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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms sowie ein Verfahrung zur Wartung einer derartigen Fördereinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein insbesondere in Form eines Flugzeugkühlsystems oder einer Flugzeugklimaanlage ausgebildetes Flugzeugsystem, das mit einer derartigen Fördereinrichtung ausgestattet ist.
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In einem modernen Passagierflugzeug ist eine Vielzahl von Fördereinrichtungen zum Transportieren eines Mediums verbaut. In einer Flugzeugklimaanlage werden beispielsweise in Form von drehzahlgeregelten Gebläsen ausgebildete Fördereinrichtungen zur Förderung von Rezirkulationsluft aus einem klimatisierten Bereich des Flugzeugs in einen Mischer der Klimaanlage verwendet. Ein Rezirkulationssystem einer Flugzeugklimaanlage, das eine Mehrzahl von Gebläsen umfasst, ist beispielsweise in der
DE 10 2008 035 122 B4 und der
US 2011/171896 A1 beschrieben. Ferner umfasst eine Flugzeugklimaanlage üblicherweise Gebläse, die konditionierte Luft für eine Passagierkabine, einen Frachtraum oder ein Cockpit am Ort ihrer Verwendung bereitstellen. Weitere Fördereinrichtungen werden in verschiedenen Kühl- und Belüftungssystemen zur Förderung eines Fluidstroms eingesetzt.
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Die Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, eine kompakte, einfach zu wartende Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms bereitzustellen, die insbesondere zum Einsatz an Bord eines Flugzeugs geeignet ist. Ferner ist die Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, ein Verfahrung zur Wartung einer derartigen Fördereinrichtung sowie ein mit einer derartigen Fördereinrichtung ausgestattetes Flugzeugsystem anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Flugzeugsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms umfasst eine mechanische Einheit, die ein bewegbares Förderelement umfasst. Die Fördereinrichtung kann beispielsweise in Form eines Gebläses, insbesondere eines drehzahlgeregelten Gebläses ausgebildet sein. Die mechanische Einheit der Fördereinrichtung umfasst vorzugsweise alle Komponenten der Fördereinrichtung, die dazu dienen, den Fluidstrom zu leiten und zu bewegen. Das bewegbare Förderelement der mechanischen Einheit kann beispielsweise in Form eines Rotors ausgestaltet sein. Ein der mechanischen Einheit zugeordnetes Antriebselement zum Antreiben des bewegbaren Förderelements ist vorzugsweise in Form eines Elektromotors ausgebildet.
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Ferner umfasst die Fördereinrichtung eine elektrische Einheit, die ein Gehäuse sowie in dem Gehäuse angeordnete elektronische Elemente umfasst. Zu den in dem Gehäuse der elektrischen Einheit angeordneten elektronischen Elementen können beispielsweise Stromversorgungskomponenten, Leistungselektronikkomponenten sowie Komponenten zur Regelung und Ansteuerung des Elektromotors gehören. Die Leistungselektronik kann eine Eingangsstufe mit einem Autotransformator, einem Gleichrichter und einem Filter zur Wechselstrom-/Gleichstrom-Wandlung der Eingangsspannung, eine Leistungsstufe mit einem Gleichspannungszwischenkreis mit Glättungskondensator und Inverter zur Gleichstrom-/Wechselstrom-Wechselrichtung zwecks Erzeugung eines drehzahlvariablen Spannungssystems, eine Treiberstufe zur Generierung von Signalen zur Pulsweitmodulation und Ansteuerung von Leistungshalbleitern und eine Logik zur Steuerung des Antriebselements zum Antreiben des bewegbaren Förderelements sowie zur Fehler- und Temperaturüberwachung umfassen.
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Bei der Fördereinrichtung sind die mechanische Einheit und die elektrische Einheit lösbar miteinander verbunden. Unter dem Begriff ”lösbar verbunden” wird hier verstanden, dass die mechanische Einheit und die elektrische Einheit der Fördereinheit zerstörungsfrei voneinander getrennt werden können. Im Falle eines Versagens der Fördereinrichtung aufgrund eines Fehlers, der entweder ausschließlich die mechanischen Einheit oder ausschließlich die elektrische Einheit betrifft, kann dann lediglich die fehlerhafte Einheit der Fördereinrichtung demontiert und ersetzt werden, während die andere Einheit an Ort und Stelle an ihrem Einbauort verbleiben kann und folglich auch Schnittstellen dieser Einheit mit umgebenden Komponenten unverändert bleiben können. Dies ist insbesondere in Einbausituation vorteilhaft, in denen eine Einheit der Fördereinrichtung problemlos demontiert werden kann, während für die Deinstallation der anderen Einheit oder der Fördereinrichtung insgesamt ein größerer Demontageraum geschaffen werden muss.
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Beispielsweise ermöglicht es das Design der Fördereinrichtung, im Fall eines Versagens einer elektronischen Komponente lediglich die elektrische Einheit der Fördereinrichtung zu deinstallieren, während die mechanische Einheit an ihrem Einbauort verbleiben kann. Für viele Fehlerfälle der Fördereinrichtung können somit die Wartungsarbeiten zur Behebung dieser Fehlerfälle deutlich vereinfacht werden. Darüber hinaus hat die lösbare Verbindung der mechanischen Einheit und der elektrischen Einheit keinen Einfluss auf die Dimensionen der Fördereinrichtung, sodass eine Fördereinrichtung, bei der die mechanische Einheit und die elektrische Einheit lösbar miteinander verbunden sind, genauso kompakt gestaltet werden kann wie eine Fördereinrichtung, bei der die mechanische Einheit und die elektrische Einheit untrennbar miteinander verbunden sind.
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Vorzugsweise sind die mechanische Einheit und die elektrische Einheit der Fördereinrichtung durch eine zerstörungsfrei lösbare Befestigungseinrichtung lösbar miteinander verbunden. Die zerstörungsfrei lösbare Befestigungseinrichtung kann beispielsweise Schrauben oder eine Rasteinrichtung umfassen. Wesentlich ist lediglich, dass die mechanische Einheit nach der Trennung von der elektrischen Einheit mit einer elektrischen Ersatzeinheit verbunden werden kann oder umgekehrt.
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Die mechanische Einheit kann ein Schnittstellenelement umfassen, das dazu eingerichtet ist, mit einem komplementären Schnittstellenelement der elektrischen Einheit zusammenzuwirken, um einen elektrischen Anschluss der mechanischen Einheit an die elektrische Einheit zu bewirken. Über das Schnittstellenelement kann beispielsweise ein in der mechanischen Einheit der Fördereinheit angeordneter Elektromotor mit in der elektrischen Einheit der Fördereinrichtung vorgesehenen Stromversorgungskomponenten verbunden werden. Beispielsweise können entsprechende dreiphasige Anschlüsse an dem Schnittstellenelement der mechanischen Einheit und dem komplementären Schnittstellenelement der elektrischen Einheit vorgesehen sein, um die Versorgung des Elektromotors mit Strom zu gewährleisten. Darüber hinaus kann das Schnittstellenelement dazu eingerichtet sein, in der mechanischen Einheit der Fördereinrichtung angeordnete Sensoren, wie z. B. Temperatursensoren oder Sensoren zur Messung eines Volumenstroms des durch die Fördereinrichtung geförderten Fluidstroms mit einer in der elektrischen Einheit vorgesehenen Steuerungslogik und/oder Fehler- und Temperaturüberwachungslogik zu verbinden.
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Beispielsweise kann das Schnittstellenelement der mechanischen Einheit ein Kontaktfeld, einen Kontaktstift, eine Kontaktstiftaufnahme und/oder ein federbelastetes Kontaktelement umfassen, das/die dazu eingerichtet ist/sind, mit einem komplementären Kontaktfeld, einer komplementären Kontaktstiftaufnahme, einem komplementären Kontaktstift und/oder einem komplementären federbelasteten Kontaktelement der elektrischen Einheit zusammenzuwirken, um einen elektrischen Anschluss der mechanischen Einheit an die elektrische Einheit zu bewirken. Kontaktfelder oder mit entsprechenden Kontaktstiftaufnahmen zusammenwirkende Kontaktstifte bieten sich beispielsweise zur Herstellung einer Stromversorgungsverbindung, beispielsweise für einen der mechanischen Einheit zugeordneten Elektromotor an.
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Federbelastete Kontaktelemente sind besondere dazu geeignet, der mechanischen Einheit zugeordnete Sensoren an in dem Gehäuse der elektrischen Einheit angeordnete Logikkomponenten anzuschließen. Hierzu kann lediglich das der mechanischen Einheit zugeordnete oder lediglich das der elektrischen Einheit zugeordnete Kontaktelement federbelastet sein und mit einem beispielsweise in Form eines ebenen Kontaktfelds ausgebildeten komplementären Kontaktelement zusammenwirken. Wesentlich ist lediglich, dass die auf das federbelastete Kontaktelement wirkende Federvorspannung das federbelastete Kontaktelement derart gegen das komplementäre Kontaktelement drängt, dass eine sichere und zuverlässige Kontaktverbindung zwischen den beiden Kontaktelementen sichergestellt ist. Falls gewünscht, können jedoch sowohl das der mechanischen Einheit zugeordnete als auch das der elektrischen Einheit zugeordnete Kontaktelement federbelastet ausgeführt sein.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Fördereinrichtung ist das Gehäuse der elektrischen Einheit auf seiner der mechanischen Einheit zugewandten Seite offen ausgebildet. Die Fördereinrichtung kann dann besonders leichtgewichtig gestaltet werden, ohne die Schutzfunktion des Gehäuses zu beeinträchtigen, da die in dem Gehäuse angeordneten elektronischen Komponenten einerseits durch das Gehäuse und andererseits durch die mechanische Einheit vor Umgebungseinflüssen geschützt sind.
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Das Gehäuse der elektrischen Einheit kann abdichtend mit der mechanischen Einheit verbunden sein. Hierzu können in einem Kontaktbereich des Gehäuses mit der mechanischen Einheit entsprechende Dichtelemente vorgesehen sein. Eine abdichtende Verbindung des Gehäuses mit der mechanischen Einheit gewährleistet einen besonders sicheren Schutz der in dem Gehäuse angeordneten elektronischen Komponenten vor Umgebungseinflüssen.
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Vorzugsweise umfasst die elektrische Einheit der Fördereinrichtung Kühlrippen, die so angeordnet sind, dass sie in einen im Betrieb der Fördereinrichtung von dem bewegbaren Förderelement der mechanischen Einheit erzeugten Fluidstrom ragen. Über die Kühlrippen wird den elektronischen Elementen der elektrischen Einheit Kühlenergie zugeführt, sodass auf eine separate Kühlung dieser Komponenten verzichtet werden kann. Besonderen Kühlbedarf haben etwaige in der elektrischen Einheit vorgesehene Leistungselektronikkomponenten, insbesondere ein Autotransformator einer Eingangsstufe.
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Vorzugsweise ragen die Kühlrippen der elektrischen Einheit derart durch eine in einem Gehäuse der mechanischen Einheit ausgebildete Ausnehmung in den im Betrieb der Fördereinrichtung von dem bewegbaren Förderelement der mechanischen Einheit erzeugten Fluidstrom, dass die Kühlrippen beim Lösen der elektrischen Einheit von der mechanischen Einheit aus der Ausnehmung entnehmbar sind. Mit anderen Worten, die Kühlrippen der elektrischen Einheit sind derart geformt und angeordnet, dass sie die Trennung der elektrischen Einheit von der mechanischen Einheit der Fördereinrichtung nicht behindern.
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Bei einem Verfahren zur Wartung einer oben beschriebenen Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms werden die elektrische Einheit und die mechanische Einheit der Fördereinrichtung voneinander gelöst. Insbesondere wird die elektrische Einheit von der mechanischen Einheit gelöst und aus ihrer Installationsposition entfernt, während die mechanische Einheit an ihrem Einbauort verbleibt.
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Eine oben beschriebene Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms ist insbesondere zum Einsatz in einem Flugzeugsystem geeignet. Das Flugzeugsystem kann beispielsweise in Form einer Flugzeugklimaanlage oder eines Flugzeugkühlsystems ausgebildet sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun anhand der beigefügten schematischen Figuren näher erläutert, von denen
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1 eine Fördereinrichtung zur Förderung eines Fluidstroms zeigt, und
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2 ein Schnittstellenelement einer mechanischen Einheit der Fördereinrichtung gemäß 1 sowie ein komplementäres Schnittstellenelement der elektrischen Einheit der Fördereinrichtung zeigt.
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1 zeigt eine Fördereinrichtung 10 zur Förderung eines Fluidstroms. In der gezeigten Ausführungsform ist die Fördereinrichtung 10 in Form eines Gebläses ausgebildet, das beispielsweise in einer Flugzeugklimaanlage als Rezirkulationsgebläse zur Förderung von Rezirkulationsluft aus einer Flugzeugkabine in eine Mischkammer der Flugzeugkabine Verwendung finden kann. Die Fördereinrichtung 10 umfasst eine mechanische Einheit 12 mit einem in Form eines Rotors ausgebildeten bewegbaren Förderelement 14. Das bewegbare Förderelement 14 ist um eine Achse drehbar in einem Gehäuse 16 der mechanischen Einheit 12 aufgenommen und wird durch einen in 1 nicht veranschaulichten Elektromotor angetrieben. Sensoren 18, 20 dienen der Messung der Temperatur sowie des Volumenstroms eines durch die Fördereinrichtung 10 geförderten Fluids, d. h. in der gezeigten Ausführungsform des durch die Fördereinrichtung 10 geförderten Luftstroms.
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Ferner umfasst die Fördereinrichtung 10 eine elektrische Einheit 22, die ein Gehäuse 24 sowie in dem Gehäuse angeordnete elektronische Elemente umfasst. Zu den in dem Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 12 aufgenommenen elektronischen Elementen gehören beispielsweise Stromversorgungskomponenten, Leistungselektronikkomponenten sowie Komponenten zur Regelung und Ansteuerung des der mechanischen Einheit 12 zugeordneten und zum Antrieb des bewegbaren Förderelements 14 dienenden Elektromotors. Die Leistungselektronikkomponenten der elektrischen Einheit 22 umfassen insbesondere eine Eingangsstufe mit einem Autotransformator, einem Gleichrichter sowie einem Filter zur Wechselspannungs-/Gleichspannungs-Wandlung der Eingangsspannung, eine Leistungsstufe mit einem Gleichspannungszwischenkreis mit Glättungskondensator und einem Inverter zur Gleichspannungs-/Wechselspannungs-Wechselrichtung zwecks Erzeugung eines drehzahlvariablen Spannungssystems, eine Treiberstufe zur Generierung von Signalen zur Pulsweitenmodulation und zur Ansteuerung von Leistungshalbleitern und eine Logik zur Steuerung sowie zur Fehler- und Temperaturüberwachung.
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Die mechanische Einheit 12 und die elektrische Einheit 22 der Fördereinrichtung 10 sind lösbar miteinander verbunden. Insbesondere sind die mechanische Einheit 12 und die elektrische Einheit 22 durch eine zerstörungsfrei lösbare Befestigungseinrichtung 26 lösbar miteinander verbunden, die eine Mehrzahl von Schrauben 28 umfasst. Jede Schraube 28 durchsetzt eine in dem Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 12 ausgebildete Bohrung und greift in ein Gewinde ein, das in dem Gehäuse 16 der mechanischen Einheit 12 ausgebildet ist. Durch Lösen der Schrauben 28 können die mechanische Einheit 12 und die elektrische Einheit 22 der Fördereinrichtung 10 voneinander getrennt werden.
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Beispielsweise kann im Fall eines Versagens der Fördereinrichtung 10 durch einen Fehler einer Komponente der elektrischen Einheit 22 die elektrische Einheit 22 von der mechanischen Einheit 12 abgenommen und von ihrem Einbauort deinstalliert werden, während die mechanische Einheit 12 an Ort und Stelle an ihrem Einbauort verbleiben kann. Wartungsarbeiten an der Fördereinrichtung 10 können so deutlich vereinfacht werden, da Schnittstellen der mechanischen Einheit 12 mit umgebenden Komponenten nicht berührt werden. Besonders vorteilhaft sind Wartungsarbeiten an der Fördereinrichtung 10, bei denen die elektrische Einheit 22 von der mechanischen Einheit 12 gelöst wird, dann, wenn die Deinstallation der elektrischen Einheit 22 vergleichsweise einfach zu bewerkstelligen ist, während für die Demontage der mechanischen Einheit 12 zusätzlicher Demontageraum geschaffen werden müsste.
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Das Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 22 ist auf seiner der mechanischen Einheit 12 zugewandten Seite offen ausgebildet und kann dadurch besonders leichtgewichtig gestaltet sein. Darüber hinaus ist das Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 22 abdichtend mit der mechanischen Einheit 12 verbunden, sodass das Eindringen von Feuchtigkeit und/oder Schmutz in das Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 22 sicher unterbunden wird. Um eine einfache Verbindung bzw. Trennung der mechanischen Einheit 12 und der elektrischen Einheit 22 zu ermöglichen, umfasst die mechanische Einheit 12 ein in 2 veranschaulichtes Schnittstellenelement 30. Das Schnittstellenelement 30 der mechanischen Einheit 12 ist dazu eingerichtet, mit einem komplementären Schnittstellenelement 32 der elektrischen Einheit 22 zusammenzuwirken, um einen elektrischen Anschluss der mechanischen Einheit 12 an die elektrische Einheit 22 zu bewirken.
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Wie in 2 zu erkennen ist, umfasst das Schnittstellenelement 30 der mechanischen Einheit 12 ein Kontaktfeld 34, das dazu eingerichtet ist, mit einem komplementären Kontaktfeld 36 des Schnittstellenelements 32 der elektrischen Einheit 22 zusammenzuwirken. Ein an dem Schnittstellenelement 30 vorgesehener Kontaktstift 38 ist dazu vorgesehen, mit einer komplementären Kontaktstiftaufnahme 40 zusammenzuwirken, die an dem Schnittstellenelement 32 vorgesehen ist. Schließlich ist an dem Schnittstellenelement 30 eine Kontaktstiftaufnahme 42 vorgesehen, die dazu vorgesehen ist, einen an dem Schnittstellenelement 32 vorgesehenen Kontaktstift 44 aufzunehmen. Durch das Zusammenwirken der Kontaktfelder 34, 36 und/oder das Zusammenwirken der Kontaktstifte 38, 42 mit den Kontaktstiftaufnahmen 40, 44 kann beispielsweise der der mechanischen Einheit 12 zugeordnete Elektromotor mit Strom versorgt sowie an die elektronischen Steuerungskomponenten der elektrischen Einheit 22 angeschlossen werden.
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An dem Schnittstellenelement 30 vorgesehene federbelastete Kontaktelemente 46, 48 sind zum Zusammenwirken mit an dem Schnittstellenelement 32 vorgesehenen komplementären federbelasteten Kontaktelementen 50, 52 vorgesehen und dienen dem Anschluss der Sensoren 18, 20 an die in dem Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 22 aufgenommenen Logikkomponenten. Falls gewünscht, können lediglich die an einem Schnittstellenelement 30, 32 ausgebildeten Kontaktelemente 46, 48, 50, 52 in Form federbelasteter Kontaktelemente ausgeführt und die entsprechenden komplementären Kontaktelemente in Form fester Kontaktfelder ausgebildet sein.
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Schließlich umfasst das Schnittstellenelement 32 der elektrischen Einheit 22 Kühlrippen 54, die beispielsweise an dem Gehäuse 24 der elektrischen Einheit 22 befestigt sein können. Im Betrieb der Fördereinrichtung 10 ragen die Kühlrippen 54 in einen im Betrieb der Fördereinrichtung 10 von dem bewegbaren Förderelement 14 der mechanischen Einheit 12 erzeugten Fluidstrom und sorgen so für eine ausreichende Kühlung der elektronischen Elemente der elektrischen Einheit 22. Insbesondere ragen die Kühlrippen 54 der elektrischen Einheit 22 derart durch eine in dem Gehäuse 16 der mechanischen Einheit 12 ausgebildete Ausnehmung 56 in den im Betrieb der Fördereinrichtung 10 von dem Förderelement 14 erzeugte Fluidstrom, dass die Kühlrippen 54 beim Lösen der elektrischen Einheit 22 von der mechanischen Einheit 12 aus der Ausnehmung 56 entnehmbar sind und somit die Demontage der elektrischen Einheit 22 von der mechanischen Einheit 12 nicht behindern.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008035122 B4 [0002]
- US 2011/171896 A1 [0002]
