AT502757A2

AT502757A2 - Schienentriebfahrzeug mit einem maschinenraum

Info

Publication number: AT502757A2
Application number: AT14942006A
Authority: AT
Inventors: Michael Kistner; Harry Mrugalla; Andreas Vogel
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2006-09-07
Publication date: 2007-05-15
Also published as: DE102005045608A1; DE102005045608B4; AT502757B1; CH699718B1; AT502757A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schienentriebfahrzeug mit einem Maschinenraum, in dem eine zu kühlende Triebfahrzeugkomponente, beispielsweise ein Transformator oder ein Umrichter, enthalten ist.
Der Erfindung liegt bezüglich eines solchen Schienentriebfahrzeugs die Aufgabe zugrunde, dieses derart zu gestalten, dass eine optimale Kühlung der im Maschinenraum enthaltenen Triebfahrzeugkomponente erreicht wird. Ausserdem soll bewirkt werden, dass ein Wärmeübergang von der Triebfahrzeugkomponente zu einem an den Maschinenraum angrenzenden weiteren Raum z. B. Passagierraum - so gering wie möglich ist.
Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Schienentriebfahrzeug der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst .

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Schienentriebfahrzeugs sind in Unteransprüchen angegeben.
Danach ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass der Maschinenraum mindestens eine Lufteinlassöffnung aufweist, über die Umgebungsluft ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung derart in den Maschinenraum gelangt, dass die Umgebungsluft im Maschinenraum frei zirkuliert und die zu kühlende Triebfahrzeugkomponente in freier Luftströmung von aussen umspült.

Der Maschinenraum ist erfindungsgemäss ausserdem mit einer Kühleinrichtung ausgestattet, die mit der zu kühlenden Triebfahrzeugkomponente in Verbindung steht und die derart ausgestaltet ist, dass sie während ihres Kühlbetriebes die frei zirkulierende Luft des Maschinenraums als Kühlluft ansaugt, mit dieser die Triebfahrzeugkomponente unmittelbar oder mittelbar kühlt und die erwärmte Kühlluft mittels eines Abluftkanals unmittelbar aus dem Maschinenraum herausleitet - beispielsweise heraus bläst, insbesondere nach aussen in die Umgebung. Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Schienentriebfahrzeugs ist darin zu sehen, dass bei diesem eine optimale Kühlung der Triebfahrzeugkomponente erreicht wird. Dies liegt konkret an dem erfindungsgemäss vorgesehenen "doppelseitigen" Kühlen der Triebfahrzeugkomponente .

Konkret wird mit der
Kühleinrichtung, die mit der Triebfahrzeugkomponente in Verbindung steht, eine "primäre" Kühlung der Triebfahrzeugkomponente erreicht. Die sich bei dem Kühlen der Triebfahrzeugkomponente durch die Kühleinrichtung erwärmende Kühlluft wird unmittelbar aus dem Maschinenraum heraus geblasen, wodurch sichergestellt wird, dass die von der Kühleinrichtung abgeführte Abwärme den Maschinenraum unmittelbar verlässt.

Eine "sekundäre" Kühlung der Triebfahrzeugkomponente wird durch die im Maschinenraum frei zirkulierende Umgebungsluft bewirkt, die die Triebfahrzeugkomponente von aussen umströmt und eine äussere bzw. aussenseitige Kühlung bewirkt.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemässen Schienentriebfahrzeugs ist darin zu sehen, dass eine optimale Wärmeisolation zwischen der im Maschinenraum befindlichen Triebfahrzeugkomponente und einem an den Maschinenraum angrenzenden weiteren Raum, beispielsweise dem Passagierraum, bewirkt wird. Die thermische Isolation ist auf die im Maschinenraum frei zirkulierende Umgebungsluft zurückzuführen, die eine Art Wärmepuffer zwischen der relativ warmen Triebfahrzeugkomponente und dem an den Maschinenraum angrenzenden Passagierraum hervorruft.

Mit anderen Worten hat die im Maschinenraum frei zirkulierende Umgebungsluft also zweierlei Aufgaben: Zum einen stellt sie die für die Kühleinrichtung erforderliche Kühlluft bereit, die zur unmittelbaren Kühlung der Triebfahrzeugkomponente herangezogen wird; zum anderen bewirkt sie eine optimale thermische Abschottung zwischen der Triebfahrzeugkomponente und dem an den Maschinenraum angrenzenden Passagierraum.
Im Ergebnis wird bei dem erfindungsgemässen Schienenfahrzeug also eine deutliche bessere Kühlung der Triebfahrzeugkomponente und eine deutliche bessere Abschottung des Passagier rau s erreicht, als dies der Fall wäre,

wenn lediglich Umgebungsluft mit einem Ventilator in den Maschinenraum geblasen und mittels AbluftÖffnungen aus dem Maschinenraum herausgeleitet wird.
Die Kühlung der Triebfahrzeugkomponente kann durch die Kühleinrichtung unmittelbar beispielsweise dadurch bewirkt werden, dass die Kühleinrichtung die Kühlluft direkt durch entsprechende Kühlrippen oder Kühlrohre oder dergleichen der Triebfahrzeugkomponente leitet und somit eine Luftkühlung hervorruft; alternativ kann die Kühleinrichtung die Triebfahrzeugkomponente mittelbar kühlen, indem sie die Kühlluft über einen Wärmetauscher leitet, der die durch die Triebfahrzeugkomponente erzeugte Wärme an die Kühlluft überträgt.

Von dem Wärmetauscher gelangt die erwärmte Kühlluft dann zurück zur Kühleinrichtung und von dort über den Abluftkanal aus dem Maschinenraum heraus.
Zur Verkürzung der Montage-, Inbetriebsetzungs- und Prüfdauer des Schienenfahrzeugs wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Triebfahrzeugkomponente sowie die Kühleinrichtung eine bauliche Einheit bilden. Eine bauliche Einheit ermöglicht es nämlich, die Triebfahrzeugkomponente und die Kühleinrichtung sehr einfach gemeinsam in das Triebfahrzeug einzusetzen bzw. aus diesem zu Reparatur- oder Austauschzwecken wieder zu entnehmen.
Die Triebfahrzeugkomponente kann beispielsweise einen Transformator - z.

B. einen Haupttransformator - oder einen Umrichter oder dergleichen umfassen oder bilden.
Um zu vermeiden, dass die im Maschinenraum frei zirkulierende Umgebungsluft zu einer Verschmutzung von internen Funktionsmodulen oder von anderen Bestandteilen der Triebfahrzeugkomponente führt, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die Triebfahrzeugkomponente ein äusseres Gehäuse aufweist, das luftdicht, zumindest annähernd luftdicht, ist.

Bevorzugt weist die Triebfahrzeugkomponente ein Gehäuse auf, das von der Luft des Maschinenraums von aussen umspült wird; die Kühleinrichtung bewirkt in diesem Falle eine Kühlung im Inneren des Gehäuses .
Die Lufteinlassöffnung des Maschinenraums kann besonders einfach und kostengünstig, beispielsweise durch ein Gitter oder dergleichen, gebildet sein.
Um eine optimale wärmetechnische, akustische sowie elektromagnetische Abschirmung des Passagierraumes von dem Maschinenraum zu erreichen, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn der Maschinenraum von dem Passagierraum durch eine geeignete Trennwand getrennt wird.

Zur magnetischen und zur elektromagnetischen Abschirmung kann die Trennwand beispielsweise
Trennbleche aufweisen; derartige Trennbleche bieten in vorteilhafter Weise gleichzeitig auch einen effizienten Brandschutz .
Zum Ansaugen der Umgebungsluft aus dem Maschinenraum weist die Kühleinrichtung vorzugsweise eine Ansaugöffnung auf;

eine Abluftöffnung dient zum Anschluss des Abluftkanals an die Kühleinrichtung.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Kühlen einer in einem Maschinenraum eines Schienentriebfahrzeugs betriebenen Triebfahrzeugkomponente .
Um bei einem solchen Verfahren eine optimale Kühlung der Triebfahrzeugkomponente sicherzustellen und um eine optimale thermische Abschirmung zwischen der Triebfahrzeugkomponente und einem an den Maschinenraum angrenzenden Passagierraum zu erreichen, ist erfindungsgemäss vorgesehen, dass über mindestens eine Lufteinlassöffnung Umgebungsluft ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung derart in den Maschinenraum geleitet wird, dass die Umgebungsluft im Maschinenraum frei zirkuliert und die zu kühlende Triebfahrzeugkomponente in freier Strömung von aussen umspült.

Ausserdem ist vorgesehen, dass mit ei ner im Maschinenraum vorhandenen Kühleinrichtung die frei zirkulierende Luft des Maschinenraums als Kühlluft angesaugt wird und mit der angesaugten Luft die Triebfahrzeugkomponente unmittelbar oder mittelbar gekühlt wird und dass anschliessend die erwärmte Kühlluft mittels eines Abluftkanals unmittelbar aus dem Maschinenraum heraus geleitet, beispielsweise nach aussen in die Umgebung geblasen wird.
Die Kühlung der Triebfahrzeugkomponente kann beispielsweise unmittelbar oder mittelbar mittels eines Wärmetauschers durchgeführt werden.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Figur 1 ein Ausführungsbeispiel dargestellt.
Man erkennt in der Figur 1 ein Schienentriebfahrzeug 10, das einen Maschinenraum 20 sowie einen Passagierraum 30 umfasst. Der Passagierraum 30 ist von dem Maschinenraum 20 durch eine Trennwand 40 getrennt.

Bei dem Schienentriebfahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Doppelstock-Triebfahrzeug handeln. Wie sich in der Figur 1 erkennen lässt, sind der Maschinenraum 20 sowie der Passagierraum 30 innerhalb des Wagenkastens 45 des Schienentriebfahrzeugs 10 angeordnet.
Innerhalb des Maschinenraumes 20 ist eine Triebfahrzeugkomponente 50 installiert, die mittels eines mit dem Bezugszeichen 60 gekennzeichneten Wärmetauschers mit einer Kühleinrichtung 70 verbunden ist.
Eine Seitenwand 80 des Maschinenraums 20 ist mit einer Lufteinlassöffnung 90 in Form eines Gitters ausgestattet. Durch diese Lufteinlassöffnung 90 kann Umgebungsluft von aussen also von ausserhalb des Schienentriebfahrzeugs - in den Maschinenraum gelangen.

Der Luftfluss von aussen in den Maschinenraum 20 hinein erfolgt druckfrei, also "hilfsmittelfrei"
(ohne einen Ventilator oder dergleichen) ; beispielsweise wird während der Fahrt des Schienentriebfahrzeugs die Umgebungsluft als Fahrtwind durch die Lufteinlassöffnung 90 in den Ma schinenraum hinein geblasen. Zusätzlich zu der gezeigten Lufteinlassöffnung 90 können beispielsweise noch weitere Lufteinlassöffnungen vorhanden sein.
In der Figur 1 visualisieren Pfeile 100 den Luftstrom der Umgebungsluft. Man erkennt, dass die Umgebungsluft im Maschinenraum 20 frei zirkuliert und ein Gehäuse 110 der Triebfahrzeugkomponente 50 von aussen in freier Strömung umspült.
Ausserdem erkennt man in der Figur 1, dass die Umgebungsluft durch eine Ansaugöffnung 120 der Kühleinrichtung 70 angesaugt und in die Kühleinrichtung 70 hineingesaugt wird.

Von der Ansaugöffnung 120 gelangt die Umgebungsluft zum Wärmetauscher 60, der beispielsweise räumlich hinter der Ansaugöffnung 120 angeordnet ist und in dem die von der Triebfahrzeugkomponente 50 erzeugte Abwärme in die Umgebungsluft eingeleitet wird und somit "erwärmte" Kühlluft gebildet wird. Die erwärmte Kühlluft gelangt danach über eine Abluftöffnung 130, die ausgangsseitig mit einem Abluftkanal 140 in Verbindung steht, zu einer Luftauslassöffnung 150, die an der Seitenwand 80 des
Maschinenraums 80 angeordnet ist.

Durch diese Luftauslass[delta]ffnung 150 wird die erwärmte Kühlluft von der Kühleinrichtung 70 aus dem Maschinenraum heraus geblasen, so dass keine thermische Kopplung zwischen der erwärmten Kühlluft und der im Maschinenraum frei zirkulierenden Umgebungsluft auftreten kann.
Die hauptsächliche bzw. betriebswesentliche Wärmeabfuhr der Wärme der Triebfahrzeugkomponente 50 wird somit durch die Kühleinrichtung 70 bewirkt.
Wie sich den obigen Ausführungen entnehmen lässt, weist die Umgebungsluft innerhalb des Maschinenraums 20 zwei unterschiedliche Funktionen auf. Zum einen gelangt sie zur Kühleinrichtung 70 und kühlt somit die Triebfahrzeugkomponente 50 über den Wärmetauscher 60 mittelbar.

Eine weitere Funktion der Umgebungsluft besteht darin, das Gehäuse 110 der Triebfahrzeugkomponente 50 aussen zu umspülen und so eine thermi sehe Pufferzone zwischen der relativ warmen bzw. heissen Triebfahrzeugkomponente 50 und der Trennwand 40 bzw. dem Passagierraum 30 zu bewirken.
Um zu vermeiden, dass die Umgebungsluft, die durch die Lufteinlassöffnung 90 in den Maschinenraum 20 gelangt, mechanische oder elektrische Bestandteile der Triebfahrzeugkomponente 50 verschmutzen kann, ist das Gehäuse 110 vorzugsweise luftdicht, zumindest annähernd luftdicht ausgeführt; ein Eindringen von Schmutzpartikeln und dergleichen wird somit vermieden.
Die Trennwand 40 ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie ebenfalls eine thermische Isolation zwischen dem Maschinenraum 20 und dem Passagierraum 30 bewirkt.

Ausserdem ist die Trennwand 40 vorzugsweise auch akustisch dämmend, um einen maximalen Komfort für die im Passagierraum befindlichen Fahrzeuginsassen zu gewährleisten. Zusätzlich kann die Trennwand 40 mit magnetischen Trennblechen ausgestattet sein, um eine magnetische und auch elektromagnetische Abschirmung der im Maschinenraum 20 triebfahrzeugkomponentenseitig erzeugten Magnetfelder zu bewirken. Derartige magnetische Trennbleche gewährleisten zugleich auch einen sehr effektiven Brandschutz .
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 1 sind sowohl die Lufteinlassöffnung 90 als auch die Luftauslassöffnung 150 an derselben Seitenwand 80 des Maschinenraums 20 angebracht.

Alternativ können die Lufteinlassöffnung 90 und/oder die Luftauslassoffnung 150 auch an unterschiedlichen und/oder anderen Wänden, beispielsweise anderen Seitenwänden, dem Boden oder der Decke des Maschinenraums 20 angeordnet sein.

Claims

Patentansprüche

1. Schienentriebfahrzeug (10) mit einem Maschinenraum (20), in dem eine zu kühlende Triebfahrzeugkomponente (50) enthalten ist, dadurch gekennzeichnet,

- dass der Maschinenraum (20) zumindest eine Lufteinlassöffnung (90) aufweist, über die Umgebungsluft ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung derart in den Maschinenraum gelangt, dass die Umgebungsluft im Maschinenraum frei zirkuliert und die zu kühlende Triebfahrzeugkomponente (50) in freier Strömung von aussen umspült, und

- dass der Maschinenraum eine Kühleinrichtung (70) aufweist, die mit der zu kühlenden Triebfahrzeugkomponente in Verbindung steht und die derart ausgestaltet ist, dass sie während ihres Kühlbetriebs die frei zirkulierende Luft des Maschinenraums als Kühlluft ansaugt, mit dieser die Triebfahrzeugkomponente unmittelbar oder mittelbar kühlt und die erwärmte Kühlluft mittels eines Abluftkanals (140) unmittelbar aus dem Maschinenraum herausleitet.

2. Schienentriebfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung zur mittelbaren Kühlung einen Wärmetauscher (60) aufweist, der mit der Triebfahrzeugkomponente thermisch gekoppelt ist .

3. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebfahrzeugkomponente und die Kühleinrichtung eine bauliche Einheit bilden.

4. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebfahrzeugkomponente einen Transformator oder einen Umrichter umfasst oder bildet.

5. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, <EMI ID=9.1>

- dass die Triebfahrzeugkomponente ein Gehäuse (110) aufweist, das von der Luft des Maschinenraums von aussen umspült wird, und

- dass die Kühleinrichtung eine Kühlung im Inneren des Gehäuses bewirkt.

6. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse luftdicht ausgeführt ist .

7. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufteinlassöffnung durch ein Gitter (90) gebildet ist.

8. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Maschinenraum von einem Passagierraum (30) des Schienentriebfahrzeugs durch eine Trennwand (40) getrennt ist.

9. Schienentriebfahrzeug nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung eine Ansaugöffnung (120) zum Ansaugen der Luft des Maschinenraums (20) und eine Abluftöffnung (130) , die mit dem Abluftkanal (140) in Verbindung steht, aufweist.

10. Verfahren zum Kühlen einer in einem Maschinenraum (20) eines Schienentriebfahrzeugs (10) betriebenen Triebfahrzeugkomponente (50) , dadurch gekennzeichnet,

- dass über mindestens eine Lufteinlassöffnung (90) Umgebungsluft ohne zusätzliche Druckbeaufschlagung derart in den Maschinenraum (20) geleitet wird, dass die Umgebungsluft im Maschinenraum frei zirkuliert und die zu kühlende Triebfahrzeugkomponente in freier Strömung von aussen umspült, und - dass mit einer im Maschinenraum vorhandenen Kühleinrichtung (70) die frei zirkulierende Luft des Maschinenraums als Kühlluft angesaugt wird und mit der angesaugten Luft die Triebfahrzeugkomponente unmittelbar oder mittelbar gekühlt wird und dass anschliessend die erwärmte Kühlluft mittels eines Abluftkanals (140) unmittelbar aus dem Maschinenraum heraus geleitet wird, insbesondere nach aussen in die Umgebung geblasen wird.

11, Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung der Triebfahrzeugkomponente mittelbar mittels eines Wärmetauschers (60) durchgeführt wird.