DE19516242A1 - Heater for suburban electric railcar - Google Patents

Heater for suburban electric railcar

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DE19516242A1
DE19516242A1 DE19516242A DE19516242A DE19516242A1 DE 19516242 A1 DE19516242 A1 DE 19516242A1 DE 19516242 A DE19516242 A DE 19516242A DE 19516242 A DE19516242 A DE 19516242A DE 19516242 A1 DE19516242 A1 DE 19516242A1
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vehicle
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DE19516242A
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Werner Dipl Ing Ohnesorg
Reinhard Dipl Ing Aigner
Olaf Dipl Ing Giel
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LIEBHERR-VERKEHRSTECHNIK GMBH, WIEN, AT
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Alex Friedmann KG
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Abstract

A heater for an suburban electric railcar with a constant travel cycle i.e. times for starting, travelling between stops, braking and waiting at stops, is powered regeneratively during the braking period, where a drive motor is switched over into generation mode. A fan and a set of elements heat the air drawn in from outside. The elements each have a central resistance completely surrounded by a cylindrical thermal storage jacket. The specific thermal capacity of this is between 0.7 and 1.0 kJ/kg/deg K. The mean air speed inside the assembly is between 2.5 and 3.5 m/sec. The heated length of each element is given mathematically as a function of diameter, ratio of travel time to braking time, etc

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Heizungsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere für ein Nahverkehrs-Schienenfahrzeug, mit einem verhältnismäßig konstanten Fahrzyklus, bestehend aus einem erwarteten Anfahrzeitintervall, Fahrzeitintervall, Bremszeitintervall und Haltezeitintervall, bei welchem innerhalb eines im wesentlichen an das Bremszeitintervall angepaßten Heizzeitintervalls durch Generatorumschaltung eines Fahrmotors elektrische, der Heizungsvorrichtung zuführbare Energie erzeugt wird, wobei die Heizungsvorrichtung ein Gehäuse mit zumindest einem Eingang zur Aufnahme von Frischluft aus dem Außenraum und mit zumindest einem Ausgang zum Einbringen von Zuluft in den Innenraum des Fahrzeuges aufweist und der Eingang über zumindest einen Lüfter und eine durchströmbare, eine Anzahl elektrischer Heizstäbe aufweisende Wärmespeicherkammer mit dem Ausgang verbunden ist.The present invention relates to a heating device for an electric operated vehicle, in particular for a local rail vehicle, with a relatively constant driving cycle, consisting of an expected starting time interval, Driving time interval, braking time interval and stopping time interval, at which within an im heating time interval essentially adapted to the braking time interval Generator changeover of a traction motor electrical, which can be supplied to the heating device Energy is generated, the heating device having a housing with at least one Entrance for receiving fresh air from the outside and with at least one exit for introducing supply air into the interior of the vehicle and the entrance via at least one fan and a flowable, a number of electrical heating elements having heat storage chamber is connected to the output.

Eine Heizungsvorrichtung dieser Art ist beispielsweise aus der EP-A-370 247 (Hagenuk) bekanntgeworden. Bei dieser bekannten Heizungsvorrichtung sind ein durch die Wärmespeicherkammer führender Warmluftstrom und ein äußerer Frischluftstrom bzw. Umluftstrom vorgesehen, die über steuerbare Schieber in eine Mischkammer geführt sind, an deren Ausgang ein Lüfter angeordnet ist, durch welchen die erwärmte und gemischte Zuluft in den Fahrzeuginnenraum gefördert wird. Aus der praktischen Ausführungsform dieser Heizungsvorrichtung ist weiters bekannt, daß die in der Wärmespeicherkammer angeordneten Heizstäbe als mit einem Heizdraht umwickelte Keramikkörper ausgebildet sind.A heating device of this type is known for example from EP-A-370 247 (Hagenuk) known. In this known heating device are a by Heat storage chamber leading hot air flow and an external fresh air flow or Circulated air flow is provided, which are guided into a mixing chamber via controllable slides the output of which is arranged a fan through which the heated and mixed supply air in the vehicle interior is promoted. From the practical embodiment of this Heating device is also known that arranged in the heat storage chamber Heating rods are designed as ceramic bodies wrapped with a heating wire.

Ein Nachteil dieser bekannten Vorrichtung ist darin zu sehen, daß sowohl für den Warmluftstrom als auch für den Frischluftstrom Schieber und eine zugeordnete Steuerung erforderlich sind. Insbesondere besteht bei solchen Schiebern die Gefahr, daß mechanische Defekte auftreten, durch welche der Betrieb der Heizungsvorrichtung erheblich gestört ist. Die im Luftstrom freiliegenden Heizdrähte führen fast immer zu einer Geruchsbelästigung durch daran verbrennende Staubpartikel, sofern der Aufwand für eine Nachfilterung der Luft nicht extrem hoch getrieben wird. Weiters wird durch die Mischkammer in unerwünschter Weise zusätzlich Platz beansprucht.A disadvantage of this known device is the fact that both for the Warm air flow as well as for the fresh air flow slide and an associated control required are. In particular, there is a risk with such slides that mechanical Defects occur which significantly disrupt the operation of the heating device. The Heating wires exposed in the air flow almost always lead to odor nuisance dust particles burning on it, provided that the effort for post-filtering the air is not is driven extremely high. Furthermore, the mixing chamber undesirably takes up additional space.

Eine weitere Heizungsvorrichtung für Schienenfahrzeuge dieser Art, welche ohne Schieber bzw. Schiebersteuerungen auskommt, ist aus der DE-PS 28 35 120 bekanntgeworden. Bei dieser Heizungsvorrichtung sind in dem Frischluftkanal nacheinander ein Lüfter und ein Heizwiderstand angeordnet, welchem eine mit Speicherplatten bestückte Wärmespeicherkammer nachgeschaltet ist, um die durch den periodischen Betrieb des Heizwiderstandes hervorgerufenen Temperaturschwankungen zu glätten. Die dem Fahrzeuginnenraum im Heizbetrieb zuzuführende Heizenergie wird über die Drehzahl des Lüfters geregelt, welcher im Lüftungsbetrieb in entgegengesetzte Richtung betrieben wird.Another heating device for rail vehicles of this type, which without a slide or slide controls, has become known from DE-PS 28 35 120. At  of this heating device are one fan and one in the fresh air duct Heating resistor arranged, which one equipped with storage disks Heat storage chamber is connected to the through the periodic operation of the Smoothing the heating resistance caused temperature fluctuations. The one Heating energy to be supplied to the vehicle interior in heating mode is determined by the speed of the Fan controlled, which is operated in ventilation mode in the opposite direction.

Ein Nachteil dieser Heizungsvorrichtung liegt unter anderem darin, daß sowohl eine Heizkammer als auch eine Wärmespeicherkammer erforderlich sind, wodurch höhere Herstellungskosten und ein größerer Platzverbrauch anfallen.One disadvantage of this heating device is that both a Heating chamber as well as a heat storage chamber are required, making higher Manufacturing costs and a larger space consumption arise.

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache und platzsparende Heizungsvorrichtung zu schaffen, bei welcher die Nachteile bekannter Vorrichtungen vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Verbesserung der oben erläuterten Heizungsvorrichtung gemäß der EP-A-370 247 vorzunehmen.It is therefore an object of the invention to provide a simple and space-saving heating device to create, in which the disadvantages of known devices are avoided. In particular, it is an object of the invention to improve upon the above Make heating device according to EP-A-370 247.

Diese Aufgaben werden ausgehend von einer Heizungsvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daßThese tasks are based on a heating device of the type mentioned solved in that

  • - die als Wärmespeicherelemente dienenden elektrischen Heizstäbe je einen zentralen Heizwiderstand aufweisen, der im wesentlichen vollständig von einem zylindrischen Wärmespeichermantel umgeben ist, welcher eine spezifische Wärmekapazität von cp ≈ 0,7 . . . 1,0 kJ/kg · K besitzt,- The electrical heating elements serving as heat storage elements each have a central heating resistor which is essentially completely surrounded by a cylindrical heat storage jacket, which has a specific heat capacity of c p ≈ 0.7. . . 1.0 kJ / kgK,
  • - die durchschnittliche mittlere Strömungsgeschwindigkeit der Luft innerhalb der Wärmespeicherkammer zwischen νluft = 2,5 . . . 3,5 m/s beträgt und- the average mean flow velocity of the air within the heat storage chamber between ν air = 2.5. . . Is 3.5 m / s and
  • - die beheizbare Länge lheiz jedes Heizstabes bei einem vorgegebenen Durchmesser zwischen d = 1,5 . . . 3 cm in Abhängigkeit von der erforderlichen Heizleistung Pheiz und dem Verhältnis zwischen der zu erwartenden Fahrzykluszeit tzykl und dem zu erwartenden Brems- bzw. Heizzeitintervall theiz gegeben ist durch: wobei B die maximale Oberflächenbelastbarkeit des Heizstabes in W/cm² und n die Anzahl der Heizstäbe sind.- The heatable length l heats each heating element at a predetermined diameter between d = 1.5. . . 3 cm depending on the required heating power P heiz and the ratio between the expected driving cycle time t zycl and the expected braking or heating time interval t heiz is given by: where B is the maximum surface load of the heating element in W / cm² and n is the number of heating elements.

Durch diese erfindungsgemäßen Maßnahmen wird die Möglichkeit geschaffen, unter Berücksichtigung der vorgegebenen Dimensionierungsvorschriften eine Heizungsvorrichtung zu realisieren, bei welcher die Heizstäbe in vorteilhafter Weise zugleich als Heizwiderstände und Wärmespeicherelemente dienen. Dies wird unter anderem dadurch ermöglicht, daß der Durchmesser (d = 1,5 . . . 3 cm) der Heizstäbe im Vergleich zu herkömmlichen massearmen Heizstäben erheblich größer dimensioniert ist. Weiters wird durch die vorgegebene Anpassung der Heizstablänge an den zu erwartenden Fahrzyklus in Kombination mit der besonderen Dicke dieser Heizstäbe ein thermisch ausreichend träges System geschaffen, bei welchem auf zusätzliche Einbauten wie eine Mischkammer mit Schiebern oder Klappen und einer dazugehörigen Steuerung verzichtet werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Systemträgheit liegt unter anderem darin, daß bei sprunghaften Änderungen der Außentemperatur, z. B. wenn das Nahverkehrs-Schienenfahrzeug teilweise unterirdisch verkehrt, keine unerwünschten raschen Änderungen der Innenraumtemperatur stattfinden.Through these measures according to the invention, the possibility is created under Taking into account the specified dimensioning regulations a heating device to realize, in which the heating rods in an advantageous manner at the same time as heating resistors and heat storage elements serve. This is made possible, among other things, by the fact that the Diameter (d = 1.5... 3 cm) of the heating rods compared to conventional low-mass Heating rods is dimensioned significantly larger. Furthermore, by the given adjustment the heating rod length to the expected driving cycle in combination with the special thickness these heating rods created a thermally sufficiently inert system, in which additional fittings such as a mixing chamber with slides or flaps and one associated control can be dispensed with. Another advantage of this system inertia is, among other things, that in the event of sudden changes in the outside temperature, e.g. B. if the local rail vehicle partly runs underground, no unwanted ones rapid changes in the interior temperature take place.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung beträgt die Oberflächenbelastbarkeit jedes Heizstabes maximal 3 W/cm². Bei einer verbesserten Ausführungsform liegt die maximale Oberflächenbelastbarkeit jedes Heizstabes unter 2,5 W/cm², vorzugsweise bei 2,0 W/cm², wobei seine spezifische Wärmekapazität cp im wesentlichen 0,85 kJ/kgK beträgt. Diese Werte für die maximale Oberflächenbelastbarkeit sind in vorteilhafter Weise erheblich geringer als jene von bekannten Heizstäben.In a preferred embodiment of a heating device according to the invention, the surface resilience of each heating element is a maximum of 3 W / cm². In an improved embodiment, the maximum surface load capacity of each heating element is less than 2.5 W / cm², preferably 2.0 W / cm², and its specific heat capacity c p is essentially 0.85 kJ / kgK. These values for the maximum surface load capacity are advantageously considerably lower than those of known heating elements.

Ebenso ergibt sich eine Verbesserung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung, wenn der Durchmesser jedes Heizstabes zwischen 1,8 und 2,5 cm, vorzugsweise 2,2 cm, beträgt.There is also an improvement in the mode of operation of an inventive device Heating device if the diameter of each heating rod is between 1.8 and 2.5 cm, preferably 2.2 cm.

Bevorzugte Betriebsbedingungen für die Wärmespeicherkammer einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung liegen dann vor, wenn das Heizzeitintervall während eines dem Betrieb des Schienenfahrzeuges zugrunde gelegten Normalfahrzyklus zwischen 1/3 und 1/10, vorzugsweise 1/6 der Fahrzykluszeit, jedoch maximal 50% der Fahrzykluszeit beträgt. Falls das erforderliche Heizzeitintervall länger als das tatsächliche Bremszeitintervall ist, wird die Heizungsvorrichtung in vorteilhafter Weise von der allgemeinen Stromversorgung des Schienenfahrzeuges, z. B. einem Fahrdraht, mit elektrischem Strom versorgt.Preferred operating conditions for the heat storage chamber of an inventive Heating device are present when the heating time interval during an operation the normal driving cycle between 1/3 and 1/10 of the rail vehicle, is preferably 1/6 of the driving cycle time, but a maximum of 50% of the driving cycle time. If the required heating time interval is longer than the actual braking time interval, the Heating device in an advantageous manner from the general power supply of the Rail vehicle, e.g. B. a contact wire, supplied with electrical current.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Wärmespeicherkammer einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung ergibt sich dadurch, daß die U-förmig ausgebildeten und parallel zueinander ausgerichteten Heizstäbe normal zur Strömungsrichtung der Zuluft in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im wesentlichen dem Abstand der beiden U-Schenkel des Heizstabes entspricht. Bei einer solchen Wärmespeicherkammer ist vorzugsweise jeder Heizstab an den freien Enden seiner U-Schenkel mit elektrischen Kontaktstellen versehen, die einer Seitenfläche der Wärmespeicherkammer zugeordnet und mit Kontaktstellen benachbarter Heizstäbe so verbunden sind, daß jeweils eine Mehrzahl von Heizstäben seriell an die Stromversorgung angeschlossen sind. Die Befestigung der einzelnen Heizstäbe in der Wärmespeicherkammer erfolgt vorzugsweise dadurch, daß jeder U-förmige Heizstab an dem Übergang des Bogenstückes in den U-Schenkel einerseits und an dem freien Ende jedes Schenkels andererseits in einer Bohrung je einer Wand der Wärmespeicherkammer gehalten ist.An advantageous embodiment of the heat storage chamber of an inventive Heating device results from the fact that the U-shaped and parallel aligned heating rods normal to the direction of flow of the supply air in one Are spaced from each other, which is essentially the distance between the two U-leg of the heating element corresponds. In such a heat storage chamber  preferably each heating rod at the free ends of its U-legs with electrical Provide contact points assigned to a side surface of the heat storage chamber and with Contact points of adjacent heating elements are connected so that a plurality of each Heating rods are connected in series to the power supply. The attachment of the individual Heating rods in the heat storage chamber is preferably done in that each U-shaped Heating element at the transition of the arc piece into the U-leg on the one hand and at the free one End of each leg on the other hand in a hole in each wall of the heat storage chamber is held.

Zusätzliche Vorteile und Merkmale einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung gehen aus weiteren Unteransprüchen hervor.Additional advantages and features of a heating device according to the invention go out further subclaims.

Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in den beiliegenden Figuren dargestellt ist, die zeigtIn the following, the present invention will be described in a non-limiting manner Embodiment explained in more detail, which is shown in the accompanying figures shows

Fig. 1 ein Schienenfahrzeug, welches mit einer Heizungsvorrichtung der erfindungsgemäßen Art versehen ist, Fig. 1 is a rail vehicle, which is provided with a heating device of the type according to the invention,

Fig. 2 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung, Fig. 2 is a schematic plan view of a heating device according to the invention,

Fig. 3a und 3b eine schematische Draufsicht (Fig. 3b) einer Ausführungsvariante der Heizungsvorrichtung von Fig. 2 und einen Längsschnitt (Fig. 3a) durch die in Fig. 3b dargestellte Ausführungsvariante entlang der Linie IIIA, Fig. 3a and 3b are a schematic plan view (Fig. 3b) of a variant embodiment of the heating apparatus of FIG. 2 and a longitudinal section (Fig. 3a) by the in FIG. 3b illustrated embodiment taken along the line IIIA,

Fig. 4 eine schematische Draufsicht einer Wärmespeicherkammer für eine erfindungsgemäße Heizungsvorrichtung, Fig. 4 is a schematic plan view of a heat storage chamber for an inventive heating device,

Fig. 5a und 5b eine schematische Seitenansicht (Fig. 5a) der Wärmespeicherkammer von Fig. 4 und ein Verdrahtungsschema (Fig. 5b) für die Heizstäbe einer solchen Wärmespeicherkammer, FIGS. 5a and 5b is a schematic side view (FIG. 5a) of the heat storage chamber of Fig. 4 and a wiring pattern (Fig. 5b) for the heating elements of such a heat storage chamber,

Fig. 6a und 6b einen Heizstab für eine Wärmespeicherkammer einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung in einer Seitenansicht (Fig. 6a) und einer Draufsicht (Fig. 6b). Fig. 6a and 6b, a heater for a heat storage chamber of a heating device according to the invention in a side view (Fig. 6a) and a plan view (Fig. 6b).

Vorerst wird auf die Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein Nahverkehrs-Schienenfahrzeug 1 dargestellt ist, welches bezüglich der Heizungs-Lüftungsanlage üblicherweise in mehrere Wagenabschnitte 1a, 1b, 1c unterteilt ist, welche mit je einer Heizungsvorrichtung 2 versehen sind, die im Bereich ihres zugeordneten Wagenabschnittes 1a, 1b, 1c auf dem Dach des Schienenfahrzeuges angeordnet sind, wobei die Heizungsvorrichtungen 2 in diesem Dach etwas in Richtung Wagendecke 3 versenkt sind, so daß sich ihre dem jeweiligen Innenraum 4 zugeordneten Grundflächen direkt oberhalb der Wagendecke 3 befinden, in welcher je Wagenabschnitt 1a, 1b, 2c ein Deckenkanal 5 ausgebildet ist, der sich ausgehend von der Heizungsvorrichtung 2 in Längsrichtung im wesentlichen über den gesamten Deckenbereich des zugeordneten Wagenabschnittes 1a, 1b, 1c erstreckt. Der Deckenkanal ist dazu vorgesehen, einerseits im Lüftungsbetrieb Zuluft aus der (abgeschalteten) Heizungsvorrichtung in den Deckenbereich des Innenraums 4 einzubringen, andererseits im Heizbetrieb bei tiefen Außentemperaturen Umluft aus diesem Innenraum 4 zu entnehmen und der Heizungsvorrichtung zuzuführen, in welcher die Umluft mit von außen kommender Frischluft vermischt und in der Folge wieder erwärmt wird. Im Bodenbereich ist ebenso im wesentlichen entlang jedes Wagenabschnittes 1a, 1b, 1c je ein Bodenkanal 6 angeordnet, welcher über je einen Heizungskanal 7 mit der zugeordneten Heizungsvorrichtung 2 verbunden ist, wobei dieser Bodenkanal 6 dazu vorgesehen ist, sowohl im Heizbetrieb als auch im Lüftungsbetrieb die von der Heizungsvorrichtung gelieferte Zuluft im Bodenbereich in den Innenraum 4 des Schienenfahrzeuges 1 einzubringen.For the time being, reference is made to FIG. 1, in which a commuter rail vehicle 1 is shown, which is usually divided into several car sections 1 a, 1 b, 1 c with respect to the heating and ventilation system, each of which is provided with a heating device 2 , which are arranged in the area of their assigned car section 1 a, 1 b, 1 c on the roof of the rail vehicle, the heating devices 2 in this roof being somewhat recessed in the direction of the car ceiling 3 , so that their base areas assigned to the respective interior 4 are located directly above the Car ceiling 3 are located, in each car section 1 a, 1 b, 2 c, a ceiling channel 5 is formed, which extends from the heating device 2 in the longitudinal direction substantially over the entire ceiling area of the assigned car section 1 a, 1 b, 1 c. The ceiling duct is intended, on the one hand, to introduce supply air from the (switched off) heating device into the ceiling area of the interior 4 in ventilation operation, and on the other hand to extract recirculated air from this interior 4 in heating operation at low outside temperatures and to supply it to the heating device, in which the recirculation air comes from outside Fresh air is mixed and then reheated. In the floor area, a floor channel 6 is likewise arranged essentially along each carriage section 1 a, 1 b, 1 c, which is connected via a heating channel 7 to the associated heating device 2 , this floor channel 6 being provided for this purpose, both in heating mode and to introduce the supply air supplied by the heating device into the interior 4 of the rail vehicle 1 in the floor area in the ventilation mode.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist der Gedanke, daß bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen, insbesondere bei Schienenfahrzeugen, die bei einem Bremsvorgang freiwerdende kinetische Energie des Fahrzeuges durch Generatorumschaltung in elektrische Energie umzuwandeln. Diese Energie wird jedoch nicht in das Netz zurückgespeist, sondern der Heizungsvorrichtung zur Verfügung gestellt. Eine solche energetische Auslegung ist insbesondere bei Nahverkehrsmitteln, wie z. B. U-Bahn, Straßenbahn, S-Bahn oder O-Bussen, die einen relativ konstanten Fahrzyklus aufweisen, sinnvoll anwendbar. Ein sogenannter Fahrzyklus eines Fahrzeuges dieser Art setzt sich aus den folgenden Zeitabschnitten zusammen: einem Anfahrzeitintervall tanf, einem Fahrzeitintervall tfahr, einem Bremszeitintervall tbrems, und einem Haltezeitintervall thalt, deren Summe die Fahrzykluszeit tzykl ergibt. In vorteilhafter Weise ist die Heizungsvorrichtung eines solchen Fahrzeuges daher so auszulegen, daß die während des zu erwartenden Bremszeitintervalls tbrems gewonnenen elektrische Energie für Heizzwecke genutzt wird, das heißt, die Heizungsvorrichtung wird intervallweise, nämlich während eines Heizzeitintervalls theiz, welches im wesentlichen an das Bremszeitintervall tbrems angepaßt ist, mit elektrischer Energie versorgt. Dabei tritt jedoch das Problem auf, daß die in der Heizungsvorrichtung pulsartig erzeugte Wärme in gleichmäßiger Form an den Innenraum abgegeben werden muß, so daß für eine in dieser Form betriebene Heizungsvorrichtung eine Glättungseinrichtung in Form eines Wärmespeichers erforderlich ist. Der Nachteil bisheriger Anlagen liegt im wesentlichen darin, daß für eine ausreichende Glättung des zeitlichen Temperaturverlaufs der in den Innenraum eingebrachten Zuluft zusätzliche Einbauten, wie Schieber oder Klappen und eine aufwendige Steuerung dieser Komponenten erforderlich sind.The starting point of the present invention is the idea that, in the case of electrically operated vehicles, in particular in the case of rail vehicles, the kinetic energy of the vehicle which is released during a braking operation is converted into electrical energy by generator switching. However, this energy is not fed back into the network, but is made available to the heating device. Such an energetic design is particularly important for local transport, such as. B. U-Bahn, tram, S-Bahn or trolleybuses, which have a relatively constant driving cycle, usable. A so-called driving cycle of a vehicle of this type is made up of the following time periods together: t anf a Anfahrzeitintervall, a driving time interval t traveling, a braking time interval t braking, and a holding time interval t stop, the sum of the driving cycle time t cycl results. Advantageously, the heating apparatus of such a vehicle is, therefore, to be construed as being used during the expected braking time interval t braking recovered electrical energy for heating purposes, that is, the heating device is intermittently, namely during a Heizzeitintervalls t heiz consisting essentially to the Braking time interval t brake is adapted, supplied with electrical energy. However, there arises the problem that the heat generated in pulsed fashion in the heating device must be emitted to the interior in a uniform form, so that a smoothing device in the form of a heat accumulator is required for a heating device operated in this form. The disadvantage of previous systems is essentially that additional fittings, such as slides or flaps, and complex control of these components are required for adequate smoothing of the temperature profile of the supply air introduced into the interior.

Aus einer Reihe von Versuchen der Anmelderin hat sich jedoch in überraschender Weise gezeigt, daß bei einer Verwendung von besonders dicken, für diesen Anwendungsfall neuartigen Heizstäben mit einem Durchmesser d zwischen d = 1,5 . . . 3 cm die Grundlage dafür geschaffen wird, eine Wärmespeicherkammer zu realisieren, bei welcher eine ausreichende Glättung der Wärmeentwicklung stattfindet, ohne daß zusätzliche Maßnahmen erforderlich sind. Der Erfindung liegt daher die Idee zugrunde, eine Wärmespeicherkammer zu entwickeln, mittels welcher für beliebige, vorgegebene Fahrzyklen tzykl eine daran angepaßte Heizungsvorrichtung geschaffen werden kann. Die Länge lheiz der einzelnen Heizstäbe wird zu diesem Zweck in Abhängigkeit von der erforderlichen Heizleistung Pheiz und dem Verhältnis zwischen der erwarteten Fahrzykluszeit tfahr und dem zu erwartenden Brems- tbrems bzw. Heizzeitintervall theiz folgendermaßen ermittelt:From a series of tests by the applicant, however, it has surprisingly been found that when using particularly thick heating rods with a diameter d between d = 1.5 which are novel for this application. . . 3 cm the basis is created for realizing a heat storage chamber in which there is sufficient smoothing of the heat development without additional measures being required. The invention is therefore based on the idea of developing a heat storage chamber by means of which a heating device adapted to it can be created for any predetermined driving cycles t cycle. The length l of the individual heating elements is heatable for this purpose, depending on the required heating power P heating and the ratio between the expected travel time cycle t-propelled and the expected braking t braking or Heizzeitintervall t heiz determined as follows:

wobei B die maximale Oberflächenbelastbarkeit des Heizstabes in W/cm² und n die Anzahl der Heizstäbe sind. Ein weiteres, wesentliches Kriterium besteht darin, daß für den Wärmespeichermantel ein Material gewählt wird, dessen spezifische Wärmekapazität cp zwischen cp ≈ 0,7 . . . 1,0 kJ/kg · K liegt. Zusätzlich wird für den Betrieb einer erfindungsgemäßen Heizungsvorrichtung mit einem ausreichenden Glättungsverhalten vorgegeben, daß die mittlere Strömungsgeschwindigkeit vluft der die Wärmespeicherkammer durchströmenden Luft zwischen νluft = 2,5 . . . 3,5 m/s beträgt, wobei die Luftströmung der im Betrieb befindlichen Heizungsvorrichtung zumindest während des Heizbetriebes im wesentlichen konstant gehalten ist. Ein optimaler Betrieb einer so ausgelegten Heizungsvorrichtung erfolgt insbesondere dann, wenn das zur Verfügung stehende Heizzeitintervall theiz zwischen 1/3 und 1/10, vorzugsweise 1/6, jedoch maximal 50% der Fahrzykluszeit beträgt.where B is the maximum surface load of the heating element in W / cm² and n is the number of heating elements. Another essential criterion is that a material is selected for the heat storage jacket whose specific heat capacity c p is between c p ≈ 0.7. . . 1.0 kJ / kgK. In addition, for the operation of a heating device according to the invention with sufficient smoothing behavior, it is specified that the mean flow velocity v air of the air flowing through the heat storage chamber is between ν air = 2.5. . . 3.5 m / s, the air flow of the heating device in operation being kept substantially constant, at least during the heating operation. Optimal operation of a heating device designed in this way takes place in particular if the available heating time interval t heiz is between 1/3 and 1/10, preferably 1/6, but at most 50% of the driving cycle time.

Bei Einhaltung der obengenannten Bereichsgrenzen in Verbindung mit einer nach Maßgabe der obigen Formel richtig gewählten Länge der Heizstäbe ergibt sich in überraschender Weise eine besonders einfach aufgebaute und ansteuerbare Heizungsvorrichtung. Ein Ausführungsbeispiel für eine solche Heizungsvorrichtung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 näher erläutert. If the above-mentioned range limits are observed in conjunction with a length of the heating rods correctly selected in accordance with the above formula, a heating device which is of particularly simple construction and can be controlled is surprisingly obtained. An embodiment of such a heating device is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.

Die in Fig. 2 schematisch in Draufsicht dargestellte Heizungsvorrichtung 2 ist in einem Gehäuse 8 untergebracht, welches zwei symmetrisch zur Fahrtrichtung L angeordnete Frischlufteingänge 9a, 9b aufweist, die über einen in die Wärmespeicherkammer 10 mündenden Frischluftkanal 11 miteinander verbunden sind. Die seitliche Anordnung und die Verbindung der Frischlufteingänge 9a, 9b miteinander bewirkt, daß in den Frischluftkanal 11 auch bei Seitenwind in vorteilhafter Weise immer die gleiche Außenluftmenge einströmt. Jedem der Frischlufteingänge 9a, 9b ist je ein Wasserabscheider 12a, 12b und ein Frischluftreinigungsfilter 13a, 13b zugeordnet, um sicherzustellen, daß nur trockene und gereinigte Frischluft in die Wärmespeicherkammer 10 gelangen kann. In dem Frischluftkanal 11 ist weiters eine symmetrisch zur Längsmittelebene angeordnete Umluftöffnung 14 vorgesehen, durch welche Umluft aus dem Innenraum 4 in den Frischluftkanal 11 gelangt, wo sie mit Frischluft aus dem Außenraum vermischt wird, bevor diese durch die Wärmespeicherkammer 10 strömt. Die Umluftöffnung 14 ist durch eine nicht dargestellte Klappe verschließbar, die nur im Heizbetrieb geöffnet wird, wenn die Außentemperatur unterhalb eines bestimmten vorgegebenen Wertes liegt.The heating device 2 shown schematically in Fig. 2 in top view is housed in a housing 8, which has two symmetrically arranged to the traveling direction L of fresh air inputs 9 a, having 9 b, which are connected to each other through a opening into the heat storage chamber 10 fresh air duct 11. The lateral arrangement and the connection of the fresh air inlets 9 a, 9 b with one another has the effect that the same amount of outside air always flows into the fresh air duct 11, even in cross winds. Each of the fresh air inlets 9 a, 9 b is each assigned a water separator 12 a, 12 b and a fresh air cleaning filter 13 a, 13 b to ensure that only dry and cleaned fresh air can get into the heat storage chamber 10 . In the fresh air duct 11 there is furthermore a circulating air opening 14 arranged symmetrically to the longitudinal center plane, through which circulating air from the interior 4 enters the fresh air duct 11 , where it is mixed with fresh air from the outside before it flows through the heat storage chamber 10 . The air circulation opening 14 can be closed by a flap, not shown, which is only opened in heating mode when the outside temperature is below a certain predetermined value.

Die in Fahrzeuglängsrichtung L durchströmte Wärmespeicherkammer 10 weist ihrerseits ein Gehäuse 15 auf, in welchem quer zur Strömungsrichtung der Luft eine Anzahl n U-förmiger Heizstäbe 16 angeordnet sind. Der Abstand der parallel zueinander angeordneten Heizstäbe 16 entspricht im wesentlichen dem Abstand der U-Schenkel, so daß eine räumlich gleichmäßige Durchdringung des Innenraums der Wärmespeicherkammer 10 erreicht wird. Nähere Angaben hinsichtlich der Wärmespeicherkammer 10 und der Heizstäbe 16 finden sich weiter unten in bezug auf die Fig. 4, 5 und 6.The heat storage chamber 10 through which the vehicle flows in the longitudinal direction L in turn has a housing 15 in which a number n of U-shaped heating rods 16 are arranged transversely to the flow direction of the air. The spacing of the heating rods 16 arranged parallel to one another essentially corresponds to the spacing of the U legs, so that a spatially uniform penetration of the interior of the heat storage chamber 10 is achieved. Further details regarding the heat storage chamber 10 and the heating rods 16 can be found further below with reference to FIGS. 4, 5 and 6.

An die dem Frischluftkanal 11 abgewandte Seite der Wärmespeicherkammer 10 schließt ein Zuluftkanal 17 an, in welchem zwei Lüfter 18a, 18b vorgesehen sind, die je einen symmetrisch zur Längsmittelebene angeordneten Ausgang 19a, 19b mit von der Wärmespeicherkammer 10 gelieferter Zuluft versorgen, wobei die zwei Lüfter 18a, 18b bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem gemeinsamen Motor 20 angetrieben werden. Die Ausgänge 19a, 19b sind mit dem weiter oben beschriebenen Heizungskanal 7 verbunden, der in den Bodenkanal 6 mündet. In Durchströmungsrichtung am Ende oder unmittelbar nach der Wärmespeicherkammer 10 ist ein Übertemperatur-Sensor 21 vorgesehen, welcher die Heizungsvorrichtung 2 bei Überschreiten einer bestimmten maximal zulässigen Temperatur aus Sicherheitsgründen durch Herbeiführen eines Kurzschlusses außer Betrieb setzt. Hierzu sind natürlich nicht gezeigte Überstromschalter vorgesehen, die im Kurzschluß bzw. Überstromfall die Vorrichtung von der Versorgungsspannung trennen. Weiters ist in dem Zuluftkanal 17 aus Sicherheitsgründen ein nicht näher bezeichneter elektronischer Strömungswächter vorgesehen, welcher die Heizungsvorrichtung auf der Basis eines Hitzdrahtverfahrens über Schütze ausschaltet, falls einer oder beide Lüfter 18a, 18b defekt sind. Zu beiden Seiten des Zuluftkanals 17 sind in dem Gehäuse 8 der Heizungsvorrichtung 22 weiters nicht näher bezeichnete Komponenten der elektrischen und elektronischen Steuerung der Heizungsvorrichtung 2 untergebracht, wobei in vorteilhafter Weise die Hochspannungskomponenten auf einer Seite 22 und die Niederspannungsbauteile auf der gegenüberliegenden Seite 23 des Zuluftkanals 17 angeordnet sind. Die elektronische Steuerung der Heizungsvorrichtung erfolgt prinzipiell mittels eines Mikrorechners, der mit einem Außentemperatur-, einem Zulufttemperatur- und einem Innentemperaturfühler verbunden ist. Die in dem Mikrorechner geladene Software ist so gestaltet, daß vorrangig die Energie der Bremsphase für Heizzwecke genutzt wird. Bei einem in Betrieb genommenen kalten Fahrzeug ist jedoch die von dem Innentemperaturfühler an den Mikrorechner übermittelte Temperatur in der Regel zu niedrig, so daß die Heizungsvorrichtung zusätzlich während der Fahrphase mit elektrischer Energie aus der allgemeinen Stromversorgung des Fahrzeuges, z. B. einer Oberleitung oder unter Stromschiene, versorgt wird. Der in dem Zuluftkanal vorgesehene Zulufttemperaturfühler dient zur Begrenzung der Zulufttemperatur. Im Normalbetrieb berechnet die Software abhängig von der durch den Außentemperaturfühler gemessenen Außentemperatur, der im Innenraum herrschenden Innentemperatur und des dem Fahrzeug zugrunde gelegten Normalfahrzyklus, ob der Heizungsvorrichtung bis zur nächsten Bremsphase zusätzlich Strom zugeführt werden muß. Ist die während einer Bremsphase an die Heizungsvorrichtung zugeführte Energie zu hoch, z. B. bei einer verhältnismäßig hohen Außentemperatur, entscheidet die Software wiederum anhand der Außentemperatur, der Innentemperatur und des vorgegebenen Normalfahrzyklus, ob während der nächsten Bremsphase die Energiezufuhr an die Heizungsvorrichtung unterbleiben kann. Diese Art der Steuerung gewährleistet im Heizbetrieb das Einbringen von Zuluft mit äußerst geringen Temperaturschwankungen in den Innenraum des Fahrzeuges, wodurch für den Fahrgast eine behagliche Umgebung geschaffen wird.On the side of the heat storage chamber 10 facing away from the fresh air duct 11 there is a supply air duct 17 , in which two fans 18 a, 18 b are provided, each supplying an outlet 19 a, 19 b arranged symmetrically to the longitudinal center plane with supply air supplied by the heat storage chamber 10 , wherein the two fans 18 a, 18 b in the present embodiment are driven by a common motor 20 . The outputs 19 a, 19 b are connected to the heating duct 7 described above, which opens into the floor duct 6 . In the flow direction at the end or immediately after the heat storage chamber 10 , an overtemperature sensor 21 is provided which, for safety reasons, deactivates the heating device 2 by causing a short circuit if a certain maximum permissible temperature is exceeded. Of course, overcurrent switches (not shown) are provided for this purpose, which separate the device from the supply voltage in the event of a short circuit or overcurrent. Furthermore, for safety reasons, an electronic flow monitor (not specified in more detail) is provided in the supply air duct 17 , which switches off the heating device on the basis of a hot wire method via contactors if one or both fans 18 a, 18 b are defective. On both sides of the air supply channel 17 of the heating device are housed 2 2 further unspecified components of the electrical and electronic control of the heating device 2 in the housing 8, wherein in an advantageous manner, the high-voltage components on one side 22 and the low voltage components on the opposite side 23 of the air supply 17 are arranged. The heating device is controlled electronically in principle by means of a microcomputer which is connected to an outside temperature, a supply air temperature and an inside temperature sensor. The software loaded in the microcomputer is designed so that the energy of the braking phase is primarily used for heating purposes. When a cold vehicle is put into operation, however, the temperature transmitted from the inside temperature sensor to the microcomputer is usually too low, so that the heating device is additionally supplied with electrical energy from the vehicle's general power supply, e.g. B. an overhead line or under a power rail. The supply air temperature sensor provided in the supply air duct serves to limit the supply air temperature. In normal operation, the software calculates, depending on the outside temperature measured by the outside temperature sensor, the inside temperature prevailing in the interior and the normal driving cycle on which the vehicle is based, whether the heating device must be supplied with additional electricity until the next braking phase. If the energy supplied to the heating device during a braking phase is too high, e.g. B. at a relatively high outside temperature, the software in turn decides on the basis of the outside temperature, the inside temperature and the predetermined normal driving cycle whether the energy supply to the heating device can be omitted during the next braking phase. In heating mode, this type of control ensures that supply air with extremely low temperature fluctuations is introduced into the interior of the vehicle, thereby creating a comfortable environment for the passenger.

In den Fig. 3a und 3b ist eine Ausführungsvariante der in Fig. 2 dargestellten Heizungsvorrichtung 2 gezeigt, wobei Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie IIIA von Fig. 3b darstellt und Fig. 3b eine Draufsicht der Heizungsvorrichtung ähnlich der Fig. 2 zeigt. Die schwarzen Pfeile geben die Strömungsrichtung der Luft im Heizbetrieb an, wogegen die transparent dargestellten Pfeile die Strömungsrichtung der Luft im Lüftungsbetrieb angeben. Aus Fig. 3a ist zu entnehmen, daß in dem Gehäuse 8 der Heizungsvorrichtung 2 unterhalb der Wärmespeicherkammer 10 ein Zwischenraum 24 angeordnet ist, der über die Umluftöffnung 14 mit dem Frischluftkanal 11 und über eine Klappe 25 mit dem Zuluftkanal 17 verbunden ist. An der Grundfläche dieses Zwischenraumes 24 sind in dem Gehäuse 8 symmetrisch zur Längsmittelebene L angeordnete Umluft/Zuluftöffnungen 26a, 26b vorgesehen, die mit dem Deckenkanal 5 des Fahrzeuges 1 verbunden sind. FIGS . 3a and 3b show an embodiment variant of the heating device 2 shown in FIG. 2, FIG. 3a showing a section along the line IIIA of FIG. 3b and FIG. 3b showing a top view of the heating device similar to FIG. 2. The black arrows indicate the direction of flow of the air in heating mode, whereas the arrows shown transparently indicate the direction of flow of air in ventilation mode. From Fig. 3a it can be seen that a space 24 is arranged in the housing 8 of the heating device 2 below the heat storage chamber 10 , which is connected to the fresh air duct 11 via the circulating air opening 14 and to the supply air duct 17 via a flap 25 . At the base of this intermediate space 24 , circulating air / supply air openings 26 a, 26 b, which are connected to the ceiling duct 5 of the vehicle 1 , are provided in the housing 8 symmetrically to the longitudinal center plane L.

Im Heizbetrieb ist die Klappe 25 geschlossen und die erwärmte Zuluft kann nur durch die Ausgänge 19a, 19b (über den Heizungskanal 7 und den Bodenkanal 6) in den Innenraum 4 des Fahrzeuges 1 gelangen. Durch die Umluft/Zuluftöffnungen 26a, 26b und die Umluftöffnung 14 kann im Heizbetrieb Umluft aus dem Fahrzeuginnenraum 4 durch den Deckenkanal 5 in den Frischluftkanal 11 gelangen, wenn bei Unterschreiten einer bestimmten Temperatur die Klappe der Umluftöffnung 14 geöffnet wird.In heating mode, the flap 25 is closed and the heated supply air can only enter the interior 4 of the vehicle 1 through the outlets 19 a, 19 b (via the heating duct 7 and the floor duct 6 ). Through the recirculating air / supply air openings 26 a, 26 b and the recirculating air opening 14 , recirculating air can get from the vehicle interior 4 through the ceiling duct 5 into the fresh air duct 11 in heating mode if the flap of the recirculating air opening 14 is opened when the temperature falls below a certain temperature.

Im Lüftungsbetrieb ist hingegen die Klappe 25 geöffnet und die Zuluft kann sowohl durch die Ausgänge 19a, 19b (über den Heizungskanal 7 und den Bodenkanal 6) als auch durch die Umluft/Zuluftöffnungen 26a, 26b (über den Deckenkanal 5) in den Innenraum 4 des Fahrzeuges 1 gelangen, wobei in dieser Betriebsart die Klappe der Umluftöffnung 14 ständig geschlossen ist.In ventilation mode, on the other hand, the flap 25 is open and the supply air can flow in both through the outlets 19 a, 19 b (via the heating duct 7 and the floor duct 6 ) and through the circulating air / supply air openings 26 a, 26 b (via the ceiling duct 5 ) enter the interior 4 of the vehicle 1 , the flap of the air circulation opening 14 being permanently closed in this operating mode.

Die in Fig. 4 in einer Draufsicht und in Fig. 5a in einer Seitenansicht dargestellte Wärmespeicherkammer 10 weist ein durchströmbares - in Fahrtrichtung gesehen - an der vorderen und hinteren Stirnseite offenes Gehäuse 15 auf, in welchem quer zur Strömungsrichtung eine Anzahl n U-förmig ausgebildeter Heizstäbe 16 angeordnet ist, deren parallel zueinander ausgerichtete Schenkel 27a, 27b über ein kreisförmiges Bogenstück 28 miteinander verbunden sind, wobei die Heizstäbe 16 an dem Übergang der Schenkel 27a, 27b auf das Bogenstück 28 an einer Zwischenwand 29 des Gehäuses 15 und mit den freien Enden 30a, 30b ihrer Schenkel 27a, 27b in einer Seitenwand 31 des Gehäuses 15 gelagert sind. Zu diesem Zweck sind sowohl in der Zwischenwand 29 als auch in der Seitenwand 31 deckungsgleiche, in einem bestimmten Raster angeordnete paarweise Bohrungen vorgesehen, deren Abstand und Durchmesser von der Art des verwendeten Heizstabes 16 abhängig ist, wobei der Abstand dieser paarweisen Bohrungen voneinander vorzugsweise an den Abstand zwischen den beiden Schenkeln 27a, 27b eines Heizstabes 16 angepaßt ist, um eine möglichst gleichmäßige räumliche Aufteilung der Heizstäbe 16 in dem Innenraum der Wärmespeicherkammer 10 zu gewährleisten. In dem Übergangsbereich zwischen den Schenkeln 27a, 27b und dem Bogenstück 28 ist weiters an jedem Schenkel 27a, 27b jedes Heizstabes 16 ein Ring 32 aufgepreßt, mittels welchem der Heizstab 16 gegen die Zwischenwand 29 in Richtung Seitenwand 31 abgestützt ist. In Gegenrichtung ist jeder Heizstab 16 mittels des Bogenstückes 28 gegen eine Seitenwand 33 des Gehäuses 15 abgestützt, welche der Seitenwand 31 gegenüberliegend und parallel zu der Zwischenwand 29 verlaufend angeordnet ist. Die der Seitenwand 31 zugeordneten freien Endene 30a, 30b der Heizstäbe 16 weisen je eine aus dem Wärmespeichermantel herausgeführte Kontaktstelle 34 auf, mittels welcher jeder Heizstab 16 an die zugeordnete Energieversorgungseinrichtung angeschlossen ist. The heat storage chamber 10 shown in a top view in FIG. 4 and in a side view in FIG. 5a has a flow-through housing 15 , seen in the direction of travel, on the front and rear end faces, in which a number n of U-shaped design transversely to the flow direction Heating rods 16 is arranged, the legs 27 a, 27 b of which are aligned parallel to one another are connected to one another via a circular arc piece 28 , the heating rods 16 at the transition of the legs 27 a, 27 b to the arc piece 28 on an intermediate wall 29 of the housing 15 and with the free ends 30 a, 30 b of their legs 27 a, 27 b are mounted in a side wall 31 of the housing 15 . For this purpose, both in the intermediate wall 29 and in the side wall 31 congruent, arranged in a certain grid pairwise holes are provided, the distance and diameter depends on the type of heating element 16 used, the distance of these paired holes preferably from each other Distance between the two legs 27 a, 27 b of a heating element 16 is adapted to ensure the most uniform spatial distribution of the heating elements 16 in the interior of the heat storage chamber 10 . In the transition region between the legs 27 a, 27 b and the arc piece 28 , a ring 32 is further pressed on each leg 27 a, 27 b of each heating element 16 , by means of which the heating element 16 is supported against the intermediate wall 29 in the direction of the side wall 31 . In the opposite direction, each heating element 16 is supported by means of the curved piece 28 against a side wall 33 of the housing 15 , which is arranged opposite the side wall 31 and extends parallel to the intermediate wall 29 . The free ends 30 a, 30 b of the heating rods 16 assigned to the side wall 31 each have a contact point 34 which is led out of the heat storage jacket and by means of which each heating rod 16 is connected to the assigned energy supply device.

Aus der in Fig. 5b dargestellten schematischen Ansicht der Seitenfläche 31 von Fig. 5a ist ein Beispiel für eine Verdrahtung der Heizstäbe 16 untereinander zu entnehmen, bei welcher jeweils fünf Heizstäbe 16 mittels Leiterbrücken 35 seriell miteinander verbunden und vier solche Serienschaltungen parallel an die Versorgungsspannung der Heizungsvorrichtung, z. B. 750 V, angeschlossen sind.From the schematic view of the side surface 31 of FIG. 5a shown in FIG. 5b, an example of a wiring of the heating rods 16 to one another can be seen, in which in each case five heating rods 16 are connected in series with one another by means of conductor bridges 35 and four such series circuits in parallel with the supply voltage of the Heater, e.g. B. 750 V, are connected.

In den Fig. 6a und 6b ist ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendeter Heizstab 16 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht im Detail dargestellt. Der Heizstab 16, dessen Durchmesser d zwischen d = 1,5 bis 3 cm liegt, besteht aus einem zentralen Heizwiderstand 36, der von einem Wärmespeichermantel 37 umgeben ist, der aus einem Material mit einer spezifischen Wärmekapazität cp im Bereich zwischen cp = 0,7 bis 1,0 kJ/kgK hergestellt ist. Keramische Materialien, deren spezifische Wärmekapazität in den oben angegebenen Bereich fällt, sind aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften für diese Zwecke gut geeignet. An seiner zylindrischen Außenfläche ist der Wärmespeichermantel 37 jedes Heizstabes 16 von einem Stahlmantel 38 umgeben, welche einerseits als Schutz für den Wärmespeichermantel 37 dient und andererseits einen guten Wärmeübergang von dem Heizstab auf die vorbeiströmende Luft ermöglicht. Auf diesen Stahlmantel 38 sind im Verbindungsbereich der Schenkel 27a, 27b mit dem Bogenstück 28 die bereits weiter oben beschriebenen Ringe 32 aufgepreßt. Weiters sind die außerhalb des Gehäuses 15 der Wärmespeicherkammer 10 gelegenen freien Enden 30a, 30b der Schenkel 27a, 27b jedes Heizstabes 16 (Fig. 4) nicht beheizt und weisen an ihren Endabschnitten Kühlrippen 39 auf. An den Stirnflächen der freien Enden 30a, 30b der Schenkel 27a, 27b sind die bereits weiter oben beschriebenen, mit dem Heizwiderstand 36 elektrisch verbundenen Kontaktstellen 34 aus dem Wärmespeicherkanal 37 des Heizstabes herausgeführt.In Figs. 6a and 6b, a term used in the present invention, the heating rod is shown in a side view and a top view in detail 16th The heating rod 16 , whose diameter d is between d = 1.5 to 3 cm, consists of a central heating resistor 36 which is surrounded by a heat storage jacket 37 which is made of a material with a specific heat capacity c p in the range between c p = 0 , 7 to 1.0 kJ / kgK is produced. Ceramic materials, whose specific heat capacity falls within the range given above, are well suited for this purpose due to their physical properties. On its cylindrical outer surface, the heat storage jacket 37 of each heating element 16 is surrounded by a steel jacket 38 , which on the one hand serves as protection for the heat storage jacket 37 and on the other hand enables good heat transfer from the heating element to the air flowing past. The rings 32 already described above are pressed onto this steel jacket 38 in the connecting region of the legs 27 a, 27 b with the arc piece 28 . Furthermore, the free ends 30 a, 30 b of the legs 27 a, 27 b of each heating element 16 ( FIG. 4) located outside the housing 15 of the heat storage chamber 10 are not heated and have cooling fins 39 at their end sections. At the end faces of the free ends 30 a, 30 b of the legs 27 a, 27 b, the contact points 34 already described above, which are electrically connected to the heating resistor 36 , are led out of the heat storage channel 37 of the heating element.

Abschließend ist noch anzumerken, daß die vorliegende Erfindung keineswegs auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern alle für den Fachmann auf dem Gebiet der Heizungsvorrichtungen für elektrisch betriebene Fahrzeuge nach Maßgabe des Anspruchs 1 realisierbaren Ausführungsformen umfaßt.Finally, it should be noted that the present invention is by no means limited to that illustrated and described embodiment is limited, but all for Expert in the field of heating devices for electrically powered vehicles Provided that embodiments that can be realized include.

Claims (22)

1. Heizungsvorrichtung für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug (1), insbesondere für ein Nahverkehrs-Schienenfahrzeug, mit einem verhältnismäßig konstanten Fahrzyklus (tzykl), bestehend aus einem erwarteten Anfahrzeitintervall (tanf), Fahrzeitintervall (ffahr), Bremszeitintervall (tbrems) und Haltezeitintervall (thalt), bei welchem innerhalb eines im wesentlichen an das Bremszeitintervall (tbrems) angepaßten Heizzeitintervalls (theiz) durch Generatorumschaltung eines Fahrmotors elektrische, der Heizungsvorrichtung (2) zuführbare Energie erzeugt wird, wobei die Heizungsvorrichtung (2) ein Gehäuse (8) mit zumindest einem Eingang (9a, 9b) zur Aufnahme von Frischluft aus dem Außenraum und mit zumindest einem Ausgang (19a, 19b) zum Einbringen von Zuluft in den Innenraum (4) des Fahrzeuges (1) aufweist und der Eingang (9a, 9b) über zumindest einen Lüfter (18a, 18b) und eine durchströmbare, eine Anzahl (n) elektrischer Heizstäbe (16) aufweisende Wärmespeicherkammer (10) mit dem Ausgang (19a, 19b) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die als Wärmespeicherelemente dienenden elektrischen Heizstäbe (10) je einen zentralen Heizwiderstand (36) aufweisen, der im wesentlichen vollständig von einem zylindrischen Wärmespeichermantel (37) umgeben ist, welcher eine spezifische Wärmekapazität (cp) von cp ≈ 0,7 . . . 1,0 kJ/kg · K besitzt,
  • - die durchschnittliche mittlere Strömungsgeschwindigkeit (vluft) der Luft innerhalb der Wärmespeicherkammer (10) zwischen νluft = 2,5 . . . 3,5 m/s beträgt und
  • - die beheizbare Länge (lheiz) jedes Heizstabes (16) bei einem vorgegebenen Durchmesser (d) zwischen d = 1,5 . . . 3 cm in Abhängigkeit von der erforderlichen Heizleistung (Pheiz) und dem Verhältnis zwischen der zu erwartenden Fahrzykluszeit (tzykl) und dem zu erwartenden Brems- bzw. Heizzeitintervall (tbrems; theiz) gegeben ist durch: wobei B die maximale Oberflächenbelastbarkeit des Heizstabes in W/cm² ist.
1. Heating device for an electrically operated vehicle (1), particularly for a commuter rail vehicle, having a relatively constant cycle (t cycl), consisting of an expected Anfahrzeitintervall (t anf), driving time interval (f-propelled), braking time interval (T brake) and holding time interval (t stop), in which generated (2) deliverable energy within a substantially electrical to the braking time interval (t brake) adapted Heizzeitintervalls (t CHP) by generator switching of a traveling motor, the heating device, said heating device (2) comprises a housing ( 8 ) with at least one inlet ( 9 a, 9 b) for receiving fresh air from the outside and with at least one outlet ( 19 a, 19 b) for introducing supply air into the interior ( 4 ) of the vehicle ( 1 ) and the input ( 9 a, 9 b) via at least one fan ( 18 a, 18 b) and a flowable, a number (n) of electrical heating elements ( 16 ) Send heat storage chamber ( 10 ) is connected to the output ( 19 a, 19 b), characterized in that
  • - The serving as heat storage elements heating elements ( 10 ) each have a central heating resistor ( 36 ) which is substantially completely surrounded by a cylindrical heat storage jacket ( 37 ), which has a specific heat capacity (c p ) of c p ≈ 0.7. . . 1.0 kJ / kgK,
  • - The average mean flow velocity (v air ) of the air within the heat storage chamber ( 10 ) between ν air = 2.5. . . Is 3.5 m / s and
  • - The heatable length (l heating ) of each heating element ( 16 ) with a predetermined diameter (d) between d = 1.5. . . 3 cm depending on the required heating power (P CHP) and the ratio between the expected driving cycle time (t cycl) and the expected braking or Heizzeitintervall; is given (t braking heiz t) by: where B is the maximum surface load of the heating element in W / cm².
2. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Oberflächenbelastbarkeit (B) jedes Heizstabes (16) kleiner 3 W/cm² beträgt. 2. Heating device according to claim 1, characterized in that the maximum surface load capacity (B) of each heating element ( 16 ) is less than 3 W / cm². 3. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser (d) jedes Heizstabes (16) zwischen 1,8 und 2,5 cm, vorzugsweise 2,2 cm, beträgt.3. Heating device according to claim 1, characterized in that the diameter (d) of each heating rod ( 16 ) is between 1.8 and 2.5 cm, preferably 2.2 cm. 4. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Oberflächenbelastbarkeit (B) des Heizstabes (16) kleiner 2,5 W/cm², vorzugsweise 2,0 W/cm² beträgt, wobei seine spezifische Wärmekapazität (cp) im wesentlichen 0,85 kJ/kgK beträgt.4. Heating device according to claim 3, characterized in that the maximum surface load capacity (B) of the heating rod ( 16 ) is less than 2.5 W / cm², preferably 2.0 W / cm², its specific heat capacity (c p ) substantially 0 , 85 kJ / kgK. 5. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizzeitintervall (theiz) maximal 50% der Fahrzykluszeit (tzykl) beträgt.5. Heating device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the heating time interval (t heating ) is a maximum of 50% of the driving cycle time (t cycle ). 6. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizzeitintervall (theiz) während eines dem Betrieb des Schienenfahrzeuges zugrunde gelegten Normalfahrzyklus zwischen 1/3 und 1/10, vorzugsweise 1/6 der Fahrzykluszeit (tzykl) beträgt.6. Heating device according to claim 5, characterized in that the heating time interval (t heating ) during an operation of the rail vehicle on which the normal driving cycle is based is between 1/3 and 1/10, preferably 1/6 of the driving cycle time (t cycle ). 7. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie von der allgemeinen Stromversorgung des Schienenfahrzeuges, z. B. einem Fahrdraht, mit Strom versorgt wird, falls das erforderliche Heizzeitintervall (theiz) länger als das tatsächliche Bremszeitintervall (tbrems) ist.7. Heating device according to one of claims 1 to 6, characterized in that it from the general power supply of the rail vehicle, for. Is supplied with current as a trolley wire, if the required Heizzeitintervall (t CHP) longer than the actual braking time interval (t brake) is. 8. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmig ausgebildeten und parallel zueinander ausgerichteten Heizstäbe (16) normal zur Strömungsrichtung der Zuluft in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der im wesentlichen dem Abstand der beiden U-Schenkel (27a, 27b) des Heizstabes (16) entspricht.8. Heating device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the U-shaped and parallel to each other aligned heating rods ( 16 ) are arranged normal to the direction of flow of the supply air at a distance from each other which is essentially the distance between the two U-legs ( 27 a, 27 b) of the heating element ( 16 ) corresponds. 9. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizstab (16) an den freien Enden seiner U-Schenkel (27a, 27b) elektrische Kontaktstellen (35) aufweist, die einer Seitenfläche (31) der Wärmespeicherkammer (10) zugeordnet und mit Kontaktstellen (35) benachbarter Heizstäbe (16) so verbunden sind, daß je eine Mehrzahl von Heizstäben (16) seriell an die Stromversorgung angeschlossen sind.9. Heating device according to claim 8, characterized in that each heating rod ( 16 ) at the free ends of its U-legs ( 27 a, 27 b) has electrical contact points ( 35 ) which are associated with a side surface ( 31 ) of the heat storage chamber ( 10 ) and are connected to contact points ( 35 ) of adjacent heating elements ( 16 ) in such a way that a plurality of heating elements ( 16 ) are connected in series to the power supply. 10. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder U-förmige Heizstab (16) an dem Übergang seines Bogenstückes (28) in die U-Schenkel (27a, 27b) und an dem freien Ende (30a, 30b) jedes Schenkels (27a, 27b) in je einer Bohrung einer Wand (29, 31) der Wärmespeicherkammer (10) gehalten ist. 10. Heating device according to claim 8 or 9, characterized in that each U-shaped heating element ( 16 ) at the transition of its arc piece ( 28 ) into the U-leg ( 27 a, 27 b) and at the free end ( 30 a, 30 b) each leg ( 27 a, 27 b) is held in a hole in a wall ( 29 , 31 ) of the heat storage chamber ( 10 ). 11. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Heizstab (16) zumindest im Durchströmungsbereich der Wärmespeicherkammer (10) einen den Wärmespeichermantel (37) umschließenden Stahlmantel (38) aufweist.11. Heating device according to one of claims 8 to 10, characterized in that each heating rod ( 16 ) at least in the flow area of the heat storage chamber ( 10 ) has a heat jacket ( 37 ) enclosing steel jacket ( 38 ). 12. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) der Heizungsvorrichtung (2) zwei symmetrisch zur Fahrtrichtung (L) des Schienenfahrzeuges (1) angeordnete Frischlufteingänge (9a, 9b) aufweist, die über einen in die Wärmespeicherkammer (10) führenden Frischluftkanal (11) miteinander verbunden sind.12. Heating device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the housing ( 8 ) of the heating device ( 2 ) has two symmetrical to the direction of travel (L) of the rail vehicle ( 1 ) arranged fresh air inputs ( 9 a, 9 b), which over a fresh air duct ( 11 ) leading into the heat storage chamber ( 10 ) are connected to one another. 13. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Frischlufteingang (9a, 9b) je ein Wasserabscheider (12a, 12b) und Frischluftreinigungsfilter (13a, 13b) zugeordnet ist.13. Heating device according to claim 12, characterized in that each fresh air inlet ( 9 a, 9 b) each have a water separator ( 12 a, 12 b) and fresh air cleaning filter ( 13 a, 13 b) is assigned. 14. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftkanal (11) zumindest eine verschließbare, mit dem Innenraum des Fahrzeuges verbundene Umluftöffnung (14) zur Aufnahme von Umluft aus dem Fahrzeuginneren in den Frischluftkanal aufweist, welche im Heizbetrieb nur geöffnet wird, wenn die Außentemperatur einen bestimmten vorgegebenen Wert unterschreitet.14. Heating device according to claim 12 or 13, characterized in that the fresh air duct ( 11 ) has at least one closable, with the interior of the vehicle connected air circulation opening ( 14 ) for receiving air from the vehicle interior into the fresh air duct, which is only opened in heating mode when the outside temperature falls below a certain predetermined value. 15. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicherkammer (10) über einen Zuluftkanal (17) mit zwei symmetrisch zur Fahrtrichtung angeordneten Ausgängen (19a, 19b) in den Innenraum (4) des Fahrzeuges (1) verbunden ist, wobei jeder Ausgang (19a, 19b) von je einem Lüfter (18a, 18b) mit Zuluft aus der Wärmespeicherkammer (10) gespeist wird.15. Heating device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the heat storage chamber ( 10 ) via an air supply duct ( 17 ) with two symmetrically arranged to the direction of travel outputs ( 19 a, 19 b) in the interior ( 4 ) of the vehicle ( 1st ) is connected, each outlet ( 19 a, 19 b) being fed by a fan ( 18 a, 18 b) with supply air from the heat storage chamber ( 10 ). 16. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) zwei symmetrisch zur Fahrtrichtung (L) angeordnete Umluft-/Zuluftöffnungen (26a, 26b) in den Innenraum (4) des Fahrzeuges (1) aufweist, die durch einen Zwischenraum (24) mit der Umluftöffnung (14) in den Frischluftkanal (11) einerseits und mit dem Zuluftkanal (17) andererseits verbunden sind, wobei in dem Zwischenraum (24) eine steuerbare Klappe (25) vorgesehen ist, welche im Heizbetrieb geschlossen ist, so daß die Zuluft nur durch die Ausgänge (19a, 19b) in den Innenraum (4) des Fahrzeuges (1) gelangt, und im Lüftungsbetrieb geöffnet ist, so daß die Zuluft sowohl durch die Ausgänge (19a, 19b) als auch durch die Umluft/Zuluftöffnungen (26a, 26b) in den Innenraum (4) des Fahrzeuges (1) gelangt.16. Heating device according to claim 14 and 15, characterized in that the housing ( 8 ) has two symmetrical to the direction of travel (L) arranged air / supply air openings ( 26 a, 26 b) in the interior ( 4 ) of the vehicle ( 1 ), which are connected by an intermediate space ( 24 ) to the circulating air opening ( 14 ) into the fresh air duct ( 11 ) on the one hand and to the supply air duct ( 17 ) on the other hand, a controllable flap ( 25 ) being provided in the intermediate space ( 24 ), which is in heating mode is closed, so that the supply air only enters the interior ( 4 ) of the vehicle ( 1 ) through the outputs ( 19 a, 19 b), and is open in ventilation mode, so that the supply air both through the outputs ( 19 a, 19 b) as well as through the circulating air / supply air openings ( 26 a, 26 b) into the interior ( 4 ) of the vehicle ( 1 ). 17. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß sie im Deckenbereich des Fahrzeuges angeordnet ist. 17. Heating device according to claim 16, characterized in that it Ceiling area of the vehicle is arranged.   18. Heizungsvorrichtung nach den Ansprüchen 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Bodenbereich des Fahrzeuginnenraumes (4) ein Bodenkanal (6) vorgesehen ist, welcher über einen zur Wagendecke (3) führenden Heizkanal (7) mit den Ausgängen (19a, 19b) des Zuluftkanals (17) verbunden ist.18. Heating device according to claims 16 and 17, characterized in that in the floor area of the vehicle interior ( 4 ) a floor channel ( 6 ) is provided which via a to the car ceiling ( 3 ) leading heating channel ( 7 ) with the outputs ( 19 a, 19th b) the supply air duct ( 17 ) is connected. 19. Heizungsvorrichtung nach Anspruch 16 und 17, dadurch gekennzeichnet, daß im Deckenbereich des Fahrzeuginnenraumes (4) ein Deckenkanal (5) vorgesehen ist, welcher mit den Umluft/Zuluftöffnungen (26a, 26b) der Heizungsvorrichtung (2) verbunden ist.19. Heating device according to claim 16 and 17, characterized in that in the ceiling area of the vehicle interior ( 4 ) a ceiling channel ( 5 ) is provided which is connected to the circulating air / supply air openings ( 26 a, 26 b) of the heating device ( 2 ). 20. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in Durchströmungsrichtung am Ende oder unmittelbar nach der Wärmespeicherkammer (10) ein Übertemperatur-Sensor (21) vorgesehen ist.20. Heating device according to one of claims 1 to 19, characterized in that an overtemperature sensor ( 21 ) is provided in the flow direction at the end or immediately after the heat storage chamber ( 10 ). 21. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikrorechner aufweist, mittels welchem in Zusammenwirken mit einem Außenlufttemperaturfühler und einem Fahrzeuginnenraumtemperaturfühler in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Normalfahrzyklus (tanf, tfahr, tbrems, thalt) der Heizleistungsbedarf (Pheiz) ermittelt wird.21. Heating device according to one of claims 1 to 20, characterized in that it has a microcomputer, by means of which in cooperation with an outside air temperature sensor and a vehicle interior temperature sensor in dependence on the predetermined normal driving cycle (t beginning , t driving , t braking , t stop ) Heating power requirement (P heiz ) is determined. 22. Heizungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Zuluftweg unmittelbar vor dem Fahrzeuginnenraum ein Zulufttemperaturfühler vorgesehen ist, durch welchen die Temperatur der Zuluft auf einen Maximalwert begrenzbar ist.22. Heating device according to one of claims 1 to 21, characterized in that a supply air temperature sensor in the supply air path immediately in front of the vehicle interior is provided by which the temperature of the supply air can be limited to a maximum value is.
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