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Be- und Entlüftungsvorrichtung für elektrisch betriebene Schienenfahrzeuge
Bei elektrischen Schienenfahrzeugen war es bisher nachteilig, daß der beim Bremsen
erzeugte elektrische Strom entweder bei Kurzschlußbremsun.g überhaupt nicht oder
bei Nutzbremsung nur zum Teil ausgenutzt werden kann. Man hat deshalb versucht,
zur Wagenheizung ein Umlüftsystem zu schaffen, das Luft aus dem Wageninneren absaugt,
an den erhitzten Bremswiderständen vorbeiführt und aufwärmt und sodann wieder in
das Wageninnere zurückleitet. Dieses System hat aber den Nachteil, daß die aufgewärmte
Luft bereits verbraucht ist und ein solches. Heizungssystem allenfalls bei Nichtraucherabteilen,
keineswegs aber bei Raucherabteilen brauchbar ist. Andererseits ist es bereits bekannt,
bei Luftheizungen für Schienenfahrzeuge ein Doppelgebläse zu benutzen, das Frischluft
durch einen Kanal mit einer Heizkammer, in welcher Rohrschlangen einer Dampf- oder
Heißwasserleitung angeordnet sind, und einen Umgehungskanal für Kaltluft drückt.
An diese beiden Kanäle schließen sich getrennte Zuführungsleitungen für die Heißluft
und Kaltluft zu den einzelnen Abteilen an. In den einzelneu Abteilen sind Drehschieber
angeordnet, mit welchen die beiden Zuführungsleitungen mehr oder weniger geöffnet
werden können. Die durch die Drehschieber aus den Luftzuführungsleitungen austretende
Luft wird sodann in einer davorgesetzten. Mischkammer gemischt und dem Abteil zugeführt.
Dieses bekannte Luftzuführungssystem kann aber- nicht für die Ausnutzung der Bremswärme
für Heizungszwecke benutzt werden, weil die Bremswärme stets unregelmäßig anfällt,
während das bekannte Heizungssystem eine konstante Temperatur in der Heizkammer
voraussetzt. Im übrigen ist dieses bekannte Heizungssystem auch für getrennt aus
dem Netz gespeiste elektrische Heizung nicht geeignet, weil dort die Temperaturregelung
durch Gruppen- und Serienschaltung der Heizwiderstände einfacher und besser, möglich
ist.
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Um aber die Bremswiderstände eines elektrisch betriebenen Schienenfahrzeuges
zu kühlen und zugleich die entstehende Wärme für die Raumheizung auszunutzen, geht
die Erfindung von einer Be- und Entlüftungsvorrichtung mit einem motorisch betriebenen
Gebläse aus, das über einen in eine Heizkammer für die Luft und einen Umgehungskanal
für die Kaltluft unterteilten Belüftungskanal und eine Mischkammer für die Warm-
und die Kaltluft mit dem zu be- oder entlüftenden Raum in Verbindung steht. Nach
der Erfindung sind zur Ausnutzung der in den Bremswiderständen erzeugten Wärme für
die Luftheizung in der Heizkammer dieser Belüftungsanlage die Bremswiderstände des
Fahrzeuges untergebracht, während zwischen dem Belüftungskanal und der Mischkammer
für die Warm- und die Kaltluft ein Klapperkasten angeordnet ist, dessen Klappen
in Abhängigkeit vom Erhitzungsgrad in der Heizkammer automatisch eingestellt sind
und verschiedene, jedoch in ihrer Summe gleiche Anteile von Kaltluft und Warmluft
in die zum Wageninneren führende Leitung überlenken, während die restliche Kalt-
und bzw. oder Warmluftanteile ins Freie abgelenkt werden. Durch diese Anordnung
wird gewährleistet, daß auch bei den durch das Bremsen verursachten starken Schwankungen
in der Wärmeabgabe der Bremswiderstände die zugeführte Luft gleichbleibende Temperatur
besitzt. Es ist somit ermöglicht, eine vollwertige Raumheizung für Schienenfahrzeuge
zu schaffen und dabei die durch das Bremsen erzeugte Wärme weitgehen.dst auszunutzen.
Zugleich können hierdurch die Bremswiderstände, die bei den Schienenfahrzeugen bisheriger
Bauart einen beträchtlichen Platz benötigten und außerdem ein erhebliches Geweicht
hatten, kleiner dimensioniert werden, weil sie ständig durch Luft bestrichen und
gekühlt werden.
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Zweckmäßig ist zwischen den Klappenkasten und der in das Wageninnere
einmündenden Mischkammer ein die Lufttemperatur messendes Glied angebracht, dessen
Messung die Einstellung der Regel- oder Steuerklappen des Klappenkastens steuert.
Hierdurch ist eine einfache und betriebssichere Steuerung gewährleistet, die zugleich
sicherstellt, daß die in das Wageninnere eintretende Luft eine gewünschte, einstellbare
Temperatur besitzt.
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In besonders zweckmäßiger Ausführungsform der Erfindung sind zur Umkehrung
der Luftstromrichtung
durch den Lüftungskanal zwischen diesem und
dem Gebläse Einleitkanäle und Steuerklappen angeordnet, die den Warmluftkanalteil
des Lüftungskanals vom Auslaß des Gebläses auf dessen Ansaugstutzen umzuschalten
gestatten. Hierdurch wird erreicht, daß durch eine einfache Klappenstellung die
Vorrichtung nach der Erfindung als Entlüftungsvorrichtung arbeitet, also die Luft
aus dem Wageninneren absaugt, als Kühlungsluft an den Bremswiderständen vorbeiführt
und nach draußen leitet.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können der als Heizkammer
dienende Widerstandskasten und der als Kaltluftkanal dienende übrige Teil des Lüftungskanals
von je einem getrennten Gebläse mit Luft beschickt werden. Dies hat den Vorzug,
daß insbesondere bei größeren Anlagen nicht allzu große Gebläse erforderlich sind.
Da beide Gebläse stets gleichzeitig laufen müssen, kann ihr Antrieb durch einen
gemeinsamen Motor erfolgen.
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Für die kleinere Anlage eignet sich insbesondere eine Ausführungsform,
bei der der gesamte Lüftungskanal von einem Gebläse mit Luft beschickt wird und
zwischen dem Gebläse und dem Be- oder Entlüftungskanal eine zusätzliche Klappe oder
ein Trennblech angeordnet ist. Es wird bei dieser Anlage nur ein einziges Gebläse
benötigt. Die zusätzliche Klappe gestattet es, den Luftstrom durch den Widerstandskasten
und den Kaltluftkanal schon von vornherein aufeinander abzustimmen, insbesondere
im Hinblick auf den verschiedenen Luftwiderstand in den beiden Belüftungskanalteilen.
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Zum Ausgleichen der durch das Bremsen hervorgerufenen Schwankungen
in der Beheizung können die Bremswiderstände auf oder in keramischen Körpern angebracht
sein. Da diese keramischen Körper eine gewisse Wärmekapazität besitzen, werden die
Beheizungsschwankungen zeitlich etwas ausgeglichen.
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Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung beispielshalber
dargestellt.
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Fig. 1 zeigt eine Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung mit zwei
einflutigen Lüftern in Aufriß, Fig. 2 eine Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung
mit einem einflutigen Lüfter in Aufriß und Fig. 3 die Belüftungsvorrichtung in einer
der Ausführungsformen nach Fig. 1 oder 2 in Draufsicht; Fig. 4 und 5 zeigen eine
Ausführungsform der Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung mit einflutigem Zwillingsgebläse
in Aufriß und Draufsicht, Fig. 6 und 7 eine als Be- oder Entlüftungsvorrichtung
umschaltbare Ausführungsform der Erfindung in der Schaltung als Belüftungsvorrichtung
mit Heizung in Aufriß und Draufsicht und Fig. 8 und 9 die Vorrichtung nach Fig.
6 und 7 in der Schaltung als Entlüftungsvorrichtung in Aufriß und Draufsicht.
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In der Ausführungsform der Erfindung, wie sie in Fig. 1 schematisch
dargestellt ist, werden zwei getrennt angetriebene Lüfter 1 und 2 benutzt. An diese
Lüfter 1 und 2 schließt sich über Zwischenkanäle 3 und 4 und Erschütterungen auffangende
elastische Zwischenstücke 5 der Belüftungskanal 6 an, der über weitere. Erschütterungen
auffangende elastische Zwischenstücke 5 in den Klappenkasten 7 übergeht, der in
die Zuführungsleitung 8 zum Wageninneren mündet.
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Die Gebläse 1 und 2 werden von je einem Elektromotor 9 (vgl. Fig.
3) angetrieben und sind an ihrem Saugstutzen mit einem Luftfilter 10 (vgl. Fig.
3) versehen, um zu vermeiden, daß Staub oder sonstige Verunreinigungen durch den
Belüftungskanal 6 in das Wageninnere geblasen werden. Der Belüftungskanal 6 ist
in seiner Längsrichtung in den Widerstandskasten 11 und einen parallel zu diesem
verlaufenden Kaltluftkanal 12 unterteilt. In dem Widerstandskasten 11 sind die Bremswiderstände
des Schienenfahrzeuges untergebracht. Es handelt sich dabei im allgemeinen um Drahtwiderstände,
die im Inneren des Widerstandskastens 11 räumlich so angeordnet sind, d.aß sie von
der durch den Widerstandskasten geblasenen Frischluft gut umspült werden.
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Im Belüftungskanal 6 ist parallel zum Widerstandskasten 11 der Kaltluftkanal
12 angeordnet.
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An den Belüftungskanal 6 schließt sich über ein elastisches Zwischenstück
5 der Klappenkasten 7 an. Dieser Klappenkasten 7 ist nach seiner Ausgangsseite hin
konisch verjüngt und durch eine Trennwand 13 in zwei Kanäle unterteilt, von welchen
der Kanal 14, an den Widerstandskasten 11 und der Kanal 15 an den Kaltluftkanal
12 des Belüftungskanals 6 angeschlossen sind. An ihrer Ausgangsseite besitzen die
Kanäle 14 und 15 je eine Steuerklappe 16 und 17 und je eine nach außen führende
Öffnung 18 und 19, während die Ausgänge der beiden Kanäle 14 und 15 in einer Mischkammer
20 vereinigt sind, die beispielsweise über ein T-Stück 21 in die Belüftungsleitung
8 für das Wageninnere mündet. Die Steuerklappen 16 und 17 sind in der Weise an den
Ausgängen der Kanäle 14 und 15 angeordnet, daß sie in einer Endlage den Kanal 14
bzw. 15 zusammen mit der Trennwand 13 vollständig von der 1-Zischkammer 20 absperren
und in der anderen Endlage den Ausgang vom Kanal 14 bzw. 15 zur Mischkammer 20 völlig
freigeben und dafür die nach außen führende Öffnung 18 bzw. 19 völlig abdecken.
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In der besonderen Ausführungsform der Fig. 1 sind die beiden Gebläse
1 und 2 so angeordnet, daß das Gebläse 1 über den Zwischenkanal 3 mit den z Widerstandskasten
11 und das Gebläse 2 über den Zwischenkanal 4 mit dem Kaltluftkanal 12 in Verbindung
steht. Man erhält hierdurch zwei völlig getrennte Luftströme, die sich erst im Mischraum
20 des Klappenkastens 7 vereinigen.
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Die Arbeitsweise der Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung ist
folgende: Die Gebläse 1 und 2 liefern ständig gleichbleibende Mengen von Frischluft
in den Widerstandskasten 11 bzw. den Kaltluftka.nal 12. Im Widerstandskasten 11
umspült die vom Gebläse 1 stammende Frischluft die durch den Bremsstrom erhitzten
Drahtwiderstände und führt deren Wärme ab, indem sie sich dabei erwärmt. Um in der
Belüftungsleitung 8 trotz der wechselnden Strombeaufschlagung der Bremswiderstände
eine konstante Lufttemperatur zu schaffen, ist im Inneren der Mischkammer 20 des
T-förmigen Verteilerstückes 21 oder der Belüftungsleitung 8 ein Temperaturmesser
angebracht, der über eine beispielsweise elektrische Steuervorrichtung die Einstellung
der Steuerklappen 16 und 17 automatisch vornimmt. Dabei können die Steuerklappen
16 und 17 zugleich mechanisch miteinander gekuppelt sein, so daß bei einer bestimmten
Stellung der Klappe 16 die Klappe 17 eine entsprechende Stellung einnimmt. Herrscht
in der Leitung 8 eine zu hohe Lufttemperatur, so wird über den Temperaturmesser
und die Steuervorrichtung die Klappe 16 so verstellt, daß sie den Ausgang des Kanals
14 zum Mischraum 20 hin verengt. Die Menge der durch den Widerstandskasten 11 geförderten
Luft bleibt dabei jedoch konstant, d. h., es wird die Menge der durch die Öffnung
18 austretenden erhitzten Luft um den Betrag erhöht, um welchen die Menge der erhitzten
Luft, die dem Mischraum 20 zugeführt wird, verringert wird. Gleichzeitig wird die
Klappe 17 in
der Weise verstellt, daß sie den Ausgang des Kanals
15 zum Mischraum 20 erweitert. Es wird hierdurch die Menge der durch die Öffnung
19 austretenden Kaltluft um den Betrag verringert, um welchen die Menge von Kaltluft,
die dem Mischraum 20 zugeführt wird, erhöht wird. Dieses Einstellungsspiel der Klappen
16 und 17 erfolgt so, lange, bis in der Leitung 8 die gewünschte Lufttemperatur
herrscht.
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Um zu vermeiden, daß die Heizung vollständig ausfällt, wenn auf längere
Strecken nicht gebremst wird, können im Widerstandskasten neben den Bremswiderständen
auch noch zusätzliche Heizwiderstände, angebracht sein. Ein gewisser Ausgleich läßt
sich jedoch bereits schon dadurch erzielen, daß die Bremswiderstände auf keramische
Körper gewickelt sind, die durch ihre Wärmekapazität einmal die Temperaturänderungen
im Widerstandskasten langsamer vonstatten gehen lassen und zum anderen dadurch die
Dauer der Heizwirkung der Bremswiderstände verlängern.
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In der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 2 ist die Belüftungsvorrichtung
nach der Erfindung mit einem Gebläse 22 ausgerüstet. Dieses Gebläse 22 ist dann
etwas größer zu wählen als die Gebläse 1 und 2 nach Fig. 1. Um den vom Gebläse 22
abgegebenen Luftstrom auf den Widerstandskasten 11 und den Kaltluftkana112 zu verteilen,
ist in dem für beide Teile des Belüftungskanals 6 gemeinsamen Zwischenkanal 23 eine
Verteilerklappe 24 angebracht. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, die durch
den Widerstandskasten 11 und den Kaltluftkanal 12 geblasene Teilluftmenge bei konstanter
Gesamtluftmenge kontinuierlich einzustellen. Die Klappe 24 kann von Hand einstellbar
sein, was den allgemeinen Anforderungen genügen wird, da die kontinuierliche Temperaturregelung
in der Leitung 8 durch die Klappen 16 und 17 im Klappenkasten 7 erfolgt. Es ist
aber für besondere Anforderungen auch möglich, die Klappe 24 unmittelbar mit den
Klappen 16 und 17 zu kuppeln oder sie gleichzeitig an die Steuervorrichtung für
die Klappen 16 und 17 anzuschließen. Dabei soll aber die Verteilerklappe 24 im umgekehrten
Sinn arbeiten wie die Steuerklappen 16 und 17, d. h., bei zu hoher Lufttemperatur
in der Leitung 8 soll die Luftmenge durch den Widerstandskasten erhöht werden, um
eine stärkere Kühlung der Bremswiderstände hervorzurufen. Zweckmäßig wird man eine
Voreinstellung der Klappe 24 von Hand wählen und zusätzlich. die Klappe 24 durch
die Steuervorrichtung für die Klappen 16 und 17 in Abhängigkeit von der Temperatur
in der Leitung 8 im angeführten Sinn, jedoch in geringem Ausmaße steuern.
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In der Ausführungsform nach Fig. 4 und 5 sind die beiden Gebläse 1
und 2 gleichachsig angebracht. Beide werden durch den gemeinsamen Antriebsmotor
25 betrieben. Die Arbeitsweise dieser Ausführungsform der Erfindung ist die gleiche
wie die Ausführungsform nach Fig. 1. Es wird in der Ausführungsform nach Fig.4 und
5 lediglich ein Antriebsmotor eingespart und zum anderen sichergestellt, daß die
beiden Gebläse 1 und 2 stets in gleicher Drehzahl umlaufen. Dafür besteht in der
Ausführungsform nach Fig. 1 die Möglichkeit einer getrennten Drehzahlregelung, beispielsweise
dadurch, daß Gleichstrommotore als Antriebsmotore für die Gebläse 1 und 2 benutzt
werden.
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In Fig. 6 bis 9 ist eine Ausführungsform der Erfindung in verschiedenen
Darstellungen und Schaltstellungen wiedergegeben. Der Aufbau des Belüftungskanals
6 mit Widerstandskasten 11 und Kaltluftkanal 12 sowie des Klappenkastens 7 mit den
Steuerklappen 16 und 17 und den Öffnungen 18 und 19 sowie der sich an den Klappenkasten
7 anschließenden Teile der Belüftungsleitung 8 ist der gleiche wie in den Ausführungsformen
nach Fig. 1 bis 5. In der Ausführungsform nach Fig. 6 bis 9 ist die Belüftungsvorrichtung
nach der Erfindung mit einem einflutigen Gebläse 26 ausgerüstet, das mit dem Elektrumotor
27 angetrieben wird. Der Saugstutzen des Gebläses 26 ist über einen Verbindungskanal
28 an einen Luftfilter 10 angeschlossen. Das Gebläse 26 ist wiederum über einen
Zwischenkanal 29 mit dem Belüftungskanal 6 verbunden. Im Falle dieser Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch der Zwischenkanal 29 dreiteilig ausgeführt. Der
obere Kanalteil 30 verbindet den Widerstandskasten 11 mit dem Saugstutzen des Gebläses
26 über den Verbindungskanal 28. Am Ausgang des oberen Kanalteiles 30 in den Verbindungskanal
28 ist eine Verbindungsklappe 31 angebracht, die in einer Stellung den oberen Kanalteil
30 vom Verbindungskanal 28 trennt und dafür den Filter 10 mit dem Verbindungskanal
28 verbindet und in ihrer anderen Stellung den oberen Kanalteil 30 mit dem Verbindungskanal
28 verbindet und den Filter 10 vom Verbindungskanal 28 trennt. Der mittlere Kanalteil
32 des Zwischenkanals 29 verbindet den Ausgang des Gebläses 26 mit dem Widerstandskasten
11. Der mittlere Kanalteil 32 ist seitlich mit einer Auslaßklappe 33 versehen, die
in einer Stellung den Durchgang vom Auslaßstutzen des Gebläses 26 zum Widerstandskasten
11 freigibt und eine seitliche Auslaßöffnung des mittleren Kanalteils 32 verschließt,
während sie in ihrer anderen Stellung den Durchgang durch den mittleren Kanalteil
32 vom Auslaß des Gebläses 26 zum Widerstandskasten 11 absperrt und dafür die seitliche
Auslaßöffnung des Kanalteils 32 freigibt. Der untere Kanalteil 34 verbindet den
Auslaßstutzen des Gebläses 26 mit dem Kaltluftkanal 12. Die Trennwand 35 zwischen
dein mittleren Kanalteil 32 und dem unteren Kanalteil 34 ist nur bis zu einem Abstand
vor den Ausgangsstutzen des Gebläses 26 geführt und trägt an ihrem diesem Stutzen
zugekehrten Ende die Verteilerklappe 36, die in Aufbau und Wirkungsweise der Verteilerklappe
24 gemäß Fig. 2 entspricht.
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In der dargestellten Ausführungsform gemäß Fig. 6 bis 9 eignet sich
die Belüftungsvorrichtung nach der Erfindung zur Umschaltung für Belüftungs- und
Entlüftungsbetrieb. Die Darstellungen der Fig. 6 und 7 zeigen die Vorrichtung in
der Einstellung für Belüftungsbetrieb mit gleichzeitiger Heizung. Die Verbindungsklappe
3.1 ist dazu so, eingestellt, daß sie den oberen Kanalteil 30 vom Verbindungskanal
28 absperrt und den Filter 10 mit lern Verbindungskanal 28 verbindet. Die Auslaßklappe
33 ist gleichzeitig so eingestellt, daß sie den Durchgang vom Ausgangsstutzen des
Gebläses 26 zum Widerstandskasten 11 freigibt und die seitliche Öffnung des mittleren
Kanalteils 32 verschließt. Beim Betrieb der Vorrichtung saugt dann das Gebläse 26
die Luft durch den Filter 10 und den Verbindungskanal 28 an und bläst diese Luft
entsprechend der Einstellung der Verteilerklappe 36 in Teilmengen über den mittleren
Kanalteil 32 in den Widerstandskasten 11 und über den unteren Kanalteil 34
in den Kaltluftkanal 12. Die weitere Steuerung der Vorrichtung erfolgt in gleicher
Weise wie in den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5.
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Gemäß den Fig. 8 und 9 ist die Vorrichtung für Entlüftung des Wageninneren
geschaltet. Hierzu ist die Temperatursteuerung der Steuerklappen 16 und 17 abgeschaltet.
Die Klappe 16 ist so, eingestellt, daß sie den Durchgang vom Mischraum 20 in den
Teilkanal 14 und von dort in den Widerstandskasten 11 völlig
freigibt
und gleichzeitig die Auslaßöffnung 18 völlig verschließt. Gleichzeitig ist die Klappe
17 so eingestellt, daß sie den Zugang vom Mischraum 20 zum Teilkanal 15 verschließt
und die Auslaßöffnung 19 freigibt. Die Verbindungsklappe 31 ist so eingestellt,
daß sie die Verbindung zwischen dem oberen Kanalteil 30 des Zwischenkanals 29 mit
dem Verbindungskanal 28 freigibt, während der Filter 10 abgeschaltet ist. Die Auslaßklappe
ist so eingestellt, daß sie den mittleren Kanalteil 32 des Zwischenkanals 29 vom
Widerstandskasten 11 absperrt und seinen seitlichen Ausgang freigibt. Schließlich
ist die Verteilerklappe 36 so eingestellt, daß sie den gesamten von dem Ausgangsstutzen
des Gebläses 26 ausgehenden Luftstrom auf den mittleren Kanalteil 32 des Zwischenkanals
29 schaltet, während der untere Kanalteil 34 abgesperrt ist.
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Beim Betrieb saugt jetzt das Gebläse 26 die Luft aus dem Inneren des
Wagens über die Leitung 8, den :Mischraum 20, den Kanalteil 14, den Widerstandskasten
11, den oberen Kanalteil 30 des Zwischenkanals 29 und den Verbindungskana128 an
und bläst diese Luft über den mittleren Kanalteil 32 des Zwischenkanals 29
und dessen seitliche Öffnung aus. Auch in diesem Betrieb werden die Bremswiderstände
des Schienenfahrzeuges durch vorbeiströmende Luft, diesmal jedoch abgesaugte Luft
aus dem Inneren des Wagens, gekühlt. Diese Betriebsart der Vorrichtung nach der
Erfindung kommt dann in Betracht, wenn eine Raumheizung nicht erwünscht ist.
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Wenn es erwünscht ist, anstatt geheizter Frischluft gekühlte Frischluft
einzuführen, beispielsweise bei Kühlwagen oder Personenwagen in tropischen Gegenden,
kann anstatt der unmittelbaren Wärmeüberführung auch beispielsweise eine Absorptionskältemaschine
zwischen die durch den Bremsstrom erhitzten Bremswiderstände und den Belüftungskanal
in der Weise eingeschaltet werden, daß die in den Bremswiderständen erzeugte Wärme
zum Betrieb der Absorptionskältemaschine benutzt wird, während die Verdampfer dieser
Kältemaschine im Inneren des Widerstandskastens angebracht sind.