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Die Erfindung betrifft einen Bremswiderstand für eine elektrodynamische Bremse eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs, eine Bremswiderstandvorrichtung sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Bremswiderstandvorrichtung.
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Aus dem Dokument
DE 10 2017 207 274 B3 ist ein Bremswiderstand eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs für den Hochgeschwindigkeitsbereich, bekannt, welcher einen dauerhaft geschlossenen, insbesondere bei Bewegung des Fahrzeugs vom Fahrtwind außen umströmten, Abschnitt der Fahrzeughülle bildet oder in unmittelbarer Nähe zu einem solchen Abschnitt angeordnet ist. Der Bremswiderstand gibt dabei Wärme überwiegend durch Konvektion an den Fahrtwind bzw. an die Umgebungsluft ab. Der Bremswiderstand weist beispielsweise einen elektrischen Leiter auf, welcher an einer Oberfläche oder eingebettet in einem wärmeleitenden aber elektrisch nichtleitenden Material angeordnet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Ausführung eines Bremswiderstands anzugeben, welche geeignet ist, entsprechend dem bekannten Bremswiderstand in einem Abschnitt der Fahrzeughülle eines Schienenfahrzeugs angeordnet zu werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Bremswiderstand, die Bremswiderstandvorrichtung sowie das Fahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Jeweilige Weiterbildungen sind in abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist ein Bremswiderstand für eine Anordnung in einem Abschnitt einer Fahrzeughülle eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs oder in unmittelbarer Nähe zu einem solchen Abschnitt dadurch gekennzeichnet, dass er eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Bremswiderstandelemente aufweist, welche jeweils aus einem rohrförmigen Mantel aus einem wärmeleitenden Material mit einem darin angeordneten und in einem wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Material eingebetteten elektrischen Leiter bestehen.
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Durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Bremswiderstands mit parallel zueinander angeordneten rohrförmigen Bremswiderstandselementen kann vorteilhaft eine im Vergleich zu bei Schienenfahrzeugen üblicherweise eingesetzten fremdbelüfteten Bremswiderständen deutlich geringere Bauhöhe erzielt werden. Insbesondere bei einer Anordnung des Bremswiderstands im Dachbereich eines Wagens des Schienenfahrzeugs können hierdurch insbesondere strengere Anforderungen bezüglich einer erlaubten Höhe des Schienenfahrzeugs, vorgegeben durch ein Lichtraumprofil, erfüllt werden, ohne die im Innenraum des Wagens zur Verfügung stehende Raumhöhe verringern zu müssen.
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Der Aufbau eines Bremswiderstandelement entspricht beispielsweise dem eines bekannten Rohrheizkörpers. Durch ihren weit verbreiteten Einsatz sind diese vergleichsweise preiswert und flexibel dimensionierbar erhältlich, wodurch vorteilhaft Kosten für einen solchen Bremswiderstand verringert werden können. Solche Rohrheizkörper bestehen üblicherweise aus einem Rohr eines bestimmten Durchmessers, in welches ein elektrischer Leiter in einem wärmeleitenden, aber elektrisch isolierenden Material eingebettet ist. Das Rohr besteht dabei aus einem Metall oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium oder Edelstahl, während als wärmeleitendes und elektrisch isolierendes Material eine Keramik oder ein keramikhaltiges Verbundmaterial, insbesondere Magnesiumoxid, eingesetzt wird. Das Rohr weist beispielsweise aufgrund einer einfacheren Herstellung einen runden Querschnitt auf, jedoch ist in gleicher Weise ein mehreckiger Querschnitt denkbar, wobei diese Form beispielsweise durch nachträgliches Verformen erzielt wird.
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Die Anzahl Bremswiderstandelemente sowie deren jeweilige Länge bemisst sich insbesondere nach der elektrischen Energie, generiert von Fahrmotoren des Fahrzeugs aus kinetischer Energie, die einem jeweiliges Element zugeführt und von diesem in Wärmeenergie umgewandelt werden kann, sowie den Ausmaßen des zur Verfügung stehenden Abschnitts an der Fahrzeughülle, in dem der Bremswiderstand angeordnet werden soll.
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Gemäß einer Ausgestaltung des ersten Aspekts sind die Bremswiderstandelemente dazu ausgestaltet, Wärme vorwiegend an einen bei Bewegung des Fahrzeugs entstehenden und die Bremswiderstandelemente umströmenden Fahrtwind abzuführen.
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Entsprechend dem einleitend beschriebenen Bremswiderstand ist der erfindungsgemäße Bremswiderstand dazu ausgestaltet, Wärme hauptsächlich über Konvektion an den die Oberfläche des Bremswiderstands umströmenden Fahrtwind bzw. an die Umgebungsluft abzugeben. Dies erfolgt bevorzugt effizient während der Bewegung des Fahrzeugs, jedoch wird in den Bremswiderstandelementen gespeicherte Wärme auch im Stillstand des Fahrzeugs, in welchem üblicherweise keine elektrische Energie mehr zugeführt wird, an die Umgebungsluft abgegeben.
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Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Bremswiderstandvorrichtung für eine Anordnung in einem Abschnitt einer Fahrzeughülle eines Fahrzeugs oder in unmittelbarer Nähe zu einem solchen Abschnitt, mit einem Bremswiderstand aufweisend eine Mehrzahl parallel zueinander angeordneter Bremswiderstandelemente jeweils bestehend aus einem rohrförmigen Mantel aus einem wärmeleitenden Material mit einem darin angeordneten und in einem wärmeleitenden, elektrisch isolierenden Material eingebetteten elektrischen Leiter, und einer Befestigungsvorrichtung zur ortsstabilen Befestigung der Bremswiderstandelemente an dem Fahrzeug derart, dass die Bremswiderstandelemente zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Fahrzeugs ausgerichtet sind.
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Neben einem Bremswiderstand gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ist eine Befestigungsvorrichtung vorgesehen, mittels der die Bremswiderstandelemente derart an dem Fahrzeug angeordnet sind, dass sie sich einerseits strömungsgünstig in die Fahrzeughülle einfügen, andererseits eine effiziente Wärmeableitung ermöglichen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des zweiten Aspekts sieht die Befestigungsvorrichtung für jedes Bremswiderstandelement ein Festlager und zumindest ein Loslager vor.
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Sofern die Bremswiderstandelemente entsprechend oder ähnlich bekannten Rohrheizkörpern aufgebaut sind, führt die Erwärmung aufgrund zugeführter elektrischer Energie zu einer Ausdehnung der Elemente zumindest in der Länge. Um Verspannungen aufgrund einer solchen Ausdehnung zu vermeiden, sieht die Befestigungsvorrichtung neben einem Festlager für jedes Bremswiderstandelement ein oder mehrere Loslager vor, welche einerseits eine grundsätzlich ortsfeste Befestigung sicherstellen, um beispielsweise eine Bewegung der Elemente in Längs- oder Querrichtung zu verhindern, andererseits aber eine solche Längenausdehnung gestatten. Das Festlager kann dabei beispielsweise im Bereich eines Endes eines Bremswiderstandelements angeordnet sein, während das Loslager im Bereich des anderen Endes angeordnet ist, sodass sich das Bremswiderstandelement in Richtung dieses Endes in der Länge ausdehnen kann. Bei einer größeren Länge eines Bremswiderstandelements ist es jedoch vorteilhaft, das Festlager im Mittenbereich des Bremswiderstandelements vorzusehen, während in den beiden Endbereichen jeweils ein Loslager vorgesehen ist. Diese ermöglichen dann eine Ausdehnung der Länge des Elements in Richtung der beiden Enden.
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Das Festlager kann dabei beispielsweise als eine zumindest den oberen Teil des Mantels des Bremswiderstandelements umschließende Schelle verwirklicht werden, während das eine oder die mehreren Loslager jeweils beispielsweise als ein den unteren und/oder seitlichen Teil des Mantels des Bremswiderstandelements umfassenden Befestigungsclip verwirklicht sein kann. Insbesondere bei einem Umschließen des oberen Teils des Mantels ist darauf zu achten, dass das Material der Schelle nur eine begrenzte Höhe aufweist, um das Strömungsverhalten des Fahrtwinds möglichst nicht zu beeinträchtigen bzw. ein Abreißen des Luftstroms und damit eine Verringerung der Effizienz der Konvektion zu verhindern. Um die Effizienz der Wärmeabfuhr durch die Befestigungsmittel ferner nur geringfügig zu beeinflussen, sollten diese vorzugsweise ebenfalls aus einem wärmeleitenden Material, beispielsweise aus einem Metall oder einer Metalllegierung hergestellt sein. Die Fest- und Loslager sollten darüber hinaus ein einfaches Entnehmen eines Bremswiderstandelements aus dem Bremswiderstand ermöglichen, um im Schadens- oder Fehlerfall eine einfache und kostengünstige Auswechslung des betroffenen Elements zu ermöglichen. Sofern eine Umströmung der Bremswiderstands auch unterhalb der Bremswiderstandelemente vorgesehen ist, sollten die Fest- und Loslager, sofern sie im Bereich von Luftströmung liegen, vorzugsweise auch in diesem Bereich derart gestaltet sein, dass ein Durchströmen ermöglicht wird.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspekts ordnet die Befestigungsvorrichtung die Bremswiderstandelemente derart parallel und in einem bestimmten Abstand zueinander an, dass diese vollständig von Fahrtwind umströmbar sind
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Durch Vorsehen eines bestimmten Abstands zwischen den parallel angeordneten Bremswiderstandelementen wird die für die Konvektion zur Verfügung stehende Oberfläche des Mantels des jeweiligen Bremswiderstandelements gegenüber einer unmittelbar aneinander liegenden Anordnung der parallelen Bremswiderstandelemente vorteilhaft vergrößert. Durch geeignete Wahl eines Abstands kann dabei die Intensität der Umströmung durch den Fahrtwind gesteuert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspekts weist die Bremswiderstandvorrichtung ein in einem bestimmten Abstand unterhalb der Bremswiderstandelemente angeordnetes Abschirmelement auf.
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Das Abschirmelement, welches beispielsweise unterhalb der zumindest hauptsächlichen Länge des Bremswiderstands angeordnet ist, besteht beispielsweise aus einem Abschirmblech oder einer Abschirmplatte aus einem Metall, einer Metalllegierung oder auch einem Verbundmaterial, insbesondere einem auf Glasfasern, Kohlefasern oder Glimmer basierenden Verbundmaterial. Einerseits kann dieses vorteilhaft der Luftführung dienen, um die unterhalb der Bremswiderstandelemente entstehende Wärme abzuführen. Andererseits kann es auch einer thermischen Abschirmung beispielsweise des darunter liegenden Wagenkastens dienen, sodass eine starke Erwärmung des Bremswiderstands während einer Bremsphase die Temperatur des Wagenkastens nicht oder nur geringfügig beeinflusst. Das Abschirmelement kann ferner ausgestaltet sein, in den Bereich unterhalb des Bremswiderstands eintretendes Wasser abzuleiten bzw. sicherzustellen, dass Wasser in diesem Bereich nicht in benachbarte Bereiche eindringen kann. Letzteres kann beispielsweise durch eine wannenartige Form des Abschirmelements erreicht werden, welche beispielsweise an den Längsseiten mit Verkleidungselementen der Außenhülle des Fahrzeugs abschließt und einen oder mehrere Abläufe für einen Ablauf sich ansammelnden Wassers. Weiterhin kann das Abschirmelement auch insbesondere in den Endbereichen Ausprägungen für eine ortsstabile Lagerung der Bremswiderstandelemente aufweisen, wodurch diese insbesondere in einem bestimmten Abstand zueinander und zu dem Abschirmelement angeordnet werden. Solche Ausprägungen können zusammen eine breitseitig betrachtet kammartige Struktur ergeben, mit der Querschnittsform der Bremswiderstandelemente angepassten Zinken, welche mit zumindest einem unteren und insbesondere einem seitlichen Bereich der Oberfläche der Elemente in Kontakt sind. Ergänzend oder alternativ können an dem Abschirmelement Lagervorrichtungen befestigt werden, die ebenfalls einer ortsstabilen Lagerung der Bremswiderstandelemente dienen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspekts der Erfindung weist die Bremswiderstandvorrichtung in längsseitigen Endbereichen des Bremswiderstands angeordneten Luftleitelementen zur Führung von Fahrtwind unterhalb der Bremswiderstandelemente auf.
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Derartige Luftleitelemente können dafür sorgen, dass ein Teil des die Außenhülle des Fahrzeugs umströmenden Fahrtwinds vorzugsweise im, in Fahrtrichtung gesehen, vorderen Teil des Bremswiderstands unterhalb sowie gegebenenfalls zwischen die Bremswiderstandelemente geführt wird und die dort entstehende Wärme im hinteren Teil des Bremswiderstands wieder oberhalb der Bremswiderstandelemente geführt wird. Insbesondere bei der vorstehend genannten Ausgestaltung eines bestimmten Abstands zwischen jeweils parallel angeordneten Bremswiderstandelementen können Luftleitelemente vorteilhaft dazu dienen, Fahrtwind in die Lücke zwischen jeweils benachbarten Bremswiderstandelementen zu führen. Vorzugsweise sind die Luftleitelemente in beiden Endbereichen identisch ausgestaltet, um insbesondere den bei Schienenfahrzeugen üblichen zwei Fahrtrichtungen die gewünschte Funktion zu erfüllen. Beispielsweise kann ein Luftleitelement bzw. können mehrere Luftleitelemente zusammen eine Rampe bilden, welche ausgehend von einem Verkleidungselement der Außenhülle, das an den Abschnitt des Bremswiderstands angrenzt, in einem geeigneten Winkel abfällt und auf das Abschirmelement trifft.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des zweiten Aspekts, insbesondere basierend auf den beiden vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen, sind die Luftleitelemente jeweils an einem Verkleidungselement der Außenhülle des Fahrzeugs und/oder an dem Abschirmelement befestigt, an diesem angrenzend angeordnet oder als ein Teil von diesem ausgeformt.
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Vorzugsweise sind die Luftleitelemente derart angeordnet, dass eine möglichst geringe Störung des Luftstroms des Fahrtwinds auftritt. Dabei können die Luftleitelemente den jeweiligen Endbereich des Bremswiderstands auch teilweise überdecken, sodass insbesondere in diesem Bereich keine zusätzlichen Störungen des Luftstroms aufgrund der Form der Bremswiderstandelemente bzw. des Auftreffens des Fahrtwinds auf die Enden der Bremswiderstandelemente auftritt. Ferner ist das in einem jeweiligen Endbereich des Bremswiderstands angeordnete Luftleitelement beispielsweise zweigeteilt mit einem oberen und einem unteren Element ausgeführt, wodurch nach Entfernen des oberen Elements ein freier Zugang zu den Bremswiderstandelementen ermöglicht wird. Der untere Teil des Luftleitelements kann beispielsweise auch aus dem Abschirmelement gebildet sein, beispielsweise durch ein entsprechendes Anwinkeln der Endbereiche eines Abschirmblechs.
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Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft schließlich ein Fahrzeug, insbesondere einen ein- oder mehrgliedrigen Triebzug, welches bzw. welcher zumindest eine Bremswiderstandanordnung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung aufweist.
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Neben einem Triebzug kann die erfindungsgemäße Bremswiderstandvorrichtung vorteilhaft auch in beispielsweise elektrisch angetriebenen Bussen, Straßenbahnen und sonstigen Fahrzeugen des Personennahverkehrs eingesetzt werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des dritten Aspekts sind, sofern das Fahrzeug als ein mehrgliedriges Fahrzeug ausgestaltet ist, an zumindest zwei Wagen Bremswiderstandvorrichtungen angeordnet.
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Insbesondere bei einer großen Bremsleistung einer elektrodynamischen Bremseinrichtung des Fahrzeugs, wie sie insbesondere bei Triebzügen für den Hochgeschwindigkeitsbereich benötigt wird, können vorteilhaft auch jeweils mehrere erfindungsgemäße Bremswiderstandvorrichtungen auf einem oder mehreren Wagen des Triebzugs angeordnet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung,
- 2 eine schematische Seitenansicht eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeugs mit mehreren Bremswiderstandvorrichtungen,
- 3 eine schematische Draufsicht eines Teils eines erfindungsgemäßen Bremswiderstands,
- 4 eine schematische Seitenansicht einer Bremswiderstandvorrichtung,
- 5 ein Teilausschnitt der schematischen Seitenansicht einer Bremswiderstandvorrichtung der 4,
- 6 eine schematische Vorderansicht einer Lagerung und Befestigung von Bremswiderstandelementen, und
- 7 eine weitere schematische Vorderansicht einer Lagerung und Befestigung von Bremswiderstandelementen.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden in den Figuren für gleiche bzw. gleich oder nahezu gleich wirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Schienenfahrzeugs, welches beispielhaft als ein elektrischer Triebzug TZ ausgestaltet ist. Triebzüge bestehen üblicherweise aus zwei Endwagen EW sowie einer Anzahl von zwischen diesen angeordneten Mittelwagen MW, wobei zwei Endwagen EW auch direkt miteinander verkuppelt werden können. Sowohl Endwagen EW als auch Mittelwagen MW weisen jeweils einen Wagenkasten WK auf, der sich über Fahrgestelle, insbesondere Drehgestelle, auf einem Gleis eines Schienennetzes abstützt. In der 1 verfügt der Endwagen EW beispielhaft über zwei Triebdrehgestelle TDG, während der Mittelwagen über zwei Laufdrehgestelle LDG verfügt. Triebdrehgestelle TDG unterscheiden sich von Laufdrehgestellen LDG insbesondere dadurch, dass eine oder mehrere Achsen des Drehgestells von elektrischen Antriebs- bzw. Traktionsmotoren angetrieben werden und damit für einen Vortrieb des Schienenfahrzeugs sorgen. Andere bekannte Anordnungen oder Ausgestaltungen der Fahrgestelle sind in gleicher Weise einsetzbar.
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In dem Endwagen EW bzw. verteilt auf den Endwagen EW und einen oder mehrere Mittelwagen MW sind üblicherweise weitere Komponenten des elektrischen Antriebssystems des Triebzugs angeordnet. So verfügt zumindest ein Wagen über einen, nicht dargestellten, Stromabnehmer im Dachbereich, welcher mit einer Oberleitung verbunden ist, an der eine Wechsel- oder Gleichspannung anliegt. Für den Fall einer anliegenden Wechselspannung wird diese üblicherweise mittels eines Transformators auf eine niedrigere Spannungsebene transformiert. Ein dem Transformator nachgeschalteter Gleichrichter wandelt die Wechselspannung in eine Gleichspannung um, mit welcher ein so genannter Gleichspannungs-Zwischenkreis gespeist wird. Von diesem Zwischenkreis wird ein oder mehrere Traktionswechselrichter sowie so genannte Hilfsbetriebeumrichter für Hilfsbetriebe, beispielsweise für die Beleuchtung und Klimatisierung der Innenräume der Wagen, gespeist. Der Traktionswechselrichter speist wiederum einen oder mehrere Traktionsmotoren, wobei mittels einer Spannungshöhe und Frequenz die gewünschten Drehzahlen und Drehmomente der Traktionsmotoren in den Triebdrehgestellen gesteuert werden.
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In bekannter Weise können die elektrischen Traktionsmotoren in einem generatorischen Betrieb auch zum Bremsen des Triebzugs dienen. Diese Funktion wird als elektrodynamische Bremse bezeichnet. Die während einer Bremsung aus kinetischer Energie des Schienenfahrzeugs generierte elektrische Energie kann dabei in die Oberleitung gespeist und von anderen elektrisch angetriebenen Schienenfahrzeugen genutzt werden. Sofern eine solche Rückspeisung in die Oberleitung nicht möglich ist, dienen ein oder mehrere Bremswiderstände BW dazu, die elektrische Energie in Wärmeenergie umzuwandeln.
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In der 1 ist beispielhaft ein Bremswiderstand BW im Dachbereich, d.h. auf dem Dach des Wagenkastens WK des Endwagens EW, angeordnet. Neben dem Bremswiderstand BW können weitere Komponenten im Dachbereich angeordnet sein, beispielsweise ein Stromabnehmer, weitere Hochspannungskomponenten sowie insbesondere eine Klimaanlage für die Klimatisierung des Innenraums des Wagenkastens WK. An dem Wagenkasten WK befestigte Verkleidungselemente VE dienen insbesondere bei Hochgeschwindigkeitszügen dazu, durch Ver- bzw. Umkleidung der auf dem Dach des Wagenkastens WK angeordneten Komponenten die Fahrzeughülle FH des Triebzugs TZ unter Erfüllung von Anforderungen eines Lichtraumprofils aerodynamisch möglichst optimal zu gestalten. Solche Verkleidungselemente VE bestehen üblicherweise aus einem Verbundmaterial und können in gleicher Weise auch im Unterflurbereich, d.h. im Bereich unter dem Wagenkasten WK vorgesehen sein.
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Gemäß 1 bildet der Bremswiderstand BW selbst einen Abschnitt A der Fahrzeughülle FH, welcher weitgehend bündig mit den Verkleidungselementen VE abschließt und bei Fahrt des Triebzugs TZ vom Fahrtwind FW aerodynamisch möglichst verwirbelungsfrei umströmt wird. Der Bremswiderstand BW ist dabei zudem frei von Hilfsbetrieben ausgeführt, d.h. er weist keine mechanisch beweglichen Teile zur Beeinflussung des den Abschnitt A bzw. die Fahrzeughülle FH passierenden Luftstroms bzw. Fahrtwinds FW, insbesondere keine Lüfter oder verstellbare Klappen, auf. Wird der Triebzug TZ bei einer Fahrt entlang des Pfeils für die Fahrtrichtung FR mittels der elektrodynamischen Bremse abgebremst, so wird durch diese bzw. durch die Traktionsmotoren ein Bremsstrom in den Bremswiderstand BW eingespeist und führt zu einem Erwärmen des Bremswiderstands BW. Die Wärme wird vorzugsweise überwiegend, insbesondere zu über 90 %, über Konvektion an den die Fahrzeughülle FH und damit den Abschnitt A umströmenden Fahrtwind FW bzw. an die Umgebungsluft abgegeben.
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Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Bremswiderstands BW bzw. der erfindungsgemäßen Bremswiderstandvorrichtung BWV ist dabei, dass gegenüber einem bekannten zwangsbelüfteten Bremswiderstand eine deutlich geringere Bauhöhe erzielt werden kann. Diese beträgt beispielsweise ca. 150mm im Vergleich zu einer erforderlichen Bauhöhe von ca. 400mm für einen bekannten fremdbelüfteten Bremswiderstand. Hierdurch kann die Bauhöhe des Wagenkastens WK und damit die den Fahrgästen im Innenraum des Wagenkastens zur Verfügung stehende Innenraumhöhe vergrößert werden, was insbesondere bei einem in der Höhe begrenzten Lichtraumprofil vorteilhaft ist.
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2 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Triebzugs TZ der 1 mit jeweils mehreren im Dachbereich des Endwagens EW und des benachbarten Mittelwagens MW angeordneten Bremswiderstandvorrichtungen BWV. Insbesondere bei Triebzügen für den Hochgeschwindigkeitsbereich, die auch während einer Vollbremsung aus hohen Geschwindigkeiten ausschließlich oder zumindest hauptsächlich die generatorische Bremse einsetzen sollen, ist eine hohe Leistungsaufnahme durch die Bremswiderstände erforderlich. Um diese Leistungsaufnahmefähigkeit zu ermöglichen, können mehrere Bremswiderstände vorgesehen werden, die abhängig von dem verfügbaren Platz im Dachbereich der Endwagen EW und Mittelwagen MW auf diesen angeordnet sind. Wie in dem Beispiel der 2 dargestellt, können dabei Bremswiderstandvorrichtungen BWV auch auf Mittelwagen MW angeordnet werden, die selbst nicht angetrieben sind. In diesem Fall sind entsprechende Leitungen über den Wagenübergang zwischen zwei benachbarten Wagen EW, MW zu führen.
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3 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Teils einer in einem Abschnitt A der Fahrzeughülle angeordneten Bremswiderstandvorrichtung BWV. Der Bremswiderstand BW besteht aus einer Mehrzahl parallel zueinander angeordneter und ortstabil gelagerter Bremswiderstandelemente BWE. Der Aufbau eines jeweiligen Bremswiderstandelements BWE kann dabei im Wesentlichen dem eines bekannten Rohrheizelements mit einem in einem wärmeleitenden und wärmespeichernden, jedoch elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Magnesiumoxid, eingebetteten elektrischen Leiter entsprechen. Diese können sich abhängig von den gewählten Materialen zerstörungsfrei auf bis zu 600 oder 800°C erhitzen. Die durch in den Leiter eingespeiste elektrische Energie entstehende Wärme wird mittels die Bremswiderstandelemente BWE umströmendem Fahrtwind FW durch natürliche Konvektion abgeführt. Ein Bremswiderstandelement BWE kann beispielsweise eine Länge von 3.000mm und einen Außendurchmesser von 20mm aufweisen, wobei benachbarte Bremswiderstandelemente BWE beispielsweise jeweils 2mm zueinander beabstandet sind. Jedes Bremswiderstandelement BWE kann bei derartigen Dimensionen bis zu 10kW elektrische Leistung in Wärme wandeln, sodass beispielsweise sechzig Bremswiderstandelemente BWE einen Bremswiderstand BW mit einer Leistungsaufnahme von 600kW bilden können. Die gesamte Bremswiderstandvorrichtung BWV beansprucht in diesem Fall eine Fläche bzw. einen Abschnitt A der Fahrzeughülle FH von ca. 3.300mm in der Länge und 1.400mm in der Breite. Die Bremswiderstandelemente BWE sind bei der beispielhaft genannten Länge von 3.000mm vorzugsweise sowohl im mittleren Bereich der Länge, als auch in den beiden Endbereichen gelagert und befestigt.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Bremswiderstandvorrichtung BWV, mit einer Darstellung des Mittenbereichs und der beiden Endbereiche EB. Die Bremswiderstandvorrichtung BMV umfasst die parallel zueinander angeordneten Bremswiderstandelemente BWE, welche über eine Befestigungsvorrichtung BV ortsfest und lagestabil angeordnet werden. Wie vorstehend bereits erwähnt, sind die Bremswiderstandelemente BWE vorzugsweise sowohl im mittleren Bereich der Länge als auch in den Endbereichen EB befestigt, wobei im mittleren Bereich beispielsweise ein Festlager FL, wie es nachfolgend zu 7 beschrieben wird, und in den Endbereichen EB jeweils Loslager LL, wie sie nachfolgend zu 6 beschrieben werden, vorgesehen sind.
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Die hauptsächliche Länge der Bremswiderstandelemente BWE, in welcher die größte Wärmeentwicklung entsteht, ist in einem bestimmten Abstand oberhalb eines Abschirmelements ASE angeordnet. Dieses Abschirmelement ASE besteht beispielsweise aus einer Platte einer geeigneten Stärke aus einem Aluminium- oder Verbundmaterial, welche wiederum beispielsweise über Stützen oder Abstandhalter auf dem Dach des Wagenkastens WK des Triebzugs TZ befestigt ist. Die Abschirmeinrichtung ASE dient insbesondere einer thermischen Isolierung des Wagenkastens WK vor der vergleichsweise großen von den Bremswiderstandelementen BWE abgestrahlten Wärme, welche ansonsten zu einer unerwünschten Erhöhung der Temperatur des Wagenkastens führen würde. Der Abstand zwischen einer Unterseite der Bremswiderstandelemente BWE und der Oberseite des Abschirmelements ASE beträgt beispielsweise 20mm.
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Für eine effiziente Konvektion wird vorzugsweise auch der Bereich unterhalb der Bremswiderstandelemente BWE von Fahrtwind FW durchströmt. Dieser kann durch die Spalte zwischen den parallelen Bremswiderstandelementen BWE einströmen und wieder herausströmen. Der Luftstrom wird in dem Beispiel der 4 mittels in den Endbereichen EB des Bremswiderstands BW angeordneten Luftleitelementen LLE geleitet, welche beispielhaft sowohl an Verkleidungselementen VE der Fahrzeughülle als auch an dem Abschirmelement ASE befestigt sind.
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5 zeigt eine schematische Detailansicht eines Endbereichs EB der Bremswiderstandvorrichtung BWV der 4. Das Bremswiderstandelement BWE wird in diesem Endbereich EB von einem Loslager LL der Befestigungsvorrichtung BV gestützt bzw. ortsfest gelagert. Ein oberes Ende des Loslagers LL reicht dabei beispielsweise bis zur Mitte der Bauhöhe des Bremswiderstandelements BWE. An dem Loslager LL ist ein Befestigungsclip CL beispielsweise mittels einer Schraub- oder Nietverbindung befestigt, in welchen das Bremswiderstandelement BWE bei der Montage eingeführt und durch dieses zumindest teilweise umfasst wird, wodurch es einerseits mit einer bestimmten Kraft an das Loslager LL gedrückt wird und ein Herausnehmen des Bremswiderstandelements BWE aus dem Loslager LL nur mit einem bestimmten Kraftaufwand möglich ist. Das Loslager LL und der Befestigungsclip CL sind in der 6 auch in einer Vorderansicht dargestellt.
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Auf dem oberen Ende des Loslagers LL stützt sich beispielhaft ein Verkleidungselement VE der zum Bremswiderstand BW in der Längsachse LA des Triebzugs TZ benachbarten Fahrzeughülle FH ab. An diesem Verkleidungselement VE ist ein oberer Teil eines Luftleitelements LLE beispielsweise mittels einer Schraub- oder Nietverbindung befestigt. Ein unterer Teil des Luftleitelements LLE ist hingegen an dem Abschirmelement ASE befestigt, beispielsweise ebenfalls mittels einer Schraub- oder Nietverbindung, wobei sich das obere Luftleitelement beispielsweise mit dem unteren Luftleitelement wie dargestellt überlappt, sodass beide zusammen weitgehend eine durchgehende Ebene bilden. Über diese schräge Ebene bzw. Rampe wird Fahrtwind FW im dargestellten Endbereich EB unterhalb der Bremswiderstandelemente BWE und im anderen Endbereich wieder herausgeführt. Die Luftleitelement LLE weisen jeweils Aussparungen entsprechend der Form des Bremswiderstandelements BWE auf bzw. bilden in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Bremswiderstandelementen BWE jeweils Zinken aus, sodass eine kammartige Struktur entsteht. Die beiden Luftleitelemente LLE sind beispielsweise jeweils aus einem Federstahl hergestellt, wodurch eine stabile Form insbesondere im Bereich der Überlappung auch bei darauf wirkendem Fahrtwind FW gewährleistet ist. Eine Zweiteilung des Luftleitelements LLE ermöglicht vorteilhaft ein einfaches Entnehmen von Bremswiderstandelementen BWE nach Entfernen des oberen Teils des Luftleitelements LLE bzw. des Verkleidungselements VE, an dem das obere Luftleitelement LLE befestigt ist, während der untere Teil des Luftleitelements LLE hierfür nicht demontiert werden muss.
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6 zeigt eine schematische Vorderansicht eines beispielhaften Loslagers LL als Teil der Befestigungsvorrichtung BV. Dabei sind parallel zueinander angeordnete Bremswiderstandelemente BWE dargestellt, die in einer jeweiligen Ausbuchtung des Loslagers LL liegen. Diese Ausbuchtung ist der Form des Bremswiderstandelements BWE weitgehend angepasst und umfasst beispielsweise die untere Hälfte des Bremswiderstandelements BWE, wodurch bereits eine Lagestabilität erzielt sowie ein bestimmter Abstand zwischen den Bremswiderstandelementen BWE hergestellt werden. Wie in 5 dargestellt, kann auf den Stegen zwischen den Ausbuchtungen des Loslagers LL ein Verkleidungselement VE abgestützt werden. Ist dessen Form ebenfalls der Form des Querschnitts der Bremswiderstandelemente BWE angepasst, kann dadurch die Lagestabilität zusätzlich erhöht werden. Ergänzend werden die Bremswiderstandelemente BWE jeweils mittels eines an einem der Bremswiderstandelemente BWE beispielhaft dargestellten Befestigungsclips CL fixiert. Derartige Clips CL sind beispielsweise aus einem Federstahl hergestellt und derart geformt, dass eine Herausnahme des Bremswiderstandelements BWE nach oben nur unter Aufwendung einer bestimmten Minimalkraft möglich ist, sich gleichzeitig das Bremswiderstandelement BWE bei Erwärmung aber ungehindert in der Länge ausdehnen kann. Der Clip CL kann wie dargestellt beispielsweise mittels einer Schraub- oder Nietverbindung an einem waagerechten Absatz des Loslagers LL befestigt werden.
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6 zeigt ebenfalls den beispielhaft runden Querschnitt der Bremswiderstandelemente BWE, mit einem jeweils mittig angeordneten elektrischen Leiter L umgeben von einem Mantel aus beispielsweise Edelstahl. Eine andere, beispielsweise quadratische Form des Querschnitts ist jedoch in gleicher Weise denkbar.
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7 zeigt schließlich eine Vorderansicht eines beispielhaften Festlagers FL, welches entsprechend dem Beispiel der 4 im mittleren Bereich des Bremswiderstands BW vorgesehen werden kann. Dieses Festlager FL ähnelt prinzipiell dem Loslager LL der 6, d.h. es weist in gleicher Weise dem runden Querschnitt der Bremswiderstandelemente BWE angepasste Ausbuchtungen auf, wiederum zur Erzielung einer Lagestabilität der Bremswiderstandelemente BWE sowie eines bestimmten Abstands zwischen diesen. Im Unterschied erfolgt eine Befestigung bzw. Fixierung der Bremswiderstandelemente BWE jedoch nicht mittels eines jeweiligen Befestigungsclips, sondern beispielsweise mittels einer Schelle SC, welche zumindest wie dargestellt den oberen Bereich der Bremswiderstandelemente BWE umschließt und damit ein Entnehmen eines Bremswiderstandelements BWE erst nach Lösen der Schelle SC erlaubt. Um Störungen des Luftstroms des Fahrtwinds in diesem Bereich soweit wie möglich zu vermeiden, sollte die Schelle dabei aus einem dünnen Material bestehen, wobei hierfür wieder Federstahl vorgesehen sein kann. Die Schelle SC kann das Bremswiderstandelement BWE ferner mit einer ausreichenden Kraft gegen die Ausbuchtung des Festlagers drücken, sodass eine Bewegung des Bremswiderstandelements BWE in diesem Bereich nicht möglich ist. Die auf das Bremswiderstandelement BWE wirkende Kraft sollte dabei vorzugsweise einstellbar sein. Die Schelle wird beispielsweise mittels einer Schraub- oder Nietverbindung an dem Abschirmelement ASE oder entsprechend dem Loslager der 5 an einem speziell vorgesehenen Absatz des Festlagers FL befestigt. Da das Festlager FL direkt im Bereich der Luftströmung unterhalb des Bremswiderstands BW liegt, sollte dieses vorzugsweise Öffnungen OE aufweisen, durch die der Fahrtwind möglichst ungehindert durchströmen kann, um eine effiziente Konvektion auch im Bereich, in Fahrtwindrichtung gesehen, hinter dem Festlager FL zu gewährleisten. Die Form der Öffnungen in 7 ist dabei nur beispielhaft angegeben.
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Obwohl das Festlager FL in dem Beispiel der 4 als Teil des Abschirmelements ASE dargestellt ist, kann es in gleicher Weise als ein unabhängiges Element verwirklicht sein, welches entsprechend den Loslagern LL beispielsweise direkt an dem Wagenkasten WK befestigt ist. In diesem Fall kann zwischen dem mittigen Festlager FL und den Loslagern LL in den Endbereichen EB ein jeweiliges Abschirmelement ASE vorgesehen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017207274 B3 [0002]
