DE19745747A1 - Leistungswandler-System zur bidirektionalen Wandlung zwischen hydraulischer und elektrischer Energie - Google Patents

Leistungswandler-System zur bidirektionalen Wandlung zwischen hydraulischer und elektrischer Energie

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DE19745747A1 DE19745747A DE19745747A DE19745747A1 DE 19745747 A1 DE19745747 A1 DE 19745747A1 DE 19745747 A DE19745747 A DE 19745747A DE 19745747 A DE19745747 A DE 19745747A DE 19745747 A1 DE19745747 A1 DE 19745747A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Leistungswandler-System zur bidirektionalen Wandlung zwischen hydraulischer und elektrischer Energie für die Versorgung von Energiesystemen eines Fahrzeuges, wobei mit der bidirektional gewandelten und wahlweise bereitgestellten Energieart die Versorgung der (des) elektrischen oder der (des) hydraulischen Energiesysteme(s) an Bord des Fahrzeuges, vorzugsweise an Bord eines Luftfahrzeuges, realisiert wird.
Bei Bordenergiesystemen bekannter Fahrzeuge wird deren Betriebssicherheit weitestgehend mit autonom arbeitenden Energiequellen gewährleistet, über deren bereitgestellte (abgegebene) hydrau­ lische und/oder elektrische Energie (Leistung) die im System installierten Verbraucher der verschiedensten sicherheitskritischen Energiesysteme ständig zu verfügen haben. Davon sind die (in einem Fahrzeug installierten) hydraulischen Betätigungssysteme (zur Fahrzeugsteuerung) und die elektrischen/elektronischen Systeme, insbesondere die Energie- und Rechneranlagen [Compu­ ter] (zur Navigation und Kommunikation bzw. zur Fahrzeugsteuerung) betroffen. Diese ausfall­ sicheren hydraulischen und elektrischen Bordenergiesysteme traditioneller Art bestehen (in der Regel) aus vermehrfachten (redundanten), unabhängigen Energiequellen (Generatoren oder Pumpen), die an jedem Triebwerk eines Fahrzeuges angeordnet sind und in ein Verteilersystem, primär über eine Drehstrom-Sammelschiene (AC-BUS BAR) bzw. in ein hydraulisches Netz, ein­ speisen.
Im Fahrzeugbau sind dafür Systemlösungen für elektrische und hydraulische Fahrzeug-Borden­ ergiesysteme bekannt, die anhand vereinfachter Systemschemata nachfolgend erläutert werden.
Eine dieser Systemlösungen bezieht sich auf ein typisches Bordenergiesystem für ein Fahrzeug mit vier Triebwerken, wobei jedes dieser Triebwerke einen Drehstromgenerator mit integriertem Konstantdrehzahlgetriebe (integrated drive generator) trägt, der im Normalfall auf die ihm zu­ geordnete Drehstrom-Sammelschiene (AC BUS) elektrische Energie abgibt. Beim Ausfall eines oder mehrerer dieser Triebwerke oder eines einzelnen oder mehrerer (den Triebwerken zugeord­ neten) Generatoren besteht (nur) die Möglichkeit, letztere mittels einem (den Generatoren nach­ geordneten) Sammelschienen-Schalter von der betreffenden generatorgespeisten Haupt-Sammel­ schiene freizuschalten (zu isolieren).
Die generatorgespeisten Haupt-Sammelschienen sind mittels weiterer abschaltbarer Sammelschie­ nen quer (horizontal) miteinander verbunden. Insofern werden dann (bei Triebwerksstörung bzw. Ausfall einzelner Generatoren) die wichtigen elektrischen Verbraucher über die Sammelschienen- Schalter zwischen den weiteren Sammelschienen mit elektrischer Leistung quergespeist und dem­ nach von der betreffenden generatorgespeisten Haupt-Sammelschiene versorgt. Innerhalb der­ artiger Energiesysteme sind bekanntermaßen Geräte integriert, die innerhalb des elektrischen Bordnetzsystems als Notstrom-Generator arbeiten. Diese Geräte [CSMG (constant speed motor generator)] erlauben es, hydraulische Energie in elektrische Energie zu wandeln, die auf eine Drehstrom-Sammelschiene [AC ESS (essential)] zur Versorgung von besonders kritischen Ver­ brauchern gespeist wird. Die Primärenergie für einen (in der vorgestellten Systemlösung berück­ sichtigten) derartigen Notstrom-Generator wird einem der (drei installierten) hydraulischen Systeme entnommen, denen entweder von den triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpen oder aber von einer Stauluftturbine [RAT (Ram Air Turbine)] mit gekoppelter Hydraulikpumpe hydraulische Energie bereitgestellt wird. Die Notwendigkeit der Bereitstellung von elektrischer Notenergie durch den Notstromgenerator kann (im Bedarfsfall) definitiv durch Mehrfachfehler (Ausfall aller (den Triebwerken zugeordneten) Generatoren, Kombinationsfälle von Triebwerks- und Generator­ fehlern, temporärer Ausfall aller vier Triebwerke) ausgelöst sein. Die Systemlösung berücksich­ tigt, daß beim Auftreten derartiger (einzelner) Fehler in Notfall-Situationen eine zusätzliche sicherheitsbedeutsame Sammelschiene alternativ die Versorgung von (wenigstens) zwei quer verbundenen (quergespeisten) Drehstrom-Sammelschienen über einen Mehrwegeschalter realisiert, die dann mit der (vom Notstromgenerator bereitgestellten) elektrischen Notstromenergie versorgt wird.
Die hydraulische Bordenergieanlage des Fahrzeuges besteht nach der vorgestellten Systemlösung aus drei unabhängigen hydraulischen Systemen, von denen zwei der Systeme primär von je einer triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpe gespeist werden. Diese Pumpen werden in der Regel konstantdruckgeregelt eingesetzt. Um bei Mehrfachausfällen von Triebwerken und/oder trieb­ werkgetriebenen Hydraulikpumpen (vergleichbar den geschilderten Kombinationen bei der Bereit­ stellung elektrischer Energie in Notfallsituationen) über ein Minimum an hydraulischer Energie zu verfügen, ist an der Stauluftturbine eine hydraulische Pumpe installiert, die im Notfall (Bedarfs­ fall) hydraulische Energie in das hydraulische Netz eines (der drei Systeme) unabhängigen hydrau­ lischen Systems einspeist.
Weiterhin sind jedem unabhängigen hydraulischen System zusätzlich druckgeregelte Hydraulik­ pumpen installiert, die jeweils von einem Elektromotor (typischerweise einem Drehstrom-Asyn­ chronmotor) angetrieben werden, der von einer der elektrischen Sammelschienen gespeist wird. Diese zusätzlichen (elektromotorgetriebenen) Hydraulikpumpen dienen in der Regel zur Leistungs­ versorgung der hydraulischen Systeme (des parkenden Fahrzeuges), wenn die triebwerksgetriebe­ nen Hydraulikpumpen oder die Triebwerke (einzeln oder alle) nicht in Betrieb sind; vornehmlich also bei Wartungsarbeiten oder Testbetriebsbedingungen. Sie können bei entsprechender Aus­ legung aber auch dazu dienen, um im Normalbetrieb (des Fahrzeuges) eine Leistungsunterstützung (bei hohem Bedarf an hydraulischer Leistung) zu gewähren oder bei Ausfall der entsprechenden triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpen des gleichen Systems dieses mit zusätzlich bereitgestellter hydraulischer Energie zu versorgen. Diese naheliegende Situation ist bei zwei der genannten unabhängigen hydraulischen Systeme, die nur mit einer triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpe ausgerüstet sind, sehr praxisbezogen. Weiterhin kann den (zwischen jeweils zwei der) hydrauli­ schen Systemen eine hydraulische Leistungs-Transfereinheit [PTU (power transfer unit)] ange­ schlossen sein, die man alternativ der installierten zusätzlichen (elektromotorgetriebenen) Hydrau­ likpumpen einsetzen kann. Eine solche Leistungs-Transfereinheit erlaubt die bidirektionale Quer­ speisung von einem unabhängigen Hydrauliksystem mit Leistungsüberschuß zu einem anderen (ansonsten unabhängigen) Hydrauliksystem mit mangelnder Versorgung, bspw. bei niedrigem Druck oder erhöhtem Leistungsbedarf.
Im weiteren wird eine Umformung des Drehstromes, den zwei der triebwerkgetriebenen Dreh­ strom-Generatoren separat den mit ihnen verbundenen Haupt-Sammelschienen einspeisen, mit einer Umform-/Gleichrichter-Einheit [TRU (transformer/rectifier unit)] realisiert, die der betreffenden Haupt-Sammelschiene einzeln angeschlossenen ist. Die einzelne Umform-/Gleich­ richter-Einheit versorgt die angeschlossene Gleichstrom-Hauptsammelschiene (DC BUS) mit Gleichstrom.
Weitere bekannte Systemlösungen beziehen sich auf ein typisches Bordenergiesystem für ein Fahrzeug mit zwei Triebwerken, wobei ebenfalls jedes dieser Triebwerke einen Drehstromgenera­ tor mit integriertem Konstantdrehzahlgetriebe (integrated drive generator) trägt, der im Normalfall auf die ihm zugeordnete Drehstrom-Sammelschiene (AC BUS) elektrische Energie abgibt. Die zwei nachfolgend beschriebenen Lösungen beziehen sich ebenfalls auf ein Bordenergiesystem mit drei unabhängigen hydraulischen Systemen, aber im Gegensatz zur vorgenannten Systemkon­ figuration mit vier Triebwerken und vier Drehstrom-Sammelschienen hier mit zwei Triebwerken und zwei Drehstrom-Sammelschienen.
Beide Systemlösungen weisen in den einzelnen Gerätetechniken: "Hydraulikpumpen, Triebwerk­ generatoren, stauluftgetriebene hydraulische Pumpe, Notstromgenerator etc." identische Elemente auf, die bei diesen Systemlösungen hinsichtlich der Versorgung der drei unabhängigen hydrauli­ schen Systeme bzw. der beiden Drehstrom-Hauptsammelschienen und der sicherheitskritischen Drehstrom-Sammelschiene unterschiedlich verschaltet sind.
Danach sieht eine weitere Systemlösung vor, daß jedes der beiden Triebwerke zwei hydraulische konstantdruckgeregelte Primärpumpen und einen Haupt-Generator treibt. Für den Bodenbetrieb der hydraulischen Systeme sind ebenfalls je eine elektromotorengetriebene Konstantdruckpumpe sowie eine stauluftturbinengetriebene Pumpe für die hydraulische Notversorgung vorgesehen. Zwischen zwei Drehstrom-Hauptsammelschienen kann ebenfalls elektrische Leistung bei Ausfall eines Haupt-Generators durch Schließen eines Sammelschienen-Schalters quergespeist werden. Die weitere Umformung des (den Haupt-Sammelschienen abfließenden) Drehstromes wird (analog der erstgenannten Systemlösung) mit einer Umform-/Gleichrichter-Einheit realisiert, wobei zwei dieser Einheiten die ihnen angeschlossenen Gleichstrom-Sammelschienen mit Gleichstromleistung versorgen. Die alternative Versorgung der sicherheitskritischen Drehstrom-Sammelschiene über einen Mehrwegeschalter geschieht ebenfalls analog der erstgenannten Systemlösung. Die Ver­ sorgung dieser sicherheitskritischen Drehstrom-Sammelschiene wird bei Ausfall der Haupt-Genera­ toren ebenfalls durch einen Notstromgenerator mit Energie aus dem zentralen hydraulischen System sichergestellt. Bei komplettem (hier: doppeltem) Triebwerkausfall oder Kombinations­ fehlern einer triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpe und Ausfall des zweiten Triebwerkes kann über eine Stauluftturbine mit gekoppelter Hydraulikpumpe dem zentralen System hydraulische Notenergie und damit auch elektrische Notenergie erzeugt und bereitgestellt werden.
Eine letzte bekannte Systemlösung für ein Fahrzeug mit zwei Triebwerken besitzt eine (der zweiten Systemlösung nahekommende) ähnliche Architektur. Die wesentlichen Unterschiede bestehen (im Vergleich zur zweiten Systemlösung) darin, daß jedes Triebwerk nur eine Hydraulik­ pumpe treibt, wobei jede Pumpe einem unabhängigen Hydrauliksystem zugeordnet ist. Eine elektromotorengetrieben Hydraulikpumpe beliefert ein drittes Hydrauliksystem primär (auch im Normalbetrieb) mit hydraulische Energie. Diesem (dritten) Hydrauliksystem ist wiederum eine stauluftgetriebene Hydraulikpumpe angeschlossen. Das dritte hydraulische System treibt im Notfall einen Hydraulikmotor an, der mechanisch mit einem Notstromgenerator gekoppelt ist. Letzterer versorgt dann die sicherheitskritische Drehstrom-Sammelschiene mit elektrischer Notenergie. Systemspezifisch ist gleichermaßen der Einsatz der (vorerwähnten) hydraulischen Leistungstrans­ fereinheit, die es erlaubt, hydraulische Leistung zwischen den vorhandenen beiden unabhängigen Hydrauliksystemen in wahlweise beide Richtungen zu speisen. Sie ersetzt bekanntermaßen (wie bei der ersten Systemlösung angedeutet) eine elektromotorengetrieben Hydraulikpumpe im hydrauli­ schen System.
Zusammenfassend wird ausgeführt, daß alle drei bekannten (und ausführlich betrachteten) System­ lösungen für die hydraulischen und elektrischen Bordenergiesysteme von Fahrzeugen, die aus Sicherheitsgründen jeweils vermehrfacht (redundant) ausgeführt sind, nachfolgende funktions- und zweckidentischen Teilsysteme bzw. Geräte in (möglicherweise nur) unterschiedlicher Verschal­ tungs- und Zuordnungsform zu den einzelnen hydraulischen Systemen bzw. (elektrischen) Sam­ melschienen aufweisen. Demnach werden mehrere druckgeregelte Hydraulikpumpen, die durch Elektromotoren angetrieben werden, zur Erzeugung der benötigten hydraulischen Energie für den normalen Boden- oder Alternativbetrieb eingesetzt, die man im Einzelfall auch als Primärpumpe im Normalbetrieb einsetzt oder alternativ aufschaltet. Dabei wird elektrische Energie in mechani­ sche (Wellen- bzw. Antriebs-)Energie umgesetzt, mit der die monofunktionell arbeitenden Hydrau­ likpumpen angetrieben werden. Weiterhin werden diese Bordenergiesysteme mit einem monofunk­ tionell arbeitenden Notstromgenerator betrieben, um bei Ausfall der elektrischen Primärgenerato­ ren (Hauptgeneratoren) aus der bereitgestellten hydraulischen Energie (von wenigstem einem) der hydraulischen Systeme mit seiner Hilfe elektrische Energie zu gewinnen. Außerdem trägt jedes der im Systemkonzept berücksichtigten Triebwerke wenigstens einen Drehstromgenerator und eine Hydraulikpumpe, wobei die zweitgenannte Systemlösung sogar zwei Hydraulikpumpen pro Triebwerk berücksichtigt. Damit wird die Redundanz der vorhandenen Triebwerke - auch zugun­ sten der verbesserten Verfügbarkeit von hydraulischen und elektrischen Primärenergiequellen (Generatoren und Pumpen) - durch deren Anzahl (pro Systemlösung) verbessert.
Demgegenüber umfassen die betrachteten Systemlösungen eine hohe Anzahl von Teil(funktions)­ systemen, um aus Gründen der geforderten Systemsicherheit des installierten Bordenergiesystems eine ständige Verfügbarkeit der hydraulischen und elektrischen Energie im betreffenden System und gleichzeitig auch eine hohe Versorgungszuverlässigkeit der beiden Energiesysteme zu gewähr­ leisten. Dadurch werden der Installationsaufwand und gleichzeitig das Fahrzeuggewicht sowie die Betriebskosten (Treibstoffverbrauch, Wartungs- und Reparaturkosten) ungünstig beeinflußt. Außerdem wird vorgetragen, daß keine der erwähnten Systemlösungen die Ausnutzung bidirektio­ naler Querspeisungsmöglichkeiten des hydraulischen und des elektrischen Energiesystems vorsieht oder dazu eine Anregung vermitteln würde, ein derartiges Systemkonzept umzusetzen.
Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Leistungswandler- System derart zu gestalten, daß sich mit ihm die bekannten Systemlösungen mit einer geringeren Anzahl von Teil(funktions)systemen umsetzen lassen, wobei ein (im Vergleich der bekannten Systemlösungen) gleichbleibendes oder höheres Sicherheitsniveau des hydraulischen und elek­ trischen Bordenergiesystems eines Fahrzeuges gewährleistet wird. Mit dem Leistungswandler- System soll erreicht werden, daß die installierte Gesamtleistung durch die Ausnutzung der bidirek­ tionalen Querspeisungsmöglichkeiten von hydraulischer oder elektrischer Energie in das betreffen­ de Energiesystem verringert wird. Gleichzeitig soll mit dem Leistungswandler-System eine bedarfsgesteuerte Leistungsverwaltung der hydraulischen und elektrischen Bordenergie im Fahr­ zeug bewerkstelligt werden, wobei seine Integration mit zur Absenkung der Herstellungs- und Betriebskosten des Bordenergiesystems einschließlich zur Gewichtsreduzierung des Fahrzeuges beiträgt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. In den weiteren Unteransprüchen sind zweckmäßige Weiterbildungen und Ausgestaltungen dieser Maßnahmen angegeben.
Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 typische bekannte hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versor­ gungssysteme eines Transportflugzeuges mit vier Triebwerken;
Fig. 2 typische bekannte hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versor­ gungssysteme eines Transportflugzeuges mit zwei Triebwerken;
Fig. 3 typische bekannte hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versor­ gungssysteme eines Transportflugzeuges mit zwei Triebwerken;
Fig. 4 das Blockschaltbild des Leistungswandler-Systems zur bidirektionalen Wandlung zwischen hydraulischer und elektrischer Energie mit Anschluß der zu versorgen­ den Energiesysteme und Cockpitverbindung eines Fahrzeuges
Fig. 4a die ausführliche Darstellung des bidirektionalen hydraulisch-elektrischen Leistungswandler-System nach der Fig. 4;
Fig. 5 das bidirektionale hydraulisch-elektrische Leistungswandler-System bei hoher Güte der Drehzahlregelung des Hydromotors;
Fig. 6 die vereinfachte Darstellung des bidirektionalen Leistungswandler-Systems nach den Fig. 4a oder 5;
Fig. 7a Betriebsart "Elektro-Pumpe" des bidirektionalen Leistungswandler-Systems;
Fig. 7b Betriebsart "Alternativ- oder Not-Generator" des Leistungswandler-Systems;
Fig. 7c das bidirektionale Leistungswandler-System in primär durch eine Elektro-Pumpe versorgtem hydraulischen System mit einer Stauluftturbine;
Fig. 8a hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versorgungssysteme nach der Fig. 3 bei Verwendung bidirektionaler Leistungswandler-Systeme;
Fig. 8b hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versorgungssysteme nach der Fig. 2 bei Verwendung bidirektionaler Leistungswandler-Systeme;
Fig. 8c hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Versorgungssysteme nach der Fig. 1 bei Verwendung bidirektionaler Leistungswandler-Systeme.
An Bord von Flugzeugen sind bekanntermaßen elektrische und hydraulische Not- und Alternativ- Energiequellen erforderlich, die gegenwärtig mit vermehrfacht installierten Energiewandlern (Pumpen, Generatoren) realisiert sind. Dabei werden elektrisch betriebene Hydraulikpumpen oder hydraulisch angetriebene Notgeneratoren eingesetzt, die den bekannten (und im Einleitungsteil gewürdigten) Systemlösungen nach den Fig. 1 bis 3 integriert sind. Im Vergleich dieser Systemlösungen, welche typische hydraulische und elektrische Energieerzeugungs- und Ver­ sorgungssysteme eines Flugzeuges mit (nach der Fig. 1) vier Triebwerken bzw. (nach den Fig. 2 und 3) zwei Triebwerken darstellen, werden nachfolgende Verbesserungen dieser Lösungen beschrieben, mit denen die ihnen anhaftenden (und vorher kritisierten) Mängel beseitigt werden. Wegen der einleitenden (ausführlichen) Beschreibung dieser gegenwärtig im Flugzeug umgesetzten Systemlösungen wird auf weitere (diese Lösungen betreffende) Ausführungen verzichtet. Einem beurteilenden Fachmann wird es mit Hilfe der beigefügten Bezugszeichenangaben (in Korrelation der system-integrierten Mittel und deren Verschaltung zueinander) gelingen, die bekannten Systemlösungen nach den Fig. 1 bis 3 (in Korrelation dem Einleitungsteil der Beschreibung) ohne besonderen Aufwand zu bewerten.
Im weiteren wird der Aufbau und die Funktion des bidirektionalen Leistungswandler-Systems anhand der Fig. 4 bis 8c näher erläutert.
In der Fig. 4 wird das Leistungswandler-System zur bidirektionalen Wandlung zwischen hydrau­ lischer und elektrischer Energie in einem Blockschaltbild dargestellt. Dabei verkörpert das "Leistungswandler-System" in der Gesamtheit seiner Mittel und deren systembezogenen Zu­ sammenwirken ein (sogenanntes) bidirektional arbeitendes "Hydraulisch-Elektrisches- Leistungswandler-System" (nachfolgend bezeichnet: HELW), das (funktionell betrachtet) elek­ trische in hydraulische Energie oder (umgekehrt) hydraulische in elektrische Energie wandelt. Es besteht aus einem hydraulischen Teilsystem 12 und einem elektrischen Teilsystem 13, die über ein Getriebe oder eine Welle 14 drehmechanisch miteinander verbunden sind, wobei die weiteren Ausführungen sich (allgemein) auf die Wellenverbindung beider Systeme beziehen wird.
Das hydraulische Teilsystem 12 besteht im wesentlichen aus einer hydraulischen Motor-/Pumpen­ einheit, zu der mit (als charakteristischer Bestandteil) eine hydraulische (Verdränger-)Maschine 15 zählt, die wenigstens ein zur mechanischen Wellenkopplung vorgesehenes und drehbeweglich gelagertes Maschinenelement aufweist.
Das Kernstück des elektrischen Teilsystems 13 bildet ein (sogenannter) "elektrischer Wildfre­ quenz-Generator/elektrischer Motor", zu dem mit (als charakteristischer Bestandteil) eine elek­ trische (Synchron-)Maschine 20 gehört, die wenigstens ein zur mechanischen Wellenkopplung vorgesehenes und drehbeweglich gelagertes Maschinenelement aufweist.
Die drehbeweglich gelagerten Maschinenelemente der hydraulischen und elektrischen Maschine 15, 20 des hydraulischen und des elektrischen Teilsystems 12, 13 sind mittels der Welle 14 oder einem Getriebe mechanisch und drehbeweglich miteinander gekoppelt, damit sich (den späteren Ausführungen vorgegriffen) die Wirkungsgrade der beiden Teilsysteme 12, 13 bei Nennleistung aufeinander abstimmen lassen.
Mit zum elektrischen Teilsystems 13 zählt eine (sogenannte) "kombinierte VSCF- bzw. Motor- Leistungs- und Regelelektronik" [VSCF: Variable Speed Constant Frequency), die (allgemein) eine elektronische Einheit 22 verkörpert, welche mit der elektrischen Maschine 20 elektrisch verbunden ist.
Auf den genauen Aufbau des hydraulischen und des elektrischen Teilsystems 12, 13 und die Wir­ kungsweise der ihm integrierten Elemente wird später (bezüglich der Fig. 4a) näher eingegangen.
Beiden Teilsystemen 12, 13 ist (allgemein) eine Steuereinheit 26 elektrisch (informationstechnisch) zugeschaltet, welche die Funktion einer (sogenannten) "Prioritäts- und Sicherheitsschaltung" mit systembezogener Überwachungsfunktion ausübt. Dabei überwacht die Steuereinheit 26 die beiden Teilsysteme 12, 13 und steuert auf der Basis des erfaßten und dem (allgemein) hydraulischen Leitungssystem 10, das den (Rohr-)Leitungsverbund mehrerer (hydraulischer) Leitungen zu einem zentralen Hydrauliknetz verkörpert, oder dem (allgemein) elektrischen Verteilungssystem 3, das den elektrischen Verbund mehrerer elektrischer Sammelschienen zu einem zentralen elektrischen Sammelschienennetz verkörpert, zugeordneten (aktuellen) Betriebszustandes das hydraulische oder das elektrische Teilsystem 12, 13 (die hydraulische oder die elektrische Maschine 15, 20) an, wodurch damit das entsprechende Setzen oder Schalten eines jeweils den beiden Teilsystemen 12, 13 integrierten (und in der Fig. 4 nicht gezeigten) ersten und zweiten Betriebsarten-Schaltelemen­ tes 18, 21 erfolgt und eine der bidirektionalen Funktionen der beiden Teilsysteme 12, 13 aktiviert wird.
Dementsprechend steuert die Steuereinheit 26 den Betriebsarten-Modus der beiden Teilsysteme 12, 13 (Wandlung der aufgenommenen Energieart in drehbeweglich mechanisch abgegebene Rota­ tionsenergie, die auf (das Getriebe oder) die Welle 14 übertragen wird, oder Aufnahme der (getriebe- bzw.) wellenübertragenen Rotationsenergie und deren Wandlung in die benötigte Ener­ gieart für das hydraulische oder elektrische Bordnetz (allgemein) eines Fahrzeuges.
Dabei wird beispielsweise eine von der hydraulischen Maschine 15 angepumpte hydraulische Energie dem hydraulischen Leitungssystem 10 (dem zentralen Hydrauliknetz), das (rohr-)lei­ tungsmäßig dem hydraulischen Teilsystem 12 angeschlossen ist, (mittels der hydraulischen Ma­ schine 15) transferiert.
Anderenfalls wird beispielsweise die (auf die elektrische Maschine 20 übertragene Rotations­ energie von letzterer in elektrische Energie gewandelt, wobei die dann) ausgangsseitig der elek­ trischen Maschine 20 bereitgestellte elektrische Energie der elektronischen Einheit 22 zugeleitet wird. Dabei wird die elektronische Einheit 22 funktionell als "kombinierte VSCF- oder Motor- Leistungs- und Regelelektronik" eingesetzt, die den (später eingehender beschriebenen) Lei­ stungselektronikteil des elektrischen Teilsystems 13 verkörpert. Die von der elektronischen Einheit 22 (in Leistungsflußrichtung betrachtet) weiterbehandelte abgegebene elektrische Energie wird dann über das mit ihr verbundene elektrische Verteilungssystem 3 in das elektrische Energiesy­ stem des Fahrzeuges eingespeist.
Es wird erwähnt, daß eine (in Fig. 4 nicht näher gezeigte) zentralisierte elektronische Steuer- und Überwachungseinheit zusätzlich im Cockpit 99 des Fahrzeuges installiert ist, die mit einer (nicht gezeigten) Automatik-Schaltung der Steuereinheit 26 elektrisch leitend (informationstechnisch) verbunden ist. Dabei wird ergänzt, daß (vorgreifend auf nachfolgende Ausführungen) eine Be­ triebsmodus-Logik der Steuereinheit 26 neben der genannten Automatik-Schaltung, die das bidirektionale Leistungswandler-System bei auftretendem Druckverlust im hydraulischen System (zentralen Hydrauliknetz bzw. hydraulischen Bordsystem) oder bei auftretendem Spannungsabfall im elektrischen System (zentralen elektrischen Sammelschienensystem bzw. elektrischen Bordsy­ stem) auf der Drehstrom-Sammelschiene entsprechend aktiviert, auch auf abgesetzte Befehle (elektronisch gesetzte Informationen) eines Piloten (allgemein betrachtet: eines Bedieners) für Testbeschaltungen und/oder zur Absehaltung der Automatik-Schaltung anspricht, sobald die signalgewandelte(n) Befehlseingabe(n) die Betriebsmodus-Logik der Steuereinheit 26 erreicht.
Außerdem sind in der Fig. 4 die getrennt (für sich) einspeisenden und unterschiedliche Energie­ arten (hydraulische und elektrische Energie) bereitstellenden Primärquellen mit dargestellt, die separat dem zentralen Hydrauliknetz und dem zentralen elektrischen Sammelschienennetz (eines Fahrzeuges) verbunden sind. Eine hydraulische Quelle 9 und eine elektrische Quelle 2, die am (beispielhaften) Triebwerk 1 befestigt sind, werden durch letzteres angetrieben. Dabei fördert eine triebwerkgetriebene Hauptpumpe (Hydraulikpumpe) dem ihr leitungsmäßig angeschlossenen hydraulischen Leitungssystem 10 hydraulische Energie zu, wobei sie das hydraulische Medium aus dem Tank bzw. dem Rücklaufsystem aufnimmt (abpumpt). Ein Drehstrom-Generator produziert die benötigte elektrische Energie, die er dem ihm angeschlossenen (und durch einen elektrischen Schalter 4 abschaltbaren) elektrischen Verteilungsnetz 3 einspeist. Beide triebwerkgetriebenen Hauptquellen können sich auch (in praxi stellvertretend) auf mehrere derartig den einzelnen Triebwerken 1 eines Fahrzeuges integrierte Primärleistungsquellen verteilen.
In der Fig. 4a wird das bidirektional arbeitende Leistungswandler-System, das elektrische Energie in hydraulische Energie oder in umgekehrter Richtung des Leistungsflusses wandelt, detaillierter - für ein beispielhaftes Flugzeug - vorgestellt.
Gemäß diesem Aufbau des Leistungswandler-Systems nach der Fig. 4a kann jede der beiden mechanisch über die Welle 14 oder das Getriebe gekoppelten Maschinen 15, 20 - wie vorher angedeutet - sowohl als Motor wie auch als Wandler von mechanischer Wellenleistung (Rotations­ energie) in elektrische oder hydraulische Leistung bei entsprechender Beschaltung arbeiten. Dabei setzt die wellenangetriebene hydraulischen Maschine 15 im Pumpen-Modus mechanische Wellen­ leistung in entsprechende pumpengeförderte hydraulische Leistung um. Anderenfalls produziert die hydraulische Maschine 15, die aus dem hydraulischen Leitungssystem 10 Hydraulikleistung aufnimmt, im Generator-Modus - ausgangsseitig ihrem drehbeweglich gelagerten Maschinen­ element - mechanische Wellenleistung, die (mechanisch) über die Welle 14 oder das Getriebe auf das drehbeweglich gelagerte Maschinenelement der elektrischen Maschine 20 übertragen wird. Letztere Maschine 20 wandelt - wie vorerwähnt - die mechanisch aufgenommene Wellenleistung im Generator-Modus in elektrische Leistung. Anderenfalls wird letztendlich umgekehrt die von der elektrischen Maschine 20 aufgenommene elektrische Energie in mechanische Wellenenergie (Rotationsenergie) umgesetzt, die ihr drehbeweglich gelagertes Maschinenelement im Motor- Modus ausgangsseitig (mechanisch) über die Welle 14 auf das drehbeweglich gelagerte Maschi­ nenelement der hydraulischen Maschine 15 überträgt.
Das hydraulische Teilsystem 12 nach der Fig. 4a besteht im wesentlichen aus einer als hydrauli­ sche Maschine 15 eingesetzten verstellbaren hydraulischen Verdrängermaschine, vornehmlich einer Axial-Kolbenmaschine mit verstellbarer Schrägscheibe 15a, deren Hubvolumen über eine Verstelleinrichtung 16, beispielsweise einem Verstellkolben oder eine elektromechanische Ver­ stellung, beeinflußt wird, sowie aus ihr alternativ aufschaltbaren (elektrischen/elektronischen/ hydromechanischen) Reglern 17a, 17b, die auf den Verstellmechanismus der Verstelleinrichtung 16 einwirken, und einem mit der hydraulischen Verdrängermaschine 15 (rohrleitungs-)verbunde­ nen ersten Betriebsarten-Schaltelement 18.
Das erste Betriebsarten-Schaltelement 18 stellt die Funktion einer Ventilgruppe dar, die beispielge­ mäß aus der Parallelschaltung zweier (rohrleitungs-)verbundener Ventile 18a, 18b integriert ist.
Demnach besteht die Ventilgruppe aus einem als Rückschlagventil ausgeführten ersten Ventil 18a und einem als Sperrventil ausgeführten zweiten Ventil 18b, deren Eingänge (rohr-)leitungsmäßig mit einer ersten Verzweigstelle 18c (Rohrleitungsverzweigung) verbunden sind, welche den Eingang des hydraulischen Teilsystems 12 darstellt. Die Ausgänge der beiden Ventile 18a, 18b sind (rohr-)leitungsmäßig mit einer zweiten Verzweigstelle 18d (Rohrleitungsverzweigung) ver­ bunden, die (rohr-)leitungsmäßig der hydraulischen Verdrängermaschine 15 zugeschaltet ist.
Das erste Ventil 18a wird hier beispielsweise durch eine Feder in eine passive Grundstellung gebracht (in der es also nicht beispielsweise elektrisch aktiviert ist), die verhindert, daß hydrau­ lische Leistung aus dem hydraulischen Leitungssystem 10 entnommen werden kann, umgekehrt jedoch in dieser Ventilstellung der Pumpenbetrieb der hydraulischen Maschine 15 - also der hydraulische Leistungstransfer in das hydraulische Leitungssystem 10 - nicht behindert wird. Danach wird durch diese (nicht elektrisch aktivierte Grundstellung des ersten Ventiles 18a mittels der) Feder verhindert, daß hydraulische Leistung aus dem hydraulischen Leitungssystem 10 [genauer: aus der (Hydraulik-)Leitung 98] entnommen werden kann. Umgekehrt ist es in dieser Stellung möglich, daß die hydraulische Maschine 15 (im Pumpen-Modus) über das erste Ventil 18a (Rückschlagventil) als Pumpe hydraulische Leistung in das hydraulische Leitungssystem 10 [genauer: in die Hydraulik-(Leitung 98] einspeisen kann.
Das hier durch ein (beispielsweise elektrisches) Signal geschaltete zweite Ventil 18b aktiviert den Motorbetrieb der hydraulischen Maschine 15, so daß hydraulische Leistung aus dem hydraulischen Leitungssystem 10 aufgenommen und in mechanische Leistung für das elektrische Teilsystem 13 bzw. (genauer) für die (im Generator-Modus befindliche) elektrische Maschine 20 umgewandelt wird.
Die gleiche Funktion wie in der zuvor dargestellten und beschriebenen (aus den beiden Ventilen 18a, 18b integrierten) Ventilgruppe könnte auch durch ein einzelnes - alternativ eingesetztes Ventil (single valve) <einem sogenannten Rückschlag-Freischalt-Ventil< erzielt werden. Dabei wird die Funktion des ersten Ventils 18a in die Sperrstellung des zweiten Ventils 18b integriert.
Dieses hydraulische Teilsystem 12 arbeitet als (im Stand der Technik bekannte) druckgeregelte Pumpe, deren Funktionselemente-Anordnung (in der Fig. 4a) durch den ersten Umrandungs­ bereich 19a dargestellt wird, oder als (im Stand der Technik bekannter) drehzahlgeregelter bzw. (sogenannter) sekundärgeregelter hydraulischer Motor, deren Funktionselemente-Anordnung (in der Fig. 4a) durch den zweiten Umrandungsbereich 19b dargestellt wird.
Bei beiden Funktionselemente-Anordnungen sind die beiden Regler 17a, 17b separat und informa­ tionstechnisch mit der Verstelleinrichtung 16 (beispielsweise mit einem Verstellkolben) verbunden. Weiterhin ist der erste Regler 17a mit (wenigstens einem) Sensor, der einem [der zweiten Ver­ zweigstelle 18d und der Verdrängermaschine 15 angeschlossenen] (Rohr-)Leitungszweig integriert ist, verbunden. Ebenso ist der zweite Regler 17b mit (wenigstens einem) Sensor, der (beispielge­ mäß) die Drehbewegung (genauer: Drehzahl) der Welle 14 sensitiv erfaßt, verbunden. Diese beiden Regler 17a, 17b können elektrisch, elektromechanisch oder hydromechanisch (also unter Druck stehendes Hydraulikmedium zur Signalübertragung nutzend) ausgeführt sein; - also unter Druck stehendes Hydraulikmedium zur Signalübertragung nutzen -.
Der erste wirksame Regler 17a arbeitet im Betriebsmodus: "druckgeregelte Pumpe" als Druckreg­ ler, der den Ausgangsdruck p0 der Pumpe sensitiv erfaßt. In diesem "Pumpen-Modus" fließt der Pumpenförderstrom über das erste Ventil 18a (Rückschlagventil) in das hydraulische Energiesy­ stem, wobei das zweite Ventil 18b - wie figurlich dargestellt - (innerhalb der Ventilgruppe) sperrt.
Der zweite wirksame Regler 17b arbeitet im Betriebsmodus: "sekundärgeregelter hydraulischer Motor" als Drehzahlregler, der die Motordrehzahl nH der Verdrängermaschine 15 (in diesem Betriebsmodus) einstellt bzw. regelt. Der Betriebsmodus wird durch Aktivieren des zweiten Ventils 18b auf Stellung "Durchgang" hergestellt, so daß der Zufluß aus der Hochdruckleitung 98 zum Hydromotor 15 erfolgt.
Der zweite Regler 17b, der auf den Verstellmechanismus wirkt, kann hierbei ein hydromechani­ scher Regler sein, der die Drehzahl nH sensiert. Er kann auch als elektrohydraulischer Regler mit einem elektrischen Sensor, der die Messung der Drehzahl nH realisiert, ausgeführt sein. Diese - mit der Ventilgruppe des ersten Betriebsarten-Schaltelementes 18 über das zweite Ventil 18b (Sperrventil) - korrelierten beiden Regler 17a, 17b sind mit der hydraulischen Verdrängerma­ schine 15 umschaltbar verbunden.
Der erste Regler 17a kann - für den Betriebsmodus: "druckgeregelte Pumpe" - ein hydromechani­ scher oder elektronischer Regler mit elektrohydraulischem Stellglied sein, jeweils auf die Verstell­ einrichtung 16 für die Schrägscheibe 15a wirkend.
In der Ausführung als elektronischer Regler beinhaltet der erste Regler 17a zwei Sonderbeschalt­ ungsmöglichkeiten:
  • a) Die erste Beschaltungsmöglichkeit dieses elektronischen Druckreglers ist eine "Startbe­ schaltung" der Pumpe, um aus dem Stillstand des bidirektionalen Leistungswandlersystems heraus dieses schnell (das heißt: belastfrei) hochfahren zu können. In einer Anlaufphase, welche die Betriebsmodus-Logik der Steuereinheit 26 vorgibt, wird die Schrägscheibe 15b solange auf Nullhubstellung und damit lastfrei belassen, bis näherungsweise eine Syn­ chrondrehzahl der elektrischen Maschine 20 des elektrischen Teilsystems 13 erreicht ist.
  • Erst danach wird der erste Regler 17a auf den gewünschten Druck p0 einregeln.
  • b) Die zweite Beschaltungsmöglichkeit dieses elektronischen Druckreglers betrifft die Soll­ druckvorgabe (das heißt: Regeldruckvorgabe). Der Solldruck kann entweder einen kon­ stanten Wert besitzen, der dem Nenndruck p0 der (in den Fig. 8a bis 8c gezeigten) triebwerkgetriebenen Hauptpumpen (Hydraulikpumpen 9a bis 9d) entspricht. Diese Soll­ druckvorgabe, die einer (sogenannten) "flat cut off"-Charakteristik einer Hydraulikpumpe 9a bis 9d entspricht, wird im ersten Regler 17a über die Betriebsmodus-Logik der Steuer­ einheit 26 dann vorgegeben, wenn das bidirektionale Leistungswandlersystem als unter­ stützende Spitzenbedarfs-Hydraulikpumpe bei parallel arbeitender Primärpumpe (primärer Hydraulikpumpe 9a, 9b, 9c, 9d) arbeiten soll.
Der Solldruck p0 kann - alternativ dazu - auch in Abhängigkeit des Pumpen-Fördervolu­ menstroms verändert werden, entsprechend der (sogenannten) "soft cut-off"-Charakteristik druckgeregelter Pumpen. Diese Solldruckvorgabe wird im ersten Regler 17a über die Betriebsmodus-Logik der Steuereinheit 26 vorzugsweise dann vorgegeben, wenn das bidirektionale Leistungswandlersystem als alleinige oder Ersatz-Hydraulikpumpe für ausgefallene Primärpumpe(n) 9a, 9b, 9c, 9d] in das Hydrauliksystem Hydraulikleistung einspeist und die dafür notwendige maximale Motorleistung stärker begrenzt werden soll.
Das elektrische Teilsystem 13 nach der Fig. 4a besteht im wesentlichen aus der elektrischen Maschine 20, aus dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement 21 und der elektronischen Einheit 22. Die elektrische Maschine 20 kann beispielsweise als eine Drehstrom-Synchronmaschine ausgeführt werden, die im System als elektrischer Motor oder Generator arbeitet. Weiterhin wird das zweite Betriebsarten-Schaltelement 21 mit einer Polumschalteinrichtung ausgeführt. Dabei sind die Anschlüsse der elektronisch/elektrisch regelbaren Geräteteile der Synchronmaschine und der Polumschalteinrichtung (allgemein) an einen Spannungs-Regler angeschlossen. Die elektronische Einheit 22 wird durch einen bekannten Leistungselektronikteil, der aus den in der nachgenannten Reihenfolge genannten und elektrisch in Reihe geschaltenen Elementen: Gleichrichter, Wechsel­ richter und Filterausgangsstufe besteht, verkörpert. Die (Drehstrom-)Anschlüsse der Synchronma­ schine sind mit den (Drehstrom-)Anschlüssen (den Fußkontakten des Umschaltgliedes) der Pol­ umschalteinrichtung 21 verbunden. Die eingangsseitigen Hauptanschlüsse des Gleichrichters (des Leistungselektronikteiles) sind einem der (Drehstrom-)Kontakte des mehrpoligen Umschaltgliedes der Polumschalteinrichtung 21 angeschlossen.
Den anderen (Drehstrom-)Kontakten der mit mindestens zwei Stellungen versehenen Polumschalt­ einrichtung 21 sind die Leiteranschlüsse einer (Dreh-)Stromverbindung angeschlossen, die - sich durch einen ersten (Drehstrom-)Schalter 23a abschalten läßt und - mit einer ersten elektrischen (Drehstrom-)Sammelschiene 3a elektrisch verbunden ist. Derart sind auch die ausgangsseitigen Hauptanschlüsse der Filterausgangsstufe (des Leistungselektronikteiles) mit einer (Drehstrom-)Ver­ bindung verbunden, die sich durch einen zweiten (Drehstrom-)Schalter 23b abschalten läßt und mit einer zweiten elektrischen (Drehstrom-)Sammelschiene 3b elektrisch verbunden ist. Die beiden (Drehstrom-)Schalter 23a, 23b können einander auch identisch sein, wenn der Anschluß nur an eine Sammelschiene 3a identisch mit 3b erfolgt.
Falls die elektrische Maschine 20 als Motor am elektrischen Netz betrieben werden soll, kann es vorteilhaft sein, daß die elektronische Einheit 22 (Leistungs- und Regelelektronik), die in diesem Anwendungsfall aus der Gleichrichter- und Wechselrichterstufe bestehen soll, dermaßen zu nutzen, um eine kontrollierte (geregelte) Anlaufphase der elektrischen Maschine 20 sicherzustellen. In diesem Fall müßte die Funktionsreihenfolge von Gleich- und Wechselrichter umgeschaltet werden. Die Gleichrichterstufe würde demzufolge vom elektrischen Energiesystem gespeist werden, während der Wechselrichter an die elektrische Maschine 20 angeschlossen ist.
Weiterhin wird (an dieser Stelle) erwähnt, daß die elektrische Maschine 20 und/oder das elek­ trische Bordnetz 3 nicht notwendigerweise für (dreiphasigen) Drehstrom ausgeführt sein muß. Auch eine beliebige - beispielsweise einphasige - als Motor und Generator einsetzbare elektrische Maschine 20 ist denkbar.
Falls die elektrische Maschine 20 und das Bordnetz 3 nicht aufeinander abgestimmt sind, muß die elektronische Einheit 22 im Pumpenmodus in umgekehrter Richtung (wie oben für einen kon­ trollierten Anlauf beschrieben) als Regel- und Kommutierungselektronik für die als Motor arbei­ tende elektrische Maschine 20 geschaltet sein.
Ein Betrieb am (ein- oder mehrphasigen) Wechselspannungsnetz ist auch (bei nicht großer Lei­ stung der elektrischen Maschine 20) direkt möglich, also ohne den Einsatz einer (sonst ggf. bidirektional arbeitenden) elektronischen Einheit 22.
Bei Betrieb am Gleichspannungsnetz wird der Wechselrichter im Generatormodus (mittels Um­ schalter) umgangen. Der Wechselrichter ist allenfalls zur elektronischen Kommutierung im Motorbetrieb der elektrischen Maschine 20 erforderlich, und kann bei mechanischer Kommutie­ rung gänzlich entfallen.
Durch die Polumschalteinrichtung 21, die
  • - der elektrischen Maschine 20 [(Drehstrom-)Synchronmaschine] (Drehstrom-)Leistung (aus dem elektrischen Energiesystem) zuleitet oder
  • - die (Drehstrom-)Leistung, die die elektrische Maschine 20 abführt, (über die elektronische Einheit 22) der (zweiten) elektrischen (Drehstrom-)Sammelschiene 3b (und damit dem elektrischen Energiesystem) zuführt,
    arbeitet die elektrische Maschine 20 im elektrischen Teilsystem 13:
  • a) entweder als Motor (die Polumschalteinrichtung 21 besitzt die in der Fig. 4a gezeichnete, obere Schaltstellung), wenn über den ersten Schalter 23a von der ersten Sammelschiene 3a elektrische Leistung entnommen wird, oder
  • b) als (Drehstrom-)Generator konstanter effektiver Spannung U und konstanter Frequenz f, wenn die Welle 14 oder das Getriebe die elektrische Maschine 20 (das elektrische Teilsy­ stem 13) antreibt und über den (zweiten) Schalter 23b elektrische Leistung auf die (zweite) Sammelschiene 3b speist.
Diese nach b) vorgenannte Betriebsart und der eingenommene Schaltzustand der Polumschalt­ einrichtung 21 [die (Drehstrom-)Kontakte des mehrpoligen Umschaltgliedes, die mit den eingangs­ seitigen Hauptanschlüssen des Gleichrichters verbunden sind, und die mittels je einem Schaltglied, das separat dem betreffenden Fußkontakt leitfähig und drehbeweglich befestigt ist, geschlossen sind] entspricht dem bekannten Funktionsprinzip eines elektrischen Systems zur Erzeugung kon­ stanter Spannung und Frequenz bei variabler bzw. schwankender Antriebsdrehzahl nE (engl. VSCF: variable speed constant frequency).
Zur Vervollständigung ist in Fig. 4a noch der vorerwähnte Spannungsregler (U-Regler) einge­ zeichnet, der zum bekannten Generatorprinzip gehört.
Diese beiden hydraulischen und elektrischen Teilsysteme 12, 13 sind über das Getriebe, vorzugs­ weise über die genannte Welle 14, mechanisch verbunden, um - "unter Leistungsgewichts-Ge­ sichtspunkten" - die Motordrehzahl nH (der hydraulischen Maschine 15) im Verhältnis zur An­ triebsdrehzahl nE (der elektrischen Maschine 20) im Bereich bestmöglicher Teilwirkungsgrade der beiden Maschinen bei Nennleistung aufeinander abzustimmen.
Die Betriebsart-Steuerung dieses bidirektionalen Leistungswandlersystems erfolgt durch die (- nach der Fig. 4 - vorbeschriebene und) der Steuereinheit 26 integrierte Betriebsmodus-Logik (elek­ trische bzw. elektronische Logik). Sie erfaßt und verarbeitet die ihr zugeleiteten Sensorsignale 24a, 24b, 24c, die den sensitiv erfaßten Meßgrößen, die innerhalb des hydraulischen und elek­ trischen Energiesystems des Flugzeuges ermittelt werden, entsprechen. Danach werden wenigstens der Druck des hydraulischen Mediums auf den Druckleitungen 98 des hydraulische Leitungs­ systems 10 und die elektrische Spannung auf den elektrischen Sammelschienen 3a, 3b des elek­ trischen Verteilungssystems 3 mit Hilfe (nicht gezeigter) Sensoren erfaßt; und in ein druck­ abhängiges Sensorsignal 24a und in mindestens ein spannungsabhängiges Sensorsignal 24b, 24c umgesetzt. Die Betriebsmodus-Logik wandelt die Sensorsignale 24a, 24b, 24c in logische Schaltsi­ gnale 25 zur Ansteuerung der Betriebsarten-Schaltelemente 18, 21 (diversen Umschalteinrichtun­ gen) in den beiden Teilsystemen 12, 13, um entweder den Pumpen- oder den Generator-Betriebs­ modus herzustellen.
Diese Betriebsarten-Logik kann vorteilhafterweise eine (nicht gezeigte) Automatik-Schaltung besitzen, die das bidirektionale Leistungswandlersystem bei Druckverlust im hydraulischen Energiesystem (des Flugzeuges) oder bei Spannungsabfall auf den betreffenden Sammelschienen 3a, 3b des elektrischen Verteilungssystems 3 entsprechend aktiviert. Außerdem besteht die Möglichkeit, daß (allgemein: ein Bediener bzw.) der im Cockpit 99 befindliche Pilot der Betriebs­ modus-Logik diverse Informationen für Testbeschaltungen und/oder zur Abschaltung von deren Automatik-Schaltung adressiert, die die Betriebsmodus-Logik als Eingangssignal(e) 27 registriert und dementsprechend verarbeitet. Weiterhin werden in dieser Betriebsmodus-Logik vorteilhafter­ weise auch (in der Fig. 4a nicht mit dargestellte) Meßsignale aus dem bidirektionalen Leistungs­ wandlersystem verarbeitet, die der Überwachung des hydraulischen und/oder des elektrischen Teilsystems auf korrekte Funktion dienen. Danach wird bei Abweichungen oder unzulässigen System-Werten dieser Meßparameter die Automatik-Schaltung außer Kraft gesetzt und das gesamte System abgeschaltet.
Mit diesem bidirektionalen Leistungswandlersystem ist es (nach der Fig. 4a) demnach beispiels­ weise möglich:
  • - im Generatorbetrieb: hydraulische Energie in elektrische Energie zu wandeln und auf die (zweite) Sammelschiene 3b zu speisen, deren primäre elektrische Quelle(n) [(sogenannte) Primärleistungsquelle(n)] bzw. Primärgenerator(en) 2] entweder ausgefallen ist (sind) oder die Versorgung aller elektrischer Verbraucher durch die zugeordnete(n) Sammelschiene(n) 3b nicht (mehr) hinreichend zufriedenstellend realisiert. Das Fahrzeug besitzt hierzu mindestens ein (hier nicht gezeigtes) Triebwerk 1 im funktionstüchtigen Zustand.
  • - im Pumpenbetrieb: elektrische Energie von einer intakten elektrischen Sammelschiene 3a zu beziehen und (nach deren Wandlung über die wellenmechanische Verknüpfung der elektrischen Maschine 20 mit der hydraulischen Maschine 15) als hydraulische Energie in das hydraulisches Leitungssystem 10 einzuspeisen.
Das bidirektionale Leistungswandlersystem ist stets mit einem bestimmten hydraulischen Bordsy­ stem verbunden; auf der elektrischen Seite können es je nach Bedarf und Anwendungsfall eine oder mehrere verschiedene Sammelschienen (3a, 3b) sein, die mit elektrischen Schaltern 23a, 23b (je nach Bedarf) abschaltbar sind.
In der Fig. 5 wird eine weitere Ausführungsform des bidirektionalen Leistungswandlersystems vorgestellt. Hier beinhaltet das elektrische Teilsystem 13 (im Gegensatz zu den Fig. 4 und 4a) keine elektronische Einheit 22 (keinen Leistungselektronikteil), der zur Erzeugung einer stabilen Frequenz auch bei schwankender Wellendrehzahl der Welle 14 dient. Diese vereinfachte Lösung des Leistungswandlersystems ist dann vorteilhaft, wenn sichergestellt werden kann, daß die Drehzahlregelung der hydraulischen Maschine 15 (des Hydromotors) auch bei stark wechselnder Belastung hinreichend genau ist, um den Anforderungen an die Frequenzgenauigkeit der erzeugten Ausgangsspannung zu genügen.
Alle anderen vorgenannten und insbesondere anhand der Fig. 4a beschriebenen Merkmale des bidirektionalen Leistungswandlersystems treffen für diese Ausführung nach Fig. 5 gleichermaßen zu.
Die Fig. 6 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung ein definiertes (hier beschriebenes) bidirektionales Leistungswandler-System 40, wie auch vorausgehend beschrieben und in Fig. 4a bzw. 5 ausführlich dargestellt wurde. Es wird in dieser Architektur zur Erläuterung weiterer Ausführungsformen bezüglich der Bordenergie-Systemgestaltung benutzt.
Die elektronische Einheit 22 (Leistungs- und Regelelektronik) ist optional, wenn die Reglung der hydraulischen Maschine 15 (als Hydromotor betrieben) im Generator-Modus die Anforderung für eine hinreichend genaue und stabile Ausgangsfrequenz der (als Generator betriebenen) elektrischen Maschine 20 sicherstellt.
Durch das definierte (identische) bidirektionale Leistungswandler-System 40 wird dessen wahlwei­ se Verwendung nach den Fig. 7a und 7b:
  • - als Ersatz der monofunktionalen, elektrisch angetriebenen [und den (nach den Fig. 1 bis 3) bekannten unabhängigen hydraulischen Systemen 11a, 11b, 11c integrierten] Hy­ draulikpumpen, die durch das definierte Leistungswandlersystem 40 für den Stand- bzw. Bodenbetrieb bei abgestelltem(n) Triebwerk(en) 1a oder 1b und/oder als Hilfs- bzw. Alternativpumpe zur Unterstützung bzw. Sicherung des Bedarfs an hydraulischer Leistung im Fahrt- bzw. Flugbetrieb bei ggf. ausgefallenem(n) Triebwerk(en) 1a oder 1b bzw. (genauer) ausgefallener triebwerksgetriebener primärer Hydraulikpumpe 9b am Triebwerk 1b, wie in Fig. 7a dargestellt, und
  • - als Ersatz der monofunktionalen, hydraulisch angetriebenen [und den (nach den Fig. 1 bis 3) bekannten (mit CSMG bezeichneten bzw. den als Notstrom-Generator arbeitenden) Geräten 6 integrierten] Generatoren durch das Leistungswandlersystem 40 zur Versorgung einer elektrischen Sammelschiene (AC BUS) und Abdeckung der Zustände erhöhten Leistungsbedarfs auf dieser Sammelschiene ; oder zur Versorgung der bekannterweise (dem elektrischen Verteilungsnetz 3 integrierten und mit AC ESS bezeichneten) Sammel­ schiene, die besonders kritische Verbraucher mit elektrischer Energie beliefert, weil ein Risiko des Ausfalles der triebwerksgetriebenen Generatoren 2a, 2b, 2c, 2d oder einzelner (mehrerer) Sammelschienen 3a, 3b, 3c, 3d oder eines (mehrerer) Triebwerk(e)s 1a, 1b, 1c, 1d insbesondere bei einem Flugzeug immer besteht, wie in Fig. 7b dargestellt,
    deutlicher.
Nach der Fig. 7a bestehen demnach [mit dem schaltungsmäßig berücksichtigten definierten bidirektionalen Leistungswandlersystem 40] folgende elektrische Verbindungen:
Der erste triebwerksgetriebene (Drehstrom-)Generator 2a (als eine der elektrischen Primärlei­ stungsquellen) ist mit der ersten (durch den ersten Schalter 4a abschaltbaren) (Drehstrom-)Sam­ melschiene 3a (AC BUS) elektrisch verbunden, der eine (Drehstrom-)Leitung, welche mit einem weiteren (dem definitiven bidirektionalen Leistungswandlersystem 40 integrierten) Betriebsart- Schaltelement 21 (nach der Fig. 5) verbunden ist, angeschlossen ist, demzufolge das definierte bidirektionale Leistungswandlersystem 40 über diese [durch den ersten (Drehstrom-) Schalter 23 abschaltbare] Leitungsverbindung mit elektrischer Energie vorsorgt werden kann. Der hydrauli­ schen Maschine 15 des Leistungswandlersystems 40 ist eine Druckleitung 98 angeschlossen, über die, bei Ausfall der triebwerksgetriebenen Hydraulikpumpe 9b (oder des Triebwerkes 1b) hydrau­ lische Energie in das hydraulische System 10 transferiert wird.
Die Schaltung nach der Fig. 7b berücksichtigt außerdem die mit AC ESS bezeichnete (Dreh­ strom-)Sammelschiene 3e, wobei eine der (Drehstrom-)Sammelschiene 3a (AC BUS) angeschlos­ sene (zusätzliche und durch einen zusätzlichen Schalter 23c freischaltbare) (Drehstrom-)Leitung mit der AC ESS - bezeichneten (Drehstrom-)Sammelschiene 3e verbunden ist. Dabei wird durch die triebwerksgetriebene primäre Hydraulikpumpe 9b über die Druckleitung(en) 98 hydraulische Energie entnommen, die die hydraulische Maschine 15 antreibt. Nach dem (bezüglich der Fig. 4 und 4a) vorbeschriebenen Vorgang bidirektionaler Wandlung der hydraulischen Energie in elektrische Energie wird die ausgangs dem Betriebsart-Schaltelement 21 (nach Fig. 5) anliegende elektrische Energie der (Drehstrom-)Sammelschiene 3a (AC BUS) eingespeist, welche der (Dreh­ strom-)Sammelschiene 3e (AC ESS) zugeleitet wird. Dabei ist der Leitungsweg infolge eines angenommenen Ausfalls des ersten triebwerksgetriebenen Drehstrom-Generators 2a (energie­ bezogenen) gestört.
Der Einsatz des nach Fig. 6 beschriebenen definierten bidirektionalen Leistungswandlersystems 40 anstelle
  • - einer monofunktionalen, elektrisch angetriebenen Hydraulikpumpe [des (nach den Fig. 1 bis 3) bekannten unabhängigen hydraulischen Systems 11a]
  • - als auch eines monofunktionalen, hydraulisch angetriebenen [und (nach den Fig. 1 bis 3) bekannten (mit CSMG bezeichneten bzw. als Notstrom-Generators arbeitenden)] Gerätes 6
in hydraulischen Systemen, die bekanntermaßen primär von einer triebwerksgetriebenen Hydrau­ likpumpe
9
a bis
9
d gespeist werden und mit denen eine Alternativ- bzw. Notenergiequelle, beispielsweise: eine Stauluftturbine (RAT), mittels einer ihr gekoppelten hydraulischen Pumpe
7
hydraulische Energie transferieren kann, die über [den (sogenannten Not-)Generator] des als CSMG-bezeichneten Gerätes
6
auch elektrische Energie umsetzt [vergleiche dazu: zweites hydrau­ lisches Leitungssystem
10
b (nach
Fig.
1)], zeigt - im Vergleich der (nach der
Fig.
7c) vorgestell­ ten Lösung - deren besonderen Vorteil, den der Ersatz der (monofunktionalen, elektrisch ange­ triebenen Hydraulikpumpe bzw. des monofunktional, hydraulisch angetriebenen CSMG-Gerätes
6
) genannter Mittel durch das definierte Leistungswandlersystem
40
erbringen wird. Dieser Vorteil besteht darin, daß - je nach Betriebsmodus-Beschaltung [durch die Schaltstellung des (zweiten) Betriebsarten-Schaltelementes
21
] - das Leistungswandlersystem
40
wahlweise als Primärpumpe oder als Notgenerator arbeitet.
Die Schaltung nach der Fig. 7c berücksichtigt, daß die hydraulische Maschine 15 des definierten Leistungswandlersystems 40 mit einer Druckleitung 98 verbunden ist, die an die hydraulische Pumpe 7, die mit der Stauluftturbine (RAT) mechanisch gekoppelt ist, angeschlossen ist. Das zweite Betriebsarten-Schaltelement 21 des Leistungswandlersystem 40 ist separat mit der ersten (Drehstrom-)Sammelschiene 3a und mit der (kritische elektrische Verbraucher versorgende) (Dreh­ strom-)Sammelschiene 3e (AC ESS) verbunden. Ein (einpolig dargestellter) elektrischer Mehr­ wegeschalter 8 besitzt vier elektrische Anschlüsse, wobei zwei Anschlüssen eine Leitungsbrücke angeschlossen ist. Der Leitungsbrücke ist eine elektrische Leitungsverbindung angeschlossen, die mit der (Drehstrom-)Sammelschiene 3e (AC ESS) verbunden ist. Den verbleibenden Anschlüssen sind separat Leitungsverbindungen angeschlossen, die mit der ersten und der zweiten Drehstrom- Sammelschiene 3a und 3b verbunden sind.
Die erste elektrische (Drehstrom-)Sammelschiene 3a ist mittels einer (abschaltbaren) Leitungsver­ bindung mit dem triebwerkgetriebenen Generator 2a verbunden. Danach bestehen die folgenden Möglichkeiten, nach denen (bei entsprechender Betriebsmodus-Beschaltung) die stauluftturbinen­ getriebene hydraulische Pumpe 7 der hydraulischen Maschine 15 hydraulische Energie transferiert, die - wie vorbeschrieben - das bidirektionale Leistungswandlersystem 40 in elektrische Energie umsetzt, mit der die Sammelschiene 3e und auch - bei entsprechender Schaltstellung des Mehr­ wegeschalters 8 - die Sammelschiene 3a oder 3b - bei möglichem Ausfall des Generators 2a versorgt werden. Fehlt es dem zentralen Hydrauliknetz an hydraulischer Energie, dann wird (bei entsprechender Betriebsmodus-Beschaltung) die vom triebwerksgetriebenen Generator 2a bezogene elektrische Energie über die entsprechende Sammelschienen-Verbindung 3a oder 3e - wie vor­ beschrieben - dem definierten bidirektionalen Leistungswandlersystem 40 eingespeist. Die elek­ trische Maschine 20 wandelt die elektrische Energie in mechanische Drehbewegung, die über die Welle 14 oder das Getriebe auf die gekoppelte hydraulische Maschine 15 übertragen wird. Infolge dessen transferiert die hydraulische Maschine 15 hydraulische Energie in das zentrale Hydrauli­ knetz 10.
Es ist einleuchtend, daß in mehrfach redundanten hydraulischen und elektrischen Gesamt-Bord- Energiesystemen von Fahrzeugen (aller Art), insbesondere Flugzeugen, anwendungsfallbezogen auch Kombinationen dieser vorgenannten Grundprinzipien zur Verwendung des beschriebenen bidirektionalen Leistungswandlersystems angewandt werden können, um die bekannten Nachteile der Systemkonzepte nach den Fig. 1 bis 3 abzustellen.
Die System-Schemata nach den Fig. 8a, 8b, 8c zeigen beispielhafte Alternativen zu den bekannten typischen Systemlösungen nach Fig. 1 bis 3 auf, wie sie durch die Verwendung bidirektionaler Leistungswandlersysteme veränderbar sind.
Nach der Fig. 8a sind - gegenüber der Lösung nach der Fig. 3 - alle elektrisch getriebenen Hydraulikpumpen der (nach den Fig. 1 bis 3) bekannten unabhängigen hydraulischen Systeme 11a, 11b sowie die hydraulische Leistungstransfereinheit 121 (PTU) durch die Leistungswand­ lersysteme 40a, 40b, 40c ersetzt. Diese besitzen alle gleichzeitig die Funktion eines elektrischen Alternativ- bzw. Not-(Drehstrom-)Generators.
Der Zusatzvorteil besteht in der Einsparung einer konventionellen Maschine, in diesem Fall des CSMG-bezeichneten Gerätes 6 (mit integriertem Notstrom-Generator) - im Vergleich der Lösung nach Fig. 3 -, bei deutlich verbesserter Verfügbarkeit (das heißt reduzierter Ausfallwahrschein­ lichkeit) elektrischer Leistung.
Gleichzeitig ist es möglich, im Fahrt- oder Flugbetrieb und bei erhöhtem bzw. Spitzenbedarf an Leistung entweder
  • - auf den elektrischen Sammelschienen 3a, 3b: die bidirektionalen Leistungswandlersysteme 40b, 40c als Hilfsgeneratoren zu betreiben, wobei die Leistung den entsprechenden hy­ draulischen Systemen 10b, 10c entnommen wird
    oder
  • - in den hydraulischen Systemen 10b, 10c die bidirektionalen Leistungswandlersysteme 40b, 40c als Hilfspumpen zu betreiben, wobei die Leistung den entsprechenden elek­ trischen Sammelschienen 3a, 3b entnommen wird.
Diese Lösungs-Varianten sind dann vorteilhaft anwendbar, wenn der Spitzenbedarf an elektrischer und hydraulischer Leistung durch die entsprechenden Verbrauchersysteme im Normalbetrieb nicht gleichzeitig auftritt. So ist es möglich, hydraulische bzw. elektrische Leistung bereitzustellen, die von den Primärenergiequellen (Hydraulikpumpen 9a, 9b bzw. Generatoren 2a, 2b) nicht aufge­ bracht werden kann. Andererseits ist es möglich, diese über die bidirektionalen Leistungswand­ lersysteme 40b, 40c erzeugbare elektrische bzw. hydraulische Leistung bei der Systemauslegung für die elektrischen bzw. hydraulischen Energiesysteme bereits zu berücksichtigen. Der Vorteil ist dann die entsprechend mögliche Reduktion der zu installierenden Nennleistungen der Primärgeneratoren 2a, 2b und Primärpumpen 9a, 9b bei gleichem Spitzenleistungsbedarf, das heißt: gleichem Gewicht-und Kosten.
Nach der Fig. 8b sind alle elektrisch getriebenen Pumpen 11a bis 11c (nach Fig. 2) durch bidirektionale Leistungswandlersysteme 40a bis 40c ersetzt. Gleichzeitig ist hier pro Triebwerk 1a, 1b nur eine Primärpumpe 9a, 9b etwa doppelter Nennleistung, das heißt: doppeltem Fördervolu­ menstroms, gegenüber der bekannten Systemlösung nach Fig. 2 installiert. Die Triebwerkbela­ stung durch entnommene Wellenleistung zum Antrieb der Pumpen und Generatoren ändert sich hierbei nicht.
Alle Leistungswandlersysteme 40a bis 40c können entweder als elektrisch getriebene Pumpen oder als Alternativ- bzw. Notstromgenerator betrieben werden.
Die Vorteile einer solchen Systemlösung mit bidirektionalen Leistungswandlersystemen 40a bis 40c nach Fig. 8b gegenüber der bekannten Vergleichslösung nach Fig. 2 sind folgende:
  • - es stehen zwei hydraulische Systeme 10a, 10b mit vergleichsweise doppelter hydraulischer Leistung zur Verfügung; in dem bekannten System nach Fig. 2 steht nur das mittlere hydraulische System 10b mit dieser Leistung zur Verfügung;
  • - es wird (bei einem typischen Flugzeug) die Verrohrung und damit das Gewicht der Instal­ lation eines hydraulischen Systems 10b nach Fig. 2 vom zentralen Fahrwerkschacht zu den beiden triebwerkgetriebenen Pumpen 9b, 9c eingespart;
  • - das CSMG-Gerät 6 (der Notstromgenerator) nach Fig. 2 kann eingespart werden;
  • - die Verfügbarkeit elektrischer bzw. hydraulischer Leistung ist durch die bidirektionalen Leistungswandlersysteme 40a bis 40c deutlich verbessert, das heißt: deren Ausfallwahr­ scheinlichkeiten reduziert;
  • - gleichzeitig (und auch wie im Zusammenhang mit der Systemlösung nach Fig. 8a bereits erläutert) ist es möglich, erhöhten bzw. Spitzenleistungsbedarf in bestimmten Flugphasen auf den elektrischen Sammelschienen oder in den hydraulischen Systemen durch entspre­ chende Aufschaltung der Leistungswandlersysteme 40a bis 40c abzudecken oder diese Möglichkeit bereits in der Systemauslegung zu nutzen, um durch geringere installierte Nennleistungen von Pumpen bzw. Generatoren entsprechendes Gewicht und Kosten ein­ zusparen.
Nach der Fig. 8c sind alle elektrisch getriebenen Pumpen 11a bis 11c (nach der Fig. 1) durch bidirektionale Leistungswandlersysteme 40a bis 40c ersetzt. Gleichzeitig sind hier auf nur zwei Triebwerken 1a, 1d je ein Generator 2a, 2d etwa doppelter Nennleistung (gegenüber der typischen bekannten Lösung nach Fig. 1) installiert. Auf den beiden anderen Triebwerken 1b, 1c sind je zwei Pumpen 9a, 9b bzw. 9c, 9d montiert. Die Triebwerkbelastung durch entnommene Wellen­ leistung zum Antrieb der Pumpen und Generatoren ändert sich hierbei nicht gegenüber der bekannten Systemlösung nach der Fig. 1.
Alle Leistungswandlersysteme 40a bis 40c können entweder als elektrisch getriebene Pumpen oder als Alternativ- bzw. Notstromgenerator betrieben werden.
Die Vorteile einer solchen Systemlösung mit bidirektionalen Leistungswandler-Systemen 40a bis 40c (nach Fig. 8c) gegenüber der bekannten Vergleichslösung nach Fig. 1 sind:
  • - es werden bei gleichen verfügbaren elektrischen bzw. hydraulischen Nennleistungen auf den elektrischen Sammelschienen 3a, 3d bzw. in den Hydrauliksystemen 10a bis 10c die Verrohrungen für zwei Pumpen zwischen dem inneren und äußeren Triebwerk sowie (bei einem typischen Flugzeug) die Kabelverlegung für zwei Generatoren aus dem Rumpf zu den innenliegenden Triebwerken 1b, 1c eingespart, somit Gewicht und Kosten eingespart;
  • - das CSMG-Gerät 6 (der Notstromgenerator) nach Fig. 1 kann eingespart werden;
  • - die Verfügbarkeit elektrischer bzw. hydraulischer Leistung ist durch die bidirektionalen Leistungswandlersysteme 40a bis 40c deutlich verbessert, das heißt: die Ausfallwahr­ scheinlichkeiten der beiden Leistungsarten reduziert;
  • - gleichzeitig (und wie im Zusammenhang mit den Systemlösungen nach den Fig. 8a und 8b bereits erläutert) ist es möglich, erhöhten bzw. Spitzenleistungsbedarf in bestimmten Betriebsphasen auf Sammelschienen oder in den hydraulischen Systemen durch entspre­ chende Aufschaltung der Leistungswandlersysteme 40a bis 40c abzudecken oder diese Möglichkeit bereits in der Systemauslegung zu nutzen, um durch geringere installierte Nennleistungen von Haupt-Pumpen bzw. -Generatoren entsprechend Gewicht und Kosten einzusparen.
Zusammenfassend wird ergänzt, daß mit dem bidirektionalen Leistungswandler-System ein Energiekonvertierungssystem zwischen hydraulischer und elektrischer Notversorgung vorgestellt wird, das sich allgemein im Fahrzeugbau einsetzen läßt - und sich nicht nur für seinen Einsatz in Flugzeugen zur Erreichung der beschriebenen Vorteile eignet. Das vorgestellte bidirektional arbeitende Leistungswandler-System kann demnach die Funktionen heutiger zumeist (im Flugzeug­ bau eingesetzter) elektrisch getriebener Hydraulikpumpen sowie hydraulisch-elektrischer Alterna­ tiv- oder Notstrom-Generatoren übernehmen.
Allgemein besteht das System aus einem Hydraulikmotor, der auch als Pumpe betrieben werden kann, und einem mittels Getriebe oder Welle verbundenen elektrischen Generator/Motor. Ein Converter erzeugt im Notstrombetrieb aus der Generator-Drehspannung variabler Frequenz eine Bordspannung konstanter Frequenz. Bei Bedarf an hydraulischer Leistung kann dieser Computer als bordnetzgespeister Umrichter den drehzahlgeregelten Elektromotor versorgen, um die Hydrau­ likpumpe anzutreiben. Dabei basiert die (gegebenenfalls bidirektional ausgeführte) Steuer- und Umrichterelektronik auf hoch integrierten Leistungshalbleitern. Neben der Umrichterfunktion, die als VSCF-Technologie (VSCF: Variable Speed - Constant Frequency) bei den Generatoren zur Einsparung der hydromechanischen Drehzahlregelung führt, kann die Leistungselektronik auch zur Motorregelung genutzt werden, um bei einem Mehr- oder Notbedarf an hydraulischer Energie einen geregelten Hochlauf der elektrischen Maschine sicherzustellen.
Der Einsatz eines bidirektionalen Leistungswandlersystems ermöglicht elektrische und hydrauli­ sche Bordenergie-Architekturen, die im Vergleich der bekannten Systemlösungen unter Einsparun­ gen von Komponenten eine vergleichbare oder höhere Zuverlässigkeit realisieren. Ferner wird man - gegenüber den bekannten Systemlösungen - entsprechend an Gewicht, Komplexität, War­ tungsaufwand einsparen und damit auch die Herstellungs- und Betriebskosten senken. Gleichfalls lassen sich derartige bidirektionale Leistungswandlersysteme auch zur Entzerrung von Leistungs­ bedarfsspitzen einsetzen, demgegenüber bekannte Leistungsmanagement-Konzepte sich entweder nur auf die Energieart beziehen oder für jede Wandlungsrichtung zwischen unterschiedlichen Energiearten eigene Komponenten vorsehen.
Mit dem beschriebenen bidirektionalen Leistungswandlersystem werden elektrische in (mecha­ nische und mechanische in) hydraulische Energiearten (und umgekehrt) an dessen Ein- und Ausgängen und entsprechend dem Energie- bzw. Leistungsbedarf transferiert. Mit Hilfe dieser Lösung inclusive den dazu vorgestellten Ausführungen lassen sich elektrische und hydraulische Not- und Alternativ-Energiequellen technologisch integrieren, die bekanntermaßen (im Flugzeug­ bau) gegenwärtig durch einzelne Energiewandler (elektrisch betriebene Hydraulikpumpe bzw. hydraulisch angetriebener Notstrom-Generator) realisiert werden.
Einen erhöhten Bedarf an hydraulischer und elektrischer Energie kann man allgemein bei moder­ nen Land-, Wasser- und Luftfahrzeugen vermuten, der zeitlich betrachtet mit der beabsichtigten Ausdehnung der Transportweite und den angestrebten Gewichtsverminderungen eines Fahrzeuges eintreffen wird. Bei modernen Verkehrs- und Transportflugzeuge, insbesondere an Bord von großen Flugzeugen (künftigen Großraumflugzeugen bzw. Mehrfachdeck-Flugzeugen), läßt sich dieser Bedarf absehbar prognostizieren, der mit dem Wachstum der Größe der Flugzeuge über­ proportional ansteigen wird. Demnach sind zukünftig Energiesysteme umzusetzen, die eine zeitliche und quellenbezogene Entzerrung der Bordnetz-Lastspitzen verwirklichen. Dieser An­ spruch läßt sich mit dem vorgestellten und einem modernen Leistungs-Management-System integrierten bidirektionalen Leistungswandlersystem realisieren, da die bekannten Systeme unter Berücksi 04172 00070 552 001000280000000200012000285910406100040 0002019745747 00004 04053chtigung notwendiger Redundanzen nur jeweils auf die elektrischen und/oder hydrauli­ schen Spitzenleistungen ausgelegt sind.
Bezugszeichenliste
1,
1
a,
1
b,
1
c,
1
d Triebwerk;
2,
2
a,
2
b,
2
c,
2
d elektrische Quelle; triebwerksgetriebener Generator;
3
elektrisches Verteilungssystem; mehrere miteinander verbundene elektri­ sche Sammelschienen;
3
a,
3
b,
3
c,
3
d elektrische Sammelschiene;
3
e elektrische Sammelschiene (versorgt kritische elektrische Verbraucher)
4
elektrischer Schalter;
4
a,
4
b,
4
c,
4
d elektrischer Sammelschienen-Schalter;
5
a,
5
b,
5
c,
5
d elektrischer Sammelschienen-Schalter;
5
e elektrischer Mehrwegschalter;
6
(sogenannter) Notstrom-Generator;
7
(Not- oder Alternativ-)Hydraulikpumpe;
8
elektrischer Mehrwegeschalter;
9
hydraulische Quelle;
9
a,
9
b,
9
c,
9
d Hydraulikpumpe;
10
hydraulisches Leitungssystem;
10
a,
10
b,
10
c erstes hydraulisches Leitungssystem;
11,
11
a,
11
b,
11
c (zusätzliche) elektromotoren-getriebene Hydraulikpumpe;
12
hydraulisches Teilsystem;
121
hydraulische Leistungs-Transfereinheit;
13
elektrisches Teilsystem;
14
Welle;
15
hydraulische Maschine;
15
a verstellbare Schrägscheibe;
16
Verstelleinrichtung; Verstellkolben (der Steuer- und Regeleinheit
17
);
17
Steuer- und Regeleinheit;
17
a Regler; hydromechanischer oder elektronischer Regler mit elektrohydrauli­ schem Stellglied;
17
b Regler; hydromechanischer oder elektronischer Regler mit einem elek­ trischen Sensor;
18
hydraulisches Betriebsarten-Schaltelement;
18
a,
18
b Ventil;
18
c,
18
d Verzweigstelle;
19
a erster Umrandungsbereich (der Funktionselemente-Anordnung der druck­ geregelten Pumpe); hydraulische Pumpeneinheit;
19
b zweiter Umrandungsbereich (der Funktionselemente-Anordnung des se­ kundärgeregelten hydraulischen Motors); hydraulische Pumpeneinheit;
20
(rotierende) elektrische Maschine;
21
Betriebsarten-Schaltelement;
22
elektronische Einheit;
23
a,
23
b,
23
c elektrischer Schalter;
24
a Sensorsignal; druck-korrelierend;
24
b,
24
c Sensorsignal; spannungsabfall-korrelierend;
25
logisches Schaltsignal;
26
elektrische oder elektronische Steuereinheit (mit integrierter Betriebsmo­ dus-Logik);
27
Eingangssignal;
40
definiertes bidirektionales Leistungswandlersystem;
40
a,
40
b,
40
c Leistungswandlersystem;
98
Druckleitung;
99
Cockpit;
const gleichbleibend; konstant;
variable veränderlich; variabel;
hydr hydraulisch;
el elektrisch;
HYDR Hydrauliksystem;
CSMG Notstrom-Generator;
AC BUS Drehstrom-Sammelschiene;
DC BUS Gleichstrom-Sammelschiene;
RAT Stauluftturbine;
TRU elektrische Umform/Gleichrichter-Einheit;
PTU hydraulische Leistungs-Transfereinheit;
3 ∼ = 3Φ Dreiphasen-Wechselspannung (Drehstrom);
P Energie;
p0
Solldruck;
n Drehzahl;
nH
Motordrehzahl;
nE
variable oder schwankende Antriebsdrehzahl;
E Elektro;
U elektrische Spannung;
f Frequenz;
V Volt (Maßeinheit);

Claims (42)

1. Leistungswandler-System zur Wandlung unterschiedlicher Energiearten für die Ver­ sorgung von Energiesystemen eines Fahrzeuges, welches bidirektional Leistung zwischen einem hydraulischen und einem elektrischen Bordsystem transferiert, wobei dem hydrauli­ schen Bordsystem hydraulische Quellen (9) zugeordnet sind, die in ein hydraulisches Lei­ tungssystem (10) mit angeschlossenen hydraulischen Verbrauchern einspeisen, und dem elektrischen Bordsystem elektrische Quellen (2) zugeordnet sind, die in ein elektrisches Verteilungssystem (3) mit angeschlossenen elektrischen Verbrauchern einspeisen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem hydraulischen und einem elektrischen Teilsystem (12, 13) besteht, zwischen denen ein bidirektionaler Leistungs­ transfer erfolgt, die jeweils eine Maschine (15, 20) aufweisen, deren drehbeweglich gelagerte Maschinenelemente miteinander mechanisch gekoppelt sind, wobei das hydrauli­ sche Teilsystem (12) mit dem hydraulischen Leitungssystem (10) und das elektrische Teilsystem (13) mit dem elektrischen Verteilungssystem (3) verbunden ist, daß den beiden Teilsystemen (12, 13) eine Steuereinheit (26) zugeschaltet ist, die auf der Basis des erfaß­ ten und dem hydraulischen Leitungssystem (10) oder dem elektrischen Verteilungssystem (3) zugeordneten Betriebszustandes die Maschinen (15, 20) ansteuert, wodurch damit das entsprechende Setzen oder Schalten eines jeweils den beiden Teilsystemen (12, 13) inte­ grierten Betriebsarten-Schaltelementes (18, 21) erfolgt und eine der beiden bidirektionalen Funktionen der Teilsysteme (12, 13) aktiviert wird.
2. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschinenelemente der beiden Maschinen (15, 20) durch eine Welle oder ein Getriebe mechanisch gekoppelt sind, um die Drehzahlen der beiden Teilsysteme (12, 13) oder die Wirkungsgrade der Teilsysteme (12, 13) bei Nennleistung aufeinander abzustim­ men.
3. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hydraulische Teilsystem (12) mit einer hydraulischen Maschine (15) und einem ersten Betriebsarten-Schaltelement (18), die miteinander eine weitere Rohrleitung ver­ bindet, und einer Steuer- und Regeleinheit (17) realisiert ist, wobei dem ersten Betriebs­ arten-Schaltelement (18) als hydraulisches Element eine andere Rohrleitung, der wenig­ stens ein Drucksensor (24a) integriert ist, der den Druck des durchströmenden Hydraulik­ mediums sensitiv erfaßt und über eine ihm und der Steuereinheit (26) angeschlossene weitere Übertragungsleitung letzterer zur weiteren Verarbeitung signalmäßig zuleitet, angeschlossen ist, die mit einer der Druckleitungen des hydraulischen Leitungssystems (10) verbunden ist, und wobei der hydraulischen Maschine (15) eine zusätzliche Rohrlei­ tung angeschlossen ist, die mit einer der tankverbundenen hydraulischen Saugleitungen oder den Rücklaufleitungen des hydraulischen Leitungssystems (10) verbunden ist, und daß der Steuer- und Regeleinheit (17) eine andere Übertragungsleitung angeschlossen ist, die mit einem weiteren Drucksensor verbunden ist, der den Druck des Hydraulikmediums, das die weitere Rohrleitung durchströmt, sensitiv erfaßt und über die andere Übertra­ gungsleitung der Steuer- und Regeleinheit (17) signalmäßig zuleitet, und daß der Steuer- und Regeleinheit (17) eine zusätzliche Übertragungsleitung angeschlossen ist, die mit einer der hydraulischen Maschine (15) integrierten Hubvolumenverstellung signalmäßig kom­ muniziert, und ihr außerdem eine anderweitige Übertragungsleitung angeschlossen ist, die mit einem Drehzahlsensor, der die Drehzahl eines der hydraulischen Maschine (15) drehbeweglich gelagerten Maschinenelementes oder einer mit diesem Maschinenelement fest verbundenen mechanischen Welle (14) sensitiv erfaßt und über die anderweitige Übertragungsleitung der Steuer- und Regeleinheit (17) signalmäßig zuleitet, verbunden ist.
4. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Teilsystem (13) wenigstens mit einer rotierenden elektrischen Maschine (20), die ein anderes drehbeweglich gelagertes Maschinenelement und einen elektrischen Anschlußbereich aufweist, der mit einem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) als elektrisches Element elektrisch leitend verbunden ist, realisiert ist.
5. Leistungswandler-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) die notwendigen Umschaltungen für die Aufnahme oder die Abgabe elektrischer Leistung der elektrischen Maschine (20) vom oder an das elektrische Verteilungssystem (3) durchführbar sind.
6. Leistungswandler-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) die elektrische Trennung der ihm angeschlossen elektrischen Verteilungssysteme (3) realisierbar ist.
7. Leistungswandler-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Teilsystem (13) zusätzlich eine elektronische Einheit (22) umfaßt, die gesondert dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) elektrisch angeschlossen ist, infolge dessen die elektrische Maschine (20) mit dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) und der elektronischen Einheit (22) eine elektrische Reihenschaltung bilden.
8. Leistungswandler-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (22) einen Gleichrichter und einen Wechselrichter und einen elektrischen Filter umfaßt, die in dieser Folge elektrisch in Reihe geschalten sind.
9. Leistungswandler-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (22) nur den Gleichrichter und den Wechselrichter umfaßt, die in dieser Folge elektrisch in Reihe geschalten sind, und der Wechselrichter über das zweite Betriebsarten-Schaltelement (21) mit der elektrischen Maschine (20) elektrisch verbunden ist und der Gleichrichter, dem eine elektrischen Verbindung, die mit dem elektrischen Verteilungssystem (3) verbunden ist, geschalten ist, mit elektrische Leistung gespeist wird.
10. Leistungswandler-System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einheit (22) einen Gleichrichter und einen Wechselrichter umfaßt, die in dieser Folge elektrisch in Reihe geschalten sind, und der Gleichrichter über das zweite Betriebsarten-Schaltelement (21) mit der elektrischen Maschine (20) elektrisch verbunden ist und der Wechselrichter, dem eine elektrischen Verbindung geschalten ist, über letztere elektrische Leistung dem elektrischen Verteilungssystem (3) einspeist.
11. Leistungswandler-System nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselrichter wahlweise der elek­ trische Filter elektrisch nachgeschaltet ist.
12. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Betriebsarten-Schaltelement (21) mit einer mehrpoligen elektrischen Polumschalteinrichtung realisiert ist, wobei der elek­ trische Anschlußbereich der elektrischen Maschine (20) einem Fußkontakt-Anschlußbe­ reich der Polumschalteinrichtung und die elektronische Einheit (22) sowie eine elektrische Sammelschienen-Verbindung auf die betreffende Leistungsflußrichtung bezogen separat getrennten Kontaktabschnitten eines Umschaltkontakt-Anschlußbereiches der Polumschalt­ einrichtung angeschlossen ist.
13. Leistungswandler-System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem als Steuereingang ausge­ führtem Anschlußbereich der elektrischen Maschine (20) und einem dem zweiten Be­ triebsarten-Schaltelement (21) zugeordneten Anschlußbereich zusätzlich ein Spannungsreg­ ler geschaltet ist.
14. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsregler im besonderen mit einem Anschlußbereich der Polumschalteinrichtung verschaltet ist.
15. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 8 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichrichter einem separaten betref­ fenden Kontaktabschnitt des Umschaltkontakt-Anschlußbereiches der Polumschaltein­ richtung angeschlossen ist, wobei auch dem elektrischen Filter ein weiterer Anschlußbe­ reich der Polumschalteinrichtung angeschlossen ist.
16. Leistungswandler-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Maschine (15) eine verstellbare Verdrängermaschine, vorzugsweise eine Axial-Kolbenmaschine mit integrierter verstellbarer Schrägscheibe (15a) ist, deren Hubvolumen sich durch eine Steuer- und Regeleinheit (17) beeinflussen läßt.
17. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 3 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer- und Regeleinheit (17) des hydraulischen Teilsystems (12) mit einem ersten und einem zweiten Regler (17a, 17b) und einer beiden Reglern (17a, 17b) zwischengeschalteten Verstelleinrichtung (16) aufgebaut ist, die in dieser Folge signaltechnisch eine Reihenschaltung ergeben, wobei der erste Regler (17a) über die andere Übertragungsleitung mit dem weiteren Drucksensor und die Verstelleinrichtung (17) über die zusätzliche Übertragungsleitung mit der Schrägscheibe (15a) und der zweite Regler (17b) über die anderweitige Übertragungsleitung mit dem Drehzahlsensor signaltechnisch verbunden ist.
18. Leistungswandler-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Betriebsarten-Schaltelement (18) ein Kombi-Ventil ist, das die Funktion zweier parallel geschalteter Ventile (18a, 18b) realisiert, oder eine Ventilgruppe darstellt, die aus der Kombination zweier parallel geschaltener Ventile (18a, 18b) aufgebaut ist.
19. Leistungswandler-System nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilgruppe aus einem ersten Ventil (18a) und einem zweiten Ventil (18b) zusammengesetzt ist, deren Ventilanschlüsse eingangsseitig einer ersten Verzweigstelle (18c) und ausgangsseitig einer zweiten Verzweigstelle (18d) angeschlossen sind, wobei der ersten Verzweigstelle (18c) die andere Rohrleitung und der zweiten Verzweigstelle (18d) die weitere Rohrleitung angeschlossen ist.
20. Leistungswandler-System nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventil (18a) als Rückschlagventil und das zweite Ventil (18b) als schaltbares Sperrventil ausgebildet ist.
21. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Kombi-Ventil oder die Ventilgruppe in der nicht durch ein Signal aktivierten Grundstellung eines ersten Ventils (18a) die Funk­ tion eines Rückschlagventils realisiert, das den Zufluß von einem hydraulischen Medium aus dem hydraulischen Leitungssystem (10) sperrt, und daß das Kombi-Ventil oder die Ventilgruppe in der durch ein Signal aktivierten Stellung den Zufluß des hydraulischen Mediums aus dem hydraulischen Leitungssystem (10) zur hydraulischen Maschine (15) passieren läßt.
22. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (26) eine Betriebsmodus-Logik integriert ist, die außerdem eine Automatik-Schaltung umfaßt und mit mehreren Übertragungsleitungen verbunden ist, die den druckerfassenden Sensoren angeschlossen sind, die den Leitungen des hydraulischen Leitungssystems (10) integriert sind, um in diesen den Betriebszustand: "ausreichender Druck des hydraulischen Mediums" im hydraulischen Leitungssystem (10) zu erfassen, und die den spannungserfassenden Sensoren angeschlossen sind, die auf dem elektrischen Leitungssystem (3) angeordnet sind, um auf diesen den Betriebszustand: "ausreichende Spannung" auf dem elektrischen Verteilungssystem (3) zu erfassen, wobei die betreffenden Betriebszustände der Steuereinheit (26) von den Sensoren signalmäßig zugeführt werden, und daß der Betriebsmodus-Logik überdies mehrere weitere Übertragungsleitungen, die sie zur Übertragung der in Schaltsignale umgesetzten Sensorsignale nutzt, angeschlossen sind, die mit dem hydraulischen Teilsystem (12) und dem elektrischen Teilsystem (13) und mehreren elektrischen Schaltern (23a, 23b), die den mit dem elektrischen Teilsystem (13) verbundenen elektrischen Sammelschienen-Verbindungen zwischengeschaltet sind, ver­ bunden sind.
23. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 3, 4 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine der weiteren Übertragungs­ leitungen der Steuereinheit (26) mit dem ersten Betriebsarten-Schaltelement (18) und mit dem zweiten Betriebsarten-Schaltelement (21) verbunden ist, um durch die Schaltsignal- Ansteuerung der beiden Betriebsarten-Schaltelemente (18, 21) entweder einen Pumpen- oder einen Generator-Betriebsmodus des hydraulischen und des elektrischen Teilsystems (12, 13) zu aktivieren, wobei außerdem der Steuer- und Regeleinheit (17) separat eine weitere Übertragungsleitung angeschlossen ist.
24. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 3 bis 5, 12, 17 bis 19, 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Regler (17a) und dem zweiten Regler (17b) der Steuer- und Regeleinheit (17) und dem zweiten Ventil (18b) des ersten Betriebsarten-Schaltelementes (18) und dem ansteuerbaren Anschlußbereich des zweiten Betriebsarten-Schaltelements (21) und zumindestens einem elektrischen Schalter (23a, 23b) jeweils separat eine weitere mit der Betriebsmodus-Logik verbundene Übertragungsleitung angeschlossen ist, wobei die Betriebsmodus-Logik die erfaßten und ihr zugeleiteten signal­ gewandelten Sensorsignale in logische Schaltsignale umsetzt, die sie über die weiteren Übertragungsleitungen den Schaltungselementen zuleitet.
25. Leistungswandler-System nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsmodus-Logik zusätzlich mit mindestens einer anderen Übertragungslei­ tung, welche die Übertragung abgesetzter signalgewandelter Schaltbefehle eines Bedieners für Testbeschaltungen innerhalb des hydraulischen Leitungssystems (10) und/oder des elektrischen Verteilungssystems (3) und/oder für die Ein- oder Abschaltung der Automa­ tik-Schaltung realisiert, verbunden ist, die einer Steuer- und Überwachungseinheit, die einem Cockpit (99) zentralisiert ist, angeschlossen ist.
26. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1 bis 8, 12 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem betreffenden Umschaltkontakt- Anschlußbereich der Polumschalteinrichtung verbundene Sammelschienen-Verbindung wenigstens einer ersten elektrischen Sammelschiene (3a) und die mit dem Filter verbunde­ ne weitere Sammelschienen-Verbindung wenigstens einer zweiten elektrischen Sammel­ schiene (3b) angeschlossen ist, die Teilabschnitte des elektrischen Verteilungssystem (10) sind, dem die elektrische Quelle(n) (2) als elektrische Primärleistungsquelle(n), die mit einem triebwerkgetriebenen elektrischer Generator (2) realisiert ist, elektrische Energie einspeist.
27. Leistungswandler-System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die andere Rohrleitung, die der Verbindungsstelle des ersten Betriebsarten-Schalt­ elementes (18) angeschlossen ist, mit wenigstens einer Druckleitung (98) des hydrauli­ schen Leitungssystems (10) verbunden ist, wobei dem hydraulischen Leitungssystem (10) wenigstens eine hydraulische Quelle (9) angeschlossen ist, die ihm hydraulische Energie liefert.
28. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Maschine (15) bei Auf­ nahme mechanischer Wellenleistung funktionell als hydraulischer Pumpe oder bei Auf­ nahme hydraulischer Antriebsleistung funktionell als hydraulischer Motor eingesetzt ist, und daß die elektrische Maschine (20) bei Aufnahme mechanischer Wellenleistung funktio­ nell als elektrischer Generator oder bei Aufnahme elektrischer Leistung funktionell als elektrisch getriebener Motor eingesetzt ist, wobei die betreffende Arbeitsweise der beiden Maschinen (15, 20) eine entsprechende Ansteuerung des ersten Betriebsarten-Schaltele­ mentes (18) durch die Steuereinheit (26), die ein Setzen des ersten Betriebsarten-Schalt­ elementes (18) in den entsprechenden Betriebsarten-Modus: "Pumpen- oder Generator- Modus" auslöst, voraussetzt, und wobei mit der wellenmechanischen Kopplung beider Maschinen (15, 20) die bidirektionale Wandlung der hydraulischen in elektrische Energie oder umgekehrt erreicht wird, deshalb sich dadurch die entsprechende Energieart wahlwei­ se in beide Richtungen zwischen mindestens einem hydraulischen und mindestens einem elektrischen Teilsystem-Abschnitt als Bestandteil des hydraulischen Leitungssystems (10) und des elektrischen Verteilungssystems (3) transferieren läßt.
29. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 3, 16, 17, 21 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Maschine (15) im Be­ triebsmodus: "Pumpe" eine druckgeregelte Pumpe ist und der wirksame erste Regler (17a) in diesem Betriebsmodus ein Druckregler für den Ausgangsdruck p0 der hydraulischen Maschine (15) ist, wobei der Pumpenförderstrom des hydraulischen Mediums über das erste Ventil (18a) in das hydraulische Leitungssystem (10) fließt.
30. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 3, 16 bis 19, 21, 22 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß die hydraulische Maschine (15) im Be­ triebsmodus: "Generator" ein drehzahlgeregelter, sekundärgeregelter hydraulischer Motor ist und der wirksame zweite Regler (17b) in diesem Betriebsmodus ein Drehzahlregler für die Motordrehzahl nH ist, wobei der Betriebsmodus durch die Aktivierung der Ventil­ stellung des zweiten Ventils (18b) in einen geöffneten Zustand realisiert wird und der Durchfluß des hydraulischen Mediums aus der dem ersten Betriebsarten-Schaltelement (18) verbundenen Druckleitung (98) einsetzen wird.
31. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 3, 17, 18, 28 und 30, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem zweiten Regler (17b) realisier­ te Drehzahlregelung es erlaubt, die mit der elektrischen Maschine (20) bereitgestellte elektrische Energie mit einer definierten Netzfrequenz in das betreffende elektrische Verteilungsnetz (3) einzuspeisen, wobei sich die elektrische Maschine (20) dabei im Be­ triebsarten-Modus: "Generator" befindet.
32. Leistungswandler-System nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß im Betriebsmodus: "Generator" der auf die Verstelleinrichtung (16) wirkende zweite Regler (17b) ein hydromechanischer Regler ist, der die Motordrehzahl nH sensiert oder ein elektrischer oder elektromechanischer Regler ist, der mit einem elektrischen Sensor die Motordrehzahl nH meßtechnisch erfaßt.
33. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 17, 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Regler (17a, 17b) entsprechend dem einzustellenden Betriebsarten-Modus über das zweite Ventil (18b) umschaltbar integriert sind.
34. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 17, 29 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Regler (17a) im Betriebsarten- Modus: "Pumpe" ein hydromechanischer Regler mit integriertem Stellglied (16) oder ein elektronischer Regler mit einem elektrohydraulischen oder elektromechanischem Stellglied ist, der die Einstellung des Hubvolumens der hydraulischen Maschine (15) vornimmt.
35. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 17, 20 und 25, 28 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- und Regelmechanismus des ersten Reglers (17a), der vorzugsweise im Betriebsarten-Modus: "Pumpe" als elektroni­ scher Regler ausgeführt ist und mit der Betriebsmodus-Logik der Steuereinheit (26) verbunden ist, mindestens eine der drei folgenden Regler-Beschaltungsmöglichkeiten beinhaltet:
  • a) Eine Startbeschaltung, bei der die hydraulische Maschine (15) im Betriebsarten- Modus: "Pumpe" auf nahezu Nullhubstellung gehalten wird, bis näherungsweise die Synchrondrehzahl der elektrischen Maschine (20), die sich als elektrisch betriebener Motor im Betriebsarten-Modus: "Pumpe" befindet, erreicht ist;
  • b) Regler mit einem konstanten Solldruck, der dem Nenndruck p0 der als hydrauli­ sche Quelle (9) eingesetzten triebwerkgetriebenen Hydraulikpumpe(n) entspricht, vorzugsweise als Reglereinstellung für den Betrieb eines definierten bidirektionalen Leistungswandlersystems (40) als unterstützende Spitzenbedarfs-Hilfspumpe;
  • c) Regler mit einem pumpenfördervolumen-abhängigen Solldruck, wie er der be­ kannten "soft cut off"-Charakteristik von Hydraulikpumpen entspricht, vorzugs­ weise als Reglereinstellung für den Betrieb des definierten bidirektionalen Lei­ stungswandlersystems (40) als alleinige, ein Hydrauliksystem speisende Hydraulik­ pumpe, welches auch der Fall ist, wenn die als hydraulische(n) Quelle(n) (9) eingesetzten Hydraulikpumpen ausgefallen ist (sind).
36. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 7 bis 11, 28 und 31, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (20) im Betriebs­ arten-Modus: "Generator" mit der elektronischen Einheit (22) als Regel- und Umform­ einrichtung verbunden ist, die die bereitgestellte elektrische Energie dermaßen umsetzt, daß sie den Anfordernissen der elektrischen Verbraucher im elektrischen Verteilungs­ system (3) oder denen des elektrischen Bordnetzes mit entsprechender Spannungs-, Strom- und Frequenzcharakteristik genügt, wobei die elektronische Umformung und Aufbereitung der bereitgestellten elektrischen Energie nach dem Prinzip eines auf Leistungshalbleitern basierenden Frequenz- und Spannungsumrichters geschieht.
37. Leistungswandler-System nach Anspruch 7 bis 11, 28 und 36, dadurch gekennzeichnet, daß sich die elektronische Einheit (22) durch entsprechende Verpolung auch bifunktional als Motorsteuerung der elektrischen Maschine im Betriebsarten-Modus: "Pumpe" eingesetzen läßt um ein netzschonendes Hochlaufen der elektrischen Maschine (20) beim Aktivieren des Pumpenbetriebs oder eine Drehzahlre­ gelung der elektrischen Maschine (20) entsprechend den Anforderungen im Betriebsarten- Modus: "Pumpe" zu erreichen.
38. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 7 bis 11, 26 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Maschine (15) eine Dreh­ strom-Synchronmaschine ist, die bei Aufnahme elektrischer Leistung von der ersten Sammelschiene (3a), welche sie über die (eine) elektrische Sammelschienen-Verbindung bezieht, als elektrischer Motor arbeitet, wobei eine entsprechende Schaltstellung des zweiten Betriebsarten-Schaltelementes (21), nach der die elektronische Einheit (22) abge­ schaltet ist, vorausgesetzt wird.
39. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 7 bis 11, 26 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß die wellenangetriebene elektrische Maschi­ ne (15) ein Drehstrom-Generator mit schwankender Antriebsdrehzahl nH ist, die über die elektronische Einheit (22) auf die zweite elektrische Sammelschiene (3b) elektrische Leistung konstanter Spannung U und konstanter Frequenz f speist.
40. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bidirektional mit dem hydraulischen Leitungssystem (10) und dem elektrischen Verteilungssystem (3) transferierenden beiden Teilsysteme (12, 13) gemeinsam entweder die Funktion einer elektromotoren-getriebenen Hydraulikpumpe oder die Funktion eines elektrischen Alternativ-Generators ausüben.
41. Leistungswandler-System nach den Ansprüchen 1, 26 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß dem hydraulischen Teilsystem (12) wenig­ stens ein Teil(system)abschnitt des hydraulischen Leitungssystems (10) angeschlossen ist, und daß dem elektrischen Teilsystem (13) wenigstens ein elektrisches Verteilungssystem (3) angeschlossen ist.
42. Leistungswandler-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich als hydraulische Quelle (9) eines hydraulischen Leitungssystems (10) einsetzen läßt, das zusätzlich über eine hydraulische Alternativ- bzw. Not-Versorgung verfügt, die zur Unterstützung oder bei Ausfall der hydraulischen Quelle(n) (9) benachbarter Systeme oder bei Ausfall der elektrischen Normalversorgungssysteme, die mit dem elektrischen Verteilungssystem (3) verbunden sind, aktiviert wird, und die über das definierte bidirek­ tionale Leistungswandlersystem (40) zur Notversorgung eines oder mehrerer elektrischer Teilsysteme des elektrischen Verteilungssystems (3) zum Zwecke einer elektrischen Versorgung in Notsituationen beitragen kann.
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