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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung und ein
Verfahren zum Antrieb eines Flugzeugs sowie die Verwendung einer
Antriebsvorrichtung in einem Flugzeug und 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 bzw. Antriebseinheiten 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 mehrere Antriebseinheiten 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, eine Antriebsvorrichtung
mit einem geringen Schadstoffausstoß bereitzustellen.
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Die
Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung, durch ein Verfahren
zum Antrieb eines Flugzeugs, durch die Verwendung einer Antriebsvorrichtung
in einem Flugzeug und 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 einen ersten Energiewandler, einen
zweiten Energiewandler sowie eine Antriebseinheit auf. Der erste
Energiewandler ist eingerichtet, eine erste Antriebsenergie bereitzustellen.
Der zweite Energiewandler ist eingerichtet, eine zweite Antriebsenergie
bereitzustellen. Der erste Energiewandler und der zweite Energiewandler
sind eingerichtet, der Antriebseinheit die erste Antriebsenergie
und die zweite Antriebsenergie bereitzustellen. Die Antriebseinheit
eingerichtet ist, mittels der ersten Antriebsenergie und/oder der zweiten
Antriebsenergie einen Vorschub zu erzeugen.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung wird ein Verfahren zum Antrieb eines Flugzeugs bereitgestellt.
Eine erste Antriebsenergie wird mittels eines ersten Energiewandlers
bereitgestellt. Eine zweite Antriebsenergie wird mittels eines zweiten
Energiewandlers bereitgestellt. Eine Antriebseinheit wird mit der
ersten Antriebsenergie und/oder der zweiten Antriebsenergie versorgt.
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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
geschaffen.
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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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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 zweite 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
unterscheidet sich der erste Energiewandler vom zweiten 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 zweiten 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
zweite 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 zweiten Energiewandler zuzuschalten. So könnte beispielsweise während des
Reiseflugs eines Flugzeugs mittels der Kupplungseinrichtung der zweite
Energiewandler mit der zweiten Antriebswelle von der ersten Antriebswelle
getrennt werden und der zweite Energiewandler ausgeschaltet werden. 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 Ausführungsfonn
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 zweite 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 zweiten 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 einen ersten Tank mit einem ersten
Kraftstoff auf. Der erste Tank ist eingerichtet, den ersten Energiewandler
und den zweiten Energiewandler mit dem ersten Kraftstoff zu versorgen.
Somit kann, ohne einen großen Einbaubedarf
des Tanks zu benötigen,
jeder der Energiewandler mit Kraftstoff versorgt werden. Einbauraum
kann somit reduziert werden.
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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
weist die Antriebsvorrichtung den ersten Tank mit dem ersten Kraftstoff
und einen zweiten Tank mit einem zweiten Kraftstoff auf. Der erste
Tank ist eingerichtet, zumindest den ersten Energiewandler mit dem
ersten Kraftstoff zu versorgen und der zweite Tank ist eingerichtet,
zumindest den zweiten Energiewandler mit dem zweiten Kraftstoff
zu versorgen. Somit können
die beiden Energiewandler baulich getrennt mit einem jeweils zugeordneten
Tank eingebaut werden, ohne dass zwischen den Energiewandlern lange
Kraftstoffleitungen eingebaut werden müssen. Damit wird die Sicherheit
erhöht,
da das Risiko von Leckagen reduziert wird. Zudem werden Kosten und
Gewicht eingespart.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist der erste Tank eingerichtet, den ersten Energiewandler und den
zweiten Energiewandler mit dem ersten Kraftstoff zu versorgen. Der
zweite Tank ist eingerichtet, den ersten Energiewandler und den
zweiten Energiewandler mit dem zweiten Kraftstoff zu versorgen.
Somit kann ein redundantes System geschaffen werden, wodurch bei
Ausfall des ersten Kraftstoffs dennoch der erste Energiewandler
und der zweite Energiewandler mit dem zweiten Kraftstoff versorgt
werden kann. Somit kann die Sicherheit erhöht werden bzw. die Auswahlwahrscheinlichkeit
des Antriebs reduziert werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
unterscheidet sich der erste Kraftstoff von dem zweiten Kraftstoff.
Zumindest einer der ersten Energiewandler und der zweiten Energiewandler ist
dabei mit dem ersten Kraftstoff und dem zweiten Kraftstoff betreibbar.
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Mit
der beispielhaften Ausführungsform
kann der erste und der zweite 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 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. Somit kann die Ökobilanz
verbessert 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
besteht die Antriebseinheit aus der Gruppe bestehend aus Turbopropantrieben,
Strahltriebwerken, Strahltriebwerken mit Bypass und Propellerantrieben.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
ist zumindest einer der ersten Energiewandler und der zweiten Energiewandler
aus der Gruppe bestehend aus Gasturbinen, Drehkolbenmotoren und
Elektromotoren ausgewählt.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
weist die Antriebsvorrichtung ferner eine Steuereinrichtung auf.
Die Steuereinrichtung ist eingerichtet, den ersten Energiewandler
und den zweiten Energiewandler zu steuern. Somit kann je nach Bedarf
entweder der erste Energiewandler zum Erzeugen einer Antriebsenergie
eingeschaltet werden oder der zweite Energiewandler zum Erzeugen einer
zweiten Antriebsenergie. Somit kann die Antriebsleistung der Antriebseinheit
mittels der Steuereinheit flexibel eingestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung steuert die Steuereinrichtung den ersten
Energiewandler und den zweiten 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 zweiten 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 zweite 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 zweite 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
des Verfahrens wird mittels des ersten Energiewandlers und des zweiten
Energiewandlers in Abhängigkeit
einer vorbestimmten Flugphase die Antriebsenergie bereitgestellt.
Unter einer Flugphase versteht man bei einem Flugzeug beispielsweise eine
Start-, Lande- oder Reiseflugphase. In der Startphase und der Landephase
befindet sich das Flugzeug im Steig- bzw. Sinkflug, wodurch ein
erhöhter Bedarf
an Antriebsenergie benötigt
wird. In der Reiseflugphase wird hingegen ein geringerer Betrag
an Antriebsenergie benötigt,
wodurch eine geringere Antriebsenergie benötigt wird.
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Gemäß einer
weiteren beispielhaften Ausführungsform
des Flugzeugs weist das Flugzeug eine Außenkontur auf. Zumindest einer
der ersten Energiewandler und der zweiten Energiewandler ist dabei
innerhalb der Außenkontur
angeordnet. Unter Außenkontur
eines Flugzeugs versteht man beispielsweise die Flugzeughaut, welche
das Innere eines Flugzeugs von der äußeren Strömungsumgebung trennt. Indem
der erste Energiewandler und/oder der zweite Energiewandler innerhalb
der Außenkontur
eingebaut ist und somit nicht in die äußere Strömungsumgebung hineinragt, wird
ein Luftwiderstand reduziert, so dass wiederum Kraftstoff und ein
Schadstoffausstoß reduziert
werden kann.
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Die
Ausgestaltungen der Antriebsvorrichtung gelten auch für das Verfahren,
für die
Verwendung sowie für
das Flugzeug und umgekehrt.
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Ferner
können
neben dem ersten Energiewandler und dem zweiten Energiewandler beispielsweise
eine Vielzahl von Energiewandlern eingesetzt werden, welche eine
Antriebsenergie für
die Antriebseinheit bereitstellen und erzeugen. Zudem kann jeder
der Energiewandler beispielsweise neben dem ersten Kraftstoff und
dem zweiten Kraftstoff mit einer Vielzahl von unterschiedlichen
Kraftstoffen betrieben werden.
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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 schematische
Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit
zwei Energiewandlern und einem Tank;
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3 eine
schematische Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform
mit zwei Energiewandlern und einem Tank;
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4 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
mit zwei Energiewandlern und zwei Tanks;
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5 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
mit zwei Energiewandlern und einem Tank; und
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6 eine
schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform
eines bivalenten Energiewandlers, welcher mit zwei Kraftstoffzuleitungen ausgeführt ist;
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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
der Antriebsvorrichtung für
ein Flugzeug. Die Antriebsvorrichtung weist einen ersten Energiewandler 4,
einen zweiten Energiewandler 5 sowie eine Antriebseinheit 1 auf.
Der erste Energiewandler 4 stellt eine erste Antriebsenergie
bereit und der zweite Energiewandler 5 eine zweite Antriebsenergie.
Der erste Energiewandler 4 und der zweite 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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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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2 zeigt,
wie bereits beschrieben, ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung. Der erste Energiewandler 4 und der zweite 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 zweite 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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Mittels
der Kupplungseinrichtung 3 kann je nach Bedarf die zweite
Antriebswelle 7 mit der ersten Antriebswelle 2 verbunden
werden, so dass der zweite 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 zweiten 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 zweite Energiewandler können zudem
in ihrem Aufbau unterscheiden. So kann ein erster Energiewandler
beispielsweise aus einem Kolbenmotor bestehen und der zweite 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
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 kann
somit 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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3 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der Antriebsvorrichtung. Wie in 3 dargestellt,
kann der erste Energiewandler mittels einer ersten Kupplungseinheit 8 zu
der Antriebseinheit 1 zugeschaltet werden und der zweite
Energiewandler 5 mittels der dritten Kupplungseinrichtung 8 der Antriebseinheit 1 zugeschaltet
werden. Somit kann die Betriebsstundenzahl des ersten Energiewandlers 4 und
des zweiten 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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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 zweite Energiewandler 5 einen
zweiten Tank 11 auf. Der zweite 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 1 Kerosin, so kann somit als erster Energiewandler 4 eine
Brennkammer zum Einsatz kommen und im Falle, dass der zweite Tank 4 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 Eigenschaften 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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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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5 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
der Erfindung mit einem ersten Energiewandler 4 und einem
zweiten Energiewandler 5, welche einen Kraftstoff aus einem
ersten Tank 6 beziehen. Die jeweilige Antriebsenergie des
ersten Energiewandlers 4 oder des zweiten Energiewandlers 5 kann über Antriebswellen 2, 2' und zweite
Antriebswellen 7, 7' an die
Antriebseinheit 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 zweite 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
zweiten Energiewandler 5 in ein Flugzeug zu integrieren.
Befindet sich der erste Energiewandler 4, der zweite 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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6 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 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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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 zweiten 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.