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Die Erfindung betrifft ein Luftleitungssystem für einen Außenlüfter eines Schienenfahrzeugs.
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Auf dem Dach eines Schienenfahrzeugs, z.B. eines Combino der Siemens AG, sind diverse Aggregate, wie z.B. Stromrichter angeordnet, welche mittels Lüftern gekühlt werden. Dabei kann sich, insbesondere in Wüstenregionen, Staub oder Sand um die Aggregate anlagern, welcher die Kühlung und damit deren Funktion beeinträchtigt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kühlung eines Aggregats eines Schienenfahrzeugs in staubiger oder sandiger Umgebung zu gewährleisten.
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Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
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Ein erfindungsgemäßes Luftleitsystem für einen außen an einem Schienenfahrzeug angeordneten Lüfter, welcher insbesondere auf einem Dach des Schienenfahrzeugs angeordnet ist, welches Schienenfahrzeug insbesondere ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, insbesondere des Nahverkehrs ist, weist eine Luftführung frei von Kanten auf, mittels welcher Luft frei von Strömungsabrissen im Luftführungssystem in den Lüfter hinein und/oder aus dem Lüfter heraus führbar ist.
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Ist die Luftführung als rohrförmiger und kantenloser Kanal ausgestaltet, wird die Luft aus einer Umgebung des Lüfters in der Luftführung zum Lüfter oder vom Lüfter weg geführt. so umfasst das Luftleitsystem weitergebildet ein Blech zur Luftführung, insbesondere ein Metal oder eine Metall-Legierung umfassend, welches die Luftführung zumindest zum Teil bildet, insbesondere die im Luftleitsystem geführte Luft umschließt und welches insbesondere in einen UV-Strahlungsbeständigen Schaumstoff des Luftleitsystems eingebettet ist. Das Luftleitsystem ist insbesondere massiv und gleichzeitig leicht ausgeführt. Dazu umfasst es einen UV-Strahlungsbeständigen Kunststoff, insbesondere einen Schaumstoff, welcher insbesondere zusätzlich sehr abriebfest ist, wie z.B. glasfaserverstärkter Kunststoff.
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Als Strömungsabriss wird die Ablösung einer Strömung eines Fluids, hier insbesondere Luft, von der Oberfläche eines Körpers bezeichnet. Dabei kann es sich gleichermaßen um die Ablösung einer laminaren als auch einer turbulenten Strömung handeln.
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Durch das erfindungsgemäße Luftleitsystem werden Ablagerungen von Staub und Sand um den Lüfter, insbesondere um die Luftein- und Luftausgänge des Lüfters, wirkungsvoll verhindert, so dass eine ausreichende Kühlung der zu kühlenden Aggregate durch den Lüfter gewährleistet ist. Darüber hinaus wird Korrosion, hervorgerufen durch Ablagerungen von Staub und Sand in Kombination mit Feuchtigkeit, vermindert.
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Ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug, insbesondere des Personenverkehrs, insbesondere des Nahverkehrs, weist einen Lüfter, welcher insbesondere auf einer Außenseite des Schienenfahrzeugs angeordnet ist, und ein erfindungsgemäßes Luftleitsystem auf. Das Luftleitsystem ist insbesondere so am Lüfter angeordnet bzw. am Schienenfahrzeug montiert, dass Luft zum Lüfter oder vom Lüfter weg im Luftleitungssystem Strömungsabrissfrei geführt ist, insbesondere dadurch, dass ein Übergang zwischen dem Luftleitungssystem und dem Lüfter frei von einer Naht und frei von einer Kante ist. Der Lüfter belüftet und kühlt dadurch gegebenenfalls zumindest ein Aggregat des Schienenfahrzeugs, welches insbesondere auf einem Dach des Schienenfahrzeugs angeordnet ist. Sind mehrere Aggregate vorhanden, können auch mehrere Lüfter vorgesehen sein. Üblicherweise sind die Aggregate auf dem Dach des Schienenfahrzeugs in so genannten Containern untergebracht. Ein Container umgibt dabei ein oder mehrere Aggregate. Auch ein Lüfter kann in einem Container, insbesondere in demselben Container angeordnet sein, in welchem das zu belüftende bzw. zu kühlende Aggregat angeordnet ist. Der Container weist entsprechend zumindest einen Lufteingang und/oder zumindest einen Luftausgang zur Umwelt des Schienenfahrzeugs auf, durch welche dem Lüfter frische Luft zugeführt oder durch welche Abluft des Lüfters abgeführt werden kann. An diese Luftein- oder ausgänge schließt sich nun das Luftleitsystem an und verschließt Freiräume um die Luftein- oder -ausgänge des Containers und füllt Ecken, Kanten und Nischen aus, in welchen sich Sand und Staub absetzen konnten.
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Weitergebildet weist die Luftführung des Luftleitsystems eine erste Öffnung zur Luftführung auf, um Luft aus der Umgebung des Schienenfahrzeugs dem Lüfter zuzuführen oder um Luft aus dem Lüfter in die Umgebung abzuführen, beispielsweise anzusaugen oder auszustoßen. Vorteilhaft ist die erste Öffnung der Luftführung des Luftleitsystems frei von Verwirbelungen durch Strömungsabrisse durch weitere Anbauten des Schienenfahrzeugs angeströmt und entsprechend am Schienenfahrzeug respektive am Lüfter des Schienenfahrzeugs angeordnet. Insbesondere bei einer Strömung der Umgebungsluft entgegen einer Fahrrichtung des Schienenfahrzeugs weist das Luftleitsystem eine frei angeströmte erste Öffnung auf. Das Luftleitsystem ist entsprechend zum Schienenfahrzeug ausgestaltet und an diesem angeordnet. Ausgestaltungsgemäß wird auch bei der Ausgestaltung des Schienenfahrzeugs, insbesondere dessen Dachs, eine Anströmung der ersten Öffnung der Luftführung des Luftleitsystems frei von strömungstechnischen Abschattungen durch weitere Anbauten, insbesondere Aufbauten auf dem Dach des Schienenfahrzeugs, durch die Luft in der Umgebung des Schienenfahrzeugs berücksichtigt.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Luftleitsystem so zum Schienenfahrzeug ausgestaltet, dass in einem montierten Zustand des Luftleitsystems am Schienenfahrzeug, eine erste Stirnseite des Luftleitsystems, insbesondere der Luftführung des Luftleitsystems, mit der ersten Öffnung, eine senkrecht in eine, insbesondere in jede Längs- und/oder Querschnittsebene projizierte Kontur des Schienenfahrzeugs begrenzt. Eine Querschnittsebene steht dabei senkrecht auf einer Mittellängsachse des Schienenfahrzeugs. Eine Längsschnittebene steht wiederum senkrecht auf der Querschnittsebene und senkrecht zu einer Mittellängsebene durch das Schienenfahrzeug, welche das Schienenfahrzeug vertikal in zwei Hälften teilt und in welcher die Mittellängsachse des Schienenfahrzeugs liegt.
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Steht die Stirnseite mit der ersten Öffnung beispielsweise senkrecht auf der Mittellängsachse des Schienenfahrzeugs, und ist die erste Öffnung in Richtung der Normalen auf die Öffnung frei von Abschattungen durch weitere Anbauten des Schienenfahrzeugs, begrenzt die Stirnseite mit der ersten Öffnung sowohl die in eine Längs-, als auch die in eine Querschnittsebene projizierte Kontur des Schienenfahrzeugs. Insbesondere weist die Normale auf die erste Öffnung in horizontale oder in vertikale Richtung.
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Weitergebildet begrenzt die Stirnseite mit der ersten Öffnung das Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs. Gemäß einer Variante der Erfindung ist die erste Öffnung auf einer Front- oder Heckseite des Schienenfahrzeugs angeordnet und die Normale auf die erste Öffnung ist zur Mittellängsachse des Schienenfahrzeugs geneigt. Dadurch begrenzt die Stirnseite mit der ersten Öffnung das Lichtraumprofil des Schienenfahrzeugs nicht, jedoch kann sie eine in eine Längsschnittsebene projizierte Kontur des Schienenfahrzeugs begrenzen.
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Weitergebildet verschließt das Luftleitsystem Freiräume auf dem Dach des Schienenfahrzeugs, indem es die Freiräume bis zu den Fahrzeugrändern ausfüllt. Das Luftleitsystem bildet somit zumindest teilweise das Dach des Schienenfahrzeugs. Das Dach des Schienenfahrzeugs schließt Seitenwände des Schienenfahrzeugs nach oben hin ab und umschließt zusammen mit einem Boden und den Seitenwänden des Schienenfahrzeugs einen Innenraum des Schienenfahrzeugs und bildet gemeinsam mit den Seitenwänden des Schienenfahrzeugs die Außenkontur des Schienenfahrzeugs. Ein Übergang von den Seitenwänden zum Dach des Schienenfahrzeugs kann als eine Kante verlaufen. Ist das Dach des Schienenfahrzeugs dann somit frei von Kanten, weist das Schienenfahrzeug eine aerodynamisch günstige Form auf, weshalb sich auch insbesondere Sand oder Staub nicht am Dach festsetzen können. Ihrer strömungstechnischen Form nach zu vernachlässigende Anbauten, wie beispielsweise Antennen oder Stromabnehmer, werden hierbei nicht berücksichtigt. Öffnungen im Dach sind dann insbesondere zur Belüftung vorgesehen.
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Neben der ersten Öffnung weist die Luftführung des Luftleitsystems zumindest eine weitere, zweite Öffnung auf, welche im montierten Zustand des Luftleitsystems zum Lüfter weist. Ist die Luftführung im Inneren des Luftleitsystems rohrförmig ausgestaltet, schließen die Öffnungen die ansonsten kantenlose Luftführung ab, wobei lediglich die erste Öffnung das Luftleitsystem zur Umgebung hin öffnet.
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Der Lüfter ist weitergebildet so leistungsstark ausgebildet, dass sich kein Staub oder Sand im Kühlkreis vom Lufteingang bis zum Luftausgang des Lüfters absetzen kann.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass bereits bestehende Schienenfahrzeuge mit einem erfindungsgemäßen Luftleitsystem nachrüstbar sind. Zur Nachrüstung wird dabei ein Luftleitungssystem so zum Lüfter ausgerichtet am Schienenfahrzeug angeordnet, dass Luft in der Luftführung des Luftleitungssystems strömungsabrissfrei zum Lüfter oder vom Lüfter weg geführt wird.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Draufsicht auf ein Dach eines erfindungsgemäßen Schienenfahrzeugs,
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2 zeigt ein erfindungsgemäßes Luftleitsystem im Querschnitt.
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In 1 ist ein Dach 12 eines Schienenfahrzeugs in einer Draufsicht dargestellt. Auf dem Dach 12 sind drei Container 1, 2 und 13 angeordnet. Zwei dieser Container 1 und 2 sind mittels eines Lüfters aktiv belüftet und mit einem erfindungsgemäßen Luftleitsystem 6, 7, 8 versehen. In den Containern 1, 2 befinden sich jeweils ein oder mehrere Aggregate. Die Lüfter sind zur Belüftung, insbesondere zur Kühlung, der Aggregate vorgesehen. Im Container 1 ist ein Lüfter schematisch als Schaufelrad 3 veranschaulicht. Die Pfeile kennzeichnen jeweils Luftströmungen.
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Das Luftleitsystem 6 weist eine erste Öffnung 14 zur Aufnahme von Luft aus der Umgebung des Schienenfahrzeugs auf. Verbrauchte Luft wird über eine Öffnung 10 im Container in vertikaler Richtung an die Umgebung abgegeben. Die Öffnung 10 weist dabei eine vertikal verlaufende, hier senkrecht auf die Zeichenebene stehende, Normale auf. Ein Absetzen von Staub oder Sand durch Verwirbelung der Abluft am Fahrzeugdach ist somit ausgeschlossen.
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Am Container 2 sind zwei Luftleitsysteme 7 und 8 angeordnet. Das Luftleitsystem 7 dient der Luftzufuhr zum Lüfter, das Luftleitsystem 8 der Luftabfuhr. Die Luftleitsysteme 6 und 8 füllen jeweils den gesamten Raum bis zu einem Rand 17 des Schienenfahrzeugs aus, welcher hier als Kante zwischen Seitenwänden des Schienenfahrzeugs und dessen Dach 12 ausgebildet ist.
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Die ersten Öffnungen 15 des Luftleitsystems 8, durch welche Luft in horizontaler Richtung an die Umgebung des Schienenfahrzeugs abgegeben wird, sind frei von Turbulenzen angeströmt, welche durch Strömungsabrisse an weiteren Anbauten des Schienenfahrzeugs verursacht sind.
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Gleichermaßen sind die ersten Öffnungen 14 und 16 der Luftleitsysteme 6 und 7 und die Öffnung 10 des Containers 1 frei von Verwirbelungen durch Strömungsabrisse durch weitere Anbauten des Schienenfahrzeugs angeströmt. Durch diese Öffnungen wird Luft in vertikaler Richtung abgegeben oder aufgenommen. Die Stirnseiten der Luftleitsysteme 6, 7 und 8 mit den ersten Öffnungen 14, 15 und 16 begrenzen eine senkrecht in eine Längs- oder Querschnittsebene projizierte Kontur des Schienenfahrzeugs. In 1 ist die Kontur des Schienenfahrzeugs in einem Querschnitt durch das Schienenfahrzeug durch die Stirnseiten 19 mit den ersten Öffnungen 15 begrenzt. Es kann sich somit kein Staub an den ersten Öffnungen 15 absetzen. Die Luftleitsysteme 6 und 7 hingegen begrenzen die Kontur des Schienenfahrzeugs in einem Längsschnitt durch das Schienenfahrzeug durch die Stirnseiten 18 mit den ersten Öffnungen 14 und 16, was in 2 angedeutet ist, was den Gleichen technischen Effekt bedingt.
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Weiter 2 zu entnehmen ist der strukturelle Aufbau eines erfindungsgemäßen Luftleitsystems 6. Es weist eine Luftführung 9 auf, welche kantenfrei ausgestaltet ist, um Umgebungsluft frei von Strömungsabrissen zum Lüfter oder vom Lüfter weg zu führen. Auch die Luftleitsysteme 7 und 8 weisen solche Luftführungen 11 auf. Die Luftführung 11 besteht aus einem gekrümmten, rohrförmigen Kanal, welcher durch ein Blech gebildet ist, welches in einem UV-Strahlungsbeständigen, abriebfesten oder abriebfest beschichteten Schaumstoff eingebettet ist. Darüber hinaus ist die Luftführung 9 so zum Lüfter ausgestaltet, dass der Übergang von der Luftführung 9 zum Lüfter kantenfrei ist. Der gesamte Verlauf von erster Öffnung 14 zum Lüfter ist insbesondere stetig, so dass Luft strömungsabrissfrei zum Lüfter oder vom Lüfter weg geführt ist.
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Auch zwischen den vertikalen Kanten 4 und 5 auf der Außenseite der Luftleitsysteme 6 und 8 kann Werkstoff der Luftleitsysteme angeordnet sein. Insbesondere so, dass das gesamte Dach des Schienenfahrzeugs strömungsgünstig ohne Kanten ausgeformt ist.
