DE19632073C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraumes eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraumes eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie bezieht sich weiter auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3. Eine derartige Vor­ richtung ist z. B. aus der DE-PS 10 60 427 und aus der Druck­ schrift BBC-Nachrichten, "Moderne und wirtschaftliche Luft­ heizung für Triebwagen", 1960, Seiten 623 bis 628, bekannt.

Darüber hinaus ist aus der Deutschen Patentschrift DE 38 39 271 C2 eine Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraums ei­ nes elektrisch angetriebenen Fahrzeugs bekannt, bei der als durchflutbarer Wärmespeicher eine mit elektrischen Heizstäben versehene Isolierkammer vorgesehen ist. Bei einem Fahrzeug mit generatorischer Bremse oder Nutzbremsung wird durch Um­ schalten der Fahrmotoren auf Generatorbetrieb während einer Bremsphase anfallende elektrische Energie über eine elektri­ sche Verbindung zu den Heizstäben geführt, um diese aufzula­ den. Die somit durch den Bremsvorgang erzeugte und gespei­ cherte Energie wird dem Wärmespeicher entnommen und zum Be­ heizen des Fahrgastraumes eingesetzt. Nachteilig bei dieser bekannten Vorrichtung ist jedoch die notwendige Bereitstel­ lung eines zusätzlichen Heizgerätes. Der Einsatz eines Heiz­ widerstands als zusätzliches Heizgerät zur Schaffung einer Versorgungsquelle für die Heizung eines derartigen Fahrzeugs ist auch aus der Deutschen Patentschrift DE 28 35 120 C2 be­ kannt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Beheizen eines Fahrgastraumes eines elektrisch ange­ triebenen Fahrzeugs anzugeben, wobei die für eine Heizung des Fahrgastraums benötigte Heizenergie in besonders einfacher Art und Weise bereitgestellt wird.

Hinsichtlich des Verfahrens erfolgt die Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Es hat sich überraschender Weise herausgestellt, daß in einem derartigen elektrisch angetriebenen Fahrzeug als Wärme- oder Heizungsspeicher dann ausschließlich ein üblicherweise vorge­ sehener Bremswiderstand eingesetzt werden kann, wenn dieser derart dimensioniert ist, daß die zwischen zwei Haltestellen einer Fahrstrecke benötigte Heizenergie ausschließlich aus diesem als Wärmespeicher entnommen werden kann. Bezogen auf alle Entfernungen zwischen benachbarten Haltestellen sollte dabei die größte Entfernung zwischen zwei benachbarten Halte­ stellen der Fahrstrecke zugrunde gelegt werden.

Während eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs mit generatorischer Bremse wird dem Bremswiderstand Energie zugeführt, wobei sich der Wärmespeicher auf einen anhand der genannten Vorausset­ zungen bestimmten maximalen Wert auflädt. Außerdem wird zwi­ schen zwei Bremsvorgängen vermieden, daß sich der Bremswider­ stand abkühlt.

Die für die Heizung des Fahrgastraum benötigte Heizenergie oder Einblastemperatur wird zweckmäßigerweise mittels einer Anzahl von Luftklappen und Lüftern und/oder Luftmischern eingestellt. Dabei werden in vorteilhafterweise zur Steuerung einer in Abhängigkeit von der Außentemperatur ermittelten Lufttemperatur ein einstellbarer Umluftstrom und ein ein­ stellbarer Frischluftstrom gemischt. Dadurch ist bei allen Betriebszuständen nicht nur eine ausreichende Zufuhr an Heiz­ energie in den Fahrgastraum, sondern auch eine geforderte oder gewünschte Außenluftrate gewährleistet.

Bezüglich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 3. Vorteilhafte Aus­ gestaltungen sind in den Ansprüchen 4 bis 8 angegeben.

Die Vorrichtung ist dabei als reine Bremswiderstandsheizung ausgebildet, wobei der Bremswiderstand innerhalb eines in den Fahrgastraum mündenden Heizluftkanals der Heizung angeordnet ist. Dabei ist der Heizluftkanal vorteilhafterweise als ge­ schlossener Umluftkanal ausgebildet, in dem vorzugsweise eine Mischeinrichtung zum Mischen von Umluft und kalter Frischluft liegt. Mittels einer ersten Luftklappe für Frischluft und ei­ ner zweiten Luftklappe für Abluft, die ebenfalls in den Um­ luftkanal geschaltet sind, kann dann in besonders zuverlässi­ ger und einfacher Weise die in die Mischeinrichtung strömende Heizluft hinsichtlich deren Temperatur und Luftzusammenset­ zung eingestellt werden.

Die Kühlung des Bremswiderstandes, d. h. Abführung der während eines Bremsvorgangs gespeicherten Heizenergie, und damit die Ausbildung einer Heizluftströmung durch den Heizluftkanal übernimmt zweckmäßigerweise ein erster Lüfter, der dazu in den Umluftkanal in Strömungsrichtung der Heiz- oder Umluft vor den Bremswiderstand geschaltet ist. Dieser Lüfter kühlt dabei vorteilhafterweise gleichzeitig den Stromrichter des Fahrzeugs.

In zweckmäßiger Ausgestaltung umfaßt der Heizluftkanal einen Bypasskanal zu der Kombination aus Lüfter und Bremswider­ stand, wobei dieser Bypasskanal in die Mischvorrichtung mün­ det. In den Bypasskanal sind vorteilhafterweise eine dritte Luftklappe für Frischluft und ein zweiter Lüfter geschaltet. Dieser zweite Lüfter liefert einen konstanten Volumenstrom, so daß in Verbindung mit dem ersten Lüfter in besonders ein­ facher und effektiver Weise auch eine gewünschte oder gefor­ derte Luftaustauschrate sichergestellt ist.

Um - z. B. in Abhängigkeit von der Außentemperatur - eine ge­ wünschte oder geforderte Lufttemperatur einzustellen, ist eine Steuereinrichtung für die Heizung vorgesehen, die mit einer Anzahl von im Heizluftkanal vorgesehenen Temperaturmeß­ stellen verbunden ist. Anhand einer gemessenen Ist-Temperatur und einer durch die Steuereinrichtung ermittelten Soll-Tempe­ ratur werden von der Steuereinrichtung Steuersignale für die entsprechenden Luftklappen und Lüfter gebildet.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn ein üblicherweise bereits vorhandener Bremsthyristor die Schaltung der Heizung über­ nimmt. Dieser Bremsthyristor kann dann zweckmäßigerweise zu­ sätzlich auch außerhalb eines Bremsvorgangs die Aufladung des Bremswiderstandes übernehmen. Dadurch ist in einfacher Weise eine Spitzenlastabdeckung gewährleistet, z. B. wenn ein erhöh­ ter Heizenergiebedarf besteht.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson­ dere darin, daß durch die Verwendung allein eines entspre­ chend dimensionierten und während eines Bremsvorgangs auflad­ baren Bremswiderstandes eine Bremswiderstandsheizung gegeben ist, die ohne zusätzliche Heizgeräte und ohne weitere Wärme­ speicher eine ausreichende Heizenergie zur Verfügung stellt, um eine geforderte Beheizung eines Fahrgastraumes eines elek­ trisch angetriebenen Fahrzeugs in jedem Betriebszustand zu gewährleisten. Darüber hinaus kann in einfacher Art und Weise eine beliebige Luftmischung eingestellt und somit eine gefor­ derte Außenluftrate und Luftaustauschrate sichergestellt wer­ den, wobei keine zusätzlichen Schaltgeräte erforderlich sind. Die erfindungsgemäße Bremswiderstandsheizung erfüllt damit auch die Forderung gemäß VDV 180.

Nachstehend wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung beschrieben. Darin zeigt die Figur ein Heizungsschema mit einer Bremswiderstandsheizung für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.

Die in der Figur gezeigte Bremswiderstandsheizung 1 dient zum Beheizen eines Fahrgastraumes 2 eines in nicht näher darge­ stellter Art und Weise elektrisch angetriebenen Fahrzeugs 3 mit generatorischer Bremse. In den Fahrgastraum 2 mündet ein Heizluftkanal 4. Der Heizluftkanal 4 ist teilweise als ge­ schlossener Umluftkanal 4a ausgebildet, wobei der Fahrgast­ raum 2 Teil des Umluftkanals 4a und somit in diesen inte­ griert ist.

In den Umluftkanal 4a ist eine erste Luftklappe 5 für Frisch­ luft FL geschaltet. Die Luftklappe 5 ist zuströmseitig mit einer Zweigstelle 6 für über den Heizluftkanal 4 geführte Umluft UL verbunden. Die Luftklappe 5 ist abströmseitig mit einem ersten, von einem Lüftermotor M angetriebenen Lüfter 7 verbunden, dem im Umluftkanal 4a ein Bremswiderstand 8 nach­ geschaltet ist. Dieser ist zweckmäßigerweise zusammen mit ei­ nem (nicht dargestellten) Stromrichter als Baueinheit in die­ sem Bereich des Heizluftkanals 4 angeordnet. In Strömungs­ richtung hinter dem Bremswiderstand 8 ist im Umluftkanal 4a eine zweite Luftklappe 9 für Abluft AL angeordnet. Dieser nachgeschaltet ist eine Mischkammer oder Mischeinrichtung 10, die ausgangsseitig über den Heizluftkanal 4 mit dem oder je­ dem Fahrgastraum 2 des Fahrzeugs 3 verbunden ist.

Abgehend von der Zweigstelle 6 des Heizluftkanals 4 sind der Hintereinanderschaltung aus der Luftklappe 5 und dem Brems­ widerstand 8 mit vorgeschaltetem Lüfter 7 sowie der Luftklap­ pe 9 und der Mischeinrichtung 10 eine dritte Luftklappe 11 für Frischluft FL und ein zweiter Lüfter 12, der ebenfalls von einem Lüftermotor M angetrieben wird, parallel geschal­ tet. Dieser Teil des Heizluftkanals 4 bildet somit einen By­ passkanal 4b zum Bremswiderstand 8.

Der Lüfter 7 dient zur Kühlung des in nicht näher dargestell­ ter Art und Weise während eines Bremsvorgangs des Fahrzeugs 3 geladenen Bremswiderstandes 8. Dabei ist der Bremswiderstand 8 als Wärmespeicher derart dimensioniert, daß ausschließlich dieser die benötigte Heizenergie zwischen zwei Haltestellen einer bestimmungsgemäßen Fahrstrecke des Fahrzeugs 3 allein zur Verfügung stellen kann. Mit anderen Worten: der Bremswi­ derstand 8 ist als ausschließlicher Heizungs- oder Wärmespei­ cher ausgelegt, dem die benötigte Heizenergie entnommen wer­ den kann.

Während des Umluftbetriebs wird die Luftklappe 9 derart ge­ steuert, daß in Kombination mit einer über die Luftklappe 5 gesteuerten Zufuhr von kalter Frischluft FL und Umluft UL die Temperatur T_HL von der Mischeinrichtung 10 zugeführter Heiz­ luft HL in Abhängigkeit von der Außentemperatur eingestellt werden kann. Gleichzeitig liefert der Lüfter 12 einen kon­ stanten Volumenstrom von über die Luftklappe 11 geführter Frischluft FL und Umluft UL. Dabei kann mittels der Luftklap­ pen 5 und 11 der Anteil an Frischluft FL prozentual einge­ stellt werden. Die Mischeinrichtung 10 hat dann lediglich die Aufgabe, die über den Umluftkanal 4a und über den Bypasskanal 4b geführten Volumenströme V₁ bzw. V₂ zu mischen und dieses Gemisch aus kalter Frischluft FL, abgekühlter Umluft UL und warmer Heizluft HL als homogenes Luftgemisch FL/UL/HL über den Heizluftkanal 4 in das Fahrzeug 3 zu leiten.

Zur Einstellung dieser Volumenströme V₁, V₂ aus Umluft UL und Frischluft FL mit einer einstellbaren Lufttemperatur T_L des dem Fahrgastraum 2 zugeführten Luftgemisches FL/UL/HL sowie mit einer einstellbaren Außenluftrate und einer einstellbaren Luftaustauschrate ist eine Steuereinrichtung 13 vorgesehen. Diese ist dazu einerseits über Steuerleitungen 14 bis 16 mit den Luftklappen 5, 9 bzw. 11 und über Steuerleitungen 17, 18 mit den Lüftern 7 bzw. 8 sowie über eine Steuerleitung 19 mit der Mischeinrichtung 10 verbunden. Andererseits ist sie über Signalleitungen 20 bis 22 mit einer im Heizluftkanal 4 im Bereich des Bremswiderstandes 8 vorgesehenen ersten Tempera­ turmeßstelle 23, mit einer im Bereich zwischen dem Bremswi­ derstand 8 und der Luftklappe 9 für Abluft AL vorgesehenen zweiten Temperaturmeßstelle 24 bzw. mit einer im Bereich zwi­ schen der Mischeinrichtung 10 und dem Fahrgastraum 3 des Fahrzeugs 2 vorgesehenen dritten Temperaturmeßstelle 25 ver­ bunden. Während an der ersten Meßstelle 23 die Temperatur T_BW des Bremswiderstandes ermittelt wird, werden an der zweiten und dritten Temperaturmeßstelle 24, 25 die Temperatur T_HL vor der Luftklappe 9 und damit vor der Mischeinrichtung 10 bzw. die Temperatur T_L hinter der Mischeinrichtung 10 erfaßt.

Zur Abdeckung von Spitzenlasten, d. h. wenn ein zusätzlicher Heizenergiebedarf besteht, wird der Bremswiderstand 8 auch außerhalb eines Bremsvorgangs mittels eines üblicherweise vorhandenen Bremsthyristors 26 aufgeladen. Der Bremsthyristor 26 übernimmt vorteilhafterweise auch die Schaltung der Brems­ widerstandsheizung 1.

Claims (8)

1. Verfahren zum Beheizen eines Fahrgastraumes (2) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3), bei dem Heizenergie aus einem Wärmespeicher entnommen wird, wobei als Wärmespei­ cher ausschließlich ein während eines Bremsvorgangs aufgela­ dener Bremswiderstand (8) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von in den Fahrgastraum (2) geführter Heizluft (HL) der Bremswiderstän­ de (8) mittels eines ersten Volumenstrom (V₁) aus Umluft (UL) und Frischluft (FL) gekühlt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten einstellbaren Volumenstrom (V₂) aus Umluft (UL) und Frischluft (FL), der mit dem ersten Volumen­ strom (V₁) gemischt wird, wobei ein einstellbarer Abluft­ strom (AL) abgeführt wird.

3. Vorrichtung zum Beheizen eines Fahrgastraumes (2) eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs (3) mit einer Heizung, die einen mittels Bremsenergie aufladbaren Wärmespeicher umfaßt, wobei als Wärmespeicher ausschließlich ein Bremswiderstand (8) vorgesehen ist, der in einem in den Fahrgastraum (2) des Fahrzeugs (3) mündenden Heizluftkanal (4) angeordnet ist, d adurch gekennzeichnet, daß der Heiz­ luftkanal (4) einen geschlossenen Umluftkanal (4a) aufweist, in dem eine Mischeinrichtung (10) zum Mischen von in den Heizluftkanal (4) geführter Frischluft (FL) und in dem Heiz­ luftkanal (4) geführter Umluft (UL) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Umluftkanal (4a) einen dem Brems­ widerstand (8) vorgeschalteten ersten Lüfter (7) und eine diesem vorgeschaltete erste Luftklappe (5) für Frischluft (FL) sowie eine zweite Luftklappe (9) für Abluft (AL) auf­ weist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Heizluftkanal (4) einen By­ passkanal (4b) mit einem zweiten Lüfter (12) und einer diesem vorgeschalteten dritten Luftklappe (11) für Frischluft (FL) aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß zum Schalten der Heizung ein Bremsthyristor (26) verwendet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche bis 6, gekenn­ zeichnet durch eine Steuereinrichtung (13), die mit mindestens einer im Heizluftkanal (4) vorgesehenen Tem­ peraturmeßstelle (23, 24, 25) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Steuereinrichtung (13) mit jedem Lüfter (7, 12) und mit jeder Luftklappe (5, 9, 11) sowie mit der Mischeinrichtung (10) verbunden ist.