DE202017103131U1

DE202017103131U1 - Luftfahrzeug mit mindestens einem Range-Extender

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Publication number: DE202017103131U1
Application number: DE202017103131.4U
Authority: DE
Original assignee: ENGIRO GmbH
Current assignee: ENGIRO GmbH
Priority date: 2017-05-23
Filing date: 2017-05-23
Publication date: 2018-08-24
Anticipated expiration: 2027-05-24
Also published as: DE102018112312A1

Abstract

Luftfahrzeug mit mindestens einem Range-Extender (2), der eine Verbrennungskraftmaschine (7) und einen mit der Verbrennungskraftmaschine (7) antriebstechnisch verbundenen Generator (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) ein Gehäuse (11) mit mindestens einer Einlassöffnung (12) und mindestens einer Auslassöffnung (12a, 12b) aufweist, die während des Fahrbetriebs eine Durchströmung des Gehäuses (11) mit einem Luftstrom zulassen, dass die Verbrennungskraftmaschine (7) und der Generator (6) im Gehäuse (11) angeordnet sind und dass der Luftstrom zumindest den Generator (6) umströmt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftfahrzeug mit mindestens einem Range-Extender nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Range-Extender nach dem Oberbegriff des Anspruchs 21.
Unter einem Luftfahrzeug wird jegliche Form von Fahrzeug verstanden, das innerhalb der Erdatmosphäre fliegt oder ohne Bodenkontakt fährt. Beispiele für Luftfahrzeuge sind u.a. Motorflugzeuge, Ultraleichtflugzeuge, Trikes, Motorsegler, Segelflugzeuge mit Hilfsmotor, light sport aircrafts (LSA) oder very light aircrafts (VLA). Grundsätzlich zählen nach dieser allgemeinen Definition auch Heißluftballone, Luftschiffe, Hubschrauber, Multicopter oder vertical take-off and landing (VTOL)-Flugzeuge zu den Luftfahrzeugen.
Aus dem Stand der Technik ( EP 2 144 811 B1 ) ist ein Luftfahrzeug in Form eines Flugzeugs bekannt, das einen Fahrzeug- bzw. Flugzeugantrieb mit einem Verbrennungsmotor aufweist, der wiederum einen Propeller antreibt. Zusätzlich zu dem Propellerantrieb mit dem Verbrennungsmotor ist eine elektrische Maschine in Form eines Generators, der auch als Elektromotor betrieben werden kann, vorgesehen, die den Verbrennungsmotor während kurzer Flugphasen unterstützen soll. In einer ersten Betriebsart, wenn der Generator als Elektromotor betrieben wird, wird dieser von einem Akkumulator gespeist. Diese Betriebsart wird insbesondere während des Starts oder beim Steigflug gewählt, um einen sicherheitsrelevanten Leistungsüberschuss zu gewährleisten. Wird keine zusätzliche Leistung mehr benötigt, wird der Generator von dem Verbrennungsmotor des Fahrzeug- bzw. Flugzeugantriebs angetrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, die im Akkumulator gespeichert wird. Bei dem vorliegenden Aufbau handelt es sich um einen sogenannten Hybridantrieb, bei dem der eigentliche Fahrzeugantrieb, der den Propeller antreibt, als Verbrennungsmotor ausgebildet ist und von einem als Elektromotor betreibbaren Generator im Bedarfsfall unterstützt wird.
Unabhängig davon sind auch sogenannte Range-Extender (Reichweitenverlängerer) bekannt, die dazu dienen, einen Fahrzeugantrieb mit üblicherweise einem elektrischen Antriebsmotor zur Verlängerung der Reichweite des Fahrzeugs über einen als Elektromotor betreibbaren Generator zu unterstützen, der wiederum antriebstechnisch mit einem eigenen Verbrennungsmotor verbunden bzw. gekoppelt ist. In diesem Fall ist also auch ein Verbrennungsmotor vorgesehen, der aber ausschließlich oder zumindest hauptsächlich dazu dient, den Generator anzutreiben, um elektrische Antriebsenergie für den Fahrzeugantrieb zu erzeugen.
Gerade bei einem Range-Extender muss eine optimale Kühlung des Generators gewährleistet sein, da der Generator über einen relativ langen Zeitraum in Betrieb sein kann. So wird der Generator zum einen betrieben, um elektrische Energie zu erzeugen, mit der der Fahrzeugantriebsmotor bzw. der Antriebsmotor des Propellerantriebs (bei einem Flugzeug) betrieben werden soll. Zum anderen wird der Generator aber auch dann betrieben, wenn der Fahrzeugantriebsmotor bzw. Propellerantriebsmotor nicht in Betrieb ist, wobei in diesem Fall die vom Generator erzeugte elektrische Energie in einem Akkumulator gespeichert wird, um sie später zur Verfügung stellen zu können. Eine unzureichende Kühlung des Generators kann zu einer Verringerung seines Wirkungsgrads und schlimmstenfalls zu einem Defekt oder sogar Generatorbrand führen.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, das bekannte Luftfahrzeug derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Generator eines Range-Extenders möglichst optimal gekühlt wird.
Das obige Problem wird bei einem Luftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 gelöst.
Bei dem vorschlagsgemäßen Luftfahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Motor- oder Segelflugzeug mit Elektroantrieb. Der Elektroantrieb bildet in diesem Fall den Fahrzeug- bzw. Flugzeugantrieb und ist insbesondere als Propellerantrieb ausgeführt. Grundsätzlich ist die vorschlagsgemäße Lösung aber auch auf jedwedes andere Luftfahrzeug, beispielsweise Motorflugzeug, Ultraleichtflugzeug, Trike, Motorsegler oder dergleichen, anwendbar, wobei das Luftfahrzeug als Fahrzeugantrieb bzw. Propellerantrieb einen Elektromotor und/oder ein Verbrennungskraftmaschine aufweisen kann.
Das Luftfahrzeug weist mindestens einen Range-Extender auf, der eine Verbrennungskraftmaschine, z.B. einen Verbrennungsmotor oder eine Turbomaschine (Turbine), und einen damit antriebstechnisch verbundenen Generator aufweist. Beide Komponenten, das heißt die Verbrennungskraftmaschine und der Generator, sind in einem Gehäuse des Range-Extenders angeordnet, das mindestens eine Einlassöffnung und mindestens eine Auslassöffnung aufweist, die während des Fahrbetriebs (bei einem Flugzeug während des Flugbetriebs) eine Durchströmung des Gehäuses mit einem Luftstrom zulassen, der zumindest den Generator umströmt. „Umströmt“ bedeutet, dass der Luftstrom außen am Generator, das heißt direkt an seiner Außenoberfläche, entlang geführt wird. Der Luftstrom kann, wie im weiteren noch näher beschrieben wird, auf verschiedene Weise erzeugt werden, beispielsweise durch Fahrtwind während des Fahrbetriebs, der dann, insbesondere in Fahrtrichtung, durch das Gehäuse strömt, und/oder durch eine zusätzliche Strömungserzeugungseinrichtung, mit der ebenfalls eine Durchströmung des Gehäuses von der mindestens einen Einlassöffnung zu der mindestens einen Auslassöffnung ermöglicht wird. In beiden Fällen tritt relativ kühle Luft von außerhalb des Gehäuses durch die mindestens eine Einlassöffnung ins Gehäuseinnere ein, umströmt den Generator und tritt anschließend mit einer höheren Temperatur durch die mindestens eine Auslassöffnung wieder aus dem Gehäuse in die Umgebung aus. Auf diese Weise kann der Generator optimal gekühlt werden.
Wie bereits zuvor erläutert, kann der Range-Extender auch eine Strömungserzeugungseinrichtung aufweisen, die auch während des Standbetriebs des Luftfahrzeugs eine Durchströmung des Gehäuses von der mindestens einen Einlassöffnung bis zu der mindestens einen Auslassöffnung mit einem Luftstrom ermöglicht, der zumindest den Generator umströmt, und/oder die während des Fahrbetriebs die Durchströmung des Gehäuses mit dem Luftstrom, der zumindest den Generator umströmt, unterstützt (Anspruch 2).
Anspruch 3 definiert eine Ausgestaltung der Strömungserzeugungseinrichtung des Range-Extenders mit mindestens einem Impeller. Bei einem Impeller handelt es sich um einen Propeller, der in Umfangsrichtung des Impellers von einem Gehäuse, insbesondere einem ring- oder röhrenförmigen Gehäuse, umgeben ist. Das Impellergehäuse wird hier insbesondere von dem Gehäuse des Range-Extenders gebildet.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 4 ist der Generator und/oder der mindestens eine Impeller in Strömungsrichtung vor der Verbrennungskraftmaschine angeordnet. Das Anordnen des Generators vor der Verbrennungskraftmaschine hat den Vorteil, dass der Luftstrom noch nicht von der Verbrennungskraftmaschine erwärmt worden ist, wodurch die Kühlung des Generators optimiert wird. Der Impeller ist insbesondere vor dem Generator angeordnet, um einen möglichst gerichteten Luftstrom auf den Generator zu erzeugen. Es ist aber auch denkbar, den Impeller hinter der Verbrennungskraftmaschine oder um diese herum anzuordnen.
Anspruch 5 definiert eine Ausgestaltung, bei der der Luftstrom auch die Verbrennungskraftmaschine umströmt. Auf diese Weise kann auch die Verbrennungskraftmaschine durch den Luftstrom außenseitig gekühlt werden. Zusätzlich oder alternativ kann aber auch ein mit der Verbrennungskraftmaschine fluidtechnisch verbundener Kühler, insbesondere Wasserkühler, vorgesehen sein, mit dem die Verbrennungskraftmaschine gekühlt wird. Der Kühler kann ebenfalls von dem Luftstrom umströmt und/oder angeströmt werden, um Wärme vom Kühler an die ihn umströmende Luft abführen zu können (Anspruch 6). Vorzugsweise bildet der Kühler die Auslassöffnung oder eine oder mehrere der Auslassöffnungen des Range-Extenders, wobei weiter vorzugsweise die Auslassöffnung(en) seitlich im Gehäuse und insbesondere nicht koaxial zur Einlassöffnung oder Gesamtheit von Einlassöffnungen angeordnet ist bzw. sind.
Eine besondere Anordnung der Auslassöffnung(en) relativ zur Einlassöffnung bzw. den Einlassöffnungen ist in Anspruch 7 definiert.
Die Ansprüche 8 und 9 definieren eine Verschlusseinrichtung des Range-Extenders, mit der die Einlassöffnung(en) verschließbar ist bzw. sind und/oder deren Querschnitt verringerbar ist bzw. sind.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 10 weist der Range-Extender eine Leistungselektronik auf, die vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung umfasst, die einzelne oder mehrere Komponenten des Range-Extenders steuert und ebenfalls im Gehäuse des Range-Extenders angeordnet sein kann.
Anspruch 11 definiert verschiedene Anordnungen einzelner Komponenten des Range-Extenders relativ zueinander, insbesondere innerhalb des Gehäuses des Range-Extenders.
Bei der Ausgestaltung nach Anspruch 12 ist die antriebstechnische Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Generator und/oder die antriebstechnische Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem mindestens einem Impeller über eine Kupplung trennbar. Das Vorsehen einer solchen Kupplung kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn über den Range-Extender ein Propeller elektrisch angetrieben werden soll, der mit dem Generator antriebstechnisch verbunden ist. So kann zum Antrieb eines solchen Propellers der Generator als Elektromotor betrieben werden, wobei dem Generator bzw. dem davon gebildeten Elektromotor die elektrische Energie insbesondere von einem Akkumulator zugeführt wird. Dabei ist es dann sinnvoll, den Generator bzw. den davon gebildeten Elektromotor von der Verbrennungskraftmaschine antriebstechnisch zu entkoppeln.
Die Ansprüche 13 bis 16 betreffen Ausgestaltungen eines Luftfahrzeugs mit mindestens einem Propellerantrieb mit jeweils einem Propeller. Der Propellerantrieb bildet in diesem Fall den Fahrzeug- bzw. Flugzeugantrieb oder unterstützt diesen zumindest. Dabei kann ein separater Propellerantrieb vorgesehen sein, also ein Propellerantrieb, dessen Propeller antriebstechnisch mit einem separatem, d.h. zusätzlich zum Range-Extender vorgesehenen, Antriebsmotor gekoppelt ist (Anspruch 14). Zusätzlich oder alternativ kann aber auch der Generator und/oder die Verbrennungskraftmaschine des Range-Extenders einen Antriebsmotor für den Propeller bilden (Anspruch 15). In letzterem Fall kann auch eine Kupplung vorgesehen sein, die die antriebstechnische Verbindung zwischen dem Generator und dem Propeller trennen kann (Anspruch 18). Letzteres ist dann sinnvoll, wenn der Generator betrieben werden soll, um insbesondere elektrische Energie zu erzeugen, gleichzeitig aber der Propeller nicht betrieben werden soll.
Anspruch 17 definiert, dass der Generator und ggf. auch ein wie zuvor beschriebener separater Antriebsmotor mit einem Akkumulator elektrisch verbunden ist. Der Akkumulator kann dann von dem Generator, wenn dieser im Motor-Modus, das heißt als Elektromotor, betrieben wird, mit elektrischer Energie aufgeladen werden oder er kann den Generator und/oder separaten Antriebsmotor mit elektrischer Energie versorgen.
Die Ansprüche 18 und 19 definieren besondere Ausbildungen und Anordnungen des Range-Extenders an dem Luftfahrzeug.
Bei der Ausgestaltung gemäß Anspruch 20 ist während des Fahrbetriebs ein durch das Gehäuse des Range-Extenders gebildeter Staudruck durch Betreiben der Strömungserzeugungseinrichtung aufhebbar bzw. ausgleichbar. Dies erfolgt insbesondere mittels des optionalen Impellers. Dadurch kann der Stömungswiderstand eines außen am Luftfahrzeug angeordneten Range-Extenders ausgeglichen werden.
Nach einer weiteren Lehre gemäß Anspruch 21, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird ein Range-Extender für ein Luftfahrzeug, insbesondere für das vorschlagsgemäße Luftfahrzeug, als solcher beansprucht. Alle das Luftfahrzeug betreffenden Ausführungen, insbesondere soweit Vorteile, Ausführungsformen und Anwendungsfälle betroffen sind, gelten für den Range-Extender entsprechend.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

1 eine schematische Perspektivansicht eines vorschlagsgemäßen Luftfahrzeugs mit einem Range-Extender,
2 eine schematische Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Range-Extenders für das Luftfahrzeug gemäß 1,
3 eine schematische Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Range-Extenders für das Luftfahrzeug gemäß 1,
4 eine schematische Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels eines Range-Extenders für das Luftfahrzeug gemäß 1 und
5 eine schematische Schnittansicht eines vierten Ausführungsbeispiels eines Range-Extenders für das Luftfahrzeug gemäß 1.

Das in der Zeichnung dargestellte Luftfahrzeug 1 ist mit mindestens einem Range-Extender 2 versehen, der hier und vorzugsweise jeweils dazu dient, einen elektrischen Propellerantrieb 3 des Luftfahrzeugs 1 mit elektrischer Leistung, ggf. unter Zwischenschaltung eines Akkumulators, zu versorgen (1). Dieser Propellerantrieb 3 bildet dann den insbesondere einzigen Fahrzeug- bzw. Flugzeugantrieb 4, wobei der Propellerantrieb 3 hier und vorzugsweise als elektrischer Antrieb ausgebildet ist. Wie 1 zeigt, sind der Propellerantrieb 3 einerseits und der Range-Extender 2 andererseits in diesem Fall voneinander baulich getrennte und insbesondere voneinander beabstandete Einheiten. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, zusätzlich oder alternativ einen Propellerantrieb 3'vorzusehen, der ebenfalls als Fahrzeug- bzw. Flugzeugantrieb 4'dient, der aber nicht als separate Einheit ausgebildet ist, sondern in den Range-Extender 2 integriert ist (5). In letzterem Fall wird der zugeordnete Propeller 5 nicht wie in 1 vom Range-Extender 2 unabhängig angetrieben, sondern wie in 5 unmittelbar vom Range-Extender 2 bzw. einem zugeordneten Generator 6.
Verschiedene Ausführungsbeispiele eines Range-Extenders 2 werden im Folgenden anhand der 2 bis 5 beschrieben.
Gemäß 2 weist der Range-Extender 2 neben besagtem Generator 6 eine antriebstechnisch mit diesem verbundene Verbrennungskraftmaschine 7 in Form eines Verbrennungsmotors 7 sowie hier und vorzugsweise eine Strömungserzeugungseinrichtung 8 und eine Leistungselektronik 9 auf. Der Verbrennungsmotor 7 weist hier einen Auspuff 10 auf, der die Verbrennungsabgase abführt. All diese Komponenten sind vorschlagsgemäß im Innern eines Gehäuses 11 des Range-Extenders 2 angeordnet, das mindestens eine Einlassöffnung 12 und mindestens eine Auslassöffnung 12a, 12b aufweist. Insbesondere weist die mindestens eine Einlassöffnung 12 in Fahrtrichtung und liegt hier und vorzugsweise am vorderen Ende des Gehäuses 11 des Range-Extenders 2. Seitlich im Gehäuse 11 sind hier und vorzugsweise mehrere insbesondere parallel zueinander verlaufende Auslassöffnungen 12a vorgesehen, die derart angeordnet sind, dass der Luftstrom durch diese im Wesentlichen entgegen der Fahrtrichtung austritt. Schließlich befindet sich hier und vorzugsweise eine weitere Auslassöffnung 12b, die insbesondere ebenfalls entgegen der Fahrtrichtung weist, am hinteren Ende des Gehäuses 11 des Range-Extenders 2. Die Öffnungen 12 und 12b haben insbesondere einen größeren Querschnitt als die Öffnungen 12a bzw. die Gesamtheit von Öffnungen 12a. Auf diese Weise wird während des Fahrbetriebs (bei einem Flugzeug Flugbetrieb genannt) durch den Fahrtwind eine Durchströmung des Gehäuses 11 mit einem Luftstrom ermöglicht, der hier durch strichpunktierte Pfeile dargestellt ist. Die Luft tritt an der mindestens einen Einlassöffnung 12 in das Gehäuse 11 bzw. in den Range-Extender 2 ein und tritt durch die Öffnungen 12a, 12b wieder in die Umgebung aus, nachdem hier und vorzugsweise das Gehäuse 11 über seine gesamte Länge (Dimension in Fahrtrichtung) durchströmt worden ist. Da die vorangehend aufgezählten Komponenten (Generator 6, Verbrennungsmotor 7, Strömungserzeugungseinrichtung 8, Leistungselektronik 9 und/oder Auspuff 10) im Innern des Gehäuses 11 angeordnet sind, können all diese Komponenten auch von dem Luftstrom, insbesondere über ihren gesamten Umfang, umströmt werden. Der Luftstrom wird dabei maßgeblich zur Kühlung des Generators 6 eingesetzt, der im dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Vielzahl umfänglich angeordneter Kühlrippen verfügt, wobei jede Kühlrippe mit dem Luftstrom in Kontakt kommt.
Für den Fall, dass keine Durchströmung oder nur eine unzureichende Durchströmung des Gehäuses 11 erfolgt, kann eine Strömungserzeugungseinrichtung 8 eine Durchströmung des Gehäuses 11 bewirken bzw. die Durchströmung unterstützen. So ist es denkbar, dass im Standbetrieb des Luftfahrzeugs 1 oder wenn dieses in der Luft steht (z.B. Hubschrauber), wenn also kein Fahrtwind herrscht, dennoch der Generator 6 gekühlt werden muss, da dieser zu diesem Zeitpunkt, angetrieben vom Verbrennungsmotor 7, beispielsweise elektrische Energie erzeugt, die in einem Akkumulator (nicht dargestellt) gespeichert wird. In diesem Fall sorgt die Strömungserzeugungseinrichtung 8 für den Luftstrom von der mindestens einen Eintrittsöffnung 12 zu den besagten Austrittsöffnungen 12a, 12b, durch die der Generator 6 und ggf. die weiteren Komponenten gekühlt werden können. Aber auch im Fahrbetrieb kann es unter Umständen zu einer unzureichenden Kühlung des Generators 6 kommen, wobei dann die Strömungserzeugungseinrichtung 8 die Durchströmung des Gehäuses 11 erhöht. Es ist auch denkbar, dass der Range-Extender 2 bzw. seine Längsachse X quer zur Fahrtrichtung angeordnet ist, was ebenfalls keine Durchströmung allein durch den Fahrtwind ermöglichen würde. Auch dann ist die Strömungserzeugungseinrichtung 8 hilfreich für die Kühlung des Generators 6.
Zum Erzeugen und/oder Unterstützen des Luftstroms innerhalb des Gehäuses 11 weist die Strömungserzeugungseinrichtung 8 mindestens einen Impeller 13 auf, der in Strömungsrichtung (Strömungsrichtung des Luftstroms), d.h. entgegen der Fahrtrichtung, insbesondere vor dem Generator 6 angeordnet ist. Das Gehäuse 11 des Range-Extenders 2 bildet hier und vorzugsweise auch das Impellergehäuse 14. Der Impeller 13 ist hier und vorzugsweise zumindest mit dem Generator 6 antriebstechnisch verbunden, kann zusätzlich oder alternativ aber auch mit dem Verbrennungsmotor 7 antriebstechnisch verbunden sein.
Der Impeller 13 kann neben der Erzeugung und/oder dem Unterstützen des Luftstroms noch weitere Funktionen haben. Zum Einen kann der Impeller 13 auch dazu genutzt werden, einen während des Fahrbetriebs durch den Range-Extender 2 gebildeten Staudruck aufzuheben. Der Impeller 13 wird dann so angetrieben, dass der von diesem erzeugte Saugdruck den Staudruck an der mindestens einen Einlassöffnung 12 ausgleicht. Zum Anderen kann der Impeller 13 auch dazu verwendet werden, einen Vortrieb zu erzeugen, der den Vortrieb eines Propellers 5 ergänzen kann. Der vom Impeller 13 aufgebaute Druck bzw. dessen Pumpleistung kann grundsätzlich auch angepasst werden, beispielsweise über die Flügelstellung, wenn der Range-Extender 2 wie in den vorliegenden Ausführungsbeispielen an den Tragflächen 15 eines Luftfahrzeugs 1 montiert ist. Grundsätzlich wäre es aber auch denkbar, eine Kupplung (nicht dargestellt) an der den Impeller 13 antreibenden Welle vorzusehen, die ebenfalls eine Anpassung des erzeugten Strömungsdrucks bzw. der erzeugten Pumpleistung ermöglicht. Schließlich ist es auch denkbar, dass der Impeller 13 demontierbar ist, was den Vorteil hat, dass der Impeller 13 beispielsweise nur im Standbetrieb vorhanden ist, um den laufenden Generator 6 zu kühlen, für den Fahrbetrieb aber abgebaut werden kann, was den effektiven Strömungsquerschnitt innerhalb des Gehäuses 11 des Range-Extenders 2 erhöht.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 2 ist ferner zu erkennen, dass der Generator 6 und hier und vorzugsweise auch der Impeller 13 in Strömungsrichtung (der Luftströmung) vor dem Verbrennungsmotor 7 angeordnet sind. Vorliegend ist der Generator 6 zwischen dem Impeller 13 und dem Verbrennungsmotor 7 angeordnet. Auf diese Weise wird der Generator 6 optimal mit vergleichsweise kühler Luft umströmt.
Auch der Verbrennungsmotor 7 wird anschließend von dem Luftstrom erfasst, wobei der Verbrennungsmotor 7 aber hauptsächlich mit einem damit fluidtechnisch verbundenen Kühler 16, der hier und vorzugsweise als Wasserkühler ausgebildet ist, gekühlt wird. Der Kühler 16 wird von besagtem Luftstrom und insbesondere von der durch die Auslassöffnungen 12a ausströmenden Luft umströmt und/oder angeströmt, was hier und vorzugsweise zusätzlich zu der Durchströmung von der mindestens einen Einlassöffnung 12 zur Auslassöffnung 12b eine Kühlung des Verbrennungsmotors 7 bewirkt.
Eine optimale Umströmung der einzelnen in dem Gehäuse 11 des Range-Extenders 2 angeordneten Komponenten ergibt sich dadurch, dass diese, zumindest die meisten davon, im Wesentlichen koaxial zueinander verlaufen, also auf derselben Achse X liegen. Auch die vorne angeordnete Einlassöffnung 12 und die hinten angeordnete Auslassöffnung 12b liegen koaxial zueinander auf der Achse X bzw. koaxial zu den besagten Komponenten.
Bei dem Ausführungsbeispiel in 2 weist der Range-Extender 2 ferner eine Verschlusseinrichtung 17 auf, die hier über beispielsweise zwei Klappen 18 verfügt, die in Richtung hin zu der Achse X bzw. weg von der Achse X, die auch die Mittelachse X der mindestens einen Einlassöffnung 12 und Auslassöffnung 12b bildet, schwenkbar sind. Ein Verschwenken in Richtung der Achse X führt zunächst zu einem Verringern des Querschnitts der Einlassöffnung 12 und schließlich zu einem Verschließen derselben. Dies kann gewünscht sein, wenn der Range-Extender 2 nicht in Betrieb ist und nicht durchströmt werden soll. Durch das Verschließen der Eintrittsöffnung 12 wird das Gehäuse 11 am vorderen Ende so geformt, dass es optimal umströmt werden kann.
Ferner verfügt der Range-Extender 2 gemäß 2 über eine Leistungselektronik 9, die innenseitig am Gehäuse 11 angeordnet ist und ebenfalls von der Luftströmung umströmt wird. Bei dem Ausführungsbeispiel in 2 ist die Leistungselektronik 9 in Luftströmungsrichtung vor dem Impeller 13 und Generator 6 angeordnet. Die Leistungselektronik 9 umfasst hier und vorzugsweise eine Steuerungseinrichtung 23, die eine oder mehrere der zuvor genannten Komponenten des Range-Extenders 2 steuern kann, nämlich unter anderem den Generator 6, den Verbrennungsmotor 7, die Strömungserzeugungseinrichtung 8 und/oder die Verschlusseinrichtung 17.
Der Range-Extender 2 des vorschlagsgemäßen Luftfahrzeugs 1 ist schließlich als austauschbares Modul 19 ausgebildet, das hier und vorzugsweise über eine Plug and Play-Verbindung mit dem übrigen Luftfahrzeug 1 verbunden ist. Auf diese Weise kann der Range-Extender 2 im Bedarfsfall auch vollständig abgebaut werden.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3 unterscheidet sich von dem in 2 außerdem dadurch, dass die Strömungserzeugungseinrichtung 8 hier zwei Impeller 13 aufweist, die in Strömungsrichtung vor dem Generator 6 angeordnet sind, wobei die Leistungselektronik 9 hier nicht an der Gehäuseinnenwand, sondern ebenfalls auf der Achse X koaxial zu den übrigen Komponenten angeordnet ist.
Die 3 und 4 zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines Range-Extenders 2, die sich von dem Ausführungsbeispiel in 2 durch die Ausbildung der Verschlusseinrichtung 17 unterscheiden. So weist die Verschlusseinrichtung 17 auch in 3 zwei Klappen 18 auf, die in Richtung der Achse X hin und her schwenkbar sind. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 führt das Schwenken der Klappen 18 zur Achse X hin aber zum Öffnen zweier Eintrittsöffnungen 12, wohingegen eine Bewegung der Klappen 18 in die entgegengesetzte Richtung (nach außen) zu einer Querschnittsverringerung und dann zu einem Verschließen der Eintrittsöffnungen 12 führt. Hier ist die Gesamtheit von Eintrittsöffnungen 12 auch koaxial zu Achse X angeordnet. Bei dem Ausführungsbeispiel in 4 weist die Verschlusseinrichtung 17 anstelle von Klappen hier und vorzugsweise einen Stopfen 20 auf, der translatorisch in Verlaufsrichtung der Achse X hin und her verfahren werden kann. Der Stopfen 20 wirkt dabei mit dem Gehäuse 11 in der Art eines Ventils zusammen, kann also die Eintrittsöffnung 12 im ausgefahrenen Zustand verschließen und im eingefahrenen Zustand öffnen.
In diesem Zusammenhang sei angemerkt, dass grundsätzlich auch nur eine Klappe 18 vorgesehen sein kann, um eine oder mehrere Eintrittsöffnungen 12 öffnen bzw. schließen zu können.
Das Ausführungsbeispiel in 4 unterscheidet sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen außerdem dadurch, dass die Leistungselektronik 9 hier hinter der Einheit aus Strömungserzeugungseinrichtung 8, Generator 6 und Verbrennungsmotor 7 angeordnet ist, wobei die Leistungselektronik 9 hier auch an der Innenseite des Gehäuses 11 angeordnet ist.
5 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Range-Extender 2 außen einen Propeller 5 aufweist, der um die Achse X rotierbar gelagert ist und somit auch koaxial zu Impeller 13, Generator 6 und Verbrennungsmotor 7 angeordnet ist.
Die antriebstechnische Verbindung zwischen dem Verbrennungsmotor 7 und dem Generator 6 und hier und vorzugsweise auch dem Impeller 13 ist bei diesem Ausführungsbeispiel über eine Kupplung 21 trennbar. Auch die antriebstechnische Verbindung zwischen dem Generator 6 und dem Propeller 5 ist hier beispielhaft über eine weitere Kupplung 22 trennbar. Die erste Kupplung 21 zwischen dem Verbrennungsmotor 7 und dem Generator 6 bzw. Impeller 13 kann dann die antriebstechnische Verbindung trennen, wenn die antriebstechnische Verbindung zwischen dem Generator 6 und dem Propeller 5 besteht. In diesem Fall kann der Generator 6 dann als Elektromotor betrieben werden, um den Propeller 5 anzutreiben. Soll dagegen der Generator 6 nur elektrische Energie erzeugen, um diese entweder in einem Akkumulator zu speichern oder darüber einen separaten Antriebsmotor 3 anzutreiben, kann die antriebstechnische Verbindung zwischen Generator 6 und Propeller 5 über die Kupplung 22 getrennt werden und die antriebstechnische Verbindung zwischen Verbrennungsmotor 7 und Generator 6 bzw. Impeller 13 hergestellt werden.
Nach einer weiteren Lehre, der eigenständige Bedeutung zukommt, wird der Range-Extender 2 insbesondere für ein vorschlagsgemäßes Luftfahrzeug 1 als solcher beansprucht. Alle Merkmale mit den dazugehörigen Vorteilen, die für das vorschlagsgemäße Luftfahrzeug erläutert worden sind, lassen sich vorteilhaft auf den Range-Extender 2 als solchen anwenden, ohne dass dieser notwendiger Weise für das zuvor konkret beschriebene Luftfahrzeug vorgesehen sein muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2144811 B1 [0003]

Claims

Luftfahrzeug mit mindestens einem Range-Extender (2), der eine Verbrennungskraftmaschine (7) und einen mit der Verbrennungskraftmaschine (7) antriebstechnisch verbundenen Generator (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) ein Gehäuse (11) mit mindestens einer Einlassöffnung (12) und mindestens einer Auslassöffnung (12a, 12b) aufweist, die während des Fahrbetriebs eine Durchströmung des Gehäuses (11) mit einem Luftstrom zulassen, dass die Verbrennungskraftmaschine (7) und der Generator (6) im Gehäuse (11) angeordnet sind und dass der Luftstrom zumindest den Generator (6) umströmt.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) eine Strömungserzeugungseinrichtung (8) aufweist, die auch während des Standbetriebs eine Durchströmung des Gehäuses (11) mit einem Luftstrom ermöglicht, der zumindest den Generator (6) umströmt, und/oder die während des Fahrbetriebs die Durchströmung des Gehäuses (11) mit dem Luftstrom, der zumindest den Generator (6) umströmt, unterstützt.
Luftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungserzeugungseinrichtung (8) zum Erzeugen und/oder Unterstützen des Luftstroms mindestens einen Impeller (13) aufweist, vorzugsweise, dass der mindestens eine Impeller (13) in Strömungsrichtung vor dem Generator (6) angeordnet ist, weiter vorzugsweise, dass der mindestens eine Impeller (13) mit dem Generator (6) und/oder der Verbrennungskraftmaschine (7) antriebstechnisch verbunden ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (6) und/oder der mindestens eine Impeller (13) in Strömungsrichtung vor der Verbrennungskraftmaschine (7) angeordnet ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom auch die Verbrennungskraftmaschine (7) umströmt.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom auch einen mit der Verbrennungskraftmaschine (7) fluidtechnisch verbundenen Kühler (16), insbesondere Wasserkühler, umströmt und/oder anströmt, vorzugsweise, dass der Kühler (16) die Auslassöffnung (12a) oder eine oder mehrere der Auslassöffnungen (12a, 12b) bildet, weiter vorzugsweise, dass die Auslassöffnung(en) (12a) seitlich im Gehäuse (11) und insbesondere nicht koaxial zur Einlassöffnung (12) oder Gesamtheit von Einlassöffnungen (12) angeordnet ist/sind.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassöffnung (12b) oder mindestens eine der Auslassöffnungen (12a, 12b) koaxial zu der Einlassöffnung (12) oder der Gesamtheit von Einlassöffnungen (12) angeordnet ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) eine Verschlusseinrichtung (17) aufweist, mit der die Einlassöffnung (12) oder die Gesamtheit von Einlassöffnungen (12) verschließbar ist und/oder mit der der Querschnitt der Einlassöffnung (12) oder der Gesamtquerschnitt der Einlassöffnungen (12) verringerbar ist, vorzugsweise, dass der Range-Extender (2) zum Verschließen und/oder Verringern des Querschnitts bzw. Gesamtquerschnitts mindestens eine schwenkbare Klappe (18) und/oder einen insbesondere translatorisch verfahrbaren Stopfen (20) aufweist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschlusseinrichtung (17) mindestens eine Klappe (2), insbesondere mindestens zwei Klappen (18), aufweist, die hin zu und weg von der Mittelachse (X) der Einlassöffnung (12) oder der Gesamtheit von Einlassöffnungen (12) schwenkbar ist/sind, vorzugsweise, dass zum Verschließen und/oder Verringern des Querschnitts bzw. Gesamtquerschnitts die Klappe(n) (18) zu der Mittelachse (X) hin oder von der Mittelachse (X) weg geschwenkt wird/werden.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) eine Leistungselektronik (9) aufweist, vorzugsweise, dass die Leistungselektronik (9) eine Steuerungseinrichtung (23) umfasst, die den Generator (6), die Verbrennungskraftmaschine (7), die Strömungserzeugungseinrichtung (8) und/oder die Verschlusseinrichtung (17) steuert, weiter vorzugsweise, dass die Leistungselektronik (9) im Gehäuse (11) des Range-Extenders (2) angeordnet ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der Komponenten des Range-Extenders (2), die aus der Gruppe von Komponenten gewählt sind umfassend - die Einlassöffnung (12) oder die Gesamtheit von Einlassöffnungen (12), - die Verschlusseinrichtung (17) und/oder die Klappe (18) oder Gesamtheit von Klappen (18) und/oder den Stopfen (20), - die Strömungserzeugungseinrichtung (8) und/oder den mindestens einen Impeller (13), - die Leistungselektronik (9), - den Generator (6), - die Verbrennungskraftmaschine (7) und/oder mindestens eine Verbindungswelle zur antriebstechnischen Verbindung mit dem Generator (6), - einen Auspuff (10) für die Verbrennungskraftmaschine (7) und - die Auslassöffnung (12a, 12b) oder mindestens eine der Auslassöffnungen (12a, 12b), in Strömungsrichtung hintereinander und/oder koaxial zueinander angeordnet sind.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebstechnische Verbindung zwischen der Verbrennungskraftmaschine (7) und dem Generator (6) und/oder mindestens einen Impeller (13) über eine Kupplung (21) trennbar ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug (1) mindestens einen Propellerantrieb (4, 4') mit einem Propeller (5) aufweist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Propellerantrieb (4) oder einer der Propellerantriebe (4, 4') einen mit dem Propeller (5) antriebstechnisch verbundenen, separaten Antriebsmotor (3), insbesondere elektrischen Antriebsmotor (3), aufweist.
Luftfahrzeug nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (6) und/oder die Verbrennungskraftmaschine (7) des Range-Extenders (2) den mit dem Propeller (5) antriebstechnisch verbundenen Antriebsmotor (3') des Propellerantriebs (4') oder eines der Propellerantriebe (4, 4') bildet.
Luftfahrzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die antriebstechnische Verbindung zwischen dem Generator (6) und dem Propeller (5) über eine Kupplung (22) trennbar ist, vorzugsweise, dass die Kupplung (21) zwischen der Verbrennungskraftmaschine (7) und dem Generator (6) und/oder mindestens einen Impeller (13) die antriebstechnische Verbindung dann trennt, wenn eine antriebstechnische Verbindung zwischen dem Generator (6) und dem Propeller (5) besteht.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (6) und insbesondere der separate Antriebsmotor (3) mit einem Akkumulator elektrisch verbunden ist, wobei der Generator (6) den Akkumulator, im Motor-Modus, mit elektrischer Energie auflädt oder der Akkumulator den Generator (6) und/oder separaten Antriebsmotor (3) mit elektrischer Energie versorgt.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) ein austauschbares Modul (19) bildet, vorzugsweise, dass das Modul (19) über eine Plug and Play-Verbindung mit dem übrigen Luftfahrzeug (1) verbunden ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in einer oder beiden Tragflächen (15) und/oder am oder im Rumpf des Luftfahrzeugs (1) jeweils ein Range-Extender (2) angeordnet ist.
Luftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein während des Fahrbetriebs durch das Gehäuse (11) des Range-Extenders (2) gebildeter Staudruck durch Betreiben der Strömungserzeugungseinrichtung (8) aufhebbar ist.
Range-Extender für ein Luftfahrzeug (1), insbesondere für ein Luftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Verbrennungskraftmaschine (7) und einem mit der Verbrennungskraftmaschine (7) antriebstechnisch verbundenen Generator (6), dadurch gekennzeichnet, dass der Range-Extender (2) ein Gehäuse (6) mit mindestens einer Einlassöffnung (12) und mindestens einer Auslassöffnung (12a, 12b) aufweist, die während des Fahrbetriebs eine Durchströmung des Gehäuses (11) mit einem Luftstrom zulassen, dass die Verbrennungskraftmaschine (7) und der Generator (6) im Gehäuse (11) angeordnet sind und dass der Luftstrom zumindest den Generator (6) umströmt.