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Kennwort: Bremswärmespeicher Fahrzeugheizung mittels Bremswärme Die
Reisewagen der heutigentags benutzten Züge sind, nachdem die Dampfiokomotive weitgehend
verdrängt ist, mit elektrischen Heizaggregaten ausgerüstet. Bei von Elektrolokomotiven
gezogenen Zügen werden die Elektroheizkörper in den einzelnen Wagen unmittelbar
aus dem Fahrdraht gespeist.
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Bei diesel-elektrischen oder diesel-hydraulischen Lokomotiven muß
jedoch, da man im Wagenpark wegen der Austauschbarkeit der Wagen nur ein einheitliches
Heizungssystem haben möchte, die Heizenergie über einen Generator erzeugt werden.
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Hier wird aus dem gegenüber dem Heizöl etwa fünfmal teureren Dieselöl
zunächst mit einem Wirkungsgrad von maximal 50 % mechanische Energie erzeugt und
diese dann über einen Generator, der ebenfalls mit Verlusten arbeitet, in elektrische
Energie Ubergeftihrt. Die Heizungskosten dieselelektrisch oder dieselhydraulisch
gezogener ZUge liegen also zehnmal höher im Vergleich zu einer unmittelbar mit Heizöl
betriebenen Zentralheizung.
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Jedoch nicht nur auf dem Gebiet der Schienenfahrzeuge, sondern auch
auf dem der Straßenfahrzeuge, insbesondere der Omnibusse, weisen die Heizungseinrichtungen
noch Nachteile auf.
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So ist es z.B. wünschenswert, daß ein Omnibus während der kalten Jahreszeit
morgens bei Aufnahme des Llniendienstes schon warm ist und nicht etwa erst während
der ersten halben Stunde seines Betriebes sich langsam aufheizt. Um diesem überstand
abzuhelfen, mUssen die Omnibusse nachts'in beheizten Hallen abgestellt werden, oder
wo dies nicht möglich ist, mit einer zusätzlichen, durch eine Zeitschaltuhr gesteuerte
Standheizung versehen
werden, die während einiger Stunden vor Dienstbeginn
den Omnibus langsam aufheizt. Abstellen in geheizten Hallen oder Zusatzheizung bedeuten
jedoch zusätzlichen, zum Teil erheblichen Kosten- und Energieaufwand, um den Omnibus
bereits bei Dienstbeginn aufgeheizt zu haben. Auch während der Betriebsstunden muß
bei Omnibussen ständig Energie, z.B. in Form von Heizöl, zugeführt werden, um die
Wärme im Wageninnern zu erhalten, da die Abwärme des Motors nicht im Entferntesten
ausreicht, einen so großen Raum genügend zu beheizen.
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Den bekannten Fahrzeugheizungen haftet der Nachteil zum Teil erheblicher
Anschaffungskosten und von dauernden Energiekosten an. Aufgabe der Erfindung ist
es, eine Fahrzeugheizung zu schaffen, die mit geringeren Investitionskosten installiert
und ohne Energiekosten betrieben werden kann.
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Die Erfindung geht aus von einem Fahrzeug mit wenigstens einer füll-
und entleerbaren Strömungsbremse, die mit wenigstens einer der Fahrzeugachsen in
Verbindung steht, und mit einem Flüssigkeitskreislauf zum AbfUhren der Bremswärme
vom Arbeitsmedium der Bremse an die Umgebungsluft, vorzugsweise unter Zwischenschaltung
eines mit einem anderen Medium, insbesondere Wasser, gefüllten Sekundärkreislauf
und löst die Erfindungsaufgabe dadurch, daß indem die Bremswärme aufnehmenden Flüssigkeitskreislauf
vorzugsweise im Sekundärkreislauf ein wärmeisolierter FlUssigkeitsbehälter angeordnet
ist, der eine solche Wärmespeicherkapazität auiweSst, daß er den Wärmeanfall von
normalen Betriebsbremsungen während eines Zeitraumes von mehreren Stunden zu speichern
vermag. Dadurch wird die bdn Abbremsen der Fahrzeuge nutzlos in Wärme umgewandelte
Energie dem Fahrzeug nutzbringend zu Heizzwecken zurUckgefUhrt.
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Bei der Entwicklung zu immer schnelleren Relsezügen geht man mehr
und mehr dazu über, den Zugverband in seiner Zusammenstellung zu belassen und einen
eigenen kleinen Wagenpark für diese
Spezialzüge zum Austausch bei
Reparaturen bereit zuhalten. Eine allgemeine Austauschbarkeit innerhalb des Wagenparkes
des gesamten Schienennetzes ist mit RUcksicht auf die Spezialisierung dieser Wagen
im Hinblick auf die schnelle Reisegeschwindigkeit und besondere Komfortausstattung
nicht zweckmäßig.
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Die heutigentags verbreitete unwirtschaftliche Waggonheizung ist also
nicht mehr durch das Erfordernis der allgemeinen Austauschbarkeit bei Neuprojektierungen
fixiert, sondern die Weiterentwicklung zu spezialisierten ZUgen setzt auch hier
den Weg zu wirtschaftlicheren Ldsungen frei.
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Über einen im Sekundärkreislauf angeordneten Flüssigkeits-Wärmetauschen
kann z.B. in Schienenfahrzeugen oder Uberland-Relsebussen Brauchwasser erwärmt werden.
Es kann im Fahrzeug eine WarmwAsserheizung installiert und die Helzk8rper dieses
Systems über Ein-und Ausschaltventile angeschlossen werden.
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Durch den Wärmespeicher im Sekundärkreislauf der Strömungsbremse wird
die im Laufe des Tages anfallende Bremswärme gespeichert.
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Seine Speicherkapazität ergibt sich aus dem Füllvolumen und dem Speichermedium'vorzugsweise
Wasser, aber auch O (l lässt höhere Temperaturen zu, aber ist teurer). Die erzielbare
Speicherzeit, gewissermaßen die zeitliche Speicherkapazität, ergibt sich aus der
Dicke und der Qualität der Wärmeisolierung. Der Primärkreislauf, d.h. das Arbeitspol,
wird sofort wieder, auch bei warmem Wasser, im Sekundärkreislauf auf eine erträgliche
Temperatur zurückgekühlt.
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Der Wärmespeicher nimmt die ganzen Wärmestöße, die die einzelnen Bremsungen
darstellen, relativ schnell, d.h. jeweils in wenigen Minuten oder gar Bruchteilen
davon auf. Vom Wärmespeicher wird die Wärme dosiert an die Wärmebedarfsstellen abgegeben.
Es hat sich in Versuchen gezeigt und auch eine überschlägige Berechnung bestätigt
dies, daß der Wärmeanfall in den Strömungsbremsen so groß ist, daß man selbst in
kalten Wintertagen nicht in die Verlegenheit kommt, das Wärmereservoir erschöpft
zu haben.
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Es ist eher die Gefahr einer tiberheizung gegeben. Ein übermäßiger
Wärmeeintrag kann jedoch der Brems- und Heizanlage nicht schaden.
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Es ist nämlich nach weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, durch
einen in; Freie mündenden Entlüftungsanschluß den Wärmespeicher auf Umgebungsdruck
zu halten, so daß eine den Wärmeübergang vom Primär- auf den Sekundärkreislauf gefährdende
Ubertemperierung des Sekundärkreislaufes nicht eintreten kann. Ein besonders hoher
Wärmeeintrag aufgrund äufiger Bremsungen würde lediglich ein paar Eimer Wasser verdampfen
lassen. Die hohe Ver-,dampfungswärme von Wasser erlaubt es, selbst extreme Wärmebeträge
in den Sekundärkreislauf einzuspeisen, ohne ihn zu übertemperieren und ohne die
Speicherkapazität durch etwaigen Wasserverlust in unzulässiger Weise herabzusetzen.
Verdampftes Wasser könnte bei der turnusmäßigen Nutzwasserauffüllung auch im Wärmespeicher
ersetzt werden.
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Um jedoch auch bei unbenutzter Wagenheizung und nur geringem Warmwasserverbrauch
die Temperatur des Wärmespeichers unterhalb des Siedepunktes halten zu können, ist
nach einem weiteren Gedanken der Erfindung vorgesehen, daß im Sekundärkreislauf
in der Wirkung zu- und abschaltbare Drittel zur Bremswärmeabfuhr an die Umgebungsluft
angeordnet sind und daß diese Mittel hinsichtlich ihrer Wärmeabführleistung lediglich
auf etwa den über einen Betriebszeitraum von mehreren Stunden gemittelten Bremswärmeanfall
ausgelegt sind. Es ist auch möglich, wenigstens einen Teil der in den Reisewagen
zu Heizzwecken installierten Wärmetauscher durch geeignete, verstellbare Luftführungen
luftseitig wahlweise an das Wageninnere oder an die Außenluft anzuschließen und
so in Sommerzeiten einen Wärmeüberschuß an die Umgebungsluft abzuführen.
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Die Speicherkapazität des Wärmespeichers vermag die unregelmäßig bei
Bremsungen anfallenden Wärmestöße aufzufangen und über den Tag zu verteilen, so
daß auch kleine WärmeabfUhrungseinrichtun6en ausreichen, um die anfallede Bremswärme
abzuführen. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung soll der Fahrtwind benutzt
werden in der Weise. daß am Fahreug und an warneisolierten Behälter Mittel vorgesehen
sind, aufgrund derer der Fahrtwind an nicht
isolierte Oberflächenteile
des Behälters und von dort wieder ins Freie geleftet werden kann.
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Die beschriebene Speicherheizung ist auch geeignet, die tags-Uber
angefallene Wärme über Nacht zu speichern und in.kUrzester Zelt kurz vor Dlenstbeginn
zum Aufheizen ans Wageninnere abzugeben, so daß die Fahrzeuge auch nach kalter Winternacht
im Freien ohne Zusatzheizung den Dienst aufgeheizt beginnen können.
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Die Erfindung ist anhand eines in'der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispieles
im folgenden näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch die in einem Fahrzeug
angeordnete Bremsanlage und ihre Steuerungsteile sowie die verschiedenen Flüsaigkeitskreisläufe.
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In dem Steuerschema ist mit 1 die hydrodynamische Bremse an der Achse
2 eines Fahrzeuges bezeichnet; Fußboden 3 und Dach 4 des Wagenaufbaues sind ebenfalls
angedeutet. Der Str8mungsbremse 1 ist ein KWhl- und Regelkreislauf (Primärkreislauf)
zugeordnet.
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In diesem Krelslauf ist in der vom dlsumpf 5 kommenden Zulaufleitung
6 ein durch die Druckluft-Ringleitung 19 gesteuertes Absperrventil 20 angeordnet.
Sobald die Leitung 19 einen geringen Luftdruck führt, geht das in Ruhestellung geschlossene
Ventil 20 in die voll geöffnete Stellung. Die von der Strdmungsbremse 1 zum auf
den Ölsumpf 5 aufgesetzten Flüssigkeits-Flüssigkeits-Wärmetauscher 7 führende flücklaufleitung
8 weist ein. ebenfalls von der Druckluft-Ringleitung 19 aus gesteuertes Regelventil
23 au, welches als Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist und dessen Druckgrenze
Je nach Druck in der Leitung 19 mehr oder weniger hoch einstellbar ist. Die Pumpwirkung
der Strömungsbremse 1 wird ausgenützt um den Primärkreislauf zirkulieren zu lassen.
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Durch den Wärmetauscher 7 ist ein anderer Flüssigkeitskreislauf (Sekundärkrelslauf)
gerührt, an den der Primärkreislauf seine Warme über den Wärmetauscher 7 abgibt.
In diesen mit Wasser gefüllte Sekundärkrelslauf ist ein wärmeisolierter (Isolation
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Flüssigkeitsbehälter 10 großen Fassungsvermögens angeordnet.
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Dieser Behälter ist so groß, daß das in Ihm enthaltene Wasser die
über einen Zeitraum von mehreren Stunden anfallende Bremswärme, ohne die Siedetemperatur
zu erreichen, speichern kann.
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Die Isolation ist so stark, daß die gespeicherte Wärme ohne allzu
große Verluste eine Nacht lang auch bei starker Kälte gehalten werden kann. Der
Behälter 20 weist einen Entlüftungsanschluß 11 ins Freie aur, so daß sich kein Druck
in ihm aufbauen und die nurmale Siedetemperatur nie überschritten werden kann Durch
eventuell extreme Wärmebelastung verdampfte Wassermengen können dorthlnaus entweichen.
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In der Zulaufleitung 12 vom Behälter 10 zum Wärmetauscher 7 ist eine
vom Motor 15 angetriebene Pumpe 16 angeordnet. Der Motor, 15 wird von einem von
der Leitung 19 aus gesteuerten Druckluftschalter 17 an das aus der Batterie 18 gespeiste
Bordnetz angeschlossen. Sobald gebremst wird (Leitung 19 ist mit Druck beaufschlagt),
wird mittels Motor 15 und Pumpe 16FlUssigkeit des Sekundärkreislaufes durch den
Wärmetauscher 7 gefördert und die Bremswärme dem im Primärkreislauf befindlichen,
sich während des Bremsens erwärmenden Arbeitspol entzogen unn in den Sekundärkreislauf
aufgenommen, wo sie im Behälter 10 gespeichert wird. Nach beendigter Bremsung und
nach Druckentlastung der Leitung 19 bleibt der Motor 19 aufgrund einer Verzögerungsschaltupg
noch eine gewisse Zeit eingeschaltet, so- daß das Arbeitsöl noch eine zeitlang nachgekühlt
werden kann.
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An dem Behälter 10 ist ein von einem Temperaturfühler 13 gesteuerter
Thermoschalter 14 angeordnet, welcher die Jalousiemotoren 21 und 22 an das Bordnetz
anschließt, derart, daß sie bei geöffnetem Thermoschalter die Jalousien 24 und 25
schließen und bei geachlossenem öffnen, Der Behälter 10 ist in Längsrichtun6r mit
eingeschweißten, die Stirnwände durchdringenden Hohren 26 durchsetzt. Uber die Jalousie
kann Fahrtwind durch die Kühlrohre 26 geleitet werden. Der Thermoschalter spricht
erst bei siedetemperatur
an und veranlasst ein Öffnen der Jalousien
und schließt sie wieder, sobald das Wasser des Sekundärkreislaufes z.B. 970 C erreicht
hat.
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Vom Wärmespeicher 10 geht eine Warmwasserheizung aus, deren Vorlauf
leitung mit 27 und deren Rücklauf leitung mit 28 bezeichnet ist. Diese Leitungen
sind zu einer durch den ganzen zugehörigen Wagen hindurchgeführten geschlossenen
Leitungsschleife zusammengeführt. Der Umlauf wird durch die vom Motor 29 angetriebene
Umwälzpumpe 30 aufrechterhalten. An die Leitungssctleife sind, Vor- und Rücklauf
miteinander verbindend, Heizkörper 31 über ein Handventil 32 angeschlossen, welche
in eingeschaltetem Zustand die Wärme des Wassers aus dem Behälter 10 aufgrund freier
Konvektion an die Luft des Wageninneren abgeben. Auf diese Weise kann dem Behälter
10 sehr viel Wärme entzogen werden, so daß die Rilokkilhlmittel des Fahrtwindes
nur in geringem Umfang benutzt werden müssen. Wenn die Umwälzpumpe nach kalter Winternacht
kurz vor Dienstbeginn eingeschaltet wird, so wird über die Heizkörper 31 von der
über Nacht vom Vortage gespeicherten Wärme das Wageninnere sehr schnell aufgeheizt.
Der Wärmeverlust im Speicher 10 ist während des Betriebesinnerhalb weniger Stunden
wieder ausgeglichen.
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Die Wärme des Speichers 10 ist auch für die Brauchwassererwärmung
leiciit nutzbar zu machen. iDargestellt ist ein Handwaschbecken 33, über dem ein
Brauchwasserbehälter 34 angeordnet ist.
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Der Kaltwasseranschluß 35 des Beckens ist unmittelbar vom Behälter
34 zum Waschbecken 33 geführt; der Warmwasseranschluß wird silber die im Speicher
10 angeordnete Rohrwendel 37, in der das Brauchwasser aufgeheizt wird, vom Behälter
34 zum Becken 33 geleitet. Solche Brauchwasserbedarfsstellen sind nicht nur in den
üblichen Reisewagen, z.B. in Toiletten und Waschräumen, sondern vor allem in Speisewagen
mit Koch- und Spülküche sowie in Uberland-Reisebussen vorhanden.
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Der Wärmespeicher ist aufgrund seines großen Fassungsvermögens
sehr
schwer, und es ist zweckmäßig, ihn unter den Fußboden des Fahrzeuges anzuordnen,
um den Fahrzeugschwerpunkt möglichst niedrig zu legen. Wenn die Isolierung zwischen
Fußboden und Speicher etwas weniger stark ausgeführt wird, so kann er gleichzeitig
als Fußbodenheizung dienen.