DE102004008437A1 - Ventilschließ-Drehzahländerungs-Drosseldruckschutzsystem - Google Patents

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    • B61RAILWAYS
    • B61DBODY DETAILS OR KINDS OF RAILWAY VEHICLES
    • B61D27/00Heating, cooling, ventilating, or air-conditioning
    • B61D27/0009Means for controlling or equalizing air pressure shocks in trains, e.g. when passing or crossing in tunnels

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druckgeschützten Belüftung von Hochgeschwindigkeitszügen und umfasst ein Ventilschließsystem in Kombination mit dem bekannten Drosselklappen-Drehveränderungssystem in der Weise, dass in jedem Falle bei Druckstoßereignissen zuerst für eine kurze Zeit das Druckschutzventil geschlossen wird, bis sich die Lüfterdrehzahl auf den jeweils erforderlichen Wert eingestellt hat. Danach öffnet das Druckschutzventil auf den dazu erforderlichen Drosselquerschnitt.

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch den Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 stellen vorteilhafte Weiterentwicklungen des Verfahrens dar.
  • Die Erfindung beinhaltet demgemäß ein Verfahren zur druckgeschützten Belüftung von Hochgeschwindigkeitszügen, wobei von einem Außenlüfter die Außenluft über eine
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung soll anhand des Ausführungsschemas nach 1 näher beschrieben werden:
  • Es zeigt 1: Verfahrensschema des Ventilschließ-Drehzahländerungs-Drosseldruckschutzsystem
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Der Umluftstrom 10 wird nach Bedarf der Klimatisierung bzw. Heizung über den Klimaregler eingestellt bzw. gesperrt.

Claims (4)

  1. Verfahren zur druckgeschützten Belüftung von Hochgeschwindigkeitszügen, wobei die Außenluft über ein Schließ- und Drosselventil 2 von einem drehzahlverstellbaren Lüfter 3 angesaugt und von einem gleichartigen Fortluftsystem wieder nach außen gefördert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei Druckereignissen mit hoher Druckänderungsgeschwindigkeit zuerst die Ventile auf der Außen- und der Fortluftseite 2 und 5 kurzzeitig für höchstens 2s geschlossen werden und parallel dazu die Lüfterdrehzahl des Außenlüfters 3 bei Unterdruckwellen oder des Fortlüfters 6 bei Überdruckwellen auf den entsprechenden Wert eingestellt und anschließend das zum jeweiligen Lüfter 3 bzw. 6 gehörende Ventil 2 bzw. 5 gänzlich und das Gegenventil auf den erforderlichen Drosselquerschnitt geöffnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellen für das Schließen bzw. Drosseln der Ventile 2 bzw. 5 und für die zugehörige Lüfterdrehzahl vom Druckerkennungs- und Regelsystem 4 und 7 auf die vorprogrammierten Werte eingestellt werden.
  3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für Normal- und Druckschutzbetrieb unterschiedliche Außenluftmengen 8 als Ausgangswert festgelegt sein können und die Regler 4 und 7 das entsprechend berücksichtigen können.
  4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei sehr hohen bzw. niedrigen Außendrücken, die durch die Lüfterdrehzahlen nicht mehr ausgeregelt werden können, die Ventile 2 und 5 auf beiden Seiten vollkommen geschlossen bleiben.
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