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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands eines wenigstens zwei aneinandergekoppelte Wagenkästen aufweisenden Schienenfahrzeugs.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug sowie ein Schienenfahrzeug mit wenigstens zwei aneinandergekoppelten Wagenkästen und einer Bremssteuerung, wobei in einem Übergangsbereich zwischen den Wagenkästen ein Zwischenraum angeordnet ist.
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Es ist bekannt, ein Schienenfahrzeug mit einer aerodynamischen Bremse auszustatten, mit welcher der Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs zur Abbremsung des Schienenfahrzeugs zeitweilig bei Bedarf erhöht werden kann. Solche aerodynamischen Bremsen zeichnen sich insbesondere durch einen nahezu verschleißfreien Betrieb aus. Aerodynamische Bremsen können beispielsweise als Notbremse zusätzlich zu mechanischen Bremsen eines Schienenfahrzeugs in einer Notsituation aktiviert werden.
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Problematisch ist herkömmlich eine optimale Anordnung einer aerodynamischen Bremse an einem Schienenfahrzeug, da beispielsweise bei elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen Oberleitungen vorhanden sind, wodurch der verfügbare Bauraum im Bereich des Daches eines Schienenfahrzeugs nach oben deutlich eingeschränkt ist. Zur Seite eines Schienenfahrzeugs hin ist der verfügbare Bauraum („Lichtraum“) in der Regel von einem Wagenkasten des Schienenfahrzeugs vollständig ausgeschöpft. Folglich sind die Möglichkeiten stark eingeschränkt, Schienenfahrzeuge mit wirksamen aerodynamischen Bremsen zu versehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue technische Maßnahme zum Abbremsen eines Schienenfahrzeugs bereitzustellen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands eines wenigstens zwei aneinandergekoppelte Wagenkästen aufweisenden Schienenfahrzeugs wird ein Luftstrom gezielt in einen im Übergangsbereich zwischen den Wagenkästen angeordneten Zwischenraum eingeleitet.
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Durch die erfindungsgemäße gezielte Einleitung eines Luftstroms in den zwischen zwei aneinandergekoppelten Wagenkästen eines Schienenfahrzeugs angeordneten Zwischenraum kommt es zu einer starken Erhöhung von Verwirbelungen des das Schienenfahrzeug umströmenden Fahrtwindes, wodurch der Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs deutlich erhöht wird. Diese Erhöhung des Luftwiderstandes geht mit einer hohen Bremswirkung einher. Neben der Ausbildung von starken Verwirbelungen durch die erfindungsgemäße gezielte Einleitung eines Luftstroms in den zwischen den Wagenkästen des Schienenfahrzeugs angeordneten Zwischenraum treten zudem Impulsaustauscheffekte auf, welche ebenso mit einer Luftwiderstandserhöhung des Schienenfahrzeugs und somit mit einer Abbremsung des Schienenfahrzeugs einhergehen.
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Der Zwischenraum zwischen den aneinandergekoppelten Wagenkästen des Schienenfahrzeugs kann insbesondere der in diesem Bereich um einen Wagenübergangsbalg ausgebildeter Raum sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird als Luftstrom der Fahrtwind verwendet. Es besteht eine Beziehung zwischen der Stärke des Luftstroms und der Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs, da die Stärke des Luftstroms mit anwachsender Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs anwächst und mit abfallender Geschwindigkeit des Schienenfahrzeugs abfällt. Mit anwachsender Stärke des Luftstroms wächst auch der Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs an. Mit anwachsendem Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs wächst auch die dadurch hervorgerufene Bremswirkung an. Je schneller folglich ein Schienenfahrzeug fährt, desto stärker wird es bei Verwendung von Fahrtwind als Luftstrom abgebremst.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird als Luftstrom ein Abluftstrom einer Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs verwendet. Diese Ausgestaltung kann alternativ oder zusätzlich zu der Verwendung von Fahrtwind für den Luftstrom vorgesehen sein. Beispielsweise kann vorgesehen sein, die durch das gezielte Einleiten von Fahrtwind in den Zwischenraum erzeugten Verwirbelungen durch die zusätzliche Einleitung von Abluft der Lüftungsanlage in den Zwischenraum zu verstärken. Dies kann insbesondere bei geringeren Fahrgeschwindigkeiten des Schienenfahrzeugs von Vorteil sein, da eine geringe Fahrgeschwindigkeit mit schwächeren Verwirbelungen und somit einem geringen Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs verbunden ist.
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Vorteilhafterweise wird zumindest ein Teil des in den Zwischenraum eingeleiteten Luftstroms zur Kühlung von wenigstens einer zu kühlenden Einrichtung des Schienenfahrzeugs verwendet. Hierdurch können beispielsweise bei einem Bremsvorgang durch Reibung erwärmte Bremsen mittels des Luftstroms gekühlt werden. Des Weiteren kann der Luftstrom auch zur Kühlung von Fahrmotoren, Umrichtern, eines Transformators, einer Klimaanlage oder dergleichen verwendet werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands eines wenigstens zwei aneinandergekoppelte Wagenkästen aufweisenden Schienenfahrzeugs umfasst wenigstens eine Einrichtung zum gezielten Einleiten eines Luftstroms in einen im Übergangsbereich zwischen den Wagenkästen angeordneten Zwischenraum. Hiermit sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Einrichtung ausgebildet ist, als Luftstrom einen Abluftstrom einer Lüftungsanlage des Schienenfahrzeugs in den Zwischenraum einzuleiten. Hiermit sind die oben mit Bezug auf die entsprechende Ausgestaltung des Verfahrens genannten Vorteile entsprechend verbunden. Hierzu kann die Einrichtung ein Gebläse und eine Abluftleitung aufweisen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Einrichtung wenigstens eine beweglich an dem in Fahrtrichtung vorderen Wagenkasten anordbare Klappe und wenigstens eine an dem vorderen Wagenkasten anordbare Betätigungseinrichtung auf, wobei die Klappe mittels der Betätigungseinrichtung zwischen einer Ruhestellung, in welcher über die Klappe keine gezielte Einleitung des Luftstroms in den Zwischenraum erfolgt, und einer Funktionsstellung, in welcher die Klappe derart nach außen von dem vorderen Wagenkasten absteht, dass durch die Klappe eine in Fahrtrichtung des vorderen Wagenkastens offene, fluidleitend mit dem Zwischenraum verbundene Ansaughutze an dem vorderen Wagenkasten ausgebildet ist, hin und her bewegbar ist. Die Betätigungseinrichtung ist vorzugsweise kommunikationstechnisch mit einer Bremssteuerung des Schienenfahrzeugs verbunden, wobei die Betätigungseinrichtung über die Bremssteuerung ansteuerbar ist. Die Klappe kann in ihrer Ruhestellung beispielsweise im Wesentlichen fluchtend mit der Außenseite des vorderen Wagenkastens angeordnet sein. Hierdurch wird der Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs bei in ihrer Ruhestellung befindlicher Klappe nicht durch die an dem vorderen Wagenkasten angebrachte Anordnung erhöht, insbesondere da kein Luftstrom in den Zwischenraum eingeleitet wird. Hingegen bildet die Klappe in ihrer Funktionsstellung eine Ansaughutze an dem vorderen Wagenkasten aus, über die Fahrtwind in den Zwischenraum zwischen den Wagenkästen des Schienenfahrzeugs einleitbar ist, um eine Bremswirkung entfaltende Verwirbelungen zu erzeugen. Die Klappe selbst erzeugt in ihrer Funktionsstellung durch einen Kontakt mit dem Luftstrom zusätzlich Impulsaustauscheffekte in dem Luftstrom, welche mit einer Bremswirkung verbunden sind. Die Klappe kann mit Mitteln zur Führung des Luftstroms versehen sein, welche beispielsweise senkrecht zur luftstromführenden Seite an dieser Seite angeordnet sein können.
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Vorteilhafterweise ist die Klappe in einem in Fahrtrichtung des vorderen Wagenkastens rückwärtigen Endbereich des vorderen Wagenkastens anordbar. Dies stellt eine konstruktiv günstige Ausgestaltung der Anordnung dar.
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Bevorzugt ist die Klappe im Bereich des Dachses oder an einer Seite des vorderen Wagenkastens anordbar. Welche dieser Ausgestaltungen für die Anordnung gewählt wird, hängt von den jeweiligen technischen Anforderungen und Gegebenheiten ab.
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Es wird des Weiteren als vorteilhaft erachtet, wenn die Anordnung wenigstens einen Luftführungskanal aufweist, der derart ausgebildet und an dem vorderen Wagenkasten anordbar ist, dass über ihn zumindest ein Teil des mittels der Klappe in den Zwischenraum eingeleiteten Luftstroms wenigstens einer zu kühlenden Einrichtung des Schienenfahrzeugs zugeführt werden kann. Diese Ausgestaltung ist insbesondere bei Anbringung der Klappe im Bereich des Daches des vorderen Wagenkastens von Vorteil, da zu kühlende Einrichtungen des Schienenfahrzeugs, wie beispielsweise Bremsen oder ein Transformator, meist in einem unteren Bereich des Schienenfahrzeugs angeordnet sind, was eine Zuführung der kühlenden Luft über den den oberen Bereich des Schienenfahrzeugs mit einem unteren Bereich des Schienenfahrzeugs verbindenden Luftführkanal erforderlich macht.
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Bevorzugt weist die Anordnung wenigstens eine an dem Luftführungskanal angeordnete Absperrklappe und wenigstens eine an dem vorderen Wagenkasten anordbare Betätigungseinrichtung zum Betätigen der Absperrklappe auf, mit der die Absperrklappe derart betätigbar ist, dass mit ihr der Luftführungskanal wahlweise absperrbar oder zumindest teilweise freigebbar ist. Mittels der Absperrklappe kann im Falle einer Bremsung und einer damit einhergehenden Betätigung der Anordnung entschieden werden, ob ein Teil des in den Zwischenraum eingeleiteten Luftstroms gleichzeitig zur Kühlung einer zu kühlenden Einrichtung des Schienenfahrzeugs verwendet werden und wie groß dieser Teil des Luftstroms ausfallen soll. Hierzu ist auch diese Betätigungseinrichtung vorzugsweise kommunikationstechnisch mit einer Bremssteuerung des Schienenfahrzeugs verbunden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Anordnung wenigstens eine Rückschlagklappe auf, über welche die Ansaughutze fluidleitend mit dem Zwischenraum verbindbar ist und die derart ausgebildet und an dem vorderen Wagenkasten anordbar ist, dass die Rückschlagklappe ausschließlich dann öffnet, wenn sie mit dem in die Ansaughutze einströmenden Luftstrom beaufschlagt wird. Durch die Rückschlagklappe wird verhindert, dass Fahrtwind im Bereich der Klappe in einen unterhalb der in ihrer Ruhestellung befindlichen Klappe angeordneten Hohlraum an dem vorderen Wagenkasten eintritt, wenn das Schienenfahrzeug sich derart bewegt, dass die Ansaughutze entgegen der Fahrtrichtung offen ist. Hierdurch werden ungewünschte Verwirbelungen im Bereich des Übergangs zwischen den Wagenkästen des Schienenfahrzeugs vermieden.
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Ferner wird es als vorteilhaft erachtet, wenn die Betätigungseinrichtung wenigstens einen mechatronischen, mechanischen, pneumatischen, elektropneumatischen, elektrischen oder hydraulischen Aktor aufweist. Die Wahl der Art des Aktors kann in Abhängigkeit der jeweiligen technischen Anforderungen und Gegebenheiten erfolgen.
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Der erfindungsgemäße Wagenkasten für ein Schienenfahrzeug umfasst wenigstens eine Anordnung nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben. Hiermit sind die oben mit Bezug auf das Verfahren und die Anordnung genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind an dem Wagenkasten zumindest zwei Anordnungen angeordnet, wobei die Klappen der Anordnungen derart beweglich an dem Wagenkasten angeordnet sind, dass die Richtung der Bewegung der einen Klappe von ihrer Ruhestellung in ihre Funktionsstellung gegenläufig zu der Richtung der Bewegung der anderen Klappe von ihrer Ruhestellung in ihre Funktionsstellung ist. Hierdurch kann mit der einen Klappe eine in eine erste Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs offene Ansaughutze ausgebildet werden, wohingegen mit der anderen Klappe eine in die entgegengesetzte Fahrtrichtung des Schienenfahrzeugs offene Ansaughutze ausgebildet werden kann. Dies macht eine Abbremsung des Schienenfahrzeugs unabhängig von der jeweiligen Fahrtrichtung möglich. Hierbei können die Klappen unabhängig voneinander oder gemeinsam bewegt werden. Letzteres hat den Vorteil, dass bei einer Bremsung eine gleichzeitige Ansteuerung der Klappen zu ihrer Überführung in die Funktionsstellungen erfolgen kann, ohne dass die jeweilige Fahrtrichtung des Wagenkastens erfasst werden muss. Beispielsweise könnte eine Bremsung über einen Sensor an einer Hauptluftleitung einer mechanischen Bremse oder an einer Schnellbremsschleife des Schienenfahrzeugs erfasst und eine selbsttätige Ansteuerung der Klappen vorgenommen werden. Die gleichzeitige Verschwenkung der Klappen in ihre Funktionsstellungen geht insbesondere mit einer Reduzierung des softwarebasierten Steuerungsaufwands einher.
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Das erfindungsgemäße Schienenfahrzeug mit wenigstens zwei aneinandergekoppelten Wagenkästen und einer Bremssteuerung, wobei in einem Übergangsbereich zwischen den Wagenkästen ein nach außen offen ausgebildeter Zwischenraum angeordnet ist, umfasst wenigstens einen Wagenkasten nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben, wobei die Bremssteuerung derart zur Ansteuerung der wenigstens einen Anordnung eingerichtet ist, dass während eines von der Bremssteuerung gesteuerten Bremsvorgangs mittels der Anordnung automatisch und gezielt ein Luftstrom in den Zwischenraum eingeleitet wird. Mit diesem Schienenfahrzeug sind die oben mit Bezug auf das Verfahren, die Anordnung und den Wagenkasten genannten Vorteile entsprechend verbunden.
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Nachfolgend werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug im ungebremsten Zustand,
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2 eine Darstellung des in 1 gezeigten Schienenfahrzeugs während einer Bremsung,
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3 eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug im ungebremsten Zustand, und
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4 eine Darstellung des in 3 gezeigten Schienenfahrzeugs während einer Bremsung.
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1 zeigt eine Darstellung eines Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug 1 im ungebremsten Zustand. Das Schienenfahrzeug 1 weist wenigstens drei aneinandergekoppelten Wagenkästen 2, 3 und 4 und eine nicht näher dargestellte Bremssteuerung auf, wobei der Wagenkasten 2 als Steuerwagenkasten ausgebildet ist. In den Übergangsbereichen zwischen den Wagenkästen 2 und 3 sowie 3 und 4 ist jeweils ein nach außen offen ausgebildeter Zwischenraum 5 bzw. 6 angeordnet. Die Strömung des Fahrtwindes im Dachbereich des Schienenfahrzeugs 1 ist durch die Pfeile 7 und 8 angedeutet. Das Schienenfahrzeug 1 wird elektrisch angetrieben und ist über einen Stromabnehmer 9 mit einer Oberleitung 10 verbunden. Im Bereich der Räder 11 des Schienenfahrzeugs 1 sind Seitenverkleidungen 12 angeordnet.
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An dem Wagenkasten 2 ist eine einzige Anordnung zum zeitweiligen Erhöhen eines Luftwiderstands des Schienenfahrzeugs 1 angeordnet, die wenigstens eine Einrichtung 13 zum gezielten Einleiten eines Luftstroms in den Zwischenraum 5 aufweist. Die Einrichtung 13 weist eine beweglich an dem Wagenkasten 2 angeordnete Klappe 14 und wenigstens eine an dem Wagenkasten 2 angeordnete, nicht dargestellte Betätigungseinrichtung auf. Die Klappe 14 ist in einem in Fahrtrichtung des Wagenkastens 2 rückwärtigen Endbereich und im Bereich des Daches 15 des Wagenkastens 2 angeordnet. Zudem ist die Klappe 14 mittels der Betätigungseinrichtung zwischen ihrer gezeigten Ruhestellung, in welcher die Klappe 14 im Wesentlichen fluchtend mit der Außenseite des Wagenkastens 2 angeordnet ist, und einer in 2 gezeigten Funktionsstellung hin und her bewegbar.
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An dem Wagenkasten 3 sind zwei Anordnungen angeordnet, wobei die Klappen 14 der Anordnungen derart beweglich an dem Wagenkasten 3 angeordnet sind, dass die Richtung der Bewegung der einen Klappe 14 von ihrer Ruhestellung in ihre Funktionsstellung gegenläufig zu der Richtung der Bewegung der anderen Klappe 14 von ihrer Ruhestellung in ihre Funktionsstellung ist, was aus einer Zusammenschau der 1 und 2 besser ersichtlich ist. In den Endbereichen des Wagenkastens 3 ist jeweils eine Anordnung angeordnet. Der Wagenkasten 4 kann entsprechend dem Wagenkasten 3 ausgebildet sein.
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2 zeigt eine Darstellung des in 1 gezeigten Schienenfahrzeugs 1 während einer Bremsung. Die Klappen 14 in den jeweiligen Endbereichen der Wagenkästen 2 und 3 befinden sich in ihren Funktionsstellungen, in welchen diese Klappen 14 derart nach außen von den Wagenkästen 2 und 3 abstehen, dass durch die Klappen 14 jeweils eine in Fahrtrichtung des Wagenkastens 2 bzw. 3 offene, fluidleitend mit dem jeweiligen Zwischenraum 5 bzw. 6 verbundene Ansaughutze an dem jeweiligen Wagenkasten 2 bzw. 3 ausgebildet ist. Die Klappen 14 wurden mittels der ihnen jeweilig zugeordneten Betätigungseinrichtung von ihren in 1 gezeigten Ruhestellungen in die in 2 gezeigten Funktionsstellungen um horizontal ausgerichtete, nicht näher dargestellte Schwenkachsen verschwenkt. Gleichzeitig sind auch die in den vorderen Endbereichen der Wagenkästen 3 und 4 angeordneten Klappen 14 von ihren in 1 gezeigten Ruhestellungen in die in 2 gezeigten Funktionsstellungen verschwenkt worden. Durch diese Stellungen der Klappen 14 werden im Bereich der Zwischenräume 5 und 6 durch die Pfeile 21 und 16 angedeutete Luftverwirbelungen ausgebildet, welche den Luftwiderstand des Schienenfahrzeugs 1 auf gewünschte Art und Weise erhöhen.
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3 zeigt eine Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels für ein erfindungsgemäßes Schienenfahrzeug 1 im ungebremsten Zustand. 4 zeigt eine Darstellung des in 3 gezeigten Schienenfahrzeugs 1 während einer Bremsung. Im Unterschied zu dem in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel weist jede Anordnung einen Luftführungskanal 17 auf, der derart ausgebildet und an dem Wagenkasten 2 bzw. 3 angeordnet ist, dass über ihn zumindest ein Teil des mittels der jeweiligen Klappe 14 in den Zwischenraum 5 bzw. 6 eingeleiteten Luftstroms den zu kühlenden, nicht näher dargestellten Bremsen des Schienenfahrzeugs 1 zugeführt wird. Die Luftführungskanäle 17 sind derart ausgebildet, dass Luft entsprechend den Pfeilen 18 und 19 zur Kühlung von Bremsen an aneinandergrenzenden Wagenkästen 2 und 3 bzw. 3 und 4 geführt werden kann.
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Jede Anordnung umfasst eine Rückschlagklappe 20, über welche die jeweilig durch die Klappe 14 gebildete Ansaughutze fluidleitend mit dem Zwischenraum 5 bzw. 6 verbindbar ist und die derart ausgebildet und an dem Wagenkasten 2 bzw. 3 angeordnet ist, dass die Rückschlagklappe 20 ausschließlich dann öffnet, wenn sie mit dem in die Ansaughutze einströmenden Luftstrom beaufschlagt wird, wie es bei den rückwärtig angeordneten Einrichtungen 13 an den Wagenkästen 2 und 3 der Fall ist. Hingegen sind die Rückschlagklappen 20 der vorne an den Wagenkästen 3 und 4 angeordneten Einrichtungen 13 durch den Fahrtwind und die in die Zwischenräume 5 und 6 eingeleiteten Luftströme in Richtung ihrer gezeigten Schließstellungen mit Kraft beaufschlagt.
