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Bezeichnung: Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klima-
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tisierungsluft für die Fahrerkabine einer Gruben lokomotive und Grubenlokomotive
mit einer Anordnung zur Erzeugung der Klimatisierunysluft Bezeichnung: Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von gekühlter Klimatisierungsluft für die Fahrerkabine
einer Grubenlokomotive.
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Im Hinblick auf verbesserte Arbeitsbedingungen ist man seit geraumer
Zeit dazu übergegangen, auch bei Grubenlokomotiven für die Fahrerkabine eine Klimatisierung
durch Zuführung gekühlter Luft in die Kabine vorzusehen. Dies wurde bisher in der
Weise bewerkstelligt, wie beispielsweise in der DE-OS 27 50 314 beschrieben, daß
die in die Fahrerkabine einzuleitende Luft mit Hilfe eines koinpressorgetriebenen
Kühlaggregates oder auch mit Hilfe eines über die Ausnutzung der Abgasenergie betriebenen
Verdampferkühlaggregates abgekühlt wurde. Es hat sich jedoch gezeigt, daß die herkömmlichen
Kühlaggregate den rauhen Einsatzbedingungen des
untertagebetriebes
nicht standhielten.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
bezeichneten Art zu schaffen, das bei einfachem Aufbau komplizierte Zusatzaggregate
vermeidet.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Klimatisierungsluft
selbst verdichtet, gekühlt, danach mittels einer Entspannungsstrecke, vorzugsweise
einer entsprechend einer Laval-Düse geformten Entspannungsstrecke etwa auf den Umgebungsdruck
entspannt und dann der Fahrerkabine als Klimatisierungsluft zugeleitet wird. Dieses
Verfahren nutzt das an sich bekannte Prinzip aus, daß verdichtete Luft durch Druckabsenkung
abgekühlt werden kann.
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Um in einem kontinuierlichen Verfahren die bei der Verdichtung entstehende
Wärme laufend abzuführen, wird die verdichtete Luft durch einen dem Verdichter nachgeschalteten
Wärmetauscher vor der Entspannung vorzugsweise etwa auf die Umgebungstemperatur
abgekühlt, so daß nach der Entspannung der Fahrerkabine ausreichend gekühlte Klimatisierungsluft
zugeführt werden kann. Hierbei wird für den Untertagebetrieb mit Vorteil ausgenutzt,
aß die Umgebungsluft etwa 300 C aufweist, und daß für die crforderlichen Klimatisierungsluftmengen
eine Verdichtung um etwa 0,2 bar ausreicht, was eine Temperaturerhöhung auf etwa
420 C zur Folge hat, so daß durch die nachfolgende Kühlung mit der Umgebungsluft
und durch die Entspannung der verdichteten Luft eine Temperaturabsenkung auf etwa
200 C der in die Fahrerkabine eintretenden Klimatisierungsluft erreicht werden kann.
Ein derartiges Verfahren verlangt nur wenige, praktisch wartungsfreie Bauteile und
ermöglicht somit einen einwandfreien störungsfreien Betrieb auch unter den rauhen
Arbeitsbedingungen unter Tage.
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Die Verdichtung der Klimatisierungsluft kann nun in unterschiedlicher
Weise erfolgen. Tn einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ist ür eine lokomotive
mit Diese
motor vorgesehen, daß bei T,okstilAstand und Betrieb des
Dieselmotors im Stantigas wnigstcs ein Zylinder des Dieselmotors als Luftv d ichter
arbeitet und verdichtete Klimatisierungsluft liefert. Diese Verfahrensweise ist
insbesondere dann vorteilhaft, wenn entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung im Normalbetrieb die Verdichtung der Klimatisierungsluft über einen Turboverdichter
erfolgt, wobei gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung als Antriebsenergie
für den Turboverdichter die Motorenabgase verwendet werden, die eine Abgasturbine
antreiben. Hierdurch ist es möglich, den für die Klimatisierung erforderlichen Energiebedarf
im Normalbetrieb,ausschließlich aus "Abfallenerie" zu decken und lediglich bei Lokstill
stand im Standgasbetrieb die Verdichtungsenergie unmittelbar vom Motor abzugreifen.
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Für den Normalbetrieb, bei dem die Verdichtung mit Hilfe eines Turboverdichters
erfolgt, der über eine Abgasturbine angetrieben wird, ist es in Ausgestaltung der
Erfindung zweckmäßig, die Klimatisierungsluft zumindest zum Teil im Kreislauf über
Verdichter, Kühler, Entspannungsstrecke und Fahrerkabine zu führen, so daß mit Vorteil
der Umstand ausyenutzt werden kann, daß die Temperatur der aus der Fahrerkabine
abgezogenen T,uft noch unterhalb der Umgebungstemperatur liegt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Grubenlokomotive mit einer Anordnung
zur Erzeugung von gekühlter Luft zur Xlimatisierung der Fahrerkabine entsprechend
dem erfindungsgemäßen Verfahren. Erfindungsgemäß ist hierzu vorgesehen, daß zur
Erzeugung der Klimatisierungsluft ein Verdichter vorgesehen ist, dem in Strömungsrichtung
der Luft gesehen, ein Luftkühler und eine Entspannungsstrecke nach Art einer Laval-Düse
nachgeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist hierbei vorgesehen,
daß der Luftkühler für die Klimatisierungsluft
mit der Umgebungsluft
als Kühlluft beaufschlagt wird.
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Dies kann mit Hilfe eines dem Luftkühler zugeordneten Ventilators
erfolgen oder aber gemäß einer zweckmäßigen weiteren Ausgestaltung der Erfindung
in der Weise, daß der Luftkühler für die Klimatisicrunsluft in der Ansaugleitung
eines Turbolüfters liegt, der druckseitig den Motorkühler beaufschlagt. Da der Turbolüfter
zur Kühlung des Motorkühlers verhältnismäßig groß dimensioniert werden muß um einen
großen Kühlluftstrom zur ausreichenden Kühlung des Motors mit niedrigem Druck zu
fördern, reduziert sich der apparative Aufwand für die Kühlung der Klimatisierungsluft,
da die hier aus dem Luftkühler des'Klimatisierungskreislaufes abzuführende Wärmemenge
im Verhältnis zu der im Motorkühler abzuführenden Wärmemenge verhältnismässig gering
ist und so keine Nachteile für die Motorkühlung nach auftreten.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einer
Lokomotive mit Dieselmotor wenigstens ein Zylinder das Motors als Luftverdichter
arbeitet und mit dem Luftküh 1er für die Klimatisierungsluftverbindbar ist. Zweckmäßigerweise
wird diese Anordnung so geschaltet, daß der Motor als Luftverdichter nur bei Lokstillstand
arbeitet. Im Normalbetrieb wird die entsprechende Zuleitung zum Luftkühler abgesperrt.
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Für den Normalbetrieb ist in einer zweckmäßigen Ausgestallt der Erfindung
als Luftverdichter ein Turboverdichter vorge sehen. Der Turboverdichter ist in weiterer
vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mit einer Abgasturbine als Antrieb gekoppelt.
Aufgrund der geForderten Luftmengenverhältnisse und Druckverhältnisse, d.h. der
verhältnismäßig geringen Luftmenge bei hohem Druck für die Klimatisierungs luft
und einer verhältnismäßig bloßen Luftmenge bei geringem Druck für die Beaufschlagung
von Luftkühler und Motorkühler ist es möglich, daß der vom Motor erzeugte Abgasstrom
je zur Hälfte die Abgasturbine des Turboverdichters
der Klimatisierungs1tlft
und die Abt3astu3-bine des Turbolüfters der Motorkühlun(3 antreibt.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen,
daß die Jntspannungsstrecke lait einer Vielzahl von Eintrittsschlitzen im Bereich
der Rückwand der Fahrerkabine in Verbindung steht, und daß diese im Randbereich
der Kabinenwandung angeordnet sind. Durch diese Art der Einführung der Klimatisierungsluft
in die Fahrerkabine ergibt sich eine praktisch zugfreie Kühlung der Kabinenatmosphäre.
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Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 schematisch den Temperaturverlauf bei der Erzeugung der klimatisierten
Luft, Fig. 2 schematisch den Aufbau des Aggregates zur Durchführung des Verfahrens
nach Fig. 1, Fiq. 3 die Anordnung der Klimatisierungseinrichtung in einer dieselgetriebenen
Grubenlokomotive, Schaltung für Normalbetrieb, Fig. 4 die Anordnung gemäß Fig. 3
in einer Schaltung zur Erzeugung kurzzeitiger Spitzenleistungen der Grubenlokomotive,
Fig. 5 eine Schaltung zur Erzeugung von klimatisierter Luft bei Lokstillstand, Fig.
6 eine perspektivische Ansicht einer Fahrerkabine mit Eintrittsschlitzen für die
Klimatisierungsluft.
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Für das schematische Beispiel gemäß Fig. 1 ist davon ausgegangen,
daß die Umgebungsluft, in der die Grubenlokomotive betrieben wird, etwa 30° C beträgt.
Wird nun über einen Luftverdichter die Luft von 1 bar auf 1,20 bar komprimiert,
so steigt die Temperatur der verdichteten Luft auf etwa 420 C an. Die Verdichtung
der Luft wird, wie in dem Schemabild gemäß Fig. 1 angedeutet, zweckmäßigerweise
mit Hilfe eines Turboverdichters verdichtet, so daß hier ein kontinuierlicher Luftstrom
erzeugt wird, der eine einwandfreie, stoßfreie Entspannung gewährleistet.
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Wie in Fig. 2 schematisch angedeutet, besteht' das "Kälteaggregat"
aus einem Luftverdichter 1, zweckmäßigerweise einem Turboverdichter, einem Luftwärmetauscher
2, der hier nur schematisch dargestellt ist und der zweckmäßigerweise mit einem
aus der Umgebungsluft abgezogenen Kühl luftstrom 3 beaufschlagt wird. An den Luftwärmetauscher
2 schließt sich eine Entspannungsstrecke 4 an, die in Längsrichtung nach Art einer
Laval-Düse ausgebildet ist, und deren Austrittsende mit der zu klimatisierenden
Fahrerkabine verbunden ist.
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In Fig. 3 ist in einem Schemabild die gesamte Anordnung in einer Grubenlokomotive
in der Schaltung für den Fahrbetriet dargestellt. Von der Abgasleitung 5 eines Dieselmotors
6 ist eine Leitung 7 abgezweigt, die an eine Abgasturbine 8 angeschlossen ist. Hinter
der Abgasturbine 8 ist die Abgasleitung über ein Abgaswärmetauscher 9 geführt.
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Mit der Abgasturbine 8 ist ein Turboverdichter 10 verbunden der druckseitig
über eine Leitung 11 mit dem Luftwärmetauscher 2 und der nachgeschalteten Entspannungsstrecke
4 verbunden ist, die ggf. unter Zwischenschaltung eines Schalldämpfers 12 in die
Fahrerkabine 13 einmündet. Die in die Fahrerkabine 13 eingeführte, klinatisierte
Luft wird im Bodenbereich über eine Leitúng 14 abgezogen und im Kreislauf über eine
Leitung 15, in die ein Filter 16 eingeschal-
tet ist, saugseitig
<1cm Turboverdichter 10 wieder zugeführt. Zum Betrieb d, Abgasturbine 8 wird
etwa die Hälfte der im Motor 6 anfal 1 enden Abgase verwendet. Zur VerEcilung der
Abgasmengen ist in den von den einzelnen Zylindern des Motors 6 kommenden Abgas
leitungen 5 jeweils ein Ventil 32 angeordnet, so daß hier eine entsprechende Aufteilung
der Abgaströa,xe erfolgen kann.
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Die andere Hälfte des anfallenden Abgasstromes wird über eine Leitung
17 einer weiteren Abgasturbine 18 zugeführt, von der sie über eine Leitung 19 zum
Abgaswärmetauscher 9 geleitet wird.
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Mit der Abgasturbine 18 ist ein Turbolüfter 20 verbunden, dessen saugseitige
Zuleitung 21 mit dem Luftkühler 2 des Klimatisierungssystems verbunden ist, so daß
die vom Turbolüfter 20 angesaugte Luft den Luftkühler 2 als Kühlluft beauf schlagt.
Die Druckseite des Turbolüfters 20 beaufschlagt nacheinander zunächst den Motorwärmetauscher
22 und dann den Abgaswärmetaus<'her 9. Sowohl die Abgase als auch die Kühlluft
aus dem Abgaswärmetauscher 9 werden ins Freie abgeblasen.
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Der Turboverdichter 10 des Ausführungsbeispiels ist so ausgelegt,
daß er eine ,örderleistung von etwa 500 m3/h besitzt und eine Pressung v<:n 1,20
bar erzeugt. Der Turbolüfter 20 ist so ausgelegt, dß er eine Förderleistung von
etwa 4600 m³/h aufweist und eine Pressung von 1,02 bar erzeugt.
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Die im System auftretenden Prozeßtemperaturen sind an den jeweiligen
Betriebstellen des Schaubilds gemäß Fig. 3 abzulesen. Die jeweils "in Betrieb" befindlichen
Leitungen sind stark ausgezeichnet, die Funktion der übrigen Leitungen wird anhand
der Fig. 4 und 5 nachstehend näher beschrieben, wobei die Schaltungsanordnung der
Schaltungsanordnung gemäß Fig. 3 entspricht. In den Fig. 4 und 5 sind jeweils die
bei der betreffenden Betriebsstellung beaufschlagten
Leitungen
wieder in einer dicken Linie ausgezogen.
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Die Schaltung gemäß Fig. 4 zeigt eine weitere vorteilhafte Möglichkeit
des Klimatisierungssystems, die es nämlich erlaubt, im Fahrbetrieb kurzzeitigc Spitzenleistungen
aufzubringen. Hierzu werden die Ventile 32 so umgeschaltet, daß der gesamte Abgasstrom
über die Leitung 7 der Abgtsturbine 8 zugeführt wird. Der Turboverdichter 10 erzeugt
dann eine Pressung von 1,42 bar. Die geförderte Luftmenge wird wiederum über den
Luftwärmetauscher 2 geführt. Durch ein Ventil 23 ist jedoch die Entspannungsstrecke
4 des Klimatisierungssystems abgesperrt, so daß die gesamte Luftmenge über die Leitung
24 als aufgeladene Luft dem Motor 6 zugeführt werden kann. Kurzfristig wird somit
also die Klimatisierung der Fahrerkabine 13 augeschaltet.
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Der aus dem Turboverdichter 8 austretende Abgasstrom wird über eine
Zweigleitung 25 der Abgasturbine 18 zugeleitet, die wiederum den Kühlluftstrom zur
Kühlung von Motorwärmetauscher 22, Abgaswärmetauscher 9 sowie Luftwärmetauscher
2 fördert.
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In Fig. 5 ist eine Schaltung dargestellt, die auch bei Lok stillstand,
wenn der Dieselmotor im Standgas läuft, eine Klimatisierung der Fahrerkabine ermöglicht.
Bei dieser Anordnung wird über zwei zusätzliche Ventile 26 in den Abgas leitungen
5 von zwei Zylindern des Motors 6 die Abgasleitung vollständig gesperrt, wobei die
Einspritzpumpe so geschaltet ist, daß in diese beiden Zylinder kein Kraftstoff eingespritzt
wird. Diese beiden Zylinder wirken dann als Kolbenkompressoren. Die hierdurch verdichtete
Luft wird über eine Leitung 27 wiederum dem Luftwärmetauscher 2 zugeführt und von
diesem über die Entspannungsstrecke 4 in die Fahrerkabine 13 als Kühlluft eingeblasen.
Bei dieser Schaltung wird eine Luftmenge von etwa 45m³/h mit einer Tem peratur von
etwa 1150 C unter einem Druck von 2,0 bar über den Luftwärmetausc1Ier 2 und die
Entspannungsstrecke 4 geführt.
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Die Abgasmenge der beiden noch als Motor arbeitenden Zylinder wird
wiederum d(l- Abgasturbine 18 zugeführt, die mit entsprechend reduzierter Luftmenge
sowohl den Motorwärmetauscher 22 und den Abgaskühler 9 als auch den Luftwärmetauscher
2 beaufschlagt.
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Die schematisch-perspektivische Darstellung eines Führerhauses 1 3
einer Grubenlokomotive mit geöffnetem Einstieg zeigt die Zuführung der Kühlluft
in die Fahrerkabine. Hierzu sind in der Rückwand 28 und zwar im Randbereich,eine
Vielzahl von Schlitzen 29 angeordnet, die als Zuführungsöffnungen für die gekühlte
Klimatisierungsluft dienen.
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Die Schlitze 29 sind sowohl im Bereich der Seitenwände als auch im
Bereich des Kabinendaches angeordnet. Unterhalb des Fahrersi1zes 30 sind Ansaugöffnungen
31 angeordnet, die mit der T>;tung 14 (Fig. 3) in Verbindung stehen und über
die die verbrauchte Kabinenluft im Kreislauf wieder zum Klimatisierungsluftverdichter
zurückgeführt wird. Diese Anordnung gewährleistet eine einwandfreie und praktisch
zugfreie Zllfi,llrlmg der gekühlten Klimatisierungsluft zur Fahrerkabine.
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