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Einrichtung zum Klimatisieren, insbesondere von Schienenfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für den Betrieb von Wechselstrommotoren bzw. andern
Stromverbrauchern, insbesondere inAnlagen zur Klimatisierung von Schienenfahrzeugen des internationa- len Verkehrs auf elektrifizierten Strecken, wobei die Anspeisung durch den Fahrdraht wahlweise durch
Wechselstrom verschiedener Frequenz und Spannung oder durch Gleichstrom verschiedener Spannung er- folgen kann.
Bisher wurden derartige Anlagen vornehmlich in Dieselfahrzeugen ausgeführt, wobei die elektrische Energie für Heizung und Kühlung in einem je Zugseinheit nur einmal vorhandenen Diesel-GeneratorAggregat erzeugt werden musste ; solche Züge waren fahrdrahtunabhängig. Dieses Prinzip wurde auch bei fahrdrahtabhängigen Zugseinheiten beibehalten, wobei derartige Züge'jedoch eine meist untrennbare Einheit bilden.
Es wurde daher versucht, eine Anordnung zu treffen, die zumindest bei einem der gebräuchlichen Stromsysteme im Fahrleitungsnetz (Fahrdraht oder dritte Schiene) die freizügige Verwendung einzelner Wagen in beliebigen Zügen, die mit Zugheizleitungen ausgerüstet sind, und den Betrieb von Vorheizanlagen her gestattet. Bei andern Stromsystemen sind ebenfalls einzelne Wagen freizügig verwendbar und an Vorheizanlagen anschliessbar, soferne die Wagen aneinander gereiht sind und sich in mindestens einem der Wagen eine Umformergruppe befindet.
Erfindungsgemäss ist die Einrichtung zum Klimatisieren, insbesondere von Schienenfahrzeugen, zur Verwendung in Netzen mit unterschiedlichen Spannungen und Stromarten, bei der die Heizkörper in Abhängigkeit von der stromartabhängigen Schalteinrichtung aus der Fahrleitung gespeist sind und die elektrischen Klimaanlage-Maschinen und-Apparate, insbesondere Hilfsbetriebemotoren, in einem gesondertenStromkreis geschaltet sind, der mit einer immer gleichartigen Stromart gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung der in der Zugheizleitung zur Verfügung stehenden Stromart mit der Siromart der Hilfsbetriebemaschinen der gesonderte Stromkreis direkt oder über einen Umspanner gespeist ist
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die der Heizstromkreis in jenem Fahrleitungsnetz aufweist, in dem der Zug hauptsächlich verkehren soll.
Es genügt, dass in einem aus mehreren Wagen bestehenden Wagensatz nur mindestens einer der Wagen den Umformer enthält. Auch kann die Steuerung und Regelung der Einrichtung durch einen achsgetriebenen Hilfsgenerator mit Batterie gespeist sein.
Die auf Gleich- und Wechselstrom in gleicher Weise ansprechenden Stromverbraucher (z. B. Heizkörper) werden dabei in bekannter Weise unmittelbar aus der Zugheizleitung, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Schaltorganen, gespeist.
Sind die Hilfsbetriebemaschinen (Lüftermotor, Kompressormotor, Pumpenmotor) für Gleichstrom ausgelegt, so wird dieser unter einer Gleichstromfahrleitung der Zugheizleitung (der Fahrleitung) direkt entnommen. Unter Fahrleitungsnetzen mit Wechselstrom werden die Hilfsbetriebemaschinen über einen Umformer oder über Gleichrichter gespeist.
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Sind die Hilfsbetriebemaschinen für ein Wechselstromnetz ausgelegt, so wird der Strom der Zugheizleitung über einen Umspanner oder direkt entnommen und eventuell auch gleichgerichtet. Unter Fahrleitungsnetzen mit Gleichstrom werden die Hilfsbetriebemaschinen über einen Umformer gespeist. Unter Fahrleitungsnetzen mit Wechselstrom anderer Frequenz werden die Hilfsbetriebemaschinen entweder pol- umschaltbar ausgeführt oder über den Umformer gespeist.
Zweckmässigerweise sind die Umspanner in jedem Wagen vorhanden, während der Umformer nur einmal je Wagengruppe angeordnet ist. Die Zufuhr der Energie zu den Wagen dieser Gruppe erfolgt über eine Hilfsbetriebeleitung.
Die Anspeisung der Hilfsbetriebemaschinen wird in Abhängigkeit von der in der Zugheizleitung zur Verfügung stehenden Stromart durch das eingangs erwähnte System von Schaltorganen selbsttätig in bekannter Weise eingestellt.
Die Steuerung und Regelung der Klimaanlage erfolgt zweckmässigerweise über einen achsgetriebenen Hilfsgenerator mit Batterie, so dass das richtige Funktionieren der Schalteinrichtungen bei stromloser Zugheizleitung erprobt werden kann.
Durch die erfindungsgemässe Anordnung werden folgende Vorteile erzielt :
1) Bei der Fahrleitungsstromart, für welche die Anlage ausgelegt ist, sind die einzelnen Wagen frei-
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h.wendbar, soferne sie aneinandergereiht sind und einer der Wagen das Umformeraggregat enthält.
3) Die Wagen lassen sich ohne Besetzung desTriebfahrzeuges vorheizen bzw. vorkühlen ; bei der Fahrleitungsstromart für welche die Anlage direkt ausgelegt ist, kann dies bedingungslos geschehen. Bei andern Stromarten ist es erforderlich, dass der Wagen mit dem Umformeraggregat in der zu klimatisierenden Wagengruppe eingereiht ist.
4) Dieses Umformeraggregat ist im Verhältnis zu jenen Anlagen, durch die die Heizenergie umgeformt wird, klein. Es steht nur dann in Verwendung, wenn die Fahrleitungsstromart mit der Stromart, für welche die Anlage direkt ausgelegt ist, nicht übereinstimmt.
5) Werden die Hilfsbetriebemotoren für Wechselstrom ausgelegt, dann können sie als kollektorlose Motoren ausgeführt werden.
6) Der achsgetriebene Hilfsgenerator bzw. der entsprechende Umformer und die Batterie eines Wagens sind im Verhältnis zu Anlagen, bei denen auch die Energie zur Kälteerzeugung der Batterie entnommen werden muss, klein.
7) Für Batterie, Hilfsgenerator und Hilfsbetriebemotoren können Typen verwendet werden, die bei Inlandswagen mit Warmluftheizung oder Klimaanlage bereits gebräuchlich sind.
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9) Werden Reisezugwagen einer Bahnverwaltung nach dem Grundprinzip dieser Schaltanordnung mit einer Klimaanlage für eine einzige Fahrleitungsstromart ausgerüstet, dann können sie nach Ergänzung der Schaltung durch geringfügige Zubauten für den internationalen Verkehr voll geeignet gemacht werden.
Diese Wagen können von jedem beliebigen Triebfahrzeug unter jedem beliebigen Fahrleitungssystem geführt werden. Es muss dabei lediglich in einem einzigen Wagen je Wagengruppe das erwähnte Umfor- meraggregat vorhanden sein.
Eine erfindungsgemässe Anlage kann-wie in der Zeichnung beispielsweise für Auslegung der Hilfsbetriebemotoren für Wechselstrom dargestellt ist - etwa wie folgt ausgeführt werden :
Aus dem Fahrdraht 1 wird über den Stromabnehmer 2 des Triebfahrzeuges A die Fahrdrahtspannung dem Triebfahrzeug und durch dieses direkt oder über denHaupttransformator 11 der Zugheizleitung 3 zugeführt. Führt der Fahrdraht Gleichstrom (1500 V, 3000 V), so erfolgt die Zuleitung über den Kontakt 23 unmittelbar, führt der Fahrdraht Wechselstrom (15 kV, 16 2/3 Hz oder 25 kV, 50 Hz), so erfolgt die Zuleitung über den Kontakt 22 und den Haupttransformator 11 des Triebfahrzeuges. Die Systemschalter 22 und 23 werden durch einen Systemwächter 20, der die Spannung im Fahrdraht feststellt, entweder direkt oder über ein Zwischenorgan, den Systemwender 21, betätigt.
Systemwächter 20 und Systemwender 21 werden aus der Batterie 18 des Fahrzeuges bzw. des Hilfsgenerators mit Strom versorgt.
Die Heizkörper 15 in dem zu klimatisierenden Fahrzeuge werden direkt aus der Zugheizleltung 3 gespeist. Der Systemschalter 27 nimmt die Gruppierung der Heizelemente entsprechend der in der Zugheizleitung vorhandenen Spannung vor.
Die in der Klimaanlage des zu klimatisierenden Fahrzeuges C zur Kälte- und Wärmeerzeugung nöti-
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gen Hilfsbetriebemotoren (Kompressormotor 14, Lüfter- und Pumpen motoren 16) werden mit Wechsel- strom (200 V) gespeist.
Führt die Zugheizleitung 3 Wechselstrom, so erfolgt die Anspeisung in jedem Wagen C über den Kon- takt 24 und denHilfsbetriebetransformator 12. Führt dieZugheizleitung 3 aber Gleichstrom, so wird durch die Tätigkeit des Systemwächters 20 mit Systemwender 21 entsprechend der Funktionsweise der gleich- artigen. bereits beschriebenen Teile im Triebfahrzeug A durch Schliessen eines Kontaktes 25 die Anspeisung aus einerWechselstrom (200 V) führendenHilfsbetriebeleitung4 unter gleichzeitigeröffnung der Kontakte
24 und 28 bewerkstelligt.
DieseHilfsbetriebeleitung 4 wird - wenn dieZugheizleitung 3Gleichstrom führt - über einen Umfor- mer 13 in entsprechender Schaltung gespeist. Durch den in einem beliebigen Fahrzeug B des Zuges einge- bauten Umformer 13 wird die durch den ganzen Zug gehende Leitung 4 mit einer für die Hilfsbetriebemo- toren geeigneten Wechselspannung versorgt. Die Konstanthaltung von Frequenz und Spannung besorgt der Regler 40. DieStellung des Kontaktes 26 wird dabei wieder von dem in diesem Fahrzeug ohnedies vorhan- denen Systemwächter 20 (mit Systemwender 21) gesteuert. Der Umformer 13 wird zweckmässig in einem
Wagen C des Zuges untergebracht sein, kann sich aber auch im Triebfahrzeug A selbst befinden.
DieSchaltorgane 26 und 27, die durch Systemwender 21 eingestellt werden, schalten die Anspeisung hinsichtlich der Spannung (z. B. Serien-, Parallelschaltung), das Schaltorgan 28 die Motoren 14 und 16, damit diese mit der aus der Leitung 3 ankommenden Frequenz betrieben werden können.
Bei einem Zug, der auf 16 2/3 Hz und auf 50 Hz-Strecken verkehren soll, steht es nach demAusmass der zu durchfahrenden Streckenlängen ferner zur Wahl, ob die Hilfsbetriebemotoren 14 und 16 von vornherein für beide Frequenzen geeignet gemacht werden oder ob bei einer der Fahrdrahtfrequenzen der Umformer 13 zur Erzeugung derHilfsbetriebespannung herangezogen wird ; diesfalls würde das Schaltorgan 26 auch die Funktion des Schaltens des sodann mit Wechselspannung zu betreibenden Motors des Umformers 13 übernehmen, während dem Schaltorgan 28 diesfalls die blosse Funktion eines Kontaktes (wie 24 oder 25) zukommt.
Die Wärme- und Kälteschalter 32 und 31 werden wie üblich thermisch gesteuert, wobei das Schaltorgan 30 durch die Wagenbatterie bzw. den Hilfsgenerator 18 mit Strom versorgt wird.
Die Regeleinrichtung 40 des Umformers 13 wird ebenfalls aus der Batterie bzw. dem Hilfsgenerator 18 gespeist.
Es ist auch möglich, z. B. die Spannung 1500 V Gleichstrom als jene Fahrleitungsstromart vorzusehen, bei der die Wagen bedingungslos eingesetzt werden können und den Umformer 13 für die Umformung der Wechselspannungen auf 1500 V Gleichstrom zu verwenden und bei 3000 V entsprechende Serienschaltungen vorzunehmen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zum Klimatisieren, insbesondere von Schienenfahrzeugen, zur Verwendung in Netzen mit unterschiedlichen Spannungen und Stromarten, bei der die Heizkörper in Abhängigkeit von der stromartabhängigen Schalteinrichtung aus der Fahrleitung gespeist sind und die elektrischen Klimaanlage- Maschinen und-Apparate,, insbesondere dieHilfsbetriebemotoren, in einem gesonderten Stromkreis geschaltet sind, der mit einer immer gleichartigenStromart gespeist ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Übereinstimmung der in der Zugheizleitung zur Verfügung stehenden Stromart mit der Stromart der Hilfsbetriebemaschinender gesonderte Stromkreis direkt oder über einen Umspanner gespeist ist und bei Nicht- übereinstimmung der gesonderte Stromkreis aus einem Umformer gespeist ist,
der seine Energie aus der Zugheizleitung bezieht.