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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeugwartungsgrube, welche
ein Bodenstromaggregat (GPU) zur Zufuhr von elektrischer Energie
zu einem Flugzeug am Boden aufnimmt.
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An
vielen Flughäfen und Flugfeldern überall auf der
Welt werden Flugzeug-Bodenversorgungselektrizität, Klimatisierung,
Kraftstoff und andere Flugzeugwartungserfordernisse aus Gruben bereitgestellt,
welche unterhalb der Oberfläche angeordnet sind, über
welche das Flugzeug sich bewegt, während es am Boden ist.
Diese Gruben liefern unterirdische Anschlüsse für
Flugzeugwartungseinrichtungen, wie z. B. Kraftstoffleitungen, Versorgungsleitungen
für elektrischen Strom, Klimatisierungskanäle und
andere Hilfsleistungen, welche für ein Flugzeug bereitgestellt
werden, welches sich am Boden befindet.
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Die
Verwendung von unterirdischen Gruben dient dazu, die Ansammlung
von motorisierten Fahrzeugen und Leitungen zu reduzieren, die quer über den
Flugzeugwartungsbereich verlaufen, und die ansonsten bestehen würde.
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Flugzeugwartungsgruben
nehmen typischerweise die Form von hohlen Glasfasergehäusen
an, welche in ausgehobenen Löchern vergraben sind, welche
unter Flugzeugwartungsbereichen gegraben sind. Kraftstoffleitungen,
elektrische Leitungen, Klimaanlagenleitungen und andere Bodenversorgungs-Hilfswartungsleitungen
werden typischerweise während des Baus des Flughafens oder
Flugzeugterminals in Gräben gelegt, welche schließlich
aufgefüllt werden. Diese Leitungen verlaufen von der Terminaleinrichtung
zu den Flugzeugwartungsgruben und sind durch Flugzeugwartungsgrubendeckelanordnungen
zugänglich, welche auf den Gruben angeordnet sind.
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Bodenstromaggregate
sind üblicherweise in einer Terminaleinrichtung des Flughaftens
angeordnet und die Flugzeugversorgungsspannung wird den Flugzeugen
durch relativ lange Kabel zugeführt, welche sich von den
Bodenstromaggregaten zu den jeweiligen Flugzeugwartungsgruben erstrecken.
Bodenstromaggregate dieser Art sind allgemein bekannt. Die Aggregate
werden typischerweise durch eine dreiphasige 50 Hz oder 60 Hz Eingangsspannung
betrieben und erzeugen eine dreiphasige 400 Hz Ausgangswechselspannung
oder eine 28 V Gleichspannung. Die langen Stromkabel können
zu einer verringerten Ausgangsspannungsqualität am Ausgang
des Stromkabels führen.
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Ein
Wechselspannungskabel hat typischerweise mindestens eine Leitung
für jede Phase der Wandlerausgangsspannung und mindestens
eine Neutralleitung. Das Kabel hat ferner eine Anzahl von Drähten
für Steuersignale. Druckknöpfe sind zum Beispiel
an der Grube vorhanden, welche es der Bedienungsperson ermöglichen,
die Energieversorgung für das Flugzeug an- und auszuschalten.
Ferner kann ein Draht für das Verriegelungssteuersignal
vorgesehen sein. Das Verriegelungssignal, typischerweise ein 28
V-Gleichspannungssignal, wird vom Flugzeug dem Bodenstromaggregat
zugeführt und zeigt, dass das Flugzeug die erforderliche Spannungsqualität
erhält. Wenn das Bodenstromaggregat das Verriegelungssignal
nicht erhält, wird das Bodenstromaggregat abgeschaltet.
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Daher
werden lange, komplexe und teure Kabel hoher Qualität,
welche der rauen Umgebung eines Flughafens widerstehen können,
benötigt, um das Flugzeug am Boden aus einer Grube zu versorgen.
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Es
besteht ein Bedarf an einem verbesserten Grubensystem, in welchem
einfachere Kabel für lange Distanzen verwendet werden können,
wobei die Kosten gesenkt werden und die Zuverlässigkeit
und Qualität solcher Systeme erhöht wird.
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Gemäß der
Erfindung werden die obigen und andere Ziele durch eine Flugzeugwartungsgrube
erfüllt, welche ein Bodenstromaggregat mit einem Eingang
für eine Netzspannung einer Netzfrequenz, welche der Grube
zugeführt wird, aufweist, und eine stabilisierte Ausgangsspannung,
welche mit einem Ausgangskabel zur Zufuhr der Ausgangsspannung zu
einem in der Nähe der Grube geparkten Flugzeug verbunden
ist.
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Die
Unterbringung des Bodenstromaggregats in der Grube verringert ferner
die Ansammlung von motorisierten Fahrzeugen, Einrichtungen und Leitungen,
die quer über den Flugzeugwartungsbereich verlaufen.
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Ferner
wird, indem das Bodenstromaggregat nahe zum geparkten Flugzeug gebracht
wird, die Länge des Stromkabels zwischen dem Flugzeug und dem
Bodenstromaggregat reduziert, wodurch eine hohe Qualität
der Ausgangsleistung, welche dem geparkten Flugzeug zugeführt
wird, aufrechterhalten wird.
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Es
ist ferner ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung, dass
Stromkabel, welche sich zwischen dem Flughafenterminal und dem geparkten Flugzeug
erstrecken, vereinfacht werden, was zu verringerten Kosten führt.
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Das
Stromnetz, das an Flughäfen verfügbar ist, ist
typischerweise das Stromnetz, das allgemein in dem Land des Flughafens
verfügbar ist, z. B. in Europa 50 Hz, 400/230 V Effektivspannung
und 60 Hz, 460 V Effektivspannung in USA. Die Ausgangsspannung ist
typischerweise eine dreiphasige 400 Hz, 200/115 V effektive Ausgangsspannung
oder eine 28 V Gleichspannung, wie zum Beispiel durch Bodenstromaggregate
geliefert, welche der allgemein bekannten AXA 2200-Reihe von Festkörper-Bodenstromaggregaten ähnlich
sind.
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Im
folgenden wird die Erfindung detaillierter mit Bezug auf die beispielhaften
Ausführungsformen beschrieben, welche in den Zeichnungen
dargestellt sind, in welchen
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1 ein
nahe einer Flugzeugwartungsgrube gemäß der vorliegenden
Erfindung geparktes Flugzeug zeigt,
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2 einen
Querschnitt einer Flugzeugwartungsgrube gemäß der
vorliegenden Erfindung zeigt,
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3 ein
vereinfachtes Blockdiagramm ist, welches einen Spannungsabfall-Ausgleichssteuerschaltkreis
zeigt,
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4 ein
Blockschaltbild der Ausgangsschaltungstopologie einer Ausführungsform
des Frequenzwandlers zeigt, und
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5 ein
Blockschaltbild der Ausgangsschaltungstopologie einer anderen Ausführungsform des
Frequenzwandlers zeigt.
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Die
vorliegende Erfindung wird nun hier im folgenden vollständiger
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen
beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind.
Die Erfindung kann jedoch in verschiedenen Formen ausgeführt
werden und sollte nicht als auf die hier dargelegten Ausführungsformen
beschränkt betrachtet werden. Diese Ausführungsformen
sind vielmehr dazu vorgesehen, dass diese Offenbarung gründlich
und vollständig ist, und übermittelt Fachleuten
den Umfang der Erfindung. Gleiche Bezugszahlen betreffen durchgehend
gleiche Elemente.
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1 zeigte
ein Flugzeug 2, das nahe einer Flugzeugwartungsgrube 10 gemäß der
Erfindung geparkt ist. Es wird festgestellt, dass der Bereich, der durch
Verbindungen zwischen dem Flugzeug 2 und der Grube 10 eingenommen
wird, auf einem Minimum gehalten wird, wobei der größte
Teil des Vorfeldbereichs für andere Aufgaben verfügbar
ist. Es sollte auch beachtet werden, dass das Stromkabel zwischen
dem Flugzeug und der Bodenstromaggregat sehr kurz ist, wobei eine
hohe Qualität der dem geparkten Flugzeug zugeführten
Ausgangsleistung aufrechterhalten wird.
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2 zeigt
eine typische Montageposition einer Bodenstromversorgung bzw. eines
Bodenstromaggregats 12 in einer Flugzeugwartungsgrube 10 gemäß der
vorliegenden Erfindung. Das in der dargestellten Position montierte
Bodenstromaggregat erfüllt die ATEX-Richtlinien für
Einrichtungen zur Verwendung in möglicherweise explosiven
Atmosphären.
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Bei
einer anderen Ausführungsform der Grube ist das Bodenstromaggregat
in einem säulenartigen Rahmen montiert, welcher vertikal
verschoben werden kann, so dass das Bodenstromaggregat während
des Betriebs angehoben werden und außerhalb der Grube überirdisch
positioniert werden kann, wodurch die ATEX-Anforderungen für
das Bodenstromaggregat gesenkt werden. Wenn das Bodenstromaggregat
nicht verwendet wird, kann das Bodenstromaggregat in die Grube abgesenkt
werden.
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Wieder
mit Bezug auf 2 ist das Ausgangskabel 14 in
der Grube 10 verstaut dargestellt, mit seinem Verbindungselement 16 in
einer erreichbaren Position in einem Halter 18 in einem
säulenähnlichen Rahmen 20, welcher nach
oben und unten verschoben werden kann. In seiner untersten Position
ist die Grube 10 mit der Abdeckung 22 des säulenförmigen
Rahmens 20 verschlossen, so dass ein Flugzeug oder ein
anderes Fahrzeug über die geschlossene Grube 10 fahren
kann. Das Verbindungselement 16 kann Druckknöpfe
aufweisen, zum Beispiel Strom-an und Strom-aus. Alternativ oder
zusätzlich können Druckknöpfe an dem
säulenförmigen Rahmen 20 angeordnet sein.
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Wenn
das Bodenstromaggregat nicht in Gebrauch ist, ist das Ausgangskabel 14 in
der Grube 10 verstaut, und der säulenförmige
Rahmen 20 ist in seine die Grube 10 verschließende
Position abgesenkt. Um ein Flugzeug 2 mit dem Bodenstromaggregat 12 zu
verbinden, wird der säulenförmige Rahmen 20 angehoben,
so dass das Stromkabel-Verbindungselement 16 aus dem Halter 18 entfernt
werden kann und eine gewünschte Länge des Kabels 14 aus
der Grube 10 durch die Bedienungsperson gesteuert gezogen
werden kann. Das Kabel-Verbindungselement 16 wird schließlich
in eine entsprechende Aufnahme im Flugzeug 2 eingeführt,
um eine Stromversorgung von dem Bodenstromaggregat 12 zu
erhalten.
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Wie
bereits erwähnt, ist das Stromnetz, das an Flughäfen
verfügbar ist, typischerweise das in dem Land des Flughafens
allgemein verfügbare Stromnetz, z. B. in Europa 50 Hz,
400/230 V Effektivspannung und 60 Hz, 460 V Effektivspannung in USA.
Die Ausgangsspannung, welche von dem Bodenstromaggregat geliefert
wird, ist typischerweise eine dreiphasige 400 Hz, 200/115 V effektive
Ausgangsspannung oder eine 28 V Gleichspannung wie zum Beispiel
durch Bodenstromaggregate geliefert, welche der allgemein bekannten
AXA 2200-Reihe von Festkörper-Bodenstromaggregaten ähnlich
sind.
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Die
folgende Beschreibung betrifft ein Bodenstromaggregat, welches eine
dreiphasige 400 Hz, 200/115 V effektive Ausgangsspannung liefert, jedoch
wird ein Fachmann erkennen, dass das dargestellte Aggregat leicht
durch ein anderes Bodenstromaggregat ersetzt werden kann, wie z.
B. eine Gleichspannung, eine einphasige Wechselspannung, eine dreiphasige
Spannung, etc. oder irgendeine Kombination von Wechselspannungs-
und Gleichspannungs-Ausgangsspannungen.
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Das
dargestellte Bodenstromaggregat 12 wiegt ungefähr
350 kg und seine Abmessungen sind ungefähr 0,6 m × 1,1
m 0,6 m (Höhe × Länge × Breite).
Das Kabel 14 hat einen Durchmesser von ungefähr
4 cm und enthält zusätzlich zu den Kabelleitungen
für die dreiphasige 400 Hz-Stromversorgung eine Anzahl
von Leitungen für Steuersignale, z. B. Verriegelung und
Kommunikationssignale von möglichen Druckknöpfen
zur Steuereinrichtung des Bodenstromaggregats 12.
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Das
dargestellte Bodenstromaggregat 12 hat ein Gehäuse
mit einem Eingang für eine Netzspannung einer Netzfrequenz,
z. B. 50 Hz, 300/230 V Effektivspannung oder 60 Hz, 460 V Effektivspannung und
schließt einen Frequenzwandler zur Erzeugung einer stabilisierten
mehrphasigen Ausgangswechselspannung, bei der dargestellt Ausführungsform
eine effektive dreiphasige 400 Hz/115 V Ausgangsspannung ein. Der
Wandler ist mit einem Ausgangskabel 14 zur Zufuhr der Ausgangsspannung
zu einer Last (nicht dargestellt) verbunden.
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Der
Frequenzwandler der dargestellten Ausführungsform weist
einen Gleichrichter auf, welcher mit der Netzspannung zur Bereitstellung
einer gleichgerichteten Gleichspannung an den Eingang eines Inverters
verbunden ist, welcher einen Transformator-Filterteil aufweist,
welcher die gewünschte Ausgangsspannung erzeugt.
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Das
Bodenstromaggregat 12 weist ferner eine Steuereinrichtung
auf, welche ausgelegt ist, den Frequenzwandler zu steuern.
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Wie
bereits erwähnt, enthält das Kabelverbindungselement 16 der
dargestellten Ausführungsform Druckknöpfe zur
Betätigung durch den Bodenstromaggregat-Nutzer. Bei anderen
Ausführungsformen der Grube 10 können
solche Druckknöpfe an der Grube 10 vorgesehen
sein, zum Beispiel an dem säulenförmigen Rahmen 20.
Die Druckknöpfe sind mit der Steuereinrichtung des Bodenstromaggregat 12 durch
in dem Kabel 14 enthaltene Steuerleitungen verbunden. Ein
Druckknopf wird gedrückt, um die Ausgangsspannung an das
Flugzeug 2 bei der Verbindung mit dem Flugzeug 2 anzulegen,
und ein Druckknopf wird gedrückt, um die Ausgangsspannung
abzuschalten, bevor das Verbindungselement 16 vom Flugzeug 2 getrennt
wird. Die Bodenstromaggregat-Steuereinrichtung steuert die Funktion
der Druckknöpfe.
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Die
Bodenstromaggregat-Steuereinrichtung kann auch dafür ausgelegt
sein, verschiedene Parameter des Bodenstromaggregats 12 gemäß den
aktuellen Betriebsbedingungen zu steuern, wie z. B. der tatsächlichen
Last, abrupten Laständerungen, etc. z. B. zur Bereitstellung
einer Ausgangsspannung hoher Qualität.
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Durch
die Steuereinrichtung gesteuerte Parameter können mindestens
eines der folgenden aufweisen: individueller Phasenwinkel der Ausgangsspannung,
individuelle Phasenspannungsamplitude, Frequenz, etc.
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Die
Steuereinrichtung kann mit einer Bedienungspersonen-Schnittstelle
mit Druckknöpfen, Lampen und Displays verbunden sein, um
Bedienungspersonenbefehle dem Aggregat einzugeben und um verschiedene
Zustände des Bodenstromaggregats 12 der Bedienungsperson
anzuzeigen.
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Zur
Bodenstromaggregat-Handhabung hat die Steuereinrichtung mindestens
einen Steuerausgang zur Steuerung des Frequenzwandlers, wie z. B. eine
Schaltfrequenz. Die Steuereinrichtung kann ferner dazu in der Lage
sein, den Phasenwinkel des Ausgangs zu steuern und jede der Ausgangsspannungen
der Ausgangsphasen individuell zu steuern.
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3 zeigt
detaillierter schematisch einen Spannungsabfall-Ausgleichssteuerschaltkreis
eines beispielhaften Frequenzwandlers
24. Bei dem dargestellten
Beispiel weist die Steuereinrichtung
46 am Frequenzwandler
24 Steuerschaltungen
54,
56 auf, welche
zur Kompensation der Impedanz des Ausgangskabels
14 zur
Bereitstellung einer Versorgungsspannung
58 verbesserter
Qualität an der Verbindung mit der Last
60 ausgelegt
sind. Auf diese Weise kann der Spannungsabfall des Kabels
14 durch
eine gesteuerte und passende Erhöhung der Ausgangsspannung
26 des
Frequenzwandlers
24 kompensiert werden. In gleicher Weise
kann die Phase der Ausgangsspannung
26 des Frequenzwandlers
24 gesteuert
werden, um Phasenänderungen im Ausgangskabel
14 zu
kompensieren. Ein Verfahren zur Kompensierung eines Spannungsabfalls
in einem Mehrfachleitungs-Kabel ist in der
EP 1 278 284 offenbart. Die vorliegende
5 entspricht
1 der
EP 1 278 284 . ES wird auf
den entsprechenden Teil der Beschreibung der
EP 1 278 284 Bezug genommen. Bei dem
offenbarten Verfahren wird die Impedanzmatrix des Kabels
14 bestimmt
durch Kurzschließen der Kabelleitung am entfernten Ende
des Kabels
14. Die bestimmte Matrix
202 wird in
einer Steuerschaltung
54 gespeichert.
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Die
Kompensation der Ausgangskabel-Impedanz ermöglicht es,
günstige asymmetrische Mehrfachleitungs-Kabel zu verwenden
und noch eine Versorgungsspannung 58 an der Last 60 gewünschter
Qualität bereitzustellen.
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4 und 5 zeigen
schematisch zwei Schaltkreistopologien des Frequenzwandlers 24.
Die Schaltkreistopologie wird so ausgewählt, dass die einzelnen
Phasenausgänge des Frequenzwandlers steuerbar sind unabhängig
von den anderen Phasenausgängen. Daher können
die meisten üblichen Inverter-Topologien mit sternförmig
gekoppelten oder dreiecksförmig gekoppelten dreiphasigen
Transformatoren nicht verwendet werden, aufgrund des Fehlens eines
physischen Nullleiters. Bei solchen Kopplungen bewirkt eine asymmetrische
Last, dass die drei Phasen der Ausgangsspannung entsprechend asymmetrisch
werden. Bei der in 4 dargestellten Ausführungsform
ist ein zentraler Abgriff der durch den Gleichrichter 40 erzeugten
Gleichspannung vorgesehen, und die Schalter, welche die 400 Hz Ausgangswechselspannung
erzeugen, sind zur individuellen Steuerung der Ausgangsspannung
jeder der Ausgangsphasen durch geeignete Pulsbreitenmodulation der
Schalter angeordnet, wie es im Stand der Technik bekannt ist. Bei
einer alternativen Topologie, welche in 5 dargestellt
ist, sind zwölf Schalter in drei H-Brücken mit
der Gleichspannung verbunden, ohne einen zentralen Abgriff zur Bereitstellung
individuell steuerbarer Ausgangsphasenspannungen. Wie in 5 dargestellt,
benötigt die H-Brücken-Topologie einen Transformator.
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Zusammenfassung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeugwartungsgrube (10),
welche ein Bodenstromaggregat (12) zur Zufuhr von elektrischer
Energie zu einem Flugzeug (2) am Boden aufnimmt. Sie betrifft insbesondere
eine Grube mit einem Bodenstromaggregat, welches ein Gehäuse
aufweist, welches einen Frequenzwandler zur Bereitstellung einer
stabilisierten mehrphasigen Wechselstrom-Ausgangsspannung an einem
Flugzeug durch ein Ausgangskabel einschließt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1278284 [0037, 0037, 0037]