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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung und ein
Verfahren zum Antrieb eines Flugzeugs, eine Verwendung einer Antriebsvorrichtung
in einem Flugzeug sowie ein Flugzeug mit einer Antriebsvorrichtung.
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Hintergrund der Erfindung
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Der
Anteil des Luftverkehrs hat heutzutage einen geringen Anteil an
dem weltweiten Erdölverbrauch
und an der Luftverschmutzung. Dieser Anteil nimmt allerdings mit
der Abnahme der anderen luftverschmutzenden Verkehrsmittel und der
Zunahme des Luftverkehrs zu. Zudem sind die heutigen zivilen Verkehrsflugzeuge
mit ihrem Verbesserungspotential und Entwicklungspotential an einem
Punkt angekommen, an dem nur durch sehr großen Aufwand geringe Verbesserungen
erzielt werden können.
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Daher
wird versucht, die schädlichen
Gase der Flugzeugantriebe entweder durch bestimmte Treibstoffarten
umweltverträglicher
zu gestalten oder durch bestimmte Antriebssysteme den Treibstoffverbrauch
zu reduzieren.
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Einerseits
sind zur Reduzierung der Schadstoffe Flugzeuge mit Mischantrieben
bekannt. Dabei wird der Vortrieb des Flugzeugs durch eine Kombination
verschiedener Triebwerke erzielt. Gängige Kombinationen sind beispielsweise
Kolbentriebwerke und Strahltriebwerke, Kolbentriebwerke und Raketentriebwerke,
Strahltriebwerke und Raketentriebwerke oder Turbinenstrahltriebwerke
und Staustrahltriebwerke. Diese Mischantriebe wurden beispielsweise in
den Versuchsflugzeugen Mikojan-Gurewitsch MiG-13 oder die Nord 1500
Griffon umgesetzt. Jeder Mischantrieb weist eine Antriebseinheit
mit einem zugehörigen
Triebwerk auf. Ein Kolbentriebwerk weist beispielsweise einen Kolbenmotor
zur Erzeugung einer Antriebsenergie und einen Luftpropeller auf,
während
das Strahltriebwerk eine Brennkammer zur Erzeugung einer Antriebsenergie
und einen Verdichter aufweist. Wird ein Vorschub mit einer Antriebseinheit, wie
beispielsweise das Kolbentriebwerk nicht benötigt, so verharrt der Luftpropeller
in der Luftströmung und
erzeug einen Luftwiderstand
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Darstellung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Schadstoffausstoß einer
Antriebsvorrichtung zu reduzieren.
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Die
Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug sowie durch
ein Verfahren zum Antrieb eines Flugzeugs, die Verwendung einer
Antriebsvorrichtung in einem Flugzeug sowie durch ein Flugzeug mit
einer Antriebsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
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Gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung ist eine Antriebsvorrichtung für ein Flugzeug geschaffen.
Die Antriebsvorrichtung weist eine Antriebseinheit und einen Energiewandler
auf. Der Energiewandler ist eingerichtet mittels eines ersten Kraftstoffs
eine Antriebsenergie der Antriebseinheit bereitzustellen. Zudem
ist der Energiewandler eingerichtet mittels eines zweiten Kraftstoffs
die Antriebsenergie der Antriebseinheit bereitzustellen. Die Antriebseinheit
ist, eingerichtet, mittels der Antriebsenergie einen Vorschub zu
erzeugen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Antrieb eines Flugzeugs geschaffen.
Ein erster Kraftstoff und/oder ein zweiter Kraftstoff wird einem
Energiewandler bereitgestellt. Eine Antriebsenergie für eine Antriebseinheit
wird mit dem Energiewandler mittels des ersten Kraftstoffs und/oder
mittels des zweiten Kraftstoffs erzeugt. Ferner die Antriebseinheit
mit der Antriebsenergie versorgt. Ein Vorschub wird mittels der
Antriebseinheit aus der Antriebsenergie erzeugt.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird die oben beschriebene Antriebsvorrichtung in einem Flugzeug
verwendet.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
wird ein Flugzeug mit der oben beschriebenen Antriebsvorrichtung
bereitgestellt.
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Unter
dem Begriff „Energiewandler" werden energieumsetzende
Maschinen verstanden. Diese können
beispielsweise aus Verbrennungsmotoren bestehen, welche ausgehend
von Brennstoffen ein Antriebsmoment bzw. eine Antriebsenergie erzeugen.
Energiewandler können
weiterhin beispielsweise aus Motoren wie Elektromotoren bestehen,
welche aus elektrischer Energie eine Antriebsenergie erzeugen, oder
aus Brennkammern bestehen, welche ausgehend von Kerosin eine Antriebsenergie
erzeugen.
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Unter
dem Begriff „Antriebseinheit" werden Einrichtungen
verstanden, welche einen Vorschub eines Flugzeugs erzeugen können. Dies
kann beispielsweise ein Propeller bzw. ein Luftpropeller sein, welcher
aufgrund seiner Rotation einen Vorschub des Flugzeugs erzeugt. Zudem
kann beispielsweise eine Verdichterstufe oder ein Fan eines Flugzeugtriebwerks
eine Antriebseinheit darstellen, da der Fan bzw. die Verdichterblätter eine
Luftströmung
und somit einen Vorschub erzeugen. Eine weitere Antriebseinheit
kann aus einem Raketenantrieb oder einem Staustrahltriebwerk bestehen.
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Unter
dem Begriff „Antriebsenergie" wird diejenige Energie
verstanden, welche die Antriebseinheit benötigt, um einen Vorschub des
Flugzeugs erzeugen zu können.
Eine Antriebsenergie kann beispielsweise in Form eines Drehmoments
auf einer Welle übertragen
werden.
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Mit
der Antriebsvorrichtung kann der eingesetzte Energiewandler zwei
verschiedenartige Kraftstoffe, beispielsweise Kerosin als ersten
Kraftstoff und Wasserstoff als zweiten Kraftstoff, in eine Antriebsenergie
umwandeln. Als Energiewandler können
dafür angepasste
Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise ein Turbomotor mit variabler
Brennkammer oder Kolben- bzw. Kreiskolbenmotoren mit variablen Steuerzeiten
eingesetzt werden. Durch die Eignung der Motoren bzw. der Energiewandler
für mehrere
verschiedenartige Kraftstoffe könnte
je nach Flugphase eines Flugzeugs die Emissionen und die Leistung
an den jeweils günstigeren
bzw. geeigneteren Kraftstoff einstellen. Somit könnte beispielsweise je nach
Flugphase ein günstiger
Energieträger
angewendet werden. So könnte
ein umweltfreundlicher Kraftstoff in Flughafennähe dem Energiewandler zur Verfügung gestellt
werden, während
in großen
Höhen bzw.
unkritischen Regionen ein umweltschädlicherer Kraftstoff eingesetzt
wird. Mit der beispielhaften Ausführungsform kann der erste Energiewandler aus
einem bivalenten Energiewandler bestehen, welcher aus mehreren verschiedenen
Kraftstoffen eine Antriebsenergie erzeugen kann. Beispiele für solche Energiewandler
sind beispielsweise ein Turbomotor mit variabler Brennkammer oder
Kolben bzw. Kreiskolbenmotoren mit variablen Steuerzeiten. Die Energiewandler
werden somit für
verschiedene Kraftstoffe bzw. Energieträger geeignet. Somit kann die Ökobilanz
verbessert werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung ferner einen ersten Tank und einen
zweiten Tank auf. Der ersten Tank ist eingerichtet, dem Energiewandler
den ersten Kraftstoff bereitzustellen und der zweite Tank ist eingerichtet,
dem Energiewandler den zweiten Kraftstoff bereitzustellen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
unterscheidet sich der erste Kraftstoff von dem zweiten Kraftstoff.
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Unter
dem Begriff „Kraftstoff" wird das Edukt der
Energiewandler verstanden, aus welchem die Antriebsenergie als Produkt
entsteht. Die Kraftstoffe werden beispielsweise mittels externer
Reaktion in eine Antriebsenergie mittels der Energiewandler umgewandelt.
Die Kraftstoffe können
beispielsweise aus herkömmlichen
Kraftstoffen wie beispielsweise Kohlenwasserstoffen wie Benzin,
Kerosin, Diesel, Wasserstoff, Methan, Erdgas oder synthetischen
Kohlenwasserstoffen bestehen. Zudem können umweltfreundliche Kraftstoffe
als Energieträger
mit konventionellen technischen Eigenschaften bereitgestellt werden,
wie beispielsweise synthetische Kohlenwasserstoffe, welche ähnliche
Eigenschaften wie Kerosin aufweisen und aus Kohle, Gas oder Biomasse
und deren Legierungen hergestellt sind. Ferner können auch umweltfreundliche
Kraftstoffe unkonventionelle Eigenschaften aufweisen, wie beispielsweise
thermisch instabile oder gasförmige
Energieträger.
Dadurch sind beispielsweise leicht flüssige Kohlenwasserstoffe, Kohlenwasserstoffgase
oder Wasserstoffe zu verstehen. Ferner kann in diesem Sinne elektrische
Energie ein Kraftstoff sein, beispielsweise für einen Energiewandler, welcher
aus einem Elektromotor besteht. Die elektrische Energie kann ferner
beispielsweise aus Batterien oder Brennstoffzellen bezogen werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
besteht zumindest einer der ersten Kraftstoffe und der zweiten Kraftstoffe
aus der Gruppe bestehend aus Benzin, Kerosin, Diesel, Wasserstoff,
Methan, Erdgas und synthetischen Kohlenwasserstoffen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung ferner einen weiteren Energiewandler
zum Erzeugen einer zweiten Antriebsenergie auf. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
kann die Antriebsvorrichtung nunmehr zwei Energiewandler oder mehr
aufweisen, um eine Antriebseinheit anzutreiben. Die Antriebsvorrichtung kann
beispielsweise derart ausgestaltet sein, dass eine Antriebseinheit,
wie beispielsweise eine Turbinenstufe eines Strahltriebwerks, zwei
Brennkammern aufweist. Der erste Energiewandler sowie auch der weitere
Energiewandler können
jeweils zusammen oder getrennt voneinander eine erste Antriebsenergie
in eine zweite Antriebsenergie an die Antriebseinheit abgeben, so
dass diese einen Vorschub des Flugzeugs erzeugen kann.
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Somit
kann eine Antriebsvorrichtung geschaffen werden, welche mehrere
Energiewandler aufweist, ohne dass eine Vielzahl von Antriebseinheiten
benötigt
wird. Die bisherige Verwendung mehrer Antriebseinheiten mit jeweils
einem Energiewandler kann die Leistung aufgrund der Vielzahl an
Komponenten reduzieren, da somit Reibungsverluste entstehen können. Durch
die erfindungsgemäße Versorgung
einer Antriebseinheit mit Antriebsenergie mittels einem ersten Energiewandler
und einem weiteren Energiewandler kann somit die Verlustleistung reduziert
werden und die Effektivität
der Antriebsvorrichtung verbessert werden. Dies senkt wiederum den
Treibstoffausstoß und
somit den Schadstoffausstoß.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist der erste Tank eingerichtet, dem weiteren Energiewandler den
ersten Kraftstoff bereitzustellen. Der zweite Tank ist eingerichtet,
dem weiteren Energiewandler den zweiten Kraftstoff bereitzustellen.
Der weitere Energiewandler ist ferner eingerichtet, mittels des
ersten Kraftstoffs oder mittels des zweiten Kraftstoffs eine Antriebsenergie
der Antriebseinheit bereitzustellen. Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung
des Flugzeugs kann nunmehr zwei Energiewandler aufweisen, um eine
Antriebseinheit anzutreiben. Dies kann beispielsweise derart ausgestaltet
sein, indem eine Antriebseinheit, wie beispielsweise eine Turbinenstufe
eines Strahltriebwerks, zwei Brennkammern aufweist. Der erste Energiewandler
sowie auch der weitere Energiewandler können jeweils zusammen oder
getrennt voneinander eine erste Antriebsenergie in eine zweite Antriebsenergie
an die Antriebseinheit abgeben, so dass diese einen Vorschub des
Flugzeugs erzeugen kann.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung ferner einen dritten Tank mit einem
dritten Kraftstoff und einen vierten Tank mit einem vierten Kraftstoff
auf, wobei der weitere Energiewandler eingerichtet ist mittels des
dritten Kraftstoffs oder mittels des vierten Kraftstoffs eine Antriebsenergie
der Antriebseinheit bereitzustellen. Der Energiewandler und der
weitere Energiewandler können
somit autark voneinander mit Kraftstoff versorgt werden, so dass
das Ausfallrisiko reduziert werden kann.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
unterscheidet sich der erste Energiewandler vom weiteren Energiewandler.
Dies bedeutet, dass verschiedene Konzepte von Energiewandlern eingesetzt
werden können,
um eine Antriebsenergie zu erzeugen. Diese unterschiedlichen Energiewandler
können
beispielsweise aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor
bestehen und mit den jeweils benötigten
Kraftstoffen versorgt werden. Somit kann beispielsweise die Redundanz
und die Sicherheit erhöht
oder ein ökologischer
Vorteil erzielt werden. So kann beispielsweise im Reiseflug lediglich
der umweltfreundliche und schadstoffarme Elektromotor betrieben
werden, während
bei Start und Landung der kraftvolle, jedoch schadstoffreiche Verbrennungsmotor
zusätzlich
aktiviert werden, um die Antriebseinheit mit Antriebsenergie zu
versorgen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung weist die Antriebsvorrichtung ferner eine erste Antriebswelle
und eine zweite Antriebswelle auf. Die erste Antriebswelle ist eingerichtet,
die erste Antriebsenergie des ersten Energiewandlers an die Antriebseinheit
zu übertragen. Die
zweite Antriebswelle ist eingerichtet, die zweite Antriebsenergie
des weiteren Energiewandlers an die Antriebseinheit zu übertragen.
Somit kann bei Defekt einer Antriebswelle dennoch die Antriebseinheit mit
Antriebsenergie versorgt werden, wodurch das Risiko des Ausfalls
der Antriebseinheit reduzierbar ist.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung weist die Antriebsvorrichtung eine erste Kupplungseinrichtung
auf. Die erste Antriebswelle und die zweite Antriebswelle sind mittels
der ersten Kupplungseinrichtung koppelbar. Mit der beispielhaften
Ausführungsform
kann beispielsweise ein Energiewandler permanent mit der Antriebseinrichtung
fest verbunden sein, während der
weitere Energiewandler nur temporär über die zweite Antriebswelle
an die erste Antriebswelle zum Übertragen
der Antriebsenergie angeschlossen werden kann. Somit besteht die
Möglichkeit,
lediglich bei Bedarf den weiteren Energiewandler zuzuschalten. So
könnte
beispielsweise während
des Reiseflugs eines Flugzeugs mittels der Kupplungseinrichtung
der weitere Energiewandler mit der zweiten Antriebswelle von der
ersten Antriebswelle getrennt werden und der weitere Energiewandler
ausgeschaltet werden.
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Das
Flugzeug könnte
somit beispielsweise zweimotorig starten und landen und einmotorig
in Reiseflug gehen. Somit kann die Leistung der Antriebsvorrichtung ökonomisch
an den jeweiligen Bedarf angepasst werden, ohne unnötigen Leistungsverlust
zu erzeugen. Da die zweite Antriebswelle mittels der Kupplungseinrichtung
entkoppelt werden kann, muß die
zweite Antriebswelle, falls diese nicht benötigt wird, nicht im Leerlauf
mitdrehen, so dass kein zusätzlicher
Widerstand an der ersten Antriebswelle entsteht.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung eine zweite Kupplungseinrichtung und
eine dritte Kupplungseinrichtung auf. Die erste Antriebswelle ist
mittels der zweiten Kupplungseinrichtung mit der Antriebseinheit
koppelbar, so dass die erste Antriebsenergie an die Antriebseinheit übertragbar
ist. Die zweite Antriebswelle ist mittels der dritten Kupplungseinrichtung
mit der Antriebseinheit koppelbar, so dass die zweite Antriebsenergie
an die Antriebseinheit übertragbar
ist. Wird einer der Energiewandler, das heißt der erste Energiewandler
oder der weitere Energiewandler abgeschaltet, so kann er einzeln
durch die zweite Kupplungseinheit oder die dritte Kupplungseinheit
von der ersten Antriebswelle oder der zweiten Antriebswelle getrennt
werden. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise die
Betriebsstundenzahl durch wahlweise den ersten Energiewandler oder
den weiteren Energiewandler im Falle des einmotorigen Betriebs auf
beide Energiewandler gleichmäßig verteilt
werden kann. Somit wird der Verschleiß jedes Energiewandlers reduziert
und somit Kosten eingespart.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung ferner eine Steuereinheit auf, wobei
die Steuereinheit eingerichtet ist, zumindest einen der Energiewandler und
den weiteren Energiewandler zu steuern. Die Steuereinheit kann somit
beispielsweise einstellen, welcher Kraftstoff dem Energiewandler
oder dem weiteren Energiewandler bereitgestellt wird. Somit kann
die Steuereinheit mittels Auswahl der Kraftstoffe eine Leistung
oder eine bestimmte Schadstoffemission einstellen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuert die Steuereinrichtung den ersten
Energiewandler und den weiteren Energiewandler derart, dass in einem ersten
Betriebszustand die erste Antriebsenergie und die zweite Antriebsenergie
der Antriebseinheit bereitstellbar ist. Ferner steuert die Steuereinrichtung
den ersten Energiewandler und den weiteren Energiewandler derart,
dass in einem zweiten Betriebszustand die erste Antriebsenergie
oder die zweite Antriebsenergie der Antriebseinheit bereitstellbar
ist. Somit kann je nach Flugphase ein erster Betriebszustand oder
ein zweiter Betriebszustand ausgewählt werden, welchen die Steuereinheit
einstellen kann. Wird beispielsweise eine hohe Antriebsenergie von der
Antriebseinrichtung benötigt,
so schaltet sich die Steuereinheit automatisch in den ersten Betriebszustand,
während
bei geringerer Leistungsanforderung die Steuereinrichtung den zweiten
Betriebszustand einschaltet, indem der erste Energiewandler oder
der weitere Energiewandler Antriebsenergie erzeugt. Damit kann ein
unnötiger
Energieverbrauch vermieden werden. Befindet sich die Antriebsvorrichtung
beispielsweise in einem Reiseflug, in dem ein geringerer Betrag
an Antriebsenergie benötigt
wird, so kann der erste Energiewandler oder der weitere Energiewandler
vollständig
getrennt werden. Damit wird Verlust aufgrund von Reibungsenergie
und Verschleiß im Falle,
dass einer der Energiewandler beispielsweise im Leerlauf mitgedreht
wird, reduziert.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist zumindest einer der ersten Kraftstoffe und zweiten Kraftstoffe
aus der Gruppe bestehend aus Benzin, Kerosin, Diesel, Wasserstoff,
Methan, Erdgas und synthetischen Kohlenwasserstoffen ausgewählt.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist die Steuereinheit manuell steuerbar.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist die Steuereinheit eingerichtet, die Bereitstellung des ersten
Kraftstoffs und des zweiten Kraftstoffs an zumindest einen der Energiewandler und
der weiteren Energiewandler zu steuern. Je nach Leistungsbedarf
kann die Steuereinheit automatisch einen bestimmten ersten Kraftstoff
oder zweiten Kraftstoff dem Energiewandler bereitstellen und somit
die Antriebsvorrichtung in seiner Leistung und in seiner Schadstoffemission
einstellen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist zumindest einer der Energiewandler und der weitere Energiewandler
aus der Gruppe bestehend aus Turbomotoren, Turbomotoren mit variablen
Brennkammern, Kolbenmotoren, Kreiskolbenmotoren, Elektromotoren,
Gasturbinen und Brennstoffzellen ausgewählt.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Verfahrens wird der erste Kraftstoff oder der zweite Kraftstoff
an den Energiewandler in Abhängigkeit
einer vorbestimmten Flugphase bereitgestellt. So kann beispielsweise
in einer leistungsintensiven Startphase ein startenergiereicher
Kraftstoff eingesetzt werden, wobei in einer Landephase ein umweltfreundlicher
Kraftstoff eingesetzt wird. Somit kann die Antriebsleistung bzw.
der Energiewandler auf die jeweilige Flugphase eingestellt werden.
Durch die Auslegung des Energiewandlers bezüglich Abgasen und Leistung
können
Kosten und Schadstoffemissionen reduziert werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Flugzeugs weist das Flugzeug eine Außenkontur auf, wobei der Energiewandler
innerhalb der Außenkontur
angeordnet ist.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Im
folgenden werden zur weiteren Erläuterung und zum besseren Verständnis der
vorliegenden Erfindung Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 schematische
Darstellung einer bekannten Antriebsvorrichtung;
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2 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines bivalenten Energiewandlers, welcher mit zwei Kraftstoffzuleitungen ausgeführt ist;
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3 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
mit zwei Energiewandlern und zwei Kraftstoffen;
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4 eine
schematische Darstellung mit zwei Energiewandlern und zwei Kupplungseinrichtungen;
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5 eine
schematische Darstellung einer Antriebsvorrichtung mit zwei Energiewandlern
und zwei Tanks;
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6 eine
beispielhafte Ausführungsform mit
zwei Energiewandlern und zwei Kraftstofftanks.
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Detaillierte Beschreibung
von exemplarischen Ausführungsformen
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Gleiche
oder ähnliche
Komponenten in unterschiedlichen Figuren sind mit gleichen Bezugsziffern
versehen. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und
nicht maßstäblich.
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2 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Energiewandlers 4, 5, welcher aus einem ersten
Tank 6 einen ersten Kraftstoff und aus einem zweiten Tank 11 einen
zweiten Treibstoff bezieht. Der erste Kraftstoff und der zweite
Kraftstoff können
sich dabei unterscheiden. Der Energiewandler 4, 5 kann somit
bivalent bzw. in Hybridbauweise ausgeführt sein. Dies bedeutet, dass
der Energiewandler 4, 5 beispielsweise zum einen
mittels konventionellen Kerosintreibstoffen eine Antriebsenergie
erzeugen kann und andererseits beispielsweise mittels unkonventionellen
Treibstoffen, wie .B. Erdgas. Somit kann je nach ökonomischen
und ökologischem
Bedarf eine Kraftstoffversorgung mittels eines ersten oder zweiten
Kraftstoffs gewählt
werden, so dass die Antriebsvorrichtung effizient und umweltverträglich eine
Antriebsenergie bzw. ein Vorschub bereitstellen kann. Somit können beispielsweise
umweltverträgliche Kraftstoffe
in Ballungszentren wie ein Flughafen verwendet werden und in reiseflugeffiziente,
aber mit mehr Schadstoffen behaftete Kraftstoffe eingesetzt werden.
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1 zeigt
eine aus dem Stand der Technik bekannte Antriebsvorrichtung. Eine
Antriebseinheit 1 ist über
eine erste Antriebswelle 2 mit einem ersten Energiewandler 4 verbunden.
Aus einem Tank 6 bezieht der erste Energiewandler 4 einen
Kraftstoff, welchen der erste Energiewandler 4 in eine
Antriebsenergie umwandelt. Die Antriebsenergie wird mittels der
ersten Antriebswelle 2 an die Antriebseinheit 1 abgegeben.
So wird beispielsweise ein Luftpropeller 1 über eine
erste Antriebswelle 2 mit Antriebsenergie versorgt, welche
beispielsweise ein Kolbenmotor 4 zur Verfügung stellt.
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5 zeigt,
wie bereits beschrieben, ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Der erste Energiewandler 4 und der weitere Energiewandler 5 stellen
mittels einer ersten Antriebswelle 2 und einer zweiten
Antriebswelle 7 eine erste Antriebsenergie und eine zweite
Antriebsenergie an die Antriebseinheit 1 bereit. Der erste
Energiewandler 4 und der weitere Energiewandler 5 können über eine Kupplungseinrichtung 3 gekoppelt
werden. Beide Energiewandler können
aus einem ersten Tank 6 einen ersten Kraftstoff erhalten.
Aus dem ersten Kraftstoff des ersten Tanks 6 können die
beiden Energiewandler 4, 5 eine Antriebsenergie
erzeugen.
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3 und 4 zeigen
eine beispielhafte Ausführungsform
der Antriebsvorrichtung für
ein Flugzeug. Die Antriebsvorrichtung weist einen ersten Energiewandler 4,
einen weiteren Energiewandler 5 sowie eine Antriebseinheit 1 auf.
Der erste Energiewandler 4 stellt eine erste Antriebsenergie
bereit und der weitere Energiewandler 5 eine zweite Antriebsenergie.
Der erste Energiewandler 4 und der weitere Energiewandler 5 sind
dabei eingerichtet, der Antriebseinheit 1 die erste Antriebsenergie
und die zweite Antriebsenergie bereitzustellen. Die Antriebseinheit 1 kann
aus der ersten Antriebsenergie und die zweiten Antriebsenergie einen
Vorschub erzeugen.
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Mittels
einer Kupplungseinrichtung 3 kann je nach Bedarf die zweite
Antriebswelle 7 mit der ersten Antriebswelle 2 verbunden
werden, so dass der weitere Energiewandler 5 eine zweite
Antriebsenergie der Antriebseinheit 1 bereitstellt. Wird
beispielsweise ein geringerer Bedarf an Antriebsenergie benötigt, so kann
die zweite Antriebswelle 7 von der ersten Antriebswelle 2 mittels
der Kupplungseinrichtung 3 entkoppelt werden, so dass lediglich
die erste Antriebswelle 2 mit dem ersten Energiewandler 4 eine
erste Antriebsenergie bereitstellt. Ein unnötiger Leerlauf der Antriebswelle 7 und
somit des weiteren Energiewandlers 5 wird somit vermieden,
so dass ein Verlust wie beispielsweise aufgrund von Reibungsverlust, vermieden
werden kann.
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Der
erste Energiewandler und der weitere Energiewandler können sich
zudem in ihrem Aufbau unterscheiden. So kann ein erster Energiewandler beispielsweise
aus einem Kolbenmotor bestehen und der weitere Energiewandler aus
einem Elektromotor, welche beide zusammen oder getrennt Antriebsenergie
an die erste Antriebswelle 2 und/oder die zweite Antriebswelle 7 abgeben
können.
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Mit
den Ausführungsbeispielen
gemäß 3 oder 4 kann
ein Energiebedarf an Antriebsenergie je nach Flugphase eingestellt
werden. So kann beispielsweise ein Flugzeug bei einer Start- oder Landephase
mit beiden Energiewandlern Antriebsenergie erzeugen und in einem
Reiseflug nur mit einem Energiewandler Antriebsenergie erzeugen.
Somit kann effizient eine Antriebsenergie je nach Bedarf bereitgestellt
werden, ohne hohe Energieverluste zu erhalten.
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4 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform,
in der zu jedem Energiewandler ein eigener Tank 6, 11,
zugeordnet ist. So weist der erste Energiewandler 4 einen
ersten Tank 6 und der weitere Energiewandler 5 einen
zweiten Tank 11 auf. Der weitere Energiewandler kann mittels
der zweiten Antriebswelle 7 über die erste Kupplungseinrichtung 3 mit
der zweiten Antriebswelle 2 verbunden werden. Damit wird
die Möglichkeit
geschaffen, verschiedene Energiewandler 4, 5 einzusetzen,
welche zudem verschiedene Kraftstoffe verwenden. Beinhaltet beispielsweise
der erste Tank 6 Kerosin, so kann somit als erster Energiewandler 4 eine
Brennkammer zum Einsatz kommen und im Falle, dass der zweite Tank 11 aus
einer Batterie zur Bereitstellung von elektrischer Energie besteht,
als zweiter Energiewandler 5 ein Elektromotor zum Einsatz
kommen. Somit können
man je nach Bedarf die geeigneten Eigenschaf ten der einzelnen Energiewandler 4, 5 eingesetzt werden.
Befindet sich das Flugzeug beispielsweise in der Nähe eines
Flughafens, so kann die Antriebsenergie beispielsweise durch einen
umweltfreundlichen Energiewandler 4, 5 erzeugt
werden, wie beispielsweise über
einen Elektromotor, welcher keine Emissionen ausstößt.
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5 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der Antriebsvorrichtung. Wie in 3 oder 4 dargestellt,
kann der erste Energiewandler mittels einer ersten Kupplungseinheit 8 zu
der Antriebseinheit 1 zugeschaltet werden und der weitere Energiewandler 5 mittels
der dritten Kupplungseinrichtung 8 der Antriebseinheit 1 zugeschaltet
werden. Somit kann die Betriebsstundenzahl des ersten Energiewandlers 4 und
des weiteren Energiewandlers 5 gleichmäßig verteilt werden. So kann
beispielsweise die Betriebsstundenzahl im Falle des Einmotorenbetriebs
auf beide Energiewandler 4, 5 gleichmäßig verteilt
werden. Damit können
unterschiedliche Wartungszyklen der einzelnen Energiewandler vermieden
werden, wodurch der Wartungsaufwand und somit die Wartungskosten
reduziert werden können.
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Ferner
kann beispielsweise in verschiedenen Flughöhen ein bestimmter Energiewandler 4, 5 eingesetzt
werden. Wird ein Energiewandler 4, 5 beispielsweise
mit Wasserstoff betrieben, entstehen als Abgase Wasser. In Höhen von
unterhalb 10.000 m bleibt dieses Wasser lediglich 2 Wochen bis maximal 6
Wochen in der Atmosphäre.
CO2 hingegen bleibt nach häufiger
Meinung bis zu ca. 100 Jahren in der Atmosphäre. Somit kann beispielsweise
der wasserstoffbetriebene Energiewandler bis 10.000 m eingesetzt
werden und ab 10.000 m ein konventioneller Antrieb mit einer Brennkammer
als Energiewandler. Somit kann die Antriebsvorrichtung neben ökonomischen
Aspekten ebenfalls auch auf ökologische
Aspekte eingestellt werden.
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6 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung mit einem ersten Energiewandler 4 und einem
weiteren Energiewandler 5, welche einen Kraftstoff aus
einem ersten Tank 6 beziehen. Die jeweilige Antriebsenergie
des ersten Energiewandlers 4 oder des weiteren Energiewandlers 5 kann über Antriebswellen 2, 2' und zweite
Antriebswellen 7, 7' an
die An triebseinheit 1 übertragen
werden. Über
beispielsweise verschiedene Betriebe wie ein erstes Kegelradgetriebe 18 und
ein zweites Kegelradgetriebe 19 können die jeweiligen Antriebsenergien über weite
Strecken an die Antriebseinheit 1 übertragen werden. So kann beispielsweise
der erste Energiewandler und/oder der weitere Energiewandler baulich
entfernt von der ersten Antriebseinheit 1 angeordnet sein. Über die
zweite Kupplungseinrichtung 8 oder die dritte Kupplungseinrichtung 9 können die Energiewandler 4, 5 je
nach Bedarf zugeschaltet werden.
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Somit
besteht die Möglichkeit,
beispielsweise den Tank 6 und den ersten Energiewandler 4 und den
weiteren Energiewandler 5 in ein Flugzeug zu integrieren.
Befindet sich der erste Energiewandler 4, der weitere Energiewandler 5 und
der Tank 6 beispielsweise innerhalb einer Außenkontur
des Flugzeugs, so befindet sich lediglich die Antriebseinheit 1 im
freien Luftstrom außerhalb
der Außenkontur
des Flugzeugs. Somit kann der Luftwiderstand reduziert werden, so
dass Verlust aufgrund von Strömungswiderstand
reduziert wird.
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Zur
Steuerung der Kupplungseinrichtungen 3, 8, 9,
der Energiewandler 6, 11 kann eine Steuereinheit
eingesetzt werden, welche automatisch und selbsttätig je nach
Bedarf den ersten Energiewandler 4 oder den weiteren Energiewandler 5 zum
Erzeugen einer Antriebsenergie zuschalten kann. Somit kann neben
einer manuellen Zusteuerung der ersten Antriebsenergie oder der
zweiten Antriebsenergie eine automatische Zusteuerung erfolgen,
so dass eine verbesserte ökonomische
und ökologische
Antriebsvorrichtung bereitstellbar ist.
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Ergänzend ist
darauf hinzuweisen, dass „umfassend" keine anderen Elemente
oder Schritte ausschließt
und „eine" oder „ein" keine Vielzahl ausschließt. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis
auf eines der obigen Ausführungsbeispiele
beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen
oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden
können.
Bezugszeichen in den Ansprüchen
sind nicht als Einschränkung
anzusehen.