostatischen oder hydrodynamischen Wandler ersetzt werden.

Mittels des Schaltgetriebes 20 kann zum Beispiel bei Stillstand des Motors über einen Hebel 28 wahlweise der Kompressor 14 zugeschaltet werden und mittels Kupplung 24 im Stillstand und Betrieb , nämlich dann, wenn pulsations- und ölfreie Druckluft benötigt wird. In diesem Fall erst muß die Drehzahl des Motors 12 erhöht werden . Die Erhöhung der Motordrehzahl bewirkt jedoch nicht, daß sich die Frequenz des Generators 16 ändert, da in diesem Fall das Über¬ setzungsverhältnis des Getriebes 18 entsprechend verkleinert wird. Dies erfolgt so lange, bis der Kompressor 14 seine Nenndrehzahl erreicht hat. Die Ausregelung bzw. das Konstanthalten der Generator¬ frequenz wird mittels des Motordrehzahlreglers erzielt, welcher vor¬ zugsweise elektronisch/elektromechanisch ausgelegt ist und auch auf Drehzahländerungen des Generators reagiert.

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In Fig. 2 ist eine alternative Ausführungsform einer erfindungs¬ gemäßen Versorgungsanlage 30 dargestellt, die gleichfalls einen Diesel¬ motor 32 umfaßt, dem ein Verteilergetriebe 34 vorzugsweise in Form eines Zahnradgetriebes nachgeschaltet ist, deren Abtriebswellen einen Generator 36 und einen Kompressor 38 antreiben. Dabei ist der Kompressor 38 gleichfalls ein Radial- und/oder Axialverdichter wie der Kompressor 14 nach Fig . 1. Dem Zahnradgetriebe ist in der Aus¬ führungsform nach Fig . 2 eine Flüssigkeitskupplung 40 nachgeschaltet , um über ein Planetengetriebe den Kraftfiuß von der Abtriebswelle des Zahnradgetriebes 34 auf den Verdichter 38 zu ermöglichen . Auch in dieser Ausführungsform kann zum Beispiel mittels der Flüssigkeits¬ kupplung , die nach dem Föttinger-Prinzip arbeitet, die Drehzahl des Kompressors 38 unabhängig von der Drehzahl des Generators 36 gesteuert werden. Alternativ dazu kann dem Verteilergetriebe 34 ein stufenloses Getriebe nachgeschaltet werden , dessen Abtriebswelle mit dem Generator 36 verbunden ist, um so gleichfalls die Drehzahl des Generators unabhängig von der Drehzahl des Kompressors 38 einzu¬ stellen. Auch sei darauf hingewiesen, daß mittels der Flüssigkeits¬ kupplung 40 der Kompressor 38 wahlweise zu- bzw. abgeschaltet werden kann.

In Fig . 3 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Versorgungsanlage 42 dargestellt , die ein Dieselmotor 44 und zwei von diesem betriebene Generatoren 46, 48 umfaßt . Dabei ist an den Dieselmotor 44 ein Verteilergetriebe 50 angeflanscht, dessen Abtriebs¬ wellen die Generatoren 46 und 48 antreiben . Der Kraftfluß zum Generator 46 erfolgt vorzugsweise über ein Schaltgetriebe 52 und dieser nachgeordneten Lastschaltkupplung 54, um so wahlweise einen der Generatoren -hier den Generator 46- zu- bzw. abschalten zu können.

Schließlich ist in Fig. 4 eine vierte Ausführungsform einer erfindungs¬ gemäßen Versorgungsanlage 56 wiedergegeben, die einen Dieselmotor 58, ein an dieses angeflanschtes Verteilergetriebe 60 sowie von dessen

Abtriebswellen betätigte Kompressoren 62 und 64 umfaßt. Dabei ist zwischen dem Verteilergetriebe 60 und dem Kompressor 62 ein Schalt¬ getriebe 66 mit nachgeordnetem Freilauf 78 und sich anschließender Lastschaltkupplung 70 sowie Zahnradgetriebe 72 angeordnet. Die Last- Schaltkupplung und das Schaltgetriebe können wahlweise ausgetauscht werden. Mittels des Schaltgetriebes 66 ergibt sich gleichfalls der Vorteil, daß der Kompressor 62 wahlweise zu- und abgeschaltet werden kann.

Ferner sei darauf hingewiesen, daß das den Dieselmotoren der Aus¬ führungsbeispiele nachgeordnete Verteilergetriebe allein eine Änderung der Drehzahl in den Generatoren bzw. Kompressoren hervorrufen kann , indem die Zahnräder bezüglich ihrer Übersetzungen verändert werden.

Mit den erfindungsgemäßen Versorgungsanlagen 10, 30, 42 und 56 wird erstmals eine mobile Startluft-/Bordstromversorgungsanlage für die

Luft- und Raumfahrt zur Verfügung gestellt, die kompakt und mobil ausgebildet ist und dabei im Vergleich zu den herkömmlichen Geräten ein erheblich kleiners Gewicht aufweist. So kann bei einer erfindungs- gemäßen Anlage für eine Leistung von 90 KVA und einen Druckluft-

3 durchsatz von 50 m pro Minute bei 3 bar ein Gewicht von ca . 1 ,5

Tonnen ausreichen, wohingegen bei herkömmlichen mit einem Diesel¬ motor betätigten Startgeräten ein Gewicht von 5 Tonnen vorliegt, mit denen jedoch nur Druckluft erzeugt werden kann. Ein gleiches Gewicht haben Bordstromversorgungsanlagen.