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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur druckgeschützten
Belüftung
von Hochgeschwindigkeitszügen.
Es besteht aus Druckschutzventilen mit veränderlich einstellbarem Drosselquerschnitt,
wobei die Grenzwerte gänzlich
geschlossen und gänzlich
geöffnet
eingeschlossen sind und aus drehzahlverstellbaren Lüftern. Es
gewährleistet
die Einhaltung der zulässigen
Grenzen für
die Druckänderungsgeschwindigkeit
im Inneren von Eisenbahnwagen bei äußeren Druckstoßereignissen,
die aus dem Hochgeschwindigkeitsbetrieb resultieren. Das Schließen, Drosseln
und Öffnen
der Ventile erfolgt in Kombination mit der Drehzahlveränderung
der Lüfter
derart, dass diese Bedingung eingehalten wird.
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Die Wagen von Hochgeschwindigkeitszügen mit
ihrem Lüftungs-
bzw. Klimatisierungssystem müssen
druckertüchtigt
ausgeführt
werden, um die Fahrgäste
vor den auf das Mittelohr schmerzhaft wirkenden äußeren Druckstößen zu schützen, die
bei Tunneldurchfahrten und Zugbegegnungen außerhalb des Wagens entstehen
können.
Während
die Herstellung druckdichter Wagenkästen beherrscht wird, müssen für das Lüftungssystem
spezielle Vorkehrungen getroffen werden, um das Eindringen von Druckstößen durch
die Lüftungsöffnungen
für die
Außenluft und
für die
Fortluft zu verhindern. Parallel zum Schutz der Fahrgäste vor
zu hohen Druckänderungsgeschwindigkeiten
muß andererseits
immer so viel Außenluft
in das Fahrzeug gelangen, dass die Luftqualität entsprechend der hygienischen
Vorschriften eingehalten wird. Diese beiden Anforderungen sind konträr zueinander,
weil der Druckschutz im Extremfall das völlige Schließen der
Außenluftöffnungen
erfordert, während
die Luftqualität
im Extremfall das völlige Öffnen notwendig
macht.
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Zur möglichst guten Gewährleistung
beider Anforderungen liegen eine Reihe bekannter Lösungen vor,
u.a. das im
EP 0 845 400 beschriebene Drehzahlsteigerungs-Drosselsystem.
Dabei wird bei einer Überdruckwelle
der Außenquerschnitt
immer auf den Wert gedrosselt, der erforderlich ist, um den Außenluftstrom
auf einem festgelegten Wert zu halten und die Drehzahl des Fortlüfters wird
auf den Wert gesteigert, um die Fortluft in gleicher Menge gegen
den gesteigerten Außendruck
zu fördern.
Bei Unterdruckwellen arbeitet das System entsprechend umgekehrt,
d.h. auf der Außenluftseite
mit Drehzahlsteigerung des Lüfters
und auf der Fortluftseite mit Drosselung des Querschnittes. Bei
Drücken
oberhalb des zulässigen
Einsatzbereiches dieses Systems erfolgt die generelle Schließung des
Außen-
und des Fortluftsystems und die Umschaltung auf Umluftbetrieb. Da
dies nur bei wenigen Spitzendruckereignissen erforderlich ist, bleibt
die Luftqualität
im Wageninneren ausreichend gut.
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Mit dieser Lösung können für jeden Außendruck vorteilhaft miteinander
korrespondierende Werte von Lüfterdrehzahl
und Drosselquerschnitt gefunden und durch einen Regler eingestellt
werden. Das muß in
sehr kurzen Zeitabschnitten von unter 100 ms erfolgen, da die Druckstöße mit sehr
großen Gradienten
erfolgen. Bei der Einstellung der Drosselquerschnitte gibt es diesbezüglich mittels
elektropneumatischer Stellglieder keine Schwierigkeiten. Als nachteilig
erweist sich das System jedoch bei der Einstellung der Lüfterdrehzahl
infolge der Massenträgheit
der Lüfterräder und
der begrenzten Drehmomente der üblichen
Lüftermotoren.
Lediglich mit geschalteten Reluktanzmotoren lässt sich die Aufgabe lösen, wobei
aber diese Motoren wegen ihrer Spezialausführung und ihrer speziellen
Steuerung hohe Kosten verursachen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es nun, ein Verfahren zur druckgeschützten Belüftung von Hochgeschwindigkeitszügen vorzustellen,
welches den Nachteil der o.g. Lösung
infolge der Lüfterträgheit vermeidet
und insbesondere deren Vorteil des Druckschutzes mit gleichzeitig
weitgehend gewährleisteter
Außenluftzufuhr
zur Einhaltung der Luftqualitätsparameter
nutzt.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den
Anspruch 1 gelöst.
Die Ansprüche
2 bis 4 stellen vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens
dar.
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Die Erfindung beinhaltet demgemäß ein Verfahren
zur druckgeschützten
Belüftung
von Hochgeschwindigkeitszügen,
wobei von einem Außenlüfter die
Außenluft über eine
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Außenluftöffnung und ein Eintrittsdrossel- und
schließventil
angesaugt und über
ein Luftbehandlungs- und -verteilungssystem in den Wagen gefördert wird
und die gleiche Menge Luft als Fortluft von einem Fortlüfter über ein
Fortluftdrossel- und -schließventil
nach außen
gelangt. Im Druckschutzfall, d.h. beim Auftreten eines Druckstoßes mit
entsprechend hohen Drücken
bzw. Druckänderungsgeschwindigkeiten
wird das von einem entsprechenden Sensor aufgenommene Drucksignal
in einem Regler zweckmäßig verarbeitet
und Drosselquerschnitt der Außen-
bzw. Forfluftöffnung
und Drehzahl des Zu- bzw.
Fortlüfters
entsprechend ihrer Charakteristik so eingestellt, dass der Wageninnendruck
bzw. sein Gradient in den zulässigen
Grenzen bleiben. Um die Einstellzeit der jeweiligen Lüfterbaugruppe
zu berücksichtigen,
ohne dass sich in dieser Zeit schon unzulässige Druckwerte im Wageninneren
ausbilden, werden zuerst kurzzeitig die beiden Ventilbaugruppen
auf der Zuluft- und auf der Fortluftseite völlig geschlossen und erst dann
auf den erforderlichen Drosselquerschnitt eingestellt, wenn die
Lüfterdrehzahl den
neuen Sollwert angenommen hat. Mit frequenzgestellten Motoren oder
mit elektronisch kommutierten Motoren im Leistungsbereich der Bahnklimasysteme
kann dies in weniger als 2s erfolgen. Während dieser kurzen Zeit ist
eine unzulässige
Verschlechterung der Luftqualität
ausgeschlossen. Ebenso wird wie schon bei der Lösung nach
EP 0 845 400 die Außenluftseite
völlig
geschlossen, wenn der Außendruck
solche Werte annimmt, die nicht mehr durch die Lüfter kompensiert werden können.
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Da mit der Drehzahlsteigerung der
Lüfter eine
Steigerung der Leistungsaufnahme des Antriebsmotors mit ca. der
dritten Potenz erfolgt, erweist es sich als zweckmäßig, bei
Druckstoßbetrieb
der Klimaanlage den Außenluftstrom
auf bis zu 50% zu reduzieren und den Umluftstrom zu unterbrechen,
so dass bei der doppelten Drehzahl und der halben Luftmenge der
vierfache Druck entsteht, aber auch nur die vierfache Antriebsleistung
statt der achtfachen benötigt
wird. Diese Bedingung ist technisch noch realisierbar.
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Die Erfindung soll anhand des Ausführungsschemas
nach 1 näher beschrieben
werden:
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Es zeigt 1: Verfahrensschema des Ventilschließ-Drehzahländerungs-Drosseldruckschutzsystem
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Das Innere eines Bahnfahrzeuges (Abteil, Großraum oder
Kombination aus beiden) 1 wird über das Außenluft-Druckschutzventil mit
Stelleinrichtung 2 vom motorgetriebenen Lüfter 3 mit
Zuluft 9 versorgt, die sich aus Außenluft 8 und Umluft 9 zusammensetzt
bzw. nur aus Außenluft
oder nur aus Umluft besteht. Die Fortluft 11 wird vom motorgetriebenen Lüfter 6 über das
mit Stelleinrichtung versehene Fortluft-Druckschutzventil 5 als
Abluft 12 in die Umgebung gefördert. Beide Ventile und Motoren
werden über
die jeweiligen Regler 4 und 7 druckabhängig gesteuert.
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Beim Auftreten eines ersten Druckstoßes außerhalb
des Fahrzeuges schließen
die beiden Regler 4 und 7 die Ventile 2 und 5 völlig. Parallel
dazu verarbeiten die Regler 4 und 7 das Drucksignal
nach Größe und Vorzeichen
und stellen die Drehzahl des Lüfters 3 auf
der Außenlufseite
und des Lüfters 6 auf
der Fortluftseite auf die zu dem jeweiligen Druck gehörenden Werte
ein und öffnen
nach der Drehzahleinstellung beide Ventile 2 und 5 auf
den zu Druck und Drehzahl gehörendem
Drosselquerschnitt. Dabei sind folgende beiden Grenzzustände zu unterscheiden:
Bei
einer Überdruckwelle
bleibt die Drehzahl des Lüfters 3 auf
der Außenlufseite
unverändert,
der Querschnitt des Außenluft-Druckschutzventils 2 wird
auf den Wert eingestellt, bei dem sich eine nahezu unveränderte Außenluftmenge
ergibt. Auf der Fortluftseite bleibt der Querschnitt des Fortluft-Druckschutzventils 5 voll
offen, und der Lüfter 6 wird
in seiner Drehzahl so eingestellt, dass der Außendruck überwunden wird und er eine
nahezu unveränderte
Fortluftmenge fördert.
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Bei einer Unterdruckwelle bleibt
der Querschnitt des Außenluft-Druckschutzventils
voll offen und der Lüfter 3 auf
der Außenluftseite
wird mit der Drehzahl auf den Wert eingestellt, bei dem er den verringerten
Außendruck überwinden
und einen nahezu gleichbleibenden Außenluftstrom 8 fördern kann.
Der Querschnitt des Fortluft-Druckschutzventils 5 wird
auf den Wert eingestellt, bei dem sich eine nahezu unveränderte Fortluftmenge
ergibt.
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Werden sehr hohe Druckwerte gemessen, dir
durch die Drehzahlsteigerung der Lüfter 3 bzw. 6 nicht
mehr kompensiert werden können,
bleiben die beiden Druckschutzventile 2 und 5 so
lange geschlossen, bis der Druck wieder auf einen Wert gefallen
ist, gegen den der jeweilige Lüfter 3 bzw. 6 arbeiten
kann.
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Der Umluftstrom 10 wird
nach Bedarf der Klimatisierung bzw. Heizung über den Klimaregler eingestellt
bzw. gesperrt.