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Beschreibung:
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Die Erfindung betrifft einen klimatisierbaren Leitstand, insbesondere
für ein Untertagefahrzeug, daß ein über einen Motor, insbesondere den Fahrzeugmotor,
angetriebenes Kompressoraggregat mit luftgekühltem Kondensatorwärmetauscher, einen
Wärmetauscher für die Klimaluft mit Gebläse sowie eine Temperaturregeleinrichtung
aufweist.
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Klimatisierbare Leitstände, so beispielsweise Fahrzeuge mit klimatisierbarem
Fahrerhaus, sind grundsätzlich bekannt. Für eine Reihe von Einsatzfällen, bei stationären
Leitständen und Fahrzeugen im Untertagebetrieb ergeben sich Jedoch eine Reihe von
Problemen, die mit den bisher bekannten Bauformen nicht lösbar sind. Diese Probleme
sind zum einen dadurch bedingt, daß beispielsweise die Fahrzeuggröße durch Zulassungsvorschriften
wie Lichtraumprofil, kleinster befahrbarer Kurvenradius, usw. beschränkt sind. Bei
stationären Leitständen im Untertagebetrieb erzwingtder zur Verfügung stehende geringe
Freiraum kompakte, möglichst transportable Baueinheiten. Ein weiteres Problem ergibt
sich zumindest bei Einsatzfällen für den Steinkohlenbergbau durch die geforderte
Schlagwettersicherheit aller Einrichtungen, so daß erhebliche Schwierigkeiten bei
der Verwendung von elektrischer Energie zu Antriebszwecken und zu Steuer- bzw. Regelzwecken
gegeben sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen Untertageleitstand,
insbesondere für ein Fahrzeug mit klimatisierbarem Fahrerhaus trotz der erheblichen
Beschränkungen durch den geringen zur Verfügung stehenden Raum und durch die Betriebsvorschriften
eine Lösung für den Einbau einer Klimatisierungseinrichtung anzugeben.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Kondensatorwärmetauscher
im Kühlluftstrom auf der Lufteintrittsseite des Motorkühlers angeordnet ist.
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Diese Anordnung hat neben den räumlichen Vorteilen, die auch einen
nachträglichen Einbau gestatten, auch noch den Vorteil, daß für die Rückkühlung
des Kühlmittels des Kühlaggregates kein gesondertes Kühlgebläse eingesetzt zu werden
braucht, da mit Vorteil ausgenutzt werden kann, daß die Leistung der Gebläse bzw.
Ventilatoren für die Motorkühlung aufgrund der im Untertagebetrieb ohnehin höheren
Umgebungstemperatur genügende Reserven bietet.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß das Gebläse
für die Klimaluft über einen Hydraulikmotor angetrieben wird. Dies hat gegenüber
einem elektrischen Gebläseantrieb den Vorteil, daß auf die sehr kostspielige und
raumaufwendige Schlagwettersicherung, wie sie ein elektrischer Antriebsmotor erfordern
würde, verzichtet werden kann. Trotz der beschränkten Platzverhältnisse, wie sie
beispielsweise bei einer Gruben-lokomotive gegeben sind, läßt sich ein genügend
leistungsstarkes Gebläse für die Klimaluft verwenden. Hierbei wird mit Vorteil der
Umstand ausgenutzt, daß ohnehin auf dem Fahrzeug eine Öldruckerzeugungseinrichtung
vorhanden ist. Sofern bei Fahrzeugen anstelle von Drucköl Druckluft erzeugt wird,
kann der Antrieb des Gebläses für die Klimaluft über einen entsprechenden Druckluftmotor
erfolgen. In beiden Fällen ist der Antriebsmotor
zweckmäßigerweise
als Zahnradmotor ausgebildet.
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Da die erforderliche Antriebsenergie für das Klimaluftgebläse verhältnismäßig
gering sein kann, ist es bei der Verwendung von Hydraulikmotoren in einer weiteren
Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn der Hydraulikmotor auf der Ablaufseite
des Hydraulikkreislaufes des Fahrzeugs eingebaut ist. Dies hat den Vorteil, daß
die Energieversorgung für die Klimaluftumwälzung praktisch mit "Abfallenergie" gespeist
wird, so daß durch die Klimaanlage die Versorgung der funktionswichtigen Teile der
Maschine mit Druckenergie nicht beeinträchtigt wird.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
daß die aus dem Wärmetauscher austretende Klimaluft über wenigstens einen Kanal
in der Fahrerhausrückwand geführt wird und der Austritt für die Klimaluft im Fahrerhaus
sich oberhalb des Fahrers befindet und vorzugsweise nach vorne gerichtet ist. Es
ist zwar grundsätzlich möglich, entsprechend allen bisher bekannten Fahrzeugen bei
einer Belüftung des Fahrerhaus es die Luft im Bereich des Armaturenbrettes entlang
der Frontscheibe in das Fahrerhaus einzublasen.
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Bei gekühlter Luft, wie dies für ein Untertagefahrzeug in jedem Fall
gegeben ist, muß jedoch unbedingt dafür Sorge getragen werden, daß der Fahrer nicht
angeblasen wird, um nachteilige Zugerscheinungen zu unterbinden. Bei einer entsprechenden
Bemessung der Strömungsquerschnitte der Austrittsöffnungen im
Hinblick
auf eine möglichst niedrige Austrittsgeschwindigkeit der gekühlten Luft läßt sich
hier eine ausreichende Zugfreiheit bewirken. Aufgrund des geringen zur Verfügung
stehenden Raumes, beispielsweise einer Grubenlokomotive, können Jedoch bei den geforderten
relativ großen umzuwälzenden Luftmengen die notwendigen Austrittsquerschnitte nicht
bereitgestellt werden, so daß mit einer erhöhten Austrittsgeschwindigkeit für die
gekühlte Luft und den damit zusammenhängenden Nachteilen gearbeitet werden muß.
Bei diesen Verhältnissen ist die erfindungsgemäße Luftführung besonders vorteilhaft,
da der Fahrer durch die austretende Luft nicht unmittelbar angeblasen wird, so daß
auch höhere Austrittsgeschwindigkeiten hingenommen werden können. Ein weiterer Effekt
wird noch dadurch erzielt, daß eine Aufheizung der Fahrerhausrückwand, die das Fahrerhaus
gegenüber dem Motorraum trennt, unterbunden wird, so daß auch für diesen Bereich
eine entsprechende Konditionierung erzielt wird. Zweckmäßig ist es, wenn sich die
Luftansaugöffnung des Klimaluftgebläses im Bodenbereich befindet, da hierdurch eine
Umwälzungsbewegung der gesamten Fahrerhausluft induziert wird und so die Wirksamkeit
verbessert wird. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Temperaturunterschiede
zwischen der Umgebungsluft und der Klimatisierungsluft nicht sehr groß sein dürfen,
um gesundheitliche Schäden des Bedienungspersonals zu vermeiden. Schon eine Absenkung
der Lufttemperatur innerhalb der Fahrerkabine um beispielsweise 5 Grad von 30 Grad
Celsius auf 25 Grad Celsius führt schon zu einer spürbaren Verbesserung
der
Arbeitsbedingungen im Fahrerhaus.
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Für den Untertagebetrieb ist es ferner zweckmäßig, wenn der Luftansaugöffnung
des Klimaluftgebläses ein Staubabscheider und/oder Staubfilter vorgeschaltet ist.
Hierdurch wird einmal eine Beschädigung der mit der umzuwälzenden Luft in Berührung
kommenden Teile, wie Gebläse, Wärmetauscher und Luftkanäle vermieden und ein Austreten
von Staubpartikeln zusammen mit der klimatisierten Luft in das Fahrerhaus vermieden,
was insbesondere bei Luftaustritten im Bereich des Armaturenbrettes von besonderer
Bedeutung ist.
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In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß zur Temperatureinstellung
das Kühlaggregat auf der Druckseite seines Kompressors einen Heißgasbypaß aufweist,
der in die Gasansaugleitung des Kompressors mündet und mit einem einstellbaren,
druckabhängig arbeitenden Regelventil versehen ist, daß ferner ein Flüssiggasbypaß
vorgesehen ist, der in die Gasansaugleitung des Kompressors mündet und der mit einem
Regelventil versehen ist, das in Abhängigkeit von der Temperatur der Gase in der
Gasansaugleitung betätigt wird. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich durch die
Einstellung eines konstanten Druckes mit Hilfe des Heißgasbypasses vorgeben. Eine
besondere thermostatische Regelung ist nicht erforderlich, da in der Regel die Umgebungstemperatur
im Untertagebetrieb konstant bleibt. Die Einstellmöglichkeit
dient
vor allem dazu, an dem betreffenden Fahrzeug eine für den jeweiligen Betriebsbereich
abgestimmte Temperaturdifferenz vorzugeben. Aus diesem Grunde ist es zweckmäßig,
wenn die Einstellmöglichkeit so ausgestaltet ist, daß eine Verstellung nur mit einem
Werkzeug möglich ist, um ständige Manipulationen während des Einsatzes durch das
Bedienungspersonal zu vermeiden. Durch den Flüssiggasbypaß wird eine Überhitzung
des Kompressors vermieden, da über das temperaturabhängig arbeitende Regelventil
des Flüssiggasbypasses durch das Einspritzen von Flüssiggas in die Gasansaugleitung
des Kompressors die maximal zulässige Temperatur durch den hierdurch bewirkten Kühleffekt
aufrechterhalten werden kann.
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Die Einspritzstelle liegt zweckmäßigerweise in Durchflußrichtung der
Gase gesehen vor der Einmündung des Heißgasbypasses.
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Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Grubenlokomotive in Schematischer Darstellung
Fig. 2 a, b, c, d Anordnungsmöglichkeiten für den Kühlkondensator bei verschiedenen
Pflocktypen Fig. 3 ein Schaltbild für ein hydraulisch angetriebenes Klimaluftgebläse
Fig. 4 ein Schaltbild des Klimaaggregates mit Regeleinrichtung.
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Fig. 5 eine andere Anordnung des Kühlaggregates.
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Die in Fig. 1 dargestellte Grubenlokomotive 1 ist an ihren beiden
Enden mit jeweils einem Fahrerhaus 2, 3 versehen.
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Durch einen Antriebsmotor 4 wird zusätzlich zum Fahrbetrieb noch eine
Hydraulikpumpe 5 sowie der Kompressor 6 des chematisch dargestellten Kühlaggregates
7 angetrieben. Der Antrieb er des Kompressors 6 des Kühlaggregates 7 er folgt bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel über eine Riemenscheibe 8, die auf der Welle
9 des Lüfterrades 10 der Motorkühlung befestigt ist. Zwischen dem Kühler 11 des
Motors und dem zugehörigen Lüfterrad 10 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Kühlmittelkondensator 12 des Kühlaggregates 7 angeordnet.
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Weitere Anordnungsmöglichkeiten für den Kühlmittelkondensator d 12
werden anhand der Figuren 2 a, b, c, d beschrieben werden.
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Der Kühlmittelkondensator 12 steht über entsprechende Zuleitungen
13, 14 mit je einem Wärmetauscher 15, 16 zur Erzeugung der Klimaluft im Fahrerhaus
in Verbindung. über Rückleitungen 17, 18 wird das in den Wärmeaustauschern 15, 16
verdampfte Kühlmittel in das Kühlaggregat 7 zurückgeführt. Jedem der beiden Wärmetauscher
15, 16 ist ein Gebläse 19, 20 zugeordnet, mit dessen Hilfe die zu kühlende Luft
durch den zugehörigen Wärmetauscher 16 bzw. 17 hindurchgeblasen wird.
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Die Wärmetauscher 15 bzw. 16 stellen zusammen mit den zugehörigen
Gebläsen 19 bzw. 20 eine Baueinheit dar und können grundsätzlich an jeder beliebigen
Stelle innerhalb des Fahrerhaus es angeordnet werden. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen,
daß
einmal der Platz bei einer Grubenlokomotive sehr beschränkt
ist und daß in jedem Fall auf die Bewegungsfreiheit der Bedienungsperson Rücksicht
genommen werden muß. Darüber hinaus muß die Luftführung so erfolgen, daß die Bedienungsperson
nicht direkt dem gekühlten Luftstrahl ausgesetzt ist, auch wenn durch entsprechend
große Austrittsquerschnitte für eine möglichst geringe Austrittsgeschwindigkeit
der gekühlten Luft gesorgt wird. So ist beispielsweise der Einbau der aus Gebläse
und Wärmetauscher bestehenden Kühl einheit unterhalb des Armaturenbrettes 21 bzw.
22 möglich, wobei die gekühlte Luft nach oben gerichtet entlang der Frontscheiben
ausgeblasen wird.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kühl einheit 15,
19 bzw. 16, 20 jeweils unterhalb des Fahrersitzes 23 bzw. 24 so angeordnet, daß
die gekühlte Luft durch einen im Rücken der Bedienungsperson verlaufenden Kanal
25 bzw. 26 nach oben geführt und oberhalb der Bedienungsperson durch eine schräg
nach unten und vorne gerichtete Austrittsöffnung 27 austritt, so daß eine Luftzirkulation
entsprechend den eingezeichneten Pfeilen entsteht.
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Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung besteht unter anderem darin,
daß die Luftführung zugfrei ist und daß zusätzlich die ansich mit einer Wärmeisolation
versehene Trennwand 28 bzw. 29 zum Motorraum zusätzlich abgeschirmt wird. Der Antrieb
der Gebläse 19, 20 erfolgt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel über Hydraulikmotoren,
die an die zentrale Hydraulikversorgung 5 der Lokomotive angeschlossen sind. Werden
bei dem betreffenden Fahrzeug die Hilfsfunktionen statt durch Öldruck mittels Druckluft
betätigt,
so tritt an die Stelle der zentralen Hydraulikversorgung 5 ein entsprechender Luftkompressor,
wobei dann die Gebläse 19, 20 mit entsprechenden Druckluftmotoren ausgerüstet sind.
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In den Figuren 2 a, b, c, d sind unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten
für den Kühlmittelkondensator 12 dargestellt.
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Wie aus Figur 2 a und Figur 2 b zu ersehen ist, sind grundsätzlich
zwei verschiedene Luftführungen für die Kühlung möglich. In Figur 2 a ist eine sogenannte
drückende Luftführung und in Figur 2 b eine sogenannte saugende Luftführung dargestellt.
Der Einsatz der einen oder anderen Luftführung ist abhängig von der Wettersituation
in der jeweiligen Grube.
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Die Anordnung des Kühlmittelkondensators 12 muß nun so vorgenommen
werden, daß er im Kühlluftstrom des Lüfterrades 10 so liegt, daß der Kühlluftstrom
den Kühlmittelkondensator beaufschlagt, bevor er durch den Kühler 11 der Motorkühlung
hindurchtritt. Das heißt, der Kondensatorwärmetauscher 12 liegt immer lufteintrittsseitig
zum Kühler 11 für den Fahrzeugmotor.
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Die Anordnung gemäß Fig. 2 a und b ist jedoch nur für Bauformen mit
einem Fahrerhaus möglich. Bei Lokomotivbauformen mit zwei Fahrerhäusern befinden
sich jedoch die Luftein- bzw. -austrittsöffnungen an beiden Längsseiten des Fahrzeuges.
Derartige Anordnungen sind in Fig. 2 c für eine drückende Luftführung und Fig. 2
d für eine augende Luftführung dargestellt. Bei der drückenden Luftführung in Fig.
2 c ist wiederum der Kondensatorwärmetauscher
12 lufteintrittsseitig
zum Fahrzeugkühler 11 angeordnet. Im Bereich der Luftaustrittsöffnungen 30 sind
bei diesem Ausführungsbeispiel noch Ölkühler 31 eingebaut.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 d mit saugender Luftführung liegen
die Kondensatorwärmetauscher 12 im Bereich der Lufteintrittsöffnungen 30, und zwar
so, daß sie noch vor den Ölkühlern 31 liegen, so daß die angesaugte Kühlluft auch
hier zunächst den Kondensatorwärmetauscher durchströmt, ehe sie als Kühlluft für
die Kühlung des Öles bzw. des Fahrzeugkühlers die zugehörigen Kühlerwärmetauscher
durchströmt.
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In Figur 3 ist schematisch die Führung der Hydraulikflüssigkeit zum
Antrieb der Gebläse 19 bzw. 20 in einer besonders vorteilhaften Schaltungsanordnung
dargestellt. Das von der zentralen Hydraulikversorgung 5 (hier schematisch nur durch
die Hydraulikpumpe dargestellt) erzeugte Drucköl versorgt zunächst die verschiedenen
Ölverbraucher der Lokomotive, die hier durch das Rechteck 32schematisch dargestellt
sind. Das von den Ölverbrauchern über eine Sammelleitung 33 über ein Regulierventil
34 in einen Sammelbehälter 35 abgeführteHydrauliköl wird zur Ausnutzung des vorhandenen
Restdruckes über einen Hydraulikmotor 36 geführt, mit dem das Gebläse 19 bzw. 20
angetrieben wird. Auf diese Weise ist für die Verbraucher 32 eine Druckölversorgung
in vollem Umfange sichergestellt und Jede Beeinträchtigung bzw. Druckminderung durch
den Energiebedarf der Kühlluftgebläse ausgeschlossen. Die Kühlluftgebläse werden
hierdurch nur mit "Abfallenergie" versorgt.
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In Figur 4 ist anhand eines Fließschemas für das Kühlmittel das Kühlaggregat
insgesamt dargestellt. Das vom Kompressor 6 verdichtete, noch heiße, gasförmige
Kühlmittel wird über eine Leitung 37 dem Kondensatorwärmetauscher 12, der im Kühlluftstrom
des Lüfterrades 10 liegt, zugeführt und dort gekühlt und verflüssigt. Das nunmehr
flüssige Kühlmittel wird zunächst einem Sammler 38 zugeleitet und gelangt von dort
über einen Trockner 39 und die Rohrleitung 40 in den Wärmetauscher 15 zur Erzeugung
der Klimaluft, der in dem vom Gebläse 19 erzeugten Luftstrom liegt. Im Wärmetauscher
15 verdampft das Kühlmittel bei gleichzeitigem Wärmeentzug aus dem durchgeführten
Klimaluftstrom und wird dampf- bzw. gasförmig über die Rohrleitung 41 zum Kompressor
6 zurückgeführt.
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Zur Einstellung der gewünschten Temperaturdifferenz ist zwischen der
Leitung 37 und der Leitung 41 ein Heißgasbypaß 42 vorgesehen, der mit einem einstellbaren
Druckregulierventil 43 versehen ist. Durch diesen Bypaß kann auch bei wechselnder
Wärmezufuhr durch den Wärmetauscher 15 das gesamte System unter konstantem Druck
gehalten werden, so daß am Wärmetauscher 15 praktisch eine konstante Kälteleistung
zur Verfügung steht.
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Um nun ein Heißlaufen des Kompressors 6 bei einer erhöhten Kreislaufführung
von heißem, vergastem Kühlmittel zu verhindern, ist von der Leitung 40 eine Leitung
44 abgezweigt, in der ein Expansionsventil 45 angeordnet ist. Das Expansionsventil
45 steht mit einem Temperaturfühler 46 in Verbindung und wird so
vom
Temparaturfühler angesteuert, daß bei einem überschreiten der Gastemparatur in der
Ansaugleitung des Kompressors zusätzlich flüssiges Kühlmittel eingespritzt und so
die Gastemparatur in der Ansaugleitung auf eine vorgegebene Maximaltemparatur reduziert
wird. Über das einstellbare Regelventil 43 kann am Einsatzort die gewünschte Temparatur
der aus dem Wärmeaustauscher 15 abgezogenen, gekühlten Luft nach Wunsch eingestellt
werden.
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über ein Druckmeßgerät (47) kann die Einregulierung mit Hilfe des
Regelventiles (43) überwacht werden. Bei entsprechender Eichung kann die Skala unmittelbar
als Temparaturskala aufgezeichnet werden.
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In Fig. 5 ist eine andere Anordnung des Wärmetauchers zur Erzeugung
der Klimaluft im Fahrerhaus dargestellt. Bei dieser Ausführungsform wird der Wärmetaucher
15' mit seinem Gebläse 19' unterhalb des Armaturenbrettes 21' angeordnet, das auf
seiner Oberseite mit Austrittsschlitzen 48 versehen ist, durch die die klimatisierte
Luft in das Fahrerhaus einströmt.
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Aus der vorstehenden Beschreibung ist zu ersehen, daß die erfindungsgemäße
Ausgestaltung einer Klimaanlage für den Untertageeinsatz auch für stationäre Leitstände
im Untertagebetrieb vorteilhaft ist, da auch hierfür weitgehend die gleichen ungünstigen
Bedingungen hinsichtlich des zur Verfügung stehenden Raumes, der Schlagwettersicherheit
insbesondere für die Regelungsmöglichkeiten etc. gilt. Lediglich der Kompressorantrieb
kann hierbei durch einen schlagwettergeschützten Elektromotor erfolgen.