DE102011087871A1

DE102011087871A1 - Heizsystem für ein Luft- oder Raumfahrzeug

Info

Publication number: DE102011087871A1
Application number: DE102011087871A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Altay Mehmet
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-13
Also published as: EP2788256A1; EP2788256B1; US9380648B2; WO2013083436A1; US20140319115A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Heizsystem (10) für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit einem Steuergerät (5), welches mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver (5a; 5b) und eine Sensorsteuerung (7) aufweist, und mindestens einer Wegbaukomponente (1), welche ein Sensorelement (4) und ein Heizelement (2) aufweist, wobei der mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver (5a; 5b) mit der mindestens einen Wegbaukomponente (1) über eine Verbindungsleitung (8a; 8b) verbunden ist, wobei das Steuergerät (5) dazu ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement (2) über die Verbindungsleitung (8a; 8b) mit Strom zu versorgen, und wobei die Sensorsteuerung (7) dazu ausgelegt ist, erste Steuersignale mit dem Sensorelement (4) über die Verbindungsleitung (8a; 8b) auszutauschen.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Heizsystem für ein Luft- oder Raumfahrzeug sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Luft- oder Raumfahrzeug.
Heizelemente in einem Flugzeug werden üblicherweise über sogenannte Ice Protection Control Units (IPCUs) gesteuert. Jedem Heizelement ist dabei ein oder mehrere Temperatursensoren zugeordnet, welche Temperaturmessdaten zur Umgebung der Heizelemente liefern, die wiederum zur Steuerung und Regelung der Heizelemente dienen können.
Die Heizelemente sowie die Temperatursensoren werden dabei als Wegbaukomponenten durch die IPCUs angesteuert, deren Steuersignale über entsprechende Steuerverkabelungen geführt werden.
Die Druckschrift US 7,580,777 B2 offenbart beispielsweise ein Heizsystem für ein Flugzeug, welches eine Mehrzahl von lokalen Steuergeräten für die Ansteuerung von Heizkomponenten und Temperatursensoren sowie eine zentrale Heizsteuerung aufweist.
Die Druckschrift A. Kiefer, L. M. Reindl: Low-Cost-Sensorik an Hochtemperatur-Aktoren über Power-Line Communication, Sensoren und Messsysteme, S. 127–129, 13. ITG/GMA-Fachtagung 13.–14. März 2006, Freiburg/Breisgau offenbart ein Messsystem zur Ansteuerung von Leistungsaktoren und messelektronischer Komponenten in verfahrenstechnischen Anlagen, bei dem die Datenübertragung zu einem Steuergerät mittels Power Line Communication als Punkt-zu-Punkt-Verbindung erfolgt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Heizsystem sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für Luft- oder Raumfahrzeuge zu schaffen, bei denen der Verkabelungsaufwand von Sensoren reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Heizsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Luft- oder Raumfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
Gemäß einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Heizsystem für ein Luft- oder Raumfahrzeug, mit einem Steuergerät, welches mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver und eine Sensorsteuerung aufweist, und mindestens einer Wegbaukomponente, welche ein Sensorelement und ein Heizelement aufweist, wobei der mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver mit der mindestens einen Wegbaukomponente über eine Verbindungsleitung verbunden ist, wobei das Steuergerät dazu ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement über die Verbindungsleitung mit Strom zu versorgen, und wobei die Sensorsteuerung dazu ausgelegt ist, erste Steuersignale mit dem Sensorelement über die Verbindungsleitung auszutauschen.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Heizsystems für ein Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere eines erfindungsgemäßen Heizsystems, mit den Schritten des Versorgens einer ersten Wegbaukomponente, welche ein Heizelement aufweist, mit Strom durch ein Steuergerät über eine erste Verbindungsleitung, und des Austauschens von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät und einem Sensorelement der ersten Wegbaukomponente über die erste Verbindungsleitung.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Luft- oder Raumfahrzeug, welches ein erfindungsgemäßes Heizsystem aufweist.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, die komplexe Verkabelung zwischen Steuergerät und Sensor einzusparen, indem die Steuersignale zwischen Steuergerät und Sensor über eine Energieversorgungsleitung für die Heizelemente der jeweiligen Wegbaukomponenten geführt werden. Dazu kann die Technik der Stromleitungsdatenübertragung („Power Line Communication“, PLC) genutzt werden.
Zwischen dem Steuergerät und den Wegbaukomponenten besteht vorteilhafterweise jeweils eine Eins-zu-Eins-Stromverbindung, so dass keine Störungen oder Fremdeinflüsse durch andere Verbraucher auftreten können, was die Zuverlässigkeit der Ansteuerung verbessert.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch den Wegfall der Sensorverkabelung der Installationsaufwand, der Raumbedarf sowie das Gesamtgewicht des Luft- oder Raumfahrzeugs erheblich reduziert werden können.
Aus den Unteransprüchen ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems kann die Sensorsteuerung dazu ausgelegt ist, mit dem Sensorelement mithilfe einer Stromleitungsdatenübertragung zu kommunizieren. Dies bietet den Vorteil, dass die Sensorsteuerung auf die Technik der Power Line Communication (PLC) zurückgreifen kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems kann das Steuergerät eine Heizsteuerung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, zweite Steuersignale mit dem Heizelement über die Verbindungsleitung auszutauschen. Dies bietet den Vorteil, dass nicht nur Steuerdaten mit dem Sensorelement, sondern auch mit dem Heizelement über die Versorgungsleitung ausgetauscht werden können, beispielsweise zum Einstellen einer Heizleistung des Heizelements durch das Steuergerät oder zum Abfragen eines Betriebszustands des Heizelements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems kann das Sensorelement ein Temperatursensor sein, und die ersten Steuersignale können Temperaturmesswerte in der Umgebung der Wegbaukomponente umfassen. Besonders für die Temperaturerfassung ist es von Vorteil, die Temperatur direkt an den Heizelementen zu erfassen, um eine optimale Steuerung der Heizelemente zu ermöglichen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Heizsystems kann die Wegbaukomponente eine Auswerteschaltung aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Temperatursensor erfassten Temperaturmesswerte auszuwerten. Dies bietet den Vorteil, dass die Auswertung der erfassten Sensordaten direkt vor Ort in den jeweiligen Wegbaukomponenten erfolgen kann, und nicht erst zentral in dem Steuergerät erfolgen muss.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann weiterhin ein Versorgen einer zweiten Wegbaukomponente, welche ein Heizelement aufweist, mit Strom durch das Steuergerät über eine zweite Verbindungsleitung, und ein Austauschen von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät und einem Sensorelement der zweiten Wegbaukomponente über die zweite Verbindungsleitung erfolgen. Dies bietet den Vorteil, dass jede Wegbaukomponente eine eigene Verbindungsleitung aufweist, über welche sie von dem Steuergerät mit Strom versorgt wird, und über welche Steuersignale mit dem jeweiligen Sensorelement ausgetauscht werden können. Dadurch können Eins-zu-Eins-Datenverbindungen realisiert werden, und die Kommunikation zwischen den einzelnen Wegbaukomponenten und dem Steuergerät wird nicht durch Steuersignale oder die Stromversorgung der anderen Wegbaukomponenten gestört.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Heizsystems für ein Luft- oder Raumfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Luft- oder Raumfahrzeugs mit einem Heizsystem gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Betreiben eines Heizsystems für ein Luft- oder Raumfahrzeug gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung.
Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei gleiche oder ähnlich wirkende Komponenten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Heizsystems 10 für ein Luft- oder Raumfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Heizsystem 10 kann beispielsweise in einem in 2 schematisch dargestellten Luft- oder Raumfahrzeug 100 eingesetzt werden.
Das Heizsystem 10 umfasst ein Steuergerät 5 und mindestens eine Wegbaukomponente 1. Wegbaukomponenten 1 im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Komponenten, welche von dem die Komponenten steuernden Steuergerät physikalisch getrennt an separaten Orten angeordnet sind, um dort lokal begrenzte Funktionen wie beispielsweise Sensordatenerfassung oder Abgabe von lokal begrenzter Heizleistung durchzuführen.
Das Steuergerät 5 weist mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver 5a, 5b auf. Weiterhin kann das Steuergerät eine Sensorsteuerung 7 aufweisen. Zudem kann das Steuergerät eine Heizsteuerung 6 aufweisen. Die Sensorsteuerung 6 und die Heizsteuerung 7 können jeweils mit einem oder mehreren der Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver 5a, 5b gekoppelt sein. Die Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver 5a, 5b, oder auch PLC-Transceiver, können dazu ausgelegt sein, eine Stromleitungsdatenübertragungsfunktion (Power Line Communication, PLC) über die Verbindungsleitungen 8a, 8b zu gewährleisten.
Über die Verbindungsleitungen 8a, 8b kann das Steuergerät 5 mit jeweils einer Wegbaukomponente 1 verbunden sein. Die Verbindungsleitungen 8a, 8b können beispielsweise entlang der M-Route in einem Luft- oder Raumfahrzeug 100 verlegt werden und über Leitungsanschlüsse 1a und 1b mit der jeweiligen Wegbaukomponente 1 gekoppelt sein. Im vorliegenden Beispiel der 1 sind jeweils zwei Verbindungsleitungen 8a und 8b vorgesehen, wobei ein erster Leitungsanschluss 1a mit einer ersten der zwei Verbindungsleitungen 8a bzw. 8b und ein zweiter Leitungsanschluss 1b mit einer zweiten der zwei Verbindungsleitungen 8a bzw. 8b gekoppelt ist. Jede der Wegbaukomponenten 1 weist ein Sensorelement 4 und ein Heizelement 2 auf. Das Steuergerät 5 ist dabei dazu ausgelegt, die Heizelemente 2 über die Verbindungsleitung 8a, 8b mit Strom zu versorgen. Insbesondere erfolgt die Stromversorgung, um eine Heizfunktion der Heizelemente 2 zu gewährleisten. Die Heizfunktion kann dabei in Abhängigkeit von Sensordaten durch die Sensorsteuerung 7 gesteuert bzw. geregelt werden. Die Sensorsteuerung 7 kann dazu ausgelegt sein, erste Steuersignale mit dem Sensorelement 4 über die Verbindungsleitung 8a, 8b auszutauschen. Beispielsweise kann die Sensorsteuerung 7 Ansteuersignale an das Sensorelement 4 senden, oder Sensordaten von dem Sensorelement 4 empfangen. Dabei kann die Sensorsteuerung 7 dazu ausgelegt sein, mit dem Sensorelement 4 mithilfe einer Stromleitungsdatenübertragung zu kommunizieren. Die Stromleitungsdatenübertragung kann dabei Power Line Communication (PLC) oder auch PowerLAN sein.
Das Steuergerät 5 kann weiterhin eine Heizsteuerung 6 aufweisen, welche dazu ausgelegt ist, zweite Steuersignale mit dem Heizelement 2 über die Verbindungsleitung 8a, 8b auszutauschen. Die zweiten Steuersignale können beispielsweise dazu dienen, den Betriebszustand des Heizelements 2 abzufragen oder zu verändern. Die zweiten Steuersignale können durch die Heizsteuerung ebenfalls mithilfe einer Stromleitungsdatenübertragung über die Verbindungsleitungen 8a, 8b gesendet oder empfangen werden.
Das Sensorelement 4 kann beispielsweise ein Temperatursensor sein, welcher Temperaturmesswerte in der Umgebung der Wegbaukomponente 1 erfasst. Diese Temperaturmesswerte können beispielsweise in einer Auswerteschaltung 3 ausgewertet werden.
Die Wegbaukomponenten 1 können dabei beispielsweise Rohrbeheizungskomponenten, Fußbodenheizungskomponenten, Drainagenbeheizungskomponenten oder Abwasserleitungsbeheizungskomponenten eines Luft- oder Raumfahrzeugs, beispielsweise des Luft- oder Raumfahrzeugs 100 sein. Die Lage der Wegbaukomponenten 1 in oder am Luft- oder Raumfahrzeug 100 sind in 2 nur beispielhaft dargestellt, es kann selbstverständlich möglich sein, die Wegbaukomponenten 1 an beliebigen, für das Einsatzgebiet geeigneten Orten des Luft- oder Raumfahrzeugs 100 anzuordnen. Weiterhin ist die Anzahl der Wegbaukomponenten 1 nur beispielhaft mit zwei angegeben, jede andere Anzahl an Wegbaukomponenten 1 ist für das Luft- oder Raumfahrzeug 100 ebenso möglich.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens 20 zum Betreiben eines Heizsystems für ein Luft- oder Raumfahrzeug, insbesondere zum Betreiben des Heizsystems 10 in 1. Das Verfahren 20 kann beispielsweise zum Betreiben eines Heizsystems 10 in einem Luft- oder Raumfahrzeug 100 wie in 2 dargestellt eingesetzt werden.
In einem ersten Schritt 21 erfolgt ein Versorgen einer ersten Wegbaukomponente 1, welche ein Heizelement 2 aufweist, mit Strom durch ein Steuergerät 5 über eine erste Verbindungsleitung 8a. In einem zweiten Schritt 22 erfolgt ein Austauschen von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät 5 und einem Sensorelement 4 der ersten Wegbaukomponente 1 über die erste Verbindungsleitung 8a. Das Sensorelement 4 kann beispielsweise ein Temperatursensor sein, welcher Temperaturmesswerte in der Umgebung der Wegbaukomponente 1 erfasst. Die Temperaturmesswerte können im Rahmen der ersten Steuersignale zwischen dem Steuergerät 5 und einem Sensorelement 4 der ersten Wegbaukomponente 1 über die erste Verbindungsleitung 8a ausgetauscht werden.
Optional kann in einem dritten Schritt 23 ein Versorgen einer zweiten Wegbaukomponente 1, welche ein Heizelement 2 aufweist, mit Strom durch das Steuergerät 5 über eine zweite Verbindungsleitung 8b erfolgen. In einem vierten Schritt 24 kann ein Austauschen von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät 5 und einem Sensorelement 4 der zweiten Wegbaukomponente 1 über die zweite Verbindungsleitung 8a erfolgen. Dadurch kann ein Eins-zu-Eins-Datenaustausch über jeweils separate Verbindungsleitungen 8a, 8b des Heizsystems 10 gewährleistet werden, was das Verfahren gegenüber Störeinflüssen durch die Stromversorgung oder den Datenaustausch anderer Wegbaukomponenten unempfindlicher macht.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen vorliegend beschrieben wurde, ist sie darauf keineswegs beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Bezugszeichenliste

1: Wegbaukomponente
1a: Leitungsanschluss
1b: Leitungsanschluss
2: Heizelement
3: Auswerteschaltung
4: Sensorelement
5: Steuergerät
5a: PLC-Transceiver
5b: PLC-Transceiver
6: Heizsteuerung
7: Sensorsteuerung
8a: Verbindungsleitung
8b: Verbindungsleitung
10: Heizsystem
20: Verfahren
21: Verfahrensschritt
22: Verfahrensschritt
23: Verfahrensschritt
24: Verfahrensschritt
100: Luft- oder Raumfahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7580777 B2 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

A. Kiefer, L. M. Reindl: Low-Cost-Sensorik an Hochtemperatur-Aktoren über Power-Line Communication, Sensoren und Messsysteme, S. 127–129 [0005]
13. ITG/GMA-Fachtagung 13.–14. März 2006, Freiburg/Breisgau [0005]

Claims

Heizsystem (10) für ein Luft- oder Raumfahrzeug (100), mit: einem Steuergerät (5), welches mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver (5a; 5b) und eine Sensorsteuerung (7) aufweist; und mindestens einer Wegbaukomponente (1), welche ein Sensorelement (4) und ein Heizelement (2) aufweist, wobei der mindestens einen Stromleitungsdatenübertragungs-Transceiver (5a; 5b) mit der mindestens einen Wegbaukomponente (1) über eine Verbindungsleitung (8a; 8b) verbunden ist, wobei das Steuergerät (5) dazu ausgelegt ist, das mindestens eine Heizelement (2) über die Verbindungsleitung (8a; 8b) mit Strom zu versorgen, und wobei die Sensorsteuerung (7) dazu ausgelegt ist, erste Steuersignale mit dem Sensorelement (4) über die Verbindungsleitung (8a; 8b) auszutauschen.
Heizsystem (10) nach Anspruch 1, wobei die Sensorsteuerung (7) dazu ausgelegt ist, mit dem Sensorelement (4) mithilfe einer Stromleitungsdatenübertragung zu kommunizieren.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Steuergerät (5) eine Heizsteuerung (6) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, zweite Steuersignale mit dem Heizelement (2) über die Verbindungsleitung (8a; 8b) auszutauschen.
Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sensorelement (4) ein Temperatursensor ist, und wobei die ersten Steuersignale Temperaturmesswerte in der Umgebung der Wegbaukomponente (1) umfassen.
Heizsystem (10) nach Anspruch 4, wobei die Wegbaukomponente (1) eine Auswerteschaltung (3) aufweist, welche dazu ausgelegt ist, die durch den Temperatursensor (4) erfassten Temperaturmesswerte auszuwerten.
Verfahren (20) zum Betreiben eines Heizsystems (10) für ein Luft- oder Raumfahrzeug (100), mit den Schritten: Versorgen (21) einer ersten Wegbaukomponente (1), welche ein Heizelement (2) aufweist, mit Strom durch ein Steuergerät (5) über eine erste Verbindungsleitung (8a); und Austauschen (22) von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät (5) und einem Sensorelement (4) der ersten Wegbaukomponente (1) über die erste Verbindungsleitung (8a).
Verfahren (20) nach Anspruch 6, weiterhin mit den Schritten: Versorgen (23) einer zweiten Wegbaukomponente (1), welche ein Heizelement (2) aufweist, mit Strom durch das Steuergerät (5) über eine zweite Verbindungsleitung (8b); und Austauschen (24) von Steuersignalen zwischen dem Steuergerät (5) und einem Sensorelement (4) der zweiten Wegbaukomponente (1) über die zweite Verbindungsleitung (8b).
Verfahren (20) nach einem der Ansprüche 6 und 7, wobei das Sensorelement (4) einen Temperatursensor umfasst, und wobei das Austauschen (22; 24) von Steuersignalen ein Austauschen von Temperaturmesswerten umfasst.
Luft- oder Raumfahrzeug (100), mit einem Heizsystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Luft- oder Raumfahrzeug (100) nach Anspruch 9, wobei die mindestens eine Wegbaukomponente (1) eine Rohrbeheizungskomponente, eine Fußbodenheizungskomponente, eine Drainagenbeheizungskomponente oder eine Abwasserleitungsbeheizungskomponente des Luft- oder Raumfahrzeugs (100) ist.