<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren und Vorrichtung zur Heizung der Zugsanhängewagen von Motorfahrzeugen mit elektrischer
Kraftübertragung.
Die Erfindung betrifft eine Heizanlage für Lokomotiven oder Triebwagen, welche als Kraftquelle einen Verbrennungsmotor besitzen, dessen Leistung durch elektrische Kraftübertragung den Triebachsen zugeführt wird. Da bei dieser Übertragungsart ein elektrischer Generator mit dem Verbrennungsmotor gekuppelt ist, steht für Heizzwecke einerseits die Abwärme des Verbrennungsmotors, anderseits elektrische Energie zur Verfügung.
Die Erfindung besteht nun in einer Kombination der Abwärmeheizung mit einer elektrischen Zusatzheizung, für welche die Energie dem für die elektrische Kraftübertragung benützten Generator entnommen wird. Durch diese Kombination ist es möglich, unter Zuhilfenahme des für die Traktion auf der Lokomotive vorhandenen Generators einen Ausgleich in der Abwärmelieferung des Verbrennungsmotors vorzunehmen. Da dessen Abwärmelieferung infolge veränderlicher Traktionsbelastung gleichfalls veränderlich ist, wird erfindungsgemäss in Zeiten geringer Abwärmelieferung bei Unterbelastung ein Wärmelieferungsausgleich durch die Heranziehung der elektrischen Heizung bewirkt.
Die Abwärmeheizung ist an sich bekannt, hat aber den Nachteil, dass bei stillstehendem oder wenig belastetem Verbrennungsmotor, das ist bei Stillstand des Zuges oder bei Fahrt auf Gefällstrecken, keine oder zu wenig Wärme zur Verfügung steht. Dies hatte zur Folge, dass dieses bekannte Verfahren durch eine besondere Heizkesselfeuerung ergänzt werden musste, deren praktische Durchbildung und Bedienung Schwierigkeiten macht.
Die elektrische Kraftübertragung bietet nun eine Möglichkeit, diesem Übelstande in einfacher Weise abzuhelfen, indem eine in den Abwärmeheizkessel eingebaute elektrische Zusatzheizung nach Bedarf an den Generator der elektrischen Kraftübertragung angeschlossen wird.
Die elektrische Zusatzheizung ist an sich bekannt, z. B. als Ergänzung der Ofenheizung oder für stationäre Dampfkesselanlagen oder auch für Eisenbahnwagen, die auf Dampf-und elektrifizierten Strecken verkehren, und bildet daher nicht den Gegenstand der Erfindung, welche sich nur auf Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren und elektrischer Kraftübertragung bezieht.
Bei dieselelektrischen Fahrzeugen mit einer vom Antriebsaggregat unabhängigen Dauerheizung ist es ferner bekannt, zur Spitzendeckung des Wärmebedarfes den elektrischen Generator des Antriebsaggregates zur Abgabe elektrischer Wärmeenergie heranzuziehen. Diese ohne Ausnützung der Abgaswärme des Verbrennungsmotors arbeitende elektrische Heizvorrichtung ist nur für Spitzendeckung verwendbar und ist sonst wegen der beträchtlichen Energieumwandlungsverluste unwirtschaftlich.
Gerade die Kombination mit der Auspuffheizung entsprechend der Erfindung hat nämlich den Vorzug, dass ein selbsttätiger Abwärmeausgleich mit dem Belastungsausgleich des Ver- brennungsmotors Hand in Hand geht und der Wert der elektrischen Zusatzheizung wesentlich erhöht wird. Die Erklärung hiefür liegt darin, dass der Verbrennungsmotor nur dann Abwärme liefert, wenn er genügend belastet ist, was durch Einschaltung der elektrischen Zusatzheizung erreicht wird. Durch die höhere Belastung des Verbrennungsmotors wird einerseits die Abwärme desselben vergrössert und unmittelbar im Heizkessel verwertet, anderseits die erzeugte elektrische Energie in Form von Wärme gleichfalls der Heizung zugeführt.
Bei der vorliegenden Erfindung kommt also die elektrische Zusatzbelastung des Generators für die Heizung doppelt zur Aus-
<Desc/Clms Page number 2>
Wirkung nämlich erstens in Form der in Wärme umgesetzten elektrischen Energie und zweitens in Form der erhöhten Abwärmelieferung des Verbrennungsmotors.
Erfindungsgemäss werden zur Dampferzeugung ausschliesslich die im Fahrzeug ohnedies vorhandenen Energiequellen verwertet, soweit sie beim Betriebe Abfall- und Überschluenergien liefern können. Denn sowohl die Auspuff- und Kühlwasserwärme als auch die elektrische Energie (in den Zeiten geringen oder aussetzenden Zugswiderstandes, d. h. bei stillstehendem Fahrzeug oder auf Gefällstrecken) stellen betriebsmässige Abfall-bzw. Überschussenergien dar, welche unter Ausschluss anderer Heizmittel allein zur Dampferzeugung verwendet werden. Die kombinierte Heizanlage gewährleistet unter normalen Verhältnissen die durchgehende Heizung des Zuges und ermöglicht in wirtschaftlicher Weise die Vorheizung des Zuges vor Abfahrt.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer zur Ausübung des Verfahrens verwendbaren Einrichtung im Schema dargestellt. Bei Fahrzeugen mit elektrischer Kraftübertragung ist'der Verbrennungsmotor T mit dem Generator G direkt gekuppelt, welch letzterer die mechanische Leistung des Verbrennungsmotors in elektrische Energie umsetzt und damit die Elektromotoren zum Radantrieb der Anhängewagen über die Leitungen L versorgt. Die Auspuffgase des Verbrennungsmotors V gelangen durch die 4-uspuffleitungen E in den Auspuffsammelraum A, der von dem Wasserraum D umgeben ist und von dort durch das Rohr R, welches durch den Dampfkessel B geführt ist zu dem Zwecke, weitere Wärme an den Dampfkessel abzugeben, ins Freie.
In dem Kessel B sind ausserdem elektrische Heizwiderstände W eingebaut, welche über die Schalter S an die Leitungen L des Generators vollständig oder teilweise angeschlossen werden können. Die Schalter S können hiebei entweder als automatische oder aber bloss als Handschalter ausgebildet sein, wobei im Falle der Ausbildung als Automaten zur Steuerung derselben der Stromkonsum der Elektromotoren herangezogen werden kann, da im Falle deren grosser Belastung die volle elektrische Energie den Motoren zugeführt werden soll, während im Falle deren Unterbelastung oder deren Stillstandes ein Teil oder die volle elektrische Energie dem Heizwiderstand W im Dampfkessel B zugeführt werden soll.
Das Kühlwasser des Verbrennungsmotors V wird durch die Wirkung der Kühlwasserpumpe P durch Zylinderblock und Zylinderköpfe, hierauf durch den Speisewasservorwärmer VW und dann in den Kühler lE, der mittels'des Ventilators F belüftet wird, gedrückt. Vom Kühler K kehrt das Kühlwasser zur Pumpe zurück.
Die Speisepumpe SP drückt das Speisewasser für die Heizkessel zuerst durch den Vorwärmer Vw, wo demselben beispielsweise in einer besonderen Heizschlangenführung die Wärme des Kühlwassers zur Vorwärmung zugeführt wird und von dort erst in den Wasserraum um das Auspuffsammelrohr. A, welcher als erste Stufe des Dampfkessels B ausgebildet und mit diesem durch Steigrohre verbunden ist. Für die Dampferzeugung im Kessel B bzw. Wasserraum D können dadurch folgende, auf dem Triebwagen vorhandene Wärmeenergiequellen ausgenutzt werden : die Auspuffwärme der Abgase des Verbrennungsmotors, welche im Aus puffsammelraum A bzw.
Auspuffrohr R dem Kesselwasser ihren Wärmeinhalt zur Gänze abgeben ; ausserdem die mechanische Leistung des Verbrennungsmotors V im Wege der Umwandlung in elektrische Energie im Generator G über die Heizwiderstände W, wobei erforderlichenfalls die ganze Motorleistung in elektrische Heizenergie umgewandelt werden kann, und schliesslich der Wärmeinhalt des Kühlwassers des Verbrennungsmotors V entweder-wie dargestellt-durch blosse Wärmeabgabe im Vorwärmer VW oder aber durch Entnahme des Dampfkesselspeisewassers'aus der Kühlwasserzirkulationsleitung des Verbrennungsmotors V, wobei die ersterwähnte Ausnützung wegen der Vermeidung grösserer Kesselsteinbildungen naturgemäss vorzuziehen ist.
Bei der tatsächlichen Ausführung der Heizdampferzeugungsein-
EMI2.1
dargestellt-in zwei Stufen auszunützen, wobei die erste Stufe in einem Kessel D sich vollzieht, welcher durch die Ummantelung des am Verbrennungsmotor angebauten Auspuffsammelrohres A gebildet wird, während die zweite Stufe durch einen Kessel B gebildet wird, in dem sich der Dampf sammelt und die elektrischen Heizkörper sich befinden. Der zweite Kessel B befindet sich vorteilhaft in der Nähe des Führers und besitzt auch alle für den Betrieb und die Kontrolle nötigen Apparate, wie Sicherheitsventil, Wasserstandsanzeiger, Absperrventile usw.
Im folgenden sei der Betriebsvorgang für die Zugsheizung kurz beschrieben :
Eine entsprechende Zeit vor der Abfahrt des Zuges wird der Verbrennungsmotor F angelassen und der Generator G auf die ganzen Heizwiderstände IF geschaltet. Ein früheres Anlassen ist bei Motorfahrzeugen schon aus dem Grunde notwendig, weil der Verbrennungsmotor vor Antritt der Fahrt auf Betriebswärme gebracht werden muss. Er wird dadurch belastet und gibt von der zugeführten im Brennstoff enthaltenen Wärmemenge zirka 20% in Form von elektrischer Energie und zirka 30 % in Form von Auspuff-und Kühlwasserwärme an den Heizkessel ab.
Unmittelbar vor der Abfahrt wird der Generator ( ? von den Heizwiderständen
<Desc/Clms Page number 3>
entweder ganz oder teilweise getrennt und auf die Bahllmotoren geschaltet. Da der Verbrennungsmotor bei der Fahrt durch die Traktionsleistung genügend belastet ist, genügt die im Auspuff vorhandene Abwärme, um die Heizung zur Dampfbildung aufrechtzuerhalten.
In den Stationen kann jedesmal durch Einschalten der Heizwiderstände IV der Kessel B nachgeheizt werden. Hat der Zug eine längere Gpfällsstrecke zu befahren, wo vom Verbrennungsmotor V keine Traktionsleistung verlangt wird, so kann die Heizung dadurch vollkommen aufrechterhalten werden, dass die Bahnmolorell vollkommen abgeschaltet werden und der Generator G ausschliesslich auf die Heizwiderstände W arbeitet. Ebenso kann auf Fahrten, wo der Verbrennungsmotor nicht voll belastet läuft, ständig ein Teil der Heizwiderstände W angeschaltet bleiben, um die Heizwirkung zu verstärken. Man ersieht, dass die Heizung bezüglich ihrer Stärke leicht den jeweiligen Bedürfnissen angepasst werden kann.
Der Vorteil einer solchen Anordnung gegenüber den bekannten Heizsystemen besteht in der äusserst einfachen Bedienung und Regelbarkeit vom Führerstand aus, in der ausserordentlichen Sauberkeit und in der guten Ausnützung der im Brennstoff enthaltenen Wärme.
Dazu kommen noch betriebstechnische Vorteile, die sich daraus ergeben, dass die Heissdampferzeugungseinrichtung mit dem Verbrennungsmotor zu einer technischen Einheit vereinigt ist und ein gleicher Brennstoff für Kraft-und Wärmeerzeugung Verwendung findet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Heizung der Zugsanhängewagen von Motorfahrzeugen mit elektrischer Kraftübertragung, dadurch gekennzeichnet, dass die Abwärmelieferung des Verbrennungsmotors zur Heizdampferzeugung, insbesondere in Zeiten geringen oder aussetzenden Zugswiderstandes durch Belastung des Generators aufrechterhalten wird.